la atrofia del músculo esquelético se considera un problema importante de salud pública debido a sus consecuencias primarias (alteraciones metabólicas) y secundarias (pérdida de fuerza, disminución de la autonomía). Como se sabe, el proceso de atrofia se hace evidente cuando la degradación de la proteína del músculo esquelético aumenta por encima de la síntesis de proteínas durante un período prolongado de tiempo., En este contexto, la suplementación con leucina parece ser una terapia anti-atrofia prometedora, actuando ya sea inhibiendo la proteólisis del músculo esquelético y / o aumentando la síntesis de proteínas, un efecto que posiblemente puede ser tanto dependiente de la dosis como dependiente de la condición de atrofia del músculo esquelético. Esta revisión discutirá los efectos de la suplementación con leucina en la regulación de la proteólisis del músculo esquelético tanto en estudios in vitro como in vivo.,
efectos Anti-atrofia de la suplementación con leucina
Los efectos Ahorradores de la suplementación con leucina se conocen desde los estudios iniciales de Buse& Reid (1975) ., Debido a sus propiedades de acción aislada, la leucina en realidad se considera no solo una proteína constitutiva de AA, sino también una entidad fisiofarmacológica, cuya administración es capaz de promover importantes acciones anti-catabólicas, como la atenuación del catabolismo del músculo esquelético durante la pérdida de peso, la facilitación de un proceso de curación y la mejora de la renovación de la proteína del músculo esquelético en individuos de edad .,
en general, la suplementación con leucina demuestra consistentemente disminuciones en la proteólisis del músculo esquelético cuando se infunde por vía intravenosa , se incuba con todo el músculo , se incuba con células del músculo esquelético y se alimenta por vía oral . Cabe señalar que la magnitud de la inhibición es diferente según la especie, la condición patológica y, sobre todo, el modelo de atrofia., Es importante destacar que en los cultivos de células del músculo esquelético también se producen los efectos antiproteolíticos de la suplementación con leucina, pero en este sistema el efecto dependiente de la dosis de leucina parece ser desplazado a un rango de concentración bajo en comparación con la incubación de todo el músculo .
en los estudios crónicos la eficacia de la suplementación con leucina no está tan bien demostrada como en los agudos, pero en este nivel la suplementación con leucina también muestra importantes efectos antiproteolíticos. De hecho, un estudio reciente realizado por Combaret et al. (2005) mostraron que la suplementación oral crónica de leucina (~0.,7 g / kg / día durante un período de 10 días) presentó efectos inhibitorios de larga duración sobre la proteólisis del músculo esquelético en alrededor de ~30%, restaurando la inhibición postprandial defectuosa de la proteólisis dependiente del proteasoma. También apoya la evidencia de disminución de la proteólisis inducida por la suplementación con leucina, un estudio realizado por Ventrucci et al. (2004) mostraron que en ratas inducidas por caquexia tumoral, el consumo de una dieta enriquecida con leucina (3%) durante un período de 20 días redujo la degradación de proteínas en los músculos gastrocnemios en alrededor de un 11%, aumentando el contenido de cadena pesada de miosina en alrededor de un 47%., Recientemente, con el mismo diseño de estudio, Eley et al. (2007) demostraron que el consumo de 1 g/kg/día de BCAA durante 12-15 días suprime la pérdida de peso corporal en alrededor del 33% y disminuye la degradación de proteínas en alrededor del 62% en los músculos del Soleo. Sin embargo, por el contrario, Sadiq et al. (2008) mostraron que en terneros, 5 días de infusión intravenosa de EAA (rendering leucine plasmatic levels ~0.24 mM) bajo déficit de energía y proteínas mejoraron el equilibrio de nitrógeno, pero la proteólisis del músculo esquelético no se atenuó., En general, los estudios crónicos mostraron que la suplementación con leucina es una estrategia importante contra la atrofia, pero la falta de estandarización relacionada con la dosis de suplementación con leucina (ingerida y absorbida) afecta las principales conclusiones relacionadas con la magnitud del efecto. La tabla 1 resume estudios importantes relacionados con los efectos de la leucina en la proteólisis del músculo esquelético tanto en humanos como en animales.,
la suplementación con leucina aguda: relación entre dosis y efecto
para lograr la eficacia de la suplementación con AA, es necesario comprender sus propiedades dosis-efecto., En este sentido, el grupo de Michael Rennie ha hecho importantes descubrimientos relacionados con la existencia de una relación dosis-respuesta curvilínea entre el EAA extra celular (particularmente la leucina entre estos) y la síntesis de proteínas del músculo esquelético humano . El concepto es que en condiciones normales, una sola comida parece promover los máximos efectos sobre la síntesis de proteínas. Este hallazgo se basa en estudios realizados tanto en ratas adultas como en humanos adultos, que muestran que la concentración plasmática de leucina en el estado de AP es aproximadamente 0.,1 mM y en el estado PP, se incrementa aproximadamente un 80% o más, rindiendo valores medios de 0,2 mm. este valor parece ser capaz de promover aumentos máximos en la síntesis de proteínas y de saturar el sistema .
Cuando el problema es la inhibición de la degradación de proteínas, se sabe mucho menos sobre esta propiedad de la dosis-efecto, incluso en estudios con animales. Los resultados presentados en la literatura muestran variaciones, basadas en el músculo esquelético estudiado, el isótopo utilizado para medir el metabolismo proteico y el sistema estudiado (estudios in vitro vs in vivo)., Sin embargo, un análisis más profundo de estos estudios, especialmente los estudios in vitro (donde es posible detectar simultáneamente la síntesis de proteínas y el metabolismo de la degradación de proteínas), revela nuevos hallazgos a pesar de las diferencias metodológicas. Por lo tanto, se justifica una reinterpretación de estos estudios para generar un nuevo concepto sobre una relación dosis-efecto de leucina.,
en cultivos de células del músculo esquelético, la ausencia de aminoácidos (especialmente leucina), parece controlar la degradación de la proteína principalmente a través de la activación de la proteólisis dependiente de lisosomas Además, durante las incubaciones musculares completas, la suplementación con leucina conduce a una disminución de la actividad proteolítica dependiente de ATP-ubiquitina . Sin embargo, todavía no hay información mecanicista actual sobre cómo la señal nutricional inducida por AA es detectada por la célula muscular (es decir, intracelular o extracelular). Varios estudios de Mortimore y colegas y Pösö et al., (1982), mostraron que en el hígado, la concentración extra celular de AA dicta de manera dosis-dependiente, la inhibición de la proteólisis dentro de las células hepáticas, y que entre AA, la leucina era el inhibidor más fuerte.
cuando se relaciona con el músculo esquelético, la concentración intracelular de AA no está disponible en la mayoría de los estudios., Sin embargo, basado en las concentraciones extra celulares de AA (niveles plasmáticos y/o niveles extra celulares) es posible asumir que la concentración de leucina presente para controlar la síntesis de proteínas también está disponible para controlar la degradación de proteínas, independientemente del proceso del mecanismo. Sobre la base de este supuesto, a continuación se resumen los resultados de varios estudios. Sugieren que la dosis de leucina capaz de causar efectos máximos en la degradación de proteínas puede ser mayor que la capaz de causar efectos máximos en la síntesis de proteínas durante condiciones negativas de equilibrio de proteínas., Sin embargo, este efecto dosis-dependiente no parece ocurrir en cultivos de células del músculo esquelético .
estudios en animales
en un estudio anterior en 1977, Buse& Weigand mostró que los músculos del diafragma de rata incubados con una concentración de leucina de 0,5 mM (dos veces la concentración de leucina encontrada en el estado PP) eran capaces de aumentar la síntesis de proteínas del músculo esquelético en un 36-38%. Sin embargo, la degradación de la proteína fue inhibida en 4.,7%, lo que indica que una alta concentración fisiológica de leucina es capaz tanto de estimular fuertemente la síntesis proteica como, en menor medida, de inhibir la degradación proteica, incluso en ausencia de un aporte hormonal. De acuerdo con esto, Tischler et al. (1982) , músculos del diafragma de rata incubados con una amplia concentración de leucina (que van desde PA A PP estado). Observaron que una concentración de leucina de 0,1 mM aumentó significativamente la síntesis de proteínas del músculo esquelético. Sin embargo, esta misma concentración de leucina (0.,1 mM) no afectó las tasas de degradación de proteínas, que se alteraron solo cuando la concentración de leucina aumentó a un rango de 0,2 a 0,5 mm. dentro de este rango de concentración, la degradación de proteínas disminuyó progresivamente en una cantidad absoluta mayor que la que estimuló la síntesis de proteínas (Tabla 1).
con el fin de verificar si estos resultados se observaron solo cuando se administró AA in vitro, KEE et al., (2003) realizaron un estudio utilizando el extensor digitorum longus muscles, con el suministro nutricional proporcionado durante condiciones in vivo (infundidas), en presencia de factores hormonales endógenos. Los resultados mostraron que en ratas hambrientas de 48 h, 4 h de infusión de AA elevaron los niveles plasmáticos de leucina a valores de aproximadamente 0,57 mm. este aumento en los niveles plasmáticos de leucina fue capaz de restaurar los niveles de insulina y corticosterona a los valores observados en las ratas controladas, aumentando concomitantemente la síntesis de proteínas del músculo esquelético en 55,6%., Sin embargo, a la misma concentración de leucina, la proteólisis del músculo esquelético se redujo a solo 17,9% (valor no estadísticamente diferente del grupo hambriento), lo que sugiere que incluso en presencia de factores hormonales, la concentración de leucina capaz de estimular la síntesis de proteínas se atenúa cuando se compara con la degradación de proteínas.
en otro estudio, Hong & Layman (1984) analizó los músculos del lenguado de ratas hambrientas (24 h y 72 h de ayuno) incubadas con leucina (0,5 mM)., Observaron que en las ratas ayunadas de 24 h y 72 h, la síntesis de proteínas se incrementó 59% y 24% respectivamente, pero la degradación de proteínas no se alteró utilizando esta concentración de leucina en los músculos sóleos. Por el contrario, Busquets et al. (2000) , incubaron el músculo sóleo de rata con una mayor concentración de leucina de 5 mM y 10 mm. observaron que la proteólisis del músculo esquelético se inhibía de manera dosis-respuesta, es decir, concentraciones de leucina de 5 mM causaban una inhibición del 5,7% en la proteólisis, mientras que 10 mM habían causado una inhibición del 24,5%., Este estudio revela que el aumento de la concentración de leucina a valores 10-20× que los observados en los otros estudios, fue capaz de provocar disminuciones en la proteólisis del músculo esquelético, resultado que está de acuerdo con otro estudio realizado por Mitchell et al. (2004) que observaron que la incubación de células del músculo esquelético con una concentración de leucina de 5 mM era capaz de inhibir la proteólisis del músculo esquelético en un 8-12%., Por lo tanto, una meseta para una concentración de leucina relacionada con la inhibición de la degradación de la proteína del músculo esquelético durante condiciones in vitro todavía no se estableció, pero estos estudios sugieren que una concentración de leucina 10-20× superior a la que tenía en el estado PP (~0.2 mM) todavía es capaz de ejercer sus efectos antiproteolíticos.,
una limitación de los estudios anteriores fue que aunque las mediciones in vitro reflejan cualitativamente las tasas de recambio proteico que estaban presentes en el animal intacto antes del período de incubación, el metabolismo proteico medido en todo el músculo durante las condiciones in vitro siempre estuvo en un estado pronunciado de balance proteico negativo incluso en los músculos de control . Sin embargo, esta situación podría imitar la observada en una condición atrófica in vivo, donde la degradación de la proteína del músculo esquelético se incrementa sobre la síntesis de proteínas ., Por lo tanto, bajo ciertas condiciones atróficas, es posible que la cantidad de leucina suplementada capaz de inhibir al máximo la proteólisis muscular sea mayor que la utilizada para producir efectos máximos sobre la síntesis de proteínas.
estudios en humanos
en la actualidad, se han utilizado metodologías precisas para medir la síntesis proteica in vivo, pero cuando el problema es la degradación proteica, diferentes métodos han presentado limitaciones importantes, especialmente cuando se relacionan con la degradación proteica en el músculo., Por ejemplo, la excreción urinaria de 3-metil-histidina (3-MH) se ha utilizado ampliamente para estimar la degradación de las proteínas musculares, tanto en animales de experimentación como en humanos . La razón para usar la 3-MH urinaria como medida de la proteólisis del músculo esquelético es que la mayor parte de la 3-MH está presente en la actina muscular y la miosina y, lo que es importante, la 3-MH no se reutiliza para la síntesis de proteínas, siendo un índice de degradación de proteínas ., Sin embargo, la especificidad de la excreción urinaria de 3-MH ha sido cuestionada, especialmente en condiciones in vivo, porque en algunas condiciones atróficas como el trauma quirúrgico se observó una sobreproducción desproporcionada de 3-MH de fuentes no musculares . Otra metodología adoptada in vivo para medir la degradación de la proteína es seguir la pérdida de radiactividad de la proteína previamente marcada por la administración de trazador de radioisótopos. Cuando se utiliza este método, una preocupación importante es que el AA radiactivo derivado de la descomposición de proteínas, entra en el grupo de precursores y se reutiliza para la síntesis de proteínas., Tal reciclaje de AA etiquetado resulta en tasas de descomposición aparentes que subestiman las tasas de degradación reales . Finalmente, una pregunta importante es la contribución de todo el cuerpo versus el tejido muscular esquelético en las tasas de degradación de proteínas. Para resolver esta pregunta, varios estudios en humanos han utilizado la técnica de equilibrio neto arteriovenoso (NB) para evaluar las tasas de síntesis de proteínas y descomposición de proteínas en las extremidades (que son principalmente musculares), y el aminoácido fenilalanina se ha utilizado para rastrear la proteína muscular porque no se produce ni se metaboliza en el músculo., Utilizando esta técnica, la descomposición de las proteínas musculares se puede estimar a partir del valor calculado para la tasa de aparición de fenilalanina en la vena, durante un estado estacionario en la concentración de aminoácidos en la sangre. Sin embargo, un problema general con el uso de la técnica de RN arteriovenosa del antebrazo o de la pierna para evaluar el metabolismo muscular de forma aguda, es que este enfoque tiene limitaciones prácticas asociadas con el tiempo y la sangre requerida y, lo que es más importante , no permite evaluar los efectos de corta duración sobre el metabolismo de las proteínas musculares, dificultando los estudios de proteólisis dosis-respuesta., En absoluto, mientras que hay una falta de métodos confiables para medir la degradación de la proteína in vivo en el músculo esquelético, la descomposición de la proteína del cuerpo entero se puede estimar a partir del flujo de isótopos radiomarcados o estables en el plasma o el nitrógeno en la orina.
varios autores han demostrado que tanto la leucina como la suplementación con BCAA (oral o infundida) son capaces de ambos, aumentando la síntesis proteica o disminuyendo la degradación proteica en humanos ., Hay una tendencia general en la mayoría de los estudios en humanos a demostrar que la suplementación con leucina es capaz de promover efectos Ahorradores de proteínas, principalmente debido a la inhibición de la degradación de proteínas . Aunque la disminución de la proteólisis parece ocurrir en varios estudios, no hay consenso de una relación dosis-respuesta. Por ejemplo, Tessari et al. (1987) infundieron una solución de AA en sujetos (Estado PA) durante 180 min, alcanzando niveles plasmáticos de leucina de 0,2 mM, y no se encontraron efectos sobre la supresión de proteólisis endógena, mientras que Castellino et al., (1987) infundieron una solución de AA (sujetos en estado PA) que produjo una concentración plasmática de leucina de 0.28 mM durante un período de 180 min, y mostraron que el flujo endógeno de leucina (un indicador de proteólisis) se redujo en un 41.8% en comparación con el período basal. Estas diferencias pueden estar relacionadas con diferentes metodologías utilizadas para analizar la degradación de proteínas, como sugiere Matthews (2005) o incluso relacionadas con formas diferenciales de administración de leucina/AA en estos estudios, una limitación también observada en estudios que investigan la síntesis de proteínas del músculo esquelético.,
como se indicó anteriormente, no hay consenso sobre una relación dosis-respuesta en estudios en humanos relacionados con la suplementación con leucina y la proteólisis del músculo esquelético. Sin embargo, un estudio realizado por Sherwin (1978) mostró que los sujetos obesos sometidos a 3 días de ayuno presentaron niveles basales de leucina casi duplicados (0.22 mM) en comparación con los sujetos controlados en el período PA, una concentración de leucina normalmente capaz de estimular al máximo la síntesis de proteínas del músculo esquelético en el período PP, en condiciones normales., En este estudio, la perfusión de leucina elevó la concentración plasmática de leucina en un 68% por encima de los sujetos controlados después de dos horas de perfusión y en un 124% por encima de los sujetos controlados después de 12 h (0,81 mM), con la misma velocidad de perfusión. Esta infusión aguda de leucina (día 4 de ayuno) todavía era capaz de mejorar el equilibrio de nitrógeno, volviendo a los niveles anteriores en el día después de la infusión. Estos resultados sugieren que el punto de referencia del metabolismo del recambio proteico relacionado con la concentración de leucina infundida estaba regulado en estos sujetos., En este estudio, la degradación de la proteína no fue inhibida por la infusión de leucina (medida por la liberación de 3-metil-histidina), pero el balance de nitrógeno mejoró 23% después de 12 h de infusión de leucina. Un estudio reciente realizado por Bohé et al. (2001), indicaron que en humanos, la infusión de una solución compuesta de AA mezclado a una velocidad que rendía una concentración plasmática de leucina de 0.4 mM, era capaz de estimular la síntesis de proteínas durante solo dos horas, volviendo a los Estados basales después de este período de tiempo., Por lo tanto, es posible que la inhibición de la degradación del músculo esquelético también pueda contribuir a la respuesta ahorradora de nitrógeno durante las 12 h de infusión de leucina, al menos en tejidos no musculares.
muy recientemente, un interesante estudio realizado por Katsanos et al. (2006), compararon, en sujetos jóvenes y ancianos, El consumo de una solución oral compuesta de EAA que contenía una concentración de leucina del 26% (que contenía valores similares de leucina encontrados en la proteína de suero) contra el consumo de una solución de EAA enriquecida con leucina al 41%, en el metabolismo de la proteína del músculo esquelético., Observaron que en sujetos jóvenes, la suplementación con dosis bajas de leucina (26%) era capaz de aumentar la síntesis de proteínas del músculo esquelético, mientras que en los sujetos de edad avanzada no se observó ningún efecto (aunque en ambos grupos se alcanzaron niveles similares de leucina plasmática ~0.45 mM)., Sin embargo, cuando se suplementó una mezcla que contenía una alta concentración de leucina (41%), el grupo de ancianos aumentó la síntesis de proteínas del músculo esquelético a valores comparables observados en sujetos jóvenes, restaurando la respuesta nutricional defectuosa observada en una dosis baja de leucina suplementada (aunque nuevamente, en ambos grupos, se alcanzaron niveles similares de leucina plasmática ~0.65 mM). Es importante destacar que solo los sujetos ancianos suplementados con la solución de leucina enriquecida al 41% presentaron una fuerte tendencia a inhibir la degradación de las proteínas., Es posible que en los ancianos, una dosis más alta de suplementación con leucina sea capaz de inhibir aún más la degradación de la proteína muscular, pero esta hipótesis aún no se ha probado.
resumiendo, en estudios en humanos, la suplementación con leucina induce claramente una inhibición en la proteólisis del músculo esquelético y hay algunos resultados escasos que sugieren que la concentración de leucina capaz de disminuir la degradación de la proteína puede ser mayor que la capaz de estimular al máximo la síntesis de proteínas, especialmente en condiciones atróficas.
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