Isoleucin

Isoleucin ist eine essenzielle Aminosäure (Proteinbaustein), die zusammen mit Valin und Leucin zu den verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAAs) gehört. Da der Körper Isoleucin nicht selbst bilden kann, muss diese Aminosäure über Lebensmittel tierischen oder pflanzlichen Ursprungs aufgenommen werden. Nach der Aufnahme wird Isoleucin rasch aus dem Darm resorbiert und anschließend überwiegend in der Leber und der Skelettmuskulatur verstoffwechselt. Nach einigen Stoffwechselprozessen steht Isoleucin dem Körper als Energiequelle zur Verfügung oder wird für die Proteinsynthese genutzt [8]. 

Als Bestandteil der BCAA spielt Isoleucin eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Muskelregeneration nach dem Sport und kann dazu beitragen, das Risiko einer Sarkopenie zu verringern. Zudem hat Isoleucin einen positiven Einfluss auf den Blutzuckerspiegel und das Immunsystem.  

Im Verlauf des Artikels wird wiederholt der Begriff "BCAAs" verwendet, da zahlreiche Studien sich auf verzweigtkettige Aminosäuren im Allgemeinen konzentrieren und nicht isoliert auf Isoleucin eingehen.

• Reguliert Glukosestoffwechsel 
• Hyopglykämisch 
• Reguliert Fettstoffwechsel 
• Reguliert Proteinstoffwechsel 
• Energielieferant 
• Fördert Wachstumsprozesse 
• Fördert Heilungsprozesse 
• Immunfunktion  

[7] 

• Muskelschwund 
• Beeinträchtigter Glukosestoffwechsel 
• Eingeschränkte Energiebereitstellung 
• Störung des Hormonhaushaltes
• Verlangsamte Wundheilung

Als Bestandteil von Proteinen kommt Isoleucin vor allem in tierischen Produkten wie Fleisch, Geflügel, Fisch, Eiern, Milch und Milchprodukten vor. Pflanzliche Quellen sind Hülsenfrüchte (z.B. Linsen, Soja, Kichererbsen), Getreide (z.B. Hafer, Reis), Nüsse und Samen. Zu beachten ist, dass der Eiweiß- und damit der Isoleucingehalt bei tierischen Produkten höher ist. 

Der Bedarf an Isoleucin 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. 

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über den durchschnittlichen Bedarf an Isoleucin in mg/kg Körpergewicht/ Tag für verschiedene Altersgruppen, darunter Säuglinge ab 6 Monaten, Kinder, Jugendliche und Erwachsene [2].  

Für Isoleucin sind bisher keine therapeutischen Anwendungen bekannt. Auch eine gezielte Supplementierung einzelner Aminosäuren wird derzeit aufgrund unzureichender Evidenz nicht empfohlen.

Generell gilt die Einnahme von Isoleucin über Nahrungsmittel als sicher.  

Fallberichte nach der Einnahme von BCAAs weisen auf mögliche Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Magen-Darm-Beschwerden und einen Anstieg des Blutammoniak hin. Diese Berichte beziehen sich jedoch auf die kombinierte Einnahme von BCAAs und nicht spezifisch auf die isolierte Einnahme von Isoleucin [1].  

Die Einnahme von Isoleucin sollte dennoch aus verschiedenen Gründen von folgenden Personen vermieden werden [1]: 

• 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 Isoleucin tritt insbesondere bei Personen mit Verdauungsstörungen, verminderter Enzymaktivität oder unausgewogener Ernährung (z.B. Essstörungen, Mangelernährung) 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, darunter Isoleucin, unterstützen diesen Prozess, indem sie die Proteinsynthese anregen oder Energie liefern [3].  

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 ausblieb. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass BCAAs die Muskelregeneration nach den Krafttraining verbessern und trainingsbedingte Entzündungen reduzieren können [3].

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 [4].  

Sarkopenie 

Sarkopenie ist der altersbedingte Abbau der Skelettmuskulatur. Dies äußert sich in einer Abnahme der Muskelmasse und der Muskelkraft, was zu einem erhöhten Sturzrisiko und allgemeiner Gebrechlichkeit führt. Wie Studien zeigen, kann dem Muskelabbau durch Krafttraining und proteinreiche Ernährung oder BCAA-Supplementierung entgegengewirkt werden. 

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 [11].  

In einer weiteren Studie 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 potentielles therapeutisches Mittel für Menschen mit Sarkopenie sein könnte [9].  

Blutzucker  

Insbesondere Tier- und Zellkulturstudien deuten darauf hin, dass Isoleucin die insulinunabhängige Glukoseaufnahme in Skelettmuskelzellen erhöhen und gleichzeitig die Glukoseoxidation stimulieren kann, wodurch Glukose vermehrt als Energiequelle genutzt wird. Außerdem hemmt Isoleucin die Gluconeogenese in der Leber, was bedeutet, dass die Leber weniger Glukose ins Blut freisetzt. Diese Prozesse führen zu einer Senkung des Blutzuckerspiegels (Hypoglykämie). 

In einer Studie von Nuttall et al. erhielten 9 gesunde Probanden vier verschiedene „Testmahlzeiten“:  

1. Isoleucin (1 mmol/kg KG),  
2. 25 g Glucose  
3.  1 mmol Isoleucin/kg + 25 g Glucose 
4.  Wasser 

Nach Einnahme von Isoleucin stieg die Isoleucin-Konzentration um das 24fache an. Der Glukosespiegel sank, während der Inuslinspiegel unverändert blieb. Der Isoleucinspiegel war geringer, wenn Isoleucin zusammen mit Glukose eingenommen wurde. Dagegen stieg der Insulinspiegel an und war sogar um 43 % höher, als wenn nur Glukose eingenommen wurde. Außerdem wurde beobachtet, dass die Glukosekonzentration langsamer anstieg und abfiel, wenn Glukose und Isoleucin zusammen eingenommen wurden, als wenn ausschließlich Glukose verzehrt wurde. Auf die Glukagon-Konzentration (Hormon das Blutzuckerspiegel erhöht) hatte Isoleucin nur einen geringen Einfluss [8]. 

Die Ergebnisse zeigen, dass Isoleucin an sich keine Wirkung auf das Insulin hat, wohl aber auf die Glukosekonzentration im Blut. Die Daten weisen darauf hin, dass Isoleucin beim Menschen zu ähnlichen Ergebnissen führt wie in Tier- und Zellkulturstudien.  

Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes 

Aufgrund seiner blutzuckersenkenden Wirkung wird vermutet, dass Isoleucin Stoffwechselstörungen wie die Insulinresistenz positiv beeinflussen kann, was sich wiederum auf Krankheiten wie Übergewicht, Diabetes Typ 2 oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen auswirken könnte. Die Studienergebnisse zu diesem Thema sind jedoch kontrovers und zeigen Uneinigkeit über einen möglichen Zusammenhang. 

Insulinresistenz 

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. 

Typ-2-Diabetes 

In einer von Nagata et al. durchgeführten Studie konnte gezeigt werden, dass eine hohe Zufuhr von BCAAs das Risiko, an Diabetes zu erkranken, verringert [5]. 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 [12]. Darüber hinaus konnte in einer Metaanalyse gezeigt werden, dass die Konzentration frei zirkulierender BCAAs mit der Entwicklung von Typ-2-Diabetes assoziiert ist [10].  

Aufgrund der begrenzten Evidenz wird Isoleucin derzeit noch nicht als therapeutisches oder präventives Mittel bei Erkrankungen wie Diabetes, Adipositas oder kardiovaskulären Erkrankungen eingesetzt. Forscher vermuten jedoch, dass BCAAs möglicherweise ein aussagekräftiger Indikator für Typ-2-Diabetes sein könnten. 

Immunsystem 

Studien deuten darauf hin, dass BCAAs eine positive Wirkung auf das Immunsystem haben können. Isoleucin kann 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 Untersuchung wurden 646 Personen in zwei Gruppen eingeteilt. Gruppe 1 erhielt über einen Zeitraum von drei Monaten 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.  

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 [6].

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

Für Kraft- und Leistungssportler, kann eine erhöhte Zufuhr sinnvoll sein, um die Regeneration der Muskeln zu beschleunigen und die Intensität von Muskelkater zu reduzieren.

Studien und Primärquellen

[1] 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 

[2] 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) 

[3] 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 

[4] 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 

[5] 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 

[6] Nakamura, I. (2014). Impairment of innate immune responses in cirrhotic patients and treatment by branched-chain amino acids. World Journal of Gastroenterology : WJG, 20(23), 7298–7305. https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i23.7298 

[7] 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 

[8] Nuttall, F. Q., Schweim, K., & Gannon, M. C. (2008). Effect of orally administered isoleucine with and without glucose on insulin, glucagon and glucose concentrations in non-diabetic subjects. e-SPEN, the European e-Journal of Clinical Nutrition and Metabolism, 3(4), e152–e158. https://doi.org/10.1016/j.eclnm.2008.05.001 

[9] 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 

[10] 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), Article 20. https://doi.org/10.3390/nu14204411 

[11] 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 

[12] 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) 

• 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 
• Nuttall, F. Q., Schweim, K., & Gannon, M. C. (2008). Effect of orally administered isoleucine with and without glucose on insulin, glucagon and glucose concentrations in non-diabetic subjects. e-SPEN, the European e-Journal of Clinical Nutrition and Metabolism, 3(4), e152–e158. https://doi.org/10.1016/j.eclnm.2008.05.001 

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