I BCAA svolgono un ruolo importante nel cervello sia nel regolare il metabolismo dell’azoto, sia nella sintesi della glutammina. I BCAA passano rapidamente la barriera emato‐encefalica scambiandosi con la glutammina e sono i maggiori donatori di azoto per la formazione di glutammina e glutammato nel cervello (Yudkoff et al., 1994, Yudkoff, 1997, Daikhin and Yudkoff, 2000, Hutson et al., 2001, Yudkoff et al., 2005). Gli astrociti ossidano i BCAA per formare i BCKA, in questo modo forniscono azoto amminico per il pool di glutammato delle cellule gliali (Bixel et al., 1997, Bixel et al., 2001). I BCKA traslocano nel citosol dei neuroni dove vengono riconvertiti in BCAA e corpi chetonici (Bixel and Hamprecht, 1995). Il neurotrasmettitore glutammato è rimosso dal liquido extracellulare dagli astrociti e metabolizzato a glutammina mediante l’enzina glutammina sintetasi,
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responsabile della regolazione della concentrazione di questo neurotrasmettitore. La glutammina è quindi rilasciata dagli astrociti e riassorbita dai neuroni nei quali viene idrolizzata a glutammato e ammoniaca dall’enzima glutaminasi. L’ammoniaca così prodotta viene utilizzata per la sintesi di BCAA a partire dai BCKA. I BCAA sono successivamente rilasciati nello spazio extracellulare e riassorbiti dagli astrociti, completando il ciclo BCAA‐Glutammato (BCAA – shuttle; Fig. 10). Questo ciclo permette la regolazione della concentrazione del glutammato (Platell et al., 2000). È stato osservato che eccessi di BCAA o dei loro derivati, quali l’ammoniaca, sono tossici per lo sviluppo del sistema nervoso centrale (Bachmann et al., 2004, Kasinski et al., 2004). Infatti, questi autori hanno dimostrato che in coltura cellulare un’esposizione all’ammoniaca prima del completo differenziamento induce un alterato sviluppo assonale colinergico accoppiato ad un decremento della creatina e della fosfocreatina, mentre un’esposizione di una coltura già differenziata non porta agli stessi risultati. Fig.10 Relazione che intercorre tra i BCAA, BCKA e la Glutammina tra i vari organi. (Da Hutson et al., 2001)
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I BCAA funzionano da importante substrato energetico nel cervello (Hutson et al., 2005) e sono rapidamente metabolizzati dalle cellule neuronali in coltura anche quando altri substrati energetici, come ad esempio il glucosio, sono presenti in abbondanza.
L’integrazione dei BCAA è stata considerata importante soprattutto per due aspetti:
• riduzione della fatica centrale causata da un allenamento intenso; • riduzione della degradazione proteica del muscolo in seguito
all’allenamento.
Un aspetto sicuramente interessante è il ruolo che diversi ricercatori attribuiscono ai BCAA nel determinare una riduzione della sensazione di fatica durante un esercizio fisico prolungato (Blomstrand and Saltin, 2001). Fisiologicamente la fatica può essere definita come l’incapacità di mantenere uno sforzo prolungato e può essere indicata come periferica e centrale. Per fatica periferica si intende la diminuzione della capacità di svolgere un lavoro muscolare. Questo tipo di fatica coinvolge sia la trasmissione neuromuscolare, sia l’interazione actina‐miosina (Green et al., 1995, Davis et al., 1998). Sono stati identificati diversi fattori responsabili della fatica periferica, come la diminuzione nel muscolo del glicogeno e della fosfocreatina, l’accumulo di protoni, la difficoltà di trasmissione neuromuscolare e l’aumento del lattato a livello muscolare.
Le cause molecolari della fatica centrale non sono ancora state chiarite ma una delle ipotesi sarebbe un incremento nel sangue della concentrazione di triptofano (TRP) e quindi del neurotrasmettitore 5‐idrossitriptamina (5‐HT), o serotonina, e che, nei neuroni coinvolti nel controllo dell’attività motoria nel cervello, può essere responsabile della fatica di tipo centrale. Si ritiene che la variazione di concentrazione della serotonina cerebrale sia dipendente da un aumento del triptofano libero plasmatico e sia responsabile dello stato di
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fatica centrale che è caratterizzato da sonnolenza, malumore, senso di stanchezza e difficoltà a proseguire l’impegno (Newsholme and Blomstrand, 2006). Poiché il triptofano è il precursore della sintesi di 5‐HT, un incremento della sua quota libera (f‐TRP), ovvero non legata all’albumina nel sangue, porta ad un suo maggiore trasporto attraverso la barriera emato‐encefalica, mediata dal sistema di trasporto L1 specifico per gli amminoacidi neutri. Infatti la concentrazione di serotonina nel cervello aumenta quando vi è un aumento del rapporto tra la concentrazione di f‐TRP e la concentrazione totale dei BCAA nel plasma (Mizuno et al., 2006). È stato infatti osservato che l’assunzione di BCAA potrebbe far diminuire il rapporto f‐TRP/BCAA nel plasma riducendo così la sintesi di 5‐HT (Newsholme and Blomstrand, 1996). L’incremento della serotonina si verifica principalmente durante un allenamento prolungato per due ragioni:
• i BCAA presenti nel sangue vengono ossidati per produrre energia durante la contrazione del muscolo scheletrico;
• nel plasma la concentrazione di acidi grassi aumenta, parallelamente all’incremento del f‐TRP, poiché competono entrambi per il legame con l’albumina (Davis et al., 2000).
Poiché è stato osservato che l’aumento degli acidi grassi circolanti, che si verifica durante un esercizio fisico submassimale, può essere parzialmente bloccato da un’alimentazione ricca di carboidrati (CHO), sono state studiate le conseguenze dell’integrazione alimentare con BCAA associati ai carboidrati sulla fatica centrale (Davis et al., 1992).
È stata posta l’attenzione sull’integrazione dei BCAA come mezzo per prevenire la fatica di tipo centrale durante un’attività prolungate quali ad esempio lo sci di fondo, le maratone o le partite di calcio (Blomstrand et al., 1991, Newsholme et al., 1991). In una serie di studi e lavori successivi emerge che:
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‐ somministrazioni di BCAA da 7,5 a 21 g prima e durante l’esercizio fisico, inducono in alcuni soggetti un miglioramento nelle prestazioni sia fisiche (Newsholme et al., 1991) che mentali (Blomstrand et al., 1991).
‐ non si evidenziano differenze significative nelle prestazioni fisiche né un miglioramento della fatica di un gruppo di volontari durante attività fisica intensa a cui, 70 minuti prima dell’esercizio, sono stati somministrati 20 g di BCAA, rispetto ad un gruppo a cui era stata somministrata una soluzione zuccherata (Varnier et al., 1994).
‐ in uno studio su ratti si dimostra che la somministrazione di alte dosi di BCAA causava l’insorgenza della fatica precocemente rispetto alla somministrazione di sola acqua e glucosio (Verger et al., 1994).
‐ alte dosi di BCAA possono essere in grado di ridurre la fatica centrale, ma determinano un aumento delle concentrazioni di ammoniaca, uno dei cataboliti dei BCAA, che si sa essere tossica per il cervello e i muscoli (van Hall et al., 1995a, van Hall et al., 1995b, Kasinski et al., 2004).