Amino acid metabolism in athletes and non-athletes : with special reference to amino acid concentrations and protein balance in exercise, training and aging

Abstract

Hannu Pitkänen tutki väitöskirjassaan fyysisen harjoituksen, pitkän harjoitusjakson ja ikääntymisen aiheuttamia vaikutuksia elimistön aminohappo- ja proteiiniaineenvaihduntaan. Ihmisen elämälle välttämätön ravintoaine, proteiini (valkuaisaine), jota on noin 15 % kehon painosta, koostuu aminohapoista. Välttämättömät aminohapot on saatava ravinnosta, kun taas ei-välttämättömiä aminohappoja voidaan tuottaa elimistössä. Vain noin 0.5-1.0 % aminohapoista on vapaana veressä ja lihaksen sisällä ns. vapaana aminohappoaltaana. Aminohappoja tulee altaaseen ravinnosta, kudoksiin sidotun proteiinin hajoamisesta ja hiilihydraatti- ja rasva-aineenvaihdunnan välituotteita siirtämällä kehon sisällä veren välityksellä. Altaan aminohapot ovat nopeasti mobilisoitavissa proteiinien päätehtävään rakennusaineeksi (proteiinisynteesiin) ja pieneltä osin energiaksi. Altaan tasapainotilaan voidaan vaikuttaa muuttamalla proteiinin saantia ravinnosta tai muuttamalla fyysistä aktiviteettia. Aminohappoallas on hyvin aktiivinen; se vaihtuu noin kuusi kertaa vuorokaudessa, joten sen rooli erityyppisissä suorituksissa ja harjoittelun yhteydessä on mielenkiintoinen ja merkittävä. Pitkänen osoitti, että vapaassa aminohappoaltaassa tapahtui merkittäviä muutoksia sekä fyysisen kuormituksen että ikääntymisen seurauksena. Kokonaisaminohappopitoisuudet laskivat sekä yksittäisten voimaharjoitusten että 5-viikkoisen harjoitusjakson yhteydessä. Myös anaerobiset juoksuharjoitteet aiheuttivat laskua haaraketjuisten aminohappojen tasoissa, vaikka nautittu ravinto sisälsi proteiinia yli "normaali-ihmisen" suositusarvon. Samalla keskiarvoisella proteiinisaannilla todettiin aminohappopitoisuuksien laskua myös ikääntyvillä miehillä ja naisilla. Pitkänen tutki myös aineenvaihduntaa. Koska jo pelkkä 12-24 tunnin paasto laski aminohappopitoisuuksia merkittävästi, tutkimuksen tulokset tukevat käsitystä, jonka mukaan urheilijoiden ravinnon proteiinin saantia tulisi lisätä ja jakaa tasaisesti (6 kertaa vuorokaudessa) verrattuna nykyisiin suosituksiin. - Aminohappojen tärkeä rooli sekä urheilijoiden että tavallisten eri sukupuolta olevien eri ikäisten aikuisten aineenvaihdunnassa tulisi ottaa huomioon jokapäiväisessä kiireisessä elämässä, jolloin proteiinin saanti voi olla rajoittunutta useiden tuntien ajan (mm. epäsäännöllinen ruokailu, pitkät ruokailuvälit). Tulevaisuudessa aminohappotasojen selvittäminen voi olla hyödyllistä suunniteltaessa eri ikäisten terveiden, sairaiden tai vammautuneiden henkilöiden ravitsemusta, harjoitusohjelmia tai kuntoutusta, Pitkänen suosittelee. Pitkänen tutki väitöskirjassaan veren ja lihaksen aminohappopitoisuuksissa tapahtuvia muutoksia erilaisissa kovaa tehoa vaativissa kuormitustilanteissa ja harjoittelujakson yhteydessä ravinnon ja harjoittelun ollessa tarkoin kontrolloituja. Hän selvitti myös, voidaanko leusiinilisällä (välttämätön aminohappo, jota voidaan nopeasti hapettaa energiatarpeen niin vaatiessa) parantaa suorituskykyä tällaisten harjoitteiden yhteydessä. Lisäksi tutkittiin sukupuolen ja ikääntymisen vaikutusta veren aminohappotasoihin eri ikäryhmissä. Koehenkilöt olivat 19-92?vuotiaita terveitä urheilijoita, aktiivisia liikunnan harrastajia ja työikäisiä sekä eläkkeellä olevia suomalaisia miehiä ja naisia. Koehenkilöryhmiin kuului yhteensä 118 miestä ja 36 naista. Aminohappojen pitoisuudet laskivat sekä lyhyiden että pitkien juoksuvetojen muodostamissa harjoituksissa. Kuitenkin aminohappojen kokonaissumma pysyi muuttumattomana, koska ei-välttämättömissä aminohapoissa todettiin samanaikaisesti nousua pääosin alaniini- ja glutamaattipitoisuuksien osalta. Voimaharjoitus erosi näistä kahdesta em. harjoitustyypistä, sillä huomattavaa laskua tapahtui kaikkien aminohapporyhmien summissa, erityisesti haaraketjuisissa aminohapoissa (leusiini, isoleusiini ja valiini). Proteiinin saanti oli tutkimuksessa keskimäärin 1.2?1.3 g kehon painokiloa kohti vuorokaudessa. Vastaavasti nopeusvoimapohjainen viiden viikon harjoittelujakso laski samalla vuorokautisella proteiinimäärällä kaikkien aminohapposummien paastopitoisuutta seerumissa, vaikka hormonaalisen tilanteen oli arvioitu olevan anabolinen testosteroni/kortisoli ?suhteen avulla mitattuna. Tulokset osoittivat, että nautittu ravinnon proteiinimäärä ei ole ollut riittävä, vaan proteiinisynteesin kiihtyminen (mm. lihasten rakentaminen) ja aminohappojen hyödyntäminen energiaksi ovat mahdollisesti johtaneet alentuneisiin elimistön aminohappopitoisuuksiin.

Amino acids are the basic components of proteins, which are essential to maintain and develop muscle, bone, cartilage, skin and blood. As a response to a physical stress amino acids are mobilised from the body's free amino acid pool, which is located in the plasma and in cellular spaces. The pool represents only 2% of the total amino acids in the body of a 70-kg individual and approximately half of it exists in skeletal muscle. Despite the small size of the pool it has an important daily task in the protein metabolism.The present study was designed firstly to compare serum amino acid responses to different exercise sessions and to a training period with and without leucine (LEU) supplementation. Secondly, muscle protein balance after a strength training session was examined. The third purpose was to create a profile of the serum amino acid concentrations for aging men and women.