Аминокислота с характером. Как метаболизм триптофана влияет на психику и соматику

Триптофан — незаменимая аминокислота, которая участвует в синтезе многих жизненно важных для нашего тела веществ, включая серотонин и мелатонин. При полноценном питании недостаток триптофана возникает редко, однако стрессы, западная диета, тучность и другие факторы нарушают метаболизм и снижают биодоступность триптофана, а также уменьшают выработку его полезных метаболитов. Рассказываем, к каким последствиям приводит нарушение триптофанового обмена и как их устранить.

Многофункциональный нутриент

Триптофан — эссенциальный нутриент, который не синтезируется в человеческом организме и поступает в него исключительно с продуктами питания. Он относится к незаменимым протеиногенным аминокислотам, которые участвуют в создании белков — главного строительного материала нашего тела. Кроме того, триптофан преобразуется во множество важных молекул, влияющих на психику и соматику.

К наиболее ценным для человека метаболитам триптофана относятся:

• Мелатонин — регулировщик циркадных ритмов.
• Серотонин — нейромедиатор, поддерживающий эмоциональную устойчивость и отвечающий за высшие психические функции.
• Никотиновая кислота — витамин РР, регулирующий обмен веществ и защищающий организм от окислительного стресса.

Норма потребления триптофана составляет 5 мг/кг в день. В суточном рационе среднестатистического человека его содержится в 2,4 раза больше. Из этого логично сделать вывод, что в большинстве случаев триптофана должно хватать на синтез серотонина, мелатонина и прочих важных веществ. Однако существует целый ряд болезней и факторов, которые изменяют метаболизм и снижают биодоступность триптофана.

В ЦНС и периферических тканях распад триптофана происходит двумя путями: по метоксииндольному пути, ведущему к синтезу серотонина и мелатонина, и по кинурениновому, приводящему к образованию кинуренина и его производных. Кинурениновый путь связан с образованием множества биоактивных метаболитов, важных для иммунной регуляции. Патологические изменения в этом пути наблюдаются при ожирении, сахарном диабете, сердечно-сосудистых заболеваниях. Эти изменения связаны с увеличением синтеза вредных и снижением выработки полезных метаболитов триптофана. Например, они могут приводить к подавлению синтеза индол-3-пропионовой кислоты, которая снижает сердечно-сосудистый риск и защищает от нарушений углеводного обмена.

Инфекции и стрессы могут изменять и метоксииндольный путь метаболизма триптофана.

Они повышают выработку провоспалительных цитокинов, что провоцирует повышенный окислительный распад триптофана в головном мозге. Это препятствует его трансформации в серотонин. Серотониновая недостаточность участвует в патогенезе депрессии, шизофрении и других психических расстройств.

Негативные нарушения метаболизма триптофана наблюдаются у наркоманов, курильщиков, алкоголиков. Злоупотребление алкоголем и связанная с ним абстиненция уменьшают доступность триптофана для мозга. Этим объясняются депрессия, агрессия и потеря контроля, свойственные людям с алкогольной зависимостью.

У алкоголиков со стажем часто наблюдается острый дефицит триптофана и его метаболита никотиновой кислоты. Недостаток этих веществ провоцирует развитие пеллагры, которую также называют «болезнью трех Д»: ее ключевые признаки — диарея, дерматит и деменция.

Сегодня многие ученые рассматривают воздействие на метаболизм триптофана как способ лечения и профилактики многих болезней, поскольку его метаболиты регулируют важные процессы, относящиеся к обмену веществ, а также работе ЖКТ, иммунной системы и головного мозга. В некоторых случаях наладить метаболизм триптофана позволяет обогащение рациона этой аминокислотой и прием препаратов с ней. Также на него положительно влияют здоровое питание, пробиотики, поддержание нормального веса и отказ от алкоголя.

Метаболиты триптофана против тучности

Сегодня имеются неоспоримые доказательства взаимосвязи ожирения и дисбиоза кишечника. Гнотобиотические (безмикробные) грызуны устойчивы к возникновению тучности, даже если их кормят только высокоуглеводными и жирными продуктами. Микробиота людей как с генетическим, так и с приобретенным ожирением значительно отличается от микробиоты людей с нормальным весом. Одна из особенностей тучной микробиоты — снижение выработки полезных метаболитов триптофана.

Значительная часть триптофана метаболизируется в ЖКТ. Кишечные микробы синтезируют из триптофана ряд веществ, обладающих профилактическими и лечебными свойствами. Суперполезный метаболит триптофана, вырабатываемый микробиотой, — индол-3-пропионовая кислота, которая защищает организм от воспаления, эндокринных, сердечно-сосудистых, нейродегенеративных заболеваний.

У пациентов с ожирением наблюдается значительное снижение концентрации индол-3-пропионовой кислоты в сыворотке крови по сравнению с людьми с нормальным весом.

Недостаток этого вещества ассоциируется с прогрессированием ожирения, высоким риском развития диабета, артериальной гипертензии, дислипидемии, альцгеймеровской деменции.

Наладить метаболизм триптофана и повысить содержание индол-3-пропионовой кислоты в организме можно с помощью здорового питания. Средиземноморская диета, а также питание, обогащенное клетчаткой и инулином, способствуют синтезу этого метаболита.

Клиническое исследование продемонстрировало, что даже кратковременная 4-дневная средиземноморская диета, богатая овощами, цельными злаками, оливковым маслом, орехами, рыбой, способна увеличить выработку индол-3-пропионовой кислоты кишечной микробиотой. 4-дневная западная диета приводит к обратному эффекту.

Восстановить нормальный уровень индол-3-пропионовой кислоты помогает прием пробиотиков с Lactobacillus reuteri. Пробиотические препараты с этой бактерией обладают множеством полезных эффектов и рекомендованы при многих заболеваниях. За счет регуляции энергетического гомеостаза и чувства сытости, увеличения содержания в организме короткоцепочечных жирных кислот они тормозят прогрессирование ожирения. Пробиотики с L. reuteri снижают уровень глюкозы в сыворотке крови, резистентность к инсулину, уровень HbA1c при сахарном диабете 2-го типа, уменьшают симптомы воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта, патологий печени.

К эффективным средствам снижения веса относится L-5-гидрокситриптофан (5-HTP) — промежуточное вещество в метаболизме триптофана, из которого синтезируются серотонин и мелатонин. Эта аминокислота входит в состав некоторых лекарственных препаратов и пищевых добавок и оказывает положительное воздействие на метаболизм и пищевое поведение. При ожирении прием L-5-гидрокситриптофана повышает чувство сытости, снижает потребление пищи и способствует быстрому похудению.

Эффективные средства против бессонницы и цефалгии

Ночной сон играет ключевую роль в поддержании соматического и психического здоровья: он отвечает за клеточный гомеостаз, влияет на иммунитет, восстанавливает ткани организма. Многие гормоны и нейромедиаторы участвуют в регуляции сна, но главные из них — триптофановые метпаболиты мелатонин и серотонин. Исследования показывают, что диета, обогащенная триптофаном, нормализует сон как у детей, так и взрослых. Кроме того, она способна обращать вспять возрастные гормональные изменения у пожилых людей, приводящие к инсомнии.

В клинических исследованиях изучается влияние на сон отдельных продуктов, богатых триптофаном и его метаболитами. Много триптофана содержится в молочных продуктах. Употребление дважды в день молочно-медового напитка, состоящего из 150 мл нежирного молока и 30 г меда, в течение трех дней значительно улучшает качество сна. Мед служит источником углеводов, которые способствуют попаданию триптофана в мозг, где он метаболизируется до мелатонина.

3-недельное потребление 100 г кисломолочных продуктов в день делает сон более крепким, снижает количество ночных пробуждений.

Очень мало сведений о содержании серотонина в продуктах питания, и существуют единичные исследования, оценивающие влияние его пищевых источников на качество сна. В одном из них сообщается о высоком содержании серотонина в киви. Участники исследования съедали по два киви в день за час до сна. Актиграфия, проведенная через месяц, показала увеличение эффективности и общего времени сна.

В другом исследовании 74 студента с хронической бессонницей в течение месяца съедали киви либо грушу (фрукт без серотонина) за час до сна. В группе, употреблявшей киви, наблюдалось улучшение качества сна и снижение дневной сонливости по сравнению с группой контроля.

Положительно влияют на сон биф-томаты, содержащие мелатонин. Женщины, находящиеся в постменопаузе и страдающие бессонницей, употребляли по 250 г этих овощей за два часа до сна. Через несколько месяцев их показатели качества сна, измеренные с помощью PSQ, были гораздо выше, чем в контрольной группе.

Мощное воздействие на сон оказывает терпкая (кислая) вишня. В этой ягоде одновременно содержатся триптофан, серотонин и мелатонин. Потребление 200 г вишни в сутки способствует быстрому засыпанию и нормализации параметров сна.

2-недельное потребление 8 унций (226,8 г) терпкого вишневого сока утром и за час до сна нивелирует симптомы хронической бессонницы.

Для лечения бессонницы применяются препараты с содержанием триптофана. В отличие от многих других средств от инсомнии, они не влияют на когнитивные функции и не подавляют пробуждение после сна. Также доказана их способность улучшать состояние пациентов с обструктивным апноэ сна.

Для устранения инсомнии, вызванной стрессом, и других стресс-индуцированных расстройств, рекомендованы препараты с 5-гидрокситриптофаном, которые положительно влияют на длину и качество сна. Последний эффект достигается за счет подавления REM (быстрой фазы сна), что делает сон более глубоким и спокойным.

Распространенное последствие инсомнии — головная боль напряжения. Применение 5-гидрокситриптофана в течение 8 недель снижает потребления анальгетиков и значительно уменьшает количества дней с цефалгией.

Антидепрессивные эффекты триптофана

Триптофановая недостаточность связана с возникновением психических расстройств. Эта связь настолько очевидна, что для изучения работы мозга психиатрических пациентов, в том числе страдающих депрессией, используется метод острого истощения триптофана, приводящий к снижению уровня серотонина в ЦНС.

Этот метод впервые применили в 1970-х годах. Сначала его апробировали на крысах: грызунов кормили диетой без триптофана, что приводило к снижению его уровня в плазме и мозге, а также к уменьшению содержания серотонина в ЦНС. Через несколько лет методику истощения триптофана применили в клиническом исследовании. Здоровые мужчины получали смесь, которая содержала все важные аминокислоты, кроме триптофана. После диетического вмешательства уровень триптофана в крови испытуемых снизился на 42%, что привело к повышенной тревожности по сравнению с контрольной группой.

Несмотря на то, что большинство из нас получает достаточно триптофана с пищей, затяжные стрессы и инфекции снижают его биодоступность для мозга. В этом случае может помочь включение в рацион продуктов, богатых триптофаном, либо прием препаратов с ним.

Эксперименты на грызунах, подвергшихся стрессу, показали способность продуктов с высоким содержанием триптофана (тыквенных семечек, сывороточного протеина) нивелировать тревогу, депрессивные симптомы. Исследование с участием 482 испытуемых выявило обратную связь между диетой, богатой триптофаном, и риском развития депрессии.

В клинических испытаниях был продемонстрирован лечебный эффект препаратов с триптофаном в отношении сезонных аффективных расстройств, булимии, предменструального дисфорического расстройства, хронической усталости. Имеются убедительные доказательства их способности облегчать симптомы легкой и умеренной депрессии. Помогают они и пациентам с депрессивным расстройством, не реагирующим на стандартную медикаментозную терапию.

Эффективным средством против депрессивных и тревожных расстройств признаны также препараты с содержанием 5-гидрокситриптофана.

Регуляторы когнитивных функций

Психическое здоровье человека неразрывно связано с умением создавать социальные связи. Отношения с близкими, коллегами играют важную роль в нашем эмоциональном и психическом благополучии. Важный навык для успешного взаимодействия с окружающими — умение распознавать эмоции на лице других людей и учитывать полученную информацию при общении. Нарушения в этой сфере наблюдаются при различных психических заболеваниях, включая биполярное расстройство.

Способность распознавать эмоции снижается с возрастом, что ухудшает социальное функционирование. 4-недельная диета, обогащенная триптофаном, либо прием 5-гидрокситриптофана восстанавливает эту способность у пожилых людей. Такой эффект связан с увеличением синтеза серотонина и активацией островковой и супрамаргинальной извилин, отвечающих за процессы социального познания.

Актуальная проблема детской неврологии — задержка психоречевого развития (ЗПРР). Для этой группы расстройств характерно одновременное отставание развития речи и психики ребенка. ЗПРР развивается из-за инфекционного, токсического, травматического поражения ЦНС во внутриутробный период, недоношенности. Детям с этими расстройствами свойственны недоразвитие мозга и нарушения высших когнитивных функций.

Стандартная терапия психоречевых нарушений далеко не всегда эффективна. В то же время существуют исследования, доказывающие способность нейромедиаторов, в том числе триптофана, восстанавливать когнитивные функции мозга. Иркутские медики на основании этих работ предположили, что включение L-триптофана в стандартную терапию детей с ЗПРР может увеличить эффективность лечения, и проверили эту гипотезу на практике.

В исследовании приняли участие 80 детей 3–7 лет с диагностированной ЗПРР, которых разделили на две группы: первая, кроме стандартного лечения (ноотропов, занятий с психологом и логопедом), принимала L-триптофан, вторая получала только стандартную терапию. Обе группы были сопоставимы по полу, уровню умственного развития. Результаты лечения оценивались через две недели после начала терапии.

Тесты выявили, что у детей первой группы в два раза улучшилась зрительная и кратковременная память, значительно улучшилась слухоречевая память, повысилась эффективность мышления.

У детей второй группы наблюдалась лишь тенденция к улучшению зрительной памяти, а слухоречевая память и эффективность мышления осталась на прежнем уровне.

Ученые связали положительную динамику в первой группе с увеличением выработки серотонина на фоне приема триптофана. Серотонин стимулирует мозговые структуры, ответственные за когнитивные и познавательные функции.

Триптофановая недостаточность и осложнения коронавируса

Ангиотензинпревращающий фермент 2 (ACE2) — мембранный белок, который экспрессируется в большинстве тканей и является точкой входа в клетку коронавируса. В кишечнике ACE2 участвует в регуляции гомеостаза пищевых аминокислот, особенно триптофана. Инфекция SARS-CoV-2 снижает экспрессию ACE2 в эпителиальных клетках кишечника, что нарушает всасывание триптофана и приводит к триптофановой недостаточности. Пищеварительные симптомы, которые наблюдаются почти у 50,5% пациентов с COVID-19, могут быть связаны с недостатком триптофана.

Распространенное последствие COVID-19 — постковидный синдром, который зачастую сопровождается снижением когнитивных функций. Ученые из Пенсильванского университета выяснили, что основной фактор, отличающий людей с постковидным синдромом от полностью выздоровевших после коронавируса — серотониновая недостаточность.

У пациентов с постковидом коронавирусная инфекция сохраняется в кишечнике, что вызывает воспаление и подавляет всасывание триптофана. В свою очередь, недостаток триптофана провоцирует нехватку серотонина, отвечающего за когнитивные функции.

Таким образом, нормализация уровня триптофана и серотонина с помощью добавок и СИОЗС может восстановить когнитивные функции при постковиде.