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The synergistic effects of amino acid provision and resistance exercise on skeletal muscle protein synthesis rates (MPS) is now well described (for reviews see: )抵抗運動による筋タンパク合成の栄養調節: 同化を高めるための戦略｜Nutrition & Metabolism｜栄養と代謝｜日経メディカル 書籍｜Nutrition & Metabolism (NTPS).ac.（英語）｜日経メディカル 書籍｜NTPS. 抵抗運動の後に食事性アミノ酸を摂取すると、MPSの増加が促され、正味タンパク質バランス（MPSから筋タンパク質分解（MPB）を引いたものと定義）をマイナス（正味タンパク質損失）からプラス（正味タンパク質増加）へシフトするために必要である。 健常者では、摂食によって誘発されるMPSの変化は、MPBの測定可能な変化よりも一日の間に3～5倍大きく、MPSが高度に反応し、制御され、筋肉の正味タンパク質バランスの変化の主要なドライバーであることが実証されています。 そのため、筋タンパク質純収支の慢性的な上昇が筋肉量の増加をもたらすためには、MPSの変化が非常に重要であることが分かる。 MPBは細胞内アミノ酸レベルの維持を助け、損傷したタンパク質を除去し、その構成アミノ酸を新しい機能的な筋タンパク質の合成に使用できるようにすることで、筋タンパク質の質を維持する役割を担っている可能性が高いのです。 したがって、MPSを増強する栄養学的介入は、筋タンパク質バランスを良好にし、最終的に筋タンパク質の蓄積を促進する戦略として、科学的にも臨床的にも大きな関心を呼ぶ可能性があることを提案するものである。 さらに、これらの介入は、慢性的な運動トレーニングに対する骨格筋の適応反応を強化することに関心のあるアスリートにとって興味深いものであるかもしれません。 現在の研究では、摂取する食事性タンパク質/必須アミノ酸（EAA）の量、タンパク質食品源（すなわち、ホエー、大豆、ミセルカゼイン）、タンパク質/EAAの摂取タイミングなどの要因が、摂食と抵抗運動に対するMPSの規模（およびおそらく持続時間）に影響を与えることが実証されています。 他の研究では、アミノ酸含有溶液中のロイシンまたはアルギニンの量を増やすことによってMPSを増強する能力に着目しています。 最後に、混合多量栄養素の摂取が筋タンパク質代謝に与える影響も注目されています。 このレビューの目的は、ヒトのMPSの栄養制御について議論し、摂食とレジスタンス運動でMPSを最大化するのに役立つ栄養戦略に関する最新情報を提供することである

Redefining the ‘window of anabolic potential’ after resistance exercise

MPS におけるアミノ酸仲介増加は、最大でわずか数時間続く一過性であるが、激しいレジスタンス運動による収縮活性によりMPS率が上昇し、若い被験者において絶食状態で～48時間維持されている 。 運動後すぐにアミノ酸を補給することは、運動のみで観察されるよりもMPSを高める効果的な栄養戦略であることは、現在では明白である。 運動後早期のタンパク質摂取の重要性は、運動を介したMPSの増加率が運動直後（基礎体温の約100～150％）に最大となり、運動と栄養摂取の相乗効果がこの時間帯に最大となる可能性があることに関連している。 しかし、抵抗運動は最大48時間までMPSを増加させるので、運動後24-48時間の回復期に食事性アミノ酸を摂取しても、抵抗運動直後にアミノ酸を摂取した場合と同様のMPSに対する相乗効果が得られると思われる。 図 1 に示すように、抵抗性運動による MPS 上昇のタンパク質摂取による相乗効果は、運動直後が最も大きく、時間の経過とともに弱まりますが、48 時間後までは存在する可能性があります。 我々は最近、MPSを最大化するために最適とは言えない量のホエイタンパク質を急性レジスタンス運動の24時間後に15g与えると、安静時に与えた同量のタンパク質よりも筋原線維（骨格筋の収縮タンパク質）のタンパク質合成をより刺激することを明らかにしました（図2）。 しかし、24時間前に行ったレジスタンス運動によって誘導されたタンパク質摂取に対する感受性の向上の効果は、持ち上げられた重量の大きさに依存しないものであった。 具体的には、レジスタンス運動は比較的高い負荷（90FAIL）または低い負荷（30FAIL）で行われたが、どちらのレジメンも自発的な疲労まで行われた。 このように、運動負荷に関係なく、最終的には筋繊維の動員はほぼ同じように増加した。 今後の研究では、運動後24時間以内に摂取したタンパク質に対するMPSの感受性を高めるレジスタンス運動の能力に年齢による違いがあるかどうか、また、この効果が摂取したタンパク質の種類に影響されるかどうかを調べる必要があります。

夜間の栄養供給も、MPSを刺激する効果的な栄養戦略であり、24時間の間に筋肉の純タンパク質バランスを大きくすることを促進して、「同化機会の窓」を増やすことができるかもしれません。 これまでの研究で、一晩のMPS率は非常に低いことが示されていますが、睡眠中の胃内タンパク質供給、および抵抗運動の後、寝る直前に経口タンパク質摂取の両方が、通常のタンパク質消化吸収動態とMPSの一晩の刺激に続いていることが示されています。 したがって、運動直後だけでなく、運動後24時間以内に適切に計画されたタンパク質/EAAの摂取は、運動誘発性のMPSを最大限に刺激する食事戦略として慎重に検討されるべきである、と我々は主張する。

Mechanisms underpinning the enhanced sensitivity of skeletal muscle after exercise

Dietary amino acids and insulin are major nutrient-regulated effectors of MPS and MPB and recent work has shed light on the molecular pathways involved in regulating the amino acid and contraction-induced increase in MPS…食事によって、アミノ酸と収縮によって引き起こされるMPSの増加を制御している分子経路について明らかにしました。 栄養と運動に反応するMPSの分子制御に関する包括的なレビューは、この記事の範囲を超えていますが、他の場所で見つけることができます。 プロテインキナーゼであるmTORC1は、食事性アミノ酸や筋収縮など、MPSを促進するさまざまなシグナルを統合する重要なポイントとして機能する。 具体的には、mTORC1 は、MPS の翻訳開始に関与する p70S6k や 4E-BP1 などの下流タンパク質エフェクターをリン酸化することにより MPS を制御している。 さらに、ラパマイシンという薬剤でmTORの活性を阻害すると、ヒトMPSの収縮 、EAAを介した増加の両方が阻害され、このキナーゼがMPSの制御に不可欠であることが示された。 現在までに、いくつかの研究により、レジスタンス運動後のアミノ酸の供給とそれに続くMPSの増加は、栄養なしの運動後に観察されるレベルよりも高いmTORシグナル伝達カスケードの構成要素のリン酸化の増強と関連していることが証明されている。 しかし、MPSの速度の直接測定と筋同化シグナル分子のリン酸化の程度との間に解離があることは、以前に報告されている。 さらに、アミノ酸がどのようにmTORC1を活性化してMPSを増加させるのか、正確には分かっていない。ただし、MAP4K3、vacuolar sorting protein 34（Vps34）、Rag GTPasesは、アミノ酸濃度の変化に応答してmTORC1を活性化できる「センサー」候補となるシグナル伝達タンパク質である。 また、ヒト骨格筋では、LAT1 (SLC7A5), SNAT2 (SLC38A2), CD98 (SLC3A2), PAT1 (SLC36A1) などの骨格筋アミノ酸トランスポーターのmRNA発現がEAA摂取および抵抗運動後に増加することが報告されています。 これらのトランスポーターは、細胞膜を通過してアミノ酸を輸送し、MPS を制御すると考えられている下流のターゲットにシグナルを中継する能力に基づいて、ヒトの筋タンパク質代謝の制御に重要な役割を果たすと考えられています。 これらのアミノ酸トランスポーターのいくつかのタンパク質レベルの増加は、EAAの摂取とレジスタンス運動後に観察されていますが、これらのトランスポーターのmRNAとタンパク質発現の増加が、アミノ酸輸送能力の向上と関連しているかどうかは、現在のところ不明です。 5670>

MPSの最適化：タンパク質源の役割

乳清、卵アルブミン、大豆、カゼイン、牛肉を含む食物タンパク質の摂取は、すべてMPSを刺激することができます。 しかし、異なる供給源の食事性タンパク質は、安静時および抵抗運動後の両方でMPSを刺激する能力が異なる。 例えば、私たちの研究室では、乳清タンパク質と牛乳は、タンパク質消化率補正アミノ酸スコア（PDCAAS）が1.0を超えているにもかかわらず、同量の植物性大豆タンパク質の摂取よりも急性負荷運動後のMPSを大きく増加させることを示しています。 PDCAASスコアシステムの限界と、PDCAASが1.0未満であるタンパク質がある場合に1.0で人工的に切り捨てていることについては、以前のレビューで述べたとおりである。 このような違いが生じるメカニズムは完全には解明されていませんが、タンパク質の消化・吸収の速度論の違いによるアミノ酸プロファイルおよび／またはアミノ酸の利用可能性の重要な違いに関係していると思われます。 一方、カゼインは胃酸に触れると凝固して沈殿し、その結果できた凝乳が胃からゆっくりと放出され、血漿中のアミノ酸はより緩やかに、しかし持続的に上昇する。 私たちの研究室では最近、高齢男性におけるMPSの発症率に対するホエイプロテインアイソレートとミセルカゼインの効果を比較しました。 その結果、20gの乳清タンパク質を摂取すると、血中ロイシン濃度の上昇と安静時および運動後のMPSの増加が、ミセルカゼインを摂取した場合よりも大きいことが報告された。 このデータは、食後の血中アミノ酸出現速度が遅い場合よりも速い場合の方が、抵抗運動後のMPSと同化細胞シグナルを高めるという我々の以前の研究結果を裏付けるものであり、タンパク質の消化吸収速度がヒトのMPSの栄養的調節において重要な因子であるという考え方を支持するものであった。 これは、骨格筋のタンパク質合成量は全身のタンパク質合成量の30％程度であり、脾臓タンパク質や血漿タンパク質と比較して、ターンオーバーの速度が20分の1程度であるためと思われます。 興味深いことに、最近の研究では、食物の形態（すなわち、液体か固体か）が食後の血漿アミノ酸の利用可能性を調節する重要な因子である可能性が示唆されている 。 例えば、Conleyらは、固形食品の形で提供された同じサプリメント（すなわち、エネルギーおよび多量栄養素に適合したもの）と比較して、飲料投与後に血漿アミノ酸の増加が大きく、より持続的であることを示した。 これらの知見は、血漿EAAおよび/またはロイシンの食後上昇がMPSの食後上昇の主要な調節因子であると思われる事実に照らして興味深いものであるが、MPSの調節に関する食物形態の生理的関連性を明らかにするためにさらなる研究が必要である。

骨格筋における栄養シグナルとしてのロイシン

アミノ酸のうち、EAAは主にMPSの刺激に関与しているが、非必須アミノ酸はこの点では効果がないように見える。 分岐鎖アミノ酸（BCAA）であるロイシンは、MPSの翻訳開始の主要な制御因子として、EAAの中でユニークな存在に見える。 例えば、ロイシンは、イソロイシンやバリンではなく、動物のmTOR-p70S6k経路の活性化を介してMPSの増加を刺激することができる . C2C12細胞を用いた細胞培養では、ロイシンはEAAの中で最も強力にp70S6kのリン酸化状態を増加させ、mTORと4E-BP1のリン酸化状態を増加させることができる唯一のEAAであることが証明されている。 これらのデータを考慮し、最近の研究では、ヒトのMPSおよび/または筋肉量を調節するための栄養介入の一部として、ロイシンを利用することに焦点が当てられている。 Tiptonらは、ホエイプロテイン（16.6g）に遊離ロイシン（3.4g）を添加した場合の、急性レジスタンス運動後のMPSの割合への影響を検討し、ホエイプロテイン20gについて以前に報告されたものと比較して、遊離ロイシンを添加してもMPSにさらなる増加はないことを報告した。 しかし、これらのデータは、タンパク質/EAAの摂取とMPSの用量反応関係を検討した我々のグループや他の研究結果を考慮すると、驚くべきことではない。 Mooreらの報告によると、若い男性ではレジスタンス運動後に20gの高品質タンパク質を摂取するとMPSが最大に刺激され、40gのタンパク質を摂取してもMPSは20gで観察されたものより増加せず、単にアミノ酸酸化レベルが上昇したに過ぎないということです。 したがって、飽和量以上のロイシンの摂取（2.5〜3.5gの乳清タンパク質を含む20〜25gのロイシンの摂取）が必要である。0gのロイシン）の高品質なタンパク質を摂取しても、MPSの大きさや持続時間の増加をさらに刺激することはないと考えられる。 しかし、これらのデータは体重約86kgの若い健康な男性から得られたものであり、例えば体重約50kgの女性体操選手や体重約120kgのボディビルダーでは、タンパク質の最大有効量はかなり異なる可能性がある。 高齢者はまた、摂食に反応してMPSをしっかりと増加させるために、より多量の食事性タンパク質および/またはロイシンを必要とする集団である可能性がある。 5670>

Post-exercise nutrition for the elderly

MPS の速度を最大限に刺激する栄養的な介入を定義することは、加齢による筋肉の減少（サルコペニア）と戦うために設計された治療戦略の開発において興味深いことである。 サルコペニアの原因は多因子であると考えられるが、高齢者はアミノ酸やレジスタンス運動の同化作用やインスリンの抗タンパク作用に対して「抵抗性」であることを示唆する証拠もある。 例えば、Kumarらは、様々な強度（20〜90％1RM）で急性レジスタンス運動を行い、運動後1〜2時間かけて回復させたときの吸収後のMPS反応の加齢による鈍化を報告しています。 しかし、自由生活者は通常レジスタンス運動の後に食事をするので、若年者と高齢者の間で同じ鈍化したMPS反応が摂食状態で観察されたかどうかは推測するしかない。

高齢者ではアミノ酸供給と運動に対する反応が低下するが、この集団ではMPSの速度に対する摂食と抵抗運動の相加効果は維持されているようで、いくつかの研究では摂食と運動の組み合わせは摂食単独よりもMPSの増加をもたらすと示されていた。 私たちの研究室では、最近、高齢者の安静時およびレジスタンス運動後の条件下で、乳清タンパク質の摂取と筋原繊維タンパク質合成の用量反応関係を調べました。 このことは、高齢者が筋原繊維タンパク質合成を最大化するためには、レジスタンス運動後にアミノ酸やロイシンをより多く摂取することが有益であることを示唆している。 また、Katsanosら（2006）は、ロイシンを26％含む6.7gのEAA混合物では、高齢者のMPSを基礎値より増加させることができなかったが、同じEAA混合物のロイシンを41％に増加させると、若い被験者と同じ程度にMPSが基礎値より刺激されたことを報告している 。 これらの知見は、高齢者の筋肉におけるMPSの食後反応を決定する上で、単にEAAの総量ではなく、アミノ酸組成が重要であることを示唆している。 しかし、高齢者の筋肉量を増加させる戦略として、食事と一緒に遊離ロイシンを補給することの有効性は、現在のところ支持されていない。 Verhoevenら（2009）は、高齢者におけるロイシン長期補給の骨格筋量に対する有効性を検討し、12週間にわたりロイシンを補給（1日7.5gを食事とともに）しても、エネルギーを調整したプラセボと比較して骨格筋量および筋力の増加は認められなかったと報告している。 しかし、これは標準的な食事を摂取している被験者の場合であり、抵抗運動を伴わない食事のみによる除脂肪体重の増加は、特に12週間の期間では小さいと思われます。 さらに、ロイシン補給は、MPSの刺激に制限となる可能性のある循環バリンおよびイソロイシンの減少と関連していた。 動物実験では、ロイシン補給によって循環血液中のEAAが減少し、アミノ酸によるMPSの増加の持続時間が短くなることが示されている；しかし、この減少を防ぎ、基礎アミノ酸濃度を維持すると、アミノ酸補給に対するMPSの反応は2時間程度持続する 全体として、食事によるロイシンの追加摂取は、必ずしも結晶状である必要はなく、高品質のタンパク質から得ることができ、MPS増加の観点から、高齢者に何らかの利益をもたらす可能性がある。 最近、Smithら（2011a, 2011b）は、若年・中年および高齢者を対象に、オメガ3多価不飽和脂肪酸の補給（1日4g、8週間）がMPSの割合およびmTOR-p70S6k経路内のシグナル伝達タンパク質の活性化に対してどのような役割を果たすかを検討した。 調査したすべての年齢層で、オメガ3脂肪酸の補給は、アミノ酸/インスリンによるMPSの刺激とmTORのリン酸化の大きさを有意に増加させた。 そのメカニズムは現在のところ不明であるが、これらの結果は、オメガ3多価不飽和脂肪酸が、若年健康人であっても、アミノ酸およびインスリンに対する骨格筋の感受性を高める能力を介して同化特性を有することを示唆している。 最近、魚油のサプリメント（2g/日）が、高齢女性の筋力増加を促進することにより、慢性的な抵抗運動トレーニングに対する適応反応を高めることができることが示された … 今後、若年者と高齢者の両方において、慢性的なレジスタンス運動トレーニング後の除脂肪体重の増加に対するサプリメントのオメガ3多価不飽和脂肪酸の役割を調べる必要がある。

筋タンパク質代謝の調節における糖質とインスリンの役割

一般的に混合食事の消費は、食事タンパク質やアミノ酸だけでなく、糖質や脂質の摂取に関連している。 脂質とタンパク質の共摂取が摂食やレジスタンス運動によるMPSの直接測定に与える影響についてはほとんど何もわかっていないが、Elliotらは全乳（脂肪8.2g、タンパク質8.0g、炭水化物11.4：合計627kcal）摂取後、脂肪無乳や脂肪を含まない等カロリーのコントロール条件と比べてスレオニンやフェニルアラニンの摂取（同化反応を示す）が大きかったと報告している。 全乳摂取後に同化作用が大きくなった理由は完全には明らかではないが、少なくともその研究では、筋の灌流が大きくなったことに関連していると思われる。 これまでの研究では、ヒトの筋タンパク質代謝の調節における炭水化物（CHO）の役割について研究されてきた 。 CHOの摂取は、MPBに対して強い抑制効果を持つ循環インスリンレベルの上昇と関連しており、その結果、正味のタンパク質バランスを改善することができる . しかし、アミノ酸の摂取がない場合、CHOの摂取は正味のタンパク質収支をプラスにすることはありません。 私たちの研究室では、最近、若い男性において、急性レジスタンス運動後のMPSとMPBの割合に、タンパク質単独摂取と比較して、炭水化物とタンパク質の共摂取の効果を調べました。 被験者は、25gのホエイプロテイン、または25gのホエイプロテインに50gのマルトデキストリンとしてCHOを添加したものを摂取した。 血漿インスリン曲線下面積は、タンパク質と炭水化物の同時摂取で約5倍高くなったが、安静時および抵抗運動後の四肢血流、MPS、MPBの測定値は、タンパク質単独と比較して差がなかった …。 したがって、タンパク質摂取量がMPSを最大化するのに十分な量であれば（参照）、結果として生じる高アミノ酸血症／高インスリン血症は、MPSを最大化するだけでなく、MPBを完全に抑制するのに十分な量であると言える。 これらの知見は、脚部タンパク質合成のアミノ酸誘導刺激を最大化するには低濃度（5 mU/L）のインスリンが必要であり、脚部タンパク質分解を50％以上抑制して正味タンパク質バランスを増加させるには、血漿インスリンを30 mU/Lまで増加する必要があるが、これ以上の濃度はタンパク質分解をさらに抑制しないことを示したGreenhaffら（2008）の以前の研究結果を裏づけるものである 。 十分なタンパク質が供給されている場合、レジスタンス運動後の正味のタンパク質バランスの変化において、CHOは基本的に重要ではないかもしれませんが、レジスタンス運動後に筋グリコーゲンは減少し、CHOは筋グリコーゲンの再合成に重要な役割を持ち、したがってトレーニングからの回復を高めるのに有用であるということは重要です…

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