Ci sono un totale di venti aminoacidi che comprendono proteine muscolari. Nove dei venti sono considerati aminoacidi essenziali( EAA), il che significa che non possono essere prodotti dall’organismo in quantità fisiologicamente significative, e quindi sono componenti cruciali di una dieta equilibrata. La proteina muscolare è in uno stato costante di turnover, il che significa che la sintesi proteica si verifica continuamente per sostituire la proteina persa come conseguenza della disgregazione proteica. Per la sintesi di nuove proteine muscolari, tutti gli EAA, insieme agli undici aminoacidi non essenziali (NEAA) che possono essere prodotti nel corpo, devono essere presenti in quantità adeguate. Gli aminoacidi a catena ramificata leucina, isoleucina e valina sono tre dei nove EAA. La leucina non è solo un precursore per la sintesi proteica muscolare, ma può anche svolgere un ruolo di regolatore delle vie di segnalazione intracellulari coinvolte nel processo di sintesi proteica (ad esempio ).
Il concetto che i BCAA possono avere una capacità unica di stimolare la sintesi proteica muscolare è stato proposto per più di 35 anni. I dati a supporto di questa ipotesi sono stati ottenuti da studi sulle risposte dei ratti. Nel 1981 Buse ha riferito che nei ratti i BCAA possono essere limitanti per la sintesi proteica muscolare. Ulteriori studi hanno supportato il concetto di un effetto unico dei BCAA sulla sintesi proteica muscolare nei ratti, sebbene pochi abbiano studiato la risposta al consumo orale di soli BCAA. Garlick e Grant hanno dimostrato che l’infusione di una miscela di BCAA nei ratti ha aumentato il tasso di sintesi proteica muscolare in risposta all’insulina , ma non hanno misurato gli effetti dei BCAA da soli. L’infusione di BCAA da solo nei ratti da Kobayashi et al. è stato dimostrato di indurre un aumento della sintesi proteica muscolare, ma la risposta è stata solo transitoria. Presumibilmente il tasso di sintesi divenne rapidamente limitato dalla disponibilità degli altri EAAS.
Gli studi sulla sintesi proteica muscolare nei ratti hanno una rilevanza limitata per le risposte umane. Il muscolo scheletrico comprende una percentuale molto più piccola della massa corporea totale nei ratti rispetto agli esseri umani e la regolazione della sintesi proteica muscolare differisce sotto molti aspetti. Così, nel loro libro di riferimento sul metabolismo delle proteine Waterlow and associates ha concluso dai dati disponibili che gli aminoacidi dietetici non stimolano la sintesi proteica muscolare nei ratti . Mentre il lavoro recente sfida questa affermazione, il limitato effetto stimolante degli aminoacidi dietetici sulla sintesi proteica nel ratto riflette il fatto che in normali condizioni post-assorbenti sono disponibili aminoacidi endogeni in eccesso per consentire un aumento della sintesi proteica se viene stimolata l’attività dei fattori intracellulari coinvolti nell’inizio della sintesi proteica. Espressa in modo diverso, la sintesi proteica muscolare nel ratto è apparentemente limitata dal processo di iniziazione piuttosto che dal processo di traduzione. Al contrario, come verrà discusso di seguito, ciò non sembra essere il caso negli esseri umani. Un’altra importante distinzione tra gli studi che studiano gli effetti degli amminoacidi sulla sintesi proteica muscolare negli esseri umani e nei ratti riguarda le metodologie comunemente utilizzate. La tecnica “flooding dose” è stata solitamente utilizzata negli studi sui ratti. Questa procedura comporta la misurazione dell’incorporazione di un tracciante di aminoacidi nella proteina muscolare in una finestra di tempo molto breve, spesso fino a 10 min. Questo approccio non distingue tra una stimolazione transitoria e una stimolazione sostenuta della sintesi proteica. Solo una stimolazione sostenuta della sintesi è rilevante fisiologicamente. Il consumo di una miscela squilibrata di aminoacidi, come i BCAA, può stimolare transitoriamente la sintesi proteica utilizzando depositi endogeni degli altri precursori della sintesi proteica. Tuttavia, le riserve endogene di aminoacidi, come quelle nel plasma e nei pool intracellulari liberi, sono piuttosto limitate e possono rapidamente esaurirsi. Se la stimolazione della sintesi proteica non può essere sostenuta, c’è poco significato fisiologico. Di conseguenza, la tecnica della dose di flooding comunemente usata per misurare la sintesi proteica muscolare nel ratto produce risultati con rilevanza incerta per l’alimentazione umana. Poiché gli integratori alimentari BCAA sono destinati al consumo umano, il focus di questa breve recensione sarà la ricerca in soggetti umani.
La vendita di BCAA come integratori alimentari è diventata un’attività multimilionaria. Al centro della commercializzazione di questi prodotti è l’affermazione ampiamente creduto che il consumo di BCAA stimola la sintesi proteica muscolare, e di conseguenza suscita una risposta anabolica. I BCAA possono anche essere consumati allo scopo di migliorare la “concentrazione mentale”, ma non considereremo tale applicazione. Lo scopo principale in questo documento per valutare l’affermazione che BCAA da solo sono anabolizzanti è adeguatamente supportato sia teoricamente o empiricamente da studi in soggetti umani. Implicito nella nostra valutazione sarà l’esame se lo stato di fosforilazione dei fattori di iniziazione eucariotici gioca un ruolo di controllo della velocità nella regolazione della sintesi proteica muscolare nell’uomo.
- Turnover proteico muscolare e assunzione di proteine dietetiche
- I BCAA sono anabolizzanti nello stato post-assorbente?
- Considerazioni teoriche
- Risultati empirici
- I fattori di segnalazione anabolizzanti sono limitanti nello stato post-assorbente?
- BCAA co-ingestione con altri nutrienti
- Effetti individuali di leucina, valina e isoleucina
Turnover proteico muscolare e assunzione di proteine dietetiche
La proteina muscolare è in uno stato costante di turnover, il che significa che nuove proteine vengono continuamente prodotte mentre le proteine più vecchie vengono degradate. Lo stato anabolico non ha una definizione specifica, ma generalmente si riferisce alla circostanza in cui il tasso di sintesi proteica muscolare supera il tasso di disgregazione proteica muscolare. I risultati in un aumento della massa muscolare. Convenzionalmente lo stato anabolico è considerato guidato da una stimolazione della sintesi proteica muscolare, ma teoricamente potrebbe anche derivare da un’inibizione della disgregazione proteica muscolare.
L’obiettivo metabolico prevalente di consumare integratori BCAA è quello di massimizzare lo stato anabolico. È ampiamente affermato che i BCAA inducono uno stato anabolico stimolando la sintesi proteica muscolare. Un’abbondante disponibilità di tutti gli EAA è un requisito per una significativa stimolazione della sintesi proteica muscolare . La sintesi proteica muscolare sarà limitata dalla mancanza di disponibilità di uno qualsiasi degli EAA, mentre una carenza di NEAA può essere compensata da una maggiore produzione de novo dei NEAA carenti . Nello stato post-prandiale a seguito di un pasto contenente proteine, tutti i precursori EAA necessari per la nuova sintesi proteica muscolare possono essere derivati dalle elevate concentrazioni plasmatiche derivanti dalla digestione della proteina consumata o dal riciclaggio derivante dalla degradazione proteica. In questa circostanza di abbondante disponibilità di EAAs il tasso di sintesi proteica muscolare supera il tasso di rottura, producendo così uno stato anabolico. Nello stato post-assorbente i livelli plasmatici di EAA scendono al di sotto dei valori post-prandiali perché gli amminoacidi non vengono più assorbiti. Di conseguenza, gli EAA non vengono più assorbiti dal muscolo, ma piuttosto rilasciati dal muscolo nel plasma . Questo stato catabolico della proteina muscolare nello stato post-assorbente consente la continua disponibilità di EAA per altri tessuti per mantenere il tasso di sintesi proteica a scapito della proteina muscolare, che può essere considerata svolgere un ruolo come serbatoio di EAA per il resto del corpo a cui attingere.
Poiché gli EAA non possono essere prodotti nell’organismo e vi è un rilascio netto di EAA dal muscolo, nello stato post-assorbente l’unica fonte di precursori degli EAA per la sintesi proteica muscolare sono gli EAA intracellulari derivati dalla disgregazione proteica muscolare . Oltre ad essere reincorporati in proteine muscolari tramite sintesi, alcuni EAA rilasciati dalla scomposizione proteica muscolare possono essere parzialmente ossidati all’interno del muscolo, rendendoli quindi non disponibili per la reincorporazione in proteine muscolari. Gli EAA rilasciati dalla disgregazione proteica muscolare che non vengono reincorporati in proteine muscolari o ossidati all’interno del tessuto muscolare vengono rilasciati nel plasma, dopo di che possono essere assorbiti da altri tessuti come precursori per la sintesi proteica o irreversibilmente ossidati . Pertanto, il tasso di sintesi proteica muscolare sarà sempre inferiore al tasso di scomposizione proteica muscolare nello stato post-assorbente, a causa del flusso netto di EAA dalla scomposizione proteica nel plasma e alle vie ossidative. Espresso in modo diverso, è impossibile per la sintesi proteica muscolare superare il tasso di scomposizione proteica muscolare quando i precursori sono derivati interamente dalla scomposizione proteica, e quindi uno stato anabolico non può verificarsi in assenza di assunzione di aminoacidi esogeni.
I BCAA sono anabolizzanti nello stato post-assorbente?
Considerazioni teoriche
Tutti i precursori EAA per la sintesi proteica muscolare nello stato post-assorbente derivano dalla disgregazione proteica muscolare. È stato costantemente riportato che negli esseri umani normali post-assorbenti il tasso di disgregazione proteica muscolare supera il tasso di sintesi proteica muscolare di circa il 30% . Consumo di BCAA da solo (es., senza gli altri EAA) può solo aumentare la sintesi proteica muscolare nello stato post-assorbente aumentando l’efficienza del riciclaggio degli EAA dalla disgregazione proteica nella sintesi proteica, al contrario di essere rilasciato nel plasma o ossidato. Questo perché tutti i 9 EAA (così come 11 NEAA) sono necessari per produrre proteine muscolari e gli EAA non possono essere prodotti nel corpo. Se vengono consumati solo 3 EAA, come nel caso del consumo di BCAA, la disgregazione proteica è l’unica fonte degli EAA rimanenti richiesti come precursori per la sintesi proteica muscolare. È quindi teoricamente impossibile per il consumo di soli BCAA creare uno stato anabolico in cui la sintesi proteica muscolare supera la disgregazione proteica muscolare. Se si fa l’ipotesi generosa che il consumo di BCAA migliori l’efficienza del riciclaggio degli EAA dalla disgregazione proteica muscolare alla sintesi proteica muscolare del 50%, ciò si tradurrebbe in un aumento del 15% del tasso di sintesi proteica muscolare(30% riciclato in stato basale X 50% miglioramento nel riciclaggio = 15% aumento della sintesi). Inoltre, una riduzione del 50% nel rilascio di EAA nel plasma dal muscolo ridurrebbe anche il plasma e le piscine intracellulari di EAA liberi. Figura Fig. 1 illustra schematicamente questi principi. Poiché un miglioramento di 50% nell’efficienza di riciclaggio sarebbe circa il limite massimo ragionevole, ciò significa che la stimolazione massima della sintesi delle proteine del muscolo non potrebbe superare 15%. Ciò corrisponderebbe ad un aumento del tasso sintetico frazionario del muscolo da un valore basale di circa 0,050%/h nello stato basale a 0.057% / h e questa differenza nel tasso sintetico frazionario (FSR) della proteina sarebbe difficile da misurare esattamente .