Таурин: источник и применение для снятия зрительной усталости. Часть 1.

Абстрактный:Согласно сообщениям, добавление соответствующих доз таурина может помочь уменьшить зрительную усталость. В настоящее время достигнут некоторый прогресс в исследованиях, связанных с влиянием таурина на здоровье глаз, но отсутствие систематических обзоров привело к пренебрежению его применением для облегчения зрительного утомления. Таким образом, в этой статье представлен систематический обзор источников таурина, включая эндогенные метаболические и экзогенные диетические пути, а также подробный обзор распределения и производства экзогенного таурина. Обобщены физиологические механизмы, лежащие в основе зрительной усталости, и рассмотрен прогресс исследований таурина в снятии зрительной усталости, включая безопасность потребления и механизм действия при снятии зрительной усталости, чтобы обеспечить некоторую справочную основу и вдохновение для разработки и применение таурина в функциональных продуктах питания для снятия зрительного утомления.

Цистанхе может действовать как средство против усталости и повышения выносливости, а экспериментальные исследования показали, что отвар цистанхе трубчатой ​​может эффективно защищать гепатоциты и эндотелиальные клетки печени, поврежденные у плавающих мышей, несущих вес, повышать экспрессию NOS3 и стимулировать печеночный гликоген. синтез, тем самым оказывая эффективность против усталости. Экстракт цистанхе трубчатой, богатый фенилэтаноидными гликозидами, может значительно снизить уровни креатинкиназы, лактатдегидрогеназы и лактата в сыворотке крови, а также повысить уровни гемоглобина (HB) и глюкозы у мышей ICR, и это может играть роль в борьбе с усталостью, уменьшая повреждение мышц. и задержка накопления молочной кислоты для накопления энергии у мышей. Таблетки соединения Cistanche Tubulosa значительно продлили время плавания с весовой нагрузкой, увеличили запас гликогена в печени и снизили уровень мочевины в сыворотке после тренировки у мышей, демонстрируя его эффект против усталости. Отвар цистанхиса может улучшить выносливость и ускорить устранение усталости у тренирующихся мышей, а также может снизить повышение уровня креатинкиназы в сыворотке крови после нагрузки и сохранить нормальную ультраструктуру скелетных мышц мышей после тренировки, что указывает на его действие. повышения физической силы и борьбы с усталостью. Цистанхис также значительно продлил время выживания мышей, отравленных нитритом, и повысил устойчивость к гипоксии и усталости.

Нажмите на мышечную усталость.

【Для получения дополнительной информации:george.deng@wecistanche.com/WhatsApp:8613632399501】

Ключевые слова: таурин; зрительная усталость; источник; безопасность; снятие зрительной усталости

1. Введение

Когда глаз переутомлен, или когда окружающая среда слишком сухая или нарушена другими физиологическими (и, возможно, патологическими) факторами, глаз легко регулирует рефракцию в течение длительного времени, чтобы сформировать нормальную зрительную обратную связь, вызывая тем самым зрительное утомление. что в основном проявляется частым затуманиванием зрения, болезненностью глаз, сухостью, слезоточивостью и другим дискомфортом в глазах [1]. Исследование 2021 года показало, что распространенность зрительного утомления среди студентов университетов во всем мире составляет 46–71% [2]. Зрительная усталость не только влияет на статус работы и учебы, но также может привести к синдрому видеотерминала и синдрому сухого глаза, если человек остается в состоянии хронического зрительного утомления [3]. В то же время от зрительного утомления чаще страдают пациенты с заболеваниями глаз, такими как косоглазие и сухость глаз. Сообщается, что 71,3% людей с сухостью глаз страдают от зрительной усталости различной степени [4]. В настоящее время заболеваемость зрительной усталостью высока, и число заболевших увеличивается с каждым годом [5]. Это люди всех возрастов, особенно студенты, преподаватели и те, кто работает с электронными устройствами, такими как компьютеры [6–8]. Это показывает, что зрительное утомление встречается во всех возрастных группах и что число людей, нуждающихся в снятии зрительного утомления, очень велико. Исследования показали, что физиологические механизмы зрительного утомления обусловлены главным образом различными стрессовыми повреждениями сетчатки или макулы и повреждениями нервных клеток.

1.1. Стрессовое повреждение сетчатки: окисление, воспаление, апоптоз

Сетчатка, расположенная на глазном дне, представляет собой хрупкую нейрональную ткань, воспринимающую и получающую внешний свет для формирования зрительных сигналов, которые передаются в мозг для получения внешней информации [9]. Сетчатка состоит из таких клеток, как пигментный эпителий (ПЭС), оптические клетки, биполярные клетки и ганглиозные клетки, и исследования показали, что снижение функции сетчатки является одной из основных причин развития зрительного утомления [10]. В частности, нарушение структурной целостности и функции ПЭС напрямую влияет на функцию сетчатки [11]. РПЭ, как одна из наиболее метаболически активных тканей организма, имеет высокую потребность в кислороде и, следовательно, восприимчива к выработке активных форм кислорода (АФК) и их атаке. Когда глаз подвергается длительной работе, интенсивному или плотному свету и высокому давлению кислорода, скорость метаболизма экстраокулярных и цилиарных мышц увеличивается, способствуя накоплению большого количества метаболитов, таких как перекиси и АФК. Когда существует дисбаланс между выработкой свободных радикалов и механизмами эндогенной антиоксидантной защиты, это приводит к окислительному стрессовому повреждению глаз [12], что приводит к развитию зрительного утомления. В то же время в сетчатке содержится большое количество полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), в частности докозагексаеновой кислоты, которая необходима для целостности фоторецепторных клеток и участвует в каскаде фототрансдукции [13]. АФК имеют тенденцию окислять эти ПНЖК, производя большое количество перекисей липидов и дополнительно индуцируя выработку большого количества реакционноспособных альдегидов, таких как 4-гидроксиноненовая кислота и малоновый диальдегид (МДА), которые при связывании с внутриклеточными белками и ДНК может вызывать клеточное воспаление и апоптоз [14], тем самым вызывая зрительное утомление.

Старение РПЭ приводит к старению глаз, снижению оптической плотности макулярного пигмента (ОПП) и нарушению функции желтого пятна, влияя на нормальную зрительную функцию. Кроме того, чрезмерное накопление N-ретинилиден-N-ретинилэтаноламина (А2Е) на РПЭ предрасполагает клетки к окислительному стрессу или гибели клеток – состоянию, которое также может способствовать развитию зрительной усталости [15]. Ли и др. [16] обнаружили, что употребление 28 г ягод годжи 5 раз в неделю в течение 90 дней у здоровых людей может значительно увеличить эксцентрику сетчатки MPOD на уровне 0,25 и 1,75, что указывает на то, что регулярное потребление ягод годжи у здоровых людей среднего возраста У людей пожилого возраста может увеличиваться MPOD, что помогает предотвратить или отсрочить повреждение желтого пятна. Это эффективно защищает сетчатку от последствий старения. С другой стороны, это также предполагает, что диетические вмешательства, обеспечивающие защиту сетчатки, вполне осуществимы.

1.2. Повреждение нервных клеток

Сетчатка богата различными нервами и глиальными клетками сетчатки, включая микроглию, астроциты и клетки Мюллера сетчатки. Среди них макроглия сетчатки (клетки Мюллера и астроциты) и микроглия очень важны для поддержания гомеостаза сетчатки и защиты сетчатки от повреждений [17,18]. Исследования показали, что макроглия сетчатки является основой поддержания гомеостаза нейронов сетчатки [19]. Клетки Мюллера, содержание которых достигает 90%, являются основной структурной и питательной опорой клеток сетчатки [20]. Астроциты, с другой стороны, играют роль в защите сетчатки от повреждений, главным образом через путь реактивной глиальной пролиферации [21]. Однако повышенные уровни некоторых белков, экспрессируемых реактивными астроцитами, таких как матриксная металлопротеиназа-9 (MMP-9) и активатор плазминогена урокиназного типа (uPA), могут вызывать повреждение сетчатки [22], поэтому роль Количество астроцитов в сетчатке двойственное. Напротив, микроглия сетчатки играет вредную роль в гибели клеток [23]. Активация микроглии приводит к ускоренному высвобождению провоспалительных и профагоцитарных факторов, что приводит к гибели клеток и большей активации микроглии, что, в свою очередь, способствует воспалительному повреждению сетчатки и повреждению фоторецепторов [24]. В то же время глиальные клетки сетчатки также участвуют в буферизации глутамата в нейронах. Считается, что глутамат является основным химическим сигналом в фоторецепторах, биполярных клетках и ганглиозных клетках сетчатки [25,26]. Однако когда концентрации глутамата слишком высоки, это может вызвать нейрональную эксайтотоксичность, в результате чего нейроны повреждаются или даже погибают [27]. При повреждении клеток Мюллера сетчатки эксайтотоксичность глутамата может еще больше усугубляться. Сообщалось, что состояние воспалительного повреждения сетчатки, а также состояние поврежденного фоторецептора можно эффективно защитить путем ингибирования активности микроглии [28]. Таким образом, регуляция гомеостаза глутамата глиальными клетками сетчатки может обеспечивать важный защитный механизм против повреждения нейронов [29].

Таурин, химически известный как 2-аминоэтансульфоновая кислота, представляет собой специфическую небелковую аминокислоту, которая в высоких концентрациях присутствует в мозге, сетчатке и мышцах в свободном состоянии [30]. Данные показывают, что уровни таурина в мозге, сетчатке и плазме человека составляют 1–20 мкмоль/г, 30–40 мкмоль/г и 50–100 мкмоль/л соответственно [31]. Таурин в основном участвует в физиологической активности, включая связывание желчных кислот, осморегуляцию, возбудимость нейронов, воспалительную реакцию и метаболизм глюкозы [32]. Для здоровья глаз таурин играет важную роль в содействии дифференцировке и развитию сетчатки [33], в то время как недостаток таурина в рационе может привести к нарушению функции сетчатки и даже слепоте [34]. В литературе сообщалось, что истощение таурина и воздействие света вызывают укорочение наружных сегментов фоторецепторных клеток, активацию микроглии, окислительный стресс во внешнем и внутреннем ядерных слоях и слое ганглиозных клеток, потерю синапсов [35] и потерю клеток оптического конуса [36]. Это говорит о том, что истощение таурина может вызвать повреждение таких клеток, как клетки пигментного эпителия сетчатки, фоторецепторы и ганглиозные клетки сетчатки, способствуя усилению реакции глиальных клеток и окислительному стрессу. Также предполагается, что таурин необходим для здоровья глаз и что пищевые добавки с таурином могут эффективно уменьшить повреждение глаз при стрессе и оказывать хорошее нейропротекторное действие, тем самым восстанавливая поврежденную сетчатку и уменьшая зрительную усталость [37]. В настоящее время достигнут некоторый прогресс в исследованиях, связанных с влиянием таурина на здоровье глаз, но отсутствие систематического обзора привело к пренебрежению его применением для облегчения зрительного утомления. Таким образом, в этой статье представлен систематический обзор источников таурина, включая эндогенные метаболические и экзогенные диетические пути, а также подробный обзор распределения и производства экзогенного таурина. Обобщены физиологические механизмы, лежащие в основе зрительной усталости, и рассмотрен прогресс исследований таурина в снятии зрительной усталости, включая безопасность потребления и механизм действия при снятии зрительной усталости, чтобы обеспечить некоторую справочную основу и вдохновение для разработки и применение таурина в функциональных продуктах питания для снятия зрительного утомления.

2. Источники таурина

В настоящее время таурин получают из двух источников: эндогенным метаболически-синтетическим путем организма и экзогенным диетическим путем.

2.1. Эндогенный метаболический синтез таурина

Таурин в основном содержится в печени, центральной нервной системе, сетчатке, сердце, скелетных мышцах и других возбудимых тканях [38,39]. У млекопитающих таурин синтезируется из метионина или цистеина при наличии адекватного уровня витамина В6 [40]. Путь синтеза таурина в печени подробно показан на рисунке 1. При эндогенном синтезе таурина реакция декарбоксилирования является стадией, лимитирующей скорость, а декарбоксилаза цистеинсульфиновой кислоты (CSAD) и цистеиндиоксигеназа (CDO) являются ферментами, лимитирующими скорость. . Исследования показали, что уровни CSAD значительно различаются у разных организмов: активность CSAD выше у грызунов и ниже у людей, что, по-видимому, объясняет, почему кошки предпочитают охотиться на крыс. Следовательно, нормальные потребности организма не могут быть удовлетворены только за счет содержания синтетического таурина в организме, и требуется пищевая добавка экзогенного таурина [41].

2.2. Экзогенное распределение и способ производства таурина

2.2.1. Источники и распространение

Сообщается, что основными пищевыми источниками таурина являются продукты животного происхождения, особенно морские организмы, и млекопитающие, которые содержат высокие концентрации таурина в своих органах и тканях [42]. Кроме того, некоторое количество таурина содержат морские водоросли, такие как ламинария и спирулина, а также некоторые растения, такие как споры Ganoderma lucidum, лайчи и кордицепс [43–46]. Основные пищевые источники таурина и пропорции каждого продукта подробно описаны на рисунке 2.

2.2.2. Способ производства экзогенного таурина

В настоящее время экзогенный таурин производится путем естественной экстракции, химического синтеза и биоферментации, и каждый метод производства имеет определенные характеристики, как подробно описано в Таблице 1.

Методы извлечения

Таурин растворим в воде, но нерастворим в этаноле, эфире и ацетоне. Кипячение – простой и недорогой метод экстракции. Однако длительное время экстракции и низкая эффективность экстракции методом кипячения наблюдались в первые годы исследований экстракции [47]. В настоящее время метод кипячения в основном дополняется другими методами экстракции для компенсации недостатков однократной экстракции, например, кипячением с помощью ультразвука [48]. Ультразвуковая экстракция — это новая технология нетермической физической обработки, которая использует ультразвуковую кавитацию для разрушения клеточных мембран (стенок), для ускорения и усиления растворения активных ингредиентов в натуральных продуктах и, следовательно, для достижения определенного солюбилизирующего эффекта [49]. По сравнению с традиционными методами экстракции ультразвуковая экстракция имеет преимущества, заключающиеся в пригодности для всех видов растворителей, высокой скорости экстракции, простоте метода, высоком выходе и сниженном расходе растворителя, а также особенно подходит для экстракции термонестабильных компонентов [50, 51]. Однако подготовка к промышленному внедрению методов ультразвуковой экстракции сложна и дорогостояща. Поэтому его в основном используют для лабораторных исследований.

Экстракция растворителем также является методом извлечения таурина из натуральных продуктов. В существующих исследованиях в качестве растворителя для экстракции чаще всего используют раствор 60–75% этанола, но скорость экстракции таурина не сильно улучшается по сравнению с кипячением [52–54], а этанол в качестве экстракционного растворителя для промышленного производства не только дорого, но также создает определенные риски для безопасности.

Ферментативное расщепление также можно использовать для извлечения таурина и сочетать с кипячением. Ферментативное расщепление имеет преимущества безопасной работы, высокой эффективности экстракции и низкой стоимости, но условия эксперимента являются строгими, и в соответствии с целью необходимо определить соответствующий тип фермента. Ферменты обладают высокой степенью специфичности, источник сырья различен и соответствующие типы ферментативного гидролиза требуют изучения. Таурин в основном получают из продуктов животного происхождения, и использование прямого гидролиза биологическими ферментами может привести к растворению свободных гидрогенизированных кислот, пептидов и микроэлементов из животного сырья в ферментативном переваривании, что приводит к увеличению сложности разделения [55]. Помимо кипячения, экстракции растворителем, ферментативного расщепления и методов ультразвука, существуют также методы обработки сверхвысоким давлением [60] или комбинация методов экстракции для извлечения таурина. В целом, эффективность и результативность экстракции таурина из натуральных продуктов являются низкими, если используется один метод экстракции. Поэтому для повышения эффективности экстракции и выхода использовалась комбинация методов экстракции. Кроме того, стоимость получения таурина путем естественного извлечения высока, и большинство этих методов не подходят для промышленного производства.

Выход таурина, полученного различными методами экстракции, представлен в таблице 2.

Методы химического синтеза и биоферментации

Разработано более 20 методов химико-синтетического получения таурина. Большинство из них производятся в промышленных масштабах с использованием оксида этилена или моноэтаноламина [66]. Однако оксид этилена более токсичен, требует более высоких затрат на восстановление реагентов, а также летуч и взрывоопасен. Поэтому производство таурина этим методом очень сложно и дорого [56]. Промышленное производство таурина из моноэтаноламина имеет большую безопасность и экологические преимущества, чем процесс получения оксида этилена; это двухстадийный процесс, который включает синтез 2-аминоэтилсульфата из моноэтаноламина и серной кислоты путем термической обработки и производство таурина из 2-аминоэтилсульфата путем термической обработки кислым раствором сульфита натрия. [57]. Однако производство таурина из моноэтаноламина занимает слишком много времени и потребляет слишком много энергии. Более того, некоторые промежуточные продукты подвержены термическому гидролизу, что может привести к увеличению побочных продуктов и повлиять на выход таурина [58]. В заключение отметим, что каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, и каждый этап реакции должен строго контролироваться в процессе промышленного производства.

Кроме того, для производства таурина также можно использовать биоферментацию. В настоящее время известны следующие микроорганизмы, производящие таурин путем биоферментации: Yarrowia lipolytica, Chlamydomonas Reinhardtii, Saccharomyces cerevisiae, Corynebacterium Glutamicum и др. [59]. Среди них Corynebacterium glutamicum считается безопасным и подходящим штаммом для производства таурина. Путем конструирования рекомбинантного штамма Corynebacterium glutamicum можно получить 62.0 ± 1,5 мг/г (сухая масса клеток) таурина с высоким выходом и низкой себестоимостью производства [59], что имеет высокую ценность для промышленного производства.

3. Прогресс исследований таурина в облегчении зрительной усталости

3.1. Безопасности пищевых продуктов

Первые сообщения о безопасности таурина для потребления появились в 1999 году, когда Научный комитет по пищевым продуктам (SCF) впервые оценил безопасность «энергетических» напитков, содержащих таурин, и пришел к выводу, что таурин не является генотоксичным, тератогенным или канцерогенным [67]. Совсем недавно Серрано и др. [68] уточнили данные о генотоксичности таурина, и их окончательные результаты показывают, что таурин не проявлял мутагенности или генотоксичности ни в тесте Эймса, ни в микроядерном тесте, ни в стандартных и ферментно-модифицированных кометных тестах. Результаты исследований токсичности таурина подтверждают, что он не является генотоксичным, канцерогенным или тератогенным [69–72]. Кроме того, сообщалось об исследованиях, посвященных пределам толерантности к таурину, по оценке таурина без наблюдаемых уровней побочных эффектов (NOAEL). Также было проведено исследование по оценке риска в ходе клинических испытаний на людях, в ходе которого сообщалось, что у субъектов, получавших максимальную суточную дозу таурина 3 г/день, не наблюдалось никаких побочных эффектов [73]. Кроме того, Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) пришло к выводу, что добавление таурина в энергетические напитки в дозе 1000 мг/кг/день представляет собой NOAEL [69].

Кроме того, токсикологические оценочные тесты с таурином также отражают хорошую безопасность таурина для потребления. Ван Сюэ и др. [74] оценили токсикологическую безопасность таурина как основного ингредиента составного порошка (суточное потребление каждого ингредиента: таурин 0,91 г/сут, инозитол 32 мг/сут, витамин Е 10 0 мг/сут) и показали, что мыши породы Куньмин с уровнем SPF, прошедшие тест на острую токсичность, имели максимально переносимую дозу (MTD) > 20,0 г/кг·массы тела. В 30-d тесте с кормлением у крыс SD не наблюдалось аномальных изменений в общем состоянии здоровья, физиологических и биохимических функциях, а также гистоморфологии органов крыс; Результаты теста микроядер эритроцитов с множественным окрашиванием костного мозга мышей, теста на пороки развития сперматозоидов и теста Эймса на крысах были одинаково отрицательными, что указывает на то, что порошок таурина был безопасным, нетоксичным, немутагенным и субхроническим токсичным. Аналогичным образом была проведена токсикологическая оценка напитка, приготовленного из таурина с L-карнитином, гидрохлоридом D-гидроглюкозы, кофеином, инозитолом и витаминами группы B, и окончательный результат оказался нетоксичным [75]. Кроме того, токсикологическая оценка таурина в сочетании с обогащенными селеном дрожжами или лактоминеральными солями показала, что вещество безопасно и нетоксично [76,77].

Эти результаты показывают, что таурин, встречающаяся в природе аминокислота, обладает низкой токсичностью.

3.2. Прогресс в исследованиях механизма действия таурина при снятии зрительной усталости

Нормальная функция сетчатки необходима для поддержания правильной зрительной функции и здоровья глаз. Таким образом, способы защиты и восстановления поврежденной функции сетчатки могут помочь облегчить наступление зрительной усталости. Основные механизмы, с помощью которых таурин защищает сетчатку и снижает зрительное утомление, подробно описаны на рисунке 3.

【Для получения дополнительной информации:george.deng@wecistanche.com/WhatsApp:8613632399501】