Protein thực vật và protein từ sữa đối với tổng hợp protein cơ bắp

Protein từ thực vật và các hỗn hợp protein thực vật đa nguồn có thể kích thích tổng hợp protein cơ bắp (MPS) và hỗ trợ tăng trưởng sức mạnh lẫn phì đại cơ bắp ở mức độ tương đương với các protein từ sữa như whey và sữa tươi, miễn là tổng lượng protein tiêu thụ hàng ngày được đáp ứng đủ hoặc nguồn thực vật đó cung cấp đầy đủ lượng axit amin thiết yếu và leucine [4, 10, 14, 16, 21]. Tuy nhiên, xét trên cùng một khối lượng (gram đổi gram), các nguồn protein thực vật đơn lẻ chưa qua tinh chế hay bổ sung thường chứa hàm lượng axit amin thiết yếu (EAA) và leucine thấp hơn so với protein từ sữa. Điều này có thể dẫn đến tốc độ MPS cấp tính thấp hơn, trừ khi tăng liều lượng sử dụng, phối hợp các nguồn thực vật có tính bổ trợ lẫn nhau hoặc bổ sung thêm leucine tự do [10, 12, 13, 18].

Thành phần axit amin của protein thực vật và protein từ sữa

Yếu tố sinh lý cốt lõi thúc đẩy MPS là sự sẵn có của các axit amin thiết yếu, đặc biệt là leucine [5, 14]. Các dạng protein thực vật phân lập (isolate) đơn lẻ cho thấy sự khác biệt đáng kể về cấu trúc axit amin khi so sánh với protein có nguồn gốc động vật [12, 13]. Trong khi các protein từ sữa như whey (43% EAA, 11,0% leucine) và sữa (39% EAA, 9,0% leucine) rất giàu tất cả các axit amin thiết yếu, thì các protein thực vật phân lập như yến mạch (21% EAA), đậu lupin (21% EAA) và lúa mì (22% EAA) lại có tỷ lệ tổng EAA thấp hơn so với cơ xương người (38% EAA, 7,6% leucine) [13].

Hàm lượng leucine cũng dao động rất lớn giữa các nguồn thực vật: hạt gai dầu (hemp, 5,1%) và đậu lupin (5,2%) thấp hơn mức khuyến nghị 5,9% của WHO/FAO/UNU, trong khi đậu nành (6,9%), hạt cải dầu (canola, 6,9%), đậu Hà Lan (7,2%), gạo lứt (7,4%), khoai tây (8,3%) và ngô (13,5%) lại vượt mức này [12, 13]. Ngoài ra, các nguồn thực vật thường có nồng độ lysine thấp hơn (1,4% đến 6,0% so với 5,3% đến 9,0% ở protein động vật) và methionine thấp hơn (0,2% đến 2,5% so với 2,2% đến 2,8% ở protein động vật) [12, 13]. Việc chế biến các nguồn thực vật thành dạng cô đặc (concentrate) hoặc phân lập (isolate) giúp loại bỏ các chất phản dinh dưỡng và khôi phục khả năng hấp thụ axit amin, nhưng tình trạng thiếu hụt một số axit amin cá biệt vẫn có thể tồn tại [12].

Tổng hợp protein cơ bắp cấp tính: Nguồn đơn lẻ và dạng hỗn hợp

Khi đánh giá tốc độ tổng hợp protein cơ bắp cấp tính, protein động vật cho thấy ưu thế khiêm tốn trên toàn bộ các nhóm tuổi trưởng thành, mặc dù dữ liệu phân tích gộp (meta-analysis) chỉ ra rằng sự khác biệt này có kích thước hiệu ứng không đáng kể (ES Thực vật:Động vật = 0,004) với độ tin cậy của bằng chứng ở mức thấp [2]. Một phân tích gộp trên 12 nghiên cứu cho thấy sự khác biệt tổng thể về phản ứng cấp tính giữa protein thực vật và động vật chỉ nằm ở phân vị thứ 0,35 của sự biến thiên sinh học, trong đó liều lượng leucine trong mỗi bữa ăn đóng vai trò là yếu tố quyết định chính chứ không phải bản thân nguồn protein [14].

Trong các so sánh trực tiếp:

• Các nguồn đơn lẻ: Protein whey tạo ra phản ứng MPS cấp tính lớn hơn so với protein đậu nành và micellar casein cả khi nghỉ ngơi và sau khi tập luyện ở nam giới lớn tuổi [9]. Tương tự, protein lúa mì kích thích MPS thấp hơn whey trừ khi được bổ sung thêm leucine [17].
• Các hỗn hợp thực vật: Phối hợp các protein thực vật có tính bổ trợ giúp khắc phục hạn chế về axit amin của từng nguồn đơn lẻ. Ví dụ, protein hạt cải dầu phân lập rất giàu các axit amin chứa lưu huỳnh (methionine và cysteine, ≥3 g/100 g), bù đắp cho sự thiếu hụt methionine tự nhiên trong protein đậu Hà Lan [10]. Ở những người trẻ tuổi có tập luyện kháng lực, việc nạp 32 g hỗn hợp thực vật (39,5% đậu Hà Lan, 39,5% gạo lứt, 21,0% hạt cải dầu cung cấp 2,5 g leucine) đã kích thích tổng hợp protein sợi cơ (MyoPS) sau tập luyện tương đương với một liều 32 g whey có cùng lượng nitơ trong các khoảng thời gian 0–2 giờ và 2–4 giờ, mặc dù whey tạo ra nồng độ EAA trong huyết tương cao hơn ~44% [4]. Tương tự, một hỗn hợp 30 g gồm lúa mì, ngô và đậu Hà Lan (tỷ lệ 2:1:1 cung cấp ~2,4 g leucine) đã mang lại phản ứng MPS cấp tính ngang bằng với protein từ sữa [10, 14].

Các chiến lược để đạt hiệu quả đồng hóa ngang bằng với protein từ sữa

Nghiên cứu chỉ ra ba phương pháp chính để đưa phản ứng đồng hóa của protein thực vật lên mức tương đương với protein từ sữa:

1. Bổ sung Leucine: Ở những người trẻ khỏe mạnh tiêu thụ liều 20 g hỗn hợp đậu Hà Lan - hạt cải dầu, MPS hỗn hợp thấp hơn đáng kể so với whey phân lập trừ khi được bổ sung leucine tự do (PBP + Leu), giúp tạo ra phản ứng MPS tương đương với whey (P = 0,052) [10]. Trong các mô hình động vật lớn tuổi, việc bổ sung 12% leucine tự do vào hỗn hợp đậu Hà Lan/đậu nành đã khôi phục MPS và sự kích hoạt con đường mTOR (sự phosphoryl hóa 4EBP1) về mức tương đương với protein whey phân lập [18].
2. Phối hợp chiến lược: Kết hợp ngũ cốc (nhiều methionine hơn, ít lysine hơn) với các loại đậu (nhiều lysine hơn, ít methionine hơn) hoặc các loài thuộc họ cải giúp tạo ra một thành phần axit amin có khả năng kích hoạt hoàn toàn MPS sau bữa ăn [4, 10, 14].
3. Tăng liều lượng: Do ngưỡng tuyệt đối của leucine và EAA quyết định việc kích hoạt MPS, tiêu thụ một khẩu phần lớn hơn của một nguồn protein thực vật đơn lẻ sẽ đạt được lượng axit amin thiết yếu tương đương. Chẳng hạn, tiêu thụ 26 g protein đậu nành phân lập tương đương với 19 g protein whey phân lập bằng cách cung cấp cùng mức 2,0 g leucine [21].

Hiệu quả phát triển cơ bắp và sức mạnh trong dài hạn

Các thử nghiệm tập luyện dài hạn chỉ ra rằng những chiến lược sinh lý cấp tính này chuyển hóa hiệu quả thành các thích nghi lâu dài [14, 16, 21]. Một phân tích gộp từ 16 thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng cho thấy nguồn protein không ảnh hưởng đến khối lượng nạc tuyệt đối hoặc sức mạnh cơ bắp nói chung khi tổng lượng protein nạp vào thường cao hơn mức RDA [1]. Tuy nhiên, phân tích phân nhóm cho thấy protein động vật có ưu thế hơn về tỷ lệ phần trăm khối lượng nạc và mang lại mức tăng nhỏ về khối lượng nạc tuyệt đối (chênh lệch trung bình có trọng số: 0,41 kg) và tỷ lệ phần trăm khối lượng nạc (0,50%) ở người trẻ tuổi (<50 tuổi), trong khi việc tập luyện kháng lực không làm thay đổi kết quả so sánh này [1].

Khi áp dụng các công thức thực vật cụ thể hoặc đảm bảo lượng nạp hàng ngày đầy đủ:

• Một thử nghiệm kéo dài 12 tuần ở những nam giới trẻ chưa qua tập luyện sử dụng 45 g/ngày hỗn hợp thực vật đậu Hà Lan/đậu nành (được cân bằng lượng leucine) hoặc protein whey trong quá trình tập kháng lực cho thấy mức tăng tương đương về mặt thống kê đối với khối lượng nạc toàn thân (2,4 kg nhóm thực vật so với 2,5 kg nhóm động vật), khối lượng nạc tứ chi (1,2 kg so với 1,8 kg), diện tích mặt cắt ngang cơ rộng ngoài (vastus lateralis) (0,9 cm² so với 1,3 cm²) và sức mạnh 1RM đạp đùi (leg press) (64 kg so với 63 kg) [16, 17].
• Bổ sung hàng ngày lượng protein tương ứng với 2 g leucine thông qua 26 g protein đậu nành phân lập hoặc 19 g protein whey phân lập trong suốt 12 tuần tập luyện mang lại mức tăng tương đương về khối lượng nạc cơ thể (1,54 kg ở cả hai nhóm) cũng như mô-men lực cơ duỗi/gập khớp gối [21].
• Tiêu thụ 25 g protein đậu Hà Lan hai lần mỗi ngày trong 12 tuần giúp tăng độ dày cơ thân trên tương đương với protein whey và vượt trội đáng kể so với giả dược ở những người tham gia có thể lực yếu hơn [7].
• Ở những người thuần chay tiêu thụ 1,6 g/kg/ngày từ các nguồn thực vật bổ trợ kết hợp với tập kháng lực, mức tăng khối lượng nạc của chân, diện tích mặt cắt ngang sợi cơ và các thích nghi về sức mạnh hoàn toàn ngang bằng với chế độ ăn thông thường [14].

Yếu tố tuổi tác và tình trạng kháng đồng hóa

Tuổi tác là một biến số lớn làm thay đổi phản ứng đối với protein thực vật so với protein từ sữa [2, 9, 20]. Khối lượng cơ xương suy giảm với tốc độ trung bình 1–2% mỗi năm sau tuổi 50, trong đó tình trạng mất cơ nghiêm trọng ảnh hưởng đến 5%–13% người lớn từ 60–80 tuổi và 11%–50% những người trên 80 tuổi [9]. Người lớn tuổi gặp phải hiện tượng kháng đồng hóa, đòi hỏi hơn 2 g leucine mỗi bữa ăn để kích thích MPS ở mức tương đương với mức mà người trẻ tuổi đạt được chỉ với 1 g kết hợp với tập luyện [20].

Các phân tích gộp theo phân nhóm chỉ ra rằng protein động vật thể hiện ưu thế kích thích rõ rệt hơn so với protein thực vật ở nhóm người lớn tuổi khi so sánh với nhóm trẻ tuổi hơn [2]. Ở phụ nữ lớn tuổi khi nghỉ ngơi, các liều EAA nhỏ giàu leucine (1,5 g LEAA) và protein whey kích thích MPS trong giai đoạn sớm (0–2 giờ), nhưng cần liều lượng nguyên vẹn lớn hơn (6 g LEAA hoặc 40 g whey) hoặc cần có sự kết hợp của tập luyện để duy trì MPS và tín hiệu đồng hóa (p-p70S6K1) trong suốt 4 giờ [5]. Bổ sung 10 g leucine tự do mỗi ngày (5 g hai lần mỗi ngày) trong quá trình tập kháng lực giúp cải thiện đáng kể các bài kiểm tra chức năng và sức mạnh chân ở người trên 70 tuổi [20]. Đối với người lớn tuổi sử dụng protein thực vật, việc hướng tới tổng lượng nạp trong khoảng 1,0–1,2 g/kg/ngày và chủ động bổ sung leucine vào bữa ăn hoặc sử dụng các hỗn hợp bổ trợ là đặc biệt quan trọng để duy trì khối lượng nạc [9, 20].