Аминокислоты с разветвленной цепью и синтез мышечного белка у человека: миф или реальность?

Аминокислоты с разветвленной цепью и синтез мышечного белка у человека: миф или реальность?
Роберт Р. Вулф 
Аминокислоты с разветвленной цепью (BCAA) - это лейцин, валин и изолейцин. Индустрия пищевых добавок с доходом в несколько миллионов долларов выросла вокруг концепции, согласно которой пищевые добавки, содержащие только BCAA, вызывают у людей анаболический ответ, обусловленный стимуляцией синтеза мышечного белка. В этом кратком обзоре обсуждаются теоретические и эмпирические основы этого утверждения. Теоретически максимальная стимуляция синтеза мышечного белка в постабсорбционном состоянии в ответ только на BCAA представляет собой разницу между распадом мышечного белка и синтезом мышечного белка (примерно на 30% больше, чем синтез), поскольку другие EAA необходимы для синтеза нового белка. может быть получено только в результате распада мышечного белка.

Реально, максимальное увеличение синтеза мышечного белка на 30% является завышенной оценкой, потому что обязательное окисление EAA никогда не может быть полностью подавлено. Обширный поиск литературы не выявил исследований на людях, в которых была бы количественно оценена реакция синтеза мышечного протеина на перорально принимаемые только BCAA, и только два исследования, в которых оценивался эффект только внутривенно введенных BCAA. Оба этих исследования внутривенных инфузий показали, что BCAA снижают синтез мышечного белка, а также его распад, что означает снижение оборота мышечного белка. Катаболическое состояние, при котором скорость распада мышечного белка превышала скорость синтеза мышечного белка, сохранялось во время инфузии BCAA.

Всего в мышечный белок входит двадцать аминокислот. Девять из двадцати считаются незаменимыми аминокислотами (EAA), что означает, что они не могут вырабатываться организмом в физиологически значимых количествах и, следовательно, являются важными компонентами сбалансированной диеты. Мышечный белок находится в постоянном состоянии обмена, что означает, что синтез белка происходит непрерывно, чтобы заменить белок, потерянный в результате распада белка. Для синтеза нового мышечного белка все EAA вместе с одиннадцатью заменимыми аминокислотами (NEAA), которые могут вырабатываться в организме, должны присутствовать в адекватных количествах. Аминокислоты с разветвленной цепью лейцин, изолейцин и валин являются тремя из девяти EAA. Лейцин - это не только прекурсор для синтеза мышечного белка,1 ]).

Идея о том, что BCAA могут обладать уникальной способностью стимулировать синтез мышечного белка, выдвигалась более 35 лет. Данные подтверждающие эту гипотезу, были получены при изучении ответов крыс. В 1981 г. Бузе сообщил, что у крыс BCAA могут ограничивать скорость синтеза мышечного белка. Дополнительные исследования подтвердили концепцию уникального эффекта BCAA на синтез мышечного белка у крыс, хотя немногие изучали реакцию на пероральное употребление только BCAA. Гарлик и Грант показали, что введение смеси BCAA крысам увеличивает скорость синтеза мышечного белка в ответ на инсулин , но они не измеряли эффекты только BCAA. Введение крысам только BCAA Kobayashi et al., как было показано, вызывает увеличение синтеза мышечного белка, но ответ был временным. Предположительно скорость синтеза быстро стала ограничиваться доступностью других EAA.

Исследования синтеза мышечного белка у крыс имеют ограниченное значение для реакции человека. Скелетные мышцы составляют гораздо меньший процент от общей массы тела у крыс по сравнению с людьми, и регуляция синтеза мышечного белка во многих отношениях отличается. Так, в своей знаменательной книге по метаболизму белков Уотерлоу и его коллеги на основании имеющихся данных пришли к выводу, что пищевые аминокислоты не стимулируют синтез мышечного белка у крыс . Хотя недавняя работа ставит под сомнение это утверждение, ограниченный стимулирующий эффект пищевых аминокислот на синтез белка у крыс отражает тот факт, что в нормальных постабсорбционных условиях имеются избытки эндогенных аминокислот, которые позволяют увеличить синтез белка, если активность внутриклеточных факторы, участвующие в инициации синтеза белка, стимулируются. Выражаясь по-другому, синтез мышечного белка у крысы, по-видимому, ограничивается скорее процессом инициации, чем процессом трансляции. Напротив, как будет показано ниже, у людей этого не происходит. Еще одно важное различие между исследованиями, изучающими влияние аминокислот на синтез мышечного белка у людей и крыс, связано с обычно используемыми методологиями. Метод «затопляющей дозы»  обычно использовался в исследованиях на крысах. Эта процедура включает измерение включения индикатора аминокислот в мышечный белок за очень короткий промежуток времени, часто всего за 10 минут. Этот подход не делает различий между кратковременной и устойчивой стимуляцией синтеза белка. Физиологически значима только длительная стимуляция синтеза. Потребление несбалансированной смеси аминокислот, такой как BCAA, может временно стимулировать синтез белка за счет использования эндогенных запасов других предшественников синтеза белка. Однако эндогенные запасы аминокислот, например, в плазме и свободных внутриклеточных пулах, весьма ограничены и могут быстро истощиться. Если стимуляция синтеза белка не может быть продолжена, это не имеет большого физиологического значения. Следовательно, Метод дозирования наводнения, обычно используемый для измерения синтеза мышечного белка у крыс, дает результаты, не имеющие отношения к питанию человека. Поскольку пищевые добавки BCAA предназначены для употребления в пищу человеком, в центре внимания этого краткого обзора будут исследования на людях.

Продажа BCAA в качестве пищевых добавок превратилась в многомиллионный бизнес. В основе маркетинга этих продуктов лежит широко распространенное мнение о том, что потребление BCAA стимулирует синтез мышечного белка и, как следствие, вызывает анаболический ответ. BCAA также можно употреблять с целью улучшения «умственной сосредоточенности», но мы не будем рассматривать это применение. Основная цель данной статьи - оценить утверждение о том, что одни только BCAA являются анаболиками, - адекватно подтверждена теоретически или эмпирически исследованиями на людях. Неявным в нашей оценке будет исследование того, играет ли состояние фосфорилирования эукариотических факторов инициации роль регулятора скорости в регуляции синтеза мышечного белка у людей.

Оборот мышечного белка и потребление белка с пищей
Мышечный белок находится в постоянном состоянии обмена, что означает, что новый белок непрерывно вырабатывается, в то время как старые белки разрушаются. Анаболическое состояние не имеет специального определения, но обычно относится к обстоятельствам, при которых скорость синтеза мышечного белка превышает скорость распада мышечного белка. Результат - набор мышечной массы. Обычно считается, что анаболическое состояние вызывается стимуляцией синтеза мышечного белка, но теоретически оно также может быть результатом ингибирования распада мышечного белка.

Основная метаболическая цель приема добавок BCAA - максимизировать анаболическое состояние. Широко распространено мнение, что BCAA вызывают анаболическое состояние, стимулируя синтез мышечного белка. Обильная доступность всех EAA является необходимым условием для значительной стимуляции синтеза мышечного белка . Синтез мышечного протеина будет ограничен из-за отсутствия каких-либо EAA, тогда как нехватка NEAA может быть компенсирована увеличением de novo продукции дефицитных NEAA . В постпрандиальном состоянии после приема пищи, содержащей белок, все предшественники EAA, необходимые для синтеза нового мышечного белка, могут быть получены либо из повышенных концентраций в плазме, возникающих в результате переваривания потребленного белка, либо в результате его рециркуляции в результате распада белка. В этих условиях обильной доступности EAA скорость синтеза мышечного белка превышает скорость распада, что приводит к анаболическому состоянию. В постабсорбирующем состоянии уровни EAA в плазме падают ниже постпрандиальных значений, потому что аминокислоты больше не всасываются. В результате EAA больше не поглощаются мышцами, а высвобождаются мышцами в плазму . Это катаболическое состояние мышечного белка в постабсорбционном состоянии обеспечивает постоянную доступность EAA для других тканей для поддержания скорости синтеза белка за счет мышечного белка, который можно рассматривать как резервуар EAA для остальных. тела, чтобы опираться.

Поскольку EAA не могут продуцироваться в организме и происходит чистое высвобождение EAA из мышц, в постабсорбционном состоянии единственным источником предшественников EAA для синтеза мышечного белка являются внутриклеточные EAA, полученные в результате распада мышечного белка . Помимо того, что они повторно включаются в мышечный белок посредством синтеза, некоторые EAA, высвобождающиеся в результате распада мышечного белка, могут частично окисляться в мышцах, что делает их недоступными для повторного включения в мышечный белок. EAA, высвобождаемые при распаде мышечного белка, которые не включаются в мышечный белок или не окисляются в мышечной ткани, высвобождаются в плазму, после чего они могут либо поглощаться другими тканями в качестве предшественников для синтеза белка, либо необратимо окисляться . Таким образом, скорость синтеза мышечного белка всегда будет ниже, чем скорость распада мышечного белка в состоянии после абсорбции, из-за чистого потока ЕАА от распада белка в плазму и по окислительным путям. Другими словами, синтез мышечного белка не может превысить скорость распада мышечного белка, если его предшественники полностью получены из распада белка, и, таким образом, анаболическое состояние не может возникнуть в отсутствие поступления экзогенных аминокислот.

Являются ли BCAA анаболическими в состоянии после абсорбции?
Теоретические соображения
Все предшественники EAA для синтеза мышечного белка в постабсорбционном состоянии происходят из распада мышечного белка. Постоянно сообщалось, что у нормальных людей после абсорбции скорость распада мышечного белка превышает скорость синтеза мышечного белка примерно на 30% . Потребление только BCAA (то есть без других EAA) может только увеличить синтез мышечного белка в постабсорбтивном состоянии за счет повышения эффективности рециркуляции EAA из расщепления белка обратно в синтез белка, в отличие от их высвобождения в плазму или окисленный. Это связано с тем, что все 9 EAA (а также 11 NEAA) необходимы для производства мышечного белка, а EAA не могут производиться в организме. Если потребляются только 3 EAA, как в случае с BCAA, расщепление белка является единственным источником оставшихся EAA, необходимых в качестве предшественников для синтеза мышечного белка. Следовательно, потребление только BCAA теоретически невозможно для создания анаболического состояния, при котором синтез мышечного белка превышает распад мышечного белка. Если сделать широкое предположение, что потребление BCAA повышает эффективность рециркуляции EAA от распада мышечного белка до синтеза мышечного белка на 50%, то это приведет к увеличению скорости синтеза мышечного белка на 15% (30% рециркулируется в базовом состояние X 50% улучшение рециркуляции = 15% увеличение синтеза). Кроме того, снижение на 50% высвобождения ЕАА в плазму из мышц также уменьшит плазменный и внутриклеточный пулы свободных ЕАА. Рисунок снижение на 50% высвобождения EAA в плазму из мышц также уменьшило бы плазменный и внутриклеточный пулы свободных EAA. Рисунок снижение на 50% высвобождения EAA в плазму из мышц также уменьшило бы плазменный и внутриклеточный пулы свободных EAA. РисунокРис. 1 схематически иллюстрирует эти принципы. Так как повышение эффективности рециркуляции на 50% будет примерно разумным максимальным пределом, это означает, что максимальная стимуляция синтеза мышечного белка не может превышать 15%. Это соответствовало бы увеличению фракционной скорости синтеза мышц от базального значения примерно 0,050% / ч в базальном состоянии до 0,057% / ч, и эту разницу во фракционной скорости синтеза (FSR) белка было бы трудно определить. точно измерить .
Эмпирические результаты
ВСАА вводили внутривенно в единственных исследованиях, определяющих реакцию метаболизма мышечных белков у людей только на ВСАА. Хотя вливание BCAA не является общепринятым способом употребления пищевой добавки, было показано, что вводимые внутривенно и перорально аминокислоты вызывают сравнимые эффекты на синтез мышечного белка в других обстоятельствах . Следовательно, разумно оценить статьи, в которых описывается реакция синтеза мышечного белка на внутривенное вливание BCAA у людей.

Louard et al.  использовал метод баланса предплечий для количественной оценки реакции на внутривенное вливание смеси BCAA в течение 3 часов у 10 субъектов после абсорбции. Метод баланса предплечья включает измерение поглощения и высвобождения индивидуальных EAA (в данном случае лейцина и фенилаланина) и их изотопно-меченных аналогов. Рассчитаны скорости исчезновения (Rd) и появления (Ra) фенилаланина и лейцина. Предполагая, что баланс лейцина и фенилаланина в мышцах является репрезентативным для всех EAA, Rd. Считается, что фенилаланин отражает синтез мышечного белка, поскольку синтез белка - единственная судьба фенилаланина, поглощаемого мышцами из плазмы. Rd. лейцина нельзя интерпретировать с точки зрения синтеза белка, поскольку лейцин, поглощаемый мышцами, может окисляться, а также включаться в белок. Трехчасовая инфузия BCAA увеличила плазменные концентрации всех 3 BCAA в четыре раза, в то время как концентрации других EAA снизились . Синтез мышечного белка снизился с 37 +/- 3 до 21 +/- 2 нмоль / мин / 100 мл ноги (статистически значимо, p  <0,05) , а не стимулировался инфузией BCAA . Не было значительных изменений в чистом балансе фенилаланина, что указывает на то, что распад мышечного белка также снизился на величину, аналогичную сокращению синтеза мышечного белка. Баланс между синтезом и распадом мышечного белка оставался отрицательным, что означало, что катаболическое состояние сохранялось, а анаболическое состояние не возникало. Одновременное снижение синтеза и распада мышечного белка во время инфузии BCAA можно описать как снижение оборота мышечного белка.

Аналогичные результаты были получены теми же исследователями, когда они увеличили продолжительность инфузии BCAA до 16 часов у 8 нормальных добровольцев и определили, стимулирует ли хроническое повышение BCAA синтез мышечного белка . Для расчета синтеза и распада мышечного белка использовалась та же методика баланса предплечий, что и в предыдущем исследовании. 16-часовая инфузия увеличивает концентрацию BCAA от 5 до 8 раз , что почти вдвое превышает уровни, достигаемые при пероральном приеме нормальной дозы BCAA . As in the previous study, muscle protein synthesis (as reflected by phenylalanine Rd) was reduced in the subjects receiving BCAAs as compared to saline inf

Из этих двух исследований мы можем сделать вывод, что вливание BCAA не только не увеличивает скорость синтеза мышечного белка у людей, но фактически снижает скорость синтеза мышечного белка и скорость обмена мышечного белка. Катаболическое состояние не было обращено в анаболическое состояние ни в одном исследовании. Кроме того, можно ожидать, что устойчивое снижение скорости оборота мышечного белка окажет пагубное влияние на мышечную силу, даже если мышечная масса сохраняется. Оборот мышечного белка обновляет мышечные волокна и приводит к повышению эффективности сокращения на уровне отдельных волокон , что отражается в увеличении силы in vivo, независимо от мышечной массы.

Неспособность синтеза мышечного белка значительно увеличиться в ответ на инфузию только BCAA, как и ожидалось, в соответствии с теоретическими соображениями, обсужденными выше и проиллюстрированными на рис. 1, в отношении требования, чтобы все EAA поддерживали увеличение. Вместо этого, поскольку распад мышечного белка уменьшился, доступность EAA также упала, что, в свою очередь, фактически снизило скорость синтеза мышечного белка.

Ограничивают ли анаболические сигнальные факторы скорость в постабсорбционном состоянии?
Утверждение, что синтез мышечного белка стимулируется BCAA, по крайней мере частично, связано с наблюдением, что внутриклеточная анаболическая передача сигналов усиливается, включая состояние активации ключевых факторов, участвующих в инициации синтеза белка . Теория о том, что активация внутриклеточных анаболических сигнальных факторов вызывает повышенную скорость синтеза мышечного белка, прочно вошла в современные концепции регуляции синтеза мышечного белка. Повышенная анаболическая передача сигналов в ответ на BCAA была приведена в качестве доказательства стимуляции синтеза мышечного белка, даже в отсутствие измерения синтеза мышечного белка . Однако активация анаболических сигнальных путей может совпадать с повышенным синтезом мышечного белка только при наличии достаточного количества EAA, обеспечивающего необходимые предшественники для производства полноценного белка.

Диссоциация состояния фосфорилирования сигнальных факторов и синтеза мышечного белка у людей была показана в различных обстоятельствах, когда доступность всех EAA ограничена. Например, повышение концентрации инсулина (например, в результате приема глюкозы) является мощным активатором анаболических сигнальных путей, но это не может увеличить мышечный FSR из-за дефицита EAA. Напротив, потребление небольшого количества (3 г) EAA стимулирует синтез мышечного белка, не влияя на активность факторов инициации, например Akt, S6 киназы и 4E-BP1 [ 20]. Небольшое увеличение концентрации EAA в плазме не имело бы никакого эффекта, если бы синтез белка ограничивался состоянием активации факторов инициации. В упомянутых выше исследованиях, в которых BCAA вводили внутривенно, разумно предположить, что такое большое увеличение концентрации BCAA могло активировать сигнальные факторы, однако синтез мышечного белка фактически снизился из-за отсутствия EAA в результате снижения расщепление белков. Таким образом, у людей введение EAA может увеличить синтез мышечного белка при отсутствии каких-либо изменений в активации факторов инициации, а активация факторов инициации при отсутствии потребления всех EAA не влияет на синтез мышечного белка. Эти результаты можно интерпретировать только как демонстрацию того, что ограничивающий скорость контроль синтеза базальных мышечных белков у людей - это доступность всех ЕАА в отличие от активности анаболического сигнального фактора. Этот вывод ставит под сомнение роль пищевых добавок, содержащих только BCAA, как стимуляторов синтеза мышечного белка.

Когда все доказательства и теория рассматриваются вместе, можно сделать вывод об отсутствии достоверных доказательств того, что прием одной пищевой добавки с BCAA приводит к физиологически значимой стимуляции мышечного белка. Фактически, имеющиеся данные указывают на то, что BCAA действительно снижают синтез мышечного белка. Все EAA должны быть доступны в изобилии, чтобы усиление анаболической передачи сигналов привело к ускоренному синтезу мышечного белка.

Одновременный прием BCAA с другими питательными веществами
В центре внимания этого обзора была реакция только на BCAA, так как это логическая цель пищевых добавок BCAA. Как и в случае потребления только BCAA, существует ограниченное количество исследований совместного приема BCAA с другими питательными веществами. Когда BCAA или изоазотная смесь треонина, метионина и гистидина вводились людям вместе с углеводами, скорость синтеза мышечного белка снижалась одинаково в обеих группах, что указывает на отсутствие уникальной роли BCAA . Точно так же потребление смеси BCAA с углеводами после упражнений с отягощениями не увеличивало анаболические сигнальные факторы в большей степени, чем только углеводы . Таким образом, имеющиеся данные не поддерживают идею об особом анаболическом эффекте BCAA при приеме с углеводами.

В отличие от отсутствия интерактивного эффекта между BCAA и углеводами, BCAA могут усиливать анаболический эффект белковой еды. Например, добавление 5 г BCAA к напитку, содержащему 6,25 г сывороточного белка, увеличивало синтез мышечного белка до уровня, сравнимого с уровнем, вызываемым 25 г сывороточного белка. Этот результат предполагает, что один или несколько BCAA могут ограничивать скорость стимуляции синтеза мышечного белка сывороточным белком или что дополнительные BCAA индуцируют больший потенциал анаболической реакции мышц на сывороточный белок за счет активации факторов инициации. В любом случае реакция BCAA в сочетании с интактным белком представляет собой проблему, отличную от эффекта только BCAA, поскольку интактный белок обеспечивает все EAA, необходимые для производства интактного белка.

Индивидуальные эффекты лейцина, валина и изолейцина
В этой статье мы рассмотрели только реакцию на смеси BCAA. Ответы на отдельные BCAA (например, лейцин, валин или изолейцин) могут отличаться от комбинации этих трех по нескольким причинам. Данные указывают на то, что лейцин сам по себе может вызывать анаболический ответ , тогда как для изолейцина или валина таких данных нет. Таким образом, можно было ожидать, что один лейцин будет более эффективным, чем комбинация всех BCAA. Однако есть два существенных ограничения пищевой добавки, содержащей только лейцин. Во-первых, те же проблемы, которые ограничивают степень стимуляции синтеза мышечного белка одними только BCAA в отношении доступности других EAA, необходимых для производства неповрежденного мышечного белка, также ограничивают ответ на один лейцин. Во-вторых, повышение концентрации лейцина в плазме активирует метаболический путь, который окисляет все BCAA. В результате прием внутрь одного лейцина приводит к снижению плазменных концентраций валина и изолейцина. Таким образом, доступность валина и изолейцина может ограничивать скорость синтеза мышечного белка, когда потребляется только лейцин. Возможно, поэтому долгосрочные исследования результатов с добавлением лейцина в рацион не дали положительных результатов . Основное обоснование для диетической добавки, содержащей все BCAA, в отличие от одного лейцина, состоит в том, чтобы преодолеть снижение концентраций валина и изолейцина в плазме, которое могло бы произойти при приеме только лейцина.

Хотя пищевая добавка со всеми BCAA преодолевает снижение концентрации, вызванное потреблением одного лейцина, добавление валина и изолейцина, тем не менее, может ограничить эффективность одного лейцина из-за конкуренции за перенос в мышечные клетки. Все BCAA активно транспортируются в клетки, включая мышечные, с помощью одной и той же транспортной системы. Следовательно, при совместном использовании BCAA конкурируют друг с другом за транспортировку в клетки. Если один из BCAA (например, лейцин) ограничивает скорость синтеза белка, добавление двух других BCAA может ограничить стимуляцию синтеза белка из-за снижения проникновения лейцина в клетку. BCAA также конкурируют за транспорт с другими аминокислотами, включая фенилаланин, и эта конкуренция может повлиять на внутримышечную доступность других EAA. В результате конкуренции за переносчики, возможно, что один лейцин, например, может оказывать временное стимулирующее действие на синтез мышечного белка, где BCAA не вызывают такой реакции .
Вывод
Физиологически значимое увеличение скорости синтеза мышечного белка требует адекватной доступности всех предшественников аминокислот. Источником EAA для синтеза мышечного белка в постабсорбционном состоянии является свободный внутриклеточный пул. Свободные внутриклеточные ЕАА, доступные для включения в белок, получают в результате распада мышечного белка. В нормальных условиях около 70% ЕАА, высвобождаемых при распаде мышечного белка, снова включаются в мышечный белок. Эффективность повторного включения EAA из расщепления белка обратно в мышечный белок может быть увеличена только в ограниченной степени. По этой фундаментальной причине пищевая добавка, состоящая только из BCAA, не может поддерживать повышенную скорость синтеза мышечного белка. Доступность других EAA быстро станет ограничивающим фактором для ускоренного синтеза белка. В соответствии с этой точкой зрения, несколько исследований на людях сообщили об уменьшении, а не об увеличении синтеза мышечного белка после приема BCAA. Мы пришли к выводу, что пищевые добавки BCAA сами по себе не способствуют анаболизму мышц.

оригинал статьи 
https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-017-0184-9

ассортимент аминокислот  

https://dda77.com.ua/aminokisloty