Exercise and β-alanine supplementation on carnosine-acrolein adduct in skeletal muscle

Abstract

Previous studies have demonstrated that exercise results in reactive aldehyde production and that β-alanine supplementation increases carnosine content in skeletal muscle. However, little is known about the influence exercise and β-alanine supplementation have on the formation of carnosine-aldehydes. The goal of the present study was to monitor the formation of carnosine-aldehyde adducts, following high-intensity intermittent exercise, before and after β-alanine supplementation. Vastus lateralis biopsy samples were taken from 14 cyclists, before and after a 28 day β-alanine supplementation, following 4 bouts of a 30 s all-out cycling test, and carnosine and CAR-aldehyde adducts [carnosine-acrolein, CAR-ACR (m/z 303), carnosine-4-hydroxy-2-hexenal, CAR-HHE (m/z 341) and carnosine-4-hydroxy-2-nonenal, CAR-HNE (m/z 383)] were quantified by HPLC-MS/MS. β-alanine supplementation increased muscle carnosine content by ~50% (p = 0.0001 vs. Pre-Supplementation). Interestingly, there was a significant increase in post-exercise CAR-ACR content following β-alanine supplementation (p < 0.001 vs. post-exercise before supplementation), whereas neither exercise alone nor supplementation alone increased CAR-ACR formation. These results suggest that carnosine functions as an acrolein-scavenger in skeletal muscle. Such a role would be relevant to the detoxification of this aldehyde formed during exercise, and appears to be enhanced by β-alanine supplementation. These novel findings not only have the potential of directly benefiting athletes who engage in intensive training regimens, but will also allow researchers to explore the role of muscle carnosine in detoxifying reactive aldehydes in diseases characterized by abnormal oxidative stress.

Human Skeletal Muscle has Large Capacity to Increase Carnosine Content in Response to Beta-Alanine Supplementation. A Systematic Review with Bayesian Individual and Aggregate Data E-Max Model and Meta-Analysis

“…Complete individual data sets were obtained from five studies conducted within the authors laboratory. Two of these studies were identified in the systematic search [12,22], while the remaining three are currently unpublished. Ninety-nine participants were available (BA n = 67, PLA n = 32) comprising a total of 232 observations.…”

Ação da insulina na captação de beta-alanina pelo músculo esquelético: efeito sobre o conteúdo de beta-alanina muscular e mecanismos envolvidos

“…Um sólido corpo de evidências (Derave et al, 2007;Hill et al, 2007;Stout et al, 2007;Kendrick et al, 2008;Van Thienen et al, 2009;Baguet et al, 2010;Sale et al, 2011;Bellinger et al, 2012;de Salles Painelli et al, 2013;Tobias et al, 2013;de Salles Painelli et al, 2014b), incluindo meta-análises (Hobson et al, 2012;Saunders et al, 2017a), tem apoiado a hipótese de que a suplementação de β-alanina é capaz de melhorar o desempenho físico, em especial em atividades de alta intensidade e curta duração, atividades nas quais ocorre a acidose muscular. Até o momento, acredita-se que a principal função da carnosina no músculo esquelético seja o tamponamento de ácidos, muito embora outros importantes papéis tenham sido atribuídos à carnosina, como a regulação da sensibilidade do aparato contrátil muscular ao Ca ++ ou dos transientes de Ca ++ (Dutka & Lamb, 2004) e eliminação de produtos tóxicos da peroxidação lipídica (Carvalho et al, 2018). No entanto, as exatas funções desempenhadas pela carnosina não são totalmente conhecidas (Drozak et al, 2010), e a necessidade de boas evidências experimentais obtidas em estudos in vivo que confirmem a relevância fisiológica da carnosina e seus análogos ainda são necessárias (Artioli et al, 2018).…”

“…Os padrões e as amostras de plasma, músculo e urina foram quantificados em duplicata e analisados por HPLC-ESI + -MS/MS on-line, utilizando Carnosina-d4 (CAR-d4) como padrão interno (Carvalho et al, 2018).…”

“…A carnosina (β-alanil-L-histidina) é um dipeptídeo intracelular abundantemente encontrado no músculo esquelético humano (o conteúdo varia de ~10 a ~40 mmol . kg -1 de músculo seco) (Saunders et al, 2017b), onde desempenha importantes papéis fisiológicos, como a manutenção da homeostase ácido-base durante o exercício de alta intensidade (Abe, 2000;Artioli et al, 2010;Dolan et al, 2018), regulação do manejo e sensibilidade do Ca ++ durante a contração muscular (Hipkiss & Chana, 1998;Dutka & Lamb, 2004;Hannah et al, 2015) e eliminação de produtos tóxicos da peroxidação lipídica (Carvalho et al, 2018). Embora a suplementação de β-alanina seja a estratégia eficaz mais conhecida para aumentar o conteúdo de carnosina muscular, estudos prévios mostraram que apenas ~6% da dose total é usada para sintetizar a carnosina no músculo esquelético (Blancquaert et al, 2016;Saunders et al, 2017b).…”

Papel da atividade muscular sobre a regulação do conteúdo de carnosina em resposta à suplementação de beta-alanina: um estudo em atletas com lesão medular

“…Em humanos, a concentração de carnosina muscular corresponde a cerca de 20 mmol‧kg -1 de musculo seco, podendo variar em função de fatores como a idade, o gênero, o condicionamento físico e a modalidade esportiva praticada, no caso de atletas (PARKHOUSE et al, 1985;TALLON et al, 2005;KIM, 2009;DEL FAVERO et al, 2012). Estudos conduzidos desde os primeiros anos após descoberta da carnosina têm atribuído a esta molécula diversas funções fisiológicas, algumas das quais: ação antiglicante, regulação do retículo sarcoplasmático (estimulando a liberação de Ca + ), aumento da sensibilidade ao Ca + no aparato contrátil e ação antioxidante (SEVERIN, KIRZON e KAFTANOVA, 1953;BEGUM, CUNLIFFE e LEVERITT, 2005;BOLDYREV, ALDINI e DERAVE, 2013;CARVALHO et al, 2018;DOLAN et al, 2018). Com mais destaque, no entanto, evidências apontam a ação tamponante da carnosina como principal papel fisiológico desempenhado no tecido muscular (BEGUM, CUNLIFFE e LEVERITT, 2005;BUDZEN e RYMASZEWSKA, 2013;SALE et al, 2013;DOLAN et al, 2018).…”