BCAA

Wirkung
Die drei verzweigten Aminosäureketten L-Leucin, L-Isoleucin und L-Valin sind eher unter ihrer englischen Abkürzung bekannt: BCAA (Branched Chain Amino Acids).
Dies sind essentielle Aminosäuren, die vor allem eine wichtige Rolle im Protein-, Energie- und Stressstoffwechsel spielen. Sie sind wichtig für einige vitale Gewebe und Organe, darunter das Immunsystem, das zentrale und periphere Nervensystem und das Muskelgewebe.

Um die neurologischen Symptome bei bestimmten Erkrankungen zu verzögern oder zu reduzieren, wurden diese Aminosäuren in katabolischen Situationen eingesetzt (zum Beispiel schwere Infektionen, Chirurgie, Brandwunden) und bei Krankheitsbildern wie Phenylketonurie (PKU), hepatitischer Enzephalopathie, bipolaren Störungen, tardive Dyskinesie und anderen neurologischen Erkrankungen. Bei gesunden Menschen werden BCAA benutzt, um die mentalen und physischen Leistungen wie bei Athleten zu verbessern [1].

BCAAsind essentielle Aminosäuren; der Körper kann diese Verbindungen selbst nicht erzeugen.
Grundsätzlich ist der Körper zwar in der Lage Leucin, Isoleucin und Valin aus ihren Alpha-Keto-Analogen zu bilden, aber diese Stoffe sind meistens nicht in der Nahrung vorhanden, wodurch der Mensch von der Ergänzung über die Ernährung abhängig ist.
Nahrungseiweiß enthält einen erheblichen Prozentsatz BCAA (circa 15 - 20 % der Aminosäuren in tierischen Eiweißen). BCAA machen cirka 35% des Bedarfs an essentiellen Aminosäuren aus.

Als verzweigte Aminosäuren haben die BCAA wie der Name es bereits sagt, eine Verzweigung in der Restgruppe. Durch diese besondere räumliche Struktur erfüllen die drei Aminosäuren eine ganz eigene Rolle im Stoffwechsel. So brauchen BCAA im Gegensatz zu den anderen Aminosäuren, nicht erst in der Leber bearbeitet zu werden, sondern gelangen direkt in den Kreislauf, wodurch die Plasmakonzentrationen nach einer Mahlzeit schnell und stark ansteigen [2].

Durch ihre Verzweigung können BCAA außerdem besonders gut ins Muskelgewebe eingebaut werden. Beinahe 30% der Gesamtheit der Aminosäuren, die für die Synthese von Myofibrillen (Muskelfasern) benutzt werden, sind verzweigte Aminosäuren. Das Muskelgewebe macht circa 40% des gesamten Körpergewichts aus. Es sind also viele BCAA in den Muskeleiweißen gespeichert, aber nur ein kleiner Teil davon (0,01%) ist als freie Aminosäuren verfügbar [3]. Übrigens ist dieses Trio auch in Bindegewebestrukturen von großer Bedeutung.

Anabole Wirkung auf den Muskelstoffwechsel
Die BCAA-Aufnahme kurz vor und direkt nach Anstrengung hat eine anabole Wirkung auf den Muskelstoffwechsel. Dies kommt, weil die Geschwindigkeit der Proteinsynthese erhöht und die Geschwindigkeit der Proteindegradierung gehemmt wird. Untersuchungen aus der Chirurgie und Orthopädie lassen erkennen, dass die bestimmungsgemäße Aufnahme dieser Aminosäuren die Entwicklung des Muskeldurchschnitts fördert. 
Nach einem Krafttraining kann die Einnahme einiger Gramm BCAA den Stoffwechsel in den Muskelzellkernen (RNA-Polymerase = Ribonukleinsäure) dermaßen positiv beeinflussen, dass dies zu einem größeren Muskeldurchschnitt und einer größeren Menge an zusammenziehender Proteine führt, wodurch auch die Kraft zunimmt.

Aktuelle Untersuchungen haben ergeben, dass vor allem Metaboliten aus Leucin (Keto-Leucin) einen stark regulierenden Effekt auf den Eiweißstoffwechsel haben. Leucin fungiert als eine Art Funke, der, in Zusammenarbeit mit Insulin, die Proteinsynthese in Gang bringt [4-6]. Darum behaupten manche Wissenschaftler, dass es besser ist, nur Leucin zu ergänzen anstatt alle drei
BCAA [7]. Aber obwohl Isoleucin und Valin die Proteinsynthese nicht selbst initiieren können, liefern sie wohl die Bausteine, die notwendig sind, wenn die anabolen Prozesse begonnen haben. De BCAA haben daher auch eine stark synergetische Wirkung aufeinander [6].

Energieproduktion bei Distress
BCAA sind glykolisierbare Aminosäuren, die sehr einfach in Energie umgewandelt werden können. Wenn bei psychischer und/oder physischer Überbelastung (Distress) ein Kohlenhydratmangel entsteht, fungieren die BCAA als signifikante Energiequelle für das Skelettmuskelgewebe. Dies ist ganz klar eine Notlösung, da auf diese Methode der Energieversorgung die eigenen Körpereiweiße (sowohl aus Muskelgewebe als auch aus Immunproteinen) verbraucht werden. Zu einem späteren Zeitpunkt müssen die Eiweißstrukturen, die für die Energiegewinnung benutzt wurden, wieder neu aufgebaut werden. Trotzdem ist es eine sinnvolle Notlösung. So kann beim Dauersport (zum Beispiel Radrennen) bis zu 15% der gesamten verbrauchten Energie aus dem Abbau von Körpereiweißen stammen [8]. Das hat neben dem Muskelabbau auch eine signifikante Immunschwäche zur Folge. Dauersportler müssen aus diesem Grund darauf achten, dass sie ausreichend BCAA erhalten, um sowohl den normalen Bedarf zu decken als auch die extra benötigte Menge, die während eines Trainings verbraucht wird. Die BCAA-Aufnahme vor und nach dem Training muss verhindern, dass Muskelgewebe abgebaut wird, um zur Energieversorgung benutzt zu werden. Des Weiteren hilft es bei der Regenerierung verbrauchter Muskelgewebe.
Bei Distress sorgt ein (zusätzlicher) Mangel an Glutamin für einen höheren Verbrauch von BCAA, weil aus diesen drei Aminosäuren Glutamin gebildet werden kann. Ein Glutaminmangel (zum Beispiel bei Darmproblemen) und ein absoluter Mangel an verzweigten Aminosäuren führen unvermeidlich zum Verlust von Muskelmasse und Antikörpern. Die Aufnahme von BCAA reduziert die Geschwindigkeit, mit der andere Aminosäuren abgebaut und verbraucht werden.

Gehirnfunkion
BCAA spielen auf verschiedene Weise eine Rolle in der Biochemie des Gehirns.
Natürlich als Bausteine von Eiweißen, genau wie von Energie, aber auch im Stoffwechsel von Glutamat, einem exzitatorischen Neurotransmitter. Die wichtigste Weise, mit der BCAA Einfluss auf die Gehirnfunktion haben, bezieht sich aber auf die Beeinflussung des Transports der aromatischen Aminosäuren durch die Blut-Hirnschranke, wodurch die Verfügbarkeit der Precursor für Neurotransmitter beeinflusst wird [9].
BCAA werden durch einen aktiven Transportmechanismus durch die Blut-Hirn-Schranke zum Gehirn (und anderen Teilen des zentralen Nervensystems) transportiert. Dieser Transportmechanismus ist bereits bei normalen Plasmakonzentrationen gesättigt und die  BCAA teilen dies mit den aromatischen Aminosäuren (Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin). Da BCAA meistens in großen Mengen vorhanden sind, gewinnen BCAA meistens den Wettbewerb um dieses Transportsystem. Wenn die BCAA-Konzentration im Blut ansteigt, was in diversen normalen und anormalen Situationen geschehen kann, hemmt dies die Aufnahme aromatischer Aminosäuren im Gehirn, vor allem von Tryptophan [1].

Als Reaktion auf die reduzierte Verfügbarkeit der Precursor reduziert sich die Produktion und Abgabe der Monoamin-Neurotransmitter Serotonin, Dopamin und Noradrenalin, die aus den aromatischen Aminosäuren produziert werden, direkt und schnell. Dies hat Folgen für unter anderem das Hormonsystem, den Blutdruck und die Stimmung [1,10].

Umgekehrt werden, wenn die Konzentration der BCAA im Blut (zu) niedrig ist, gerade mehr aromatische Aminosäuren vom Gehirn aufgenommen. Wenn diese in größerem Maße geschieht, kann das eventuell dazu führen, dass das Gehirn zu hohe Mengen aromatischer Aminosäuren enthält. Dieser Überschuss kann in so genannte Fake-Hormone bzw. Falsche Neurotransmitter [11] umgewandelt werden. Dies sind Stoffe, die für ernsthafte psychologische Probleme verantwortlich sein können und sogar psychiatrische Erkrankungen wie Selbstbildstörungen und Schizophrenie. Dieses Krankheitsbild ist daher auch eines der schwerwiegenden Folgen der Leberzirrhose und Hepato-Enzephalopathie [12].

Immunsystem
BCAA sind unbedingt für die gute Funktion des Immunsystems notwendig. Ein Mangel an BCAA hemmt verschiedene Aspekte des Immunsystems, darunter die Aktivität von Natural Killerzellen und die Proliferation von Lymphozyten. Vor allem Lymphozyten brauchen viel BCAA. Daneben sind BCAA Baustoffe der flexiblen Seite der Antikörper; Substanzen, die den humoralen Teil des Immunsystems bilden.
Über die Wirkung der BCAA auf die Immunfunktion ist aber noch vieles unklar. Am wahrscheinlichsten ist, dass die wichtigste Rolle der BCAA für das Immunsystem in der Synthese von Produkten liegt (Antigenpräsentierende Eiweiße, Immunoglobulin, Cytokine, Rezeptoren, Akute-Phase-Eiweiße usw.) [13]. Außerdem kann ein Teil der Wirkung durch einen einsparenden Effekt auf L-Glutamin erklärt werden.

Insulinproduktion
BCAA regulieren die Insulinproduktion, was wiederum die Aufnahme von Aminosäuren durch das Muskelgewebe unterstützt und den Abbau von Muskelgewebe verzögert. Daneben greift Leucin günstig auf den Wirkungsmechanismus von Insulin und den Gebrauch von Glukose durch Muskelgewebe ein. Über den exakten Mechanismus ist aber noch vieles unbekannt [5].

Grundsätzlich können BCAA ihre Dienste bei allen Distress-Situationen beweisen, bei denen Muskelgewebe abgebaut wird, wie bei schweren Infektionen, Chirurgie, Brandwunden, Kalorienrestriktion und schweren körperlichen Anstrengungen wie Dauersport. In dergleichen Situationen entsteht im Muskelgewebe ein Mangel an BCAA, wodurch Muskelschwäche und Ermüdung entstehen kann. Die BCCA-Aufnahme hilft, diesen Mangel wieder aufzuheben und so die Beschwerden zu reduzieren. Man weiß, dass Personen, die an Distress leiden, eine erhöhte Sensibilität in Bezug auf Entzündungen von Gewebe und Organen aufweisen, die zum in den Schleimhäuten liegenden Immunsystem gehören (Common Mucosal Immune System).

Die wichtigsten Organe sind hier der Darm, die Atemwegsorgane, Hals-, Nasen- und Mundhöhle und die Haut. Erkältungen, chronische Halsentzündung, Colitis und auch chronische Müdigkeit sind einige der Symptome, die entstehen können.

Einige Indikationen werden nachfolgend erläutert:

• Sport: Dauersportler setzen BCAA ein, um einerseits den Abbau von Muskelgewebe für die Energieproduktion zu bekämpfen. Andererseits wird durch den BCAA-Abbau mehr Tryptophan im Gehirn aufgenommen, was über Serotoninsynthese Müdigkeit verursacht [14], die BCAA-Ergänzung bekämpft dies [15].

• Regeneration nach Operation: Logischerweise sind BCAA auch während der Regenerationssphase nach Operationen wichtig. In diesem Zeitraum muss viel neues Gewebe produziert werden.

     Bei Brandwunden haben die Studien keine eindeutigen Schlussfolgerungen geliefert [7].

• Sepsis: Parenterale Verabreichung von BCAA scheint bei Sepsis den Stickstoffhaushalt günstig zu beeinflussen. Dies geht wahrscheinlich mit weniger Muskelabbau und einer verbesserten Proteinsynthese einher [7].

• Tardive Dyskinesie: Klinische Untersuchungen zeigen, dass eine reduzierte Kapazität, um die Aminosäure Pheylalanin aus dem Plasma zu entfernen, mit Symptomen tardiver Dyskenesie bei Männern zusammenhängt. Die Einnahme von BCAA reduziert die Phenylalaninspiegel und die Verfügbarkeit (von was?) für das Gehirn. Auch in klinischen Untersuchungen wurde herausgefunden, dass die BCAA-Ergänzung die Phenylalaninspiegel reduzieren und die Symptome der tardiven Dyskinesie erheblich reduzieren kann [16].

• Phenylketonurie (PKU): PKU ist eine angeborene Erkrankung, bei der das Enzym, das die Aminosäure Phenylalanin abbaut, nicht da oder nicht funktionstüchtig ist. Dadurch häuft sich diese Aminosäure im Blut und in der Rückenmarkflüssigkeit an, was letztendlich zu Hirnschädigung führt. Neben der begrenzten Einnahme von Phenylalanin scheint auch die BCAA-Ergänzung eine effektive Wirkung auf die Begrenzung der neuronalen Schäden bei PKU zu haben.  BCAA konkurrieren mit Phenylalanin um die Bindung an das (aktive) Transportsystem zum Gehirn, wodurch die Aufnahme von Phenyulalanin im Gehirn begrenzt wird [17,18].

• Lebererkrankungen: Akutes Leberversagen geht einher mit einem niedrigem BCAA-Pegel und einem hohen Pegel aromatischer Aminosäuren und Methionin im Blutkreislauf. Diese Änderungen im Aminosäurestoffwechsel spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese vieler Komplikationen der Leberzirrhose. Wenn infolgedessen akute hepatische Enzephalopathie auftrittt, müssen BCAA parenteral verabreicht werden [12,19].

• Neurologische Erkrankungen: BCAA beeinflussen die Verfügbarkeit von Neurotransmittern und die Produktion von Fake-Neurotransmittern  infolge eines Überschusses davon [1,10,11]. Daher liegt die Anwendung bei psychiatrischen Krankheitsbildern wie bipolaren Störungen und Depressionen auf der Hand. Dies ist aber ein brach liegendes Terrain, auf dem noch viele Untersuchungen stattfinden.

• Müdigkeit: Erhöhte Serotoninwerte hängen eng mit Müdigkeit zusammen [14]. Aufgrund der Auswirkungen von BCAA auf die Verfügbarkeit von Serotonin im Gehirn können BCAA eventuell Ermüdungsbeschwerden reduzieren. Diese Theorie wird momentan weiter untersucht [15].

BCAA können zu den am besten verträglichen Aminosäureergänzungsmittel im Falle einer Überdosierung gerechnet werden. Obwohl noch keine systematische Untersuchung dazu durchgeführt wurde, belegen Studien, dass Dosierungen, die dreimal stärker sind als die Tagesempfehlung von 5-10 g pro Tag (aus Ernährung und evtl. Ergänzungsmittel), noch ohne Probleme vertragen werden [20].

Bei Ergänzung von mehr als 500 mg BCAA kg pro Körpergewicht pro Tag können die Mengen Serotonin, Noradrenalin und Dopamin im Gehirn sehr niedrig werden.Die diesbezüglichen Folgen auf Verhalten und Psyche sind aber noch kaum untersucht worden [20].
In der angegebenen Dosierung von BCAA sind weiter keine Gegenanzeigen oder Wechselwirkungen bekannt.