a atrofia do músculo Esquelético é considerado um importante problema de saúde pública devido ao seu principal (alterações metabólicas) e secundário conseqüências (perda de força, diminuição da autonomia). Como se sabe, o processo de atrofia torna-se aparente quando a degradação das proteínas do músculo esquelético é aumentada acima da síntese proteica durante um período prolongado de tempo., Neste contexto, a suplementação leucina parece ser uma terapêutica anti-atrofia promissora, actuando quer inibindo a proteólise do músculo esquelético e/ou aumentando a síntese proteica, um efeito que pode possivelmente ser tanto dependente da dose como dependente da atrofia do músculo esquelético. Esta revisão irá discutir os efeitos da suplementação leucina na regulação da proteólise do músculo esquelético em ambos os estudos, in vitro e in vivo.,
anti-atrofia os efeitos da suplementação com leucina
os efeitos poupadores da suplementação com leucina são conhecidos desde os estudos iniciais de Buse & Reid (1975) ., Devido às suas propriedades de ação isolada, a leucina é, na verdade, considerado não apenas um AA constituição de proteína, mas também um physiopharmacological entidade cuja administração é capaz de promover importante anti-catabólico ações, tais como a atenuação do esqueleto catabolismo muscular durante a perda de peso, a facilitação de um processo de cura e melhoria do músculo esquelético, proteína do volume de negócios em indivíduos com idade .,em geral, a suplementação com leucina demonstra consistentemente diminuições na proteólise do músculo esquelético quando perfundida por via intravenosa , incubada com todo o músculo , incubada com células do músculo esquelético e sob alimentação oral . Note-se que a magnitude da inibição é diferente de acordo com a espécie, condição patológica e, especialmente, com o modelo de atrofia., Importante, em culturas de células do músculo esquelético os efeitos antiproteolíticos da suplementação Leucina também ocorre, mas neste sistema o efeito dose-dependente leucina parece ser deslocado para um baixo intervalo de concentração quando comparado com a incubação muscular total .
em estudos crónicos a eficácia da suplementação com leucina não está tão bem demonstrada como em estudos agudos, mas neste nível a suplementação com Leucina também mostra efeitos antiproteolíticos importantes. Na verdade, um estudo recente realizado por Combaret et al. (2005) showed that oral chronic leucine supplementation (~0.,7 g/kg / dia durante um período de 10 dias) apresentaram efeitos inibitórios duradouros na proteólise do músculo esquelético em cerca de ~30%, restaurando a inibição pós-prandial defeituosa da proteólise dependente do proteosoma. Também apoiando a evidência da diminuição da proteólise induzida pela suplementação leucina, um estudo realizado por Ventrucci et al. (2004) mostrou que em ratos cancerígenos induzidos pelo tumor da cachexia, o consumo de uma dieta enriquecida em leucina (3%) durante um período de 20 dias reduziu a degradação proteica nos músculos gastrocnêmios em cerca de 11%, aumentando o teor de cadeia pesada de miosina em cerca de 47%., Recentemente, com o mesmo projeto de estudo, Eley et al. (2007) demonstrou que o consumo de 1 g/kg/dia de BCAA durante 12-15 dias suprime a perda de peso corporal em cerca de 33% e diminui a degradação das proteínas em cerca de 62% nos músculos do soleus. No entanto, pelo contrário, Sadiq et al. (2008) mostrou que, em bezerros, 5 dias de infusão intravenosa de EAA (renderização plasmáticos de leucina níveis ~de 0,24 mM) em energia e proteína déficits melhorado balanço de nitrogênio, mas a do músculo esquelético proteólise não foi atenuado., Em geral, estudos crônicos mostraram a suplementação leucina como uma importante estratégia anti-atrofia, mas a falta de padronização relacionada com a dose de suplementação leucina (ingerida e absorvida) prejudica as principais conclusões relacionadas com a magnitude do efeito. A tabela 1 resume estudos importantes relacionados com os efeitos de leucina na proteólise do músculo esquelético em humanos e animais.,
Aguda Suplementação de Leucina: Relação entre Dose e Efeito
Para trazer sobre a eficácia da suplementação de AA, é necessário compreender a sua dose-efeito propriedades., A este respeito, o grupo de Michael Rennie fez importantes descobertas relacionadas com a existência de uma relação curvilínea dose-resposta entre a EAA extra celular (particularmente leucina entre estes) e a síntese de proteínas do músculo esquelético humano . O conceito é que, em condições normais, uma única refeição parece promover os efeitos máximos na síntese de proteínas. Este resultado baseia-se em estudos realizados tanto em ratos adultos como em humanos adultos, mostrando que a concentração plasmática de leucina no estado PA é aproximadamente 0.,1 mM e, no estado PP, é aumentado aproximadamente 80% ou mais, tornando valores médios de 0,2 mM. este valor parece ser capaz de promover aumentos máximos na síntese proteica e de saturar o sistema .quando o problema é a inibição da degradação das proteínas, muito menos se sabe sobre esta propriedade do efeito da dose, mesmo em estudos em animais. Os resultados apresentados na literatura mostram variações, com base no músculo esquelético estudado, no isótopo utilizado para medir o metabolismo proteico e no sistema estudado (estudos in vitro vs in vivo)., No entanto, uma análise mais profunda destes estudos, especialmente dos estudos in vitro (onde é possível detectar simultaneamente a síntese proteica e o metabolismo da degradação proteica), revela novos achados apesar das diferenças metodológicas. Assim, uma re-interpretação destes estudos é justificada para gerar um novo conceito sobre uma relação dose-efeito leucina.,
No músculo esquelético, as culturas de células, a ausência de aminoácidos (especialmente a leucina), aparece para controlar a degradação de proteínas, principalmente através da ativação do lisossomo-dependente proteólise Além disso, durante todo o músculo incubações, a suplementação com leucina leva a uma diminuição do ATP-hidrolase-dependente proteolíticas atividade . No entanto, ainda não há informações mecanicistas atuais sobre como o sinal nutricional induzido pelo AA é sentido pela célula muscular (ou seja, intracelularmente ou extracelularmente). Vários estudos de Mortimore e colegas e Pösö et al., (1982), mostrou que no fígado, a concentração extra celular de AA dita de forma dependente da dose, a inibição da proteólise dentro das células hepáticas, e que entre AA, a leucina foi o inibidor mais forte.quando relacionada com o músculo esquelético, a concentração intracelular de AA não está disponível na maioria dos estudos., No entanto, com base nas concentrações extra de AA celular (níveis plasmáticos e/ou níveis extra celulares), é possível assumir que a concentração de leucina presente para controlar a síntese proteica também está disponível para controlar a degradação proteica, independentemente do processo de mecanismo. Com base nesta suposição, os resultados de vários estudos são resumidos abaixo. Sugerem que a dose de leucina capaz de causar efeitos máximos na degradação das proteínas pode ser superior à que pode causar efeitos máximos na síntese proteica em condições negativas de equilíbrio proteico., No entanto, este efeito dependente da dose parece não ocorrer em culturas de células musculares esqueléticas .
Estudos em Animais
Em um estudo anterior, em 1977, Buse & Weigand mostrou que ratos diafragma músculos incubadas com um leucina concentração de 0,5 mM (o dobro da concentração de leucina encontrado no PP do estado) foi capaz de aumentar o músculo esquelético, a síntese de proteínas em 36-38%. No entanto,a degradação das proteínas foi inibida em 4.,7%, indicando que uma elevada concentração fisiológica de leucina é capaz de ambos, estimulando fortemente a síntese proteica e, em menor extensão, de inibir a degradação proteica, mesmo na ausência de um fornecimento hormonal. De acordo com isto, Tischler et al. (1982), incubated rat diaphragm muscles with a wide leucine concentration (ranging from PA to PP state). Eles observaram que uma concentração de leucina de 0, 1 mM aumentou significativamente a síntese de proteínas do músculo esquelético. No entanto, esta mesma concentração leucina (0.,1 mM) não afetou as taxas de degradação proteica, que foram alteradas apenas quando a concentração de leucina foi aumentada para um intervalo de 0,2 a 0,5 mM. dentro desta gama de concentração, a degradação proteica diminuiu progressivamente por uma quantidade absoluta maior do que a que estimulou a síntese proteica (Tabela 1).
a fim de verificar se estes resultados foram observados apenas quando o AA foi administrado in vitro, Kee et al., (2003) realizou um estudo utilizando os músculos longos do digitorum extensor, com o fornecimento nutricional a ser fornecido durante as condições in vivo (em perfusão), na presença de factores hormonais endógenos. Os resultados mostraram que em 48 horas de privação de ratos, 4 h de AA infusão elevados os níveis plasmáticos de leucina para valores de cerca de 0.57 mM. Este aumento nos níveis plasmáticos de leucina foi capaz de restaurar a insulina e a costicosterona níveis para valores observados nas controladas ratos, concomitantemente, o aumento do músculo esquelético a síntese de proteínas em 55.6%., No entanto, na mesma concentração de leucina, a proteólise do músculo esquelético foi diminuída para apenas 17,9% (valor não estatisticamente diferente do grupo faminto), sugerindo que, mesmo na presença de fatores hormonais, a concentração de leucina capaz de estimular a síntese proteica é atenuada quando comparada à degradação proteica.em outro estudo, Hong & Layman (1984) analisou os músculos de soleus de ratos famintos (24 h e 72 H de jejum) incubados com leucina (0,5 mM)., Observaram que, nos ratos em jejum de 24 h e 72 h, a síntese proteica aumentou 59% e 24%, respectivamente, mas a degradação proteica não foi alterada utilizando esta concentração de leucina nos músculos do soleu. Pelo contrário, Busquets et al. (2000) , os músculos Soleus do rato incubados com uma concentração leucina superior de 5 mM e 10 mM. observaram que a proteólise do músculo esquelético foi inibida de uma forma de resposta à dose, ou seja, concentrações de leucina de 5 mM causaram uma inibição de 5, 7% na proteólise, enquanto 10 mM tinham causado uma inibição de 24, 5%., Este estudo revela que o aumento da concentração leucina para valores 10-20× o observado nos outros estudos, foi capaz de provocar diminuições na proteólise muscular esquelética, resultado que está de acordo com outro estudo realizado por Mitchell et al. (2004) que observou que a incubação das células do músculo esquelético com uma concentração de leucina de 5 mM era capaz de inibir a proteólise do músculo esquelético em 8-12%., Assim, não foi ainda estabelecido um patamar para uma concentração de leucina relacionada com a inibição da degradação das proteínas do músculo esquelético durante as condições in vitro, mas estes estudos sugerem que uma concentração de leucina 10-20× superior à que tinha no estado PP (~0,2 mM) é ainda capaz de exercer os seus efeitos anti-proteolíticos.,
uma limitação dos estudos acima foi que, embora as medições in vitro reflictam qualitativamente taxas de rotação das proteínas que estavam presentes no animal intacto antes do período de incubação, o metabolismo das proteínas medido em todo o músculo durante as condições in vitro esteve sempre num estado pronunciado de equilíbrio negativo das proteínas, mesmo nos músculos de controlo . No entanto, esta situação pode imitar a observada numa condição atrófica in vivo, em que a degradação das proteínas do músculo esquelético aumenta com a síntese de proteínas ., Assim, sob certas condições atróficas, é possível que a quantidade de leucina suplementada capaz de inibir ao máximo a proteólise muscular possa ser maior do que a utilizada para produzir efeitos máximos na síntese proteica.atualmente, metodologias precisas têm sido utilizadas para medir a síntese proteica in vivo, mas quando a questão é a degradação proteica, diferentes métodos têm apresentado limitações importantes, especialmente quando relacionadas com a degradação proteica no músculo., Por exemplo, a excreção urinária de 3-metil-histidina (3-MH) tem sido amplamente utilizada para estimar a degradação das proteínas musculares, tanto em animais experimentais como em humanos . A razão para usar a 3-MH urinária como uma medida da proteólise muscular esquelética é que a maior parte da 3-MH está presente na actina muscular e miosina e, o que é importante, a 3-MH não é reutilizada para síntese proteica, sendo um índice de degradação proteica ., No entanto, a especificidade da excreção urinária de 3-MH tem sido contestada, especialmente em condições in vivo, porque em algumas condições atróficas como trauma cirúrgico observou-se uma superprodução desproporcional de 3-MH de fontes não-lustrosas . Outra metodologia adotada in vivo para medir a degradação das proteínas é seguir a perda de radioatividade das proteínas previamente rotuladas pela administração de rastreador de radioisótopos. Quando este método é utilizado, uma grande preocupação é que o AA radioactivo derivado da degradação das proteínas, entra no grupo precursor e é reutilizado para síntese de proteínas., Essa reciclagem de AA etiquetado resulta em taxas de degradação aparentes que subestimam as verdadeiras taxas de degradação . Finalmente, uma questão importante é a contribuição do corpo inteiro versus tecido muscular esquelético nas taxas de degradação das proteínas. Para resolver esta questão, vários estudos em humanos têm utilizado o arteriovenosas saldo líquido (NB) técnica para avaliar as taxas de síntese de proteínas e a proteólise nos membros (que são em sua maioria muscular), e o aminoácido fenilalanina tem sido utilizado para rastreamento de proteína muscular porque não é produzido nem metabolizados no músculo., Utilizando esta técnica, a degradação das proteínas musculares pode ser estimada a partir do valor calculado para a taxa de aparecimento de fenilalanina na veia, durante um estado estacionário na concentração de aminoácidos no sangue. No entanto, um problema geral com o uso de um antebraço ou perna arteriovenosas NB técnica para avaliar o metabolismo muscular aguda, é que esta abordagem tem limitações práticas associadas com o tempo e o sangue necessário e, mais importante ainda, não permite a avaliação de curta duração efeitos sobre o metabolismo de proteínas musculares , dificultar dose-resposta estudos de proteólise., Apesar de não existirem métodos fiáveis para medir a degradação das proteínas in vivo no músculo esquelético, a degradação das proteínas do corpo inteiro pode ser estimada a partir do fluxo de isótopos radioactivos ou estáveis no plasma ou azoto na urina.vários autores demonstraram que a leucina e a suplementação BCAA (oral ou perfundida) são capazes de ambos, aumentando a síntese proteica ou diminuindo a degradação proteica no ser humano ., Existe uma tendência geral na maioria dos estudos em seres humanos para demonstrar que a suplementação com leucina é capaz de promover efeitos poupadores de proteínas, principalmente devido à inibição da degradação proteica . Embora o declínio da proteólise tenha parecido ocorrer em vários estudos, não há consenso de uma relação dose-resposta. Por exemplo, Tessari et al. (1987) infundiu uma solução AA em indivíduos (estado PA) durante 180 minutos, atingindo níveis plasmáticos de leucina de 0, 2 mM, e não foram encontrados efeitos na supressão da proteólise endógena, enquanto Castellino et al., (1987) infundido um AA solução (disciplinas no PA estado) que fez a leucina concentração plasmática de 0,28 mM ao longo de um período de 180 minutos, e mostrou que a endógenos leucina fluxo (um indicador de proteólise) foi reduzida 41.8% quando comparado ao período basal. Essas diferenças podem estar relacionadas a diferentes metodologias utilizadas para analisar a degradação de proteínas, como sugerido por Matthews (2005) ou ainda relacionadas a formas diferenciais de leucina/AA administração nestes estudos, uma limitação também observado em estudos que investigam a síntese de proteínas do músculo esquelético.,tal como acima referido, não existe consenso sobre uma relação dose-resposta em estudos humanos relacionados com a suplementação leucina e proteólise do músculo esquelético. No entanto, um estudo realizado pela Sherwin (1978) mostraram que indivíduos obesos submetidos a 3 dias de jejum apresentou basal níveis de leucina quase dobrou (de 0,22 mM) quando comparados a sujeitos controlados no PA período, uma concentração de leucina, normalmente, capaz de no máximo esquelético, estimulando a síntese de proteína muscular em PP período, em condições normais., Neste estudo, a perfusão de leucina elevou a concentração plasmática de leucina em 68% acima dos indivíduos controlados após duas horas de perfusão e 124% acima dos indivíduos controlados após 12 h (0, 81 mM), sob a mesma taxa de perfusão. Esta perfusão aguda de leucina (dia 4 de jejum) foi ainda capaz de melhorar o equilíbrio do azoto, voltando aos níveis anteriores no dia seguinte à perfusão. Estes resultados sugerem que o ponto de referência do metabolismo do turnover proteico relacionado com a concentração de leucina em perfusão foi regulado nestes indivíduos., Neste estudo, a degradação das proteínas não foi inibida pela perfusão de leucina (medida pela libertação de 3-metil-histidina), mas o equilíbrio do azoto melhorou 23% após 12 h de perfusão de leucina. Um estudo recente realizado por Bohé et al. (2001) , indicaram que, em humanos, a infusão de uma solução composta de misturas de AA em uma taxa que fez leucina concentração plasmática de 0,4 mM, foi capaz de estimular a síntese de proteínas por apenas duas horas, retornando ao basal estados após este período de tempo., Assim, é possível que a inibição da degradação do músculo esquelético possa também contribuir para a resposta poupadora de azoto durante os 12 h de perfusão de leucina, pelo menos em tecidos não musculares.muito recentemente, um estudo interessante feito por Katsanos et al. (2006) , comparado, em indivíduos jovens e idosos, com o consumo de uma solução oral composta por CEA contendo uma concentração de leucina de 26% (que continha valores de leucina semelhantes encontrados na proteína de soro) contra o consumo de uma solução EAA enriquecida com leucina de 41%, no metabolismo da proteína do músculo esquelético., Eles observaram que em indivíduos jovens, de baixa dose de suplementação de leucina (26%) foi capaz de aumentar a síntese de proteínas do músculo esquelético, enquanto que em indivíduos idosos nenhum efeito foi observado (embora em ambos os grupos, semelhante plasmáticos de leucina níveis foram alcançados ~de 0,45 mM)., No entanto, quando uma mistura que contém alta concentração de leucina (41%) foi completada, grupo de idosos aumentou o músculo esquelético, a síntese de proteínas para valores comparáveis observado em indivíduos jovens, restaurando o defeito nutricional resposta, observadas em um baixo leucina complementado dose (apesar de que, em ambos os grupos, semelhante plasmáticos de leucina níveis foram alcançados ~0.65 mM). Importante, apenas os idosos complementados com a solução de leucina enriquecida a 41% apresentaram uma forte tendência para inibir a degradação proteica., É possível que, nos idosos, uma dose de suplemento de leucina mais elevada seja capaz de inibir ainda mais a degradação da proteína muscular, mas esta hipótese ainda não foi testada.
Resumindo, em estudos em humanos, a suplementação com leucina claramente induz uma inibição no músculo esquelético, proteólise e há alguns esparsos resultados sugerindo que a concentração de leucina capaz de diminuir a degradação de proteínas pode ser maior do que a capacidade de realmente estimular a síntese de proteínas, especialmente em atrófica condições.
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