grenade aminosyror och muskelproteinsyntes hos människor: myt eller verklighet?

det finns totalt tjugo aminosyror som innefattar muskelprotein. Nio av de tjugo anses vara essentiella aminosyror (EAAs), vilket innebär att de inte kan produceras av kroppen i fysiologiskt signifikanta mängder och därför är viktiga komponenter i en balanserad diet. Muskelprotein är i ett konstant tillstånd av omsättning, vilket innebär att proteinsyntes sker kontinuerligt för att ersätta protein som förloras som en följd av proteinnedbrytning. För syntes av nytt muskelprotein måste alla EAA, tillsammans med de elva icke-essentiella aminosyrorna (NEAAs) som kan produceras i kroppen, vara närvarande i tillräckliga mängder. De grenade aminosyrorna leucin, isoleucin och valin är tre av de nio EAA. Leucin är inte bara en föregångare för muskelproteinsyntes, men kan också spela en roll som regulator för intracellulära signalvägar som är involverade i processen för proteinsyntes (t.ex.).

konceptet att BCAA kan ha en unik förmåga att stimulera muskelproteinsyntes har lagts fram i mer än 35 år. Data som stöder denna hypotes har erhållits från studier av svar från råttor. 1981 rapporterade Buse att hos råttor kan BCAA vara hastighetsbegränsande för muskelproteinsyntes. Ytterligare studier stödde begreppet en unik effekt av bcaa på muskelproteinsyntes hos råttor, även om få har studerat svaret på oral konsumtion av endast BCAA. Garlick och Grant visade att infusion av en blandning av BCAA i råttor ökade hastigheten för muskelproteinsyntes som svar på insulin , men de mätte inte effekterna av BCAA ensam. Infusionen av BCAA ensam i råttor av Kobayashi et al. visade sig inducera en ökning av muskelproteinsyntesen, men svaret var endast övergående. Förmodligen blev synteshastigheten snabbt begränsad av tillgängligheten av de andra EAAs.

studier av muskelproteinsyntes hos råttor har begränsad relevans för humana svar. Skelettmuskel innefattar en mycket mindre andel av den totala kroppsmassan hos råttor jämfört med människor och reglering av muskelproteinsyntes skiljer sig i många avseenden. Således, i deras landmärkebok om proteinmetabolism Waterlow och associates drog slutsatsen från tillgängliga data att dietära aminosyror inte stimulerar muskelproteinsyntes hos råttor . Medan det senaste arbetet utmanar detta påstående, återspeglar den begränsade stimulerande effekten av dietära aminosyror på proteinsyntes i råtta det faktum att under normala postabsorberande förhållanden finns överskott av endogena aminosyror tillgängliga för att möjliggöra en ökning av proteinsyntesen om aktiviteten hos intracellulära faktorer som är involverade i initieringen av proteinsyntes stimuleras. Uttryckt annorlunda begränsas muskelproteinsyntesen i råttan tydligen av initieringsprocessen snarare än översättningsprocessen. Däremot, som kommer att diskuteras nedan, verkar det inte vara fallet hos människor. En annan viktig skillnad mellan studier som undersöker effekterna av aminosyror på muskelproteinsyntes hos människor och råttor avser de metoder som vanligtvis används. Tekniken ”översvämningsdos” har vanligtvis använts i råttstudier. Denna procedur innefattar mätning av införlivandet av en aminosyraspårare i muskelprotein under ett mycket kort tidsfönster, ofta så kort som 10 min. Detta tillvägagångssätt skiljer inte mellan en övergående och en ihållande stimulering av proteinsyntes. Endast en långvarig stimulering av syntesen är relevant fysiologiskt. Konsumtion av en obalanserad blandning av aminosyror, såsom BCAA, kan tillfälligt stimulera proteinsyntes genom att använda endogena butiker av de andra prekursorerna av proteinsyntes. Emellertid är endogena butiker av aminosyror, såsom de i plasma och fria intracellulära pooler, ganska begränsade och kan snabbt bli utarmade. Om stimuleringen av proteinsyntesen inte kan upprätthållas finns det liten fysiologisk betydelse. Följaktligen ger översvämningsdostekniken som vanligtvis används för att mäta muskelproteinsyntes hos råtta resultat med osäker relevans för mänsklig näring. Eftersom BCAA-kosttillskott är avsedda för konsumtion kommer fokus för denna korta granskning att vara forskning på människor.

försäljningen av BCAA som näringstillskott har blivit ett företag med flera miljoner dollar. I mitten av marknadsföringen för dessa produkter är det allmänt trodde påståendet att konsumtion av BCAA stimulerar muskelproteinsyntes, och som ett resultat framkallar ett anaboliskt svar. BCAA kan också konsumeras i syfte att förbättra ”mental focus”, men vi kommer inte att överväga den applikationen. Det primära syftet i detta dokument att utvärdera påståendet att BCAA enbart är anabola stöds tillräckligt antingen teoretiskt eller empiriskt av studier på människor. Implicit i vår bedömning kommer att vara undersökningen av huruvida fosforyleringstillståndet för de eukaryota initieringsfaktorerna spelar en hastighetsreglerande roll i regleringen av muskelproteinsyntes hos människor.

muskelproteinomsättning och dietary proteinintag

muskelprotein är i ett konstant tillstånd av omsättning, vilket innebär att nytt protein kontinuerligt produceras medan äldre proteiner bryts ned. Det anabola tillståndet har ingen specifik definition, men hänvisar i allmänhet till den omständigheten i vilken graden av muskelproteinsyntes överstiger graden av muskelproteinnedbrytning. Resultaten i en vinst av muskelmassa. Konventionellt anses det anabola tillståndet drivas av en stimulering av muskelproteinsyntes, men teoretiskt kan det också bero på en hämning av muskelproteinnedbrytning.

det övergripande metaboliska målet att konsumera BCAA-tillskott är att maximera det anabola tillståndet. Det hävdas allmänt att BCAA inducerar ett anaboliskt tillstånd genom att stimulera muskelproteinsyntes. En riklig tillgänglighet av alla EAA är en förutsättning för en signifikant stimulering av muskelproteinsyntes . Muskelproteinsyntes kommer att begränsas av bristen på tillgänglighet av någon av EAAs, medan en brist på NEAAs kan kompenseras genom ökad de novo-produktion av de bristfälliga NEAAs . I det postprandiala tillståndet efter en måltid som innehåller protein kan alla EAA-prekursorer som krävs för ny muskelproteinsyntes härledas från antingen de förhöjda plasmakoncentrationerna som härrör från uppslutning av det konsumerade proteinet eller från återvinning från proteinnedbrytning. Under denna omständighet av riklig tillgänglighet av Eaeftersom graden av muskelproteinsyntes överstiger nedbrytningshastigheten och därigenom producerar ett anabole tillstånd. I postabsorberande tillstånd faller EAA-nivåerna i plasma under de postprandiala värdena eftersom aminosyror inte längre absorberas. Som ett resultat tas EAA inte längre upp av muskler utan frigörs snarare av muskler i plasma . Detta kataboliska tillstånd av muskelprotein i postabsorberande tillstånd möjliggör fortsatt tillgänglighet av EAAs för andra vävnader för att upprätthålla proteinsynteshastigheten på bekostnad av muskelprotein, vilket kan anses spela en roll som reservoaren för EAAs för resten av kroppen att dra på.

eftersom EAA inte kan produceras i kroppen och det finns en nettofrisättning av EAA från muskler, i postabsorberande tillstånd är den enda källan till EAA-prekursorer för muskelproteinsyntes intracellulär EAA härrörande från muskelproteinnedbrytning . Förutom att återinkorporeras i muskelprotein via syntes, kan vissa EAAs som frigörs från muskelproteinuppdelning delvis oxideras i muskeln, vilket gör dem otillgängliga för återinkorporering i muskelprotein. EAA som frigörs från muskelproteinuppdelning som inte återinkorporeras i muskelprotein eller oxideras i muskelvävnad släpps ut i plasma, varefter de antingen kan tas upp av andra vävnader som prekursorer för proteinsyntes eller irreversibelt oxideras . Således kommer hastigheten för muskelproteinsyntes alltid att vara lägre än hastigheten för muskelproteinnedbrytning i postabsorberande tillstånd, på grund av nettoflödet av EAAs från proteinnedbrytning i plasma och till oxidativa vägar. Uttryckt annorlunda är det omöjligt för muskelproteinsyntes att överskrida hastigheten för muskelproteinnedbrytning när prekursorerna härrör helt från proteinnedbrytning, och således kan ett anabole tillstånd inte uppstå i frånvaro av exogen aminosyraintag.

är BCAA anabola i postabsorberande tillstånd?

teoretiska överväganden

alla EAA-prekursorer för muskelproteinsyntes i postabsorberande tillstånd härrör från nedbrytning av muskelprotein. Det har konsekvent rapporterats att hos normala postabsorberande människor överstiger graden av muskelproteinnedbrytning hastigheten för muskelproteinsyntes med cirka 30% . Konsumtion av enbart BCAA (dvs., utan de andra EAAs) kan bara öka muskelproteinsyntesen i postabsorberande tillstånd genom att öka effektiviteten vid återvinning av EAAs från proteinnedbrytning tillbaka till proteinsyntes, i motsats till att antingen frisättas i plasma eller oxideras. Detta beror på att alla 9 EAAs (såväl som 11 NEAAs) krävs för att producera muskelprotein, och EAAs kan inte produceras i kroppen. Om endast 3 EAAs konsumeras, vilket är fallet med konsumtion av BCAA, är proteinnedbrytning den enda källan till de återstående EAAs som krävs som föregångare för muskelproteinsyntes. Det är därför teoretiskt omöjligt för konsumtion av endast BCAA att skapa ett anabole tillstånd där muskelproteinsyntes överstiger muskelproteinnedbrytning. Om det generösa antagandet görs att BCAA-konsumtion förbättrar effektiviteten vid återvinning av EAAs från muskelproteinuppdelning till muskelproteinsyntes med 50%, skulle detta översättas till en 15% ökning av muskelproteinsyntesen(30% återvunnen i basalt tillstånd X 50% förbättring av återvinning = 15% ökning av syntesen). Vidare skulle en 50% minskning av frisättningen av EAA i plasma från muskler också minska plasma och intracellulära pooler av fria EAA. Figur Fig. 1 illustrerar schematiskt dessa principer. Eftersom en 50% förbättring av återvinningseffektiviteten skulle handla om den rimliga maximala gränsen, innebär detta att den maximala stimuleringen av muskelproteinsyntesen inte kunde överstiga 15%. Detta skulle motsvara en ökning av fraktionerad syntetisk muskelhastighet från ett basalt värde av ca 0,050%/h i basaltillståndet till 0.057% / h, och denna skillnad i fraktionerad syntetisk hastighet (FSR) av protein skulle vara svår att noggrant mäta .

empiriska resultat

BCAA har administrerats intravenöst i de enda studierna som bestämmer responsen av muskelproteinmetabolism hos människa till enbart BCAA. Medan infusionen av BCAA inte är det konventionella sättet på vilket ett kosttillskott skulle konsumeras, har intravenöst infunderade och oralt intagna aminosyror visat sig framkalla jämförbara effekter på muskelproteinsyntes under andra omständigheter . Följaktligen är det rimligt att utvärdera de papper där svaret från muskelproteinsyntes till intravenös infusion av BCAA hos människor.

Louard et al. använde underarmsbalansmetoden för att kvantifiera svaret på intravenös infusion av en blandning av BCAA i 3 timmar i 10 postabsorberande ämnen. Underarmsbalansmetoden innefattar mätning av upptag och frisättning av enskilda EAAs (leucin och fenylalanin i detta fall) och deras isotopmärkta motsvarigheter. Priser för försvinnande (Rd) och utseende (Ra) av fenylalanin och leucin beräknas. Med antagandet att balansen över muskeln i leucin och fenylalanin är representativ för alla EAAs, Rd. av fenylalanin anses vara en återspegling av muskelproteinsyntes, eftersom proteinsyntes är det enda ödet för fenylalanin som tas upp av muskler från plasma. Rd. av leucin kan inte tolkas med avseende på proteinsyntes, eftersom leucin som tas upp av muskler kan oxideras såväl som införlivas i protein. 3 timmars infusion av BCAA ökade plasmakoncentrationerna av alla 3 BCAA fyrfaldigt, medan koncentrationerna av andra EAA minskade . I stället för att stimuleras av BCAA-infusionen minskade muskelproteinsyntesen från 37+/− 3 till 21 +/− 2 nmol/min / 100 ml ben (statistiskt signifikant, p < 0, 05) . Det fanns ingen signifikant förändring i netto fenylalanin balans, vilket tyder på att nedbrytningen av muskelprotein också reducerades en mängd som liknar minskningen av muskelproteinsyntesen. Balansen mellan muskelproteinsyntes och nedbrytning förblev negativ, vilket innebar att det kataboliska tillståndet kvarstod och ett anaboliskt tillstånd inte producerades. De samtidiga minskningarna i muskelproteinsyntes och nedbrytning under BCAA-infusion kan beskrivas som minskad muskelproteinomsättning.

liknande resultat erhölls av samma utredare när de förlängde infusionen av BCAA till 16 timmar hos 8 normala volontärer och bestämde om kronisk höjning av BCAA stimulerade muskelproteinsyntes . Samma underarmsbalansmetod användes som i föregående studie för att beräkna muskelproteinsyntes och nedbrytning. Infusionen på 16 timmar ökar BCAA-koncentrationerna från 5 till 8 gånger , vilket är så mycket som dubbelt så mycket som de nivåer som uppnås med en normal dos BCAA som intas oralt . Som i den tidigare studien reducerades muskelproteinsyntesen (som återspeglas av fenylalanin Rd) hos försökspersonerna som fick BCAA jämfört med saltinfusion från 36 +/− 5 till 27 +/-2 nmol/min / 100 ml.Muskelproteinuppdelning reducerades också, vilket innebär att muskelproteinomsättningen också minskades och ett kataboliskt tillstånd kvarstod.

Vi kan dra slutsatsen från dessa två studier att BCAA-infusion inte bara misslyckas med att öka graden av muskelproteinsyntes hos människor, utan faktiskt minskar hastigheten för muskelproteinsyntes och hastigheten för muskelproteinomsättning. Det kataboliska tillståndet vändes inte till ett anaboliskt tillstånd i någon av studierna. Vidare förväntas en fortsatt minskning av muskelproteinomsättningen ha en skadlig effekt på muskelstyrkan, även om muskelmassan bibehålls. Muskelproteinomsättningen förnyar muskelfibrerna och resulterar i ökad effektivitet av sammandragning vid singelfibernivån , vilket återspeglas i ökad styrka in vivo, oberoende av muskelmassa .

misslyckandet av muskelproteinsyntesen att öka signifikant som svar på infusionen av BCAA ensam är som förväntat enligt de teoretiska överväganden som diskuterats ovan och illustreras i Fig. Fig. 1 när det gäller kravet på att alla Euratom ska upprätthålla en ökning. Istället, eftersom muskelproteinnedbrytningen minskade, föll tillgängligheten av EAA också, vilket i sin tur faktiskt minskade graden av muskelproteinsyntes.

är de anabola signalfaktorerna hastighetsbegränsande i postabsorberande tillstånd?

påståendet att muskelproteinsyntes stimuleras av BCAA härrör åtminstone delvis från observationen att intracellulär anabolisk signalering ökas, inklusive aktiveringstillståndet för nyckelfaktorer som är involverade i initieringen av proteinsyntes . Teorin att aktivering av intracellulära anabola signalfaktorer orsakar en ökad hastighet av muskelproteinsyntes har blivit förankrad i moderna begrepp för reglering av muskelproteinsyntes. Ökad anabolisk signalering som svar på BCAA har citerats som bevis på stimulering av muskelproteinsyntes, även i frånvaro av mätning av muskelproteinsyntes (t.ex.). Aktivering av de anabola signalvägarna kan emellertid endast sammanfalla med ökad muskelproteinsyntes om det finns gott om EAA för att tillhandahålla de nödvändiga prekursorerna för att producera komplett protein.

Dissociation av fosforyleringstillståndet för signalfaktorerna och muskelproteinsyntesen hos människor har visats under olika omständigheter när tillgängligheten för alla EAA är begränsad. Till exempel är en ökning av insulinkoncentrationen (till exempel som ett resultat av glukosintag) en potent aktivator av de anabola signalvägarna, men detta misslyckas med att öka muskel FSR på grund av brist på EAAs . Omvänt stimulerar konsumtion av en liten mängd (3 g) EAA muskelproteinsyntes utan att påverka initieringsfaktoraktiviteten t. ex., Akt, S6-Kinas och 4E-BP1 . En liten ökning av plasmakoncentrationerna av EAA skulle inte ha någon effekt om proteinsyntesen begränsades av aktiveringsfaktorernas aktiveringstillstånd. I de ovan nämnda studierna där BCAA infunderades intravenöst är det rimligt att anta att en så stor ökning av BCAA-koncentrationerna skulle ha aktiverat signalfaktorerna, men muskelproteinsyntesen minskade faktiskt på grund av bristande tillgänglighet av EAA som härrör från en minskning av proteinnedbrytning. Således kan tillhandahållandet av EAAs hos människor öka muskelproteinsyntesen i frånvaro av någon förändring i aktiveringen av initieringsfaktorer, och aktivering av initieringsfaktorerna i frånvaro av konsumtion av alla EAAs har ingen effekt på muskelproteinsyntesen. Dessa resultat kan endast tolkas som att visa att den hastighetsbegränsande kontrollen av basal muskelproteinsyntes hos människor är tillgängligheten av alla EAA i motsats till anabolisk signalfaktoraktivitet. Denna slutsats kastar ytterligare tvivel om rollen som kosttillskott av BCAA ensam som stimulatorer av muskelproteinsyntes.

När alla bevis och teori betraktas tillsammans är det rimligt att dra slutsatsen att det inte finns några trovärdiga bevis för att intag av ett kosttillskott av BCAA enbart resulterar i en fysiologiskt signifikant stimulering av muskelprotein. Faktum är att tillgängliga bevis tyder på att BCAA faktiskt minskar muskelproteinsyntesen. Alla EAAs måste vara tillgängliga i överflöd för ökad anabolisk signalering för att översätta till accelererad muskelproteinsyntes.

BCAA samintag med andra näringsämnen

fokus för denna översyn har varit svaret på BCAA ensam, eftersom detta är den logiska avsikten med BCAA näringstillskott. Som i fallet med konsumtion av BCAA ensam finns det begränsade studier av samintag av BCAA med andra näringsämnen. När BCAA eller en isonitrogen blandning av treonin, metionin och histidin administrerades till humana försökspersoner tillsammans med kolhydrat minskade hastigheten för muskelproteinsyntes lika i båda grupperna, vilket indikerar ingen unik roll för BCAA . På samma sätt ökade konsumtionen av en blandning av BCAA till kolhydrat efter motståndsträning inte de anabola signalfaktorerna i någon större utsträckning än kolhydrat ensam . Således stöder tillgängliga bevis inte uppfattningen om en speciell anabolisk effekt av BCAA när den ges med kolhydrat.

i motsats till bristen på en interaktiv effekt mellan BCAA och kolhydrat kan BCAA förbättra den anabola effekten av en proteinmjöl. Till exempel tillsatsen av 5 g BCAA till en dryck innehållande 6.25 g vassleprotein ökade muskelproteinsyntesen till en nivå jämförbar med den som inducerades av 25 g vassleprotein . Detta resultat tyder på att en eller flera av BCAA kan vara hastighetsbegränsande för stimulering av muskelproteinsyntes av vassleprotein, eller att de extra BCAA inducerade en större potential för ett anaboliskt svar från muskler till vassleprotein genom att aktivera initieringsfaktorerna. I båda fallen är svaret från BCAA i samband med intakt protein en annan fråga som effekten av BCAA ensam, eftersom det intakta proteinet ger alla EAA som är nödvändiga för att producera ett intakt protein.

individuella effekter av leucin, valin och isoleucin

i detta dokument har vi endast beaktat svaret på blandningar av BCAA. Svaren på enskilda BCAA (dvs. leucin, valin eller isoleucin) kan skilja sig från kombinationen av de tre av flera skäl. Bevis tyder på att leucin enbart kan utöva och anabola svar (t. ex.,), medan inga sådana data finns för isoleucin eller valin. Således kan det förväntas att leucin ensam skulle vara effektivare än kombinationen av alla BCAA. Det finns emellertid två signifikanta begränsningar av ett kosttillskott av leucin ensam. För det första begränsar samma problem som begränsar omfattningen av stimulering av muskelproteinsyntes av BCAA enbart när det gäller tillgängligheten av de andra EAAs som är nödvändiga för produktion av intakt muskelprotein också svaret på leucin ensam. För det andra aktiverar höjning av plasmakoncentrationen av leucin den metaboliska vägen som oxiderar alla BCAA. Som ett resultat resulterar intag av leucin enbart i en minskning av plasmakoncentrationerna av både valin och isoleucin. Tillgängligheten av valin och isoleucin kan därför bli hastighetsbegränsande för muskelproteinsyntes när leucin ensam konsumeras. Detta kan vara anledningen till att långsiktiga resultatstudier med dietary leucin tillskott har misslyckats med att ge positiva resultat . Den huvudsakliga motiveringen för ett kosttillskott som innehåller alla BCAA i motsats till leucin enbart är att övervinna de minskningar i plasmakoncentrationer av valin och isoleucin som skulle uppstå när leucin ges ensam.

medan ett kosttillskott med alla BCAA kommer att övervinna minskningarna i koncentrationen till följd av konsumtion av leucin ensam, kan tillsatsen av valin och isoleucin ändå begränsa effektiviteten av leucin ensam på grund av konkurrens om transport till muskelceller. BCAA: erna transporteras alla aktivt in i celler, inklusive muskelceller, av samma transportsystem. Därför, när de tillhandahålls tillsammans konkurrerar BCAA med varandra för transport in i cellerna. Om en av BCAA (t.ex. leucin) är hastighetsbegränsande för proteinsyntes, kan tillsats av de andra två BCAA begränsa stimuleringen av proteinsyntes på grund av minskad inträde av leucin i cellen. BCAA konkurrerar också med andra aminosyror för transport, inklusive fenylalanin, och denna tävling kan påverka den intramuskulära tillgängligheten av andra EAA. Som ett resultat av konkurrensen om transportörer är det möjligt att enbart leucin, till exempel, kan ha en övergående stimulerande effekt på muskelproteinsyntesen (t .ex.) där BCAA misslyckas med att framkalla ett sådant svar.