Das wichtigste Ergebnis dieser Studie ist, dass eine Kombination aus freien EAA und Molkeprotein bei gesunden jungen Probanden eine hohe anabole Wirkung hat. Die anabole Reaktion auf die freie EAA/Protein-Zusammensetzung war dosisabhängig. Interessanterweise war die Zunahme der BS nach dem Verzehr von 12,6 g freier EAA plus Molkenprotein signifikant größer als die Reaktion der BS auf den Verzehr von 6,3 g des freien EAA/Protein-Produkts, wenn man sie auf die verzehrte Menge des Produkts normalisiert (Abb. 4), was auf eine stärkere Unterdrückung des Proteinabbaus zurückzuführen ist. Die anabolen Reaktionen auf beide Dosen des freien EAA/Molkenproteinprodukts waren größer als die Reaktion auf ein kommerzielles Getränk auf Molkenproteinbasis, wenn sie auf die konsumierte Menge normalisiert wurden. Wenn sie auf die konsumierte Menge des Produkts normalisiert wurde, war die Reaktion von NB auf die niedrige Dosis von freiem EAA/Protein ungefähr dreimal so groß wie die des Molkenproteinprodukts, und die Reaktion von NB auf die hohe Dosis des freien EAA/Proteinprodukts war ungefähr sechsmal so groß wie die des Molkenproteinprodukts.

Die anabolen Vorteile von Molkenprotein-Nahrungsergänzungsmitteln sind gut bekannt, sowohl bei sitzenden Personen als auch als Ergänzung zum körperlichen Training (z. B. . Ebenso ist gut dokumentiert, dass der Verzehr von Nahrungsergänzungsmitteln auf der Basis freier EAA die Muskelproteinsynthese und die Nettoproteinbilanz anregt, und ein anhaltender Verzehr verbessert die körperliche Funktion bei älteren Menschen. Die Stimulierung der Muskelproteinsynthese durch den Verzehr von weniger als 4 g EAA ist Berichten zufolge genauso groß wie die Reaktion auf den Verzehr von 25 g Molkenprotein. Die verstärkte anabole Wirkung von freien EAA-Nahrungsergänzungen wird von einigen auf die Aktivierung von mTORC1 und verwandten Verbindungen zurückgeführt, die an der Initiierung der Proteinsynthese beteiligt sind. Insbesondere Leucin spielt Berichten zufolge eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung von mTORC1 und damit bei der Stimulation der Muskelproteinsynthese. Die Vorstellung, dass der Zusatz von freiem Leucin zu einer Dosis Nahrungsprotein mTORC1 aktiviert und dadurch die anabole Reaktion auf die Aminosäuren im Protein verstärkt, wurde in früheren Studien getestet. Die Ergebnisse von Studien, in denen freies Leucin dem Nahrungsprotein oder kompletten Mahlzeiten zugesetzt wurde, waren enttäuschend. Bei einer beeinträchtigten anabolen Reaktion, wie sie bei Krebskachexie auftritt, kann der Zusatz von Leucin zu einer Nahrungszusammensetzung auf Molkebasis die anabole Reaktion verbessern. Bei gesunden, jüngeren Probanden ist jedoch jede positive Wirkung des Zusatzes von freiem Leucin zu intaktem Protein nur von kurzer Dauer oder wird nicht festgestellt. Das Problem bei der Zugabe von Leucin zu Nahrungsprotein besteht darin, dass die Verfügbarkeit der anderen EAA ratenlimitierend wird. Insbesondere fallen die Plasmakonzentrationen der anderen verzweigtkettigen Aminosäuren (Valin und Isoleucin) unter den Nüchternwert, wenn intaktem Protein nur zusätzliches Leucin zugesetzt wird.

Die aktuelle Studie ist die erste, von der wir wissen, in der eine ausgewogene Formulierung freier EAA mit Molkenprotein kombiniert wurde. Die Formulierung unterschied sich von den meisten EAA-Nahrungszusammensetzungen dadurch, dass Leucin nur 20 % der freien EAA ausmachte. Es wurde postuliert, dass das Ausmaß der anabolen Reaktion auf Nahrungsprotein durch den Anstieg der Leucinkonzentration im Plasma und nicht durch die Menge des aufgenommenen Proteins bestimmt wird. Zur Unterstützung dieser Sichtweise erfordern EAA-Zusammensetzungen, die für ältere Menschen entwickelt wurden, einen unverhältnismäßig hohen Anteil an Leucin, um die anabole Reaktion zu maximieren, als dies aus der Zusammensetzung des Muskelproteins vorhergesagt werden würde. Ein unverhältnismäßig hoher Leucingehalt in Zusammensetzungen, die eine anabole Reaktion bei jüngeren, gesunden Freiwilligen stimulieren sollen, ist jedoch nicht notwendig. In der aktuellen Studie basierte der Leucingehalt der EAA/Protein-Zusammensetzung vielmehr auf der Menge, die erforderlich ist, um ein Gleichgewicht zwischen allen synthetischen Proteinvorläufern aufrechtzuerhalten. Indem nur 20 % der EAA als Leucin aufgenommen wurden, war es möglich, die relativen Anteile der anderen EAA zu erhöhen und so alle für die Synthese der Körperproteine erforderlichen Vorstufen bereitzustellen. Selbst bei einer niedrigen Dosis freier EAA, die nur zu 20 % aus Leucin bestand, stieg die Leucinkonzentration im Plasma fast um das Dreifache an (Abb. 2), während die Konzentrationen der anderen EAA im Verhältnis zu ihrem Bedarf für die Muskelproteinsynthese erhöht wurden.

Neben der Möglichkeit, eine Zusammensetzung mit exakten Anteilen an EAA herzustellen, haben freie EAA den Vorteil, dass sie schnell und vollständig absorbiert werden. Die schnelle Spitzenreaktion der EAA im Plasma ist wahrscheinlich ein Hauptgrund für ihre Wirksamkeit . Andererseits ist die Gesamtdauer der Reaktion begrenzt, da die EAA-Konzentrationen im Blut nicht nur schnell ansteigen, sondern auch schnell wieder abfallen. Aus diesem Grund enthält die in dieser Studie getestete Zusammensetzung zusätzlich zu den EAA Protein, um die anabole Reaktion in der Zeit nach dem Konsum zu verlängern.

Nicht-essentielle Aminosäuren (NEAA) sind für die akute anabole Reaktion auf den Konsum von EAA nicht erforderlich. Dies liegt daran, dass NEAA normalerweise im Körper schnell genug produziert werden, um einen Mangel zu vermeiden. Andererseits deuten Studien in der Tierhaltung darauf hin, dass ein maximales langfristiges Wachstum und eine maximale Entwicklung der Tiere mit einem Gleichgewicht von etwa 20-30 % NEAA und 70-80 % EAA erreicht wird. Die Schlussfolgerung, dass die Verfügbarkeit von NEAA für die Proteinsynthese schließlich ratenlimitierend werden kann, wird durch die Tatsache gestützt, dass die NEAA, insbesondere Alanin und Glutamin, nach dem Verzehr einer einmaligen Dosis von EAA in freier Form abnehmen. Die Zugabe von intaktem Protein zu einem Gemisch aus freien EAA ist der effizienteste Weg, um eine angemessene Menge an NEAA in der Nahrung zu gewährleisten und so die langfristige Zunahme der fettfreien Körpermasse und der körperlichen Leistungsfähigkeit bei regelmäßigem Verzehr zu maximieren. Die Wirkung von Peptiden, die bei der Verdauung von Molkenprotein entstehen, könnte zu einem interaktiven Effekt zwischen freien EAA und Molkenprotein beigetragen haben. Den Peptiden des Molkenproteins wird eine breite Palette potenzieller Vorteile zugeschrieben (z. B. ), und die Verstärkung der anabolen Reaktion auf freie EAA könnte einer dieser Vorteile sein. Das aktuelle Studiendesign ermöglichte keine Bewertung der Rolle von Peptiden, die bei der Verdauung von Molkenprotein entstehen.

Eine Bemerkung zum Verhältnis zwischen der Ganzkörperprotein- und Muskelprotein-FSR-Reaktion ist angebracht. Qualitativ waren die Reaktionen der Muskelprotein-FSR ähnlich wie die Reaktionen der Ganzkörperproteinsynthese bei den drei Behandlungen. Außerdem entsprachen die Muskel-FSR-Reaktionen in der aktuellen Studie im Allgemeinen den Ergebnissen vergleichbarer Studien. Churchward-Venne et al. berichteten beispielsweise, dass der Verzehr von 1,5 g bzw. 6 g einer EAA-Zusammensetzung die Muskel-FSR um 40 bzw. 36 % erhöhte, verglichen mit einer 50 %igen Erhöhung nach dem Verzehr von 40 g Molkenprotein. Die entsprechenden Werte in unserer Studie betrugen 39 und 76 % Anstieg der FSR als Reaktion auf 6,3 g bzw. 12,6 g der freien EAA/Protein-Zusammensetzung und einen 28 %igen Anstieg als Reaktion auf die 12,6 g Molkenprotein in Gatorade Recover. In der aktuellen Studie war jedoch das Ausmaß der Unterschiede in der Ganzkörper-Netto-Balance-Reaktion zwischen den Behandlungen viel größer als die Unterschiede in der FSR, was auf eine Unterdrückung des Ganzkörper-Proteinabbaus zusätzlich zu einer stärkeren Stimulation der Proteinsynthese in der hochdosierten EAA/Protein-Behandlung zurückzuführen ist. Die beiden Dosen der EAA/Protein-Zusammensetzungen führten zu Erhöhungen der Netto-Proteinbilanz von 3,6 ± 1,9 und 11,8 ± 1,8 g Protein /4 h für die niedrig- und hochdosierten freien EAA/Protein-Zusammensetzungen, verglichen mit einer Erhöhung von 3,0 ± 0,9 g für das Gatorade Recover. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Quantifizierung sowohl der Proteinsynthese- als auch der Proteinabbaurate bei der Bewertung der anabolen Nettoreaktion auf eine Ernährungsintervention.

Die Quantifizierung der Reaktion der Ganzkörper-Nettobilanz auf die Nährstoffzufuhr ermöglichte den Vergleich der konsumierten Menge an Aminosäuren ± Protein mit dem Nettozuwachs an Körperprotein. Der Anstieg des Körperproteins betrug etwa 24 % der mit Gatorade Recover konsumierten Menge an Molkenprotein (Abb. 3). Dieser Prozentsatz des Netto-Protein-Zuwachses steht im Einklang mit der seit langem bekannten Beziehung zwischen N-Aufnahme und N-Retention bei einer N-Aufnahme, die über dem Mindestbedarf liegt, und unterstützt die quantitative Gültigkeit des Ganzkörper-Protein-Modells. Im Gegensatz zur Reaktion auf Molkenprotein betrug der Zuwachs an Körperprotein etwa 64 und 105 % der niedrigen bzw. hohen Dosen der freien EAA/Protein-Zusammensetzung. Der außergewöhnliche Anstieg des Körperproteins im Verhältnis zur Menge der Aminosäuren in freier Form in der EAA/Protein-Zusammensetzung spiegelt die Aktivierung der synthetischen Kapazität durch den schnellen Anstieg der EAA-Konzentrationen (einschließlich Leucin), die unterdrückenden Effekte einer hohen EAA-Dosis auf den Proteinabbau und die erhöhte Wiederverwendung von endogenen NEAA zur Herstellung vollständiger Proteine wider.

Es ist angebracht, einige der Vorteile und Grenzen der Quantifizierung der anabolen Reaktion durch Messung der Ganzkörperproteinsynthese und des Proteinabbaus zu betrachten. Es ist sinnvoll, die Reaktion auf die Nährstoffzufuhr auf Ganzkörperebene zu betrachten, da die Nährstoffe auf Ganzkörperebene verbraucht werden. Wichtig ist, dass die Methodik des Ganzkörper-Proteinumsatzes die gleichzeitige Bestimmung von Proteinsynthese- und -abbauraten ermöglicht, und jüngste Studien haben die bisher unterschätzte Rolle des Proteinabbaus bei der anabolen Reaktion auf die Proteinzufuhr hervorgehoben. Die direkte Messung der Muskelprotein-FSR liefert dagegen nur Informationen über die Proteinsyntheserate. Eine genaue Messung der Nettobilanz des Muskelproteins erfordert das invasive Verfahren der arteriellen und tiefen Venenkatheterisierung. Den Vorteilen der Ganzkörperproteinkinetik stehen auch Einschränkungen gegenüber. Die berechneten Ergebnisse spiegeln eine Zusammenfassung der Reaktionen aller Proteine im Körper wider, und das Muskelprotein kann unter Umständen nur 25 % der Gesamtrate der Ganzkörperproteinsynthese ausmachen. Da der Großteil der Ganzkörperproteinsynthese außerhalb des Muskels stattfindet, entspricht die Rate der Ganzkörperproteinsynthese unter Umständen nicht direkt der FSR des Muskelproteins. In der vorliegenden Studie entsprach die Reaktion der Muskel-FSR jedoch im Allgemeinen den Veränderungen der Ganzkörperproteinsynthese, was darauf hindeutet, dass zumindest ein Teil des Zugewinns an Nettoproteinbilanz im Muskel stattfand.

Es gibt verschiedene methodische Ansätze zur Quantifizierung der Ganzkörperproteinsynthese- und -abbauraten, die alle ihre Vorteile und Grenzen haben. Wir haben vor kurzem die in der aktuellen Studie verwendete Methodik im Detail diskutiert. Dabei kamen wir zu dem Schluss, dass die notwendigen Annahmen zwar potenziell zur Variabilität der Ergebnisse beitragen, aber keine systematischen Über- oder Unterschätzungen der berechneten Werte verursachen. Die Gültigkeit der in der vorliegenden Studie verwendeten Ganzkörpermethode wird durch den Vergleich der Ergebnisse mit den Ergebnissen anderer Studien, die andere Methoden verwenden, bestätigt. Wie bereits erwähnt, besteht eine enge Beziehung zwischen dem mit der Tracer-Methode berechneten Netto-N-Zuwachs des Körpers nach dem Verzehr von Molkenprotein und dem auf der Grundlage früherer N-Bilanzstudien erwarteten Wert. Darüber hinaus war ein Schlüsselergebnis der aktuellen Studie, dass der Ganzkörperproteinabbau mit der höchsten Dosis der EAA/Protein-Zusammensetzung signifikant unterdrückt wurde. Die unterdrückende Wirkung hoher Konzentrationen von Plasmaaminosäuren auf den Muskelproteinabbau bei Menschen ist seit mehr als 20 Jahren durch arteriell-venöse Bilanzstudien gut belegt.