Холин — важный нутриент для мозга, печени и обмена веществ

Здоровье человека напрямую зависит от процессов обмена веществ, которые объединяет в себе общий термин — метаболизм. Особую роль в метаболизме играет холин — питательное вещество, которое является структурной частью клеток, координирует работу мозга и нервной системы, поддерживает работу печени, участвует в копировании генетической информации и выполняет несколько других жизненно важных функций. В этой статье мы поговорим об истории открытия, структуре и биологической роли холина, узнаем, почему его исключили из категории витаминов, а также поговорим о возможных причинах и последствиях дефицита этого питательного вещества.

История открытия и изучения холина

Первооткрывателем холина считается немецкий химик Адольф Штреккер, в 1849 году выделивший его из свиной желчи. Поначалу Штреккер не придал значения своему открытию, однако другие химики из Германии — Ламберт Бабо и Мартин Хиршбрунн — извлекли похожее вещество из семян белой горчицы. Они идентифицировали его как химическое соединение, относящееся к новому, неизвестному ранее классу, что побудило Адольфа Штреккера возобновить исследования. В 1862 году он повторно извлек вещество из желчи, определил его молекулярную структуру и предложил название «холин» (прим. ред.: от древнегреческого слова «χολή» — «желчь»).

Хотя холин изучали многие ученые XIX века, о его биологических функциях долгое время было ничего не известно. Ситуация изменилась в 1930-х годах, когда канадский биохимик Чарльз Бест провел серию экспериментов на собаках и крысах. Они показали, что диета с полным отсутствием холина приводила к опасному для здоровья накоплению жиров в печени, а при его добавлении в рацион такие симптомы полностью исчезали. Кроме того, Бест открыл, что холин является главным действующим веществом лецитина — жироподобного вещества, которое активно использовали в пищевой промышленности для улучшения текстуры продуктов. На основании исследований Беста и других ученых холин включили в категорию витаминов под названием витамин B4.

Отдельного упоминания заслуживает открытие немецкого психобиолога Отто Лёви. Именно он определил цепочку биохимических процессов, в результате которых холин преобразуется в ацетилхолин. Ацетилхолин представляет собой нейромедиатор — сигнальную молекулу, которая отвечает за сокращение мышц, память, способность к обучению и многие другие аспекты работы центральной нервной системы. За это открытие Отто Лёви в 1936 году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

В 1960-х годах стало известно, что организм человека способен самостоятельно синтезировать холин, хотя и в небольших количествах. Это поставило под сомнение его статус как витамина — органического соединения, которое должно поступать в организм с пищей или добавками. В наши дни холин, как и витамин D, считается условно незаменимым питательным веществом. Однако их относят к разным категориям на основании следующих аргументов.

• Витамин D синтезируется в наружном слое кожи под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения, то есть его выработка полностью зависит от условий окружающей среды. Это позволяет отнести питательное вещество к витаминам, несмотря на условную незаменимость.
• Холин синтезируется в результате внутренних процессов обмена веществ и, хотя этого количества совершенно недостаточно для удовлетворения потребностей организма, его все же не считают витамином, а только лишь витаминоподобным веществом.

Химическая структура и формы холина

Холин является катионом, то есть частицей, обладающей положительным электрическим зарядом. В общем и упрощенном виде его химическую формулу обозначают как [C₅H₁₄NO]X^–. В этом случае X^– не является базовой структурной частью молекулы, а обозначает анион — ион с отрицательным электрическим зарядом, который влияет на форму вещества и придает ему определенные биохимические свойства. Прежде всего разберем, из каких частей состоит основная структура молекулы холина.

• Триметильная группа — атом азота (N), к которому присоединены 3 одинаковые боковые части, метильные группы (CH³). Именно азот придает молекуле положительный заряд и обеспечивает ее взаимодействие со многими отрицательно заряженными веществами организма, в частности, молекулами ДНК.
• Этиленовая связка — фрагмент из 2 атомов углерода (C), каждый из которых имеет одинарные химические связи с 2 атомами водорода (H). Этиленовая часть имеет формулу CH₂CH₂. Она выполняет функцию связующего звена между триметильной и гидроксильной группами, а также имеет решающее значение при распознавании холина ферментами и рецепторами организма.
• Гидроксильная группа — простое соединение атомов кислорода и водорода (OH). Этот небольшой структурный компонент позволяет холину вступать в реакции для образования эфиров и других метаболических трансформаций, а также обеспечивает его растворимость в водной среде.

Теперь, зная структурные особенности холина, мы можем понять, что означает базовая часть его развернутой химической формулы — [(CH₃)₃NCH₂CH₂OH]⁺. Именно в таком, свободном виде холин синтезируется организмом и поступает в него с некоторыми пищевыми продуктами. Однако, будучи катионом, холин обладает высокой реакционной способностью и легко вступает в связи с анионами. От упомянутого ранее «таинственного» компонента X^– зависит то, в какой форме существует холин. Наиболее распространенными формами являются соли, то есть соединения положительно и отрицательно заряженных ионов.

• Хлорид холина — анион Cl^–. Одна из самых распространенных форм, которая применяется в медицине, пищевой и сельскохозяйственной промышленности.
• Битартат холина — анион C₄H₅O₆^–. Форма имеет альтернативное название «винный камень», так как образуется в виде осадка на стенках бочек с вином. Благодаря высокой стабильности и биодоступности эта соль часто используется в производстве пищевых добавок.
• Цитрат холина — анион C₆H₅O₇^3-. Еще одна легкоусвояемая соль, которая образуется путем соединения холина с лимонной кислотой. Благодаря цитратному компоненту эта форма особенно эффективно предотвращает жировую дистрофию печени, перенаправляя излишки липидов к другим тканям. Индекс 3– означает, что отрицательный заряд обусловлен потерей 3 протонов — положительно заряженных частиц в ядрах атомов.

Биологическая роль и функции холина в организме человека

В организме человека холин синтезируется в печени. Исходным материалом для его образования является фосфатидилэтаноламин (ФЭ) — необходимый структурный компонент всех клеточных мембран. При посредничестве фермента PEMT к ФЭ последовательно присоединяются три метильные группы. В результате образуется молекула фосфатидилхолина, при расщеплении которой высвобождается холин. Независимо от того, в какой форме и каким образом в организме появляется холин, он может принимать участие в следующих процессах метаболизма.

• Ацетилирование. Ацетилкофермент А, или, сокращенно, ацетил-КоА, — это одно из важнейших веществ в организме, которое участвует в энергетическом обмене и синтезе множества полезных соединений. Взаимодействуя с холином при участии фермента ChAT, ацетил-КоА отдает ему свою функциональную группу CH₃CO^–. В результате образуется ацетилхолин — нейромедиатор, отвечающий за передачу нервных импульсов.
• Фосфорилирование. Аденозинтрифосфат (АТФ) является главной энергетической молекулой в организме человека. При помощи фермента холинкиназа одну из фосфатных групп АТФ — PO₄^3– — принимает холин. Это приводит к синтезу фосфохолина, который в результате цепочки взаимодействий преобразуется в фосфатидилхолин. Фосфатидилхолин используется для построения структуры клеточных мембран, а также синтеза липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) — комплексных молекул, выводящих излишки жира из печени.

• Окисление. Еще один важный метаболический процесс холина происходит благодаря двум его последовательным окислениям. Теряя атомы водорода, он сначала трансформируется в бетаин-альдегид, а затем — в бетаин. Бетаин обладает способностью отдавать метильные группы, благодаря чему участвует в образовании метионина — аминокислоты, необходимой для формирования множества белков. Бетаин также помогает расщеплять жиры, которые накапливаются в печени.
• Гидролиз. В отличие от окисления, ацетилирование и фосфорилирование холина являются обратимыми процессами. При участии различных ферментов ацетилхолин и фосфатидилхолин взаимодействуют с водой, что приводит к образованию свободного холина. Таким образом, посредством некоего подобия круговорота организм может регулировать количество холина, высвобождая его из сложных молекул и вовлекая в другие процессы метаболизма.

Польза холина для здоровья мозга, печени и нервной системы

Если представить наш организм в виде сложного механизма, холин выполняет в нем функцию не какой-то конкретной детали, а скорее комплексной системы управления, следящей за работоспособностью сразу нескольких узлов. Хотя холин и не относят к классическим витаминам, переоценить его роль в поддержании здоровья весьма трудно. Сейчас мы узнаем, какую именно пользу приносит холин разным системам организма.

• Нервная система. Ацетилхолин функционирует по всему организму, обеспечивая передачу сигналов от нервных клеток мышцам. Каждый раз, когда мы совершаем любое, даже самое незначительное движение, нервные окончания высвобождают ацетилхолин и передают его рецепторам, отвечающим за сокращение мышц.
• Мозг. Ацетилхолин не только связывается с мышцами, но и воздействует на нейроны головного мозга, модулируя так называемые нейронные сети. Чем прочнее связи между нейронами, тем эффективнее они осуществляют обмен сигналами. На практике это выражается в том, что мы запоминаем важную информацию, с опытом начинаем лучше и быстрее выполнять определенные действия, формируем как полезные, так и вредные привычки, развиваем критическое мышление и восприятие реальности.
• Печень. Основополагающую роль в процессах метаболизма играет именно печень. От нее зависит преобразование белков, жиров и углеводов, она запасает в организме полезные вещества и обеспечивает вывод вредных. Фосфатидилхолин оказывает существенную поддержку печени, так как участвует в синтезе липопротеинов, отвечающих за вывод жировых излишков в другие ткани организма. Поддерживая целостность мембран, фосфатидилхолин регулирует работу ферментов, обеспечивающих детоксикацию организма.
• Гены. Холин и его производные участвуют в регуляции такого процесса, как экспрессия генов. В общем смысле она включает 2 этапа: копирование и распространение генетической информации. Будучи донором метильных групп для ДНК, холин оказывает влияние как на активацию, так и на подавление работы определенных генов. Экспрессия генов — это фундаментальный процесс, от которого зависят строение, функционал и способность к взаимодействию абсолютно каждой клетки организма.

Холин представляет особенную ценность во время беременности. Наравне с витамином B9 он снижает риск развития дефектов нервной трубки у плода, предупреждая многие врожденные повреждения головного и спинного мозга. Исследования показывают, что от достаточного потребления холина матерью также зависят будущие когнитивные способности ребенка.

Суточная норма и продукты-источники холина

То, что холин может синтезироваться в организме, существенно осложняет расчет суточных норм потребления этого вещества. Количество холина, которое необходимо получать из внешних источников, зависит от множества факторов, в числе которых уровень витамина B9, метионина и бетаина. В 2022 году исследовательские центры, входящие в структуру Департамента здравоохранения США, опубликовали нормы адекватного потребления холина, основанные на систематических наблюдениях за здоровыми людьми. Нормы для разных возрастно-половых групп рассчитаны в мг:

• 0 – 6 месяцев — 125;
• 7 – 12 месяцев — 150;
• 1 – 3 года — 200;
• 4 – 8 лет — 250;
• 9 – 13 лет — 375;
• мужчины от 14 лет — 550;
• девушки 14 – 18 лет — 400;
• женщины от 19 лет — 425;
• беременные женщины — 450;
• кормящие женщины — 550.

В пищевых продуктах холин чаще всего встречается не в свободной форме, а в виде фосфо- или фосфатидилхолина. Их молекулы весьма устойчивы к внешним воздействиям и почти не разрушаются в процессе приготовления пищи при высоких температурах. Больше всего холина мы получаем из пищи животного происхождения, однако и некоторые растительные продукты также содержат его в больших количествах. Лидерами по среднему содержанию холина являются следующие продукты (в мг на 100 г):

• яичный желток — 700;
• говяжья печень — 420;
• куриная печень — 290;
• зародыши пшеницы — 150;
• соевые бобы — 115;
• свиная вырезка — 100;
• атлантическая треска — 85;
• куриная грудка — 78.

В целом, для поддержания нормального уровня холина достаточно регулярно употреблять мясо сельскохозяйственных животных и блюда, приготовленные из куриных яиц. Вегетарианцам рекомендуется обогащать свой рацион соей и бобовыми культурами, цельнозерновыми продуктами, брокколи, брюссельской капустой и шпинатом.

Дефицит холина и его последствия

В среднем по миру люди употребляют меньше холина, чем предписывают суточные нормы, однако дефицитные состояния встречаются достаточно редко. В большей степени эта проблема характерна для стран с невысоким уровнем социально-экономического развития. Кроме того, некоторые патологические состояния способствуют замедлению синтеза или ухудшению усвоение холина. Доктора выделяют следующие основные факторы риска по дефициту холина.

• Беременность и кормление младенцев. Без повышения уровня потребления холина организм беременных женщин может удовлетворять только собственные потребности, что негативно сказывается на развитии плода. В период кормления грудное молоко также должно содержать достаточно холина для развития мозга и нервной системы у младенцев.
• Нарушения в работе печени. Люди, страдающие острой или хронической дисфункцией печени, а также злоупотребляющие алкогольными напитками, сталкиваются с недостаточной выработкой ферментов, которые катализируют биохимические реакции в процессе метаболизма холина.
• Генетические изменения. За синтез и расщепление холина отвечают не менее 10 различных генов, и вариации в последовательностях нуклеотидов, составляющих цепочки ДНК, могут существенно влиять на их работу. Подобные генетические изменения встречаются редко, однако они требуют повышенного потребления холина.

Основным последствием систематического дефицита холина является неалкогольная жировая болезнь печени (НЖБП). Она развивается постепенно и на ранних этапах, когда жир только начинает накапливаться в печени, может остаться незамеченной из-за отсутствия выраженных симптомов. При отсутствии лечения накопление жира запускает воспалительные процессы, повреждающие здоровые клетки печени. Наиболее тяжелой формой НЖБП является цирроз печени — необратимое заболевание, при котором здоровые ткани печени замещаются рубцовыми. Сопутствующими симптомами дефицита холина являются:

• нарушения памяти и когнитивных функций;
• ослабление иммунной системы;
• мышечные боли;
• замедление роста и развития у детей.

Применение холина в медицине и спортивном питании

В основном, в медицине холин применяют для лечения заболеваний печени. Помимо вышеупомянутой НЖБП, его часто используют в составе комплексной терапии при токсических поражениях печени после воздействия алкоголя, передозировки лекарственных средств и других отравлений. Также холин имеет важное значение в неврологии и психиатрии. Особенно часто препараты с ним назначают пожилым людям для профилактики и замедления развития когнитивных нарушений. Некоторые исследования показывают, что повышенные дозы ацетилхолина замедляют разрушение нейронных связей у людей с болезнью Альцгеймера, однако этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Холин активно используется в спортивном питании и часто входит в состав пред- и посттренировочных комплексов. Интенсивные тренировки приводят к повышенному расходу холина, тогда как поддерживать его на достаточном уровне очень важно для силы мышц и точности мышечных сокращений. Кроме того, длительная высокая концентрация и готовность к быстрым реакциям оказывают повышенное давление на нервную систему, что может привести к истощению ацетилхолина, ухудшению внимательности и повышению тревожности.

Побочные эффекты и противопоказания холина

Избыточное потребление пищевых добавок, содержащих холин, может быть опасно для здоровья. В зависимости от возраста детям настоятельно не рекомендуется употреблять более 1 000 – 2 000 мг холина в сутки, а взрослым — более 3 000 – 3 500 мг. Длительное и значительное превышение рекомендуемых норм может привести к тошноте, диарее, пониженному артериальному давлению, чрезмерному потоотделению и токсическим поражениям печени. В остальном холин является абсолютно безопасным питательным веществом и не вступает в клинически значимые взаимодействия с лекарственными препаратами.

Холин в вопросах и ответах

1. Что такое холин и является ли он витамином?

Холин — это вещество, которое поддерживает структуру клеточных мембран, обеспечивает правильную работу мозга, нервной системы и печени. Холин считается не витамином, а витаминоподобным веществом, так как некоторое его количество синтезируется организмом человека.

2. Кто впервые открыл холин и в каком году?

Считается, что первым в 1849 году холин открыл немецкий химик Адольф Штреккер.

3. Какую роль холин играет в работе нервной системы?

Холин является исходным компонентом для синтеза ацетилхолина — нейромедиатора, необходимого для передачи нервных импульсов мышцам.

4. Чем холин отличается от витаминов группы B?

По функционалу и структуре холин похож на витамины группы B, однако организм человека может получать их только из внешних источников.

5. Как холин участвует в работе печени и жировом обмене?

Холин необходим для синтеза липопротеинов очень низкой плотности, которые предотвращают чрезмерное накопление жиров в печени, отводя их к другим тканям.

6. В каких продуктах содержится больше всего холина?

Продуктами, лидирующими по содержанию холина, являются яичный желток, печень сельскохозяйственных животных и зародыши пшеницы.

7. Какова суточная норма холина для взрослых и детей?

Детям необходимо получать от 125 до 400 мг холина в сутки, а рекомендованная норма для взрослых варьируется от 425 до 550 мг.

8. Как холин влияет на память и когнитивные функции?

Ацетилхолин, который является производным от холина веществом, способствует возникновению нейронных связей, необходимых для развития памяти, способности к обучению и прочих когнитивных функций.

9. Назначают ли холин при жировой болезни печени?

Да, восполнение дефицита холина является одной из первоочередных задач при жировой болезни печени.

10. Может ли холин применяться для беременных и кормящих женщин?

Да, беременные и кормящие женщины испытывают повышенную потребность в холине.

11. Как холин влияет на уровень холестерина в крови?

Благодаря участию в метаболизме жиров холин косвенно влияет на снижение уровня «плохого» холестерина в крови.

12. Какие симптомы указывают на недостаток холина?

На ранних стадиях дефицита холина у пациентов отмечаются нарушения когнитивных функций и мышечные боли. Если же дефицит переходит в хроническую стадию, это может привести к развитию неалкогольной жировой болезни печени и, как следствие, циррозу.

13. Возможна ли передозировка холином?

Да, передозировка холином возможна при длительном приеме свыше 1 000 – 3 500 мг вещества в сутки.

14. Какие побочные эффекты могут возникнуть при приеме холина?

При передозировке холина может возникнуть тошнота, диарея, артериальная гипотензия и отравление печени.

15. Кому противопоказаны добавки с холином?

Противопоказания к приему добавок с холином возможны при индивидуальной непереносимости вспомогательных компонентов.

***

Подводя итоги, мы можем с уверенностью сказать, что холин — это самый настоящий регулятор метаболизма, одновременно выполняющий важные функции как на клеточном уровне, так и в рамках целых систем органов. Несмотря на то, что наш организм способен производить его самостоятельно, полноценное и разнообразное питание является лучшей стратегией по обеспечению организма этим жизненно важным веществом. Важно помнить, что соблюдая нормы потребления холина, мы делаем долгосрочный вклад в собственное здоровье.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Freepik