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Impact of long-term collagen peptide supplementation in combination with physical training on recovery following exercise-induced muscle damage, body composition and musculotendinous adaptations
Kevin Bischof
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften): Ernährungswissenschaften
Betreuer*innen
Daniel König ,
Arnold Baca
DOI
10.25365/thesis.77065
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10839.53444.930298-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Sporternährung hat in den letzten Jahren zusehends an Bedeutung gewonnen, da der Zusammenhang zwischen Ernährung und sportlicher Leistung immer besser verstanden wird. Fortschritte in der Forschung offerieren präzise Ernährungsstrategien, die Leistung, Erholung und die allgemeine Gesundheit verbessern. Obwohl Kollagenpeptide oft als minderwertiges Protein betrachtet werden, haben sie aufgrund ihres Potenzials für sportliche Leistungssteigerung und Verletzungsprävention erhebliches wissenschaftliches Interesse geweckt. Kollagenpeptide werden typischerweise aus tierischen Quellen wie Schwein, Rind, Huhn und Meerestieren gewonnen, gefolgt von Extraktion mittles chemischer oder enzymatischer Hydrolyse. Die Absorption und Wirksamkeit von Kollagenpeptiden wird durch ihr Molekulargewicht beeinflusst, wobei kleinere Peptide, insbesondere Di- und Tri-peptide, besser durch Mechanismen wie den PEPT1-Transport absorbiert werden. Studien mit Trainingsinterventionen zeigen, dass exzentrische Kontraktionen die Expression von Kollagen und Wachstumsfaktoren in Sehnen- und Muskelgeweben signifikant steigern und dass die Kollagensynthese 24 bis 48 Stunden nach dem Training ihren Höhepunkt erreicht. Diese erfolgt analog zur myofibrillären Proteinsynthese, verläuft jedoch langsamer. Hormonelle Unterschiede, insbesondere Östrogenspiegel, beeinflussen die Kollagensynthese, wobei Studien zeigen, dass Frauen möglicherweise niedrigere Kollagensyntheseraten haben als Männer und dass der Menstruationszyklus oder hormonelle Verhütungsmittel diese Raten weiter beeinflussen können. Die Kombination von Kollagen-Supplementierung mit Krafttraining erhöht die Proteinsynthese, obwohl Studien zeigen, dass während Molkenprotein häufig zu einer größeren myofibrillären Proteinsynthese führt, die Kollagensupplementierung für kollagenreiche Gewebe wie Sehnen, insbesondere bei höheren Dosen (15-30 g), wirksamer sein könnte. Forschungen zu den molekularen Effekten der Verabreichung von Kollagenpeptiden haben gezeigt, dass kollagenspezifische Dipeptide wie Hydroxyprolyl-Glycin (Hyp-Gly) und Prolyl-Hydroxyprolin (Pro-Hyp) bedeutende Signalwege aktivieren können, die an der Differenzierung, dem Wachstum und der Reparatur von Muskel- und Sehnengewebe beteiligt sind. Einige Studien deuten darauf hin, dass Kollagenpeptide die Muskel- und Sehnenregeneration in vitro über Signalwege wie PI3K/Akt/mTOR und TGFβ-1/Smad verbessern könnten. Aufgrund eines Mangels an Langzeitstudien, die die Kollagenpeptidsupplementierung in Kombination mit regelmäßigem Training untersuchen, beinhalteten Paper 1 und 2 (von insgesamt drei, die im Rahmen des PhD-Projekts veröffentlicht wurden) eine zwölfwöchige Trainingsintervention, begleitet von einer täglichen Einnahme von 15 g Kollagenpeptiden bei wenig bis mäßig körperlich aktiven Männern. Die Regeneration wurde durch eine anfängliche, muskelkaterinduzierende Übung mit 150 Sprüngen aus einer Höhe von 60 cm gemessen, gefolgt von weiteren Messungen unmittelbar vor, 2 Stunden, 24 Stunden und 48 Stunden nach den Sprüngen. Nach der statistischen Analyse (vorwiegend ANOVA mit wiederholten Messungen) von isokinetischen Dynamometer, Kraftmessplatte (maximale Kontraktionen, Kraftentwicklungsrate und Sprunghöhe) und Blut (Kreatinkinase, Laktatdehydrogenase, Myoglobin und C-reaktives Protein) stammenden Daten zeigten die Ergebnisse signifikant verbesserte Maximal-, Explosiv- und Reaktivkraft im Vergleich zur Placebogruppe. Darüber hinaus waren eine verringerte akute Muskelstressreaktion und eine verbesserte Erholung in der frühen Regenerationsphase ohne inflammatorische Änderungen zwischen den Gruppen erkennbar. Die dritte Arbeit stellt eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse dar, die erstmals zeigt, dass die langfristige Einnahme von Kollagenpeptiden (≥ 8 Wochen) in Verbindung mit körperlichem Training zu einer Zunahme der fettfreien Körpermasse, der Muskelmasse, der Maximalkraft und zu günstigen Anpassungen in der Sehnenmorphologie führt. Auch in Studien mit kurzer Dauer, die aufgrund der geringen Verfügbarkeit einbezogen wurden, zeigte sich eine verbesserte Regeneration der Reaktivkraft nach muskelkaterinduzierenden Übungen im Vergleich zu einem Placebo. Diese Ergebnisse basieren jedoch auf einer geringen bis mittleren Evidenzvertraulichkeit. Insgesamt scheint die Kollagenpeptidsupplementierung den Repeatedbout Effekt erheblich zu verbessern, indem sie Muskelschäden bzw. -kater nach wiederholten ungewohnten Übungen reduziert, möglicherweise durch Umbau der Extrazellulärmatrix, neuronale und muskulotendinöse Anpassungen. Es könnte auch die Sehnenmorphologie verbessert werden und so Sehnenverletzungen vorbeugen. Zusätzlich könnten Kollagenpeptide ein wertvolles Nahrungsergänzungsmittel für ältere Erwachsene sein, um Muskelmasse, Kraft und allgemeine Gesundheit zu erhalten, insbesondere wenn eine hohe Proteinzufuhr eine große Hürde darstellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass die Kollagenpeptidsupplementierung die Kollagensynthese in mechanosensitiven Zellen und Geweben verbessern und möglicherweise die Gewebereaktion auf mechanischen Stress durch Interaktionen mit spezifischen Transmembranrezeptoren, der Integrinfamilie, verbessern könnte. Diese Interaktion könnte die mechanischen Eigenschaften von Geweben beeinflussen, insbesondere im Kontext von Bewegung und Gewebsreparatur. Die optimale Dosierung und Aminosäurezusammensetzung von Kollagenpräparaten bleibt ungewiss, was den Bedarf an zukünftigen Studien unterstreicht, die wirksame Supplementierungsstrategien erforschen, einschließlich der Kombination von Kollagen mit anderen limitierenden Aminosäuren oder Proteinquellen, um physiologische Vorteile zu maximieren.
Abstract
(Englisch)
Sports nutrition has become increasingly vital as the connection between diet and athletic performance is now better understood, with advancements in research providing precise nutritional strategies that enhance performance, recovery, and overall health, and despite collagen peptides being viewed as a low-quality protein, they have gained significant scien-tific interest for their potential benefits in sports performance and injury prevention. Collagen peptides are typically derived from animal sources like porcine, bovine, chicken, and marine, followed by extraction methods such as chemical or enzymatic hydrolysis. Collagen peptide absorption and effectiveness are influenced by their molecular weight, with smaller peptides, particularly di- and tripeptides, being more readily absorbed through mechanisms like PEPT1 transport. Evidence from exercise trials shows that eccentric contractions sig-nificantly boost collagen and growth factor expression in tendons and muscle tissues, and that collagen synthesis peaks 24-48 hours post-exercise, coordinated with myofibrillar protein synthesis but at a slower rate. Hormonal differences, particularly estrogen levels, influ-ence collagen synthesis, with studies showing that females may have lower collagen syn-thesis rates compared to males and that the menstrual cycle or hormonal contraceptives can further affect these rates. Combining collagen supplementation with resistance training enhances protein synthesis, though evidence shows that while whey protein often leads to greater myofibrillar protein synthesis, collagen supplementation may be more effective for collagen-rich tissues like tendons, particularly when higher doses are used (15 - 30 g). Research on the molecular effects of collagen peptide administration has demonstrated that collagen-specific dipeptides such as hydroxyprolyl-glycine (Hyp-Gly) and prolyl-hydroxyproline (Pro-Hyp) can activate key signaling pathways involved in muscle and tendon cell differentiation, growth, and repair, with some studies indicating that collagen peptides may enhance muscle and tendon regeneration in-vitro through pathways such as PI3K/Akt/mTOR and TGFβ-1/Smad. Due to a lack of long-term trials investigating collagen peptide supplementation combined with regular exercise, papers 1 and 2 (out of three published as part of the PhD project) included a twelve-week concurrent training accompanied with 15 g of collagen peptide daily intake in low to moderately active males. Recovery was monitored through initial muscle damage-inducing exercise containing 150 drop jumps, followed by measurements before, 2h, 24h and 48h post-exercise. After obtaining isokinetic dynamometer and force plate related data (maximal voluntary contractions, rate of force development and countermovement jump height) as well as blood derived markers (creatine kinase, lactate dehydrogenase, myoglobin and C-reactive protein) and performing statistical analysis (mainly ANOVA with repeated measurements), results revealed significantly enhanced maximal, explosive, and reactive strength compared to the placebo group. Moreover, diminished immediate muscle stress reaction and enhanced early-stage recovery was evident without inflammatory changes. Paper 3 depicts a systematic review and meta-analysis revealing for the first time that prolonged collagen peptide ingestion (≥ 8 weeks) accompanied with physical training provokes increases in lean body mass, muscle mass, maximal strength and favorable adaptations in tendon morphology. Including short-term trials due to availability, recovery in reactive strength after exercise-induced muscle damage was also enhanced compared to a placebo. However, these findings are based on low to moderate certainty of evidence. Overall, collagen peptide supplementation appears to significantly enhance the repeated bout effect by reducing muscle damage after repeated unaccustomed exercise, potentially through extracellular matrix remodeling, neural and musculotendinous adaptations. It may also improve tendon morphology and thus prevent tendon injuries. Additionally, collagen peptides could be a valuable dietary supplement for older adults, helping to maintain muscle mass, strength, and overall health, particularly when higher protein intake seems rather challenging. Findings of this thesis suggest that collagen peptide supplementation may enhance collagen synthesis in mechanosensitive cells and tissues, possibly improving tissue response to mechanical stress through interactions with specific transmembrane receptors, the integrin family. This interaction could influence tissue mechanical properties, particularly in the context of exercise and tissue repair. The optimal dosage and amino acid composition of collagen supplements remain uncertain, highlighting the need for future studies to explore effective supplementation strategies, including combining collagen with other limiting amino acids or protein sources to maximize physiological benefits.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Kollagen Regeneration Supplementierung Sporternährung
Schlagwörter
(Englisch)
Collagen Recovery Supplementation Repeated bout effect Sports nutrition
Autor*innen
Kevin Bischof 
Haupttitel (Englisch)
Impact of long-term collagen peptide supplementation in combination with physical training on recovery following exercise-induced muscle damage, body composition and musculotendinous adaptations
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
94 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Erika Zemkova ,
Karsten Köhler
Klassifikationen
76 Sport > 76.00 Sport, Freizeit, Erholung. Allgemeines ,
76 Sport > 76.10 Sport. Sportwissenschaft. Allgemeines
AC Nummer
AC17366863
Utheses ID
73025
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 474 |