Bioaktive Peptide. Positive Effekte im sportbezogenen Kontext

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Ziel der Arbeit

2. Bioaktive Peptide
2.1 Definitionen
2.2 Herstellung
2.3 Resorption im Darm und Bioverfügbarkeit

3. Aktueller Forschungsstand

4. Fragestellung
4.1 Wirkungen BAP im Bereich Performance
4.2 Wirkungen BAP im Bereich Muskelkater und Regeneration
4.3 Wirkungen BAP auf die Extrazellulärmatrix

5. Methodisches Vorgehen
5.1 Suchstrategie
5.2 Studienauswahl
5.3 Datengewinnung und Details

6. Wirkungen bioaktiver Peptide und Hydrolysate im sportbezogenen Kontext
6.1 Wirkungen in Bezug auf die Leistung und Körperkomposition
6.1.1 Muskelproteinbiosynthese und Leistung
6.1.2 Körperkomposition
6.1.3 Regeneration
6.2 Wirkungen auf die extrazelluläre Matrix/ Bindegewebe
6.2.1 Gelenkerkrankungen und Gelenkschmerzen
6.2.2 Sehnen

7. Diskussion
7.1 Bioaktive Peptide im Zusammenhang mit Regeneration
7.2 Bioaktive Peptide im Zusammenhang mit MPS und Leistung
7.3 Bioaktive Peptide im Zusammenhang mit Veränderungen der Körperkomposition
7.4 Bioaktive Peptide und deren Wirkung auf die Extrazellulärmatrix im Sport .

8. Fazit
8.1 Fazit der Studien- und Diskussionsergebnisse
8.2 Ausblick

9. Literaturverzeichnis

10. Tabellen und Abbildungen

Abstract

The aim of this systematic review was to describe, discuss and summarize the positive effects of bioactive peptides (BAP) in a context of physical training. Therefor, a systematic literature search was conducted in the databases “Pubmed”, “Science direct”, “Cochrane Library” and “Google Scholar”. Out of a total of N = 1031 articles, N = 16 studies were eligible. The main findings from each study were tabulated by using the PICO scheme and their validity was assessed by using the PEDro scale.

After reviewing the eligible studies based on systematic review (PRISMA) guidelines the following correlations can be demonstrate: BAP seem to ameliorate exercise induced muscle damage (EIMD) and accelerate recovery after strenuous exercise. Reason for this seem to be the antioxidative and anti-inflammatory properties of the peptides. However, these assumption needs to be verified by further human studies.

Stimulation of muscle protein synthesis (MPS) by BAP is highly controversial. Some studies do not receive any results while others show positive effects in resistance exercise and endurance training.

Type of parent protein and molecular weight seem to have a great impact on the effects of BAP. As shown in several studies, effects of hydrolysates and peptides increase with decreasing molecular weight, which is explained by their high absorption rate and therefore a much faster availability of amino acids in human blood and target organs.

Collagen peptides in particular (collagen peptides; CP) improve body composition by reducing fett mass (FM) and increasing fatt free mass (FFM) when supplemented in combination with intensive resistance exercise. Also activity-related joint pain can be improved by supplementing with CP.

Initial research findings are promising and the elucidation of further mechanisms, effects and relationships would be worthwhile for various target groups.

Zusammenfassung

Diese Literaturübersicht hat zum Ziel, die positiven Effekte von bioaktiven Peptiden (BAP) im sportbezogenen Kontext zu beschreiben, diskutieren und zusammenzufassen. Dazu wurde eine systematische Literaturrecherche in den Datenbanken „Pubmed“, „Science direct“, „Cochrane Library“ und „Google Scholar“, durchgeführt. Von N = 1031 Artikeln wurden N = 16 Studien eingeschlossen, deren relevanten Daten mittels PICO Schema extrahiert und deren Aussagekraft mittels PEDro Skala beurteilt.

Es zeigen sich folgende Zusammenhänge: BAP scheinen die Entstehung eines Muskelkaters nach einer intensiven Trainingseinheit zu vermindern und die Regenerationszeit zu verkürzen. Dies wird auf die antioxidativen und antiinflammatorischen Wirkungen der Peptide zurückgeführt, eine Annahme, welche durch weitere Humanstudien geprüft werden muss. Umstritten ist die Stimulierung der Muskelproteinsynthese (MPS) durch BAP. Einige Studien zeigen keine Ergebnisse, andere jedoch positive Effekte im Bereich Kraft- und Ausdauertraining. Die genannten Wirkungen scheinen von der Proteinart, von welcher die Peptide und Hydrolysate stammen und von deren Molekulargewicht abhängig zu sein. Die Wirkung der Hydrolysate und Peptide steigt mit sinkendem Molekulargewicht. Dies wird durch die schnellere Absorption im Darm und der damit schnelleren Verfügbarkeit der Aminosäuren (AS) im Blutkreislauf und im Gewebe erklärt. Kollagenpeptide im Speziellen (engl. collagen peptides; CP) zeigen einen Effekt auf die Körperkomposition, sie reduzieren die Fettmasse (FM) und erhöhen die fettfreie Masse (FFM) bei gleichzeitiger regelmäßiger sportlicher Aktivität. Bei bewegungsabhängigen Gelenkschmerzen kann die regelmäßige Einnahme von CP die Symptome lindern.

Erste Erkenntnisse der Forschung sind vielversprechend und die Aufklärung weiterer Mechanismen, Wirkungen und Zusammenhänge wäre für diverse Zielgruppen lohnenswert.

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Aminosäurenzusammensetzung der Proteinsupplemente der Studie von Sara Y Oikawa, Michael J und Kamal et al. (Sara Y Oikawa et al.)

Tabelle 2 Aminosäurenzusammensetzung der Proteinsupplemente der Studie von Lollo und Amaya-Farfan et al. (Lollo et al. 2014)

Tabelle 3 Suchhistorie der systematischen Literaturrecherche in der Datenbank Pubmed am 02.07.2020 nach Spezifizierung der Suchbegriffe

Tabelle 4 Suchhistorie der gezielten Schlagwortsuche in der Datenbank Pubmed am 02.07.2020

Tabelle 5 Darstellung der extrahierten Peptide und Hydrolysate aus verschiedenen Vorläuferproteinen und deren zugeschriebenen Wirkungen

Tabelle 6 Datenextraktion der eingeschlossenen Studien mit Hilfe des PICO Schemas

Tabelle 7 Beurteilung der Aussagekraft und Glaubwürdigkeit der Studien mit Hilfe einer PEDro Skala

Tabelle 8 Erläuterungen der PEDro Kriterien, nach denen die Studien auf Glaubwürdigkeit und Aussagekraft beurteilt werden, übersetzt aus dem Englischen von Stefan Hegenscheidt, Angela Harth und Erwin Scherfer (Hegenscheidt et al. 2020) XXI Tabelle 9 Suchhistorie der systematischen Literaturrecherche in der Datenbank Cochrane Library am 02.07.2020

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Überblick über die Wirkungen BAP auf die Muskulatur, die Körperkomposition und bewegungsabhängige Gelenkerkrankung im Zusammenhang mit körperlicher Aktivität, welche in der Literaturarbeit qualitativ und systematisch untersucht werden XXIII

Abbildung 2 Das Risiko für Verzerrungen der Studien tabellarisch nach Vorlage einer „Risk of Bias“ Tabelle des „Risk of Bias tool" dargestellt (Sterne et al. 2019) XXIV

Abbildung 3 Darstellung des Suchprozesses nach Vorlage des PRISMA Flussdiagrammes (Moher et al. 2009) XXV

1. Einleitung

1.1 Hintergrund

Wissenschaftliche Untersuchungen der letzten Jahre zeigen deutlich, dass Leistungsparameter im Sport, wie beispielsweise die Ausdauer-, Kraft- und Regenerationsfähigkeit, durch eine adäquate Sporternährung weiter gesteigert werden können (Farnfield et al. 2009; Hawley 2013; Heaton et al. 2017; Mobley et al. 2017; Robinson et al. 2013). Dies wurde bei ambitionierten Freizeit- und Leistungssportlern jeglichen Alters beobachtet (Cermak et al. 2012; Moore et al. 2009; Witard and Ball 2018). Gegenstand wissenschaftlicher Diskussionen sind neben einer adäquaten Proteinzufuhr auch einzelne AS, wie z. B. Leucin. Einige Studien zeigen beispielsweise, dass Leucin als Stimulator der Proteinbiosynthese den Aufbau von Muskelmasse vor allem im Krafttraining fördern kann (Farnfield et al. 2009; Lim et al. 2018; Moberg et al. 2016). Neben einzelnen AS geraten aber auch verschiedene Peptidformen immer mehr in den Fokus des Forschungsinteresses (Banerjee and Shanthi 2016; Brandelli et al. 2015; Kitakaze et al. 2016). In Betrachtung des aktuellen Forschungsstandes hierzu, können den BAP jedoch noch keine eindeutigen Wirkungen im sportbezogenen Kontext zugeschrieben werden. Die Studien zeigen keine eindeutigen Ergebnisse, inwiefern BAP die Effekte von Sport potenzieren können.

1.2 Ziel der Arbeit

Ziel der Arbeit ist es, die aktuelle Studienlage zum Thema zu beschreiben, analysieren, diskutieren und zusammenzufassen. Dabei wird im ersten Teil näher auf die BAP, deren Herstellung, Resorptionsverhalten und Bioverfügbarkeit eingegangen, im zweiten Teil wird der aktuelle Forschungsstand beschrieben. Die Literaturarbeit stellt systematisch die Ergebnisse der Studien dar, bewertet diese, vergleicht und diskutiert sie um einen Überblick über die Effekte von BAP im sportbezogenen Kontext zu geben. Hierbei werden die Wirkungen der BAP auf die Performance, die Regeneration, die Körperkomposition und die Extrazellulärmatrix (EZM) untersucht. Das Aufzeigen des aktuellen Forschungsstandes verschafft ebenfalls einen Überblick darüber, in welchem Bereich BAP auf Grund eindeutiger Studienlage schon eingesetzt werden könnten und in welchem Bereich noch weitere Forschung nötig ist, da Studienergebnisse sich widersprechen, die Studienlage unklar ist, oder die zellulären Wirkmechanismen der BAP noch nicht bekannt sind.

2. Bioaktive Peptide

2.1 Definitionen

Bioaktivität wird in der Literatur beschrieben als die Wirksamkeit bioaktiver Lebensmittelinhaltsstoffe, welche sich auf„physiologische, biochemische und molekulare Prozesse im Menschen bezieht und auf die Stabilisierung oder Verbesserung von Organ - und Körperfunktionen abzielt“ (Haller and Grune 2013). BAP sind in der Literatur definiert als ein „spezifisches Proteinfragment mit positiven Auswirkungen auf Körperfunktionen was letztendlich die Gesundheit beeinflussen kann“ (Kitts and Weiler 2003). Innerhalb der Vorläuferproteine ist die 2-9 AS lange Sequenz (Kitts and Weiler 2003), welche der der BAPs entspricht, noch inaktiv, wird das Peptid aus dem Protein freigesetzt, kann es diverse biologische Wirkungen zeigen (Udenigwe and Aluko 2012). In vielen wissenschaftlichen Untersuchungen wird die Wirksamkeit von Hydrolysaten statt der von Peptiden untersucht. Hydrolysate stellen ein Gemisch aus vielen verschiedenen Peptiden dar, die sich in ihrer Wirkung auch gegenseitig beeinflussen können (Manninen 2004).

2.2 Herstellung

Quellen für BAP sind tierische und pflanzliche Proteine. Zu den tierischen zählen hauptsächlich die Milchproteine Casein und Molke, Eiprotein, Fleisch- und Fischproteine. Pflanzliche Proteinquellen sind meist Soja, Hülsenfrüchte, Hafer und Weizen. Zur Herstellung von BAP werden Proteine aus Abfallprodukten der Industrie, beispielsweise der Milchindustrie, oder Proteine, deren Aminosäurensequenz von pharmakologischem Interesse ist, genutzt. Die Wirkung der Peptide im Körper ist direkt abhängig von den AS aus welchen sie bestehen, also indirekt davon, aus welchem Vorläuferprotein das Peptid stammt (Udenigwe and Aluko 2012).

Aus dem Protein freigesetzt werden BAP mit Hilfe einer technischen Prozessierung des Lebensmittels, enzymatischer Hydrolyse oder einer Fermentation, wobei die letzten beiden Möglichkeiten die meistgenutzten sind. Die enzymatische Hydrolyse kann mit spezifischen oder unspezifischen Enzymen durchgeführt werden. Oftmals werden auch die Enzyme des Verdauungstraktes herangezogen um den Verdauungsvorgang nachzuahmen (Hartmann and Meisel 2007).

Um die Peptide aus dem entstandenen Hydrolysatgemisch zu extrahieren, werden verschiedene Verfahren wie beispielsweise die Chromatographie oder die Ultrafiltration angewendet. Die Verarbeitungsbedingungen, die Wahl der Enzyme und weitere Faktoren bestimmen maßgeblich die spätere Bioverfügbarkeit der Peptide (Udenigwe and Aluko 2012).

2.3 Resorption im Darm und Bioverfügbarkeit

Physikochemische Eigenschaften der Peptide wie Kettenlänge, Aminosäurensequenz, Ladung, Molekülgröße und Löslichkeit beeinflussen die Aufnahmevorgänge im Darm, deren Bioverfügbarkeit und Wirkungen maßgeblich (Udenigwe and Aluko 2012). Proteine werden bereits im Magen mit Hilfe von Proteasen in Poly- und Oligopeptide gespalten. Unterstützend wirkt dabei auch die Magensäure welche die Proteine denaturiert. Im Duodenum werden die Poly- und Oligopeptide in Di- und Tripeptide, sowie in AS mit Hilfe von Proteasen aus dem Pankreas gespalten (Biesalski et al. 2015). Diese werden über Peptidtransporter aus dem Darmlumen in die Enterozyten transportiert. Vorhandene Oligopeptide können auch mittels eines passiven, transzellulären Transportes in die Enterozyten gelangen (Matsui et al. 2002). 25% der AS, welche von den Enterozyten in den Blutkreislauf gelangen, liegen als Di- und Tripeptide vor (Biesalski et al. 2015). Wird ein BAP oral aufgenommen muss es also gegenüber den gastrointestinalen Proteasen und den Serumpeptidasen stabil sein um in das entsprechende Zielgewebe zu gelangen und dort seine Wirkung zu entfalten (Nongonierma and FitzGerald 2015). Einen hohen Gehalt der Aminosäure Prolin soll Peptide vor einer proteolytischen Spaltung schützen (Haileselassie et al. 1999). Vom Zeitpunkt der Aufnahme bis zu einer nennenswerten Erhöhung der AS, Di- und Tripeptid Konzentration im Blut vergehen je nach Eigenschaft der Peptide ca. 30-60 Minuten (Iwai et al. 2005; Sato 2017). Im Falle von CP steigt dabei die Konzentration der freien AS und die der Peptide im Blut bei einer Aufnahme von 10g CP um ca. das 15fache an. Dies scheint jedoch von Alter, Geschlecht und Gewicht abhängig zu sein. Nach ca. 4h sinkt die Konzentration wieder auf 50% der maximalen Konzentration (Iwai et al. 2005).

Peptide, welche aus Lebensmitteln gewonnen werden, werden als sicher eingestuft, da sie auch während des Verdauungsprozesses auf natürliche Art und Weise entstehen können (Hettiarachchy et al. 2012). In allen Langzeitstudien, bei welchen kontinuierlich über Monate hinweg BAP eingenommen wurden, sind keine Nebenwirkungen oder andere schädliche Wirkungen aufgetreten (Kumar et al. 2015; Zdzieblik et al. 2017b).

3. Aktueller Forschungsstand

Seit dem Jahr 2000 rücken die BAP immer mehr in den Fokus der Wissenschaft. In vitro und in vivo Studien schreiben den BAP eine antihypertensive, antimikrobielle, antioxidative, antiinflammatorische, antikanzerogene und lipidsenkende Wirkung zu (Brandelli et al. 2015; Ngo et al. 2012; Wang and Mejia 2005).

Im Leistungssport und in der Gesundheitsprävention werden die Wirkungen der BAP zum Teil kontrovers diskutiert. Es gibt einige Anhaltspunkte, welche eine Verkürzung der Regenerationszeit sowie eine verminderte Ermüdung einhergehend mit vermindertem Muskelkater nach dem Sport mit BAP (Hansen et al. 2015) und deren antioxidativen und antiinflammatorischen Wirkungen in Zusammenhang bringen (Brown et al. 2018; Buckley et al. 2010; Hansen et al. 2015). Auch zeigen einige Untersuchungen einen positiven Effekt der BAP auf die Stimulierung der MPS nach sportlicher Betätigung, was sich bei Patienten mit Sarkopenie (Zdzieblik et al. 2015) und bei Leistungssportlern auf deren Performance positiv auswirkt (Kirmse et al. 2019; Zdzieblik et al. 2015). Weitere Studien zeigen eine positive Wirkung von BAP bei Gelenkschmerzen (Oesser et al. 2016; Praet et al. 2019) sowie Gelenkinstabilitäten, welche während körperlicher Aktivität auftreten (Clark et al. 2008; Dressler et al. 2018; Praet et al. 2019).

4. Fragestellung

In dieser Übersichtsarbeit werden die Studienergebnisse bezüglich positiver Effekte der BAP im sportbezogenen Kontext qualitativ und systematisch untersucht. Dabei wird auf die Bereiche Performance, Regeneration, Körperkomposition und EZM eingegangen. In Abbildung 1 sind die Wirkungen der BAP, die in dieser Literaturarbeit hinterfragt und diskutiert werden, schematisch dargestellt.

4.1 Wirkungen BAP im Bereich Performance

Aktuelle Studien zeigen, dass BAP die MPS stimulieren und damit die Leistung im Kraft- und Ausdauersport steigern können. Auch für den therapeutischen Bereich kann es bedeutsam sein, die Wirkungen der BAP auf die MPS zu untersuchen: Sarkopenie beispielsweise führt zu einem Verlust von Skelettmuskelmasse sowie deren funktionellen Kapazität (Cruz-Jentoft et al. 2010). Dadurch verringern sich die Stoffwechselaktivitäten der Skelettmuskulatur und die motorischen Fähigkeiten im Alltag (Zhang et al. 2018). Beides erhöht nachweislich das Risiko für chronisch degenerative Gefäß- und Stoffwechselerkrankungen (Landi et al. 2012; Zhang et al. 2018). Des Weiteren führt die Abnahme der alltagsmotorischen Kompetenzen zu häufigeren Unfällen und orthopädischen Behandlungen (Landi et al. 2012). Es stellt sich die Frage, ob BAP durch eine Stimulierung der MPS dem Verlust der Skelettmuskelmasse und den weiteren negativen Auswirkungen entgegenwirken können. Die Ergebnisse der Studien sind zum Teil widersprüchlich oder können nicht repliziert werden. Fragen, welche in dieser Übersichtsarbeit geklärt werden, richten sich nach der Wirksamkeit der BAP bei Stimulierung der MPS, welche Proteine sich dafür am besten eignen, welche Menge an BAP benötigt wird und bei welcher Zielgruppe die Effekte am größten sind.

4.2 Wirkungen BAP im Bereich Muskelkater und Regeneration

Eine Verminderung des Muskelkaters nach einer intensiven Trainingseinheit sowie eine Verkürzung der Regenerationszeit würden die Leistungssteigerung eines Sportlers positiv beeinflussen. Genau diese Effekte wurden bei einer Supplementierung mit BAP in einigen Studien beobachtet (Brown et al. 2018; Buckley et al. 2010; Clifford et al. 2019; Koikawa et al. 2009; Lollo et al. 2014), bei denen mit Hilfe bestimmter Parameter das Ausmaß an ultrastrukturellen Muskelschäden nach einer anspruchsvollen Trainingseinheit und die Regenerationsfähigkeit gemessen wurde.

Jedoch sind auch hier die Studienergebnisse nicht eindeutig. Eigenschaften der BAP, welche für diese Wirkungen verantwortlich gemacht werden, wurden bisher nur in in-vitro und in Tierversuchen gezeigt. In diesem Litertaturreview werden die muskelkatermindernden und regenerationsfördernden Wirkungen im Kontext der Leistungssteigerung im Kraft- und Ausdauerbereich untersucht und die Frage nach dem Wirkmechanismus der BAP geklärt.

4.3 Wirkungen BAP aufdie Extrazellulärmatrix

Neben der Stimulierung der MPS scheinen v. a. CP die Körperkomposition positiv zu beeinflussen. In vielen Studien wurde eine deutlich stärkere Zunahme der fettfreien Masse und eine Abnahme der Fettmasse beobachtet, wenn mit CP supplementiert wurde (Jendricke et al. 2019; Kirmse et al. 2019; Lockwood et al. 2017; Zdzieblik et al. 2015). Jedoch scheint dies sehr stark von der Zielgruppe abhängig zu sein, was es in diesem Literaturreview zu untersuchen gilt. Einige in-vitro Studien liefern erste Erklärungen für die positiven Ergebnisse der Humanstudien, welche ebenfalls aufgezeigt, interpretiert und diskutiert werden.

Weiter werden die Auswirkungen einer Supplementierung mit BAP auf bewegungsabhängige Gelenkschmerzen und Gelenkinstabilitäten beschrieben und diskutiert. Im Leistungssport und in der Gesundheitsprävention ist es wichtig, dass Sportler und Patienten schmerzfrei trainieren können, denn Sport beugt maßgeblich den Zivilisationskrankheiten wie Diabetes, Übergewicht und Bluthochdruck vor (Pedersen and Saltin 2015). Einige Studien lieferten vielversprechende Ergebnisse, die es zu bewerten, vergleichen und überprüfen gilt, ebenso in Bezug auf Wirkmechanismen. Auch wird untersucht, für welche Zielgruppen eine Supplementierung mit BAP auf Grund eindeutiger Studienlage schon empfohlen werden kann.

5. Methodisches Vorgehen

5.1 Suchstrategie

Die systematische Literaturrecherche wurde in den folgenden Datenbanken durchgeführt: „Pubmed“, „Science direct“, „Cochrane Library“ und „Google Scholar“. Um möglichst effektiv vorzugehen und alle relevanten Studien zu finden, wurden folgende Stichwörter in die Themengebiete „Peptide“, „Training“, „antioxidativ/antiinflammatorisch“, „Muskeln“ und „Extrazellulärmatrix (EZM)“ zusammengefasst:

- Peptide: „bioactive peptides“, „cryptic peptides“, „bioactive hydrolysate“
- Training: „strengh performance", „exercise“, „endurance exercise performance“
- Antioxidativ: „anti-oxidativ“, „anti-inflammatory“, „fatigue“
- Muskeln: „muscle“, „exercise -recovery“, „muscle -soreness“, „strength recovery“
- EZM: „tendon“, „ligaments“, „joints“

Während der Literatursuche wurde mit den „Boolschen Operatoren“ gearbeitet. Die Stichwörter der einzelnen Themengebiete wurden im ersten Schritt jeweils mit einem „OR“ verknüpft und vorerst in der Suchhistorie gespeichert. Im zweiten Schritt wurde das Themengebiete „Peptide“ jeweils mit einem der anderen Themengebiete mit Hilfe des Boolschen Operator „AND“ verknüpft. Die Stichwörter sollten im Titel oder im Abstract der Studie erscheinen. Neben der Stichwortsuche wurde eine Schlagwortsuche durchgeführt. In Tabelle 3, Tabelle 4 und Tabelle 9 finden sich beispielhafte Suchhistorien für die Datenbanken „Pubmed“ und „Cochrane Library“. Neben der systematischen Literaturrecherche wurden einzelne Studien auch über die Literaturverzeichnisse anderer Studien gefunden.

5.2 Studienauswahl

895 Studien kamen nach Durchführung der systematischen Literaturrecherche in die Vorauswahl. Einschlusskriterien waren folgende:

1) Humanstudien mit einer Population ohne Vorerkrankung außer, falls erwünscht, des Bewegungsapparates.
2) Orale Aufnahme von spezifischen Peptiden oder Hydrolysaten bei gleichzeitig regelmäßiger sportlicher Betätigung
3) Englische oder deutsche Sprache
4) Studiendesign: Placebo-kontrollierte Interventionsstudien

Ausgeschlossen wurden in - vitro und in - vivo Studien, Studien welche nicht den Einschlusskriterien entsprachen sowie Studien welche in der Bewertung durch die Physical Evidence Database Skala (PEDro) eine Gesamtpunktzahl < 7 erreicht haben. Insgesamt wurden 16 Studien eingeschlossen. In Abbildung 3 findet sich das Prisma Flussdiagramm zur Darstellung des Suchprozesses.

Mit Hilfe der PEDro Skala wurden die eingeschlossenen Studien auf ihre Glaubwürdigkeit und Aussagekraft beurteilt. In Tabelle 7 werden die Studien und deren Bewertung aufgelistet, in Tabelle 8 finden sich die Erläuterungen zu den jeweiligen Kriterien. Lediglich die Studien von Lollo aus dem Jahr 2014 und Koikawa aus dem Jahr 2020 stechen aus der sonst sehr positiven Bewertung heraus. Wurde im veröffentlichten Text nicht explizit erwähnt, dass ein Kriterium erfüllt wurde oder war es aus dem Kontext nicht erkennbar, wurde das Kriterium als „nicht erfüllt“ eingestuft.

Um das Risiko für Verzerrungen in den Studien zu beurteilen, wurde mit Hilfe des Cochrane Collaboration’s Risk of Bias tool eine „Risk of Bias“ Tabelle erstellt, diese findet sich in Abbildung 2. Das Risiko für Verzerrungen ist bei allen Studien sehr gering. Lediglich in 6 der 20 Studien ist es leicht erhöht. Lollo und Oesser erwähnten in ihren Studien nicht explizit, dass Teilnehmer, Personal und Ergebnisse sowie die Zuordnung der Gruppen verblindet waren, da es sich jedoch um Placebo-kontrollierte randomisierte Studien handelt, kann davon ausgegangen werden.

5.3 Datengewinnung und Details

Mit Hilfe des PICO Schemas wurden alle wichtigen Informationen und Daten aus den Studien extrahiert und zusammengefasst. PICO ist die englische Abkürzung für: „patient", „intervention", „controlgroup“ und „outcome". Tabelle 6, fasst alle eingeschlossenen Studien übersichtlich zusammen.

6. Wirkungen bioaktiver Peptide und Hydrolysate im sportbezogenen Kontext

6.1 Wirkungen in Bezug auf die Leistung und Körperkomposition

6.1.1 Muskelproteinbiosynthese und Leistung

Bezüglich der Wirkungen der BAP auf die Performance wurden insgesamt N = 10 Studien gescreent. Den Einschlusskriterien entsprachen N = 7 Studien, N = 5 davon untersuchten die Wirkungen auf die Leistung im Krafttraining, N = 2 davon die Wirkungen im Ausdauerbereich. Deren Ergebnisse werden im Folgenden vorgestellt:

In der Studie von Zdzieblik und Kollegen wurden ältere Männer, welche an Sarkopenie leiden, untersucht. Sie supplementierten spezifische Kollagenpeptide (englisch: specific collagen peptides; SCP) und führten dreimal wöchentlich ein moderates Krafttraining durch. In der Interventionsgruppe zeigte sich eine signifikant stärkere Zunahme der Muskelkraft (Zdzieblik et al. 2015). Jendricke führte eine Studie mit gleichem Studiendesign an älteren prämenopausalen Frauen durch und stellte ebenfalls eine signifikant stärkere Zunahme der Fingerkraft in der Interventionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe fest (Jendricke et al. 2019). Kirmse supplementierte junge, moderat trainierte Männer ebenfalls mit CP und stellte keine Unterschiede in der Muskelkraft fest (Kirmse et al. 2019).

Oikawa und Kollegen verglichen die Wirkungen von SCP und intaktem Molkeprotein (engl. whey protein; WP) in Bezug auf die Stimulierung der MPS, welche bei Supplementierung von SCP signifikant geringer ausfiel. Auch war der Anstieg der Konzentration an essentiellen AS im Blut bei Gabe von WP höher (Sara Y Oikawa et al.).

Lockwood supplementierte Männer, welche regelmäßig Krafttraining betrieben, mit unterschiedlichen Formen von WP. Er stellte keine signifikanten Unterschiede in der Zunahme der Muskelkraft und Muskelmasse zwischen den Proteinformen und dem kohlenhydrathaltigen Placebo fest (Lockwood et al. 2017).

Die Auswirkungen einer Supplementierung mit Molkeproteinhydrolysaten (engl. whey protein hydrolysate; WPH) auf die Ausdauerleistung untersuchten Hansen und Kollegen: Hansen’s Studie zeigte eine signifikante Verbesserung der Laufzeiten von Langstreckenläufern nach einem 1-wöchigen Trainingscamp, welche währenddessen WPH und Kohlenhydrate (KH) supplementierten. In der Kontrollgruppe, welche nur KH supplementierte, verbesserten sich die Laufzeiten nicht signifikant (Hansen et al. 2015). Lollo supplementierte Fußballspieler während einer 12-wöchigen Meisterschaft mit WPH und WP. Beim Vergleich der zurück gelegten Strecken eines 4-Minuten Laufes war die Steigerung der Laufstrecke der Spieler, welche das Placebo Maltodextrin erhielten schwach signifikant höher als die der Spieler welche WP und WPH supplementierten (Lollo et al. 2014).

6.1.2 Körperkomposition

N = 3 Studien zeigen Effekte von SCP, N = 1 Studie die Effekte von WPH, auf die Körperkomposition. Während einer 12-wöchigen Intervention mit SCP bei gleichzeitigem Krafttraining nahm die FFM signifikant stärker zu als in der Kontrollgruppe, die FM signifikant stärker ab (Jendricke et al. 2019; Kirmse et al. 2019). Auch in der Studie von Zdzieblik, bei welcher Sarkopenie Patienten mit CP supplementiert wurden und gleichzeitig moderates Krafttraining betrieben, nahm die FM in der Interventionsgruppe signifikant stärker ab als in der Kontrollgruppe (Zdzieblik et al. 2015). Die Intervention mit WPH reduzierte ebenfalls die FM stärker als die Intervention mit intaktem WP, bei gleichzeitigem Krafttraining (Lockwood et al. 2017).

6.1.3 Regeneration

In der Literaturrecherche wurde nur N = 1 Humanstudie gefunden, welche den Effekt von spezifischen Peptiden auf die Regeneration nach sportlicher Aktivität untersuchte. Sie zeigte eine signifikant bessere Erholung der Sprunghöhe bei oraler Aufnahme von CP vor und nach einem muskelkaterinduzierendem Training, im Vergleich zu einem iso - energetischen Placebo (Clifford et al. 2019).

Nun zu den Studien, bei welchen verschiedene Hydrolysate untersucht wurden. Insgesamt wurden N = 7 Studien gescreent, aber nur N = 4 Studien zu diesem Thema identifiziert. N = 2 Studien zeigen, dass WPH eine signifikant schnellere Erholung der Beinkraft bewirken als ein Placebo, wenn zuvor durch intensives Beintraining ein Muskelschaden induziert wurde (Brown et al. 2018; Buckley et al. 2010). Auch wurde eine stärkere Reduktion der Kreatin Kinase Aktivität (CKA) in der Interventionsgruppe während der Regenerationszeit festgestellt (Brown et al. 2018).

Auch in der Studie von Lollo zeigte sich eine signifikante Abnahme der CK und Laktat - Dehydrogenase (LDH) Aktivität bei Supplementierung mit WPH im Vergleich zur Supplementierung von intaktem WP (Lollo et al. 2014).

Koikawa beobachtete ebenfalls eine dosisabhängige Suppression der CKA bei Langstreckenläufern, welche nach einem Halbmarathon Weizenglutenhydrolysat supplementierten (Koikawa et al. 2009).

6.2 Wirkungen auf die extrazelluläre Matrix/ Bindegewebe

6.2.1 Gelenkerkrankungen und Gelenkschmerzen

Zu den Wirkungen von BAP bei Gelenkerkrankungen und Gelenkschmerzen wurden N = 6 Studien gescreent und N = 4 entsprachen den Einschlusskriterien. Alle Studien untersuchten die Wirkungen von SCP oder von Kollagenhydrolysat. Oesser und Kollegen untersuchten die Wirkungen von SCP bei bewegungsabhängigen Gelenkschmerzen. Es zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Hüft- und Kniegelenkschmerzen in der Interventionsgruppe, im Vergleich zur Placebogruppe (Oesser et al. 2016). Diese Ergebnisse bestätigt auch die Studie von Zdzieblik und Kollegen. Durch die Intervention mit SCP sank die Schmerzintensität von aktivitätsabhängigen Kniegelenkschmerzen signifikant im Vergleich zur Kontrollgruppe. Auch sank die Anzahl an sonstigen therapeutischen Behandlungen in der Interventionsgruppe signifikant. Bei der Beweglichkeit der Kniegelenke konnten keine Unterschiede zwischen Intervention und Placebo festgestellt werden (Zdzieblik et al. 2017b).

Bei einer Intervention mit Kollagenhydrolysat bei aktivitätsabhängigen Gelenkschmerzen konnten gleiche Ergebnisse erzielt werden (Clark et al. 2008). Auch die Gelenkstabilität verbesserte sich bei Patienten mit chronisch instabilem Sprunggelenk signifikant gegenüber dem Placebo bei einer 6-monatigen Supplementierung mit SCP (Dressler et al. 2018).

6.2.2 Sehnen

Praet und Kollegen supplementierten in ihrer Pilotstudie Patienten mit CP welche an einer Achillessehnen Tendinopathie litten. Diese Patienten berichteten im Vergleich zur Kontrollgruppe eine signifikant stärkere Reduktion der Schmerzen. Keine signifikanten Unterschiede wurden in der Sehnenvaskularisierung festgestellt (Praet et al. 2019).

7. Diskussion

7.1 Bioaktive Peptide im Zusammenhang mit Regeneration

Ungewohnte und anstrengende Übungen während eines körperlichen Trainings können eine Muskelproteindegradation sowie ultrastrukturelle Veränderungen der Muskelzelle hervorrufen, was sich schmerzhaft als Muskelkater äußert (Aoi et al. 2004). Da dieser Muskelschaden erst einige Stunden nach dem Training auftritt, wird er im englischen als „delayed - onset muscle damage“ (DOMD) oder als belastungsinduzierter Muskelschaden (engl. Exercise induced muscle damage: EIMD) bezeichnet (Aoi et al. 2004).

Als Parameter für einen EIMD dienen den Wissenschaftlern die Blutwerte der CKA und der Konzentration der Laktatdehydrogenase (LDH), sowie die Druckschmerzschwelle des Muskels (engl. pressure pain threshold, PPT). Die Sprunghöhe bei Countermovement jumps (CMJ) und die maximal isometrische Kontraktion (engl. Maximal isometric voluntary contractions, MIVC) sind Parameter für die Muskelfunktion und werden in den folgenden Studien zur Beurteilung der Regenerationszeit- und Fähigkeit der Muskulatur herangezogen.

Studienergebnisse zeigen, dass CP, WPH und Weizenproteinhydrolysate (engl. wheat guten hydrolysate; WGH) die Regenerationszeit nach einem EIMD induzierten Training verkürzen und die Symptome des Muskelschadens vermindern können (Brown et al. 2018; Buckley et al. 2010; Clifford et al. 2019). Gemessen wurde dies an Hand der Sprunghöhe der CMJ und der Reaktionskraft in den Beinen während der Regenerationsphase. Auch wurde eine dosis-abhängige Suppression der CKA im But durch die Supplementierung mit WGH und WPH nach anstrengender sportlicher Belastung festgestellt (Koikawa et al. 2009; Lollo et al. 2014). Das Enzym Kreatinkinase befindet sich in hoher Konzentration in der Muskelzelle um eine ausreichende Energieversorgung während körperlicher Aktivität sicher zu stellen (Graeve 2014). Steigt die Konzentration der CK im Blut an, deutet dies auf eine Schädigung der Muskelzellen hin, wie es bei einem EIMD der Fall ist. Gemessen wird meist nicht die absolute Konzentration, sondern die Aktivität der CK im Blut (Brancaccio et al. 2007).

Eine Ursache für die Wirkung der Peptide und Hydrolysate sehen die Wissenschaftler in deren antiinflammatorischen und antioxidativen Eigenschaften, welche in in-vitro Studien untersucht und gezeigt wurden. Die Forschungsgruppe um Ahmed haben antioxidative Peptide aus den Molke- und Kaseinproteinen von Ziegenmilch isoliert und identifiziert. Nach Abgleichen der Peptidsequenzen der isolierten Peptide schlussfolgerten sie, dass die Hydrophobizität der Peptide ein Schlüsselfaktor für die antioxidativen Wirkungen ist. Diese basiert durch eine hohe Anzahl der AS Methionin, Phenylalanin, Prolin, Lysin, Iso-Leucin und Leucin in den Peptiden. Befinden sich zwischen den hydrophoben AS polare AS, so erhöht sich die Löslichkeit der Peptide und der Protonenaustausch mit Radikalen wird erleichtert (Ahmed et al. 2015; Dâvalos et al. 2004). Zu gleichen Ergebnissen kommen Luo und Rao et al. Sie machen ebenfalls hydrophobe Aminosäurenreste, wie auch positiv geladene und aromatische Reste hauptsächlich für die antioxidativen Wirkungen verantwortlich. Sie untersuchten Peptide aus Buchweizenalbumin und Hühnereiweißlysozym (Luo et al. 2020; Rao et al. 2012). In Tabelle 5 sind verschiedene Peptide und Hydrolysate mit deren Wirkungen aufgelistet.

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