Glutamattilskudd hos unge menn

Glutamat er involvert i flere aspekter av glukosemetabolismen i både muskler og lever, men dens rolle er ikke fullstendig definert. Det er den primære aminosyren som tas opp av hvile og trening av skjelettmuskulatur, der den interagerer med pyruvat (avledet fra glykolyse) for å produsere TCA-syklus-mellomproduktet 2-oksoglutarat og den glukoneogene forløperen alanin. Glutamat er også nødvendig for produksjon av glutamin, en annen glukoneogen forløper, via intramuskulære reaksjoner med ammoniakk. Gitt at skjelettmuskulaturen er ansvarlig for 85 % av hele kroppens glukoseavfall, er det spesielt relevant å undersøke samspillet mellom glutamat, dets relaterte aminosyrer og glukosehomeostase. Til tross for dets mange koblinger til energiforsyning, er rollen til glutamat i skjelettmuskulaturens glukosemetabolisme fortsatt dårlig forstått.

Få studier har manipulert sirkulerende konsentrasjoner av både glutamat og glukose hos mennesker, og ingen har evaluert effekten av denne unike manipulasjonen i skjelettmuskelvev. Hos friske unge voksne øker en dose på omtrent 10 g mononatriumglutamat (MSG) forbigående plasma (700-800 %) og intramuskulære (30 %) glutamatkonsentrasjoner. Akutt MSG-tilskudd stimulerer også beskjedne økninger i plasmakonsentrasjoner av aspartat, alanin og glutamin (som produseres fra glutamat i muskelen og deretter slippes ut i sirkulasjonen). Interessant nok skilles insulin ut som respons på MSG-tilskudd, en effekt som ser ut til å være mediert av glutamatbinding til en eksitatorisk aminosyrereseptor på bukspyttkjertelen. I tillegg til dets virkning på bukspyttkjertelen, er det noen bevis som tyder på at glutamat kan fungere som en sekundær budbringer ved å øke glukosestimulert insulinsekresjon i perioder med økt karbohydrattilgjengelighet (CHO). Imidlertid er denne sekundære effekten av glutamat på insulin dårlig forstått.

Glutamats evne til uavhengig å stimulere insulinsekresjon gir ytterligere støtte for en assosiasjon mellom glutamat og glukosemetabolisme, men bare to studier til dags dato har administrert MSG under en oral glukoseutfordring for å direkte undersøke dette forholdet. En studie observerte ingen effekt av MSG på glukosetoleranse, men maksimal plasmaglutamat ble dramatisk sløvet i denne studien sammenlignet med tidligere rapporter (~ 80 vs. 400-500 µM), sannsynligvis på grunn av at glutamat ble holdt tilbake i tarmen som et resultat av co -inntak med CHO. I en egen studie utviklet forfatterne en metodisk tilnærming for å omgå dette problemet: ved å forskyve administreringen av MSG og CHO med 30 minutter, ble plasmaglutamat og glukose både signifikant og samtidig forhøyet. Videre forbedret MSG-administrasjon glukosetoleransen. Til støtte for disse funnene er det også rapportert om forbedringer i glukoseclearance etter et fettrikt måltid kombinert med MSG. Interessant nok har ikke alle studier observert økt insulinsekresjon med høyere glutamattilgjengelighet. Dette antyder at evnen til karbohydrater til å stimulere insulinsekresjon kan overvinne enhver effekt av glutamat på dette hormonet, men de spesifikke mekanismene gjenstår å bli fullstendig belyst.

Nylig har etterforskere utviklet en cellekulturmodell for å vise at glutamat stimulerer glukoseopptak i rotte L6 myotuber i fravær av insulin. Dette tyder på at glutamat er i stand til å virke direkte på skjelettmuskulaturen, og støtter tidligere funn av forbedret glukosetoleranse med akutt MSG-tilskudd til tross for ingen ytterligere økning i insulinsekresjon. I tillegg viser celledata at glutamatstimulert glukoseopptak er et resultat av økt glukosetransportør 4 (GLUT4) translokasjon til sarcolemma, via aktivering av AMP-aktivert proteinkinase (AMPK) og p38 mitogenaktivert proteinkinase (MAPK). Det er mulig at disse mekanismene underbygger glutamatmedierte forbedringer i glukosetoleranse hos mennesker. Imidlertid er dette - så vel som skjebnen til glukose når det blir tatt opp av muskelcellen - ennå ikke undersøkt.

Det er en høy grad av samspill mellom glutamat og glukosemetabolisme, men det er fortsatt uklart om forhøyede plasmakonsentrasjoner av glutamat og glukose påvirker hverandres opptak i menneskelig skjelettmuskulatur, så vel som deres påfølgende intramuskulære metabolske reaksjoner. Derfor er det overordnede målet med denne studien å avdekke effekten av akutt MSG+CHO-tilskudd på plasma og intramuskulære aminosyrekonsentrasjoner, samt aspekter av glukosemetabolisme i skjelettmuskulaturen, hos friske unge menn sammenlignet med inntak av MSG og CHO alene.

Etterforskerne vil forskyve administreringen av MSG og CHO med 30 minutter for å oppnå samtidige topp sirkulerende konsentrasjoner av glutamat og glukose. Under disse forholdene er målet å:

Hoved:

1. Kvantifiser og sammenlign endringer i sirkulerende glutamat og intramuskulært glutamat etter MSG+CHO versus MSG alene.
2. Evaluer de akutte effektene av MSG+CHO på den intramuskulære frie aminosyrepoolen (spesifikt aspartat, alanin og glutamin) sammenlignet med MSG-administrering alene.

Sekundær:

1. Bekreft funnene fra vår tidligere studie (7) som viste at MSG+CHO demper økningen i plasmaglukose (men påvirker ikke insulin- eller C-peptidkonsentrasjoner) sammenlignet med CHO alene.
2. Bestem om MSG+CHO er assosiert med en større eller mindre grad av signalering gjennom AMPK/p38 MAPK og/eller insulinbanen i skjelettmuskulaturen sammenlignet med MSG og CHO alene.
3. Utforsk om aspekter ved skjelettmuskelglukoseopptak, lagring og/eller utnyttelse endres under MSG+CHO, i forhold til CHO alene.

Etterforskerne antar at når glutamat og glukose samtidig er tilgjengelige i toppkonsentrasjoner i sirkulasjonen, vil de observere:

Hoved:

1. Lavere sirkulerende og intramuskulære glutamatkonsentrasjoner etter MSG+CHO versus MSG alene.
2. Lignende intramuskulære konsentrasjoner av aspartat, alanin og glutamin som respons på MSG+CHO og MSG alene.

Sekundær:

1. En stump økning i plasmaglukose (men ingen forskjell i insulin- eller C-peptidkonsentrasjoner) etter MSG+CHO sammenlignet med CHO alene.
2. Forhøyet uttrykk og aktivering av proteiner relatert til både AMPK/p38 MAPK og insulinsignalering etter MSG+CHO. AMPK/p38 MAPK-signalering vil imidlertid være størst etter MSG alene, med ubetydelig aktivering av insulinsignalveien. Motsatt vil insulinsignalering være størst etter CHO alene, med ubetydelig signalering gjennom AMPK/p38 MAPK.

Økt glukoseopptak i skjelettmuskulaturen (dvs. økt GLUT4-translokasjon til plasmamembranen) og utnyttelse (dvs. økte hastigheter av glykolyse og fluks gjennom TCA-syklusen), sammenlignet med administrering av CHO alene.

Kvalifiserte unge menn som har samtykket til å delta vil besøke laboratoriet ved 4 anledninger hver atskilt med en utvaskingsperiode på omtrent 1 uke. Etter en serie baseline-vurderinger for å evaluere kroppssammensetning, kondisjon osv. (Besøk 1), vil deltakerne fullføre 3 forsøk (besøk 2, 3 og 4) i en randomisert rekkefølge. For hver av de 3 forsøkene vil deltakerne ankomme med bil eller via offentlig transport til laboratoriet etter en 8-12 timers faste over natten (ingen mat eller drikke bortsett fra vann etter midnatt natten før). Et kateter vil bli satt inn i en antecubital vene og en fastende blodprøve vil bli tatt (~8 ml). Deltakerne vil deretter innta enten 150 mg/kg kroppsmasse MSG eller placebo innen 5 minutter. Blod (~8 ml) vil bli tatt på følgende tidspunkter: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 og 120 min. Umiddelbart etter 30 minutters blodprøvetaking, vil deltakerne innta en 75 g karbohydratdrikk (dekstrose) eller en andre placebo. Etter at den siste blodprøven er tatt, fjernes kateteret. Den totale mengden blod som tas under hver prøve vil være ~88 ml.