BCAAs und die sportliche Leistungsfähigkeit

Ein Artikel von T-Nation.com
von Dr. John Berardi und Justin Brooks

In der von Konkurrenzdenken beherrschten Welt des Sports ist der Abstand zwischen Sieg und Niederlage oftmals sehr gering. Der Unterschied zwischen dem Gewinn einer Medaille und einer weit abgeschlagenen Platzierung kann aus wenigen Hundertsteln einer Sekunde bestehen.

Leistungssportler wissen, dass es einer Optimierung aller Aspekte ihres Sportes bedarf, um statt einer suboptimalen Leistung eine optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Sie wissen auch, dass, falls alle anderen Voraussetzungen identisch sind, jeder minimale Vorteil über die Konkurrenz zu einer besseren Leistung führen kann.
Aus diesem Grunde wurden leistungssteigernde Hilfsmittel zu einem essentiellen Bestandteil des Trainingsprogramms aller Sportler. Unter leistungssteigernde Hilfsmittel fallen hierbei alle Substanzen oder Trainingsgeräte, durch welche die sportliche Leistungsfähigkeit eines Sportlers verbessert werden kann.

Von über 30.000 Nahrungsergänzungsstoffen, Supplements und Produkten aus natürlichen Nahrungsmitteln, die sich heutzutage auf dem Markt befinden und von denen viele eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Körperzusammensetzung versprechen, führen nur wenige zu einer wirklichen Verbesserung der sportlichen Leistungen. (Ja, diese Angabe ist kein Druckfehler, es sind wirklich über 30.000.) Es überrascht nicht, dass es für Sportler oftmals schwierig ist, das was wirkt von dem, was nicht wirkt, zu unterscheiden.
In diesem Artikel werde ich auf eines dieser angeblich leistungssteigernden Supplements näher eingehen – verzweigkettige Aminosäuren (BCAAs). Auch wenn BCAAs nicht neu sind, gibt es doch eine Welle neuer Studien, die untersuchen, wie diese einzigartige Gruppe von Aminosäuren die Körperzusammensetzung und die sportliche Leistungsfähigkeit beeinflussen kann. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen deutlich, dass BCAAs die Leistungsfähigkeit und Körperzusammensetzung unter gewissen Umständen verbessern können.

Dieser Artikel konzentriert sich auf drei mögliche Wirkungsmechanismen, über die BCAAs die Leistungsfähigkeit beeinflussen können:
  • Verstärkte Muskelproteinsynthese und Muskelproteineinlagerung als Reaktion auf Krafttraining und BCAA Supplementierung.
  • Verbesserung der Kontrolle des Körpergewichts und des Fettabbaus während Zeiten eingeschränkter Energiezufuhr und adäquater Protein und BCAA Zufuhr.
  • Verbesserung der Ausdauerleistungen durch die Verminderung zentraler ermüdender und / oder anderer Faktoren durch eine BCAA Supplementierung.

Über BCAAs

Die Gruppe der verzweigkettigen Aminosäuren besteht aus folgenden drei Aminosäuren:
    Leucin
    Isoleucin
    Valin
Diese hydrophoben (Wasser abstoßenden) Aminosäuren werden als "antiphatisch" (kettenförmig) bezeichnet, da ihr zentrales Kohlenstoffatom an eine aufgereihte, nicht zyklische, offene Kohlenstoffkette angebunden ist, wie am abgebildeten Beispiel von Leucin gut sichtbar ist.

BCAA1
Abbildung 1: Leucinmolekül

Es konnte gezeigt werden, dass BCAAs bis zu einem Drittel des Muskelproteins ausmachen können (Mero 1999). Von den drei BCAAs ist Leucin am besten untersucht und es scheint so, als ob diese Aminosäure den größten physiologischen Nutzen bringt.

Basierend auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft hat Leucin aufgrund seiner chemischen Struktur eine höhere Oxidationsrate in der Skelettmuskulatur als andere Aminosäuren. Weiterhin spielt diese Aminosäure eine signifikante Rolle bei der Proteinsynthese und ist an mehreren Stoffwechselprozessen beteiligt. Forscher glauben, dass BCAAs im Allgemeinen und Leucin im Besonderen über folgende Mechanismen wirken:
    Regulierung der Insulinreaktion
    Regulierung der Initiierung des Aufbaus von Muskelproteinen
    Stickstoffdonator für Alanin und Glutamin
    Verhinderung des Übertritts freien Tryptophans aus dem Plasma in das Gehirn und das zentrale Nervensystem
NahrungmittelLeucin %BCAA %
Wheyprotein Isolat1426
Milchprotein1021
Muskeleiweiß818
Sojaprotein Isolat818
Weizenprotein7

15

      Tabelle 1: Leucin und BCAA Gehalt unterschiedlicher Proteinsorten

Leucin und Widerstandstraining

Es ist in der Wissenschaftlichen Gemeinschaft allgemein bekannt, dass Widerstandstraining in einer Hypertrophie der trainierten Muskeln resultiert, welche großteils auf einer erhöhten Proteinsyntheserate im Verhältnis zum Proteinabbau beruht. Weiterhin haben Studien demonstriert, dass der Proteinabbau durch Krafttraining verstärkt wird und dass nur bei einer ausreichenden Nährstoffzufuhr ein netto Proteinaufbau beobachtet werden kann. (Blomstrand und Kollegen, 2006)

Dies alleine zeigt schon die essentiell wichtige Rolle, welche die Ernährung beim Muskelwachstum spielen kann. In diesem Zusammenhang können sowohl Protein- als auch Kohlenhydratzufuhr eine positive Wirkung zeigen. Mit einfachen Worten gesagt, bedeutet dies, dass eine adäquate Proteinzufuhr und eine ausreichende Gesamtkalorienzufuhr benötigt werden, um eine positive Stickstoffbilanz als Reaktion auf Widerstandstraining zu bewirken.

Wie es zur dieser Verschiebung der Stickstoffbilanz in den positiven Beeich kommt, ist ein vieldiskutiertes Thema. Einige Forscher glauben, dass eine erhöhte Verfügbarkeit von Aminosäuren im Bereich der Muskulatur die Proteinsynthese direkt anregt. Andere Wissenschaftler glauben wiederum, dass die Proteinsynthese durch eine einzige Aminosäure oder eine Gruppe von Aminosäuren wie z.B. den BCAAs stimuliert wird (Blomstrand et al, 2006). Wieder andere vermuten, dass bestimmte Aminosäuren (wie z.B. die BCAAs) dazu in der Lage sind, eine Anzahl von Stoffwechselprozessen zu stimulieren, zu denen unter anderem die Regulierung der Insulinausschüttung gehört. Das anabole Potential des Insulins in Verbindung mit Aminosäuren könnte dann das Muskelwachstum anregen. Es gibt auch Forscher, die der Meinung sind, dass all diese Wirkungen in ihrer Summe für die Anregung des trainingsinduzierten Muskelwachstums notwendig sind.

Leucin und die Regulierung der Insulinausschüttung

Wie viele Leser bereits wissen, wird die Insulinausschüttung mit vielen anabolen Prozessen, die am Gewebeaufbau beteiligt sind, in Verbindung gebracht. Es konnte gezeigt werden, dass Insulin die Proteinsynthese anregt und den Proteinabbau verhindert, wenn es während und nach dem Training angewandt wird. (Manninen und Kollegen, 2006).
Während einer von Manninen im Jahre 2006 durchgeführten Untersuchung wurden eine Mischung aus Kohlenhydraten, Proteinhydrolisat und Leucin während des Trainings zugeführt. Es konnte gezeigt werden, dass diese Mixtur eine stärkere Hypertrophie der Skelettmuskulatur bewirkte als ein Placebo.

Früher war man der Ansicht, dass die Insulinausschüttung fast vollständig durch die Glukosekonzentration im Blut reguliert wird. Mit der Zeit wurde jedoch offensichtlich, dass Aminosäuren eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Insulinausschüttung spielen. Es konnte gezeigt werden, dass bestimmte Aminosäuren eine Insulinausschüttung beim Menschen bewirken können, und dies selbst dann, wenn der Blutzuckerspiegel im normalen Bereich liegt (Manninen et al, 2006).

Durch eine Begrenzung des Proteinabbaus könnte Leucin eine Nettoproteinsynthese nach einem Widerstandstraining ermöglichen, welche zu einer stärkeren Muskelhypertrophie führt. Im Wesentlichen führt die Insulinausschüttung zu einem Milieu im Körper, welches dem Aufbau neuen Körpergewebes förderlich ist und den Proteinabbau hemmt.

Was bleibt, ist die folgende Frage: Wenn eine Insulinausschüttung das Muskelwachstum anregt, könnte man dann nicht einfach eine Kohlenhydratlösung zu sich nehmen, um diese Insulinreaktion zu erreichen?

Mit Hilfe einer Studie konnte gezeigt werden, dass die Plasma-Insulinausschüttung um 221 % höher lag, wenn die Probanden hochglykämische Kohlenhydrate in Verbindung mit einem Proteinhydrolisat und Leucin zu sich nahmen, anstatt nur Kohlenhydrate zuzuführen. Bei der Zufuhr von Kohlenhydraten in Verbindung mit einem Proteinhydrolisat ohne zusätzliche Leucinzufuhr war die Insulinausschüttung um 66 % höher, als bei einer alleinigen Kohlenhydratzufuhr (Manninen et al, 2006).

Basierend auf diesen Ergebnissen ist es offensichtlich dass eine Leucinsupplementation aufgrund der regulierenden Wirkung auf die Insulinausschüttung für Kraftsportler von Nutzen ist. Ein durch die Zufuhr von Proteinhydrolisat und Leucin erhöhter Insulinspiegel in Verbindung mit einem erhöhten Aminosäurespiegeln nach dem Widerstandstraining erhöht den Nettoproteinaufbau in der Muskulatur, was zu einer verstärkten Hypertrophie der Skelettmuskulatur und einem Zuwachs an Muskelkraft führt (Manninen et al, 2006).
Die Quintessenz aus diesen Studien ist, dass es während und nach dem Training ideal ist, eine schnellverdauliche Lösung aus hydrolisiertem Protein, schnellverdaulichen Zuckerstoffen und zusätzlichen BCAAs (insbesondere Leucin) zu sich zu nehmen, da diese einen erhöhten Insulinspiegel und eine erhöhte Aminosäurekonzentration in der Muskulatur zur Folge haben.

Basierend auf wissenschaftlichen Untersuchungen wirkt dieser Drink nicht nur aufgrund einer Erhöhung der Insulinausschüttung. Leucin fördert das Muskelwachstum auch deshalb, weil es eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung der für das Muskelwachstum verantwortlichen Mechanismen der Translation spielt.

Leucin und die Initiierung der Translation

Unter Translation versteht man die von der mRNA (messenger RNA) gesteuerte Proteinsynthese. Die Translation ist der erste von drei Schritten der Proteinsynthese, wobei die weiteren Schritte aus der Verlängerung der Aminosäureketten und der Terminierung (Norton.et al, 2006) bestehen. Ohne diesen Vorgang kann es nicht zur Proteinsynthese oder Muskelwachstum kommen.

Nach einen anstrengenden Widerstandstraining befindet sich der Körper in einem katabolen Zustand, bis durch eine Zufuhr von Nährstoffen die Regenerationsphase angestoßen wird. Während dieser katabolen Phase ist die Proteinsynthese auf zellularer Ebene aufgrund der Unterdrückung spezifischer die Translation initiierender Faktoren beeinträchtigt.

Diese Faktoren — eIF4G, eIF4E und rpS6 im Speziellen — aktivieren den Prozess der Translation und somit im Endeffekt auch die Proteinsynthese. Und diese Faktoren werden, wie der aufmerksame Leser wahrscheinlich bereits vermutet hat, durch den intrazellulare Insulin Signalweg und die Leucinkonzentration gesteuert (Norton.et al, 2006). Aus diesem Grund wird die anabole Wirkung von Training und Nährstoffzufuhr wahrscheinlich durch die Aktivierung der Signaltransduktion dieser initiierenden Faktoren gesteuert.

Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung dieses translationellen Signalweges (siehe Abbildung unten; Layman und Kollegen, 2006) für die Regeneration und Hypertrophie der Skelettmuskulatur essentiell wichtig ist.

BCAA2
Abbildung 2: Aktivierung des translationellen Signalweges

Wie man in dieser Abbildung sehen kann, wird Leucin für Aktivierung bestimmter initiierender Faktoren benötigt. Wenn Leucin über die Nahrung aufgenommen wird, erhöht sich der Leucinspiegel im Körpergewebe. Das bedeutet, dass die Hemmung der oben beschriebenen initiierenden Faktoren aufgehoben wird. Dies geschieht durch die Aktivierung der Proteinkinaserezeptoren des Rapamycin (mTOR in Abbildung 2).

Die Wirkung des Leucins auf mTOR wirkt über den Phosphoinositol 3-Kinase Signalweg synergisch mit Insulin (PI3 in Abbildung 2; Norton und Kollegen, 2006). Zusammen ermöglichen Leucin und Insulin die Koordination der Proteinsynthese in der Skelettmuskulatur. Die folgenden Abbildungen belegen die oben aufgestellte Hypothese.

BCAA3

BCAA4
Abbildung 3 und 4: Einfluss einer BCAA Supplementierung auf p70S6 Kinase und mTor.

In den Abbildungen 3 und 4 (Blomstrand und Kollegen, 2006) hatte eine BCAA Zufuhr nach einem Widerstandstraining eine signifikante Wirkung auf die translationsinitiierenden Faktoren p70S6 Kinase und mTOR. Die Rolle von Leucin und den anderen BCAAs besteht in der Phosphorylisierung der Aminosäuren Serin und Threonin, welche dann wiederum eine phosphorylisierende Kaskade anstoßen, die schließlich die Translation der Proteinsynthese initiiert.

Zusammengefasst ist für den Sportler die Tatsache von Interesse, dass BCAAs und insbesondere Leucin die durch das Widerstandstraining bewirkte Unterdrückung der Translation umkehren. Durch die Umkehrung der Unterdrückung ermöglichen BCAAs eine verstärkte Muskelhypertrophie aufgrund einer erhöhten Proteinsyntheserate.
An diesem Punkt mag sich der aufmerksame Leser darüber wundern, warum eine Leucinsupplementierung notwendig ist, wenn doch die Muskulatur schon zu einem Drittel aus BCAAs besteht. Die Antwort auf diese Frage besteht darin, dass während des Widerstandstrainings die BCAA Oxidation in der Skelettmuskulatur durch die Aktivierung der BCAA a-keto Dehydrogenase (branched-chain a-keto acid dehydrogenase) erhöht wird.

Dies hat zur Folge, dass die Plasma- und intrazellulare Leucinkonzentration niedriger wird. Folglich ist die Fähigkeit des Leucins, die Insulinausschüttung anzuregen, und die Translation zu initiieren, so lange reduziert, bis nach dem Training Leucin von außen zugeführt wird.


BCAA, Widerstandstraining und Proteinsynthese – Schlussfolgerung

Am Ende stellt sich die Frage, ob Leucin eine leistungssteigernde Substanz bezüglich des Widerstandstrainings darstellt.

Basierend auf dem aktuellen Wissensstand lautet die Antwort: Ja. Leucin kann aufgrund seiner Fähigkeit zur Anregung der Insulinausschüttung und zur Initiierung der Translation als leistungssteigernde Substanz für Kraftsportler angesehen werden. Beide dieser Faktoren tragen zu einer Verstärkung der Muskelhypertrophie und einer Kraftzunahme bei.

Leucin und Ausdauertraining

Jeder Athlet und jeder Trainer weiß, dass die Ermüdung ein limitierender Faktor für sportliche Leistungen ist. Zur Ermüdung tragen folgende Faktoren bei:
  • Reduzierte Kraftleistung
  • Entleerung der Muskelglykogenspeicher
  • Dehydration
  • Cardiovaskulare, metabolische und thermoregulatorische Belastung
Sportler versuchen aus diesem Grund das Einsetzen dieser Mechanismen mit Hilfe von Training so weit wie möglich herauszuzögern.

Auch die zentrale Ermüdung, eine Form der Erschöpfung, die mit spezifischen Veränderungen des zentralen Nervensystems in Verbindung gebracht wird, spielt eine wichtige Rolle bei der sportlichen Leistungsfähigkeit. Es gibt zahlreiche Untersuchungen, die sich mit der Wirkung von BCAAs bezüglich der Verzögerung des Einsetzens der zentralen Ermüdung und der damit verbundenen Verbesserung der Ausdauerleistung befassen.

Die Hypothese zur zentralen Ermüdung

Die Idee, dass verzweigkettige Aminosäuren die zentrale Ermüdung hemmen könnten, ist nicht neu. Viele Forscher und Trainier haben die Hypothese aufgestellt, dass BCAAs die Leistungsfähigkeit verbessern könnten, indem sie die zentrale Ermüdung begrenzen.

Es wird angenommen, dass BCAAs mit freiem Tryptophan im Plasma um die Aufnahme im Gehirn konkurrieren. Tryptophan ist ein Vorgänger des Serotonins und die Tryptophankonzentration wird durch länger andauerndes Training erhöht.
Bei der Ausführung von Ausdauertraining verursacht der hierdurch im Körper erzeugte Stress signifikante Veränderungen der Hormonwerte (Meeusen und Kollegen, 2006). Erhöhte Spiegel der Hormone Adrenalin und Epinephrin regen die Lipolyse und die Hydrolyse von Fett in Fettsäuren und Glyzerin an (Freisetzung von Fettsäuren aus den Fettdepots).

Während diese freien Fettsäuren (FFAs) mobilisiert werden, erhöht sich der Plasmaspiegel des freien Tryptophans, da die erhöhte Konzentration freier Fettsäuren im Plasma freies Tryptophan von seinem Proteincarrier (Albumin) verdrängen kann. Durch all die an das Albumin gebundenen freien Fettsäuren sind größere Mengen freien Tryptophans für den Transport über die Blut-Hirn Schranke hinweg ins Gehirn vorhanden, was zu einer Erhöhung des Serotoninspiegels im Gehirn führt (Meeusen und Kollegen, 2006).

Eine hohe Serotoninkonzentration im Gehirn ist mit einer Verringerung der Trainingsleistung verbunden. Dieses Phänomen wird als zentrale Ermüdung bezeichnet (Crowe und Kollegen, 2006). Wenn BCAAs mit freiem Tryptophan um die Aufnahme in das Gehirn konkurrieren, würde dies dazu führen, dass der Serotoninspiegel im Gehirn niedrig bleiben würde, was wiederum die zentrale Ermüdung reduzieren und die Trainingsleistung verbessern würde.

Interessante Theorie, nicht wahr? Unglücklicherweise kommen Studien, welche dieses Thema näher untersucht haben, zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die meisten mit Tieren durchgeführten Studien zeigen eine positive Wirkung von BCAAs, während die meisten am Menschen durchgeführten Studien keinen Unterschied bezüglich der zentralen Ermüdung mit oder ohne BCAA Supplementierung zeigen.
Vor kurzem wurde eine Studie an Ruderern durchgeführt, um die Wirkung von BCAAs auf die zentrale Ermüdung genauer zu untersuchen. Für eine Dauer von sechs Wochen wurde Leucin als Supplement verabreicht. Hierdurch sollte die Ausdauerleistung durch eine Erhöhung der BCAA Konzentration und eine Reduzierung des Verhältnisses von freiem Tryptophan zu BCAAs erreicht werden (Crowe und Kollegen, 2006).

Die Ergebnisse der Studie zeigte eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit wenn Leucin supplementiert wurde, wodurch die leistungssteigernde Wirkung von Leucin bei dieser Gruppe von Sportlern nachgewiesen werden konnte. Die gesammelten Daten zeigten jedoch keinerlei Verbindung zwischen verbesserter Leistungsfähigkeit und zentraler Ermüdung, da es zu keiner signifikanten Reduzierung des Verhältnisses von freiem Tryptophan zu BCAAs kam. (Crowe et al, 2006).

Stattdessen wurde die Vermutung aufgestellt, dass die leistungssteigernde Wirkung auf einer Reduzierung der durch das Training verursachten Muskelschäden in Verbindung mit einer verstärkten Proteinsynthese der Skelettmuskulatur beruht.

BCAA s und Ausdauertraining – Schlussfolgerung

Auch wenn es sich um eine vielversprechende Theorie handelt, sind BCAAs keine leistungssteigernde Substanz für Ausdauerleistungen, welche das Einsetzen der zentralen Ermüdung verzögert. Allerdings könnte eine Supplementierung mit BCAAs andere potentiell vorteilhafte Wirkungen hervorrufen, wie die oben zitierte Studie zeigt. Weitere Untersuchungen in diese Richtung könnten dabei helfen zu klären, wie genau BCAAs die Ausdauerleistung beeinflussen können.

BCAA und Gewichtskontrolle

Unter allen beliebten Methoden zur Kontrolle des Körpergewichts und für den Fettabbau haben alle erfolgreichen Strategien eines gemeinsam – sie kontrollieren die Energiebilanz. Wenn ein Gewichtsverlust das Ziel ist, muss die Energiebilanz negativ ausfallen, d.h. der Energieverbrauch muss die Energiezufuhr überschreiten. Beliebte Strategien hierfür umfassen eine Beschränkung der Kalorien und Fettzufuhr bei gleichzeitig ausreichender Proteinzufuhr für de Aufrechterhaltung einer positiven Stickstoffbilanz. Wir gehen an dieser Stelle mit den folgenden Empfehlungen einen Schritt weiter.

Die von vielen Diätenden angewandte Strategie für den Gewichtsabbau beinhaltet eine minimale Zufuhr von Fett und Protein, wobei Kohlenhydrate den Rest der zugeführten Energie ausmachen. Basierend auf aktuellen Empfehlungen würden bei einer Gesamtkalorienzufuhr von 2100 Kalorien etwa 820 Kalorien in Form von Protein und Fett zugeführt werden, während die restlichen 1280 Kalorien aus Kohlenhydraten bestehen würden (Layman, 2003).

Dieses Beispiel hat ein Kohlenhydrat zu Protein Verhältnis von etwa 3,5. Für eine Diät mit dem primären Ziel des Gewichtabbaus könnte dieses Verhältnis zu groß sein. Untersuchungen haben gezeigt, dass kohlenhydratreiche Diäten mit folgenden Punkten in Zusammenhang stehen:
  • Reduzierte Fettverbrennung
  • Erhöhte Blutfettwerte
  • Reduziertes Sättigungsgefühl
Diese Effekte tragen nicht zum verfolgten Ziel des Gewichtsverlustes bei und werfen neue Fragen nach dem optimalen Verhältnis der Makronährstoffe untereinander und zur Gesamtenergiezufuhr auf. Dies gilt insbesondere für die Kohlenhydratzufuhr.

In der Vergangenheit lag der Fokus bei der Gewichtsabnahme hauptsächlich auf dem Kohlenhydrat zu Fett Verhältnis. Neuere Untersuchungen konzentrieren sich hingegen auf das Kohlenhydrat zu Eiweiß Verhältnis (Layman, 2003). Der Grund für diese Verschiebung des Fokus liegt in neueren Hinweisen darauf, dass
kohlenhydratreiche Diäten den Gewichtsverlust behindern und einige Aminosäuren eine wichtige Rolle bei bestimmten Stoffwechselprozessen spielen, bei denen höhere Plasma- und intrazellulare Spiegel dieser Aminosäuren benötigt werden, als durch die aktuellen Empfehlungen für die tägliche Proteinzufuhr zur Verfügung gestellt werden. Besonders interessant ist hierbei die Rolle des Leucins bei unterschiedlichen Stoffwechselabläufen.

Die Vielfalt der Proteine und Aminosäuren legt die Schussfolgerung nahe, dass eine einfache Empfehlung für die täglich zuzuführende Gesamtproteinmenge nicht ausreicht, da verschiedene Aminosäuren unterschiedliche Rollen bei unterschiedlichen Prozessen im Körper spielen. Aus diesem Grund sollte sich die Zufuhr einzelner Aminosäuren an der für diese Prozesse benötigten Mengen orientieren.

Die höchste Priorität bei der Verwendung von Leucin im Körper liegt immer auf der Synthese von Muskelprotein, wofür täglich zwischen 1 – 4 Gramm Leucin benötigt werden. Erst nachdem der Leucinbedarf für die Proteinsynthese gedeckt ist, kann Leucin für andere Stoffwechselprozesse verwendet werden, wofür noch einmal 7 – 10 Gramm Leucin pro Tag benötigt werden (Mero, 1999). Wenn man diese Werte aufaddiert, kommt man auf einen Leucinbedarf von 8 – 16 Gramm pro Tag, was klar zeigt, dass die gängige Empfehlung für die tägliche Proteinzufuhr zu niedrig angesetzt ist, da durch sie nur etwa 3 Gramm Leucin pro Tag zugeführt werden.

Leucin und die Regulation des Blutzuckerspiegels

Wenn BCAAs in der Skelettmuskulatur abgebaut werden (hierbei wird Leucin am schnellsten von den drei BCAAs oxidiert), führt dies zur Bildung von Alanin und Glutamin, welche eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Glukose Homöostase spielen (Layman, 2003).

BCAA5
Abbildung 5: Der Glukose – Alanin Zyklus (Layman und Kolegen, 2006)

Der Glukose – Alanin Zyklus demonstriert die gegenseitige Beziehung zwischen BCAAs und Glukosestoffwechsel. In Abbildung 5 wird ersichtlich, dass BCAAs nicht in der Leber abgebaut werden, da sie über das Blut intakt zur Skelettmuskulatur gelangen.

Bei der BCAA Oxidation wird Alanin gebildet und gelangt in den Blutkreislauf, über den es zur Leber gelangt, wo es die hepatische Glukoneogenese (Herstellung von Glukose aus anderen Quellen als Kohlenhydrate in der Leber) unterstützt (Layman, 2003).
Glutamin, ein anderes Nebenprodukt der BCAA Oxidation, wird im Dünndarm in Alanin umgewandelt, welches dann als Ausgangsprodukt für die Glukoneogenese in die Leber transportiert wird. Dieser kontinuierliche Alanin —> Pyruvat —> Glucose —> Pyruvat —> Alanin Zyklus ermöglicht die Glukoseherstellung in der Leber und die Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels.

Leucin dient also wie oben beschrieben als primärer Grundstoff für die Glukoseproduktion in der Leber. Die Signifikanz dieser Tatsache ist, dass während der nächtlichen Fastenphase und während anderer hypokalorischer Situationen, wie z.B. einer kalorienreduzierten Diät, die Glukoneogenese einen großen Anteil an der Gesamtglukosefreisetzung aus der Leber hat (70 % nach einer Nacht ohne Nahrungszufuhr) (Layman, 2003).

Theoretisch gesehen wäre hierdurch eine geringe Kohlenhydratzufuhr über die Nahrung ausreichend um einen normalen, gesunden Blutzuckerspiegel aufrecht zu erhalten. In der Tat konnte gezeigt werden, dass eine Zufuhr von ungefähr 100 Gramm Kohlenhydrate pro Tag ausreicht, um den grundlegenden Kohlenhydratbedarf des Körpers für Gehirn, Nerven und Blutzellen zu decken (Layman, 2003).

Wenn also die Gesamtenergiezufuhr reduziert werden soll, sollte theoretisch eine Zufuhr von 100 Gramm Kohlenhydraten pro Tag in Verbindung mit der Glukoneogenese ausreichen, um die auf Glukose angewiesenen Verbraucher im Körper (Gehirn, Nervengewebe und Blutzellen) zu versorgen und einen normalen Blutzuckerspiegel aufrecht zu erhalten. Letztendlich könnte es hierdurch ermöglicht werden, einen größeren Gewichtsverlust zu erreichen, indem die Kohlenhydratzufuhr reduziert wird, moderate Mengen an Fett zugeführt werden und die Proteinmenge der Nahrung so weit erhöht wird, dass ein Kohlenhydrate zu Protein Verhältnis von 1,5 – 2,0 erreicht wird.

Diese Strategie mag nicht bei jedem funktionieren, doch sie sollte zumindest in Erwägung gezogen werden.

Initiierung der Translation

Die zweite wichtige metabole Rolle, die Leucin beim Gewichtsabbau spielt (neben der Rolle bei der Gluconeogenese), ist die bereits erwähnte Regulation des translationalen Signalweges.

Wie bereits angesprochen führt eine kalorienreduzierte Ernährung zu einer körperweiten negativen Energiebilanz. Dementsprechend führt der hieraus resultierende katabole Zustand oft auch zu einem Verlust an fettfreier Körpermasse.

Da Leucin die Fähigkeit besitzt die Unterdrückung der Translation, welche während eines katabolen Zustands auftritt, umzukehren, könnte Leucin auf diese Art und Weise dabei helfen den Abbau fettfreier Muskelmasse zu verhindern. Somit wäre es möglich die Muskelmasse zu erhalten, während man den Körperfettanteil reduziert.

BCAA, Blutzuckerspiegel, Translation und Gewichtsreduzierung – die wissenschaftlichen Untersuchungen

Diese Theorie wurde durch eine im Jahre 2003 veröffentlichte Studie (Layman und Kollegen, 2003) untersucht. Diese Studie untersuchte die Stoffwechselreaktionen bei einer kalorienreduzierter Ernährung mit einem Kohlenhydrat zu Protein Verhältnis von 3,5 bzw. 1,5. Die beiden unterschiedlichen Ernährungsformen wurden jeweils mit Probanden untersucht, welche während der Studiendauer entweder 5 Tage pro Woche trainierten oder gar keinen Sport trieben.

Alle Probanden nahmen 1700 kcal pro Tag zu sich und hatten ein Energiedefizit von mindestens 500 Kcal pro Tag. Dies sollte einen Gewichtsverlust von mindestens einem Pfund pro Woche ermöglichen.

Die Gruppe mit einem Kohlenhydrat zu Protein Verhältnis von 3,5 konsumierte ihre Makronährstoffe nach den gängigen Empfehlungen. Dies entsprach einem Fettanteil von 30% der Gesamtkalorien und einer Proteinzufuhr von 0,8 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag, was einer Leucinzufuhr von etwa 5 Gramm pro Tag entsprach.

Die Gruppe mit einem Kohlenhydrat zu Protein Verhältnis von 1,5 konsumierte eine Proteinmenge von 1,5 Gramm Eiweiß pro Kilogramm Körpergewicht und kam somit auf etwa 10 Gramm Leucin pro Tag.

Die sportliche Betätigung war bei beiden Gruppen identisch

Die Probanden in Studie eins behielten ihre normalen täglichen Aktivitäten bei und führten kein gesondertes sportliches Training durch, während die Probanden in Studie zwei an 5 Tagen pro Woche ein spezielles Training absolvierten, welches einen zusätzlichen Energieverbrauch von 300 kcal pro Tag verursachte.

Die folgenden beiden Tabellen illustrieren den Vorteil einer erhöhten Proteinzufuhr sowohl bei trainierenden als auch inaktiven Probanden.

Gruppe4 Wochen10 Wochen16 Wochen
Proteingruppe Studie 1 8,516,6 
Proteingruppe Studie 28,215,821,6
Kohlenhydratgruppe Studie 1 7,115,3 
Kohlenhydratgruppe Studie 2 7,112,714,8
Tabelle 2: Gewichtsverlust in Pfund

Gruppe4 Wochen10 Wochen16 Wochen
Proteingruppe Studie 1 -1,2-1,9 
Proteingruppe Studie 2+1,1+0,4-0,9
Kohlenhydratgruppe Studie 1 -1,3-2,7 
Kohlenhydratgruppe Studie 2 -1,1-1,8-2,4
Tabelle 3: Veränderung bei der fettfreien Körpermasse in Pfund

In der Proteingruppe war der Gewichtsverlust signifikant größer, wobei der Verlust an fettfreier Körpermasse geringer und der Fettabbau größer waren. Dieser Effekt wurde noch verstärkt, wenn an 5 Tagen pro Woche eine Trainingseinhit absolviert wurde.

Das Urteil?

Ist eine Leucin Supplementierung nun im Bezug auf den Gewichtsverlust eine leistungssteigernde Substanz? Entsprechend den hier besprochenen wissenschaftlichen Untersuchungen wird klar deutlich, dass eine höhere Proteinzufuhr (und damit verbunden auch eine höhere Leucinzufuhr) von Vorteil ist, wenn es darum geht Gewicht zu verlieren und gleichzeitig die fettfreie Körpermasse zu erhalten oder sogar zu vergrößern.

Schlussfolgerung

Verzweigtkettige Aminosäuren sind ein immer beliebter werdendes Supplement dessen potenzielle positive Wirkungen noch nicht vollständig untersucht sind. Die Fähigkeit der BCAAs (insbesondere des Leucins) die Insulinausschüttung zu regulieren, den translationalen Signalweg zu initiieren und indirekt die Produktion von Alanin und Glutamin zu ermöglichen, unterscheiden sie von anderen Aminosäuresupplementen.

Auch wenn mit Tieren durchgeführte Studien zeigen konnten, dass verzweigkettige Aminosäuren das Einsetzen der zentralen Ermüdung verzögern können, war ein diesbezüglicher Nachweis beim Menschen nicht möglich. Dessen ungeachtet könnte eine BCAA Supplementation Sportlern bei der Zunahme an fettfreier Körpermasse, beim Abbau von Körperfett und bei der Verbesserung der Trainingsleistung sowohl bei Kraftsportarten als auch bei Ausdauersportarten helfen.

Athleten, die Masse aufbauen und Fett abbauen wollen, sollten auf eine optimale BCAA Zufuhr achten. Da die Zufuhr der empfohlenen 8 – 16 Gramm Leucin pro Tag über die normale Ernährung schwierig werden könnte, empfiehlt sich die Einnahme eines BCAA Supplements. Weiterhin könnte eine gezielte zusätzliche Einnahme verzweigkettiger Aminosäuren während und/oder nach dem Training zusätzlich positive Effekte im Bezug auf den Aufbau fettfreier Körpermasse haben.

Zusammengefasst kann man mit Bestimmtheit sagen, dass BCAAs in bestimmten Situationen einen positiven Einfluss auf die sportliche Leistungsfähigkeit und die Körperzusammensetzung haben können.

Über die Autoren

Dr. John Berardi, CSCS, ist ein weltbekannter Autor, Referent und Berater einer ganzen Reihe von Eliteathleten Programmen. Weitere Informationen über Dr. Berardi und seine Ernährungsprogramme für Hobby- und Profisportler können unter http://www.precisionnutrition.com gefunden werden.
Justin Brooks ist ein Kinesologiestudent im vierten Lehrjahr an der University of Waterloo und hat in der kanadischen Junior Liga Hockey gespielt. Justin plant 2007 die Physical Therapy School der University of Western Ontario zu besuchen.

Ausgewählte Quellen

  1. Juhn, M. Popular Sports Supplements and Ergogenic Aids. 2003.
  2. Manninen, A. Hyperinsulinaemia, hyperaminoacidaemia and post-exercise muscle anabolism: the search for the optimal recovery drink. 2006.
  3. Mero, A. Leucine Supplementation and Intensive Training. 1999.
  4. Schwenk, T. When Food Becomes A Drug: Nonanabolic Nutritional Supplement Use in Athletes. 2003.
  5. Bassit, R. Branched-chain amino acid supplementation and the immune response of long-distance athletes. 2002.
  6. Blomstrand, E. Branched-chain amino acids activate key enzymes in protein synthesis after physical exercise. 2006.
  7. Crowe, M. Effects of dietary leucine supplementation on exercise performance. 2006.
  8. Layman, D. The Role of Leucine in Weight Loss Diets and Glucose Homeostasis. 2003.
  9. Norton, L. Leucine regulates translation initiation of protein synthesis in skeletal muscle after exercise. 2006.
  10. Meeusen, R. Central FatigueThe Serotonin Hypothesis and Beyond. 2006.
  11. Shimomura, Y. Exercise promotes BCAA catabolism: effects of BCAA supplementation on skeletal muscle during exercise. 2004.

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