Применение аминокислот с разветвленной боковой цепью для уменьшения повреждений скелетных мышц, вызванных физическими нагрузками

Введение: Повреждение скелетных мышц (прямое и викарное) замедляет процессы восстановления пациентов с травмами опорно-двигательного аппарата, в том числе в раннем послеоперационном периоде. Увеличение жесткости внеклеточного матрикса скелетной мышцы позволяет снизить болевой синдром, отек тканей, ускорить восстановление сократительной способности.

Цель исследования: Изучение влияния приема аминокислот c разветвленной боковой цепью на экспрессию генов IGF1, коллагенов 1-, 3- и 5-го типа, являющихся ключевыми в составе внеклеточного матрикса скелетной мышцы, и поврежденность мышечных мембран на фоне хронического повреждения скелетных мышц.

Материал и методы: 12 молодых здоровых мужчин 19 (18; 22) лет, спортсмены-лыжники в течение 10 недель принимали плацебо (мальтодекстрин, по 100 мг/кг массы тела/день; n = 6) или смесь аминокислот (лейцин, изолейцин, валин в количестве 50:25:25 мг/кг массы тела/день, соответственно; n = 6) ежедневно на фоне большого объема аэробных высокоинтенсивных тренировок (до 22 ч/нед.). До и после приема им выполнялась биопсия латеральной головки четырехглавой мышцы бедра, а также в ходе эксперимента осуществлялся забор венозной крови.

Результаты: Прием лейцина на фоне тренировок привел не только к выраженному росту уровня белка IGF1 в крови в 1,5 раза, что соответствует литературным данным, но и тенденции к приросту экспрессии мРНК IGF1Ea в 1,8 раза в скелетной мышце. Также снизился уровень маркеров поврежденности мышечных мембран – активности КФК и миоглобина. Кроме того, изменения экспрессии IGF1-зависимых генов коллагенов сильно коррелировали с изменением экспрессии IGF1Ea, но не IGF1 в крови (объединенная группа, n = 12). Таким образом, прием лейцина в составе незаменимых аминокислот позволяет снизить повреждения скелетных мышц, вызванные избыточными физическими нагрузками, гиподинамией или прямыми травмами.

Заключение: Прием аминокислот c разветвленной боковой цепью в течение 10 недель лицами с подтвержденным хроническим повреждением мышечных мембран вызвал рост базального уровня IGF1 в крови и тенденцию к росту экспрессии мРНК IGF1Ea в скелетных мышцах, а также способствовал умеренному снижению поврежденности мышечных мембран скелетных мышц.

1. Harty PS, Cottet ML, Malloy JK, et al. Nutritional and supplementation strategies to prevent and attenuate exercise-induced muscle damage: a brief review. Sport Med Open. 2019;5(1):1. PMID: 30617517. PMCID: PMC6323061. https://doi.org/10.1186/s40798-018-0176-6

2. Stauber WT, Clarkson PM, Fritz VK, et al. Extracellular matrix disruption and pain after eccentric muscle action. J Appl Physiol. 1990;69(3):868–874. PMID: 2123179. https://doi.org/10.1152/jappl.1990.69.3.868

3. Fritz VK, Stauber WT. Characterization of muscles injured by forced lengthening. II. proteoglycans. Med Sci Sport Exerc. 1988;20:345–361. PMID: 3050354. http://doi.org/10.1249/00005768198808000-00005

4. Heinemeier KM, Mackey AL, Doessing S, et al. GH/IGF-I axis and matrix adaptation of the musculotendinous tissue to exercise in humans. Scand J Med Sci Sport. 2012;22(4):1–7. PMID: 22429205. https://doi.org/10.1111/j.1600-0838.2012.01459.x

5. Doessing S, Heinemeier KM, Holm L, et al. Growth hormone stimulates the collagen synthesis in human tendon and skeletal muscle without affecting myofibrillar protein synthesis. J Physiol. 2010;588:341–351. PMID: 19933753. PMCID: PMC2821728. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2009.179325

6. Doessing S, Holm L, Heinemeier KM, et al. GH and IGF1 levels are positively associated with musculotendinous collagen expression: Experiments in acromegalic and GH deficiency patients. Eur J Endocrinol. 2010;163:853–862. PMID: 20858702. https://doi.org/10.1530/eje-10-0818

7. Nielsen RH, Doessing S, Goto K, et al. GH receptor blocker administration and muscle-tendon collagen synthesis in humans. Growth Horm IGF Res. 2011;21(3):140–145. PMID: 21498100. https://doi.org/10.1016/j.ghir.2011.03.006

8. Boesen AP, Dideriksen K, Couppé C, et al. Tendon and skeletal muscle matrix gene expression and functional responses to immobilisation and rehabilitation in young males: Effect of growth hormone administration. J Physiol. 2013;591(23):6039–6052. PMID: 24081158. PMCID: PMC3872768. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2013.261263

9. West DWD, Lee-Barthel A, McIntyre T, et al. The exerciseinduced biochemical milieu enhances collagen content and tensile strength of engineered ligaments. J Physiol. 2015;593:4665–4675. PMID: 26282066. PMCID: PMC4606526. https://doi.org/10.1113/jp270737

10. Sjögren K, Liu JL, Blad K, et al. Liver-derived insulin-like growth factor I (IGF-I) is the principal source of IGF-I in blood but is not required for postnatal body growth in mice. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96(12):7088–7092. PMID: 10359843. PMCID: PMC22065. https://doi.org/10.1073/pnas.96.12.7088

11. Pedroso JAB, Nishimura LS, de Matos-Neto EM, et al. Tirapegui, Leucine improves protein nutritional status and regulates hepatic lipid metabolism in calorie-restricted rats. Cell Biochem Funct. 2013;32(4):326–332. PMID: 24327520. https://doi.org/10.1002/cbf.3017

12. Pedrosa RG, Donato Jr J, Pires IS, et al. Leucine supplementation increases serum insulin-like growth factor 1 concentration and liver protein/RNA ratio in rats after a period of nutritional recovery. Appl Physiol Nutr Metab. 2013;38(6):694–697. PMID: 23724889. https://doi.org/10.1139/apnm-2012-0440

13. Schürch MA, Rizzoli R, Slosman D, et al. Protein supplements increase serum insulin-like growth factor-I levels and attenuate proximal femur bone loss in patients with recent hip fracture. A randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Ann Intern Med. 1998;128(10):801–809. PMID: 9599191. https://doi.org/10.7326/0003-4819-128-10-199805150-00002

14. Wan X, Wang S, Xu J, et al. Dietary protein-induced hepatic IGF-1 secretion mediated by PPARγ activation. PLoS One. 2017;12(3):e0173174. PMID: 28257428. PMCID: PMC5336265. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173174

15. Thissen JP, Ketelslegers JM, Underwood LE. Nutritional regulation of the insulin-like growth factors. Endocr Rev. 1994;15(1):80–101. PMID: 8156941. https://doi.org/10.1210/edrv-15-1-80

16. Wang Y, Bikle DD, Chang W. Autocrine and paracrine actions of IGF-I signaling in skeletal development. Bone Res. 2013;1(3):249–259. PMID: 26273506. PMCID: PMC4472106. https://doi.org/10.4248/br201303003

17. McKee TJ, Perlman G, Morris M, et al. Extracellular matrix composition of connective tissues: a systematic review and meta-analysis. Sci Rep. 2019;9(1):10542. PMID: 31332239. PMCID: PMC6646303. https://doi.org/10.1038/s41598-01946896-0

18. Huang WC, Chang YC, Chen YM, et al. Whey protein improves marathon-induced injury and exercise performance in elite track runners. Int J Med Sci. 2017;14(7):648–654. PMID: 28824296. PMCID: PMC5562115. https://doi.org/10.7150/ijms.19584

19. Chino K, Ohya T, Kato E, et al. Muscle thickness and passive muscle stiffness in elite athletes: Implications of the effect of long-term daily training on skeletal muscle. Int J Sports Med. 2018;39(3):218–224. PMID: 29365338. https://doi.org/10.1055/s-0043-122737

20. Karamanidis K, Arampatzis A. Mechanical and morphological properties of different muscle-tendon units in the lower extremity and running mechanics: effect of aging and physical activity. J Exp Biol. 2005;208:3907–3923. PMID: 16215218. https://doi.org/10.1242/jeb.01830

21. Arampatzis A, De Monte G, Karamanidis K, et al. Influence of the muscle-tendon unit’s mechanical and morphological properties on running economy. J Exp Biol. 2006;209:3345–3357. PMID: 16916971. https://doi.org/10.1242/jeb.02340