Betaina. Czym jest i jakie pełni funkcje?

Betaina to organiczny związek azotowy, aminokwas, znany również jako trimetyloglicyna [1]. Nie jest powszechnie znanym składnikiem pokarmowym, lecz pełni bardzo ważne funkcje w organizmie. Badania wykazały, że chroni narządy wewnętrzne i wspomaga ich prawidłowe funkcjonowanie. Spożycie odpowiedniej ilości betainy jest istotne w kontekście profilaktyki wielu chorób przewlekłych [2].

Źródła betainy

Betaina występuje zarówno w produktach pochodzenia roślinnego, jak i zwierzęcego. Jest składnikiem wielu produktów spożywczych, między innymi zbóż, skorupiaków, szpinaku i buraków cukrowych. Źródłem betainy dla organizmu mogą być również produkty bogate w cholinę. W głównej mierze jest nieodwracalnie utleniana do betainy w wątrobie i nerkach. [2]

Istnieje baza danych Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych dotycząca zawartości choliny i betainy w żywności. Stwierdzono, że zawartość betainy w produktach spożywczych może być różna. Zależy od źródła ich pochodzenia oraz sposobu obróbki termicznej. [2] Wyższą zawartością betainy charakteryzują się rośliny wzrastające w warunkach stresu (suszy, niskiej temperatury, niedotlenienia). Trimetyloglicyna jest związkiem termostabilnym. Mimo to jej zawartość w produktach może się zmniejszyć w wyniku stosowania różnych technik kulinarnych. [1] Największe straty tego związku odnotowano przy gotowaniu. [1,2]

Głównym źródłem betainy w diecie zachodniej są zboża. Spośród zbóż zawierających gluten najwyższą zawartość betainy stwierdzono w pszennych otrębach (2300-7200 µg/g) i zarodkach (3414 µg/g). Jednak najobfitszym źródłem betainy był amarantus (7420 µg/g). Mąki i produkty pełnoziarniste, w porównaniu z ich rafinowanymi odpowiednikami, odznaczają się od dwóch do czterech razy wyższą zawartością tego związku. Wśród pieczywa bogate w betainę było pieczywo żytnie, orkiszowe i razowe. W przypadku płatków śniadaniowych, musli i batonów jej zawartość zależała od ich składu. Produkty bezglutenowe natomiast charakteryzują się niską zawartością betainy (<50 µg/g). [1]

Autorzy jednej z publikacji oszacowali, że średnie spożycie betainy w diecie wynosi ok. 1 g/dzień [2], a autorzy innego artykułu – 131 mg/dobę. [1] W przypadku diety bogatej w produkty pełnoziarniste i owoce morza, może się ono zwiększyć do 2,5 g/dzień. [2] Jednak uznaje się, że spożycie betainy w diecie w populacji ogólnej jest niskie, a dzienna podaż powinna sięgać 1500 mg/dzień. [1]

Synteza, wchłanianie i usuwanie betainy z organizmu

Betaina jest częściowo syntetyzowana przez organizm ludzki, lecz w niewystarczających ilościach. [1] Dlatego powinna być dostarczana do organizmu wraz z pożywieniem. Badania dotyczące spożycia betainy wykazały jej szybkie wchłanianie w jelicie cienkim i dystrybucję. Stężenie betainy w ludzkiej surowicy osób zdrowych wynosi ok. 20-70 µmol/l. Jest katabolizowana poprzez szereg reakcji enzymatycznych, które zachodzą głównie w mitochondriach komórek wątroby i nerek. Betaina u osób zdrowych jest eliminowana głównie na drodze metabolizmu, a nie wydalania (nawet przy stosunkowo wysokich dawkach). [2]

Funkcje betainy

Betaina jako osmolit (funkcje osmoregulacyjne)

Jako osmolit, betaina chroni komórki, białka i enzymy przed stresem środowiskowym (np. niskim poziomem wody, wysokim zasoleniem lub ekstremalną temperaturą). [2] Betaina jest wykorzystywana jako organiczny osmolit, jeśli nie jest katabolizowana. Reguluje ona stan nawodnienia komórkowego, a tym samym objętość komórek. Jest to ważne dla utrzymania ich funkcji. Należy do nich między innymi przeprowadzanie szlaków metabolicznych, obejmujących przemiany białek, metabolizm węglowodanów, kwasów tłuszczowych, aminokwasów i amoniaku, transport przez błony komórkowe, wydzielanie żółci, kontrolę pH i ekspresję genów. [2]

Komórki przystosowują się do zewnętrznego stresu osmotycznego poprzez gromadzenie niskocząsteczkowych jonów nieorganicznych (np. sodu, potasu i chlorków) oraz organicznych osmolitów. Jednak wzrost wewnątrzkomórkowych stężeń jonów nieorganicznych jest ograniczony. Przyczyną tego jest ich destabilizujący wpływ na strukturę białek i funkcje enzymów. Badania wykazały, że betaina wiąże się w niewielkim stopniu z powierzchniami białek lub wcale. Nie zakłóca metabolizmu komórkowego i stabilizuje go, podczas gdy komórki i tkanki są narażone na stres. [2,3] Osmotyczna adaptacja do stresu pomaga różnym komórkom i narządom w dalszym funkcjonowaniu. Chroni także przed przedwczesną apoptozą. [2]

Betaina jako donor metylu

Betaina jest jednym z najważniejszych dawców grup metylowych. [3] Dzięki temu odgrywa rolę w cyklu metioninowym, zachodzącym głównie w wątrobie i nerkach człowieka. [2,3] Grupy metylowe są wykorzystywane w wielu szlakach biochemicznych. [2] Ich dostępność wpływa między innymi na poziom metylacji, np. DNA i białek. [3]

Zastosowanie betainy w profilaktyce i leczeniu chorób

Hiperhomocysteinemia

Badania epidemiologiczne wykazały, że osoby z podwyższonym stężeniem homocysteiny (hiperhomocysteinemią) mają zwiększone ryzyko niektórych chorób. Należą do nich choroby sercowo-naczyniowe, udar, choroba Alzheimera, otępienie, wady cewy nerwowej i innych zaburzenia metaboliczne. Podwyższone stężenie homocysteiny w surowicy jest częste u pacjentów z przewlekłą chorobą wątroby. Hiperhomocysteinemia jest spowodowana brakiem równowagi w cyklu metioninowym z powodu defektów genetycznych lub niegenetycznych (np. żywieniowych), które skutkują podwyższeniem poziomu homocysteiny w surowicy.[2]

Ciężka hiperhomocysteinemia, która jest spowodowana dziedziczną homozygotyczną dysfunkcją genetyczną (wrodzone wady metabolizmu), jest nazywana homocystynurią. Jej objawy obejmują m.in.:

• zaburzenia psychiczne
• upośledzenie umysłowe
• przemieszczenie soczewki oka
• nieprawidłowości szkieletowe (osteoporoza, skolioza)
• miażdzycę i zakrzepicę zatorową

Mogą one prowadzić do powikłań zagrażających życiu. Część osób z homocystynurią (ok. 50%) reaguje na terapię witaminą B6. Homocystynuria, która nie reaguje na leczenie witaminą B6, jest znacznie trudniejsza do wyleczenia. Jednak betaina (sama lub w połączeniu z innymi terapiami) łagodzi objawy kliniczne. Zmniejsza hiperhomocysteinemię i zwiększa stężenie metioniny, seryny i cysteiny w osoczu. U dzieci również obniża poziom homocysteiny w płynie mózgowo-rdzeniowym odpowiedzialnej za powikłania neurologiczne. Kilku badaczy ustaliło, że betaina może obniżać stężenie homocysteiny i poprawiać niektóre stany kliniczne bez żadnych działań niepożądanych przy dawkowaniu ok. 6 g/dzień. [2]

Łagodna hiperhomocysteinemia występuje znacznie częściej niż homocystinuria i charakteryzuje się nieznacznie podwyższonym stężeniem homocysteiny. Można ją zmniejszyć poprzez jednoczesne przyjmowanie witaminy B6, kwasu foliowego i betainy lub samą betainy. Jednak najskuteczniejszą metodą obniżenia poziomu homocysteiny prawdopodobnie jest jednoczesne spożywanie kwasu foliowego i betainy. Przyczyną tego zjawiska jest fakt, że remetylacja homocysteiny zależna od betainy zachodzi głównie w wątrobie i nerkach, a remetylacja zależna od kwasu foliowego zachodzi w większości komórek. [2]

Choroby zapalne

Betaina może odgrywać dużą rolę w przeciwdziałaniu stanom zapalnym, występujących między innymi w cukrzycy i otyłości. Badania na zwierzętach potwierdziły tę tezę, jednak badania na ludziach dają sprzeczne wyniki. Warto jednak mieć na uwadze możliwe znaczenie betainy w leczeniu lub łagodzeniu objawów różnych chorób zapalnych. Wymaga to dalszych badań. [3]

🔎 Według meta-analizy badań randomizowanych kontrolowanych Xu [12] wyniki badań są niejednoznaczne. Suplementacja betainą spowodowała niewielkie zmniejszenie poziomu IL-1β, ale nie miała istotnego wpływu na inne markery zapalne, i obecnie nie ma wystarczających dowodów, by stwierdzić, że poprawia ona stan zapalny.

Choroby wątroby

Jedną z powszechnie występujących chorób wątroby jest niealkoholowa stłuszczeniowa choroba wątroby (NAFLD). Ma ona charakter postępujący: od stłuszczenia wątroby, poprzez stłuszczeniowe zapalenie wątroby i zwłóknienie, aż do marskości. Jeden z objawów NAFLD (stłuszczenie wątroby) często jest skutkiem otyłości, stosowania diety wysokotłuszczowej, insulinooporności, cukrzycy i spożycia alkoholu.

Betaina jest lipotropem, czyli środkiem zapobiegającym lub ograniczającym gromadzenie się tłuszczu w wątrobie. Jedna z hipotez dotyczących właściwości lipotropowych betainy głosi, że zawiera ona elektrofilową grupę metylową, która łagodzi stany patologiczne wywołane stresem redukcyjnym i oksydacyjnym.

Badania na szczurach wykazały, że betaina może zapobiegać i leczyć marskość wątroby oraz hiperlipidemię. Może także chronić przed działaniem niektórych toksyn. W kilku publikacjach możemy znaleźć zalecenie stosowania betainy w leczeniu NAFLD i NASH (niealkoholowe stłuszczeniowe zapalenie wątroby). Pierwsze badanie pilotażowe wykazało, że betaina (20 g/d) jest bezpieczna i dobrze tolerowana oraz prowadzi do znaczącej poprawy biochemicznej i histologicznej pacjentów z NASH. [2] Istnieją również przesłanki do stosowania betainy w leczeniu chorób wątroby spowodowanych spożyciem nadmiernej ilości alkoholu. Jednak opisano niewiele badań na ludziach, a ich wyniki są ograniczone [4]. Jedna z publikacji wskazuje także na ograniczenia przeprowadzanych badań na temat roli betainy w przebiegu chorób wątroby. Sugeruje konieczność przeprowadzenia dalszych badań w celu potwierdzenia ich wyników [5].

Choroby sercowo-naczyniowe

Seria artykułów wykazała, że połączenie betainy i glikocyjaminy łagodzi objawy u osób z chorobami serca. Podanie betainy chorym prowadziło do poprawy samopoczucia, zwiększonej aktywności fizycznej i umysłowej. U osób m.in. z miażdżycą i zastoinową niewydolnością serca w wyniku tej terapii następowała poprawa czynności serca. Wykazano, że leczenie miażdżycy betainą poprawia stosunek fosfolipidów do cholesterolu w surowicy, samopoczucie, poziom aktywności fizycznej, apetyt, ból dławicowy, duszność i libido. Wśród chorych, u których prowadzono terapię choliną, witaminą B12. W połączeniu z dietą niskotłuszczową, o niskiej zawartości cholesterolu, doprowadziło do zmniejszenia śmiertelności u osób z miażdżycą. [2] Należy nadmienić, że przegląd systematyczny i metaanaliza nie wykazała dowodów na to, że betaina ma jednoznacznie ochronny wpływ na występowanie incydentów sercowo-naczyniowych. Potrzebne są dalsze prace nad znaczeniem spożycia betainy w kontekście profilaktyki i leczenia chorób sercowo-naczyniowych. [6]

Choroby nerek

U osób z chorobami nerek, w porównaniu do osób zdrowych, stężenie betainy w surowicy krwi jest niższe. Dzieje się tak z uwagi na jej zwiększone wydalanie z moczem [2]. W związku z tym może dochodzić do jej niedoboru. Jest to zjawiskiem niekorzystnym, ponieważ odgrywa ona ważną rolę w funkcjonowaniu nerek. Betaina, która gromadzi się w nerkach, jest głównie pochodzenia egzogennego. Chroni komórki przed wysokimi stężeniami elektrolitów i mocznika. Odpowiednia osmolarność w śródmiąższu rdzenia jest niezbędna również do prawidłowego przebiegu procesu zwrotnego wchłaniania wody i zagęszczania moczu. [4] Można więc wysnuć wniosek, że u osób z chorobami nerek warto zadbać o odpowiednią podaż betainy.

Choroba Alzheimera

Choroba Alzheimera jest chorobą neurodegeneracyjną. Jej główne objawy to zmiany behawioralne oraz zaburzenia procesów uczenia się i pamięci. Istnieje wiele czynników ryzyka tej choroby. Na jej rozwój mogą wpłynąć m.in. wiek, predyspozycje genetyczne i niektóre substancje odżywcze. Nie można ostatecznie stwierdzić, czy dieta jest czynnikiem przyczyniającym się do zachorowania. Jednakże wiele badań wykazało, że pogorszenie funkcji poznawczych jest związane z dietą. [7]

Przeprowadzono badanie, które miało na celu wskazanie związku między niedożywieniem a hiperhomocysteinemią. Stany te często występują u pacjentów z chorobą Alzheimera. Naukowcy chcieli też ustalić, jaki wpływu ma zawartości betainy w diecie na postęp tej choroby. Homocysteina upośledza naprawę DNA w hipokampie i powoduje wrażliwość neuronów na toksyczność beta-amyloidu. Wykazało, że betaina może przywrócić odpowiedni poziom ekspresji homocysteiny. Jednocześnie związek ten hamuje stany zapalne u pacjentów, a jednocześnie wywołuje wzrost ilości białek związanych z pamięcią. To zaś może łagodzić objawy choroby Alzheimera. W związku z powyższym, wyniki badania zachęcają do rozważenia stosowania betainy w leczeniu tej choroby. [7]

Choroby nowotworowe

Nowotwory są jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. W zapobieganiu tym chorobom istotną rolę odgrywają czynniki dietetyczne. Jak dowiedziono, betaina i cholina są składnikami odżywczymi, mającymi działanie ochronne. Wyniki badań na temat związku spożycia betainy z występowaniem nowotworu są sprzeczne. Jednak metaanaliza obejmująca jedenaście artykułów wykazała, że spożycie betainy i choliny zmniejsza zachorowalność na raka. Dostarczenie tych składników do organizmu w ilości 100 mg/d zmniejszyło częstość występowania nowotworu o 11%. [8]

Zastosowanie betainy w sporcie

Wydajność

Betaina może poprawić wydajność ćwiczeń poprzez trzy różne mechanizmy. Po pierwsze zwiększa syntezę kreatyny, która poprawia wydajność bardzo intensywnych, krótkotrwałych ćwiczeń beztlenowych. Kolejną kwestią jest to, że suplementacja betainą znacząco podnosi poziom tlenku azotu we krwi. Powoduje on rozszerzenie naczyń krwionośnych, a tym samym zwiększenie przepływu krwi w mięśniach, ilości dostarczanych składników odżywczych i szybkości usuwania produktów przemiany materii. Po trzecie betaina reguluje nawodnienie komórek i utrzymuje homeostazę płynów.

Biorąc pod uwagę, że odwodnienie i wysoka temperatura skutkują stresem osmotycznym, suplementacja betainą może poprawić wydajność ćwiczeń.  [9, 10] Mimo to wyniki badań są niejednoznaczne i wymagane jest przeprowadzenie kolejnych, aby ostatecznie potwierdzić zalety stosowania betainy w sporcie. [10]

Siła mięśniowa

🔎 Suplementacja betainą przez co najmniej 7 dni znacząco zwiększa siłę mięśni, szczególnie dolnych partii ciała, oraz poprawia wyniki w skokach pionowych. Takie wnioski płyną z meta-analizy Zawieja i wsp. [14] Nie zaobserwowano istotnych efektów dla siły górnych partii ciała, wytrzymałości mięśniowej czy mocy w sprintach rowerowych. Wyniki sugerują, że betaina może być korzystnym suplementem w treningu siły i dynamiki dolnych partii mięśniowych.

Czy betaina może wspomóc redukcję tkanki tłuszczowej?

Nadmierne gromadzenie się tkanki tłuszczowej w organizmie prowadzi do otyłości, która jest uznawana za chorobę przewlekłą. Wiąże się z wieloma problemami zdrowotnymi, takimi jak cukrzyca typu 2, choroby układu krążenia czy nowotwory. Metaanaliza różnych badań wykazała, że suplementacja betainą ma pozytywne znaczenie w redukcji tkanki tłuszczowej, lecz nie ma wpływu na całkowitą masę ciała. Prawdopodobnie jest to związane ze zwiększeniem się zawartości beztłuszczowej masy ciała. Istnieją wskazania do dalszych badań na ten temat. [11]

Betaina pochodząca z żywności a jej suplementacja

Według przeprowadzonych badań dostarczenie betainy do organizmu z pożywieniem i doustne podawanie suplementu ma podobny wpływ na zdrowie. W jednym z nich odnotowano, że spożycie posiłku bogatego w betainę (ok. 800 mg) miało takie same skutki zdrowotne, jak suplementacja (1 g/dzień). Dlatego niektórzy sugerują wzbogacanie żywności betainą. [1]

Nadmiar betainy i jego skutki

Spożycie nadmiernej ilości betainy jest trudne. Jeno z badań wskazuje, że betaina jest bezpieczna przy dziennym spożyciu 9-15 g. [2] Jednak autorzy innej publikacji twierdzą, że dzienne spożycie przekraczające 4 g może spowodować zwiększenie stężenia cholesterolu we krwi. [1]

🔎 W jednym z badań stwierdzono natomiast, że spożycie betainy w diecie wykazuje istotny związek z ryzykiem śmiertelności z powodu udaru. Dodatkowe dawki o których mowa wynosiły już 50 do 250 mg/dzień. Naukowcy jednak wskazują na małą liczbę badań, które tłumaczyłyby te rezultaty.

Podsumowanie

Betaina jest ważnym składnikiem odżywczym człowieka, otrzymywanym z różnych produktów spożywczych. Pomaga w utrzymaniu zdrowia wątroby, serca i nerek. [2] Istnieją liczne dane sugerujące, że może zapobiegać chorobom przewlekłym. Jej odpowiednie spożycie w diecie może przyczyniać się do poprawy ogólnego stanu zdrowia. [1] Jednak jest kilka nierozstrzygniętych kwestii dotyczących roli betainy. Dlatego konieczne jest przeprowadzenie kolejnych badań, które pomogłyby wyciągnąć klarowne wnioski.

Bibliografia

1. Filipčev, B., Kojić, J., Krulj, J., Bodroža-Solarov, M., & Ilić, N. (2018). Betaine in Cereal Grains and Grain-Based Products. Foods (Basel, Switzerland), 7(4), 49.
2. Craig S. A. (2004). Betaine in human nutrition. The American journal of clinical nutrition, 80(3), 539–549.
3. Zhao, G., He, F., Wu, C., Li, P., Li, N., Deng, J., Zhu, G., Ren, W., & Peng, Y. (2018). Betaine in Inflammation: Mechanistic Aspects and Applications. Frontiers in immunology, 9, 1070.
4. Kempson, S. A., Vovor-Dassu, K., & Day, C. (2013). Betaine transport in kidney and liver: use of betaine in liver injury. Cellular physiology and biochemistry: international journal of experimental cellular physiology, biochemistry, and pharmacology, 32(7), 32–40.
5. Mukherjee S. (2020). Role of betaine in liver disease-worth revisiting or has the die been cast?. World journal of gastroenterology, 26(38), 5745–5748.
6. Meyer, K. A., & Shea, J. W. (2017). Dietary Choline and Betaine and Risk of CVD: A Systematic Review and Meta-Analysis of Prospective Studies. Nutrients, 9(7), 711.
7. Sun, J., Wen, S., Zhou, J., & Ding, S. (2017). Association between malnutrition and hyperhomocysteine in Alzheimer’s disease patients and diet intervention of betaine. Journal of clinical laboratory analysis, 31(5), e22090
8. Sun, S., Li, X., Ren, A., Du, M., Du, H., Shu, Y., Zhu, L., & Wang, W. (2016). Choline and betaine consumption lowers cancer risk: a meta-analysis of epidemiologic studies. Scientific reports, 6, 35547.
9. Harty, P. S., Zabriskie, H. A., Erickson, J. L., Molling, P. E., Kerksick, C. M., & Jagim, A. R. (2018). Multi-ingredient pre-workout supplements, safety implications, and performance outcomes: a brief review. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 15(1), 41.
10. Trepanowski, J. F., Farney, T. M., McCarthy, C. G., Schilling, B. K., Craig, S. A., & Bloomer, R. J. (2011). The effects of chronic betaine supplementation on exercise performance, skeletal muscle oxygen saturation and associated biochemical parameters in resistance trained men. Journal of strength and conditioning research, 25(12), 3461–3471.
11. Gao, X., Zhang, H., Guo, X. F., Li, K., Li, S., & Li, D. (2019). Effect of Betaine on Reducing Body Fat-A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Nutrients, 11(10), 2480.
12. Xu J, Nie Z, Qiu X, Zhang J, Han S. Effects of betaine supplementation on inflammatory markers: a systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials. Int J Food Sci Nutr. 2023 Sep 21:1-9. doi: 10.1080/09637486.2023.2257906. Epub ahead of print. PMID: 37733077.
13. Sharifi-Zahabi E, Soltani S, Asiaei S, Dehesh P, Mohsenpour MA, Shidfar F. Higher dietary choline intake is associated with increased risk of all-cause and cause-specific mortality: A systematic review and dose-response meta-analysis of cohort studies. Nutr Res. 2024 Sep 6;130:48-66. doi: 10.1016/j.nutres.2024.09.002. Epub ahead of print. PMID: 39341000.
14. Zawieja E, Machek S, Zanchi NE, Cholewa J, Woźniewicz M. Effects of chronic betaine supplementation on exercise performance: Systematic review and meta-analysis. J Sports Sci. 2024 Nov;42(22):2131-2144. doi: 10.1080/02640414.2024.2423578. Epub 2024 Nov 8. PMID: 39514262.

• Data pierwotnej publikacji: 22.01.2021
• Data ostatniej aktualizacji o wyniki badań: 19.12.2024