BCAA należą do grupy aminokwasów egzogennych i muszą być dostarczane z pożywieniem, gdyż organizm ludzki nie potrafi ich wytwarzać. Na szczęście matka natura hojnie obdarzyła nimi powszechnie występujące bogatobiałkowe surowce i produkty spożywcze, przez co niedobory w spożyciu BCAA notowane są rzadko. Jedynie grupy ludności spożywające niedostateczne ilości białka lub cierpiące na choroby zaburzające jego metabolizm mogą być na nie narażone. Niedostateczna ilość BCAA w organizmie jest jednak dla niego bardzo szkodliwa, ponieważ biorą one  udział w szeregu przemian metabolicznych, a przede wszystkim budują białka organizmu.

Obecność aminokwasów rozgałęzionych w organizmie człowieka

Miejscem występowania BCAA w organizmie człowieka są przede wszystkim mięśnie, stanowiąc 14-18% wszystkich aminokwasów budujących białka tkanki mięśniowej. Masa mięśniowa przeciętnego człowieka wynosi około 40% masy ciała, zatem mięśnie są bardzo dużym rezerwuarem aminokwasów rozgałęzionych. Całkowita koncentracja aminokwasów rozgałęzionych we krwi ludzkiej wynosi 0,3–0,4 mM/dl i w porównaniu z innymi aminokwasami jest relatywnie wysoka. Wyjątek stanowi glutamina, której stężenie jest zdecydowanie większe [1].

Skutki niedoboru i nadmiernego spożycia BCAA

Jak wspomniano wcześniej, niedobory w spożyciu aminokwasów rozgałęzionych spotykane są dość rzadko i dotyczą głównie osób należących do grup spożywających niedostateczne ilości białka w diecie bądź osób cierpiących na choroby nerek i wątroby, u których metabolizm białek został zaburzony. Najczęstszymi objawami niedoborów aminokwasów rozgałęzionych są: zmęczenie, depresja, drażliwość oraz zawroty i bóle głowy. Natomiast chroniczne i długotrwałe niedobory aminokwasów rozgałęzionych w diecie przyczyniają się do katabolizmu białek mięśniowych, zatrzymania wzrostu oraz zahamowania odbudowy tkanek [2].  Duży zapas w aktywności enzymów biorących udział w metabolizmie BCAA w tkankach całego ciała powoduje, że wysokie dawki aminokwasów rozgałęzionych są dobrze tolerowane przez organizm. Oczywiste jest, że tak jak w przypadku każdej substancji dostarczanej do organizmu, muszą istnieć pewne granice w jej  podaży, po przekroczeniu których ich metabolizm staje się niemożliwy. W przypadku BCAA jednak, nie przeprowadzono dotychczas badań oceniających ich nadmiar w organizmie.  Co więcej, dane uzyskane z dotychczasowych doświadczeń wyraźnie wskazują, iż dawki dwukrotnie, a nawet trzykrotnie wyższe od zalecanych są dobrze tolerowane i nie wywołują żadnych efektów ubocznych.

Udział aminokwasów rozgałęzionych w przebiegu i profilaktyce niektórych chorób

Fenyloketonuria

Fenyloketonuria jest dziedziczną chorobą metaboliczną, która polega na braku enzymu katalizującego przemianę fenyloalaniny w tyrozynę - hydroksylazy fenyloalaninowej. W  wyniku tego defektu u chorych spożywających normobiałkową dietę (0,8 g/kg m.c./d.), która zawiera około 5% fenyloalaniny, dochodzi do znacznego podniesienia poziomu tego aminokwasu we krwi – nawet powyżej 20 razy w stosunku do osób zdrowych. Konsekwencje niezdiagnozowania tej choroby i brak leczenia mogą być bardzo groźne, ponieważ prowadzą do nieodwracalnych zmian. Nadmiar fenyloalaniny oraz gromadzenie jej  metabolitów prowadzi do uszkodzenia układu nerwowego, a w konsekwencji do upośledzenia umysłowego, zaburzeń neurologicznych i gorszego rozwoju fizycznego [3]. Badania wykazały, że podawanie chorym na fenyloketonurię preparatów zawierających aminokwasy rozgałęzione podwyższa poziom BCAA we krwi,  powodując tym samym obniżenie stężenia fenyloalaniny w mózgu. Niezależne wyniki innych badań wykazały ponadto, że wzrost poziomu fenyloalaniny w mózgu po spożyciu tego aminokwasu jest tłumiony przez jednoczesne spożycie BCAA [4].

Dyskineza późna

Choroba ta określana jest jako zespół objawów neurologicznych, w przebiegu którego dochodzi do nadmiernej wrażliwości na dopaminę – neuroprzekaźnik regulujący m. in. napęd ruchowy, koordynację ruchową oraz napięcie mięśni. Głównymi objawami choroby są mimowolne ruchy mięśni, głównie twarzy, ale także szybkie ruchy kończyn górnych i kończyn dolnych. W związku z tym, że stężenie fenyloalaniny we krwi osób chorych jest zwiększone, powodując większy jej wychwyt do mózgu i niekorzystne zmiany neurologiczne, podjęto próby leczenia tej choroby BCAA. Aminokwasy rozgałęzione znacznie obniżają stężenie fenyloalaniny w mózgu, dzieląc tę samą ścieżkę transportu oraz konkurując z innymi aminokwasami obojętnymi o przechodzenie przez barierę krew- mózg [5].

Zaburzenie afektywne dwubiegunowe

Choroba afektywna dwubiegunowa przeważnie zaczyna się pomiędzy 20. a 30. rokiem życia. Jest to psychiczne zaburzenie maniakalno-depresyjne, które charakteryzuje się występowaniem cyklicznych, naprzemiennych epizodów depresji, hipomanii, manii, stanów mieszanych oraz stanu pozornego zdrowia psychicznego. Wyniki badań wskazały, że zwiększona podaż aminokwasów rozgałęzionych zmniejsza dostęp tyrozyny do mózgu, a to z kolei powinno spowolniać syntezę katecholamin, które odpowiadają za rozwój choroby [6]. Wykazano, że aminokwasy rozgałęzione, podawane chorym pacjentom przez 7 dni w ilości 60 g/dobę powodowały znaczącą redukcję objawów manii [6,7].

Stwardnienie zanikowe boczne

Schorzenie to, zwane inaczej chorobą Charcota lub chorobą Lou Gehriga, jest przewlekłą, postępującą chorobą neurologiczną. Głównymi jej objawami są osłabienie i zanik mięśni oraz ograniczenie ruchów czynnych, wynikające z niedowładu kończyn [8]. Cechą charakterystyczną tej nieprawidłowości jest zwyrodnienie komórek nerwowych. Mózg osoby chorej zawiera istotnie obniżony poziom dehydrogenazy GLU, enzymu odpowiedzialnego za katabolizm kwasu glutaminowego, co prowadzi do jego kumulacji i powstania wyjątkowo wysokich stężeń w płynach zewnątrzkomórkowych. W związku z tym, że kwas glutaminowy jest neuroprzekaźnikiem pobudzającym, jego nadmierna ilość powoduje zbyt silną stymulację neuronów, przyczyniając się tym samym do ich śmierci. W przypadku tej choroby, badano wpływ BCAA na wzrost aktywności dehydrogenazy GLU, zwiększenie tempa usuwania kwasu glutaminowego z mózgu, a w związku z tym na obniżenie neurotoksycznego efektu nadmiaru neuroprzekaźnika w płynach zewnątrzkomórkowych. Wyniki badań potwierdziły, że podawanie 26,4 g aminokwasów rozgałęzionych dziennie przez okres jednego roku pacjentowi choremu na stwardnienie zanikowe boczne przyczynia się do niższego tempa zmian neurologicznych w porównaniu z próbą kontrolną, nie powodując żadnych efektów ubocznych [9]. Warto jednak dodać, że inne badania wykazały uboczne efekty suplementacji takie jak wzrastająca śmiertelność i przyspieszone powstawanie niewydolności oddechowej. Jak dotąd nie ustalono jednoznacznego poglądu dotyczącego wpływu suplementacji BCAA na zmniejszanie objawów stwardnienia zanikowego bocznego, a temat ten pozostaje w zainteresowaniu naukowców.

Choroby wątroby: marskość, encefalopatia, rak wątroby

Istotną i wspólna cechą chorób wątroby jest nieprawidłowy metabolizm aminokwasów przejawiający się m. in.  niskim poziomem krążących we krwi aminokwasów rozgałęzionych, a podwyższonym aminokwasów aromatycznych (fenyloalaniny, tryptofanu i tyrozyny) oraz metioniny. Obecnie wiadomo, że zwiększona podaż aminokwasów aromatycznych do mózgu stymuluje produkcję neurotransmiterów oraz amin biogennych. Związki te uważane są za czynnik powstawania niebezpiecznych powikłań marskości wątroby, a w szczególności encefalopatii wątrobowej. Istotnym jest fakt, że częstość występowania komplikacji związanych z chorobami wątroby wzrasta wraz z niedożywieniem. Patofizjologia niedożywienia w schorzeniach wątroby jest złożona, wieloczynnikowa i wiąże się głównie ze zmniejszonym spożyciem, podwyższonym zapotrzebowaniem zmienionego utleniania substratów oraz zmienionego metabolizmu białek i aminokwasów.                                            

Marskość wątroby objawia się postępującym włóknieniem miąższu wątroby, co w konsekwencji prowadzi do niszczenia struktury tego narządu i upośledzenia funkcji metabolicznych. Pacjenci cierpiący na to schorzenie charakteryzują się podwyższonym tempem metabolizmu, przez co ich zapotrzebowanie na białko i aminokwasy jest również zwiększone. Metabolizm aminokwasów rozgałęzionych odbywa się w głównej mierze w mięśniach szkieletowych, podczas gdy pozostałe aminokwasy są metabolizowane przede wszystkim w wątrobie. Udowodniono, że podczas gdy upośledzeniu uległy metaboliczne funkcje wątroby, suplementacja BCAA wywierała korzystny wpływ na utrzymanie bilansu azotu, a także nie prowadziła do encefalopatii wątrobowej, tak jak ma to miejsce w przypadku zwiększenia podaży azotu pochodzącego z większości białek pożywienia. Aminokwasy rozgałęzione, a w głównej mierze leucyna, aktywują ponadto syntezę czynnika wzrostu hepatocytów (HGF) – cytokiny, która bierze udział w regeneracji wątroby, a dodatkowo jest silnym miogenem. Suplementacja BCAA podczas marskości wątroby wydaje się być zatem korzystna, gdyż postępujące niszczenie hepatocytów może być częściowo hamowane przez zwiększenie tempa procesów odbudowy [10].                               

Postęp raka wątroby może być powstrzymany dzięki zapobieganiu proliferacji komórek nowotworowych. Jednym z głównych celów terapeutycznych w onkologii jest bowiem indukcja apoptozy działająca na zwiększenie ekspresji genów anty-apoptotycznych i indukowania genów pro-apoptotycznych. Działanie takie jest możliwe ponieważ BCAA inaktywują szlak Pl3K/Akt i NF-kB poprzez hamowanie aktywności kinazy mTOR w kierunku Akt [11].

Choroba syropu klonowego

Choroba syropu klonowego (ang. maple syrup urine disease, MSUD) jest dość rzadkim dziedzicznym schorzeniem metabolicznym, którego częstotliwość występowania szacuje się na 1:200000 urodzeń. Niekorzystne efekty neurologiczne występujące w przebiegu wywoływane są przez wyjątkowo duże stężenie aminokwasów rozgałęzionych w krążeniu. Głównym mechanizmem sprawczym MSUD jest niedobór lub uszkodzenie podjednostek katalitycznych enzymu dehydrogenazy rozgałęzionych α-ketokwasów. Przyczynia się to do poważnego obniżenia poziomu metabolizmu BCAA, co skutkuje wyjątkowo wysokim stężeniem we krwi i tkankach zarówno aminokwasów rozgałęzionych, jak i pochodzących od nich rozgałęzionych α-ketokwasów [12]. Mechanizm odpowiedzialny za uszkodzenia neurologiczne, mimo wielu badań, wciąż nie jest do końca poznany i pozostaje w ciągłym zainteresowaniu badaczy. Istnieją jednak przypuszczenia, że za występowanie komplikacji odpowiada nadmierna nagromadzona ilość α-ketoizokapronianu (α-ketokwasu pochodzącego od leucyny), który, biorąc udział w odwracalnej reakcji transaminacji katalizowanej przez aminotransferazę aminokwasów o rozgałęzionym łańcuchu bocznym, przyczynia się do zakłócenia metabolizmu glutaminianu. Nieprawidłowość ta może także wywierać pośredni wpływ na poziom kwasu γ-aminomasłowego – neuroprzekaźnika hamującego, który wywodzi się z glutaminianu. Głównymi klinicznymi objawami choroby syropu klonowego są zahamowanie rozwoju psychicznego i fizycznego oraz charakterystyczny zapach moczu przypominający woń syropu klonowego.

Aminokwasy rozgałęzione - obowiązkowy element diety sportowca?

BCAA stanowią 35% niezbędnych aminokwasów mięśniowych. Podczas intensywnych ćwiczeń, dochodzi do zwiększonej produkcji tlenku azotu, który jest transportowany do wątroby z mięśni przez aminokwasy rozgałęzione. Produktem ubocznym rozkładu aminokwasów jest amoniak, a jego ilość w ustroju decyduje o ilości białka, które ulegnie rozkładowi. Suplementacja BCAA przyczynia się do zmniejszenia poziomu amoniaku, w konsekwencji ogranicza redukcję białek i zapobiega redukcji tkanki mięśniowej. Aminokwasy rozgałęzione są uwalniane głównie przez mięśnie szkieletowe, uczestniczą w tworzeniu L-alaniny, która przekształcana jest w glukozę podczas glukoneogenezy w wątrobie. Podczas wysiłku fizycznego dochodzi do niedoboru energii, co przyczynia się do obniżenia poziomu L-leucyny i BCAA. Sportowcy trenujący siłowo powinni spożywać BCAA przed i bezpośrednio po wysiłku, by przeciwdziałać redukcji tkanki mięśniowej. W przypadku dyscyplin wytrzymałościowych należy je stosować przed i podczas treningu, by ograniczyć zmiany kataboliczne. Zaleca się spożywać BCAA w stosunku 2:1:1 lub 3:1:1 (l-leucyna: l-izoleucyna: l-walina). W badaniach nad suplementacją BCAA przeprowadzonych wśród sportowców stosowano tabletki zawierające 5-20g BCAA. Zalecana dawka wynosi 1-2g/ 10kg masy ciała. Na rynku, dla sportowców dostępne są suplementy w postaci tabletek, proszków lub w płynie (najlepiej przyswajalna forma). Jednak należy pamiętać, że maksymalna dawka nie powinna przekraczać 50g. W celu utrzymania odpowiednich zasobów energii oraz zapewnienie prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego, zaleca się stosowanie aminokwasów o rozgałęzionych łańcuchach w połączeniu z dawką węglowodanów. Dzięki temu organizm jest mniej zmęczony, obserwuje się lepszą koncentrację i dobrze zrealizowany trening.