Glucosamine is een natuurlijk voorkomend aminosuiker. Het is een glucosemolecuul waarvan de hydroxylgroep op de 2-positie door een aminogroep is vervangen. Het is de belangrijkste bouwsteen voor de biosynthese van macromoleculen als glycosaminoglycanen, bijvoorbeeld hyaluronan, glycolipiden en glycoproteïnen. Deze biopolymeren komen bij de mens in vrijwel alle lichaamsweefsels voor, maar de hoogste concentraties worden aangetroffen in kraakbeen, daarbij in de kraakbeenmatrix en synoviale of gewrichtsvloeistof, pezen en ligamenten.
Glucosamine wordt soms ingezet als behandelmethode bij artrose, maar harde bewijzen voor de werking ervan ontbreken.
Geschiedenis Glucosamine werd in 1876 voor het eerst door Georg Ledderhose geïsoleerd na hydrolyse van chitine met geconcentreerd zoutzuur. De ruimtelijke opbouw van glucosamine werd in 1939 door Walter Haworth beschreven.
Er wordt sinds 1969 onderzoek gedaan naar glucosamine, vooral naar glucosaminesulfaat, als geneesmiddel bij artrose. Vrijwel al het onderzoek naar de effectiviteit van glucosamine in de jaren 80 en 90 van de twintigste eeuw is met tabletten van het bedrijf RottapharmRottapharm Biotech uit Milaan uitgevoerd.Dat kwam omdat het klinische onderzoek pas in het begin van de jaren 80 van de twintigste eeuw op gang kwam toen Rottapharm als eerste tabletten glucosaminesulfaat ging produceren. Glucosaminesulfaat van Rottapharm was jarenlang het enige als geneesmiddel geregistreerde glucosaminepreparaat. Dat heeft patent op een methode om glucosamine uit het exoskelet van kreeftachtigen of schaaldieren te extraheren.
Aan het eind van de jaren 90 van de twintigste eeuw nam de verkoop van glucosamine spectaculair toe, gestimuleerd door een aantal populairwetenschappelijke boeken, waaronder The Arthritis Cure door Jason Theodasakis.. The Arthritis Cure, 1 januari 2004.
Naamgeving en vormen Er zijn een alfa- en een bètavorm van glucosamine, daarvan komt de bètavorm het meeste in de natuur voor. Hun wetenschappelijke naam is 2-amino-2-deoxy-alfa- en -bèta-D-glucopyranose. Glucosamine is een derivaat van glucose, waar het alleen van verschilt door substitutie van de hydroxyl- OH-groep, aan het tweede koolstofatoom, door een amino- NH2-groep. Deze aminogroep is positief geladen bij fysiologische pH. Het anion in het zout kan variëren: D-Glucosaminesulfaat: Deze verbinding is in contact met water of lucht tamelijk onstabiel en kan met natriumchloride of kaliumchloride worden gestabiliseerd. Deze stabilisatoren kunnen in preparaten tot een derde van het gewicht uitmaken. D-Glucosaminehydrochloride glucosamine-HCl, soms ook foutief met 'glucosaminechloride' aangeduid: Deze verbinding is stabieler en beter houdbaar dan glucosaminesulfaat en levert procentueel meer glucosamine per gram grondstof. Een aantal grote interventiestudies uit het eerste decennium van de 21e eeuw is met glucosaminehydrochloride uitgevoerd, maar er is geen aanwijzing gevonden dat deze glucosamine werkzaam is. N-acetyl-D-glucosamine GlcNAc: Deze aan de stikstofgroep geacetyleerde vorm van glucosamine is de vorm waarin glucosamine in diverse biologische macromoleculen, zoals in kraakbeen en gewrichtsvloeistof, wordt ingebouwd. D-Glucosamine hydrojodide: Deze vorm wordt eigenlijk alleen in preparaten gebruikt, die door inenting worden toegediend. De hydrochloride- en de sulfaatglucosamine worden het meest toegepast. Een belangrijke vorm, waarin glucosamine in het lichaam actief is, is glucosamine-6-fosfaat.
Biochemie en functies Glucosamine is de biochemische precursor van alle stikstof-bevattende suikers.. Reflections on glycobiology, november 2001. voor Journal of Biological Chemistry 276, 45, blz 41527-41542. vrije toegang, gearchiveerd Het is de belangrijkste bouwsteen voor de biosynthese van de macromoleculen in kraakbeen en de gewrichtsvloeistof, zoals glycosaminoglycanen, proteoglycanen, hyaluronan, glycolipiden en glycoproteïnen. Niettemin wordt glucosamine niet zelf in deze macromoleculen ingebouwd. Glucosamine wordt eerst in UDP-N-acetylglucosamine omgezet en daarna in UDP-N-acetylgalactosamine. Beide laatste verbindingen kunnen wel rechtstreeks in de genoemde macromoleculen worden ingebouwd. Proteoglycanen: Glucosamine is het primaire substraat voor proteoglycanen, dat zijn glycosaminoglycanen gebonden aan een kerneiwit., en . Stimulation of proteoglycan production by glucosamine sulfate in chondrocytes isolated from human osteoarthritic articular cartilage in vitro, 1998. voor Osteoarthritis Cartilage 1998, 6, blz 427-434. , , , , , en . Glucosamine sulfate modulates dysregulated activities of human osteoarthritic chondrocytes in vitro, 2000. voor Osteoarthritis Cartilage 2000, 8, blz 207-212. en . Glucosamine sulfate modulates the levels of aggrecan and matrix metalloproteinase-3 synthesized by cultured human osteoarthritis articular chondrocytes, juni 2003. voor Osteoarthritis Cartilage 11, blz 424-432. De combinatie van water en proteoglycanen vormt een gel, die veel ruimte vult en voor stevigheid, demping, de aanvoer van voedingsstoffen en de afvoer van afvalstoffen zorgt. Kraakbeen is niet doorbloed. Chondroïtinesulfaat: Omgezet in N-acetylgalactosamine maakt glucosamine onderdeel uit van chondroïtinesulfaat, een onvertakte keten van afwisselend N-acetylgalactosamine en glucuronzuur., , , , , en . Preferential incorporation of glucosamine into the galactosamine moieties of chondroitin sulfates in articular cartilage explants, mei 2001. voor Arthritis & Rheumatology 44, 5, blz 1089-1095. vrije toegang Chondroïtinesulfaat is een belangrijk onderdeel van bindweefsels, vooral in bloedvaten, bot en kraakbeen. Peptidoglycaan: N-acetylglucosamine maakt ook onderdeel uit van peptidoglycaan, een belangrijke component van de celwand van bacteriën en stimuleert de synthese ervan. Hyaluronan: Gepolymeriseerd met glucuronzuur vormt N-acetylglucosamine hyaluronan. Deze glycosaminoglycaan is een belangrijk onderdeel van de gewrichtsvloeistof. Glycoproteïnen: Glycoproteïnen zijn onder meer belangrijk voor de bescherming van het slijmvlies in de darmen. Chitine: N-acetylglucosamine is de monomere eenheid in chitine, een bouwstof in de celwanden van schimmels en in het exoskelet van geleedpotigen. Glucosaminesulfaat vermindert de activiteit van katabole enzymen in kraakbeen, zoals matrixmetalloproteases en remt zo de afbraak van proteoglycanen., , en . Chondrocyte-mediated catabolism of aggrecan: aggrecanase-dependent cleavage induced by interleukin-1 or retinoic acid can be inhibited by glucosamine, oktober 1998. voor Biochemical Journal 335, Pt 1, blz 59-66. vrije toegang. Gearchiveerd op 6 juli 2023. Glucosamine gaat de ontstekingsbevorderende en weefselvernietigende effecten van interleukine-1 in kraakbeen tegen., , en . N-acetylglucosamine prevents IL-1 beta-mediated activation of human chondrocytes, 15 april 2001. voor Journal of Immunology 166, 8, blz 5155-60. vrije toegang Specifieker glucosamine remt de kettingreactie van cytokinen die ontstaat na activatie van NF-κB, , , , , , en . Glucosamine modulates IL-1-induced activation of rat chondrocytes at a receptor level, and by inhibiting the NF-kappa B pathway, 16 januari 2002. voor FEBS Letters 510, 3, blz 166-170. NF-κBnuclear factor kappa B speelt een sleutelrol in ontstekingsreacties en (auto-)immuunreacties. N-acetylglucosamine maakt deel uit van het bloedgroepantigeen 'H antigen'.
Endogene synthese Kraakbeencellen kunnen in gezonde omstandigheden zelf voldoende glucosamine aanmaken met behulp van het enzym glucosaminesynthetase. Daarbij wordt D-glucosamine uit fructose-6-fosfaat gemaakt,, , en . Glucosamine metabolism. V. Enzymatic synthesis of glucosamine 6-phosphate, mei 1960. Journal of Biological Chemistry 235, blz 1265-1273. vrije toegang. Gearchiveerd op 6 december 2021. waarbij de aminogroep afkomstig is van glutamine, een niet-essentieel aminozuur. Dit is de eerste stap van de hexosamine biosynthese pathway.UDP-glucosamine biosynthesis Het eindproduct van deze stofwisselingsroute is een aan de stikstofgroep geacetyleerde vorm van glucosamine: uridinedifosfaat-N-acetylglucosamine, wat vervolgens gebruikt wordt voor de synthese van glycosaminoglycanen, zoals hyaluronzuur, proteoglycanen en glycolipiden. Bij stijgende leeftijd lijkt de activiteit van het enzym glucosaminesynthetase te verminderen, waardoor de hoeveelheid endogeen geproduceerd glucosamine afneemt.
Glucosamine wordt in vrijwel alle menselijke weefsels aangetroffen, meestal in lage concentraties, maar relatief hoge concentraties worden gevonden in de lever, nieren en vooral het kraakbeen. Het komt in de voeding nauwelijks voor. Kraakbeen is de enige goede voedingsbron, maar dit geldt alleen voor dieren die op botten kauwen.
Absorptie en farmacokinetiek Glucosamine is een klein molecuul, dat gemakkelijk wordt geabsorbeerd, ongeveer 90% van oraal ingenomen glucosaminehydrochloride en glucosaminesulfaat wordt intact in het maag-darmstelsel geabsorbeerd., , en . Pharmacokinetics of glucosamine in man, oktober 1993. voor Arzneimittelforschung, tegenwoordig Drug research 43, 10, blz 1109-1113. en . Absorption, distribution, metabolism and excretion of glucosamine sulfate. A review, september 2001. voor Arzneimittelforschung 51, 9, blz 699-725. De biologische beschikbaarheid is bij mensen waarschijnlijk hoger dan 20%., , , , en . Glucosamine oral bioavailability and plasma pharmacokinetics after increasing doses of crystalline glucosamine sulfate in man, december 2005. voor Osteoarthritis Cartilage 13, 12, blz 1041-1049. De biologische beschikbaarheid van glucosamine hydrochloride, oraal ingenomen, bedraagt bij paarden tussen 3% en 6%, ongeveer 12% bij honden en 21% bij ratten., , en . Single dose pharmacokinetics and bioavailability of glucosamine in the rat, 2002. voor Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences 5, 2, blz 181-184. vrije toegang Geabsorbeerd glucosamine bereikt het gewricht via het synoviaal vocht en wordt daarna door kraakbeencellen opgenomen en geïncorporeerd als component van de glycosaminoglycanketens. Schattingen over de halveringstijd bij mensen lopen uiteen tussen ongeveer 15 uur en 70 uur. Glucosamine wordt voornamelijk via de urine uitgescheiden, slechts kleine hoeveelheden kunnen in de ontlasting worden aangetroffen. Significante hoeveelheden worden ook in kooldioxide omgezet en via uitgeademde lucht uitgescheiden.
Klinische toepassing bij artrose
Hypothese Wanneer de kraakbeenmatrix beschadigd raakt, zoals bij artrose het geval is, neemt de lengte van de glycosaminoglycanen af, evenals hun binding aan andere strengen, zoals collageen. Hierdoor kan er meer water in het kraakbeen komen, waardoor het zachter wordt en het kraakbeen minder goed kan functioneren als schokdemper. Het raakt ook sneller beschadigd, waardoor glycosaminoglycanen gaan weglekken. Hierdoor gaat de kwaliteit van het kraakbeen nog meer achteruit en wordt de toestand van het kraakbeen steeds slechter.
Het achterliggende idee achter de toepassing van glucosamine als therapeutisch middel bij artrose was eerst dat glucosamine, als belangrijkste bouwsteen van de glycosaminoglycanen, de aanmaak van glycosaminoglycanen in kraakbeen zou stimuleren. Een mogelijk beletsel daarbij is dat de concentraties glucosamine die in vitro de aanmaak van glycosaminoglycanen stimuleren hoog zijn, waarschijnlijk veel hoger dan de fysiologische concentraties die in vivo worden bereikt na toediening van glucosamine. en . Use of 3H-glucosamine and 35S-sulfate with cultured human chondrocytes to determine the effect of glucosamine concentration on formation of chondroitin sulfate, november 2004. voor Arthritis & Rheumatology 50, 11, blz 3574-3579 vrije toegang. Gearchiveerd op 15 juli 2023. Het is daarentegen goed mogelijk dat na herhaalde dosering ophoping van glucosamine in kraakbeen plaatsvindt, waardoor plaatselijk veel hogere concentraties worden bereikt.