Suplementación con glutamato en hombres jóvenes

El glutamato está involucrado en varios aspectos del metabolismo de la glucosa tanto en el músculo como en el hígado, sin embargo, su papel no ha sido completamente definido. Es el principal aminoácido absorbido por el músculo esquelético en reposo y en ejercicio, donde interactúa con el piruvato (derivado de la glucólisis) para producir el ciclo TCA intermedio 2-oxoglutarato y el precursor gluconeogénico alanina. El glutamato también se requiere para la producción de glutamina, otro precursor gluconeogénico, a través de reacciones intramusculares con amoníaco. Dado que el músculo esquelético es responsable del 85 % de la eliminación de glucosa en todo el cuerpo, es de particular relevancia investigar la interacción entre el glutamato, sus aminoácidos relacionados y la homeostasis de la glucosa. Sin embargo, a pesar de sus muchos vínculos con el suministro de energía, el papel del glutamato en el metabolismo de la glucosa del músculo esquelético sigue siendo poco conocido.

Pocos estudios han manipulado las concentraciones circulantes de glutamato y glucosa en humanos, y ninguno ha evaluado el efecto de esta manipulación única en el tejido del músculo esquelético. En adultos jóvenes sanos, una dosis de aproximadamente 10 g de glutamato monosódico (MSG) eleva transitoriamente las concentraciones plasmáticas (700-800%) e intramusculares (30%) de glutamato. La suplementación aguda con MSG también estimula aumentos modestos en las concentraciones plasmáticas de aspartato, alanina y glutamina (que se producen a partir del glutamato dentro del músculo y luego se liberan a la circulación). Curiosamente, la insulina se secreta en respuesta a la suplementación con MSG, un efecto que parece estar mediado por la unión del glutamato a un receptor de aminoácidos excitatorios en el páncreas. Además de su acción sobre el páncreas, existe cierta evidencia que sugiere que el glutamato puede funcionar como un mensajero secundario al mejorar la secreción de insulina estimulada por la glucosa durante los períodos de mayor disponibilidad de carbohidratos (CHO). Sin embargo, este efecto secundario del glutamato sobre la insulina es poco conocido.

La capacidad del glutamato para estimular de forma independiente la secreción de insulina brinda más apoyo para una asociación entre el glutamato y el metabolismo de la glucosa; sin embargo, solo dos estudios hasta la fecha han administrado MSG durante un desafío oral con glucosa para examinar directamente esta relación. Un estudio no observó ningún efecto del MSG en la tolerancia a la glucosa, sin embargo, el glutamato plasmático máximo se redujo drásticamente en este estudio en comparación con informes anteriores (~ 80 frente a 400-500 µM), probablemente debido a que el glutamato se retiene en el intestino como resultado de co -ingestión con CHO. En un estudio separado, los autores desarrollaron un enfoque metodológico para eludir este problema: al escalonar la administración de MSG y CHO por 30 minutos, el glutamato y la glucosa en plasma se elevaron significativa y simultáneamente. Además, la administración de MSG mejoró la tolerancia a la glucosa. En apoyo de estos hallazgos, también se han informado mejoras en la eliminación de glucosa después de una comida rica en grasas combinada con glutamato monosódico. Curiosamente, no todos los estudios han observado una mayor secreción de insulina con una mayor disponibilidad de glutamato. Esto sugiere que la capacidad de los hidratos de carbono para estimular la secreción de insulina puede superar cualquier efecto del glutamato sobre esta hormona, pero los mecanismos específicos aún deben dilucidarse por completo.

Recientemente, los investigadores han desarrollado un modelo de cultivo celular para demostrar que el glutamato estimula la captación de glucosa en miotubos L6 de rata en ausencia de insulina. Esto sugiere que el glutamato es capaz de actuar directamente sobre el músculo esquelético y respalda los hallazgos previos de una mejor tolerancia a la glucosa con la suplementación aguda de MSG a pesar de que no hubo un aumento adicional en la secreción de insulina. Además, los datos celulares demuestran que la captación de glucosa estimulada por glutamato es el resultado de una mayor translocación del transportador de glucosa 4 (GLUT4) al sarcolema, a través de la activación de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) y la proteína quinasa activada por mitógeno p38 (MAPK). Es posible que estos mecanismos respalden las mejoras mediadas por glutamato en la tolerancia a la glucosa en humanos. Sin embargo, esto, así como el destino de la glucosa al ser absorbida por la célula muscular, aún no se ha investigado.

Existe un alto grado de interacción entre el metabolismo del glutamato y la glucosa, pero no está claro si las concentraciones plasmáticas elevadas de glutamato y glucosa influyen mutuamente en la captación del músculo esquelético humano, así como en sus respectivas reacciones metabólicas intramusculares. Por lo tanto, el objetivo general de este estudio es descubrir los efectos de la suplementación aguda de MSG + CHO en las concentraciones de aminoácidos plasmáticos e intramusculares, así como los aspectos del metabolismo de la glucosa del músculo esquelético, en hombres jóvenes sanos en comparación con la ingestión de MSG y CHO solo.

Los investigadores escalonarán la administración de MSG y CHO en 30 min para lograr concentraciones circulantes máximas simultáneas de glutamato y glucosa. En estas condiciones, el objetivo es:

Primario:

1. Cuantifique y compare los cambios en el glutamato circulante y el glutamato intramuscular después de MSG + CHO versus MSG solo.
2. Evalúe los efectos agudos de MSG + CHO en el conjunto de aminoácidos libres intramusculares (específicamente aspartato, alanina y glutamina) en comparación con la administración de MSG solo.

Secundario:

1. Confirme los hallazgos de nuestro estudio anterior (7) que demostró que MSG + CHO atenúa el aumento de la glucosa plasmática (pero no afecta las concentraciones de insulina o péptido C) en comparación con CHO solo.
2. Determinar si MSG+CHO está asociado con un mayor o menor grado de señalización a través de la vía AMPK/p38 MAPK y/o insulina en el músculo esquelético en comparación con MSG y CHO solos.
3. Explore si los aspectos de la captación, el almacenamiento y/o la utilización de la glucosa del músculo esquelético se alteran durante MSG+CHO, en relación con los CHO solos.

Los investigadores plantean la hipótesis de que cuando el glutamato y la glucosa estén disponibles simultáneamente en concentraciones máximas en circulación, observarán:

Primario:

1. Concentraciones más bajas de glutamato circulante e intramuscular después de MSG + CHO versus MSG solo.
2. Concentraciones intramusculares similares de aspartato, alanina y glutamina en respuesta a MSG+CHO y MSG solo.

Secundario:

1. Un aumento moderado en la glucosa plasmática (pero sin diferencia en las concentraciones de insulina o péptido C) después de MSG + CHO en comparación con CHO solo.
2. Expresión elevada y activación de proteínas relacionadas tanto con AMPK/p38 MAPK como con la señalización de insulina después de MSG+CHO. Sin embargo, la señalización de AMPK/p38 MAPK será mayor después de MSG solo, con una activación insignificante de la vía de señalización de la insulina. Por el contrario, la señalización de insulina será mayor después de CHO solo, con una señalización insignificante a través de AMPK/p38 MAPK.

Aumento de la captación de glucosa del músculo esquelético (es decir, aumento de la translocación de GLUT4 a la membrana plasmática) y utilización (es decir, mayores tasas de glucólisis y flujo a través del ciclo TCA), en comparación con la administración de CHO solo.

Los jóvenes elegibles que hayan dado su consentimiento para participar visitarán el laboratorio en 4 ocasiones, cada una separada por un período de lavado de aproximadamente 1 semana. Después de una serie de evaluaciones iniciales para evaluar la composición corporal, el estado físico, etc. (Visita 1), los participantes completarán 3 ensayos (Visitas 2, 3 y 4) en orden aleatorio. Para cada una de las 3 pruebas, los participantes llegarán en automóvil o en transporte público al laboratorio después de un ayuno nocturno de 8 a 12 horas (sin alimentos ni bebidas excepto agua después de la medianoche de la noche anterior). Se insertará un catéter en una vena antecubital y se extraerá una muestra de sangre en ayunas (~8 ml). Luego, los participantes consumirán 150 mg/kg de masa corporal de MSG o un placebo en 5 minutos. Se extraerá sangre (~ 8 ml) en los siguientes puntos de tiempo: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 y 120 min. Inmediatamente después de la extracción de sangre de 30 minutos, los participantes consumirán una bebida de 75 g de carbohidratos (dextrosa) o un segundo placebo. Después de obtener la última muestra de sangre, se retirará el catéter. La cantidad total de sangre extraída durante cada prueba será de ~88 ml.