muskel atrofi anses for et vigtigt sundhedsproblem på grund af sin primære (metaboliske ændringer) og sekundære konsekvenser (styrke tab, faldt autonomi). Som kendt bliver atrofiprocessen åbenbar, når nedbrydning af skeletmuskelprotein øges over proteinsyntesen i en længere periode., I denne sammenhæng, leucin tilskud synes at være en lovende anti-atrofi terapi, enten ved at hæmme skeletal muscle proteolyse og/eller at øge proteinsyntesen, en effekt, der eventuelt kan være både dosis-afhængige samt muskel atrofi tilstand-afhængige. Denne gennemgang vil diskutere virkningerne af leucin tilskud i reguleringen af skeletmuskulatur proteolyse i både in vitro og in vivo undersøgelser.,
Anti-atrofi effekter af Leucin Tilskud
besparende protein effekter af leucin tilskud har været kendt siden de første undersøgelser af Buse & Reid (1975) ., På grund af dets egenskaber af isolerede handling, leucin er faktisk betragtes ikke alene som en AA, der udgør protein, men også en physiopharmacological enhed, hvis administration er i stand til at fremme vigtige anti-katabolsk handlinger, såsom dæmpning af muskel katabolisme under et vægttab, fremme af en helbredende proces og forbedring af muskel-og protein-omsætning i ældre individer .,
generelt viser leucin-tilskud konsekvent fald i skeletmuskelproteolyse, når de infunderes intravenøst , inkuberes med hele muskelen , inkuberes med skeletmuskelceller og under oral fodring . Det skal bemærkes, at størrelsen af hæmning er forskellig alt efter arten, patologisk tilstand og især atrofimodellen., Det er vigtigt, at i skeletmuskelcellekulturer forekommer de antiproteolytiske virkninger af leucin-tilskud også, men i dette system ser den leucin-dosisafhængige virkning ud til at blive forskudt til et lavt koncentrationsområde sammenlignet med hele muskelinkubationen .
i kroniske undersøgelser er leucin-tilskudseffektivitet ikke så godt demonstreret som hos akutte, men på dette niveau viser leucin-tilskud også vigtige antiproteolytiske virkninger. Faktisk en nylig undersøgelse udført af Combaret et al. (2005) viste, at oral kronisk leucin-tilskud (~0.,7 g/kg / dag over en periode på 10 dage) udviste langvarige hæmmende virkninger på skeletmuskelproteolyse med omkring ~30%, hvilket gendannede den defekte postprandiale hæmning af proteasomafhængig proteolyse. Understøtter også beviset for nedsat proteolyse induceret af leucin-tilskud, en undersøgelse udført af Ventrucci et al. (2004) viste, at der i cancer kakeksi-tumor induceret rotter, forbruget af en leucin beriget kost (3%) over en periode på 20 dage, reduceret protein nedbrydning i gastrocnemius muskler med omkring 11%, øge myosin tung kæde indhold med omkring 47%., For nylig, med det samme studiedesign, Eley et al. (2007) viste, at forbruget af 1 g/kg/dag BCAA i 12-15 dage undertrykker kroppens vægttab med omkring 33% og reducerer proteinnedbrydning med omkring 62% i soleus muskler. Tværtimod Sadi.et al. (2008) viste, at i kalve forbedrede 5 dages intravenøs infusion af EAA (rendering leucin plasmatiske niveauer ~0,24 mM) under energi-og proteinunderskud nitrogenbalancen, men skeletmuskelproteolysen blev ikke svækket., Generelt viste kroniske undersøgelser leucin-tilskud som en vigtig anti-atrofi-strategi, men manglen på standardisering relateret til leucin-suppleringsdosis (indtaget og absorberet) forringer store konklusioner relateret til effektstørrelsen. Tabel 1 opsummerer vigtige undersøgelser relateret til leucin-virkningerne på skeletmuskelproteolyse hos både mennesker og dyr.,
Akut Leucin Tilskud: Forholdet mellem Dosis og Effekt
for At bringe om effekten af AA-tilskud, er det nødvendigt at forstå dens dosis-effekt ejendomme., I denne henseende har Michael Rennies gruppe gjort vigtige opdagelser relateret til eksistensen af et krøllet dosis-respons-forhold mellem den ekstra cellulære EAA (især leucin blandt disse) og den humane skeletmuskelproteinsyntese . Konceptet er, at et enkelt måltid under normale forhold synes at fremme maksimale effekter på proteinsyntese. Dette fund er baseret på undersøgelser udført på både voksne rotter og voksne mennesker, hvilket viser, at leucin-plasmakoncentrationen i PA-tilstand er cirka 0.,1 mM og PP staten, det er steget cirka 80% eller mere, rendering betyder værdier på 0,2 mM. Denne værdi synes at være i stand til at fremme maksimale stigninger i proteinsyntese og mætte af systemet .
når spørgsmålet er hæmning af proteinnedbrydning, vides meget mindre om denne egenskab af dosiseffekt, selv i dyreforsøg. Resultaterne præsenteret i litteraturen viser variationer baseret på den undersøgte skeletmuskulatur, isotopen anvendt til måling af proteinmetabolisme og det undersøgte system (in vitro vs in vivo studier)., En dybere analyse af disse undersøgelser, især in vitro-undersøgelser (hvor det er muligt samtidig at detektere proteinsyntesen og proteinnedbrydningsmetabolismen), afslører imidlertid nye fund på trods af metodologiske forskelle. Således er en nyfortolkning af disse undersøgelser berettiget til at generere et nyt koncept om et leucin-dosis-effektforhold.,
I skeletal muscle celle kulturer, fravær af aminosyrer (især leucin), ser ud til at styre protein nedbrydning primært gennem aktivering af lysosome afhængige af proteolyse Desuden, i løbet af hele muskler inkubationer, leucin tilskud fører til en nedsat ATP-ubiquitin-afhængige proteolytiske aktivitet . Der er dog stadig ingen aktuelle mekanistiske oplysninger om, hvordan ernæringssignalet induceret af AA registreres af muskelcellen (dvs.intracellulært eller ekstracellulært). Flere undersøgelser foretaget af Mortimore og kolleger og P .s.et al., (1982) viste , at i leveren dikterer den ekstra cellulære koncentration af AA på en dosisafhængig måde, inhiberingen af proteolyse inde i levercellerne, og at blandt AA var leucin den stærkeste hæmmer.
når den er relateret til skeletmuskulatur, er den intracellulære AA-koncentration ikke tilgængelig i de fleste undersøgelser., Baseret på de ekstra cellulære AA-koncentrationer (plasmatiske niveauer og/eller ekstra cellulære niveauer) er det imidlertid muligt at antage, at den leucinkoncentration, der er til stede for at kontrollere proteinsyntesen, også er tilgængelig til at kontrollere proteinnedbrydningen, uanset mekanismeprocessen. Baseret på denne antagelse er resultaterne af flere undersøgelser opsummeret nedenfor. De antyder, at leucindosis, der er i stand til at forårsage maksimal effekt på proteinnedbrydning, kan være højere end den, der er i stand til at forårsage maksimal effekt på proteinsyntese under negative proteinbalancebetingelser., Denne dosisafhængige virkning synes imidlertid ikke at forekomme i cellekulturer i skeletmuskulaturen .
Dyr
I en tidligere undersøgelse i 1977, Buse & Weigand viste, at rotter membran muskler inkuberes med en leucin koncentration på 0,5 mM (det dobbelte af leucin koncentration, der findes i PP-tilstand) var i stand til at øge muskel proteinsyntesen i 36-38%. Ikke desto mindre blev proteinnedbrydningen hæmmet i 4.,7%, hvilket indikerer, at en høj fysiologisk leucin-koncentration er i stand til både stærkt at stimulere proteinsyntesen og i mindre grad at hæmme proteinnedbrydningen, selv i fravær af en hormonel forsyning. I overensstemmelse med dette, Tischler et al. (1982), inkuberede rottemembranmuskler med en bred leucinkoncentration (lige fra PA til PP-tilstand). De observerede, at en leucinkoncentration på 0, 1 mM signifikant øgede skeletmuskelproteinsyntesen. Imidlertid er denne samme leucin koncentration (0.,1 mM) påvirkede ikke proteinnedbrydningshastighederne, som kun blev ændret, når leucin-koncentrationen blev forøget til et område fra 0,2 til 0,5 mM. inden for dette koncentrationsområde formindskedes proteinnedbrydningen gradvist med en større absolut mængde end den, der stimulerede proteinsyntese (tabel 1).
for at kontrollere, om disse resultater Kun blev observeret, når AA blev administreret in vitro, kee et al., (2003) lavede en undersøgelse ved hjælp af e .tensor digitorum longus musklerne, hvor ernæringsforsyningen blev tilvejebragt under in vivo betingelser (infunderet) i nærvær af endogene hormonelle faktorer. Resultaterne viste, at der i 48 h udsultet rotter, 4 h af AA infusion forhøjet plasma-leucin niveauer til værdier på ca 0.57 mM. Denne stigning på leucin plasma-niveauer var i stand til at genoprette den insulin, og corticosterone niveauer til de værdier, der er observeret i de kontrollerede rotter, og samtidig øge muskel proteinsyntesen i 55.6%., Men på samme leucin koncentration, skeletmuskulatur proteolyse var faldet til kun 17.9% (værdi nonstatistically forskellige fra de hungrende gruppe), hvilket tyder på, at selv i nærværelse af hormonelle faktorer, leucin koncentration i stand til at stimulere proteinsyntesen er svækket sammenlignet med protein nedbrydning.
I en anden undersøgelse, Hong & Lægmand (1984) analyseret soleus muskler af udsultet rotter (24 h 72 h fastende) inkuberes med leucin (0,5 mM)., De observerede, at proteinsyntesen i de 24 timer og 72 timer fastede rotter blev forøget med henholdsvis 59% og 24%, Men proteinnedbrydningen blev ikke ændret ved hjælp af denne leucin-koncentration i soleus-musklerne. Tværtimod Bus .uets et al. (2000) , inkuberes rotte soleus muskler med en højere leucin koncentration på 5 mM og 10 mM. De observerede, at muskel-og proteolyse blev hæmmet i en dosis-respons måde, dvs, leucin koncentrationer af 5 mM skyldes en hæmning af 5,7% i proteolyse, der henviser til, at 10 mM havde forårsaget en hæmning på 24,5%., Denne undersøgelse afslører, at forøgelse af leucin-koncentrationen til værdier 10-20× den for dem, der blev observeret i de andre undersøgelser, var i stand til at medføre fald i skeletmuskelproteolyse, et resultat, der er i overensstemmelse med en anden undersøgelse udført af Mitchell et al. (2004), der observerede, at inkubering af skeletmuskelceller med en leucinkoncentration på 5 mM var i stand til at hæmme skeletmuskelproteolyse i 8-12%., Således, et plateau til en leucin koncentration, der er relateret til hæmning af skeletal muscle protein nedbrydning under in vitro-betingelser endnu ikke etableret, men disse undersøgelser tyder på, at leucin koncentration 10-20× overlegen i forhold til den, man havde i PP tilstand (~0,2 mM), stadig er i stand til at udøve sin anti-proteolytiske effekter.,
En begrænsning af de ovennævnte undersøgelser var, at selv om in vitro målinger kvalitativt afspejler priser af protein-omsætning, der var til stede i det intakte dyr, før de inkubationstiden, protein-stofskiftet målt i hele musklen under in vitro-betingelser var altid i en udtalt tilstand af negativ protein balance, selv i kontrol muskler . Imidlertid kunne denne situation efterligne den, der blev observeret i en in vivo atrofisk tilstand, hvor nedbrydning af skeletmuskelprotein øges i forhold til proteinsyntese ., Under visse atrofiske forhold er det således muligt, at mængden af suppleret leucin, der er i stand til maksimalt at hæmme muskelproteolyse, kan være større end den, der bruges til at producere maksimale virkninger på proteinsyntese.
humane studier
på nuværende tidspunkt er nøjagtige metoder blevet anvendt til at måle proteinsyntese in vivo, men når problemet er proteinnedbrydning, har forskellige metoder præsenteret vigtige begrænsninger, især når de er relateret til proteinnedbrydning i muskler., For eksempel er urinudskillelsen af 3-methyl-histidin (3-MH) blevet anvendt i vid udstrækning til at estimere muskelproteinnedbrydning, både hos forsøgsdyr og mennesker . Begrundelsen for at bruge urin 3-MH som et mål for skeletmuskulatur proteolyse er, at hoveddelen af 3-MH er til stede i muskel actin og myosin og vigtigere, 3-MH genanvendes ikke til proteinsyntese, idet det er et indeks for proteinnedbrydning ., Specificiteten af urin 3-MH udskillelse er imidlertid blevet udfordret, især under in vivo betingelser, fordi det under nogle atrofiske tilstande som kirurgisk traume blev observeret en uforholdsmæssig overproduktion af 3-MH fra ikke-muskulære kilder . En anden metode, der er vedtaget in vivo til måling af proteinnedbrydning, er at følge tabet af radioaktivitet fra protein, der tidligere er mærket ved indgivelse af radioisotop tracer. Når denne metode anvendes, en stor bekymring er, at radioaktiv AA afledt af proteinnedbrydning, kommer ind i precursorpuljen og genanvendes til proteinsyntese., En sådan genanvendelse af mærket AA resulterer i tilsyneladende nedbrydningsrater, der undervurderer de sande nedbrydningshastigheder . Endelig er et vigtigt spørgsmål bidraget fra hele kroppen versus skeletmuskelvæv i proteinnedbrydningshastighederne. For at løse dette spørgsmål har flere humane undersøgelser udnyttet den arteriovenøse net balance (NB) teknik til at evaluere proteinsyntese og proteinnedbrydning i lemmer (som for det meste er muskler), og aminosyren phenylalanin er blevet brugt til at spore muskelprotein, fordi det hverken produceres eller metaboliseres i muskler., Ved hjælp af denne teknik kan muskelproteinnedbrydning estimeres ud fra den beregnede værdi for hastigheden af phenylalaninudseende til venen under en stabil tilstand i koncentrationen af blodaminosyrer. Men et generelt problem med brug af enten underarmen eller ben arteriovenøs NB teknik til at vurdere muskel metabolisme akut, er, at denne tilgang har praktiske begrænsninger, der er forbundet med den tid og det blod, der kræves, og hvad vigtigere er, at det ikke er muligt evaluering af kortvarig effekt på muskel protein metabolisme , difficulting dosis-respons undersøgelser af proteolyse., Overhovedet, mens der mangler pålidelige metoder til måling af in vivo-proteinnedbrydning i skeletmuskulatur, kan nedbrydning af hele kroppen estimeres ud fra Flu .en af radiomærkede eller stabile isotoper i plasma eller nitrogen i urinen.
flere forfattere har vist, at leucin såvel som eller BCAA-tilskud (oral eller infunderet) er i stand til begge, øger proteinsyntesen eller reducerer proteinnedbrydning hos mennesker ., Der er en generel tendens i de fleste humane undersøgelser til at påvise, at leucin-tilskud er i stand til at fremme proteinbesparende virkninger, hovedsageligt på grund af hæmning af proteinnedbrydning . Selvom nedgangen i proteolyse syntes at forekomme i flere undersøgelser, er der ingen konsensus om et dosis-respons-forhold. For eksempel Tessari et al. (1987) infunderede en AA-opløsning i forsøgspersoner (PA-tilstand) i 180 minutter og nåede leucinplasmatiske niveauer på 0, 2 mM, og der blev ikke fundet nogen virkninger på endogen proteolyseundertrykkelse, mens Castellino et al., (1987) tilført en AA-løsning (fag i PA-tilstand), der har gjort en leucin plasmatic koncentration på 0,28 mM over en periode på 180 minutter, og viste, at den endogene leucin flux (en indikator for proteolyse) blev reduceret 41.8% i forhold til basal periode. Disse forskelle kan være relateret til forskellige metoder, der anvendes til at analysere protein nedbrydning, som foreslået af Matthews (2005), eller endda, der er relateret til differentierede former for leucin/AA administration i disse undersøgelser, er en begrænsning også observeret i undersøgelser af muskel-og protein syntese.,
som nævnt ovenfor er der ingen konsensus om et dosis-respons-forhold i humane studier relateret til leucin-tilskud og proteolyse af skeletmuskulatur. En undersøgelse udført af Sher .in (1978) viste imidlertid, at overvægtige personer, der blev indgivet til 3 dages faste, præsenterede basale leucinniveauer næsten fordoblet (0, 22 mM) sammenlignet med kontrollerede personer i PA-perioden, en leucinkoncentration, der normalt er i stand til maksimalt at stimulere skeletmuskelproteinsyntesen i PP-perioden under normale forhold., I denne undersøgelse forhøjede leucin-infusion leucin-plasmatisk koncentration i 68% over de kontrollerede personer efter to timers infusion og 124% over de kontrollerede personer efter 12 timer (0, 81 mM) under den samme infusionshastighed. Denne akutte leucin-infusion (dag 4 i faste) var stadig i stand til at forbedre nitrogenbalancen og vende tilbage til de tidligere niveauer dagen efter infusionen. Disse resultater antyder, at setpunktet for proteinomsætningsmetabolismen relateret til den infunderede leucinkoncentration blev reguleret hos disse forsøgspersoner., I denne undersøgelse blev proteinnedbrydningen ikke hæmmet ved leucin-infusion (målt ved 3-methyl-histidin-frigivelse), men nitrogenbalancen blev forbedret 23% efter 12 timers leucin-infusion. En nylig undersøgelse udført af Boh et et al. (2001), indikerede, at hos mennesker, der tilførte en opløsning sammensat af blandet AA i en hastighed, der gjorde en leucin-plasmatisk koncentration på 0, 4 mM, var i stand til at stimulere proteinsyntesen i kun to timer og vendte tilbage til basale tilstande efter denne tidsperiode., Det er således muligt, at inhiberingen af skeletmuskelnedbrydning også kan bidrage til den nitrogenbesparende respons under 12 timer med leucin-infusion, i det mindste i ikke-muskulært væv.
for nylig en interessant undersøgelse foretaget af Katsanos et al. (2006) sammenlignede hos unge og ældre personer forbruget af en oral opløsning sammensat af EAA, der indeholder en leucin-koncentration på 26% (som indeholdt lignende leucin-værdier, der blev fundet i valleproteinet) mod forbruget af en EAA-opløsning beriget med leucin 41%, på knoglemuskulaturproteinmetabolisme., De observerede, at hos unge forsøgspersoner var lavdosis leucin-tilskud (26%) i stand til at øge skeletmuskelproteinsyntesen, mens der hos ældre forsøgspersoner ikke blev observeret nogen effekt (skønt der i begge grupper blev opnået lignende plasmatiske leucin-niveauer ~0, 45 mM)., Men da en blanding, der indeholder en høj leucin koncentration (41%) blev suppleret af den ældre gruppe øget muskel protein syntese til sammenlignelige værdier, der er observeret i unge patienter, at genoprette den defekte ernæringsmæssige respons observeret i en lav leucin suppleret dosis (men igen, i begge grupper, svarende plasmatic leucin niveauer blev opnået ~0.65 mM). Det er vigtigt, at kun de ældre forsøgspersoner suppleret med den 41% berigede leucin-opløsning præsenterede en stærk tendens til at hæmme proteinnedbrydning., Det er muligt, at hos ældre vil en højere leucin-supplementeringsdosis være i stand til at hæmme endnu mere muskelproteinnedbrydningen, men denne hypotese blev endnu ikke testet.
Opsummering i humane undersøgelser, leucin tilskud tydeligt fremkalder en hæmning i skeletmuskulatur proteolyse og der er nogle sparsomme resultater tyder på, at leucin fusion, der kan mindske protein nedbrydning kan være større end, at der kan maksimalt stimulere proteinsyntesen, især under atrofisk betingelser.
Skriv et svar