există un total de douăzeci de aminoacizi care cuprind proteine musculare. Nouă dintre cei douăzeci sunt considerați aminoacizi esențiali (EAAs), ceea ce înseamnă că nu pot fi produși de organism în cantități semnificative fiziologic și, prin urmare, sunt componente cruciale ale unei diete echilibrate. Proteina musculară se află într-o stare constantă de rotație, ceea ce înseamnă că sinteza proteinelor are loc continuu pentru a înlocui proteina pierdută ca o consecință a descompunerii proteinelor. Pentru sinteza proteinelor musculare noi, toate EAAs, împreună cu cei unsprezece aminoacizi neesențiali (NEAAs) care pot fi produși în organism, trebuie să fie prezenți în cantități adecvate. Aminoacizii cu catenă ramificată leucină, izoleucină și valină sunt trei dintre cele nouă EAAs. Leucina nu este doar un precursor pentru sinteza proteinelor musculare, dar, de asemenea, poate juca un rol ca regulator al căilor de semnalizare intracelulare care sunt implicate în procesul de sinteză a proteinelor (de exemplu,).
conceptul că BCAA-urile pot avea o capacitate unică de a stimula sinteza proteinelor musculare a fost prezentat de mai bine de 35 de ani. Datele care susțin această ipoteză au fost obținute din studiile răspunsurilor șobolanilor. În 1981, Buse a raportat că la șobolani BCAA-urile pot limita rata pentru sinteza proteinelor musculare. Studii suplimentare au susținut conceptul unui efect unic al BCAA asupra sintezei proteinelor musculare la șobolani, deși puțini au studiat răspunsul la consumul oral numai de BCAA. Garlick și Grant au arătat că infuzia unui amestec de BCAA la șobolani a crescut rata sintezei proteinelor musculare ca răspuns la insulină , dar nu au măsurat efectele BCAA în monoterapie. Infuzia de BCAA numai în șobolani de Kobayashi și colab. s-a demonstrat că induce o creștere a sintezei proteinelor musculare, dar răspunsul a fost doar tranzitoriu. Probabil că rata de sinteză a devenit rapid limitată de disponibilitatea celorlalte EAAs.
studiile privind sinteza proteinelor musculare la șobolani au relevanță limitată pentru răspunsurile umane. Musculatura scheletică cuprinde un procent mult mai mic din masa corporală totală la șobolani în comparație cu oamenii și reglarea sintezei proteinelor musculare diferă în multe privințe. Astfel, în cartea lor de referință privind metabolismul proteinelor Waterlow și asociații au concluzionat din datele disponibile că aminoacizii dietetici nu stimulează sinteza proteinelor musculare la șobolani . În timp ce lucrările recente contestă această afirmație, efectul stimulator limitat al aminoacizilor alimentari asupra sintezei proteinelor la șobolan reflectă faptul că în condiții normale post-absorbante există exces de aminoacizi endogeni disponibili pentru a permite o creștere a sintezei proteinelor dacă activitatea factorilor intracelulari implicați în inițierea sintezei proteinelor este stimulată. Exprimată diferit, sinteza proteinelor musculare la șobolan este aparent limitată de procesul de inițiere, mai degrabă decât de procesul de traducere. În schimb, așa cum se va discuta mai jos, acest lucru nu pare să fie cazul la om. O altă distincție importantă între studiile care investighează efectele aminoacizilor asupra sintezei proteinelor musculare la om și șobolani se referă la metodologiile utilizate în mod obișnuit. Tehnica „dozei de inundare” a fost de obicei utilizată în studiile la șobolani. Această procedură implică măsurarea încorporării unui trasor de aminoacizi în proteina musculară într-o fereastră de timp foarte scurtă, adesea la fel de scurtă ca 10 min. Această abordare nu face distincția între o stimulare tranzitorie și o stimulare susținută a sintezei proteinelor. Doar o stimulare susținută a sintezei este relevantă fiziologic. Consumul unui amestec dezechilibrat de aminoacizi, cum ar fi BCAA, poate stimula tranzitoriu sinteza proteinelor prin utilizarea depozitelor endogene ale celorlalți precursori ai sintezei proteinelor. Cu toate acestea, depozitele endogene de aminoacizi, cum ar fi cele din plasmă și bazinele intracelulare libere, sunt destul de limitate și pot deveni rapid epuizate. Dacă stimularea sintezei proteinelor nu poate fi susținută, există o semnificație fiziologică redusă. În consecință, tehnica dozei de inundare utilizată în mod obișnuit pentru măsurarea sintezei proteinelor musculare la șobolan produce rezultate cu relevanță incertă pentru nutriția umană. Deoarece suplimentele alimentare BCAA sunt destinate consumului uman, accentul acestei scurte revizuiri va fi cercetarea pe subiecți umani.
vânzarea BCAA ca suplimente nutritive a devenit o afacere de mai multe milioane de dolari. În centrul comercializării acestor produse se află afirmația larg crezută că consumul de BCAA stimulează sinteza proteinelor musculare și, ca urmare, provoacă un răspuns anabolic. BCAA-urile pot fi, de asemenea, consumate în scopul îmbunătățirii „focalizării mentale”, dar nu vom lua în considerare această aplicație. Scopul principal al acestei lucrări de a evalua afirmația că BCAA-urile singure sunt anabolice este susținut în mod adecvat, fie teoretic, fie empiric, prin studii la subiecți umani. Implicit în evaluarea noastră va fi examinarea dacă starea de fosforilare a factorilor de inițiere eucariotă joacă sau nu un rol de control al ratei în reglarea sintezei proteinelor musculare la om.
- cifra de afaceri a proteinelor musculare și aportul de proteine dietetice
- BCAA-urile sunt anabolice în starea post-absorbantă?
- considerații teoretice
- rezultate empirice
- sunt factorii de semnalizare anabolici care limitează rata în starea post-absorbantă?
- BCAA co-ingestie cu alți nutrienți
- efectele individuale ale leucinei, valinei și izoleucinei
cifra de afaceri a proteinelor musculare și aportul de proteine dietetice
proteina musculară se află într-o stare constantă de rotație, ceea ce înseamnă că se produc în mod continuu noi proteine în timp ce proteinele mai vechi sunt degradate. Starea anabolică nu are o definiție specifică, dar se referă, în general, la circumstanța în care rata sintezei proteinelor musculare depășește rata de descompunere a proteinelor musculare. Rezultatele într-un câștig de masa musculara. În mod convențional, starea anabolică este considerată a fi condusă de o stimulare a sintezei proteinelor musculare, dar teoretic ar putea rezulta și dintr-o inhibare a descompunerii proteinelor musculare.
obiectivul metabolic major al consumului de suplimente BCAA este de a maximiza starea anabolică. Se afirmă pe scară largă că BCAA-urile induc o stare anabolică prin stimularea sintezei proteinelor musculare. O disponibilitate abundentă a tuturor EAAs este o condiție necesară pentru o stimulare semnificativă a sintezei proteinelor musculare . Sinteza proteinelor musculare va fi limitată de lipsa disponibilității oricăruia dintre Eaas, în timp ce lipsa NEAAs poate fi compensată prin creșterea producției de novo a NEAAs deficitare . În starea postprandială după o masă care conține proteine, toți precursorii EAA necesari pentru sinteza proteinelor musculare noi pot fi derivați fie din concentrațiile plasmatice crescute rezultate din digestia proteinei consumate, fie din reciclarea prin descompunerea proteinelor. În această situație de disponibilitate abundentă a EAAs, rata sintezei proteinelor musculare depășește rata de descompunere, producând astfel o stare anabolică. În starea post-absorbantă, nivelurile plasmatice ale EAA scad sub valorile post-prandiale, deoarece aminoacizii nu mai sunt absorbiți. Ca urmare, EAAs nu mai sunt preluate de mușchi, ci mai degrabă eliberate de mușchi în plasmă . Această stare catabolică a proteinei musculare în starea post-absorbantă permite disponibilitatea continuă a EAAs pentru alte țesuturi pentru a menține rata de sinteză a proteinelor în detrimentul proteinei musculare, care poate fi considerată a juca un rol ca rezervor de EAAs pentru restul corpului.
deoarece EAAs nu pot fi produse în organism și există o eliberare netă de EAAs din mușchi, în starea post-absorbantă, singura sursă de precursori ai EAA pentru sinteza proteinelor musculare este eaas intracelular derivat din descompunerea proteinelor musculare . Pe lângă faptul că sunt reincorporate în proteine musculare prin sinteză, unele EAAs eliberate din descompunerea proteinelor musculare pot fi parțial oxidate în mușchi, făcându-le astfel indisponibile pentru reincorporarea în proteine musculare. Eaa eliberate din descompunerea proteinelor musculare care nu sunt reincorporate în proteine musculare sau oxidate în țesutul muscular sunt eliberate în plasmă, după care pot fi preluate de alte țesuturi ca precursori pentru sinteza proteinelor sau oxidate ireversibil . Astfel, rata sintezei proteinelor musculare va fi întotdeauna mai mică decât rata de descompunere a proteinelor musculare în starea post-absorbantă, datorită fluxului net de EAAs de la descompunerea proteinelor în plasmă și la căile oxidative. Exprimat diferit, este imposibil ca sinteza proteinelor musculare să depășească rata de descompunere a proteinelor musculare atunci când precursorii sunt derivați în întregime din descompunerea proteinelor și, prin urmare, nu poate apărea o stare anabolică în absența aportului de aminoacizi exogeni.
BCAA-urile sunt anabolice în starea post-absorbantă?
considerații teoretice
toți precursorii EAA pentru sinteza proteinelor musculare în starea post-absorbantă sunt derivați din descompunerea proteinelor musculare. S-a raportat în mod constant că la oamenii normali post-absorbanți rata de descompunere a proteinelor musculare depășește rata sintezei proteinelor musculare cu aproximativ 30% . Consumul de BCAA în monoterapie (i. e., fără celelalte EAAs) poate crește doar sinteza proteinelor musculare în starea post-absorbantă prin creșterea eficienței reciclării EAAs din defalcarea proteinelor înapoi în sinteza proteinelor, spre deosebire de a fi eliberat în plasmă sau oxidat. Acest lucru se datorează faptului că toate cele 9 Eaas (precum și 11 Neaa) sunt necesare pentru a produce proteine musculare, iar EAAs nu pot fi produse în organism. Dacă se consumă doar 3 EAAs, cum este cazul consumului de BCAA, atunci descompunerea proteinelor este singura sursă a EAAs rămase necesare ca precursori pentru sinteza proteinelor musculare. Prin urmare, este teoretic imposibil ca consumul de BCAA să creeze o stare anabolică în care sinteza proteinelor musculare depășește defalcarea proteinelor musculare. Dacă se face presupunerea generoasă că consumul BCAA îmbunătățește eficiența reciclării EAAs de la descompunerea proteinelor musculare la sinteza proteinelor musculare cu 50%, atunci acest lucru s-ar traduce printr-o creștere de 15% a ratei sintezei proteinelor musculare(30% reciclat în stare bazală X 50% îmbunătățire a reciclării = 15% creștere a sintezei). Mai mult, o reducere cu 50% a eliberării de EAAs în plasmă din mușchi ar reduce, de asemenea, plasma și bazinele intracelulare ale eaas libere. Figura Fig. 1 ilustrează schematic aceste principii. Deoarece o îmbunătățire cu 50% a eficienței reciclării ar fi aproximativ limita maximă rezonabilă, aceasta înseamnă că stimularea maximă a sintezei proteinelor musculare nu ar putea depăși 15%. Aceasta ar corespunde unei creșteri a ratei sintetice fracționare a mușchiului de la o valoare bazală de aproximativ 0,050%/h în starea bazală la 0.057% / h, iar această diferență în rata sintetică fracționată (FSR) a proteinei ar fi dificil de măsurat cu exactitate .
rezultate empirice
BCAA au fost administrate intravenos în singurele studii care determină răspunsul metabolismului proteinelor musculare la subiecții umani la BCAA în monoterapie. În timp ce infuzia de BCAA nu este modul convențional în care ar fi consumat un supliment alimentar, s-a demonstrat că aminoacizii infuzați intravenos și ingerați Oral provoacă efecte comparabile asupra sintezei proteinelor musculare în alte circumstanțe . În consecință, este rezonabil să se evalueze lucrările în care răspunsul sintezei proteinelor musculare la perfuzia intravenoasă de BCAA la subiecții umani.
Louard și colab. s-a utilizat metoda de echilibrare a antebrațului pentru a cuantifica răspunsul la perfuzia intravenoasă a unui amestec de BCAA timp de 3 ore la 10 subiecți post-absorbanți. Metoda de echilibrare a antebrațului implică măsurarea absorbției și eliberării EAAs individuale (leucină și fenilalanină în acest caz) și a omologilor lor marcați izotopic. Se calculează ratele de dispariție (Rd) și aspectul (Ra) fenilalaninei și leucinei. Cu presupunerea că echilibrul dintre mușchiul leucinei și fenilalaninei este reprezentativ pentru toate EAAs, Rd. Fenilalanina este considerată a fi o reflectare a sintezei proteinelor musculare, deoarece sinteza proteinelor este singura soartă a fenilalaninei preluată de mușchi din plasmă. Rd. leucina nu poate fi interpretată în ceea ce privește sinteza proteinelor, deoarece leucina preluată de mușchi poate fi oxidată și încorporată în proteine. Infuzia de 3 ore de BCAA a crescut concentrațiile plasmatice ale tuturor celor 3 BCAA de patru ori, în timp ce concentrațiile altor eaa au scăzut . În loc să fie stimulată de perfuzia BCAA, sinteza proteinelor musculare a scăzut de la 37+/− 3 la 21 +/− 2 nmol/min / 100 ml picior (semnificativ statistic, p < 0,05) . Nu a existat nicio modificare semnificativă a echilibrului net al fenilalaninei, indicând faptul că descompunerea proteinelor musculare a fost redusă, de asemenea, o cantitate similară cu reducerea sintezei proteinelor musculare. Echilibrul dintre sinteza proteinelor musculare și defalcare a rămas negativ, ceea ce înseamnă că starea catabolică a persistat și nu a fost produsă o stare anabolică. Scăderile simultane ale sintezei proteinelor musculare și ale descompunerii în timpul perfuziei cu BCAA pot fi descrise ca o scădere a turnover-ului proteinelor musculare.
rezultate similare au fost obținute de aceiași investigatori atunci când au extins perfuzia de BCAA la 16 ore la 8 voluntari normali și au determinat dacă creșterea cronică a BCAA a stimulat sinteza proteinelor musculare . Aceeași metodologie a echilibrului antebrațului a fost utilizată ca în studiul anterior pentru a calcula sinteza și defalcarea proteinelor musculare. Infuzia de 16 ore crește concentrațiile de BCAA de la 5 la 8 ori , ceea ce este la fel de dublu față de nivelurile obținute cu o doză normală de BCAA ingerată oral . Ca și în studiul anterior, sinteza proteinelor musculare (reflectată de fenilalanină Rd) a fost redusă la subiecții cărora li s-au administrat BCAA în comparație cu perfuzia salină din 36 +/− 5 la 27 + / -2 nmol / min / 100 ml.Defalcarea proteinelor musculare a fost, de asemenea, redusă, ceea ce înseamnă că cifra de afaceri a proteinelor musculare a fost redusă și a persistat o stare catabolică.
putem concluziona din aceste două studii că infuzia BCAA nu numai că nu reușește să crească rata sintezei proteinelor musculare la subiecții umani, dar reduce de fapt rata sintezei proteinelor musculare și rata de rotație a proteinelor musculare. Starea catabolică nu a fost inversată la o stare anabolică în niciunul dintre studii. În plus, o reducere susținută a ratei de rotație a proteinelor musculare ar fi de așteptat să aibă un efect dăunător asupra forței musculare, chiar dacă masa musculară este menținută. Cifra de afaceri a proteinelor musculare reînnoiește fibrele musculare și are ca rezultat creșterea eficienței contracției la nivelul fibrei unice , care se reflectă în creșterea rezistenței in vivo, independentă de masa musculară .
eșecul sintezei proteinelor musculare de a crește semnificativ ca răspuns la infuzia de BCAA în monoterapie este cel așteptat conform considerațiilor teoretice discutate mai sus și ilustrate în Fig. Fig. 1 în ceea ce privește cerința ca toate AEA să susțină o creștere. În schimb, deoarece defalcarea proteinelor musculare a scăzut, disponibilitatea EAAs a scăzut, ceea ce, la rândul său, a redus de fapt rata sintezei proteinelor musculare.
sunt factorii de semnalizare anabolici care limitează rata în starea post-absorbantă?
afirmația că sinteza proteinelor musculare este stimulată de BCAA provine cel puțin parțial din observația că semnalizarea anabolică intracelulară este crescută, inclusiv starea de activare a factorilor cheie implicați în inițierea sintezei proteinelor . Teoria că activarea factorilor de semnalizare anabolici intracelulari determină o rată crescută de sinteză a proteinelor musculare a devenit înrădăcinată în conceptele moderne de reglare a sintezei proteinelor musculare. Creșterea semnalizării anabolice ca răspuns la BCAA a fost citată ca dovadă a stimulării sintezei proteinelor musculare, chiar și în absența măsurării sintezei proteinelor musculare (de exemplu, ). Cu toate acestea, activarea căilor de semnalizare anabolice poate coincide numai cu creșterea sintezei proteinelor musculare dacă există EAAs ample pentru a furniza precursorii necesari pentru a produce proteine complete.
disocierea stării de fosforilare a factorilor de semnalizare și sinteza proteinelor musculare la om a fost demonstrată într-o varietate de circumstanțe în care disponibilitatea tuturor EAAs este limitată. De exemplu, o creștere a concentrației de insulină (de exemplu, ca urmare a aportului de glucoză) este un activator puternic al căilor de semnalizare anabolice, dar acest lucru nu reușește să crească FSR muscular din cauza deficienței EAAs . În schimb, consumul unei cantități mici (3 g) de EAAs stimulează sinteza proteinelor musculare fără a afecta activitatea factorului de inițiere, de ex., AKT, S6 kinază și 4E-BP1 . O mică creștere a concentrațiilor plasmatice de EAAs nu ar avea niciun efect dacă sinteza proteinelor ar fi limitată de starea de activare a factorilor de inițiere. În studiile citate mai sus, în care BCAA au fost perfuzate intravenos, este rezonabil să presupunem că o creștere atât de mare a concentrațiilor de BCAA ar fi activat factorii de semnalizare, totuși sinteza proteinelor musculare a scăzut de fapt din cauza lipsei de disponibilitate a EAAs care rezultă dintr-o scădere a defalcării proteinelor. Astfel, la subiecții umani, furnizarea de EAAs poate crește sinteza proteinelor musculare în absența oricărei modificări a activării factorilor de inițiere, iar activarea factorilor de inițiere în absența consumului tuturor EAAs nu are efect asupra sintezei proteinelor musculare. Aceste rezultate pot fi interpretate doar ca demonstrând că controlul limitator de viteză al sintezei proteinelor musculare bazale la om este disponibilitatea tuturor EAAs, spre deosebire de activitatea factorului de semnalizare anabolică. Această concluzie pune la îndoială în continuare rolul suplimentului alimentar al BCAA singur ca stimulatori ai sintezei proteinelor musculare.atunci când toate dovezile și teoria sunt luate în considerare împreună, este rezonabil să se concluzioneze că nu există dovezi credibile că ingestia unui supliment alimentar de BCAA singur are ca rezultat o stimulare fiziologică semnificativă a proteinelor musculare. De fapt, dovezile disponibile indică faptul că BCAA-urile scad de fapt sinteza proteinelor musculare. Toate EAAs trebuie să fie disponibile din abundență pentru creșterea semnalizării anabolice pentru a se traduce în sinteza accelerată a proteinelor musculare.
BCAA co-ingestie cu alți nutrienți
accentul acestei revizuiri a fost răspunsul la BCAA singur, deoarece aceasta este intenția logică a suplimentelor nutritive BCAA. Ca și în cazul consumului de BCAA singur, există studii limitate privind co–ingestia BCAA cu alți nutrienți. Când BCAA sau un amestec izonitrogen de treonină, metionină și histidină au fost administrate subiecților umani împreună cu carbohidrați, rata sintezei proteinelor musculare a scăzut în mod egal în ambele grupuri, indicând niciun rol unic al BCAA . În mod similar, consumul unui amestec de BCAA la carbohidrați după exercițiul de rezistență nu a crescut factorii de semnalizare anabolici într-o măsură mai mare decât carbohidrații singuri . Astfel, dovezile disponibile nu susțin noțiunea unui efect anabolic special al BCAA atunci când este administrat cu carbohidrați.spre deosebire de lipsa unui efect interactiv între BCAA și carbohidrați, BCAA pot spori efectul anabolic al unei mese proteice. De exemplu, adăugarea a 5 g de BCAA la o băutură care conține 6.25 g proteine din zer au crescut sinteza proteinelor musculare la un nivel comparabil cu cel indus de 25 g proteine din zer . Acest rezultat sugerează că unul sau mai multe dintre BCAA-uri ar putea limita rata pentru stimularea sintezei proteinelor musculare prin proteina din zer sau că BCAA-urile suplimentare au indus un potențial mai mare pentru un răspuns anabolic al mușchilor la proteina din zer prin activarea factorilor de inițiere. În ambele cazuri, răspunsul BCAA împreună cu proteina intactă este o problemă diferită de efectul BCAA singur, deoarece proteina intactă furnizează toate EAAs necesare pentru a produce o proteină intactă.
efectele individuale ale leucinei, valinei și izoleucinei
în această lucrare am luat în considerare doar răspunsul la amestecurile de BCAA. Răspunsurile la BCAA individuale (adică leucină, valină sau izoleucină) pot diferi de combinația celor trei din mai multe motive. Dovezile indică faptul că leucina singură poate exercita și răspunsul anabolic (de ex.,), deși nu există astfel de date pentru izoleucină sau valină. Astfel, s-ar putea aștepta ca leucina singură să fie mai eficientă decât combinația tuturor BCAA. Cu toate acestea, există două limitări semnificative ale unui supliment alimentar de leucină singur. În primul rând, aceleași probleme care limitează gradul de stimulare a sintezei proteinelor musculare numai prin BCAA în ceea ce privește disponibilitatea celorlalte EAAs necesare pentru producerea de proteine musculare intacte limitează, de asemenea, răspunsul numai la leucină. În al doilea rând, creșterea concentrației plasmatice de leucină activează calea metabolică care oxidează toate BCAA. Ca urmare, ingestia de leucină în monoterapie are ca rezultat o scădere a concentrațiilor plasmatice atât ale valinei, cât și ale izoleucinei. Prin urmare, disponibilitatea valinei și izoleucinei poate deveni o limitare a ratei pentru sinteza proteinelor musculare atunci când se consumă leucină în monoterapie. Acesta poate fi motivul pentru care studiile pe termen lung cu suplimentarea cu leucină dietetică nu au reușit să producă rezultate pozitive . Motivul principal pentru un supliment alimentar care conține toate BCAA-urile, spre deosebire de leucina în monoterapie, este de a depăși scăderile concentrațiilor plasmatice de valină și izoleucină care ar apărea atunci când leucina este administrată în monoterapie.în timp ce un supliment alimentar cu toate BCAA-urile va depăși scăderile concentrației rezultate din consumul de leucină în monoterapie, adăugarea de valină și izoleucină poate totuși să limiteze eficacitatea leucinei în monoterapie datorită concurenței pentru transportul în celulele musculare. BCAA-urile sunt transportate în mod activ în celule, inclusiv în celulele musculare, prin același sistem de transport. Prin urmare, atunci când sunt furnizate împreună, BCAA-urile concurează între ele pentru transportul în celule. Dacă unul dintre BCAA (de exemplu, leucina) limitează rata pentru sinteza proteinelor, adăugarea celorlalte două BCAA ar putea limita stimularea sintezei proteinelor din cauza intrării reduse a leucinei în celulă. BCAA concurează, de asemenea, cu alți aminoacizi pentru transport, inclusiv fenilalanină, iar această competiție ar putea afecta disponibilitatea intramusculară a altor AEA. Ca urmare a concurenței pentru transportori, este posibil ca leucina singură, de exemplu, să aibă un efect stimulator tranzitoriu asupra sintezei proteinelor musculare (de exemplu, ) în cazul în care BCAA nu reușesc să provoace un astfel de răspuns .