Gli aminoacidi a catena ramificata (BCAAs) comprendono i tre aminoacidi essenziali L-leucina, L-isoleucina ed L-valina. Essi sono chiamati a catena ramificata perché la loro struttura forma delle ramificazioni. Questi aminoacidi si ritrovano nelle proteine di tutte le forme viventi e rappresentano circa il 35% degli aminoacidi essenziali nelle proteine muscolari ed il 40% degli amminoacidi richiesti dai mammiferi (Shimomura & al., 2004).
Essendo tra i nove aminoacidi essenziali, l'organismo non è in grado di sintetizzarli, e devono quindi essere assunti con la dieta, in particolare tramite fonti derivate da proteine animali e vegetali (Hendler, 2003).
La L-leucina è anche nota come 2-amino-4-metilvalerico, acido alfa-aminoisocaproico ed acido (S)-2-amino-4-metilpentanoico. Essa viene abbreviata in Leu o L, e ha un peso molecolare pari a 131.17 dalton. La sua formula molecolare è C6H13NO2 e la sua formula di struttura è la seguente:
La L-isoleucina è anche nota come acido 2-amino-3-metilvalerico, acido alfa-amino-beta-metilvalerico ed acido (2S, 3S)-2-amino-3-metilpentanoico. Viene abbreviata in Ile o I, e ha un peso molecolare pari a 131.17 dalton. La sua formula molecolare è C6H13NO2 e la sua formula di struttura è la seguente:
La L-valina è anche nota come acido 2-aminoisovalerico, acido 2-amino-3-metilbutirrico, acido alfa-aminoisovalerico e acido (S)-2-amino-3-metilbutanoico. Viene abbreviata in Val o V e ha un peso molecolare pari a 117.15 dalton. La sua formula molecolare è C5H11NO2 e la sua formula di struttura è la seguente:
L'utilizzo degli amminoacidi ramificati come integratori è spesso considerata come una delle più efficaci sia ai fini energetici sia plastici. Si tratta dunque di una specie di integratore dotato di notevoli vantaggi potenziali.
Il rapporto relativo fra i tre diversi ramificati nelle formulazioni commerciali è quello di 2-1-1 (Leu-Val-Ile), anche se numerosi studi hanno determinato altri possibili rapporti fra i tre componenti. Occorre comunque specificare come esistano moltissimi lavori scientifici che dimostrano l'azione prevalente della leucina soprattutto per quanto riguarda il reintegro energetico e lo stimolo alla secrezione endogena dell'ormone della crescita e dell'insulina.
La prerogativa plastica di questi amminoacidi è data dalla loro capacità di essere metabolizzati direttamente dal e nel muscolo, quindi il loro metabolismo non coinvolge il fegato. La L-leucina svolge un importante ruolo inibitore nella formazione di urea a livello epatico (Neri, Bargossi, & Paoli, 2002).
Durante la prestazione sportiva e nella prima fase del recupero, la sintesi proteica è notevolmente rallentata a favore di una "degradazione" o fase catabolica. Questa degradazione avviene per vari motivi individuabili nel nuovo assetto ormonale che corrisponde alle esigenze dello sforzo fisico e in fenomeni di adattamento tissutale (ad esempio rimaneggiamento di strutture proteiche muscolari con liberazione degli amminoacidi ramificati che possono essere impiegati nella gluconeogenesi).
In questo contesto gli amminoacidi ramificati contribuiscono infatti come eccellenti fornitori di energia. Dopo circa 20' di recupero si apre la cosiddetta "finestra degli amminoacidi" e le proteine vengono ricostruite captando gli amminoacidi dal sangue soprattutto a carico (90%) dei ramificati.
Con l'utilizzo di amminoacidi ramificati come integratori, abbiamo quindi una situazione di stimolo alla sintesi proteica e delle proteine muscolari. A questa si affianca una funzione anticatabolica inibitrice della "lesione" proteica tipica da sforzi intensi e prolungati. Alcuni studi dimostrano un'azione degli amminoacidi ramificati come stimolo per l'innalzamento dei livelli di testosterone (Neri, Bargossi, & Paoli, 2002)
Esiste poi una competizione, a livello di sistemi di trasporto e assorbimento della barriera ematoencefalica, con gli amminoacidi aromatici (fenilalanina, tirosina, triptofano). La concentrazione relativa degli amminoacidi ramificati e di quelli aromatici li mette in competizione per il sistema di trasporto attivo (Lcarrier) attraverso la barriera ematoencefalica (Figura 4). Il passare dal circolo sanguigno al cervello di quote variabili dell'uno o dell'altro amminoacido è di estrema importanza poiché gli amminoacidi aromatici sono precursori di importanti ormoni neurotrasmettitori come le catecolamine (dopamina) o la serotonina.
Un aumento di catecolamine è funzionale al mantenimento di uno stato di allarme. La serotonina, che deriva dal triptofano, è il mediatore che caratterizza lo stato dell'umore ed il rilassamento. Nell'esercizio fisico, soprattutto se intenso, si ritiene che la variazione di concentrazione della serotonina cerebrale sia dipendente dal grande aumento del triptofano libero plasmatico e sia responsabile dello stato di fatica centrale che viene caratterizzato da sonnolenza, malumore, senso di stanchezza con difficoltà a proseguire l'impiego (Neri, Bargossi, & Paoli, 2002).
Diversi anni or sono, gli aminoacidi ramificati hanno provocato un certo interesse in neurologia in concomitanza di uno studio pilota che indicava come i pazienti affetti da sclerosi laterale amiotrofica (SLA) mostravano un miglioramento sintomatico dopo assunzione di alte dosi di BCAAs (Bastone, Michel, Beghi, & Salmona, 1995). Fu allora ipotizzato che tali aminoacidi potessero esercitare un'azione protettiva nei confronti del danno neuronale da glutammato, un neurotrasmettitore ad attività eccitatrice. Sulla base di questo studio pilota, i BCAAs ricevettero lo status di farmaci orfani (negli Stati Uniti) per il trattamento della SLA. Sfortunatamente tutte le indagini cliniche che seguirono ebbero risultati negativi ed una addirittura ha suggerito che essi possano aumentare la mortalità nei pazienti affetti da SLA (Hendler, 2003).
Gli aminoacidi ramificati vengono talvolta impiegati nella nutrizione parenterale ed enterale dei soggetti con encefalopatia epatica (Fabbri, Magrini, Bianchi, & al., 1996). Occasionalmente, essi vengono pure usati nella nutrizione parenterale ed enterale in corso di ustioni gravi o di altre gravi condizioni traumatiche a causa della loro possibile attività anticatabolica in queste condizioni (Pelosi, Proietti, Magalini, & al., 1983).
Gli aminoacidi a catena ramificata vengono a volte classificati come grandi aminoacidi neutri.