BCAA – Branched Chain Amino Acids

Die essenziellen Aminosäuren (Proteinbausteine) Leucin, Isoleucin und Valin bilden zusammen die verzweigtkettigen Aminosäuren, auch Branched Chain Amino Acids (BCAA) genannt. Da der Körper sie nicht selbst bilden kann, müssen sie mit der Nahrung aufgenommen werden, sei es aus tierischen oder pflanzlichen Quellen. Nach der Aufnahme werden die BCAAs rasch aus dem Darm resorbiert und vor allem in den Mitochondrien der Skelettmuskulatur, aber auch in Leber- und Nierenzellen abgebaut. Dort dienen sie entweder als Energielieferant oder werden für die Proteinsynthese verwendet. 

Im Hungerzustand steigt die intrazelluläre Aufnahme von BCAAs und die Oxidation von Aminosäuren zur Energiegewinnung wird bevorzugt. Leucin wird dabei hauptsächlich in Ketonkörper (Nebenprodukt des Fettstoffwechsels) umgewandelt, während Isoleucin und Valin in Glukose (Zucker) umgewandelt werden. Andererseits können BCAAs vermehrt für die Proteinsynthese verwendet werden. Dies wird vor allem dann bevorzugt, wenn sich die Zellen in einem anabolen Zustand (z.B. nach einem Krafttraining) befinden und Reparatur sowie Wachstum erforderlich sind. 

BCAAs, insbesondere Leucin, haben somit einen Einfluss auf das Muskelwachstum, können bei der Muskelregeneration hilfreich sein und bei Alterserscheinungen wie Sarkopenie oder Immobilität therapeutisch wirken. Darüber hinaus haben BCAAs einen positiven Einfluss auf das Immunsystem [2]. 

• Regulieren den Proteinstoffwechsel 
• Erhöhen die oxidative Kapazität der Skelettmuskelzellen 
• Wirken antikatabol 
• Regulieren den Fettstoffwechsel 
• Regulieren den Glukosestoffwechsel 
• Stimulieren Insulinsekretion 
• Fungieren als Energielieferanten 
• Regulieren die Immunfunktion 

• Muskelabbau 
• Muskelschwäche 
• Eingeschränkte Energiebereitstellung 
• Verlangsamte Wundheilung

BCAAs sind vor allem in tierischen Produkten wie Fleisch (Rind, Schwein), Fisch, Geflügel, Eiern sowie Milch und Milchprodukten reichlich vorhanden. Pflanzliche Quellen für BCAAs sind Hülsenfrüchte (z.B. Bohnen, Linsen, Erbsen), Vollkorngetreide und Gemüse (z.B. Erbsen). 

Der Bedarf an BCAAs wird durch die Zufuhr von Nahrungsproteinen gedeckt. Die empfohlenen Mengen variieren je nach Altersgruppe und Lebensphase. Für Säuglinge ab 6 Monaten, Kinder und Jugendliche liegt der durchschnittliche Proteinbedarf bei 0,9 bis 1 g pro kg Körpergewicht/ Tag. Für Erwachsene bis zum Alter von 65 Jahren wird eine tägliche Eiweißzufuhr von 0,8 g/kg Körpergewicht empfohlen, für über 65-Jährige 1 g/kg Körpergewicht/ Tag. Auch für Freizeitsportler ist eine tägliche Proteinzufuhr von 0,8 g/kg Körpergewicht ausreichend [6]. 

Leucin, Isoleucin und Valin - Richtwerte 

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über den durchschnittlichen Bedarf an Leucin, Isoleucin und Valin in mg/kg Körpergewicht pro Tag für verschiedene Altersgruppen, darunter Säuglinge ab 6 Monaten, Kinder, Jugendliche und Erwachsene [6].  

Für therapeutische Zwecke oder für Kraftsportler werden jedoch meist höhere Dosierungen verwendet.

Generell gilt die Einnahme von BCAAs über Nahrungsmittel als sicher und eine offiziell anerkannte maximale Einnahmemenge gibt es nicht.  

Eine Höchstmengenempfehlung, die in Form von Nahrungsergänzungsmitteln zusätzlich zur Nahrung aufgenommen werden können, wurden aus toxikologischen Tierversuchen für den Menschen abgeleitet [4].  

• Leucin: 4,0 g/ Tag 
• Isoleucin: 2,2 g/ Tag 
• Valin: 2,0 g/ Tag 
• BCAA (gesamt): 8,2 g/ Tag 

In Nahrungsergänzungsmitteln für Kraftsportler und auch in klinischen Studien werden jedoch häufig höhere Dosierungen von bis zu 15 g/Tag und mehr verwendet. Nach derzeitigem Kenntnisstand treten bei Dosierungen bis 15 g / Tag keine Nebenwirkungen auf.   

Fallberichte nach der Einnahme von BCAAs in hohen Dosen weisen auf mögliche Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Magen-Darm-Beschwerden und einen Anstieg des Blutammoniak hin [4]. 

Die Einnahme von Leucin sollte dennoch aus verschiedenen Gründen von folgenden Personen vermieden werden [4]: 

• Schwangere und stillende Frauen  
• Kinder  
• Personen mit Leber- und Nierenerkrankungen  
• Personen mit Insulinresistenz und Krankheiten wie Typ-2-Diabetes, Übergewicht, kardiovaskulären Erkrankungen und Maple Sugar Urine Disease  
• Personen die Medikamente für Diabetes oder Parkinson einnehmen

Ein Mangel an BCAAs tritt insbesondere bei Personen mit Verdauungsstörungen, verminderter Enzymaktivität, unausgewogener Ernährung (z.B. Essstörungen, Mangelernährung) oder bei älteren Menschen auf.  

Muskelregeneration bei Sportler 

Beim Krafttraining kommt es durch die mechanische Belastung zu mikroskopischen Schädigungen der Muskulatur, die eine Entzündungsreaktion auslösen. Diese kann durch Entzündungsmarker wie Laktatdehydrogenase, Kreatinkinase, Myoglobin und Zytokine nachgewiesen werden. Als Folge bildet der Körper mehr Muskelzellen, um die geschädigte Muskulatur wieder aufzubauen. Der Muskel wächst und die Kraft nimmt zu. BCAAs, unterstützen diesen Prozess, indem sie die Proteinsynthese anregen oder Energie liefern [8]. 

Eine Metaanalyse umfasste 9 Studien, in denen junge männliche Kraftsportler (21-25 Jahre) über 1-28 Tage 0,20 - 1,76 g BCAA / kg Körpergewicht oder 12-260 g supplementierten. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass eine Supplementation mit BCAA den Muskelkater, der <24 Stunden nach dem Training auftrat, reduzierte. Darüber hinaus verringerte eine Supplementation den Entzündungsmarker Kreatinkinase <24, 24 und 48 Stunden nach dem Training, während eine Wirkung auf die Laktatdehydrogenase (LDH) ausblieb. LDL ist ein Enzym, welches auf Zell- und Gewebeschäden im Körper rückschließen lässt.
Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass BCAAs die Muskelregeneration nach den Krafttraining verbessern und trainingsbedingte Entzündungen reduzieren können [8]. 

Für Ausdauersportler gibt es derzeit nur inkonsistente Ergebnisse in Bezug auf BCAAs und die Verringerung von Muskelkater [4]. Weitere Studien konnten durch eine Supplementation mit BCAA keinen Effekt auf die Muskelleistung während des Trainings nachweisen [10]. 

Sarkopenie 

Bild 2

Der altersbedingte Muskelabbau wird als Sarkopenie bezeichnet. Betroffene Personen haben ein erhöhtes Risiko für Stürze, Gebrechlichkeit und den Verlust der Fähigkeit, grundlegende Aktivitäten auszuführen, was zu einer Verschlechterung der Lebensqualität und zu einer erhöhten Sterblichkeit und vorzeitigen Tod führt [5, 9]. 

BCAAs verlangsamen das Altern durch die angestoßene Proteinsynthese, indem sie die Bindung von den Aminosäuren an die so genannte Transfer-RNA verhindern. Die Transfer-RNA transportiert genetische Information zur Herstellung von Proteinen. Ein Mangel an Proteinen kann  zum Abbau der Skelettmuskulatur führen da der Körper auf die Muskelproteine zurückgreift, um die notwendigen Proteine für lebenswichtige Funktionen bereitzustellen.  

Neben Krafttraining gehören diätetische Maßnahmen wie die Einnahme von Eiweiß (Molke/Kasein), BCAA's oder isoliertem Leucin zu den bekanntesten therapeutischen Maßnahmen. 

Eine Studie von Su et al. untersuchte den Zusammenhang zwischen zirkulierenden BCAAs bei 2994 Frauen und Männern >65 Jahre. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl zirkulierendes Leucin als auch Isoleucin das Risiko für Sarkopenie bei Männern um 20-25% reduzierte. Dies wurde darauf zurückgeführt, dass BCAAs positiv mit dem BMI (Body Mass Index) assoziiert sind. Ein hoher BMI reduziert das Risiko einer Sarkopenie bei älteren Menschen [18].   

In einer weiteren Studie von Park et al. wurden 54 Patienten mit schlaganfallbedingten Einschränkungen in zwei Gruppen eingeteilt. Gruppe 1 erhielt täglich einen Monat lang 6 g BCAA-Pulver (2,976 mg Leucin, 1,512 mg Isoleucin, 1,512 mg Valin), Gruppe 2 ein Placebo. Zusätzlich bekamen beide Gruppen Physiotherapie. In beiden Gruppen konnte eine Verbesserung der Muskelmasse nachgewiesen werden. In Gruppe 1 zeigte jedoch eine bessere Regeneration der Muskelmasse als in Gruppe 2. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Supplementierung mit BCAAs ein potenzielles therapeutisches Mittel für Menschen mit Sarkopenie sein könnte [14].  

Lee et al. belegen in einer Metaanalyse, dass auch eine isolierte Leucin Supplementierung zu bemerkenswerten Ergebnissen führt. Dabei wurden die Ergebnisse von sechs randomisierten kontrollierten Studien mit insgesamt 699 Teilnehmern (≥ 65 Jahre) mit Sarkopenie zusammengefasst. Die Probanden wurden in den Studien jeweils in eine Interventions- und eine Kontrollgruppe eingeteilt. Die Interventionsgruppen nahmen über einen Zeitraum von 4-13 Wochen täglich 3-6 g Leucin zu sich. Die Ergebnisse zeigten, dass Leucin die Muskelkraft in der Interventionsgruppe verbesserte. Die Muskelmasse und die allgemeine körperliche Leistungsfähigkeit verbesserten sich ebenfalls, allerdings nicht signifikant [9].   

Immobilität 

In Phasen körperlicher Inaktivität wie Krankheit, Bettruhe oder Ruhigstellung von Gliedmaßen (z. B. durch Gipsverbände) nehmen sowohl die Muskelmasse als auch die Muskelkraft ab. Insbesondere ältere Menschen (≥ 65 Jahre) sind aufgrund zunehmender Gebrechlichkeit von längeren Phasen der Immobilität bis hin zur Bettlägerigkeit betroffen. Auch hier wirkt eine Supplementierung mit Proteinen oder isoliertes Leucin dem Verlust an Muskelmasse entgegen [7].   

In einer Studie von Arentson-Lantz et al. wurden 20 gesunde Erwachsene (60-80 Jahre) in eine Interventions- und eine Kontrollgruppe aufgeteilt. Beide Gruppen hatten 7 Tage Bettruhe. Während dieser Zeit erhielt die Interventionsgruppe täglich 3-4 g Leucin pro Mahlzeit, während die Kontrollgruppe Alanin (Aminosäure) erhielt. Im Vergleich zur Kontrollgruppe hatte die Interventionsgruppe nach 7 Tagen 612g weniger Muskelmasse ( Kontrollgruppe: -1035g vs. Interventionsgruppe: - 423) in den Beinen verloren [1].   

Die Ergebnisse zeigen, dass Leucin dem Muskelabbau während Immobilitätsphasen entgegenwirkt.  

Immunsystem  

Studien deuten darauf hin, dass BCAAs eine positive Wirkung auf das Immunsystem haben können. Die Aminosäuren können das Immunsystem verbessern, einschließlich der Immunorgane, Zellen und reaktiven Substanzen.  

In einer Studie von Nakamura et al. wurde die Wirkung von BCAAs auf das Immunsystem von Patienten mit Leberzirrhose untersucht. Leberzirrhose ist eine chronische Erkrankung, bei der das Lebergewebe allmählich zerstört wird und die Leber nicht mehr normal funktioniert. Betroffene haben meist ein beeinträchtigtes Immunsystem.  

In der Studie wurden 646 Personen in zwei Gruppen eingeteilt. Gruppe 1 erhielt über einen Zeitraum von drei Monaten täglich 12g BCAAs, Gruppe 2 ein Placebo. In der anschließenden Auswertung zeigte sich eine Verbesserung der Funktion und Aktivität bestimmter Immunzellen (Neutrophile und natürliche Killerzellen), die für die Abwehr von Bakterien und Viren verantwortlich sind [12].   

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verabreichung von BCAAs das Risiko bakterieller und viraler Infektionen bei Patienten mit Leberzirrhose verringern könnte, indem die beeinträchtigte angeborene Immunantwort des Körpers wiederhergestellt wird.  

Adipositas, Insulinresistenz und Diabetes Typ 2 

Forschungsergebnisse zu BCAAs und ihrem Einfluss auf Übergewicht, Adipositas und Diabetes Typ 2 sind nicht eindeutig.  

Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes 

Einige Studien deuten darauf hin, dass eine Zufuhr von BCAAs möglicherweise positive Auswirkungen auf das metabolische Profil haben kann. Im Gegensatz dazu weisen andere Studien darauf hin, dass eine erhöhte Aufnahme von BCAAs mit Insulinresistenz in Verbindung gebracht werden kann. Ein erhöhter Verzehr führt demnach zu erhöhten zirkulierenden BCAA-Spiegeln, die mit Insulinresistenz assoziiert sind, welches wiederum mit einem erhöhten Risiko von Diabetes Typ 2 einhergeht. 

In einer von Nagata et al. durchgeführten Studie konnte gezeigt werden, dass eine hohe Zufuhr von BCAAs das Risiko, an Diabetes zu erkranken, verringert [11]. Im Gegensatz dazu berichtete eine Studie, die drei Kohortenstudien zusammenfasste, dass eine hohe BCAA-Aufnahme mit einem erhöhten Risiko für Typ-2-Diabetes verbunden ist [13]. Darüber hinaus konnte in einer Metaanalyse gezeigt werden, dass die Konzentration frei zirkulierender BCAAs mit der Entwicklung von Typ-2-Diabetes assoziiert ist [15].

 Adipositas und Übergewicht 

Erhöhte BCAA-Spiegel finden sich auch bei Menschen mit Adipositas. Diese erhöhten Werte korrelieren mit Insulinresistenz und einem erhöhten Risiko für Typ-2-Diabetes. Es gibt jedoch auch Hinweise darauf, dass eine Supplementierung mit BCAA den Glukose- und Fettstoffwechsel verbessern kann [17]. Insbesondere eine isolierte Leucin-Supplementierung erhöhte die Fettverbrennung bei Übergewichtigen [19]. 

Aufgrund der inkonsistenten Ergebnisse wir derzeit eine Supplementierung mit BCAAs bei Menschen mit Diabetes oder Adipositas nicht empfohlen. 

Für die meisten Menschen ist der Bedarf an BCAAs durch eine ausreichende ausgewogene und proteinreiche Ernährung zu decken. Dies kann durch die Integration, der in Kapitel 4 aufgeführten Lebensmittel erreicht werden.   

Vor allem für Kraftsportler und ältere Menschen (>65) kann die Supplementierung von BCAAs bzw. Leucin sinnvoll sein. Dabei sollten die Herstellerangaben und oben angeführten Dosierungen beachtet werden. 

Studien und Primärquellen

1. Arentson-Lantz, E. J., Fiebig, K. N., Anderson-Catania, K. J., Deer, R. R., Wacher, A., Fry, C. S., Lamon, S., & Paddon-Jones, D. (2020). Countering disuse atrophy in older adults with low-volume leucine supplementation. Journal of Applied Physiology, 128(4), 967–977. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00847.2019 
2. Bifari, F., & Nisoli, E. (2017). Branched‐chain amino acids differently modulate catabolic and anabolic states in mammals: A pharmacological point of view. British Journal of Pharmacology, 174(11), 1366–1377. https://doi.org/10.1111/bph.13624 
3. Branched-chain Amino Acid Intake and the Risk of Diabetes in a Japanese Community | American Journal of Epidemiology | Oxford Academic. (o. J.). Abgerufen 13. April 2024, von https://academic.oup.com/aje/article/178/8/1226/82699?login=false 
4. Bundesinstitut Für Risikobewertung. (2019). Nahrungsergänzungsmittel - Isolierte verzweigtkettige Aminosäuren können bei hoher Aufnahme die Gesundheit beeinträchtigen: Stellungnahme Nr. 052/2019 des BfR vom 20. Dezember 2019. BfR-Stellungnahmen, 2019, Nr. 052. https://doi.org/10.17590/20191220-112658 
5. Chang, M. C., & Choo, Y. J. (2023). Effects of Whey Protein, Leucine, and Vitamin D Supplementation in Patients with Sarcopenia: A Systematic Review and Meta-Analysis. Nutrients, 15(3), 521. https://doi.org/10.3390/nu15030521 
6. Deutsche Gesellschaft für Ernährung, Österreichische Gesellschaft für Ernährung, & Schweizerische Gesellschaft für Ernährung. (Hrsg.): Protein und unentbehrliche Aminosäuren. In: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Bonn, 2 Auflage, 3 aktualisierte Ausgabe (2017) 
7. Ely, I. A., Phillips, B. E., Smith, K., Wilkinson, D. J., Piasecki, M., Breen, L., Larsen, M. S., & Atherton, P. J. (2023). A focus on leucine in the nutritional regulation of human skeletal muscle metabolism in ageing, exercise and unloading states. Clinical Nutrition, 42(10), 1849–1865. https://doi.org/10.1016/j.clnu.2023.08.010 
8. Khemtong, C., Kuo, C.-H., Chen, C.-Y., Jaime, S. J., & Condello, G. (2021). Does Branched-Chain Amino Acids (BCAAs) Supplementation Attenuate Muscle Damage Markers and Soreness after Resistance Exercise in Trained Males? A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Nutrients, 13(6), Article 6. https://doi.org/10.3390/nu13061880 
9. Lee, S. Y., Lee, H. J., & Lim, J.-Y. (2022). Effects of leucine-rich protein supplements in older adults with sarcopenia: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Archives of Gerontology and Geriatrics, 102, 104758. https://doi.org/10.1016/j.archger.2022.104758 
10. Martinho, D. V., Nobari, H., Faria, A., Field, A., Duarte, D., & Sarmento, H. (2022). Oral Branched-Chain Amino Acids Supplementation in Athletes: A Systematic Review. Nutrients, 14(19), Article 19. https://doi.org/10.3390/nu14194002 
11. Nagata, C., Nakamura, K., Wada, K., Tsuji, M., Tamai, Y., & Kawachi, T. (2013). Branched-chain Amino Acid Intake and the Risk of Diabetes in a Japanese Community: The Takayama Study. American Journal of Epidemiology, 178(8), 1226–1232. https://doi.org/10.1093/aje/kwt112  
12. Nakamura, I. (2014). Impairment of innate immune responses in cirrhotic patients and treatment by branched-chain amino acids. World Journal of Gastroenterology, 20(23), 7298–7305. https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i23.7298 
13. Prokopidis, K., Kirwan, R. P., Giannos, P., Triantafyllidis, K. K., Kechagias, K. S., Forbes, S. C., & Candow, D. G. (2023). The impact of branched-chain amino acid supplementation on measures of glucose homeostasis in individuals with hepatic disorders: A systematic review of clinical studies. Journal of Human Nutrition and Dietetics, 36(3), 603–611. https://doi.org/10.1111/jhn.13076 
14. Park, M., Lee, S., Choi, E., Lee, S., & Lee, J. (2022). The Effect of Branched Chain Amino Acid Supplementation on Stroke-Related Sarcopenia. Frontiers in Neurology, 13, 744945. https://doi.org/10.3389/fneur.2022.744945  
15. Ramzan, I., Ardavani, A., Vanweert, F., Mellett, A., Atherton, P. J., & Idris, I. (2022). The Association between Circulating Branched Chain Amino Acids and the Temporal Risk of Developing Type 2 Diabetes Mellitus: A Systematic Review & Meta-Analysis. Nutrients, 14(20), 4411. https://doi.org/10.3390/nu14204411 
16. Rehman, S. U., Ali, R., Zhang, H., Zafar, M. H., & Wang, M. (2023). Research progress in the role and mechanism of Leucine in regulating animal growth and development. Frontiers in Physiology, 14, 1252089. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1252089 
17. Simonson, M., Boirie, Y., & Guillet, C. (2020). Protein, amino acids and obesity treatment. Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders, 21(3), 341–353. https://doi.org/10.1007/s11154-020-09574-5 
18. Su, Y., Elshorbagy, A., Turner, C., Refsum, H., & Kwok, T. (2022). The Association of Circulating Amino Acids and Dietary Inflammatory Potential with Muscle Health in Chinese Community-Dwelling Older People. Nutrients, 14(12), 2471. https://doi.org/10.3390/nu14122471 
19. Zemel, M. B., & Bruckbauer, A. (2012). Effects of a Leucine and Pyridoxine-Containing Nutraceutical on Fat Oxidation, and Oxidative and Inflammatory Stress in Overweight and Obese Subjects. Nutrients, 4(6), Article 6. https://doi.org/10.3390/nu4060529 
20. Zheng, Y., Li, Y., Qi, Q., Hruby, A., Manson, J. E., Willett, W. C., Wolpin, B. M., Hu, F. B., & Qi, L. (2016). Cumulative consumption of branched-chain amino acids and incidence of type 2 diabetes. International Journal of Epidemiology, 45(5), 1482–1492. https://doi.org/10.1093/ije/dyw143 

Allgemeine Quellen: (nicht mit Nr. im Text versehen; Bsp.: Bücher, andere Portale) 

1. Bifari, F., & Nisoli, E. (2017). Branched‐chain amino acids differently modulate catabolic and anabolic states in mammals: A pharmacological point of view. British Journal of Pharmacology, 174(11), 1366–1377. https://doi.org/10.1111/bph.13624 
2. Nie, C., He, T., Zhang, W., Zhang, G., & Ma, X. (2018). Branched Chain Amino Acids: Beyond Nutrition Metabolism. International Journal of Molecular Sciences, 19(4), Article 4. https://doi.org/10.3390/ijms19040954

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