Behauptungen in Zusammenhang mit einer BCAA- Supplementierung und Schlussfolgerungen aufgrund wissenschaftlicher Evidenz

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1 Behauptungen in Zusammenhang mit einer BCAA- Supplementierung und Schlussfolgerungen aufgrund wissenschaftlicher (Aus Trainingsworld Sportexperten Portal offizieller Kooperationspartner der Sporthochschule Köln) Aminosäuren sind stickstoffhaltige Verbindungen und enthalten die Bausteine der Proteine. Der menschliche Körper synthetisiert Aminosäureketten in unterschiedlichen Kombinationen und verleiht den verschiedenen Proteinen eine einzigartige Struktur und Funktion. Es gibt essenzielle und nichtessenzielle Aminosäuren. Essenzielle Aminosäuren kann der menschliche Körper nicht selbst herstellen. Sie müssen daher über die Nahrung zugeführt werden. Bei den essenziellen Aminosäuren gelten die 3 verzweigtkettigen Aminosäuren (engl.: branched chain amino acids/bcaa) Isoleucin, Leucin und Valin als die wichtigsten, insbesondere auch im Zusammenhang mit Sport. Die Nahrungsergänzung mit BCAA wird aus verschiedenen Gründen befürwortet: Man sagt verzweigtkettigen Aminosäuren z. B. eine Verbesserung der sportlichen Leistungsfähigkeit und Beschleunigung der Regeneration nach. In diesem Artikel erörtern wir 6 Aussagen zu diesem Thema. Dazu betrachten wir objektive Studien aus begutachteten wissenschaftlichen Publikationen, bei denen es sich hauptsächlich um Untersuchungen am Menschen handelt. 1. Aussage: BCAA plus Krafttraining fördert den Muskelaufbau Eine Zunahme der Muskelmasse kann leistungsfördernd sein. Zu dieser Zunahme kommt es durch eine Erhöhung des Anteils an strukturellen Proteinen im Muskel, den so genannten myfibrillären Proteinen, wie Actin, Myosin, Troponin etc. Über die Veränderungen der Muskelgröße entscheidet das Verhältnis zwischen Synthese und Abbau dieser Proteine während eines gegebenen Zeitraums. Die Stimulierung der Muskelproteinsynthese führt zu einer positiven Netto-Muskelproteinbilanz und ist der metabolische Mechanismus, der die Zunahme der Muskelgröße steuert. Durch Kraftübungen wird die Muskelproteinsynthese durch die Stimulierung der Signalwege in den kontrahierten Muskelzellen erhöht. Ohne eine größere Verfügbarkeit von Aminosäuren mithilfe der Einnahme von Proteinen oder Aminosäuren über die Nahrung oder in Form von Nahrungsergänzungsmitteln kann jedoch keine positive Proteinbilanz entstehen. Eine größere Aminosäuren-Zufuhr ist aus 2 Gründen wichtig: Zur Stimulierung der Signalwege und zur Bereitstellung neuer Bausteine für die neu synthetisierten Proteine. Um ein Muskelwachstum zu bewirken, muss dem Körper daher neben dem Krafttraining eine Aminosäuren-Quelle zur Verfügung gestellt werden, damit die Muskelproteinsynthese und die Netto-Muskelproteinbilanz angekurbelt werden. Beweislage Die BCAA, insbesondere das Leucin, stimulieren die Signalwege im Muskel. Das spricht für eine Nahrungsergänzung mit BCAA. Bei Ratten, die 2 Stunden auf einem Laufband rannten, kam es durch die Aufnahme von Leucin zu einer Stimulierung der Signalwege und einer Steigerung der Proteinsynthese. Wegen der Steigerung der Muskelproteinsynthese und damit auch des Muskelwachstums beruft man sich auf diese Studie als Argument für eine Nahrungsergänzung mit BCAA. Anders als beim Menschen nahm die Muskelproteinsynthese bei den Ratten unter sportlicher Belastung jedoch ab.(1) Durch die Supplementierung mit Leucin erreichte sie bei den Ratten

2 lediglich den Level, den sie schon vor der Belastung hatten. Leucin ist in diesem Trainingsmodell mit kataboler Stoffwechsellage scheinbar sehr wirksam, aber es ist nicht gesagt, dass die Signalwege durch die Einnahme von Leucin noch zusätzlich außer durch das Krafttraining stimuliert werden. In Schweden untersuchten Forscher die Auswirkungen der BCAA-Einnahme nach dem Krafttraining auf die Signalwege im Muskel. Sie fanden heraus, dass nach der BCAA- Supplementierung eine größere Stimulation erfolgte als nach einem reinen Training.(2) Leider wurde die Wirkung der anschließenden Muskelproteinsynthese nicht gemessen. Überraschenderweise hat bislang noch keine Studie untersucht, welche Wirkung die Einnahme von Leucin (oder BCAA) nach dem Krafttraining auf die Muskelproteinsynthese beim Menschen hat. Der Stoffwechsel liefert die Begründung dafür, weshalb die erhöhte Signalgebung im Muskel durch BCAA nicht zu einer Steigerung der Proteinsynthese führt: Da zu wenig andere Aminosäuren im Blut vorhanden sind, kann die Proteinsynthese nur eingeschränkt erfolgen.(3) Forscher aus Holland wiesen nach, dass die Muskelproteinsynthese gesteigert war, wenn nach dem Krafttraining Kohlenhydrate plus Protein verabreicht worden waren.(4) Wurde diesem Gemisch zusätzlich noch Leucin beigefügt, erhöhte sich die Muskelproteinsyntheserate allerdings nicht weiter. Wahrscheinlich wird die Muskelproteinsynthese durch die Kombination von Training und Protein bereits so stimuliert, dass sie durch Leucin nicht noch mehr angekurbelt werden kann. Man spricht dann vom Ceiling-Effekt das Höchstmaß ist erreicht. Diese Meinung bestätigen noch unveröffentlichte Daten einer in Galveston, Texas, durchgeführten Studie. Wurde vor dem Krafttraining zusätzlich zum Whey-Protein noch Leucin aufgenommen, erfolgte keine weitere Erhöhung der Muskelproteinsynthese, und es zeigte sich kein Unterschied bei der Netto-Muskelproteinbilanz. Wichtig im Alter Durch den Alterungsprozess sowie eine höhere Inaktivität, kommt es bei der Zufuhr von Aminosäuren zu einer hemmenden Wirkung auf die Signalwege im Muskel und auf die nachfolgende Muskelproteinsynthese.(5) Während die Muskulatur junger Erwachsener auf die zusätzlich zu anderen Aminosäuren oder Proteinen verabreichte Gabe von Leucin überhaupt nicht reagiert, tritt bei älteren Personen diese hemmende Reaktion ein.(6,7) Wie bei den oben erwähnten Ratten, scheint die Einnahme von Leucin dann wirksam zu sein, wenn die Muskeln sich in einer katabolen Stoffwechsellage befinden (siehe zusammenfassende Darstellung in Abb. 1). Derzeit ist daher festzuhalten, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um definitiv sagen zu können, dass eine BCAA- Supplementierung bei gleichzeitigem Krafttraining keinen Muskelzuwachs bewirkt. Aber es gibt Anzeichen dafür, dass die BCAA-Ergänzung ein wirksames Mittel bei Verletzungen von Sportlern und natürlich auch von anderen Personen sein könnte. Diesem Aspekt der Leucin-Supplementierung sollte in wissenschaftlichen Studien mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. 2. Aussage: BCAA sorgt für eine schnellere Erholung nach dem Training Ein intensives Training, insbesondere mit einer exzentrischen Trainingskomponente, kann zu einer Schädigung der Muskeln, starken Muskelschmerzen und einem Verlust der Muskelfunktion führen. Die Einnahme von BCAA soll diese Reaktionen auf eine intensive sportliche Belastung mildern. Bei 2 Studien stellte man fest, dass weniger Muskelschmerzen und Blutmarker für Muskelschäden auftraten, nachdem eine chronische(8) und eine akute(9) Supplementierung

3 bei hoher Ausdauerleistung auf dem Ergometer erfolgt waren. An anderer Stelle wurde berichtet, dass nach der Einnahme von nur 5 g BCAA, weniger Muskelschmerzen nach Kniebeugeübungen vorkamen.(10) Vor Kurzem beendeten wir in unserem Labor der University of Birmingham eine Studie zu diesem Thema. Sie belegte eine Reduzierung der Muskelschmerzen, wenn nach einem exzentrischen Training eine Supplementierung mit BCAA erfolgt war. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass es sich bei den Teilnehmern dieser Studien im Allgemeinen um untrainierte Personen handelte. Bislang konnte in keiner Studie auch nicht in unserer eigenen ein Zusammenhang zwischen der BCAA-Einnahme und dem Verlust der Muskelfunktion festgestellt werden. Die Wirksamkeit der BCAA Supplementierung beschränkt sich daher auf die Linderung von Muskelschmerzen bei untrainierten Personen. Die meisten Sportler haben bei ihrem regulären Training ohnehin nur minimale Muskelschmerzen. Aber abgesehen davon lässt sich nur spekulieren, ob die Muskeln von Sportlern die gleiche Reaktion zeigen würden, wie die der untrainierten Probanden. Die BCAA-Supplementierung könnte vorteilhaft bei der Wiederaufnahme des Trainings im Anschluss an eine Ruhephase oder eine Verletzungspause, oder bei Beginn eines neuen Trainingsprogramms sein. Dies gilt allerdings nur in Bezug auf die Linderung von Muskelschmerzen. 3. Aussage: BCAA reduziert die zentrale Ermüdung Die Ermüdung während einer längeren Ausdauerbelastung, z. B. beim Ultramarathon und Triathlon über die Ironman-Distanz, kann sowohl zentral als auch peripher bedingt sein. Das heißt, dass Ermüdung eine Folge von Veränderungen im zentralen Nervensystem (ZNS) und nicht von muskulären Veränderungen ist. Bei dem Gefühl von Lethargie und Erschöpfung nach längeren Trainingseinheiten kommt es im Gehirn zu einer erhöhten Konzentration von Serotonin, dem Neurotransmitter (Botenstoff) im Gehirn. Abbildung 2 stellt diesen Wirkmechanismus der zentralen Ermüdung und den möglichen Einfluss der BCAA- Einnahme dar. Serotonin wird, vereinfacht ausgedrückt, aus der Aminosäure Tryptophan gebildet. Bei längerer sportlicher Belastung kommt es zu einem erhöhten Tryptophan-Konzentration im Blut, einer vermehrten Beförderung von Tryptophan zum Gehirn, und somit zu einer größeren Serotoninproduktion und zu zentraler Ermüdung. Eine BCAA-Supplementierung könnte sinnvoll sein, weil die Aminosäuren um die Aufnahme ins Gehirn konkurrieren. Tryptophan gelangt mit dem gleichen Beförderungsmittel ins Gehirn wie andere große Aminosäuren, einschließlich der BCAA. Diese Aminosäuren konkurrieren um den Transport über die Blut-Hirn-Schranke. Durch die orale Zufuhr von BCAA wird die Konzentration von BCAA im Blut erhöht, was eine vermehrte Konkurrenz für dieses Beförderungsmittel bedeutet. Dieser Wettbewerb hat zur Folge, dass weniger Tryptophan ins Gehirn transportiert und weniger Serotonin produziert wird. Dadurch könnten Empfindungen wie Lethargie, schlechte Laune und Ermüdung reduziert werden. Diese Theorie wird in Tierversuchen immer wieder bestätigt, in Studien am Menschen allerdings nicht. Dafür, dass dieser Mechanismus auch beim Menschen funktioniert, spricht vor allem eine frühe Feldstudie über die BCAA-Supplementierung während eines Marathonlaufs.(11) Aufgrund unzureichender Kontrolle und der fragwürdigen Anwendung von Statistiken sind die Ergebnisse der Studie allerdings nicht gesichert. Keine andere Studie konnte seither einen Zusammenhang zwischen der BCAA- Supplementierung und der Leistung belegen.(12,13,14) Forscher in New Jersey berichteten, dass die Einnahme von BCAA die Zeit bis zur Erschöpfung bei körperlicher Belastung bei Hitze verlängerte.(15) In Folgestudien konnten diese Ergebnisse jedoch nicht bestätigt werden.(16,17)

4 Die mentale Leistung kann durch eine längere Belastung ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen werden. Es wird vermutet, dass durch die Einnahme von BCAA auch die mentale Leistung verbessert wird. Die Begründung ist ähnlich wie die bei der zentralen Ermüdung. Leider liegen nur wenige Studien über den Zusammenhang zwischen einer BCAA- Supplementierung und einer Verbesserung der mentalen Leistung vor. Einige Studien verglichen die Ergebnisse nach der Einnahme von BCAA und der Einnahme von Placebos miteinander und stellten fest, dass sich die mentale Leistung mithilfe von BCAA verbessert hatte.(18,19,20) Doch auch diese Ergebnisse konnten in Folgestudien nicht bestätigt werden.(16,15) Daher können zur Zeit keine definitiven Schlussfolgerungen gezogen werden. Ob eine Supplementierung mit BCAA bei längerer körperlicher Belastung zu einer verbesserten ZNS-Funktion führt, bleibt somit unentschieden. 4. Aussage: BCAA bewirkt die Einsparung von Glykogen unter Belastung Es ist schon lange bekannt, dass der Glykogengehalt im Muskel für die sportliche Leistung absolut entscheidend ist, insbesondere bei mittlerer bis großer Wettkampfintensität. Bei körperlicher Belastung ist Glykogen die Hauptenergiequelle der Muskeln. Ein geringer Glykogengehalt trägt daher zur Ermüdung bei. Wird zu Beginn der Belastung BCAA statt Glykogen als Energielieferant genutzt, kann das Glykogen für einen späteren Zeitpunkt aufgespart werden. Dies könnte zu einer Verbesserung der sportlichen Leistungsfähigkeit führen. Die Aussagen zur Einnahme von BCAA und Einsparung von Glykogen basieren hauptsächlich auf Tierstudien.(21,22) Zudem stammen alle Daten, die zu diesem Thema vorliegen, aus Studien, die für andere Zwecke ausgelegt waren. Es gibt zwar Studien, die darauf deuten, dass durch die Einnahme von BCAA die Glykogen-Nutzung bei sportlicher Belastung reduziert wird.(23,24,25) Die Veränderungen sind jedoch marginal und physiologisch vermutlich nicht relevant. Andere Studien belegen hingegen eindeutig, dass nach der oralen Aufnahme von BCAA keine Glykogen-Einsparung erfolgt.(26,27) Das bedeutet, dass zumindest hier und heute kein Beweis für die Einsparung von Glykogen nach oraler Zufuhr von BCAA vorliegt. 5. Aussage: BCAA verbessern die Immunfunktion Ein intensives Ausdauertraining kann zu einer Verschlechterung der Immunfunktion führen. So klagen Sportler, die ein hochintensives Training absolvieren, häufig über eine erhöhte Krankheitsanfälligkeit. Invitro- Ergebnisse zeigen, dass eine BCAA-Supplementierung zu einer Vermeidung dieser Immunitätsabnahme beitragen kann. Die Immunzellen oxidieren die BCAA zur Energiegewinnung, und durch die orale Ergänzung von BCAAs steigt die Konzentration der Aminosäure Glutamin im Blut.(28,29) Durch hartes Training sinkt der Glutaminspiegel. Man geht davon aus, dass ein Zusammenhang zwischen dem Absinken des Glutaminspiegels und der Verschlechterung der Immunfunktion besteht. Bislang haben sich nur 2 Untersuchungen an Menschen mit der Auswirkung der oralen Einnahme von BCAA auf das Immunsystem unter Belastung beschäftigt. Bei beiden Veröffentlichungen darüber handelte es sich um feldgestützte Studien mit Triathleten und Läufern.(28,29) Die Forschungsdaten weisen darauf hin, dass die Glutaminkonzentration im Blut infolge der BCAA-Supplementierung aufrechterhalten wird, die Zahl der Lymphozyten (Immunzellen) steigt, und die Zahl der Erkrankungen bei den Betroffenen innerhalb von Tagen nach der Supplementierung sinkt. Obgleich diese Daten eindeutig für die Einnahme von BCAA bei längerem intensiven Training sprechen, ist dennoch Vorsicht geboten. Diese feldgestützten Studien stammen von einem einzigen Labor. Und solche Tests angemessen zu kontrollieren ist schwierig. Zur weiteren Verfolgung dieser interessanten Ergebnisse sind daher mehr streng kontrollierte Studien erforderlich. Solange diese Ergebnisse nicht durch Studien anderer Labore bestätigt werden, ist das letzte Wort noch nicht gesprochen.

5 6. Aussage: BCAA helfen beim Abnehmen Die Körperzusammensetzung ist für viele Sportler ein wichtiges Thema. Eine Diät zur Fettreduzierung hat jedoch zur Folge, dass sowohl Fett als auch Muskeln abgebaut werden. Der Abbau von Muskeln ist aber für viele Sportler nachteilig. Daher wäre es für die Körperzusammensetzung optimal, wenn die Energiezufuhr reduziert würde und die Muskelmasse dabei erhalten bliebe. Es ist jetzt ausreichend belegt worden, dass der Verzehr von Lebensmitteln mit höherem Proteingehalt im Rahmen einer kalorienarmen Ernährung zu einer Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Muskelmasse führt.(30) Als Grund dafür wird oft die erhöhte orale Aufnahme von BCAA genannt. Man geht davon aus, dass die BCAA-Aufnahme während des Abnehmens eine erhöhte Proteinsynthese bewirkt, was den Abbau von Muskelmasse verhindert. Studien an Ratten zeigen, dass bei stetiger Leucin-Einnahmen eine Reduzierung des Körperfetts erfolgt.(31) Derzeit liegt allerdings nur eine Studie vor, die diesen Aspekt bei schlanken, aktiven Menschen untersucht. Französische Forscher maßen die Körperzusammensetzung bei Ringern, die über einen Zeitraum von 19 Tagen wenig energiereiche Lebensmittel gegessen hatten.(32) Die Versuchsgruppe mit hoher oraler Aufnahme von BCAA baute am meisten Fett ab. Alle Gruppen verloren jedoch gleich viel Muskelmasse. Die Ergebnisse stimmen also nicht unbedingt mit der Theorie überein. Zusammenfassung Über die Wirksamkeit von BCAA-Nahrungsergänzungsmitteln auf die sportliche Leistungsfähigkeit wird viel spekuliert. Einige Thesen basieren zwar auf einer soliden theoretischen Grundlage, doch die meisten von ihnen sind eher zweifelhaft. Selbst für Aussagen mit einer fundierten rationalen Erklärung liegen kaum Beweise aus gut kontrollierten Studien an Menschen vor (s. Übersicht in Tabelle 1). Aussage Vergrößerung der Muskelmasse Reduzierung der zentralen Ermüdung Reduzierung der peripheren Ermüdung Verbesserung der mentalen Leistung bei Belastung Reduzierter Muskelabbau während der Belastung Erhöhung der Proteinsynthese nach der Belastung Verbesserung der Immunfunktion Weniger Muskelschmerzen nach intensiver Belastung bei untrainierten Personen Geringere Störung der Muskelfunktion nach intensivem Training Abnahme des Muskelfaserproteins im Blut nach intensivem Training Stärkere Gewichtsabnahme (Erhaltung der schlanken Muskelmasse und Abbau der Fettmasse) Vermehrte Ausschüttung von Wachstumshormonen Schlussfolgerung konsistente Belege Quellenangaben 1. Journal of Nutrition, 1999, Bd. 129, S American Journal of Physiology Endocrinoolgy and Metabolism, 2004, Bd. 287

6 3. Metabolism, 1992, Bd. 41, S American Journal of Physiology Endocrinoolgy and Metabolism, 2005, Bd The FASEB Journal, 2005, Bd. 19, S American Journal of Physiology Endocrinoolgy and Metabolism, 2006, Bd The Journal of Physiology, 2006, Bd. 575, S Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 2000, Bd. 40, S International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2007, Bd. 17, S Journal of Nutrition, 2006, Bd. 136, S European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology 1991, Bd. 63, S International Journal of Sports Medicine, 1999, Bd. 27, S Sports Medicine, 2006, Bd. 36, S The Journal of Physiology, 1995, Bd. 486, S Medicine & Science in Sports & Exercise, 1998, Bd. 30, S Journal of Applied Physiology, 2004, Bd. 97, S European Journal of Applied Physiology, 2004, Bd. 93, S Acta Physiology Scandinavian, 1991, Bd. 143, S European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 1991, Bd. 63, S Acta Physiology Scandinavian, 1997, Bd. 159, S Journal of Nutritional Science and Vitaminology (Tokyo), 2000, Bd. 46, S Life Sciences, 2006, Bd. 79, S Nutrition, 1996, Bd. 12, S Acta Physiology Scandinavian, 1997, Bd. 159, S American Journal of Physiology Endocrinoolgy and Metabolism, 2001, Bd Journal of Applied Physiology, 1999, Bd. 87, S American Journal of Physiology, 1997, Bd Medicine & Science in Sports & Exercise, 2000, Bd. 32, S Nutrition, 2002, Bd. 18, S Journal of Nutrition, 2006, Bd. 136, S Nutrition, 2006, Bd. 22, S International Journal of Sports & Medicine, 1997, Bd. 18, S