Regulatory effects and mechanisms of branched chain amino acids and metabolic intermediates on insulin resistance / 生理学报

Branched chain amino acids, as essential amino acids, can be used to synthesize nitrogen-containing compounds and also act as signal molecules to regulate substance metabolism. Studies have shown that the elevated level of branched chain amino acids is closely related to insulin resistance and type 2 diabetes. It can affect insulin signal transduction by activating mammalian target of rapamycin (mTOR) signal pathway, and regulate insulin resistance by damaging lipid metabolism and affecting mitochondrial function. In addition, abnormal catabolism of branched amino acids can lead to the accumulation of metabolic intermediates, such as branched chain α-keto acids, 3-hydroxyisobutyrate and β-aminoisobutyric acid. Branched chain α-keto acids and 3-hydroxyisobutyrate can induce insulin resistance by affecting insulin signaling pathway and damaging lipid metabolism. β-aminoisobutyric acid can improve insulin resistance by reducing lipid accumulation and inflammatory reaction and enhancing fatty acid oxidation. This paper systematically reviewed the regulatory effects and mechanisms of branched chain amino acids and their metabolic intermediates on insulin resistance, which will provide a new direction for the prevention and treatment of insulin resistance and type 2 diabetes.

Isolated branched-chain amino acid intake and muscle protein synthesis in humans: a biochemical review / Consumo isolado de aminoácidos de cadeia ramificada e síntese de proteína muscular em humanos: uma revisão bioquímica

ABSTRACT Alongside a proper diet, ergogenic aids with potential direct and/or indirect physical performance enhancing effects are sought after for improved adaptation to physical training. Nutritional ergogenics include diet composition changes and/or dietary supplementation. Branched-chain amino acids valine, leucine and isoleucine are widely popular among products with ergogenic claims. Their major marketing appeal derives from allegations that branched-chain amino acids intake combined with resistance physical exercise stimulates muscle protein synthesis. Evidence supporting the efficacy of branched-chain amino acids alone for muscle hypertrophy in humans is somewhat equivocal. This brief review describes physiological and biochemical mechanisms underpinning the effects of complete protein source and branched-chain amino acid intake on skeletal muscle growth in the postabsorptive and post-exercise state. Evidence in favor of or against potential anabolic effects of isolated branched-chain amino acid intake on muscle protein synthesis in humans is also examined.

RESUMO No treinamento físico, buscam-se, além de uma dieta adequada, recursos ergogênicos que possam maximizar direta e/ou indiretamente o desempenho físico. Entre as categorias de recursos ergogênicos, o nutricional compreende a modulação da composição dietética e/ou uso de suplementação. A comercialização dos suplementos de aminoácidos de cadeia ramificada valina, leucina e isoleucina possui muita popularidade entre aqueles com alegação ergogênica. O principal marketing está na afirmação de que o consumo isolado de aminoácidos de cadeia ramificada associado ao exercício físico resistido estimula a síntese de proteína muscular. As evidências da eficácia da ingestão isolada de aminoácidos de cadeia ramificada para a hipertrofia muscular em humanos parecem equivocadas. Nesta breve revisão, apresentamos a compreensão fisiológica e bioquímica de como a ingestão de uma fonte completa de proteína e de aminoácidos de cadeia ramificada afeta o crescimento do músculo esquelético no estado pós-absortivo e pós-exercício. Mostramos também as evidências que suportam ou não a afirmação dos potenciais efeitos anabólicos na síntese de proteína muscular dos aminoácidos de cadeia ramificada quando consumidos isoladamente em humanos.

Aspectos atuais sobre aminoácidos de cadeia ramificada e exercício físico: [revisão] / Current aspects of branched chain amino acid and exercise: [revision]

Em humanos saudáveis, nove aminoácidos são considerados essenciais, uma vez que não podem ser sintetizados endogenamente e, portanto, devem ser ingeridos por meio da dieta. Dentre os aminoácidos essenciais, se incluem os três aminoácidos de cadeia ramificada, ou seja, leucina, valina e isoleucina. Esses aminoácidos participam da regulação do balanço protéico corporal além de serem fonte de nitrogênio para a síntese de alanina e glutamina. No tocante à regulação da síntese protéica muscular, verifica-se que a leucina age estimulando a fase de iniciação da tradução do RNA-mensageiro em proteína, por mecanismos tanto dependentes quanto independentes de insulina. No que concerne ao exercício físico, supõe-se que esses aminoácidos estejam envolvidos na fadiga central, no balanço protéico muscular, na secreção de insulina, na modulação da imunocompetência, no aumento da performance de indivíduos que se exercitam em ambientes quentes e na diminuição do grau de lesão muscular. Nesse contexto, essa revisão aborda os aspectos atuais do metabolismo e da suplementação de aminoácidos de cadeia ramificada no exercício físico.

In healthy humans, nine amino acids are considered to be essential once they cannot be endogenously synthesised and must therefore be ingested in the diet. Amongst the essential amino acids are the three branched chain amino acids, namely, leucine, valine and isoleucine. These amino acids participate in the regulation of protein balance in addition to being nitrogen sources for the synthesis of alanine and glutamine. As to the regulation of muscle protein synthesis, leucine acts in the stimulation of initiation of mRNA translation into protein, both through mechanisms that are dependent and independent of insulin. In the physiology of physical exercise, these branched amino acids play a role in central fatigue hypothesis, in muscle protein balance, in the secretion of insulin, in the modulation of the immune response, in performance enhancement of individuals who work out in hot environments, and in avoiding muscle lesion. This review approaches all aspects of the metabolism of and supplementation with branched chain amino acids in physical exercise.

Enfermedad de orina a jarabe de arce / Maple syrup urine disease

Las enfermedades metabólicas pueden presentarse con síntomas, signos y laboratorios inespecíficos, que si no se consideran entre los diagnósticos diferenciales pueden retrasar el diagnóstico de estos pacientes, lo que lleva a un alto grado de secuelas neurológicas o muerte en etapas tempranas. La enfermedad de Orina a Jarabe de Arce es una enfermedad metabólica de baja incidencia caracterizada por la acumulación de niveles tóxicos de valina, isoleucina y principalmente leucina. Se presenta un paciente sin antecedentes que a los 11 días de vida comienza con mala actitud alimentaria, letargia y fontanela tensa. Descartadas las causas infectológicas se realizó un screening para enfermedades metabólicas. Se diagnosticó Leucinosis (Enfermedad de orina con olor a Jarabe de Arce) y se inició el tratamiento con restricción de leucina, valina e isoleucina en la dieta. A los pocos días del tratamiento el paciente mostró evidencias de mejoría clínica y en los parámetros de laboratorio.

Clinical signs, symptoms and lab tests of neonatal metabolic diseases may be unspecific and a high grade of suspicion is necessary to include them among the differential diagnosis avoiding a significant delay in recognizing this condition and consequent risk of neurologic handicap or early dead. Maple syrup urine disease is a congenital metabolic disorder with a low rate of prevalence and characterized by a toxic accumulation of the amino acids valine, isoleucine and mainly leucine. In this report we describe the history of a patient apparently healthy that on the 11th day after birth initiates symptoms like poor feeding, lethargy and tense fontanel. Excluded sepsis a work up for metabolic disease was performed, being diagnosed a leucinosis (Maple syrup urine disease). A dietary treatment with leucine, valine and isoleucine restriction was immediately initiated and a few days after the patient showed significant clinical and lab improvement. A short description and discussion of this disease is presented.

Nutrition in the management of hepatic encephalopathy.

Nutritional factors play a major role both in the pathogenesis as well as management of hepatic encephalopathy (HE). Physicians treating patients with chronic liver disease often restrict the intake of dietary protein to prevent a rise in blood ammonia levels. The role of protein restriction in patients with chronic hepatic encephalopathy (CHE) has been questioned recently as the efficacy of protein withdrawal in patients with CHE has never been subjected to a controlled trial. Evidence suggests that protein intake plays only a limited role in precipitating encephalopathy. In fact, measures taken to suppress endogenous protein breakdown are more effective than dietary restrictions in reducing the load of amino acids on the decompensated liver. A protein intake of less than 40 g per day, as has been indicated, contributes to a negative nitrogen balance, which along with increased endogenous protein breakdown, worsens encephalopathy. A positive nitrogen balance may have positive effects on encephalopathy. Rather, depressed plasma branched-chain amino acid (BCAA) levels, implicated in the pathogenesis of HE, also supervene in cirrhosis only when malnutrition is present as well. Therefore, the emphasis in the nutritional management of patients with HE should not be on the reduction of protein intake. Instead, the goal should be to promote synthesis by making available ample amounts of amino acids, while instituting other measures to reverse the ongoing catabolism. Different protein sources have varying effects on HE and efforts should be made to identify the most tolerated protein source to prevent malnutrition and maintain these patients on a long-term basis.

Aminoácidos: bases atuais para sua suplementaçäo na atividade física / Aminoacids: update of their supply on physical fittness

Esta revisão aborda aspectos atuais relativos ao metabolismo de aminoácidos, que tem nos últimos anos incluído, além da abordagem de fatores periféricos relacionados ao treinamento (fadiga periférica), fatores residentes no Sistema Nervoso Central passíveis de alterar o rendimento durante a atividade física competitiva (fadiga central). Levando em conta ambas as abordagens assinaladas, alternativas de suplementação de aminoácidos de cadeia ramificada, via dieta, também serão discutidas como opções viáveis para o aumento do desempenho de atletas competitivos

Efeitos do alfa-ceto-isocaproato na excreçäo urinária de nitrogênio no pós-operatório: estudo experimental em coelhos / Effects of alpha-keto-isocaproate in post-operative urinary excretion: experimental study in rabbits

Foram avaliados experimentalmente, em coelhos, os efeitos da infusäo da alfa-ceto-isocaproato na excreçäo urinária de nitrogênio no pós-operatório. A pesquisa foi realizada em três grupos de oito animais que, após serem submetidos à laparotomia com manipulaçäo das alças intestinais, receberam no pós-operatório soluçäo salina, glicose a 5% ou uma soluçäo contendo 1 mg/kg de alfa-ceto-isocaproato. A quantificaçäo da perda urinária de nitrogênio pelo método de Kjeldahl mostrou-se significativamente menor no grupo que recebeu o isocaproato quando comparada com os grupos salina e glicose. Com base nos dados da experimentaçäo os autores concluíram que o isocaproato apresenta um efeito de poupança de proteína refletido por uma excreçäo urinária de nitrogênio menor que quando se utiliza soluçäo salina ou glicose a 5% no pós-operatório

Estudo da relaçäo aminoácidos de cadeia ramificada/aminoácidos aromáticos após diferentes porcentagens de ressecçäo hepática experimental / Evaluation of the branched chain aminoacids and aromatic aminoacids ratio following hepatic resection

O estudo da relacao aminoacidos de cadeia ramificada/ aminoacidos aromaticos plasmaticos vem sendo realizado em pacientes com lesao hepatica cronica e aguda com o fim de se avaliar o comprometimento funcional do figado quanto ao metabolismo desses aminoacidos. Na insuficiencia hepatica cirurgica tambem essa relacao esta alterada. O presente trabalho teve por objetivo estudar a relacao AACR/AAA apos diferentes porcentagens de resseccao hepatica, assim como avaliar a influencia das diferentes resseccoes, sobre esta relacao. Para isso, 43 ratos Wistar foram divididos em tres grupos. O primeiro grupo, com sete ratos, serviu para a medida dos parametros normais. O segundo grupo, com seis animais, sofreu laparotomia com leve maniopulacao do figado. O terceiro grupo sofreu resseccao hepatica e, por sua vez, foi dividido em cinco subgrupos de seis ratos cada um, correspondendo cada subgrupo a seguinte porcentagem de resseccao: 10%, 34%,68%, 77% e 90%. Os animais foram operados sob anestesia geral com eter e sacrificados tambem, sob anestesia, 24 horas apos a cirurgia por puncao da veia cava inferior, sendo colhido todo o sangue por heparina. No ato do sacrificio, o figado foi ressecado, lavado com soro fisiologico e pesado, e o sangue centrifugado para a medida dos aminoacidos plasmaticos e a determinacao da relacao AACR/AAA. Os resultados demonstraram que ha correlacao indireta entre a relacao AACR/AAA e a quantidade de parenquima ressecado. Assim, quanto maior e a porcentagem retirada menor e a sua relacao. Ha, entretanto, correlacao direta entre a AACR/AAA e o peso do figado encontrado no ato do sacrificio. Concluiu-se que a relacao AACR/AAA pode ser utilizada no pos-operatorio das resseccoes do figado como paramentro de avaliacao da reserva funcional hepatica, ou seja, da quantidade de massa hepatica funcionante

Aminoácidos de cadeia ramificada e seus efeitos na excreçäo urinária de nitrogênio no pós-operatório: estudo experimental em coelhos / Branched chain amino acids and its effects on postoperative urinary nitrogen excretion: experimental study in rabbits

Os autores estudaram o efeito de soluçöes contendo aminoácidos de cadeia ramificada (leucina, isoleucina e valina), experimentalmente em coelhos, na excreçäo urinária de nitrogênio, durante o período de pós-operatório (quatro dias), comparando-as às soluçöes de glicose e salina. A pesquisa foi realizada em 24 coelho, que se dividiam em três grupos de oito animais, indundindo-se, respectivamente, soluçäo salina (grupo controle), glicose e soluçäo de aminoácidos de cadeia ramificada. No pré-operatório e durante quatro dias de pós-operatório, determinou-se a excreçäo urinária de nitrogênio pelo método de Kjeldahl. Em todos os animais, a cirurgia utilizada constou de laparotomia, manipulaçäo das alças intestinais, durante cinco minutos, seguindo-se de síntese da parede abdominal por planos. A infusäo das soluçöes foi feita através de dissecçäo e cateterizaçäo da veia jugular com tubo de polietileno e auxílio de bomba de infusäo contínua. No grupo que recebeu as soluçöes com aminoácidos de cadeia ramificada, os resultados demonstraram que a perda médida de nitrogênio urinário foi significativamente menor que a dos grupos que receberam glicose e soluçäo salina (p < 0,01). Quanto à diminuiçäo na excreçäo urinária de nitrogênio, os autores concluem que as soluçöes de aminoácidos de cadeia ramificada säo eficazes no pós-operatório, quando comparadas às formas convencionais de reposiçäo - glicose e soluçäo salina -, durante este mesmo período. Portanto, possue efeito poupador de proteína no período pós-trauma