Creatin

Creatin (/ˈkriːətiːn/ hoặc /ˈkriːətɪn/) là một hợp chất hữu cơ với công thức hóa học (H₂N)(HN)CN(CH₃)CH₂CO₂H. Creatin xuất hiện dưới các dạng khác nhau trong dung dịch và có mặt ở động vật có xương sống, nơi nó hỗ trợ tái chế adenosine triphosphate (ATP), nguồn năng lượng chính của tế bào, chủ yếu trong cơ và não. Tái chế này xảy ra khi adenosine diphosphate (ADP) được chuyển đổi trở lại thành ATP nhờ vào việc cung cấp nhóm phosphate. Creatin cũng có chức năng như một bộ đệm.

Lịch sử

Creatin được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1832 khi Michel Eugène Chevreul tách chiết nó từ cơ xương. Ông đã đặt tên cho chất kết tinh này từ từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là 'thịt', κρέας (kreas). Đến năm 1928, creatin đã được xác nhận là tồn tại cân bằng với creatinin. Các nghiên cứu những năm 1920 cho thấy việc tiêu thụ creatin không dẫn đến việc bài tiết creatin, chứng tỏ khả năng lưu trữ creatin của cơ thể và gợi ý việc sử dụng creatin như một chất bổ sung chế độ ăn.

Năm 1912, Otto Folin và Willey Glover Denis từ Đại học Harvard đã phát hiện việc tiêu thụ creatin có thể làm tăng lượng creatin trong cơ bắp. Cuối những năm 1920, khi nhận thấy rằng việc tiêu thụ creatin với lượng lớn có thể gia tăng lượng dự trữ creatin trong cơ bắp, các nhà khoa học đã phát hiện creatin phosphate và xác định creatin là yếu tố quan trọng trong chuyển hóa cơ xương. Creatin hình thành tự nhiên ở động vật có xương sống.

Việc phát hiện phosphocreatin đã được ghi nhận vào năm 1927. Đến những năm 1960, creatine kinase (CK) được chứng minh có khả năng phosphoryl hóa ADP bằng cách sử dụng phosphocreatin (PCr) để tạo ATP. Theo đó, ATP, chứ không phải PCr, là nguồn năng lượng chính trong quá trình co cơ. CK sử dụng creatine để duy trì tỷ lệ ATP/ADP. Dù tác động của creatine đến hiệu suất thể thao đã được biết đến từ đầu thế kỷ XX, nhưng nó chỉ trở nên phổ biến sau Thế vận hội Barcelona 1992. Một bài báo ngày 7 tháng 8 năm 1992 trên tờ The Times cho biết Linford Christie, người đoạt huy chương vàng 100 mét, đã dùng creatine trước Thế vận hội. Một bài viết trên tờ Bodybuilding Monthly cũng nhắc đến Sally Gunnell, người đoạt huy chương vàng 400m vượt rào, là người dùng creatine. Thêm vào đó, The Times cũng thông báo rằng Colin Jackson, vận động viên vượt rào 100 mét, đã bắt đầu dùng creatine trước Thế vận hội.

Lúc bấy giờ, các loại bổ sung creatine hiệu quả thấp đã có mặt tại Anh, nhưng các sản phẩm creatine tăng cường sức mạnh chỉ được bán ra thị trường từ năm 1993, khi công ty Experimental and Application Science (EAS) giới thiệu sản phẩm này với tên gọi Phosphagen. Các nghiên cứu sau đó chứng minh rằng việc kết hợp carbohydrate có chỉ số đường huyết cao với creatine giúp tăng cường dự trữ creatine trong cơ bắp.

Vai trò trao đổi chất

Creatin là một hợp chất tự nhiên không phải protein, trong đó vai trò chuyển hóa chủ yếu là liên kết creatin với nhóm phosphoryl để tạo ra phosphocreatin, giúp tái tạo ATP hay Adenosine Triphosphate. Hầu hết creatin và phosphocreatin trong cơ thể con người được lưu trữ trong cơ xương (95%), phần còn lại phân bố trong máu, não, tinh hoàn và các mô khác. Tổng lượng creatin (bao gồm creatin và phosphocreatin) trong cơ thể khoảng 120 mmol/kg khối lượng cơ khô. Tuy nhiên, lượng tối đa có thể lưu trữ sau khi bổ sung và điều chỉnh chế độ ăn là khoảng 160 mmol/kg. Các nghiên cứu cho thấy mỗi ngày 1–2% creatin trong cơ bắp bị phân hủy và một người cần khoảng 1-3 gam creatin mỗi ngày để duy trì mức dự trữ trung bình (không dùng thực phẩm bổ sung). Khoảng một nửa (1 g/ngày) nhu cầu này được cung cấp từ chế độ ăn uống, phần còn lại được tổng hợp ở gan và thận.

Sinh tổng hợp

Creatin chủ yếu được tổng hợp ở gan và thận, với tỷ lệ sản xuất nội sinh khoảng 8,3 mmol hoặc 1 gram mỗi ngày ở người trưởng thành.

Creatin không phải là chất dinh dưỡng thiết yếu vì cơ thể tự sản xuất từ các amino acid glycine và arginine, cùng với methionine để xúc tác quá trình chuyển hóa guanidinoacetate thành creatin. Trong bước đầu của quá trình tổng hợp, hai amino acid này kết hợp nhờ enzyme arginine:glycine amidinotransferase (AGAT, EC:2.1.4.1) để tạo guanidinoacetate, sau đó methyl hóa bởi guanidinoacetate N-methyltransferase với S-adenosyl methionine làm chất methyl. Creatin có thể được phosphoryl hóa bởi creatine kinase để tạo phosphocreatin, dùng làm bộ đệm năng lượng trong cơ xương và não. Creatinin, một dạng tuần hoàn của creatin, tồn tại cân bằng với đồng phân tautome và creatin.

Hệ thống phosphocreatin

Creatine được vận chuyển qua máu và hấp thụ bởi các mô cần nhiều năng lượng như não và cơ xương qua hệ thống vận chuyển tích cực. Nồng độ ATP trong cơ xương thường là 2–5 mM, cung cấp năng lượng cho cơ trong vài giây. Khi nhu cầu năng lượng tăng, hệ thống phosphagen (ATP/PCr) nhanh chóng tái tổng hợp ATP từ ADP bằng phosphocreatine (PCr) nhờ enzyme creatine kinase (CK). Nhóm phosphate gắn vào trung tâm NH của creatine. Trong cơ xương, nồng độ PCr có thể lên đến 20–35 mM hoặc hơn. Khả năng tái tạo ATP của CK trong hầu hết các cơ rất cao, không phải yếu tố hạn chế. Mặc dù nồng độ ATP trong tế bào thấp, việc bổ sung liên tục từ PCr và CK làm thay đổi này khó phát hiện. Creatine có khả năng làm tăng dự trữ PCr trong cơ, giúp cải thiện khả năng tổng hợp ATP từ ADP để đáp ứng nhu cầu năng lượng.

Việc bổ sung creatine dường như làm gia tăng số lượng myonuclei mà các tế bào vệ tinh cung cấp cho các sợi cơ bị tổn thương, từ đó nâng cao khả năng phát triển của các sợi cơ này. Sự gia tăng myonuclei có thể liên quan đến khả năng của creatine trong việc nâng cao mức độ của yếu tố phiên mã MRF4 trong tế bào cơ.

Thiếu hụt di truyền

Sự thiếu hụt di truyền trong quá trình sinh tổng hợp creatine gây ra nhiều khiếm khuyết thần kinh nghiêm trọng. Về mặt lâm sàng, có ba loại rối loạn chuyển hóa creatine. Thiếu hụt hai enzyme tổng hợp có thể dẫn đến khiếm khuyết men chuyển amidino L-arginine:glycine do biến thể trong GATM và khiếm khuyết men chuyển methyl guanidinoacetate do biến thể trong GAMT. Cả hai khiếm khuyết sinh tổng hợp này được di truyền theo kiểu lặn tự phát. Một khiếm khuyết thứ ba, khiếm khuyết vận chuyển creatine, do đột biến trong SLC6A8 và di truyền theo kiểu liên kết X, liên quan đến sự vận chuyển creatine vào não.

Ăn chay

Nghiên cứu chỉ ra rằng mức creatine trong cơ bắp của người ăn chay thường thấp hơn nhiều so với người ăn thịt. Nguyên nhân của điều này là do chế độ ăn thịt cung cấp creatine chủ yếu. Các nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng thực phẩm bổ sung là cần thiết để nâng cao nồng độ creatine trong cơ bắp của người ăn chay có trứng hoặc sữa, hay thuần chay, đạt mức tương đương với người ăn thịt.

Dược động học

Đến nay, các nghiên cứu về creatine chủ yếu tập trung vào đặc tính dược lý của nó, trong khi dược động học của creatine vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Các nghiên cứu hiện tại chưa xác định các thông số dược động học quan trọng như thể tích phân bố, độ thanh thải, sinh khả dụng, thời gian lưu trú trung bình, tốc độ hấp thu và thời gian bán thải. Cần phải thiết lập hồ sơ dược động học rõ ràng để xác định liều tối ưu trên lâm sàng.

Liều lượng

Khi sử dụng creatine monohydrate dạng bột, liều nạp khởi đầu 5 gam creatine được dùng 4 lần mỗi ngày (tổng cộng 20 g/ngày) trong khoảng thời gian cách đều nhau sẽ làm tăng nhanh 20% tổng lượng creatine trong cơ sau 6 ngày. Một phương pháp khác là dùng khoảng 0,3 g/kg/ngày chia thành 4 liều đều nhau, vì nhu cầu creatine có thể thay đổi theo trọng lượng cơ thể. Ngoài ra, đã chứng minh rằng sử dụng liều thấp hơn, 3 gam bốn lần mỗi ngày với tổng cộng 12 g/ngày trong 28 ngày, cũng có thể đạt được mức dự trữ creatine tương đương với phương pháp nạp nhanh 20 g/ngày trong 6 ngày. Tuy nhiên, giai đoạn nạp 28 ngày không cho phép thấy ngay các lợi ích về hiệu suất của việc bổ sung creatine cho đến khi cơ bắp được nạp đầy.

Việc bổ sung creatine cùng với carbohydrate hoặc cả carbohydrate và protein đã được chứng minh là giúp tăng cường khả năng lưu trữ creatine.

Sự gia tăng dự trữ creatine trong cơ có mối liên hệ với các lợi ích về hiệu suất được thảo luận trong phần điều trị. Tuy nhiên, hiện đang nghiên cứu liều cao hơn trong thời gian dài để bù đắp sự thiếu hụt tổng hợp creatine và giảm thiểu các vấn đề sức khỏe.

Sau giai đoạn nạp kéo dài từ 5 đến 7 ngày, kho dự trữ creatine trong cơ đạt đến mức bão hòa hoàn toàn. Khi đó, việc bổ sung chỉ cần duy trì lượng creatine được chia nhỏ mỗi ngày. Ban đầu, liều duy trì được báo cáo là khoảng 2–3 g/ngày (hoặc 0,03 g/kg/ngày), nhưng các nghiên cứu gần đây đã khuyến nghị liều duy trì từ 3–5 g/ngày để giữ creatine ở mức bão hòa trong cơ.

Hấp thụ

Nồng độ creatine trong huyết thanh hoặc huyết tương của người lớn khỏe mạnh thường dao động từ 2–12 mg/L. Sau khi uống một liều đơn 5 gam (5000 mg), mức creatine huyết tương đạt đỉnh khoảng 120 mg/L sau 1–2 giờ. Creatine có thời gian bán thải ngắn, trung bình dưới 3 giờ, do đó, để duy trì nồng độ huyết tương cao, cần phải uống các liều nhỏ mỗi 3–6 giờ trong ngày.

Giải tỏa

Khi ngừng bổ sung creatine, dự trữ creatine trong cơ bắp sẽ giảm trở lại mức ban đầu sau khoảng 4–6 tuần.

Sử dụng trị liệu

Các dạng thực phẩm bổ sung creatine hiện có trên thị trường bao gồm ethyl ester, gluconate, monohydrate và nitrate.

Hiệu suất tập thể dục

Creatine, với vai trò là một chất bổ sung nâng cao hiệu suất, được công nhận bởi Tạp chí Hiệp hội Dinh dưỡng Thể thao Quốc tế (Journal of the International Society of Sports Nutrition) và nhận được sự đồng thuận từ Đại học Y học Thể thao Hoa Kỳ (American College of Sports Medicine), Học viện Dinh dưỡng và Ăn kiêng (Academy of Nutrition and Dietetics), cùng Hiệp hội Chuyên gia dinh dưỡng Canada (Dietitians in Canada).

Việc sử dụng creatine có thể nâng cao công suất và hiệu suất tối đa trong các hoạt động lặp đi lặp lại cường độ cao từ 5 đến 15%. Creatine không ảnh hưởng lớn đến sức bền ưa khí, nhưng có thể giúp gia tăng sức mạnh trong các bài tập ngắn hạn của tập thể dục ưa khí cường độ cao.

Một cuộc khảo sát trên 21.000 vận động viên đại học cho thấy 14% trong số họ sử dụng creatine để cải thiện thành tích. Những người không phải vận động viên lại dùng creatine chủ yếu để cải thiện ngoại hình.

Creatine được cho là có khả năng tăng cường hiệu suất nhận thức, đặc biệt là ở những người có lượng creatine thấp trong chế độ ăn uống, và được một số nguồn xem như một chất bổ sung cải thiện trí tuệ (nootropic).

Phòng ngừa sức khỏe

Nghiên cứu lâm sàng đã chứng minh rằng việc sử dụng creatine nguyên chất và chất lượng cao, dù chỉ riêng lẻ hoặc kết hợp với tập luyện, có thể làm chậm và giảm thiểu quá trình teo cơ do tuổi tác. Điều này đạt được nhờ cải thiện khối lượng cơ thể không mỡ, sức mạnh cơ bắp và độ bền, đồng thời gia tăng mật độ xương.

Bệnh lý cơ bắp

Phân tích tổng hợp cho thấy việc điều trị bằng creatine có thể làm tăng sức mạnh cơ bắp và cải thiện chức năng trong bệnh loạn dưỡng cơ. Tuy nhiên, creatine không có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện sức mạnh cơ bắp ở những người mắc bệnh cơ chuyển hóa. Liều cao creatine có thể dẫn đến tăng cường đau cơ và giảm khả năng thực hiện các hoạt động hàng ngày ở bệnh nhân mắc bệnh McArdle.

Một nghiên cứu lâm sàng tập trung vào các bệnh nhân loạn dưỡng cơ cho thấy việc sử dụng creatine monohydrate tinh khiết có thể hỗ trợ phục hồi chức năng sau chấn thương và trong quá trình bất động.

Bệnh lý ty thể

Sự ảnh hưởng của creatine lên chức năng của ty thể đã thúc đẩy các nghiên cứu về hiệu quả và độ an toàn của nó trong việc làm chậm tiến triển của bệnh Parkinson. Đến năm 2014, chưa có đủ bằng chứng đáng tin cậy để đưa ra quyết định điều trị, do các vấn đề như sai lệch, kích thước mẫu nhỏ và thời gian nghiên cứu ngắn.

Một số nghiên cứu sơ bộ đã được thực hiện, nhưng vẫn chưa có một tổng quan hệ thống về bệnh Huntington.

Xơ cứng teo cơ một bên (ALS)

Creatine không hiệu quả như một liệu pháp điều trị cho bệnh ALS.

Ảnh hưởng không mong muốn

Các tác dụng phụ có thể gặp:

• Tăng cân do nước tích tụ trong cơ
• Chuột rút/căng cơ/kéo cơ tiềm ẩn
• Kích ứng dạ dày
• Tiêu chảy
• Chóng mặt
• Tăng huyết áp do lượng nước tiêu thụ tăng lên

Một tác dụng dễ nhận thấy khi bổ sung creatine là tăng cân trong tuần đầu tiên, có thể do tăng lượng nước trong cơ do nồng độ creatine cao hơn.

Một đánh giá toàn diện vào năm 2009 đã làm giảm mối lo ngại về việc creatine có thể ảnh hưởng đến tình trạng hydrat hóa và khả năng chịu nhiệt, gây chuột rút cơ và tiêu chảy.

Sử dụng creatine với liều lượng thông thường ở người trưởng thành khỏe mạnh không gây hại cho thận; ảnh hưởng của nó đối với thận ở người cao tuổi và thanh thiếu niên chưa được rõ ràng vào năm 2012. Học viện Nhi khoa Hoa Kỳ và Đại học Y khoa Thể thao Hoa Kỳ khuyến cáo không nên sử dụng creatine cho người dưới 18 tuổi.

Người bị bệnh thận, huyết áp cao hoặc bệnh gan nên tránh sử dụng creatine như một thực phẩm bổ sung.

Chức năng thận

Một đánh giá toàn diện năm 2019 của National Kidney Foundation đã kiểm tra ảnh hưởng của việc bổ sung creatine đến chức năng thận. Họ phân tích 15 nghiên cứu từ 1997 đến 2013, so sánh quy trình nạp và duy trì creatine từ 4–20 g/ngày với giả dược. Họ đo lường tổn thương thận qua creatinin huyết thanh, độ thanh thải creatinin và nồng độ urê huyết thanh. Mặc dù bổ sung creatine thường làm tăng nhẹ nồng độ creatinin nhưng không gây tổn thương thận (giá trị P <0,001). Đánh giá này cũng bao gồm các nhóm đặc biệt như bệnh nhân đái tháo đường týp 2, phụ nữ hậu mãn kinh, và các vận động viên thể hình, điền kinh cùng những người tập sức đề kháng. Ba nghiên cứu điển hình trong đánh giá này báo cáo ảnh hưởng của creatine đến chức năng thận.

Trong tuyên bố chung của Đại học Y khoa Thể thao Hoa Kỳ, Học viện Dinh dưỡng và Ăn kiêng, cùng các chuyên gia dinh dưỡng Canada về các chiến lược dinh dưỡng nâng cao hiệu suất, creatine được liệt vào danh sách các chất hỗ trợ có lợi cho sức khỏe mà không có vấn đề về chức năng thận.

Theo quan điểm mới nhất từ Tạp chí Hiệp hội Dinh dưỡng Thể thao Quốc tế, creatine được coi là an toàn cho tất cả các nhóm sức khỏe, từ trẻ em đến người cao tuổi và vận động viên. Họ cũng cho biết việc sử dụng creatine lâu dài (5 năm) đã được xem là an toàn.

Thận cần phosphocreatine và creatine để duy trì chức năng bình thường, và thận tiết ra một lượng đáng kể creatine kinase (các isoenzym BB-CK và u-mtCK). Quá trình tổng hợp creatine nội sinh bắt đầu trong thận. Bệnh nhân thận và người đang điều trị lọc máu thường có mức creatine thấp do thận bị tổn thương ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp và tái hấp thu creatine. Việc lọc máu cũng làm mất creatine, và bệnh nhân thường tiêu thụ ít thịt và cá, nguồn cung cấp creatine. Để giảm tình trạng cạn kiệt creatine, việc bổ sung creatine cho bệnh nhân lọc máu đã được đề xuất, có thể cải thiện sức mạnh cơ bắp, phối hợp vận động, chức năng não, và giảm trầm cảm và mệt mỏi.

Độ an toàn

Ô nhiễm

Một khảo sát năm 2011 trên 33 loại thực phẩm chức năng bán ở Ý cho thấy hơn 50% trong số chúng vượt quá mức giới hạn khuyến nghị của Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu về ít nhất một loại chất gây ô nhiễm. Chất gây ô nhiễm phổ biến nhất là creatinine, một sản phẩm phân hủy của creatine cũng được cơ thể sản xuất. Creatinine xuất hiện ở nồng độ cao hơn giới hạn khuyến nghị của Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu trong 44% mẫu. Khoảng 15% mẫu cho thấy nồng độ dihydro-1,3,5-triazine hoặc dicyandiamide cao. Ô nhiễm kim loại nặng không được phát hiện, chỉ có một lượng nhỏ thủy ngân được ghi nhận. Hai nghiên cứu năm 2007 không phát hiện tạp chất nào.

Tương tác

Khi kết hợp creatine với các loại thuốc có thể ảnh hưởng đến thận, có nguy cơ làm tăng tổn thương thận:

• Thuốc chống viêm không steroid (NSAID) - ví dụ như ibuprofen (Motrin, Advil) và naproxen (Aleve)
• Thuốc lợi tiểu (thuốc nước) - ví dụ như furosemide (Lasix)
• Cimetidine (Tagamet)
• Probenicid

Một nghiên cứu của Viện Y tế Quốc gia chỉ ra rằng caffeine có thể tương tác với creatine, làm gia tăng tốc độ tiến triển của bệnh Parkinson.

Thực phẩm và nấu ăn

Khi creatine được trộn với protein và đường ở nhiệt độ cao (trên 148 °C), quá trình này có thể tạo ra các amin dị vòng (HCA) gây ung thư. Phản ứng này xảy ra khi nướng hoặc áp chảo thịt. Hàm lượng creatine (dựa trên phần trăm protein thô) có thể dùng để đánh giá chất lượng của thịt.

Cân nhắc chế độ ăn uống

Creatine-monohydrate phù hợp với người ăn chay và thuần chay, vì các nguyên liệu dùng để sản xuất không có nguồn gốc động vật.

Liên kết bên ngoài

• Creatine liên kết với protein trong cơ sở dữ liệu PDB