Glutamat-Supplementierung bei jungen Männern

Glutamat ist an mehreren Aspekten des Glukosestoffwechsels sowohl im Muskel als auch in der Leber beteiligt, seine Rolle ist jedoch noch nicht vollständig definiert. Es ist die primäre Aminosäure, die von ruhenden und trainierten Skelettmuskeln aufgenommen wird, wo sie mit Pyruvat (abgeleitet aus der Glykolyse) interagiert, um das TCA-Zyklus-Zwischenprodukt 2-Oxoglutarat und den glukoneogenen Vorläufer Alanin zu produzieren. Glutamat wird auch für die Produktion von Glutamin, einem anderen glukoneogenen Vorläufer, durch intramuskuläre Reaktionen mit Ammoniak benötigt. Angesichts der Tatsache, dass die Skelettmuskulatur für 85 % der Glukoseentsorgung im ganzen Körper verantwortlich ist, ist die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen Glutamat, seinen verwandten Aminosäuren und der Glukosehomöostase von besonderer Relevanz. Trotz seiner vielen Verbindungen zur Energiebereitstellung ist die Rolle von Glutamat im Glukosestoffwechsel der Skelettmuskulatur jedoch noch wenig verstanden.

Nur wenige Studien haben die zirkulierenden Konzentrationen von sowohl Glutamat als auch Glukose beim Menschen manipuliert, und keine hat die Wirkung dieser einzigartigen Manipulation im Skelettmuskelgewebe untersucht. Bei gesunden jungen Erwachsenen erhöht eine Dosis von etwa 10 g Mononatriumglutamat (MSG) vorübergehend die Plasma- (700-800 %) und intramuskulären (30 %) Glutamatkonzentrationen. Eine akute MSG-Supplementierung stimuliert auch einen leichten Anstieg der Plasmakonzentrationen von Aspartat, Alanin und Glutamin (die aus Glutamat im Muskel produziert und anschließend in den Kreislauf freigesetzt werden). Interessanterweise wird Insulin als Reaktion auf eine MSG-Supplementierung ausgeschüttet, eine Wirkung, die anscheinend durch die Bindung von Glutamat an einen exzitatorischen Aminosäurerezeptor auf der Bauchspeicheldrüse vermittelt wird. Zusätzlich zu seiner Wirkung auf die Bauchspeicheldrüse gibt es Hinweise darauf, dass Glutamat als sekundärer Botenstoff fungieren kann, indem es die durch Glukose stimulierte Insulinsekretion in Zeiten erhöhter Verfügbarkeit von Kohlenhydraten (CHO) verstärkt. Diese sekundäre Wirkung von Glutamat auf Insulin ist jedoch kaum bekannt.

Die Fähigkeit von Glutamat, die Insulinsekretion unabhängig zu stimulieren, liefert weitere Unterstützung für einen Zusammenhang zwischen Glutamat- und Glukosestoffwechsel, aber bisher haben nur zwei Studien MSG während einer oralen Glukosebelastung verabreicht, um diese Beziehung direkt zu untersuchen. Eine Studie beobachtete keine Wirkung von MSG auf die Glukosetoleranz, jedoch war der Peak von Glutamat im Plasma in dieser Studie im Vergleich zu früheren Berichten dramatisch abgeschwächt (~ 80 vs. 400-500 µM), wahrscheinlich aufgrund von Glutamat, das als Folge von Co. im Darm zurückgehalten wird -Einnahme mit CHO. In einer separaten Studie entwickelten die Autoren einen methodischen Ansatz zur Umgehung dieses Problems: Durch die Staffelung der Verabreichung von MSG und CHO um 30 Minuten wurden sowohl Plasmaglutamat als auch Glukose signifikant und gleichzeitig erhöht. Darüber hinaus verbesserte die Verabreichung von MSG die Glukosetoleranz. Zur Unterstützung dieser Ergebnisse wurde auch über Verbesserungen der Glukoseclearance nach einer fettreichen Mahlzeit in Kombination mit MSG berichtet. Interessanterweise haben nicht alle Studien eine verstärkte Insulinsekretion bei höherer Glutamatverfügbarkeit beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeit von Kohlenhydraten, die Insulinsekretion zu stimulieren, jede Wirkung von Glutamat auf dieses Hormon überwältigen könnte, aber die spezifischen Mechanismen müssen noch vollständig aufgeklärt werden.

Kürzlich haben Forscher ein Zellkulturmodell entwickelt, um zu zeigen, dass Glutamat die Glukoseaufnahme in Ratten-L6-Myotuben in Abwesenheit von Insulin stimuliert. Dies deutet darauf hin, dass Glutamat in der Lage ist, direkt auf die Skelettmuskulatur einzuwirken, und unterstützt frühere Ergebnisse einer verbesserten Glukosetoleranz bei akuter MSG-Supplementierung, obwohl die Insulinsekretion nicht weiter ansteigt. Darüber hinaus zeigen Zelldaten, dass die Glutamat-stimulierte Glukoseaufnahme aus einer erhöhten Translokation des Glukosetransporters 4 (GLUT4) zum Sarkolemm über die Aktivierung der AMP-aktivierten Proteinkinase (AMPK) und der p38-Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK) resultiert. Es ist möglich, dass diese Mechanismen Glutamat-vermittelte Verbesserungen der Glukosetoleranz beim Menschen untermauern. Dies muss jedoch – ebenso wie das Schicksal der Glukose bei der Aufnahme durch die Muskelzelle – noch untersucht werden.

Zwischen dem Glutamat- und dem Glukosestoffwechsel besteht ein hohes Maß an Wechselwirkungen, aber es bleibt unklar, ob erhöhte Plasmakonzentrationen von Glutamat und Glukose die Aufnahme in die menschliche Skelettmuskulatur sowie ihre anschließenden jeweiligen intramuskulären Stoffwechselreaktionen gegenseitig beeinflussen. Daher ist das übergeordnete Ziel dieser Studie, die Auswirkungen einer akuten MSG+CHO-Supplementierung auf Plasma- und intramuskuläre Aminosäurekonzentrationen sowie Aspekte des Glukosestoffwechsels in der Skelettmuskulatur bei gesunden jungen Männern im Vergleich zur Einnahme von MSG und CHO aufzudecken allein.

Die Forscher werden die Verabreichung von MSG und CHO um 30 Minuten verschieben, um gleichzeitig Spitzenkonzentrationen von Glutamat und Glukose im Kreislauf zu erreichen. Unter diesen Bedingungen ist das Ziel:

Primär:

1. Quantifizieren und vergleichen Sie die Veränderungen im zirkulierenden Glutamat und im intramuskulären Glutamat nach MSG+CHO im Vergleich zu MSG allein.
2. Bewerten Sie die akuten Wirkungen von MSG+CHO auf den intramuskulären Pool freier Aminosäuren (insbesondere Aspartat, Alanin und Glutamin) im Vergleich zur alleinigen Verabreichung von MSG.

Sekundär:

1. Bestätigen Sie die Ergebnisse unserer früheren Studie (7), die zeigte, dass MSG+CHO im Vergleich zu CHO allein den Anstieg der Plasmaglukose dämpft (aber die Insulin- oder C-Peptid-Konzentrationen nicht beeinflusst).
2. Bestimmen Sie, ob MSG+CHO im Vergleich zu MSG und CHO allein mit einem größeren oder geringeren Grad an Signalisierung durch den AMPK/p38-MAPK- und/oder Insulinweg im Skelettmuskel assoziiert ist.
3. Untersuchen Sie, ob Aspekte der Glukoseaufnahme, -speicherung und/oder -verwendung in der Skelettmuskulatur während MSG+CHO im Vergleich zu CHO allein verändert sind.

Die Forscher gehen davon aus, dass sie Folgendes beobachten werden, wenn Glutamat und Glukose gleichzeitig in Spitzenkonzentrationen im Kreislauf verfügbar sind:

Primär:

1. Niedrigere zirkulierende und intramuskuläre Glutamatkonzentrationen nach MSG+CHO im Vergleich zu MSG allein.
2. Ähnliche intramuskuläre Konzentrationen von Aspartat, Alanin und Glutamin als Reaktion auf MSG+CHO und MSG allein.

Sekundär:

1. Ein abgeschwächter Anstieg der Plasmaglukose (aber kein Unterschied in den Insulin- oder C-Peptid-Konzentrationen) nach MSG+CHO im Vergleich zu CHO allein.
2. Erhöhte Expression und Aktivierung von Proteinen, die sowohl mit AMPK/p38 MAPK als auch mit Insulinsignalen nach MSG+CHO zusammenhängen. Die AMPK/p38-MAPK-Signalgebung wird jedoch nach MSG allein am größten sein, mit vernachlässigbarer Aktivierung des Insulin-Signalwegs. Umgekehrt ist die Insulinsignalisierung nach CHO allein am größten, mit vernachlässigbarer Signalisierung durch AMPK/p38 MAPK.

Erhöhte Glukoseaufnahme in die Skelettmuskulatur (d. h. erhöhte GLUT4-Translokation zur Plasmamembran) und Nutzung (d. h. erhöhte Glykolyseraten und Fluss durch den TCA-Zyklus), verglichen mit der Verabreichung von CHO allein.

Berechtigte junge Männer, die der Teilnahme zugestimmt haben, besuchen das Labor viermal, jeweils getrennt durch eine Auswaschphase von etwa einer Woche. Nach einer Reihe von Basisuntersuchungen zur Bewertung der Körperzusammensetzung, Fitness usw. (Besuch 1) absolvieren die Teilnehmer 3 Studien (Besuche 2, 3 und 4) in zufälliger Reihenfolge. Für jede der 3 Studien kommen die Teilnehmer mit dem Auto oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln nach einer 8- bis 12-stündigen Fastennacht (keine Nahrung oder Getränke außer Wasser nach Mitternacht in der Nacht zuvor) im Labor an. Ein Katheter wird in eine antekubitale Vene eingeführt und eine nüchterne Blutprobe wird entnommen (~8 ml). Die Teilnehmer nehmen dann innerhalb von 5 Minuten entweder 150 mg/kg Körpermasse MSG oder ein Placebo zu sich. Blut (~8 ml) wird zu folgenden Zeitpunkten entnommen: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 und 120 min. Unmittelbar nach der 30-minütigen Blutabnahme nehmen die Teilnehmer ein 75-g-Kohlenhydratgetränk (Dextrose) oder ein zweites Placebo zu sich. Nachdem die letzte Blutprobe entnommen wurde, wird der Katheter entfernt. Die Gesamtmenge an Blut, die während jedes Versuchs entnommen wird, beträgt ~88 ml.