Muskelschwund im Alter - Kann eine ausreichende Zufuhr an essentiellen Aminosäuren den Muskelabbau bei älteren Menschen vermindern?


Der besondere Stellenwert von Leucin beim Erhalt von Muskelkraft und Muskelmasse im höheren Lebensalter


Hintergrund

Der Verlust an Muskelmasse im normalen Alterungsprozess liegt nach dem 40. Lebensjahr bei 3 % bis 8 % pro Dekade. Dieser Verlust beschleunigt sich nach dem 65. Lebensjahr. Der Verlust an Muskelkraft ist noch deutlich ausgeprägter als der Verlust an Muskelmasse. Der Kraftverlust in den oberen Extremitäten liegt bei 20 bis 40 % im Alter von 70 Jahren (Evans 1995).

Mit zunehmendem Lebensalter steigt der Anteil der Menschen die einen altersbedingten Muskelabbau bis hin zu einem Muskelschwund (Sarkopenie) entwickeln. Etwa 13 Prozent der 60- bis 70-Jährigen weist einen deutlichen Muskelabbau mit Verlust der Muskelmasse und Muskelkraft auf. Dieser Anteil steigt auf bis zu 50 Prozent in der Altersgruppe der über 80-Jährigen (Ispoglou 2016). 


Auch wenn der Begriff einer Sarkopenie nicht exakt definiert ist, so spricht sich die „European Working Group on Sarcopenia in Older People“ (EWGSOP) für folgende Kriterien aus: Nachweis einer verminderten Muskelmasse zusammen mit einer verminderten Muskelkraft oder einer erniedrigten körperlichen Leistungsfähigkeit. Als Parameter werden u.a. die Griffkraft und die Geschwindigkeit beim Gehen zugrunde gelegt. 

Die Rolle von Aminosäuren für den Muskelstoffwechsel

Aminosäuren sind potente Modulatoren des Proteinumsatzes. Muskelzellen sind hochempfindlich gegenüber Veränderungen der Aminosäureverfügbarkeit. Bei einer uneingeschränkten Verfügbarkeit von Aminosäuren erhöht die Aktivität von mTORC1 die Proteinsynthese und das Muskelwachstum. Durch Untersuchungen am Skelettmuskel wurde deutlich, dass von allen Aminosäuren Leucin der stärkste Stimulator der mTORC1- und damit der Proteinsynthese in vitro und in vivo ist. Leucin stimuliert akut die Muskel-aufbauenden Stoffwechselschritte und wirkt damit anabol.

Muskelstoffwechsel im Alter

Im höheren Lebensalter scheint sich im Muskel eine Resistenz gegenüber aufbauenden (anabolen) Stoffwechselaktivitäten zu entwickeln. Zahlreiche Studiendaten lassen darauf schließen, dass die essentielle Aminosäure Leucin diese anabole Resistenz überwinden kann.
Die verminderte regenerative Kapazität der Skelettmuskulatur im höheren Alter geht mit einem gestörten Umsatz von Proteinen einher. In einer tierexperimentellen Studie wurde untersucht, ob eine Leucin-Supplementierung bei älteren Tieren die Kapazität der Muskelregeneration verbessern kann. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Leucin-Supplementierung durch die Aufrechterhaltung bestimmter biologischer Reaktionen die Regeneration der Skelettmuskulatur verbessert (Pereira 2015).
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Studienergebnisse zur Wirkung von Leucin auf den Muskelkraft und Muskelfunktion

Bei Senioren führte eine Supplementation von täglich 10 g L-Leucin über 12 Wochen verbunden mit einem Krafttraining zu einem stärkeren Zuwachs der Beinkraft und funktionellen Leistung als ein ausschließliches Krafttraining (Trabal 2015).

Dass eine alleinige Supplementation von Leucin - ohne andere essentielle Aminosäuren - keinen wesentlichen Einfluss auf den gesunden, älteren Muskel hat, belegt eine Studie über 3 Monate an 30 Senioren (Verhoeven 2009). Die Leucin-Supplementation (7,5 g / Tag) war allerdings nicht von einem Krafttraining begleitet. Im Ergebnis zeigte sich, dass die langfristige Leucin-Supplementierung nicht die Skelettmuskelmasse oder -kraft erhöht.

Dass eine ausreichende Versorgung mit essentiellen Aminosäuren Voraussetzung für den zusätzlichen Effekt durch Leucin zu sein scheint, darauf deutet eine Untersuchung mit fast identischen Studiendesign, aber einer höheren Dosis (tgl. 15 g) an essentiellen Aminosäuren hin. Unter dieser höheren Dosis konnte ein Anstieg der fettfreien Körpermasse (Lean body mass) bei älteren Frauen (68 Jahre) dokumentiert werden (Dillon 2009).

Eine Übersichtsarbeit zur Wirkung von Leucin bei Senioren, die bereits erheblich an Muskelmasse verloren hatten, kommt zu dem Ergebnis, dass sich eine Leucin-Supplementation günstig auf die fettfreie Körpermasse (Lean body mass) auswirkt, aber nicht zu einer Kraftzunahme führt (Komar 2015).

Dass sich eine kombinierte Einnahme von essentiellen Aminosäuren, angereichert mit Leucin, positiv auf die Leistungsfähigkeit von Senioren (Alter: 65 - 75 Jahre) auswirkt, konnte in einer Untersuchung über 12 Wochen nachgewiesen werden. Im Unterschied zu vorausgehenden Studien wurde auf eine ausreichende Zufuhr an essentiellen Aminosäuren geachtet (11 - 21 g tgl. mit einem Leucin-Anteil von 20 - 40 %). Am Ende der Beobachtungszeit erhöhte sich die fettfreie Körpermasse (Lean body mass) und es verbesserten sich sowohl die Kraft als auch funktionelle Leistungsparameter (Ispoglou 2016).

Dass eine sich kombinierte Supplementation günstiger auf den Muskelabbau bei älteren Menschen auswirkt als die alleinige Gabe von Leucin, darauf deuten weitere Studienergebnisse hin. Nach 13 Wochen Supplementation von essentiellen Aminosäuren + Leucin + Vitamin D konnte in einer großen Studie an 380 Senioren mit deutlich verminderter Muskelmasse und -kraft der Nachweis erbracht werden, dass sich sowohl die Muskelmasse als auch verschiedene funktionelle Parameter (u.a. Griffkraft, Gehgeschwindigkeit, Gleichgewicht) unter der Supplementation ohne zusätzliches Training verbesserten (Bauer 2015).
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Empfohlene Aufnahme von Leucin

Wie viel Leucin benötigt der Körper?

Derzeitigen Empfehlungen zufolge sollte die minimale Aufnahme bei 55 mg pro kg Körpergewicht pro Tag liegen. Das entspricht bei einer 70 kg schweren Person etwa 3,8 g Leucin pro Tag.

Gibt es eine obere Grenze für die Leucin-Aufnahme? 

Welche Mengen werden ohne Nebenwirkungen vertragen?

Bisherige Untersuchungen deuten darauf hin, dass eine Einnahme von bis zu 1.250 mg Leucin pro kg Körpergewicht pro Tag keine gesundheitlichen Konsequenzen, außer einer kurzzeitigen Erhöhung der Plasma-Ammoniak-Konzentrationen zu haben scheint. Das entspricht bei einer 70 kg schweren Person 87,5 g Leucin pro Tag.
Ebenso wurden bisher keine unerwünschten Nebenwirkungen für den Leucin-Metaboliten β-Hydroxy-β-methylbutyrat (HMB) berichtet, systematische toxikologische Untersuchungen am Menschen fehlen allerdings bisher.

Zusammenfassung

Eine ausreichende Zufuhr an essentiellen Aminosäuren ist im höheren Lebensalter zwingend notwendig, um die Muskelmasse zu erhalten und dem altersbedingten Muskelabbau entgegenzuwirken. Die Aminosäure Leucin nimmt in dieser Hinsicht eine Sonderstellung ein. Leucin stimuliert die Proteinsynthese und das Muskelwachstum, insbesondere im fortgeschrittenen Alter. Der wichtigste Stimulus zum Erhalt der Muskelkraft ist ein regelmäßiges körperliches Training. Sollte dies aus unterschiedlichen Gründen nicht mehr möglich sein, kann durch eine kombinierte Supplementation aus essentiellen Aminosäuren mit einem erhöhten Leucin-Anteil dem Muskelabbau entgegen gewirkt werden. 
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Literatur / Quellennachweis

Bauer JM, Verlaan S, Bautmans I, et al. Effects of a vitamin D and leucine-enriched whey protein nutritional supplement on measures of sarcopenia in older adults, the PROVIDE study: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. J Am Med Dir Assoc. 2015 Sep 1;16(9):740-7. 
Dillon EL, Sheffield-Moore M, Paddon-Jones D, Gilkison C, Sanford AP, Casperson SL et al. Amino acid supplementation increases lean body mass, basal muscle protein synthesis, and insulin-like growth factor-I expression in older women. J Clin Endocrinol Metab 2009; 94: 1630–1637.
 
Evans WJ, Lexell J. Human aging, muscle mass and fiber type composition. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 1995;50 (Special Issue):11-16.
 
Ispoglou T, White H, Preston T, McElhone S, McKenna J, Hind K. Double-blind, placebo-controlled pilot trial of L-Leucine-enriched amino-acid mixtures on body composition and physical performance in men and women aged 65-75 years. Eur J Clin Nutr. 2016 Feb;70(2):182-8. 
 
Komar B, Schwingshackl L, Hoffmann G. Effects of leucine-rich protein supplements on anthropometric parameter and muscle strength in the elderly: a systematic review and meta-analysis. J Nutr Health Aging. 2015 Apr;19(4):437-46. 
 
Pereira MG, Silva MT, da Cunha FM, Moriscot AS, Aoki MS, Miyabara EH. Leucine supplementation improves regeneration of skeletal muscles from old rats. Exp Gerontol. 2015 Dec;72:269-77. 
 
Trabal J, Forga M, Leyes P, Torres F, Rubio J, Prieto E, Farran-Codina A. Effects of free leucine supplementation and resistance training on muscle strength and functional status in older adults: a randomized controlled trial. Clin Interv Aging. 2015 Apr 13;10:713-23. doi: 10.2147/CIA.S75271. eCollection 2015.
 
Verhoeven S, Vanschoonbeek K, Verdijk LB, Koopman R, Wodzig WK, Dendale P, van Loon LJ. Long-term leucine supplementation does not increase muscle mass or strength in healthy elderly men. Am J Clin Nutr. 2009 May;89(5):1468-75.


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