Hay un total de veinte aminoácidos que componen la proteína muscular. Nueve de los veinte se consideran aminoácidos esenciales (AEA), lo que significa que el cuerpo no puede producirlos en cantidades fisiológicamente significativas y, por lo tanto, son componentes cruciales de una dieta equilibrada. La proteína muscular está en un estado constante de renovación, lo que significa que la síntesis de proteínas se produce continuamente para reemplazar las proteínas perdidas como consecuencia de la descomposición de proteínas. Para la síntesis de nuevas proteínas musculares, todos los EAAs, junto con los once aminoácidos no esenciales (NEAAs) que se pueden producir en el cuerpo, deben estar presentes en cantidades adecuadas. Los aminoácidos de cadena ramificada leucina, isoleucina y valina son tres de los nueve EAAs. La leucina no solo es un precursor para la síntesis de proteínas musculares, sino que también puede desempeñar un papel como regulador de las vías de señalización intracelular que participan en el proceso de síntesis de proteínas (por ejemplo, ).
El concepto de que los BCAA pueden tener una capacidad única para estimular la síntesis de proteínas musculares se ha presentado durante más de 35 años. Los datos que apoyan esta hipótesis se han obtenido de estudios de las respuestas de ratas. En 1981 Buse informó que en ratas los BCAA pueden ser limitantes de la velocidad para la síntesis de proteínas musculares. Estudios adicionales respaldaron el concepto de un efecto único de los BCAA en la síntesis de proteínas musculares en ratas, aunque pocos han estudiado la respuesta al consumo oral de solo BCAA. Garlick y Grant mostraron que la infusión de una mezcla de BCAA en ratas aumentó la tasa de síntesis de proteínas musculares en respuesta a la insulina , pero no midieron los efectos de los BCAA por sí solos. La infusión de BCAA solo en ratas por Kobayashi et al. se demostró que induce un aumento en la síntesis de proteínas musculares, pero la respuesta fue solo transitoria. Presumiblemente, la velocidad de síntesis se vio rápidamente limitada por la disponibilidad de los otros AEA.
Los estudios de síntesis de proteínas musculares en ratas tienen una relevancia limitada para las respuestas humanas. El músculo esquelético comprende un porcentaje mucho menor de la masa corporal total en ratas en comparación con los humanos y la regulación de la síntesis de proteínas musculares difiere en muchos aspectos. Por lo tanto, en su libro de referencia sobre metabolismo de proteínas, Waterlow y asociados concluyeron a partir de los datos disponibles que los aminoácidos dietéticos no estimulan la síntesis de proteínas musculares en ratas . Mientras que el trabajo reciente desafía esta afirmación, el efecto estimulante limitado de los aminoácidos dietéticos en la síntesis de proteínas en la rata refleja el hecho de que en condiciones normales de postadsorción hay un exceso de aminoácidos endógenos disponibles para permitir un aumento en la síntesis de proteínas si se estimula la actividad de los factores intracelulares involucrados en el inicio de la síntesis de proteínas. Expresado de manera diferente, la síntesis de proteínas musculares en la rata está aparentemente limitada por el proceso de iniciación en lugar del proceso de traducción. En contraste, como se discutirá más adelante, ese no parece ser el caso en humanos. Otra distinción importante entre los estudios que investigan los efectos de los aminoácidos en la síntesis de proteínas musculares en humanos y ratas se relaciona con las metodologías comúnmente utilizadas. La técnica de» dosis de inundación » se ha utilizado generalmente en estudios con ratas. Este procedimiento implica la medición de la incorporación de un trazador de aminoácidos en la proteína muscular durante un período de tiempo muy corto, a menudo tan corto como 10 minutos. Este enfoque no distingue entre una estimulación transitoria y una sostenida de la síntesis de proteínas. Solo una estimulación sostenida de la síntesis es relevante fisiológicamente. El consumo de una mezcla desequilibrada de aminoácidos, como los BCAA, puede estimular transitoriamente la síntesis de proteínas mediante la utilización de reservas endógenas de otros precursores de la síntesis de proteínas. Sin embargo, las reservas endógenas de aminoácidos, como las del plasma y las piscinas intracelulares libres, son bastante limitadas y pueden agotarse rápidamente. Si la estimulación de la síntesis de proteínas no se puede sostener, hay poca importancia fisiológica. En consecuencia, la técnica de dosis de inundación utilizada comúnmente para medir la síntesis de proteínas musculares en la rata produce resultados de relevancia incierta para la nutrición humana. Dado que los suplementos dietéticos de BCAA están destinados al consumo humano, el enfoque de esta breve revisión será la investigación en seres humanos.
La venta de BCAA como suplementos nutricionales se ha convertido en un negocio multimillonario. En el centro de la comercialización de estos productos se encuentra la afirmación ampliamente aceptada de que el consumo de BCAA estimula la síntesis de proteínas musculares y, como resultado, provoca una respuesta anabólica. Los BCAA también se pueden consumir con el propósito de mejorar el «enfoque mental», pero no consideraremos esa aplicación. El propósito principal de este artículo para evaluar la afirmación de que los BCAA por sí solos son anabólicos está respaldado adecuadamente, ya sea teórica o empíricamente, por estudios en sujetos humanos. En nuestra evaluación estará implícito el examen de si el estado de fosforilación de los factores de iniciación eucariótica juega o no un papel de control de velocidad en la regulación de la síntesis de proteínas musculares en humanos.
Renovación de proteínas musculares y ingesta de proteínas dietéticas
La proteína muscular está en un estado constante de renovación, lo que significa que se producen continuamente nuevas proteínas mientras que las proteínas más antiguas se degradan. El estado anabólico no tiene una definición específica, pero generalmente se refiere a la circunstancia en la que la tasa de síntesis de proteínas musculares excede la tasa de descomposición de proteínas musculares. Los resultados en una ganancia de masa muscular. Convencionalmente, se considera que el estado anabólico es impulsado por una estimulación de la síntesis de proteínas musculares, pero teóricamente también podría resultar de una inhibición de la descomposición de proteínas musculares.
El objetivo metabólico primordial de consumir suplementos de BCAA es maximizar el estado anabólico. Se afirma ampliamente que los BCAA inducen un estado anabólico al estimular la síntesis de proteínas musculares. Una abundante disponibilidad de todos los EAAs es un requisito para una estimulación significativa de la síntesis de proteínas musculares . La síntesis de proteínas musculares se verá limitada por la falta de disponibilidad de cualquiera de los EAAs, mientras que la escasez de NEAAs puede compensarse con el aumento de la producción de novo de los NEAAs deficientes . En el estado postprandial después de una comida que contiene proteínas, todos los precursores de EAA necesarios para la nueva síntesis de proteínas musculares pueden derivarse de las concentraciones plasmáticas elevadas resultantes de la digestión de la proteína consumida o del reciclaje de la descomposición de proteínas. En esta circunstancia de abundante disponibilidad de EAAs, la tasa de síntesis de proteínas musculares excede la tasa de descomposición, produciendo así un estado anabólico. En el estado postadsortivo, los niveles plasmáticos de EAA caen por debajo de los valores postprandiales porque los aminoácidos ya no se absorben. Como resultado, los AEA ya no son absorbidos por el músculo, sino liberados por el músculo en el plasma . Este estado catabólico de proteína muscular en el estado post-absorción permite la continuidad de la disponibilidad de Aae para otros tejidos para mantener la tasa de síntesis de proteínas a expensas de las proteínas musculares, que pueden ser considerados para jugar un papel como reservorio de aminoácidos esenciales para el resto del cuerpo para utilizar.
Dado que los EAA no se pueden producir en el cuerpo y hay una liberación neta de EAA del músculo, en el estado post-absorción la única fuente de precursores de EAA para la síntesis de proteínas musculares son los EAA intracelulares derivados de la descomposición de proteínas musculares . Además de reincorporarse a la proteína muscular a través de la síntesis, algunos EAA liberados de la descomposición de la proteína muscular pueden oxidarse parcialmente dentro del músculo, por lo que no están disponibles para la reincorporación a la proteína muscular. Los EAA liberados de la descomposición de proteínas musculares que no se reincorporan a proteínas musculares u oxidados dentro del tejido muscular se liberan en el plasma, con lo cual pueden ser absorbidos por otros tejidos como precursores para la síntesis de proteínas o oxidados irreversiblemente . Por lo tanto, la tasa de síntesis de proteínas musculares siempre será menor que la tasa de descomposición de proteínas musculares en el estado posterior a la absorción, debido al flujo neto de EAAs desde la descomposición de proteínas en el plasma y a las vías oxidativas. Expresado de manera diferente, es imposible que la síntesis de proteínas musculares supere la tasa de descomposición de proteínas musculares cuando los precursores se derivan completamente de la descomposición de proteínas, y por lo tanto, un estado anabólico no puede ocurrir en ausencia de ingesta de aminoácidos exógenos.
¿Los BCAA son anabólicos en el estado postadsortivo?
Consideraciones teóricas
Todos los precursores de EAA para la síntesis de proteínas musculares en el estado postadsortivo se derivan de la descomposición de proteínas musculares. Se ha reportado consistentemente que en humanos normales post-absorbentes la tasa de descomposición de proteínas musculares excede la tasa de síntesis de proteínas musculares en aproximadamente un 30% . Consumo de BCAA solo (p. ej., sin los otros EAAs) solo puede aumentar la síntesis de proteínas musculares en el estado postadsortivo al aumentar la eficiencia del reciclaje de los EAAs de la descomposición de proteínas en la síntesis de proteínas, en lugar de ser liberados en el plasma u oxidados. Esto se debe a que los 9 EAA (así como 11 NEAA) son necesarios para producir proteínas musculares, y los EAA no se pueden producir en el cuerpo. Si solo se consumen 3 AEA, como es el caso con el consumo de BCAA, la descomposición de proteínas es la única fuente de los AEA restantes necesarios como precursores para la síntesis de proteínas musculares. Por lo tanto, es teóricamente imposible que el consumo de solo BCAA cree un estado anabólico en el que la síntesis de proteínas musculares exceda la degradación de proteínas musculares. Si se asume generosamente que el consumo de BCAA mejora la eficiencia del reciclaje de EAA desde la descomposición de proteínas musculares hasta la síntesis de proteínas musculares en un 50%, esto se traduciría en un aumento del 15% en la tasa de síntesis de proteínas musculares(30% reciclado en estado basal X 50% de mejora en el reciclaje = 15% de aumento en la síntesis). Además, una reducción del 50% en la liberación de AEA en el plasma desde el músculo también reduciría los depósitos plasmáticos e intracelulares de AEA libres. Figura Fig. 1 ilustra esquemáticamente estos principios. Dado que una mejora del 50% en la eficiencia del reciclaje sería aproximadamente el límite máximo razonable, esto significa que la estimulación máxima de la síntesis de proteínas musculares no podría exceder el 15%. Esto correspondería a un aumento en la tasa sintética fraccionada del músculo de un valor basal de aproximadamente 0,050%/h en el estado basal a 0.057% / h, y esta diferencia en la tasa sintética fraccionada (FSR) de la proteína sería difícil de medir con precisión .
Representación esquemática del reciclaje de aminoácidos esenciales (AEA) de la descomposición de proteínas musculares en síntesis de proteínas musculares en el estado postadsortivo. Las unidades arbitrarias se utilizan para simplificar y se basan en las tasas medidas de cada vía en sujetos humanos post-absorbentes . una circunstancia normal en el estado post-absorción. Aproximadamente el 70% de los EAA de la degradación de proteínas musculares se reciclan en síntesis de proteínas . Hay un flujo neto de aproximadamente el 85% de los AEA liberados por la descomposición de proteínas, que pueden ser absorbidos e incorporados a proteínas en otros tejidos o oxidarse. Aproximadamente el 15% de los EAA de la descomposición de proteínas están parcialmente oxidados en el músculo y no están disponibles para la síntesis de proteínas. Las cifras para el flujo hacia afuera y la oxidación intracelular de los AEA son promedios, ya que algunos AEA, como la fenilalanina, no se oxidan en absoluto en el músculo. b Representación de un aumento del 50% en la eficiencia del reciclaje de AEA a partir de la descomposición de proteínas musculares en síntesis de proteínas. En este ejemplo habría un aumento en la síntesis de 70 a 80 unidades, o 20%. La síntesis de proteínas nunca puede exceder la descomposición de proteínas en el estado post-absorción, ya que la descomposición de proteínas es la única fuente de AEA
Resultados empíricos
Los BCAA se han administrado por vía intravenosa en los únicos estudios que determinaron la respuesta del metabolismo de proteínas musculares en sujetos humanos a los BCAA solos. Si bien la infusión de BCAA no es la forma convencional en la que se consumiría un suplemento dietético, se ha demostrado que los aminoácidos infundidos por vía intravenosa y los ingeridos por vía oral provocan efectos comparables en la síntesis de proteínas musculares en otras circunstancias . En consecuencia, es razonable evaluar los artículos en los que la respuesta de la síntesis de proteínas musculares a la infusión intravenosa de BCAA en sujetos humanos.
Louard et al. se utilizó el método del equilibrio del antebrazo para cuantificar la respuesta a la infusión intravenosa de una mezcla de BCAA durante 3 h en 10 sujetos postadsortivos. El método de balance del antebrazo consiste en la medición de la absorción y liberación de AEA individuales (leucina y fenilalanina en este caso) y sus homólogos marcados isotópicamente. Se calculan las tasas de desaparición (Rd) y aparición (Ar) de fenilalanina y leucina. Con la suposición de que el equilibrio a través del músculo de la leucina y la fenilalanina es representativo de todos los AEA, Rd. la fenilalanina se considera un reflejo de la síntesis de proteínas musculares, ya que la síntesis de proteínas es el único destino de la fenilalanina absorbida por el músculo del plasma. El Rd. la leucina no puede interpretarse con respecto a la síntesis de proteínas, ya que la leucina absorbida por el músculo puede oxidarse e incorporarse a las proteínas. La perfusión de 3 horas de BCAA aumentó las concentraciones plasmáticas de los 3 BCAA cuatro veces, mientras que las concentraciones de otros AAE disminuyeron . En lugar de ser estimulado por la infusión de BCAA, la síntesis de proteínas musculares disminuyó de 37+/− 3 to 21 +/− 2 nmol / min / pierna de 100 ml (estadísticamente significativo, p < 0,05). No hubo cambios significativos en el equilibrio neto de fenilalanina, lo que indica que la degradación de las proteínas musculares también se redujo en una cantidad similar a la reducción en la síntesis de proteínas musculares. El equilibrio entre la síntesis de proteínas musculares y la descomposición permaneció negativo, lo que significa que el estado catabólico persistió y no se produjo un estado anabólico. Las disminuciones simultáneas en la síntesis y degradación de proteínas musculares durante la infusión de AACR pueden describirse como una disminución del recambio de proteínas musculares.
Resultados similares fueron obtenidos por los mismos investigadores cuando extendieron la infusión de BCAA a 16 h en 8 voluntarios normales y determinaron si la elevación crónica de BCAA estimuló la síntesis de proteínas musculares . Se utilizó la misma metodología de equilibrio del antebrazo que en el estudio anterior para calcular la síntesis y descomposición de proteínas musculares. La perfusión de 16 h aumenta las concentraciones de AACR de 5 a 8 veces , lo que equivale al doble de los niveles alcanzados con una dosis normal de AACR ingerida por vía oral . Al igual que en el estudio anterior, la síntesis de proteínas musculares (reflejada por la fenilalanina Rd) se redujo en los sujetos que recibieron BCAA en comparación con la perfusión salina de 36 +/− 5 a 27 + / -2 nmol / min / 100 ml.La descomposición de las proteínas musculares también se redujo, lo que significa que el recambio de proteínas musculares también se redujo y persistió un estado catabólico.
Podemos concluir de estos dos estudios que la infusión de BCAA no solo falla en aumentar la tasa de síntesis de proteínas musculares en sujetos humanos, sino que en realidad reduce la tasa de síntesis de proteínas musculares y la tasa de renovación de proteínas musculares. El estado catabólico no se invirtió a un estado anabólico en ninguno de los estudios. Además, se espera que una reducción sostenida en la tasa de renovación de proteínas musculares tenga un efecto perjudicial en la fuerza muscular, incluso si se mantiene la masa muscular. La renovación de proteínas musculares renueva las fibras musculares y resulta en una mayor eficiencia de contracción a nivel de fibra única , lo que se refleja en una mayor fuerza in vivo, independiente de la masa muscular .
El fracaso de la síntesis de proteínas musculares para aumentar significativamente en respuesta a la infusión de BCAA solo es como se espera de acuerdo con las consideraciones teóricas discutidas anteriormente e ilustradas en la Fig. Higo. 1 con respecto a la necesidad de que todos los AEA mantengan un aumento. En cambio, dado que la descomposición de las proteínas musculares disminuyó, la disponibilidad de AEA también disminuyó, lo que a su vez redujo la tasa de síntesis de proteínas musculares.
¿Los factores de señalización anabólica limitan la velocidad en el estado postadsortivo?
La afirmación de que la síntesis de proteínas musculares es estimulada por los BCAA se deriva, al menos en parte, de la observación de que la señalización anabólica intracelular aumenta, incluido el estado de activación de los factores clave involucrados en el inicio de la síntesis de proteínas . La teoría de que la activación de los factores de señalización anabólica intracelular causa un aumento de la tasa de síntesis de proteínas musculares se ha arraigado en los conceptos modernos de la regulación de la síntesis de proteínas musculares. El aumento de la señalización anabólica en respuesta a los BCAA se ha citado como evidencia de una estimulación de la síntesis de proteínas musculares, incluso en ausencia de la medición de la síntesis de proteínas musculares (por ejemplo, ). Sin embargo, la activación de las vías de señalización anabólica solo puede coincidir con el aumento de la síntesis de proteínas musculares si hay amplios EAAs para proporcionar los precursores necesarios para producir proteínas completas.
La disociación del estado de fosforilación de los factores de señalización y la síntesis de proteínas musculares en humanos se ha demostrado en una variedad de circunstancias cuando la disponibilidad de todos los EAAs es limitada. Por ejemplo, un aumento en la concentración de insulina (por ejemplo, como resultado de la ingesta de glucosa) es un potente activador de las vías de señalización anabólica, pero esto no logra aumentar la FSR muscular debido a una deficiencia de EAAs . Por el contrario, el consumo de una pequeña cantidad (3 g) de AEA estimula la síntesis de proteínas musculares sin afectar la actividad del factor de iniciación, p. ej., Akt, quinasa S6 y 4E-BP1 . Un pequeño aumento de las concentraciones plasmáticas de AEA no tendría efecto si la síntesis de proteínas estuviera limitada por el estado de activación de los factores de inicio. En los estudios citados anteriormente en los que se infundieron BCAA por vía intravenosa, es razonable suponer que un aumento tan grande en las concentraciones de BCAA habría activado los factores de señalización, sin embargo, la síntesis de proteínas musculares en realidad disminuyó debido a la falta de disponibilidad de EAA como resultado de una disminución en la descomposición de proteínas. Por lo tanto, en sujetos humanos, la provisión de EAAs puede aumentar la síntesis de proteínas musculares en ausencia de cualquier cambio en la activación de los factores de iniciación, y la activación de los factores de iniciación en ausencia de consumo de todos los EAAs no tiene efecto sobre la síntesis de proteínas musculares. Estos resultados solo pueden interpretarse como una demostración de que el control limitante de la velocidad de la síntesis de proteínas musculares basales en humanos es la disponibilidad de todos los EAAs en lugar de la actividad del factor de señalización anabólico. Esta conclusión arroja más dudas sobre el papel del suplemento dietético de BCAA solo como estimuladores de la síntesis de proteínas musculares.
Cuando toda la evidencia y la teoría se consideran juntas, es razonable concluir que no hay evidencia creíble de que la ingestión de un suplemento dietético de BCAA solo resulte en una estimulación fisiológicamente significativa de la proteína muscular. De hecho, la evidencia disponible indica que los BCAA en realidad disminuyen la síntesis de proteínas musculares. Todos los EAAs deben estar disponibles en abundancia para que una mayor señalización anabólica se traduzca en una síntesis de proteínas musculares acelerada.
Ingesta conjunta de BCAA con otros nutrientes
El enfoque de esta revisión ha sido la respuesta a los BCAA solos, ya que esta es la intención lógica de los suplementos nutricionales de BCAA. Al igual que en el caso del consumo de BCAA por sí solo, existen estudios limitados de la ingestión conjunta de BCAA con otros nutrientes. Cuando se administraron BCAA o una mezcla isonitrogenada de treonina, metionina e histidina a sujetos humanos junto con carbohidratos, la tasa de síntesis de proteínas musculares disminuyó por igual en ambos grupos, lo que indica que no hay un papel único de los BCAA . De manera similar, el consumo de una mezcla de BCAA a carbohidratos después del ejercicio de resistencia no aumentó los factores de señalización anabólica en mayor medida que los carbohidratos solos . Por lo tanto, la evidencia disponible no apoya la noción de un efecto anabólico especial de los BCAA cuando se administran con carbohidratos.
En contraste con la falta de un efecto interactivo entre los BCAA y los carbohidratos, los BCAA pueden mejorar el efecto anabólico de una comida con proteínas. Por ejemplo, la adición de 5 g de BCAA a una bebida que contiene 6.25 g de proteína de suero de leche aumentaron la síntesis de proteínas musculares a un nivel comparable al inducido por 25 g de proteína de suero de leche . Este resultado sugiere que uno o más de los BCAA podrían limitar la velocidad para la estimulación de la síntesis de proteínas musculares por la proteína de suero, o que los BCAA adicionales indujeron un mayor potencial para una respuesta anabólica del músculo a la proteína de suero activando los factores de iniciación. En cualquier caso, la respuesta de los BCAA junto con la proteína intacta es un problema diferente que el efecto de los BCAA solos, ya que la proteína intacta proporciona todos los EAA necesarios para producir una proteína intacta.
Efectos individuales de la leucina, la valina y la isoleucina
En este trabajo hemos considerado solo la respuesta a mezclas de BCAA. Las respuestas a los BCAA individuales (es decir, leucina, valina o isoleucina) pueden diferir de la combinación de los tres por varias razones. La evidencia indica que la leucina sola puede ejercer una respuesta anabólica (p. ej., ), mientras que no existen tales datos para la isoleucina o la valina. Por lo tanto, se podría esperar que la leucina sola fuera más efectiva que la combinación de todos los BCAA. Sin embargo, hay dos limitaciones significativas de un suplemento dietético de leucina sola. En primer lugar, los mismos problemas que limitan el grado de estimulación de la síntesis de proteínas musculares por BCAA solo con respecto a la disponibilidad de los otros EAA necesarios para la producción de proteínas musculares intactas también limitan la respuesta a la leucina sola. En segundo lugar, la elevación de la concentración plasmática de leucina activa la vía metabólica que oxida todos los BCAA. Como resultado, la ingestión de leucina sola produce una disminución de las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina. Por lo tanto, la disponibilidad de valina e isoleucina puede convertirse en una limitación de la velocidad para la síntesis de proteínas musculares cuando se consume leucina sola. Esta puede ser la razón por la que los estudios de resultados a largo plazo con suplementos dietéticos de leucina no han arrojado resultados positivos . La razón principal para un suplemento dietético que contenga todos los BCAA en lugar de la leucina sola es superar las disminuciones en las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina que se producirían cuando la leucina se administra sola.
Mientras que un suplemento dietético con todos los BCAA superará las disminuciones en la concentración resultantes del consumo de leucina sola, la adición de valina e isoleucina puede, sin embargo, limitar la eficacia de la leucina sola debido a la competencia por el transporte a las células musculares. Todos los BCAA son transportados activamente a las células, incluidas las células musculares, por el mismo sistema de transporte. Por lo tanto, cuando se proporcionan juntos, los BCAA compiten entre sí para el transporte a las celdas. Si uno de los BCAA (por ejemplo, leucina) limita la velocidad de síntesis de proteínas, la adición de los otros dos BCAA podría limitar la estimulación de la síntesis de proteínas debido a la entrada reducida de leucina en la célula. Los BCAA también compiten con otros aminoácidos para el transporte, incluida la fenilalanina, y esta competencia podría afectar la disponibilidad intramuscular de otros EAA. Como resultado de la competencia por los transportadores, es posible que la leucina sola, por ejemplo, pueda tener un efecto estimulante transitorio en la síntesis de proteínas musculares (por ejemplo, ) donde los BCAA no logran provocar tal respuesta .