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Los efectos sinérgicos de la provisión de aminoácidos y el ejercicio de resistencia sobre las tasas de síntesis de proteínas del músculo esquelético (MPS) están ahora bien descritos (para revisiones ver: ). El consumo de aminoácidos en la dieta después del ejercicio de resistencia estimula un aumento de la MPS y es necesario para cambiar el balance neto de proteínas (definido como MPS menos la degradación de proteínas musculares (MPB)) de negativo (pérdida neta de proteínas) a positivo (ganancia neta de proteínas) . En individuos sanos, los cambios inducidos por la alimentación en la MPS son ~3-5 veces mayores en el transcurso de cualquier día que los cambios medibles en la MPB, lo que demuestra que la MPS es altamente sensible, regulada y representa el principal motor de los cambios en el balance proteico neto del músculo. Como tal, se deduce que para que las elevaciones crónicas en el balance neto de proteínas musculares resulten en ganancias de masa muscular, los cambios en la MPS son altamente relevantes. No sostenemos que el MPB sea un proceso biológico trivial; el MPB ayuda a mantener los niveles de aminoácidos intracelulares, y probablemente desempeña un papel en el mantenimiento de la calidad de las proteínas musculares al eliminar las proteínas dañadas y permitir que sus aminoácidos constituyentes se utilicen para la síntesis de nuevas proteínas musculares funcionales. En consecuencia, proponemos que las intervenciones nutricionales que mejoran el MPS pueden ser de gran interés científico y clínico como estrategia para promover el equilibrio proteico muscular positivo y la eventual acumulación de proteínas musculares. Además, estas intervenciones pueden ser de interés para los atletas preocupados por mejorar la respuesta adaptativa del músculo esquelético al entrenamiento crónico. Las investigaciones actuales han demostrado que factores como la dosis de proteína dietética/aminoácidos esenciales (EAA) ingeridos, la fuente de alimentación de proteína (es decir, suero de leche, soja, caseína micelar) y el momento de la ingesta de proteína/EAA influyen en la magnitud (y posiblemente en la duración) del MPS en respuesta a la alimentación y al ejercicio de resistencia. Otras investigaciones se han centrado en la capacidad de mejorar la MPS proporcionando mayores cantidades de leucina o arginina dentro de una solución que contenga aminoácidos. Por último, la influencia del consumo de macronutrientes mixtos en el metabolismo de las proteínas musculares también ha recibido cierta atención. El propósito de esta revisión es discutir la regulación nutricional del MPS humano y proporcionar una actualización sobre las estrategias nutricionales que pueden servir para maximizar el MPS con la alimentación y el ejercicio de resistencia.

Redefiniendo la ‘ventana de potencial anabólico’ después del ejercicio de resistencia

Aunque el aumento mediado por aminoácidos en el MPS es transitorio, durando sólo unas pocas horas como máximo, la actividad contráctil asociada con el ejercicio de resistencia intenso resulta en el aumento de las tasas de MPS que se mantienen durante ~ 48 h en el estado de ayuno en los participantes jóvenes . Ahora es inequívoco que el suministro de aminoácidos inmediatamente después del ejercicio es una estrategia eficaz basada en la nutrición para aumentar la MPS por encima de las tasas observadas sólo con el ejercicio . La importancia de la ingesta temprana de proteínas después del ejercicio está relacionada con el hecho de que los aumentos de las tasas de MPS mediadas por el ejercicio son mayores inmediatamente después del mismo (~100 – 150% por encima de las tasas basales), y por lo tanto los efectos sinérgicos del ejercicio y la alimentación en la MPS son probablemente mayores durante este período de tiempo. Sin embargo, dado que el ejercicio de resistencia aumenta la MPS durante unas 48 horas, el consumo de aminoácidos en la dieta entre las 24 y las 48 horas posteriores a la recuperación del ejercicio también tendría los mismos efectos sinérgicos sobre la MPS que los observados cuando se suministran aminoácidos inmediatamente después del ejercicio de resistencia. Como se muestra en la Figura 1, la mejora sinérgica de las elevaciones preexistentes inducidas por el ejercicio de resistencia en la MPS por el suministro de proteínas es mayor inmediatamente después del ejercicio y disminuye con el tiempo, pero todavía puede estar presente hasta 48 horas más tarde. Recientemente hemos demostrado que la administración de 15 g de proteína de suero de leche, una dosis de proteína que no es óptima para maximizar la MPS, ~24 horas después del ejercicio de resistencia agudo da lugar a una mayor estimulación de la síntesis proteica miofibrilar (proteínas contráctiles del músculo esquelético) que la misma dosis suministrada en reposo (Figura 2). Sin embargo, el efecto de la mayor sensibilidad a la ingestión de proteínas inducida por el ejercicio de resistencia previo realizado 24 h antes fue independiente de la cantidad de peso levantado. En concreto, el ejercicio de resistencia se realizó con una carga relativamente alta (90FAIL) o baja (30FAIL), pero ambos regímenes se realizaron hasta la fatiga voluntaria. Por lo tanto, independientemente de la carga del ejercicio, el resultado final fue un aumento similar del reclutamiento de fibras musculares. La investigación futura debe examinar si hay diferencias relacionadas con la edad en la capacidad del ejercicio de resistencia para transmitir una mayor sensibilidad de MPS a la ingesta de proteínas cuando se consume ~ 24 h después del ejercicio, y si este efecto está influenciado por el tipo de proteína consumida ya que estos resultados serían relevantes para aumentar nuestra comprensión de los factores implicados en la pérdida muscular relacionada con la edad.

La provisión de nutrientes durante la noche también puede representar una estrategia nutricional efectiva para estimular la MPS, y así aumentar la «ventana de oportunidad anabólica» promoviendo un mayor balance proteico neto del músculo en el transcurso de 24 h. Investigaciones anteriores han demostrado que las tasas de MPS durante la noche son bastante bajas, sin embargo, tanto el suministro de proteínas intragástricas durante el sueño, como la ingesta de proteínas por vía oral después del ejercicio de resistencia inmediatamente antes de acostarse son seguidos por la digestión normal de proteínas y la cinética de absorción y una estimulación nocturna de MPS. Por lo tanto, sostenemos que el suministro de proteína/EAA adecuadamente planificado, no sólo inmediatamente después, sino hasta ~24 h después del ejercicio debe ser cuidadosamente considerado como una estrategia dietética para estimular al máximo las tasas de MPS inducidas por el ejercicio.

Mecanismos que sustentan el aumento de la sensibilidad del músculo esquelético después del ejercicio

Los aminoácidos dietéticos y la insulina son los principales efectores regulados por nutrientes de la MPS y la MPB y trabajos recientes han arrojado luz sobre las vías moleculares implicadas en la regulación del aumento de la MPS inducido por los aminoácidos y la contracción. Una revisión exhaustiva de la regulación molecular de la MPS en respuesta a la nutrición y el ejercicio va más allá del alcance de este artículo, pero puede encontrarse en otra parte. La proteína quinasa mTORC1 sirve como punto crítico de integración de una amplia gama de señales que promueven la MPS, incluyendo los aminoácidos de la dieta y la contracción muscular . Específicamente, mTORC1 regula el MPS mediante la fosforilación de efectores proteicos descendentes como p70S6k y 4E-BP1 que están involucrados en la iniciación de la traducción del MPS. Además, el bloqueo de la actividad de mTOR con el fármaco rapamicina bloquea tanto la contracción , como el aumento mediado por EAA en el MPS humano, demostrando la esencialidad de esta quinasa en la regulación del MPS. Hasta la fecha, varios estudios han demostrado que el suministro de aminoácidos después del ejercicio de resistencia y el subsiguiente aumento de la MPS se asocian con una mayor fosforilación de los componentes de la cascada de señalización mTOR por encima de los niveles que se observan tras el ejercicio sin nutrientes . Sin embargo, se ha informado previamente de la disociación entre las medidas directas de las tasas de MPS y el grado de fosforilación de las moléculas de señalización anabólica muscular. Además, no se entiende exactamente cómo los aminoácidos son capaces de activar mTORC1 para aumentar MPS, aunque MAP4K3 , la proteína de clasificación vacuolar 34 (Vps34) , y Rag GTPasas son proteínas de señalización que son candidatos aminoácidos ‘sensores’ capaces de responder a los cambios en la concentración de aminoácidos con la consiguiente activación de mTORC1. Además, se ha informado de que la expresión de ARNm de determinados transportadores de aminoácidos del músculo esquelético, como LAT1 (SLC7A5), SNAT2 (SLC38A2), CD98 (SLC3A2) y PAT1 (SLC36A1), aumenta tras la ingestión de EAA y el ejercicio de resistencia en el músculo esquelético humano. Estos transportadores pueden desempeñar un papel importante en la regulación del metabolismo de las proteínas musculares humanas, debido a su capacidad para transportar aminoácidos a través de la membrana celular y transmitir señales a los objetivos posteriores que se cree que regulan el MPS. También se ha observado un aumento de los niveles de proteína de algunos de estos transportadores de aminoácidos tras la ingesta de EAA y el ejercicio de resistencia , sin embargo, actualmente no está claro si los aumentos en la expresión del ARNm y la proteína de estos transportadores se asocian con una mayor capacidad de transporte de aminoácidos. Claramente, se necesita más investigación para definir el significado funcional y fisiológico de estos transportadores en la regulación de la MPS mediada por la nutrición y el ejercicio.

Optimización de la MPS: el papel de la fuente de proteínas

La ingestión de proteínas dietéticas, incluyendo suero de leche, albúmina de huevo, soja, caseína y carne de vacuno, son capaces de estimular la MPS. Sin embargo, las proteínas alimentarias de diferentes fuentes difieren en su capacidad para estimular la MPS tanto en reposo como después del ejercicio de resistencia . Por ejemplo, el trabajo de nuestro laboratorio ha demostrado que la proteína de suero y la leche bovina promueven un mayor aumento de la MPS después del ejercicio de resistencia agudo que el consumo de una cantidad equivalente de proteína de soja de origen vegetal, a pesar de que estas fuentes de proteínas tienen puntuaciones de aminoácidos corregidas por la digestibilidad de las proteínas (PDCAAS) por encima de 1,0. Las limitaciones del sistema de puntuación PDCAAS y el truncamiento artificial en 1,0, cuando algunas proteínas tienen una PDCAAS de > 1,0, se ha discutido en nuestra revisión anterior . Los mecanismos responsables de estas diferencias no están del todo claros, pero pueden estar relacionados con diferencias importantes en el perfil de aminoácidos y/o la disponibilidad de aminoácidos debido a las diferencias en la cinética de digestión/absorción de las proteínas. La proteína del suero es soluble en ácido y se asocia con un aumento muy rápido, grande pero transitorio de la disponibilidad de aminoácidos postprandiales , mientras que la caseína se coagula y precipita cuando se expone al ácido del estómago y la cuajada láctea resultante se libera lentamente del estómago, lo que da lugar a un aumento mucho más moderado pero sostenido de los aminoácidos del plasma . Nuestro laboratorio ha comparado recientemente los efectos del aislado de proteína de suero con la caseína micelar en las tasas de MPS en hombres de edad avanzada . En consonancia con nuestros hallazgos anteriores en sujetos jóvenes, informamos de mayores aumentos en la concentración de leucina en sangre y aumentos en la MPS en reposo y después del ejercicio tras la ingestión de 20 g de aislado de proteína de suero que la ingestión de caseína micelar. Estos datos corroboran nuestro trabajo anterior que muestra que una tasa rápida de aparición de aminoácidos en la sangre después de la alimentación mejora la MPS y la señalización celular anabólica después del ejercicio de resistencia más que una tasa lenta de aparición de aminoácidos , apoyando la noción de que la tasa de digestión y absorción de proteínas representa un factor importante en la regulación nutricional de la MPS en los seres humanos . Nuestros datos sobre la MPS no son similares, en algunos aspectos, a los resultados obtenidos de los estudios sobre el recambio proteico de todo el cuerpo, probablemente porque el músculo esquelético representa sólo el ~30% de la síntesis proteica de todo el cuerpo y se recambia a un ritmo significativamente menor (~20 veces) que las proteínas esplácnicas y plasmáticas. Curiosamente, investigaciones recientes sugieren que la forma de la comida (es decir, líquida o sólida) puede ser un factor importante que regula la disponibilidad de aminoácidos en el plasma postprandial. Por ejemplo, Conley y sus colegas demostraron que los aumentos de aminoácidos en plasma eran más sostenidos tras la administración de bebidas en comparación con el mismo suplemento (es decir, la energía y los macronutrientes coincidentes) proporcionado en forma de alimento sólido. Estos hallazgos son interesantes a la luz del hecho de que el aumento postprandial de EAA y/o leucina en plasma parece ser un regulador clave del aumento postprandial de MPS, pero se necesita más investigación para determinar la relevancia fisiológica de la forma de los alimentos en lo que respecta a la regulación de MPS.

La leucina como señal nutritiva en el músculo esquelético

De los aminoácidos, los EAA son los principales responsables de la estimulación de la MPS , mientras que los aminoácidos no esenciales parecen ser ineficaces en este sentido . El aminoácido de cadena ramificada (BCAA) leucina parece único entre los EAA como un regulador clave de la iniciación de la traducción de MPS . Por ejemplo, la leucina, pero no la isoleucina o la valina, puede estimular un aumento de la MPS a través de la activación de la vía mTOR-p70S6k en animales. El trabajo en cultivo celular utilizando células C2C12 ha demostrado que la leucina es el más potente entre los EAA en su capacidad para aumentar el estado de fosforilación de p70S6k, y el único EAA capaz de aumentar el estado de fosforilación de mTOR y 4E-BP1 . Teniendo en cuenta estos datos, las investigaciones recientes se han centrado en la utilización de la leucina como parte de una intervención nutricional para modular el MPS y/o la masa muscular en humanos. Tipton y sus colegas examinaron el efecto de la leucina libre (3,4 g) añadida a la proteína de suero de leche (16,6 g) sobre los índices de MPS después de un ejercicio de resistencia agudo e informaron de que no había aumentado la MPS con la adición de leucina libre en comparación con lo informado anteriormente para 20 g de proteína de suero de leche. Sin embargo, estos datos no son sorprendentes a la luz de los trabajos de nuestro grupo y de otros en los que se examinó la relación dosis-respuesta entre la ingestión de proteínas/EAA y el MPS. Moore y sus colegas informaron de que la MPS se estimulaba al máximo en hombres jóvenes con 20 g de proteína de alta calidad después del ejercicio de resistencia, y que 40 g de proteína no daban lugar a un aumento de la MPS por encima de lo observado con 20 g, sino simplemente a niveles elevados de oxidación de aminoácidos. Por lo tanto, la ingestión de leucina en cantidades superiores a las encontradas en una dosis saturante (20-25 g de proteína de suero que contiene 2,5-3.0 g de leucina) de proteína de alta calidad, es poco probable que estimule un aumento de la magnitud o la duración del MPS. Sin embargo, estos datos se toman de hombres jóvenes y sanos que pesan ~86 kg y la dosis máxima efectiva de proteínas puede ser muy diferente en, por ejemplo, una gimnasta de ~50 kg o un culturista de 120 kg. Los ancianos también representan una población que puede requerir mayores cantidades de proteína dietética y/o leucina para montar un aumento robusto de MPS en respuesta a la alimentación . Se necesitan investigaciones futuras para definir la cantidad de leucina necesaria para estimular la MPS tanto en adultos jóvenes como en ancianos y para establecer claramente el papel de otros EAA en la regulación de la MPS con la alimentación y el ejercicio de resistencia.

Nutrición después del ejercicio para los ancianos

Definir las intervenciones nutricionales que estimulan al máximo las tasas de MPS son de interés en el desarrollo de estrategias terapéuticas diseñadas para combatir la pérdida muscular relacionada con la edad (sarcopenia). La causa de la sarcopenia es probablemente multifactorial, sin embargo algunas evidencias sugieren que los ancianos son «resistentes» a los efectos anabólicos de los aminoácidos y del ejercicio de resistencia, y a los efectos antiproteolíticos de la insulina. Por ejemplo, Kumar y sus colegas informaron de un embotamiento relacionado con la edad de la respuesta de la MPS en el estado posterior a la absorción después de un ejercicio de resistencia agudo realizado en una gama de intensidades (20-90% 1RM) cuando se mide durante 1-2 horas después de la recuperación del ejercicio. Sin embargo, dado que los individuos de vida libre suelen comer después del ejercicio de resistencia, sólo se puede especular si la misma respuesta de MPS atenuada entre los jóvenes y los ancianos se habría observado en el estado alimentado.

A pesar de la disminución de la respuesta a la provisión de aminoácidos y el ejercicio en los ancianos, parece que los efectos aditivos de la alimentación y el ejercicio de resistencia en las tasas de MPS se conservan en esta población, con varios estudios que muestran que la alimentación y el ejercicio combinados resultan en mayores aumentos de MPS que la alimentación sola . Nuestro laboratorio ha examinado recientemente la relación dosis-respuesta entre la ingesta de proteína de suero de leche y la síntesis de proteína miofibrilar tanto en condiciones de reposo como de ejercicio de resistencia en personas mayores . A diferencia de los participantes jóvenes en los que la MPS se estimula al máximo después del ejercicio de resistencia con ~20 g de proteína, 40 g de proteína aumentaron las tasas de MPS en los ancianos más que 20 g cuando se consumieron después del ejercicio de resistencia , lo que sugiere que los ancianos pueden beneficiarse de una mayor cantidad de aminoácidos y / o leucina después del ejercicio de resistencia para maximizar la síntesis de proteínas miofibrilares. En apoyo de la respuesta de los ancianos a mayores cantidades de leucina, Katsanos y sus colegas (2006) informaron de que una mezcla de 6,7 g de AEE que contenía un 26% de leucina no pudo promover un aumento de la MPS por encima de los niveles basales en los ancianos; sin embargo, cuando el contenido de leucina de la misma mezcla de AEE se aumentó al 41%, la MPS se estimuló por encima de los niveles basales en la misma medida que la observada en los sujetos jóvenes . Estos resultados sugieren que la composición de aminoácidos, y no simplemente el total de EAA, es de importancia clave para determinar la respuesta postprandial de la MPS en el músculo de los ancianos. Sin embargo, la eficacia de la suplementación de leucina libre con la alimentación de las comidas como estrategia para aumentar la masa muscular en los ancianos no está actualmente respaldada. Verhoeven y sus colegas (2009) examinaron la eficacia de la suplementación de leucina a largo plazo sobre la masa muscular esquelética en sujetos de edad avanzada e informaron de que la leucina suplementaria (7,5 g por día con las comidas) durante un período de 12 semanas no aumentó la masa muscular esquelética o la fuerza en comparación con un placebo de energía equivalente. Sin embargo, esto sólo ocurrió en sujetos que consumían comidas estándar y es probable que los aumentos de masa magra inducidos por las comidas a partir de la alimentación sola, sin ejercicio de resistencia, sean pequeños, especialmente durante un período de 12 semanas. Además, la suplementación con leucina se asoció a una disminución de la valina y la isoleucina circulantes, que podrían haberse convertido en un factor limitante para la estimulación de la MPS. Los estudios en animales han demostrado que el suministro de leucina conduce a una disminución de los EAA circulantes y reduce la duración del aumento de la MPS mediado por aminoácidos; sin embargo, cuando se evita esta disminución y se mantienen las concentraciones basales de aminoácidos, la respuesta de la MPS al suministro de aminoácidos dura ~2 horas . En general, la leucina dietética adicional, que puede obtenerse a partir de proteínas de alta calidad y no necesariamente en forma cristalina, puede resultar beneficiosa para los ancianos desde el punto de vista del aumento del MPS . Se necesita más investigación para examinar el efecto de la provisión de aminoácidos enriquecidos con leucina en el período de tiempo temprano después del ejercicio de resistencia en MPS y las ganancias de masa magra después de un entrenamiento más a largo plazo.

Recientemente, Smith y sus colegas (2011a, 2011b) han examinado el papel de los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 suplementarios (4 g al día durante 8 semanas) en las tasas de MPS y la activación de las proteínas de señalización dentro de la vía mTOR-p70S6k tanto en sujetos jóvenes y de mediana edad , como en sujetos de edad avanzada . En todos los grupos de edad examinados, la suplementación con ácidos grasos omega 3 aumentó significativamente la magnitud de la estimulación de MPS y la fosforilación de mTOR inducida por aminoácidos/insulina . Aunque actualmente se desconocen los mecanismos, estos resultados sugieren que los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 poseen propiedades anabólicas a través de su capacidad para aumentar la sensibilidad del músculo esquelético a los aminoácidos y la insulina, incluso en individuos jóvenes y sanos . Recientemente se ha demostrado que un suplemento de aceite de pescado (2 g/día) también es capaz de mejorar la respuesta adaptativa al entrenamiento crónico de ejercicios de resistencia al promover el aumento de la fuerza muscular en mujeres de edad avanzada . Las investigaciones futuras deberían examinar el papel de los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 suplementarios en la acumulación de masa muscular magra tras un período de entrenamiento crónico de ejercicio de resistencia tanto en jóvenes como en ancianos.

El papel de los carbohidratos y la insulina en la regulación del metabolismo de las proteínas musculares

El consumo de una comida mixta típica se asocia generalmente con la ingestión no sólo de proteínas y aminoácidos dietéticos, sino también de carbohidratos y lípidos. Aunque no se sabe casi nada sobre el impacto de la co-ingesta de lípidos y proteínas en las medidas directas de MPS con la alimentación y el ejercicio de resistencia, Elliot y sus colegas informaron de que la captación de treonina y fenilalanina (indicativa de una respuesta anabólica) fue mayor después de la ingestión de leche entera (8,2 g de grasa, 8,0 g de proteína, 11,4 de carbohidratos: total 627 kcal) en comparación con la leche sin grasa o las condiciones de control isocalóricas que carecían de grasa. La razón del mayor anabolismo tras la ingestión de leche entera no está del todo clara; sin embargo, puede estar relacionada con la mayor perfusión muscular, al menos en ese estudio. Estudios anteriores han investigado el papel de los carbohidratos (CHO) en la regulación del metabolismo de las proteínas musculares humanas . La ingesta de CHO se asocia con el aumento de los niveles de insulina circulante, que tiene un fuerte efecto inhibidor sobre el MPB , y por lo tanto es capaz de mejorar el balance proteico neto . Sin embargo, en ausencia de la ingesta de aminoácidos, la ingesta de CHO no da lugar a un balance proteico neto positivo . Nuestro laboratorio ha examinado recientemente el efecto de la co-ingesta de carbohidratos y proteínas en comparación con la ingesta de proteínas por sí sola en las tasas de MPS y MPB después de un ejercicio de resistencia agudo en hombres jóvenes . Los sujetos consumieron 25 g de proteína de suero o 25 g de proteína de suero con 50 g de carbohidratos añadidos en forma de maltodextrina. El área bajo la curva de insulina plasmática fue ~5 veces mayor después de la co-ingestión de proteínas y carbohidratos, sin embargo, las medidas de flujo sanguíneo de las extremidades, MPS y MPB en reposo y después del ejercicio de resistencia no fueron diferentes en comparación con la proteína sola . Por lo tanto, cuando la ingesta de proteínas es suficiente para maximizar el MPS (ver ), la hiperaminoacidemia/hiperinsulinemia resultante es suficiente no sólo para maximizar el MPS, sino también para inhibir completamente el MPB. Estos hallazgos corroboran el trabajo anterior de Greenhaff y sus colegas (2008), quienes demostraron que se requieren concentraciones bajas (5 mU/L) de insulina para mediar una estimulación máxima de la síntesis de proteínas de la pierna inducida por aminoácidos, y que se requería aumentar la insulina plasmática hasta 30 mU/L para reducir la descomposición de proteínas de la pierna en más del 50% y aumentar el balance neto de proteínas, pero las concentraciones por encima de esto no eran más inhibidoras de la descomposición de proteínas . Es importante señalar que aunque los CHO pueden no ser fundamentalmente importantes en la alteración del balance proteico neto después del ejercicio de resistencia cuando se proporcionan las proteínas adecuadas, el glucógeno muscular se reduce después del ejercicio de resistencia y los CHO tienen un papel importante en la resíntesis del glucógeno muscular y, por lo tanto, son útiles para mejorar la recuperación del entrenamiento .