Amino Acid Insulin Levels

8/4/2019 Amino Acid Insulin Levels

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J o u r n a l o f C l i n i c a l I n v e s t i g a t i o nV o l . 4 5 , N o . 9 , 1 9 6 6

S t i m u l a t i o n o f I n s u l i n S e c r e t i o n b y A m i n o A c i d s *

JOHN C . F L O Y D , J R . , t S T E F A N S . F A J A N S , J E R O M E W V . C O N S , RALPH F . K N O P F ,AND JUAN RULL

( F r o m t h e D e p a r t m e n t o f I n t e r n a l M e d i c i n e , D i v i s i o n o f E n d o c r i n o l o g y a n i d M e t a b o l i s m n a n d

t h e M e t a b o l i s m R e s e a r c h U n i t , t h e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n , Ann A r b o r , M i c h . )

I n p re v i o u s s t u d i e s we h a v e d e m o n s t r a t e d t h a ti n h e a l t h y s u b j e c t s t h e i n g e s t i o n o f p r o t e i n m e a l s

r e s u l t s i n l a r g e i n c r e a s e s i n p l a s m a l e v e l s o f i n -

s u l i n a n d h a v e c o n c l u d e d t h a t t h i s i s a n i m p o r t a n t

p h y s i o l o g i c p h e n o m e n o n ( 1 , 3 ) . I n t h o s e e x p e r i -

m e n t s t h e m a g n i t u d e o f t h e i n c r e a s e s i n p l a s m a i n -

s u l i n e x c e e d e d t h a t e x p e c t e d f r o m t h e s m a l l i n -

c r e a s e s i n p l a s m a l e u c i n e m e a s u r e d ( 3 ) . I n a d -d i t i o n , c h l o r p r o p a m i d e p r e t r e a t m e n t f a i l e d t o a c -c e n t u a t e t h e p r o t e i n - i n d u c e d c h a n g e s i n b l o o d g l u -

c o s e a n d p l a s m a f r e e f a t t y a c i d s ( 3 ) , a l t h o u g h i t

g r e a t l y a u g m e n t s s u c h l e u c i n e - i n d u c e d c h a n g e s

( 4 , 5 ) . T h e s e f i n d i n g s s u g g e s t e d t h a t a m i n o a c i d so t h e r t h a n l e u c i n e o r a m i n o a c i d s i n c o m b i n a t i o n

w i t h l e u c i n e s t i m u l a t e t h e r e l e a s e o f i n s u l i n ( 1 , 3 ,

6 ) .T h e s t u d i e s d e s c r i b e d b e l o w w e r e p e r f o r m e d t o

a s s e s s i n h e a l t h y s u b j e c t s t h e e f f e c t s u p o n p l a s m a

l e v e l s o f i n s u l i n o f t h e a d m i n i s t r a t i o n o f s i n g l e

a m i n o a c i d s a n d c o m b i n a t i o n s o f a m i n o a c i d s w i t ha n d w i t h o u t l e u c i n e . E s s e n t i a l 1 I - a m i n o a c i d sw e r e a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y i n d i v i d u a l l y o r

a s m i x t u r e s . P l a s m a l e v e l s o f i n s u l i n , a m i n o n i -

t r o g e n , f r e e f a t t y a c i d s , a n d b l o o d l e v e l s o f g l u -

* S u b m i t t e d f o r p u b l i c a t i o n F e b r u a r y 2 4 , 1 9 6 6 ; a c c e p t e dJ u n e 9 , 1 9 6 6 .

S u p p o r t e d i n p a r t b y U . S . P u b l i c H e a l t h S e r v i c eg r a n t s A M - 0 2 2 4 4 , A M - 0 0 8 8 8 , a n d T I - A M - 5 0 0 1 , N a -

t i o n a l I n s t i t u t e o f A r t h r i t i s a n d M e t a b o l i c D i s e a s e s ;5 M O 1 - F R - 4 2 - 0 5 , D i v i s i o n o f R e s e a r c h F a c i l i t i e s a n d R e -

s o u r c e s ; a n d U . S . P u b l i c H e a l t h S e r v i c e C a r e e r R e -

s e a r c h Award 5 - K 6 - A M - 1 4 , 2 3 7 .P r e s e n t e d i n p a r t b e f o r e t h e T h i r t y - s e v e n t h A n n u a l

M e e t i n g o f t h e C e n t r a l S o c i e t y f o r C l i n i c a l R e s e a r c h ,C h i c a g o , I l l . , N o v e m b e r 6 a n d 7 , 1 9 6 4 ( 1 ) , a n d a t t h eN a t i o n a l M e e t i n g o f t h e A m e r i c a n F e d e r a t i o n f o r C l i n i -c a l R e s e a r c h , A t l a n t i c C i t y , N . J . , Ma y 2 , 1 9 6 5 ( 2 ) .

t A d d r e s s r e q u e s t s f o r r e p r i n t s t o D r . J o h n C . F l o y d ,J r . , U n i v e r s i t y H o s p i t a l , U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n M e d i c a l

C e n t e r , Ann A r b o r , M i c h . 4 8 1 0 4 .1 T h e a m i n o a c i d s e m p l o y e d i n t h i s s t u d y a r e i n d i s p e n -

s a b l e i n t h e d i e t o f a n i m a l s . A r g i n i n e a n d h i s t i d i n e a r e

n o t d i e t a r y i n d i s p e n s a b l e s f o r t h e m a i n t e n a n c e o f n i t r o g e nb a l a n c e i n a d u l t men ( 7 ) .

c o s e w e r e m e a s u r e d . T h e r e s u l t s o f t h e s e s t u d i e s

s h o w ( 1 , 2 ) t h a t 1 ) t h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a -

t i o n o f m i x t u r e s o f e s s e n t i a l a m i n o a c i d s i n d u c e s

t h e r e l e a s e o f i n s u l i n , 2 ) t h e p h e n o m e n o n o f a m i n o

a c i d - i n d u c e d r e l e a s e o f i n s u l i n d o e s n o t d e p e n d

u p o n t h e p r e s e n c e o f l e u c i n e i n t h e i n f u s i o n m i x -

t u r e , a n d 3 ) t h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f i n -

d i v i d u a l e s s e n t i a l a m i n o a c i d s a l s o i n d u c e s t h e r e -

l e a s e o f i n s u l i n . H o w e v e r , t h e r e a r e l a r g e d i f -f e r e n c e s a m o n g e s s e n t i a l a m i n o a c i d s i n t h e i r c a -p a c i t y t o s t i m u l a t e t h e s e c r e t i o n o f i n s u l i n .

M e t h o d s

T h i r t y - f i v e h e a l t h y m a l e s a n d 3 h e a l t h y f e m a l e s b e -t w e e n t h e a g e s o f 1 9 a n d 2 7 y e a r s s e r v e d a s s u b j e c t s f o rt h i s s t u d y . T h e o b j e c t i v e s o f t h e s t u d y , t h e n a t u r e o ft h e t e s t m a t e r i a l s , a n d t h e i r e x p e c t e d e f f e c t u p o n t h et e s t s u b j e c t w e r e e x p l a i n e d t o e a c h p a r t i c i p a n t . F u l l yi n f o r m e d c o n s e n t f o r t h e p e r f o r m a n c e o f t h e t e s t s w a s

t h u s g i v e n b y a l l s u b j e c t s . E a c h s u b j e c t c o n t i n u e d h i s

u s u a l d i e t b u t t o o k n o f o o d f o r a t l e a s t 8 h o u r s b e f o r et e s t i n g . A s u b j e c t w a s t e s t e d w i t h a s m a n y o f t h e t e s t

m a t e r i a l s a s p o s s i b l e , a n d , w h e n f e a s i b l e , r e p e t i t i v e t e s t i n gw i t h t h e s a m e a m i n o a c i d s o l u t i o n s w a s p e r f o r m e d . I n -d i v i d u a l a m i n o a c i d s a n d m i x t u r e s o f 2 t o 1 0 a m i n o a c i d sw e r e a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y i n a m o u n t s o f f r o m

2 . 5 t o 3 0 g . T h e c o m p o s i t i o n o f t h e m i x t u r e o f 1 0 e s -

s e n t i a l a m i n o a c i d s a n d o f m i x t u r e s o f 6 t o 8 a m i n o a c i d s( s o l u t i o n s A t h r o u g h G ) , a d m i n i s t e r e d i n 3 0 - g a m o u n t s ,

i s g i v e n i n T a b l e I . O t h e r m i x t u r e s w e r e m a d e u p o f2 , 3 , 4 , 5 , o r 8 a m i n o a c i d s i n t h e s a m e a m o u n t s i n w h i c h

t h e y h a d b e e n p r e s e n t i n t h e 3 0 g o f t h e m i x t u r e o f 1 0a m i n o a c i d s .

D u r i n g o r a f t e r t h e i n f u s i o n o f s o m e i n d i v i d u a l a m i n o

a c i d s a f e w s u b j e c t s e x p e r i e n c e d u n t o w a r d r e a c t i o n s , t h ed e t a i l s o f w h i c h a r e g i v e n i n t h e R e s u l t s . When r e a c -

t i o n s o c c u r r e d , f u r t h e r t e s t i n g a t o r b e y o n d t h a t d o s e

l e v e l w a s n o t p e r f o r m e d a n d i s n o t r e c o m m e n d e d .

E s s e n t i a l I - a m i n o a c i d s 2 w e r e o b t a i n e d i n c r y s t a l l i n ef o r m a s t h e p u r e a m i n o a c i d s e x c e p t f o r l y s i n e , w h i c h

w a s t h e h y d r o c h l o r i d e . I n s o m e i n s t a n c e s h i s t i d i n e a n d

a r g i n i n e a l s o w e r e o b t a i n e d a s t h e h y d r o c h l o r i d e . A q u e -o u s a m i n o a c i d s o l u t i o n s w e r e p r e p a r e d i n c o n c e n t r a t i o n s

2Amino a c i d s w e r e p u r c h a s e d f r o m N u t r i t i o n a l B i o -

c h e m i c a l s C o r p . , C l e v e l a n d , O h i o , a n d t h e G e n e r a l B i o -

c h e m i c a l C o . , C h a g r i n F a l l s , O h i o .

1 4 8 7



1FLOYD,A J A N S , C O N N , K N O P F , A N D R U L L

TABLE I

C o m p o s i t i o n s o f s o l u t i o n s c o n t a i n i n g 3 0 g o f a m i n o a c i d s

Am in o a c i d 1 0 AA A B C D E F G

m m o l e s /

3 0 g

A r g i n i n e 1 7 2 g 2 . 9 1 3 . 8 9 3 . 8 6 4 . 0 6 4 . 3 1 5 . 2 0 5 . 1 4m m o l e s 1 6 . 7 2 2 . 4 2 2 . 2 2 3 . 3 2 4 . 8 2 9 . 9 2 9 . 5

L y s i n e 2 0 5 g 4 . 5 3 6 . 0 5 6 . 3 2 6 . 7 1 8 . 0 9m m o l e s 3 1 . 0 4 1 . 4 4 3 . 3 4 6 . 0 5 5 . 4

P h e n y l a l a n i n e 1 8 3 g 3 . 9 0 5 . 2 1 5 . 1 7 5 . 7 8 5 . 1 7m m o l e s 2 3 . 6 3 1 . 6 3 1 . 3 3 5 . 0 3 1 . 3

L e u c i n e 2 2 9 g 4 . 7 1 6 . 2 5 6 . 5 7 8 . 3 2 6 . 2 5m m o l e s 3 6 . 0 4 7 . 7 5 0 . 2 6 3 . 5 4 7 . 7

M e t h i o n i n e 2 0 1 g 2 . 8 5 3 . 8 1 3 . 9 7 4 . 2 2 5 . 0 9 5 . 0 4 3 . 8 6m m o l e s 1 9 . 1 2 5 . 6 2 6 . 6 2 8 . 3 3 4 . 2 3 3 . 8 2 5 . 9

V a l i n e 2 5 6 g 3 . 6 0 4 . 8 1 4 . 7 7 5 . 3 3 4 . 7 7m m o l e s 3 0 . 8 4 1 . 1 4 0 . 8 4 5 . 6 4 0 . 8

H i s t i d i n e 1 9 4 g 1 . 4 7 1 . 9 5 1 . 9 5 2 . 0 5 2 . 1 8 2 . 6 2 2 . 6 0 1 . 9 5m m o l e s 9 . 5 1 2 . 6 1 2 . 6 1 3 . 2 1 4 . 1 1 6 . 9 1 6 . 8 1 2 . 6

I s o l e u c i n e 2 2 9 g 2 . 8 2 3 . 7 4 3 . 9 3 5 . 0 4 4 . 9 8 3 . 7 5m m o l e s 2 1 . 5 2 8 . 5 3 0 . 0 3 8 . 5 3 8 . 0 2 8 . 5

T h r e o n i n e 2 5 2 g 2 . 2 2 2 . 9 6 2 . 9 4 3 . 1 0 3 . 9 6 3 . 9 2 2 . 9 4m m o l e s 1 8 . 7 2 4 . 9 2 4 . 7 2 6 . 1 3 3 . 3 3 3 . 0 2 4 . 7

T r y p t o p h a n 1 4 7 g 0 . 9 9 1 . 3 2 1 . 3 1 1 . 4 7 1 . 3 1m m o l e s 4 . 9 6 . 5 6 . 4 7 . 2 6 . 4

T o t a l a m o u n t o f g 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0a m i n o a c i d s p e r m m o l e s 2 1 1 . 8 2 0 6 . 1 2 1 4 . 2 2 1 2 . 7 2 0 1 . 0 2 0 8 . 2 2 1 4 . 6 2 1 7 . 9m i x t u r e

o f 1 t o 1 0 g pe r 1 0 0 m l , d e p e n d i n g upon t h e s o l u b i l i t i e so f t h e a m i n o a c i d s i n w a t e r . S o d i u m c h l o r i d e was a d d e d

t o a l l s o l u t i o n s o f l e s s t h a n 5 g o f a m i n o a c i d pe r 1 0 0 m l

t o b r i n g t h e o s m o l a l i t y t o a b o u t 3 0 0 m Os m pe r k g wa-

t e r . S o d i u m c a r b o n a t e o r h y d r o c h l o r i c a c i d was a d d e d

as a p p r o p r i a t e t o b r i n g t h e f i n a l pH o f t h e s o l u t i o n s t o

7 . 4 . T h e v o l u m e o f a s o l u t i o n t o b e a d m i n i s t e r e d d e -

p e n d e d upon t h e c o n c e n t r a t i o n a n d t h e amou nt o f a m i n o

a c i d t o b e i n f u s e d . T h i r t y g o f i n d i v i d u a l a m i n o a c i d swas d i s s o l v e d i n f r o m 3 0 0 m l ( a r g i n i n e , l y s i n e ) t o 1 , 5 0 0m l ( l e u c i n e , p h e n y l a l a n i n e ) . S o l u t i o n s were p a s s e d

t h r o u g h a M i l l i p o r e f i l t e r , p l a c e d i n d i s p e n s i n g b o t t l e s ,a n d a u t oc l a v e d . S o lu t i on s c o n t a i n i n g t r y p t o p h a n were

n o t a u t o c l a v e d , s i n c e t h i s p r o c e d u r e d i s c o l o r s s u c h s o l u -t i o n s . A f t e r b o t t l i n g , r e p r e s e n t a t i v e b o t t l e s were t e s t e df o r t h e presence o f b a c t e r i a l o r p y r o g e n i c c o n t a m i n a t i o n .

A f t e r a 3 0 - m i n u t e p e r i o d o f c o n t r o l m e a s u r e m e n t s ,

s o l u t i o n s were a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y ove r t h e suc-

c e e d i n g 3 0 m i n u t e s . V e n o u s b l o o d was s a m p l e d d u r i n g

t h e c o n t r o l p e r i o d (- 3 0 , -1 5 , -1 , 0 m i n u t e s a s s h o w n

i n T a b l e s ) , e v e r y 1 0 m in u t e s d u r i ng t h e f i r s t h o u r a f t e rt h e b e g i n n i n g o f t h e i n f u s i o n , every 1 5 m in u t e s d u ri ng

t h e s e c o n d h o u r , a n d e v e r y 3 0 m i n u t e s d u r i n g t h e t h i r dh o u r . O n some o c c a s i o n s , e i t h e r 1 h o u r b e f o r e , a t 2 t o 2 A

h o u r s a f t e r t h e b e g i n n i n g o f a n i n f u s i o n o f a m i n o a c i d s ,o r a t b o t h t i m e s , g l u c o s e ( 2 . 5 t o 1 0 g ) a s a 5 0 % s o l u -t i o n o r g l u c a g o n ( 6 . 2 5 t o 5 0 , u g ) w a s a d m i n i s t e r e d b y

r a p i d i v i n j e c t i o n , a n d b lo od s a mp l e s w e r e o b t a i n e d a ti n t e r v a l s o f f r o m 5 t o 1 0 m i n u t e s f o r a n a d d i t i o n a l 3 0

m i n u t e s . F o u r s u b j e c t s r e c e i v e d a n i v i n f u s i o n o f 3 0 g

o f g l u c o s e a d m i n i s t e r e d a s a 1 0 % s o l u t i o n o v e r 3 0

m i n u t e s .

C o n c e n t r a t i o n s o f b l o o d g l u c o s e w e r e d e t e r m i n e d w i t h

t h e T e c h n i c o n a u t oa na l yz e r w i t h f r e q u e n t v e r i f i c a t i o n b y

t h e S o m o g y i - N e l s o n t e c h n i q u e ( 8 ) . L e v e l s o f p l a s m a i n -

s u l i n w e r e d e te rm i ne d b y t h e i m m u n o a s s a y m e t h o d o fY a l o w a n d B e r s o n ( 9 ) . T h e d e t a i l s o f t h e a s s a y a sp e r f o r m e d i n t h i s l a b o r a t o r y h a v e b e e n g i v e n i n e a r l i e rp u b l i c a t i o n s ( 5 , 1 0 ) . I n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n w e r e

e x p r e s s e d a s m a x i m a l i n c r e a s e s a b o v e c o n t r o l l e v e l s ( a v -e r a g e o f t h e - 1 - a n d 0 - m i n u t e v a l u e s ) a n d a l s o a s t h esum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n o v e r c o n t r o l l e v e l sd u r i n g t h e f i r s t h o u r o f t h e t e s t . P l a s m a l e v e l s o f a m i n o

n i t r o g e n w e r e d e t e r m i n e d b y t h e m e t h o d o f F r a m e , R u s -

s e l l , a n d W i l h e l m i ( 1 1 ) . R e s u l t s o f m e a s u r e m e n t s m a d e

d u r i n g a n d a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n o f l y s i n e a r e c o r -r e c t e d t o a c c o u n t f o r t h e f a c t t h a t b o t h a m i n o g r o u p s o fl y s i n e a p p e a r t o r e a c t q u a n t i t a t i v e l y w i t h t h e n a p t h o -

1 4 8 8



STIMULATION OF INSULIN SECRETION BY AMINO ACIDS

q u i n o n e c o l o r r e a g e n t ( 1 1 ) . P l a s m a f r e e f a t t y a c i d w a sm e a s u r e d b y t h e m e t h o d o f D o l e ( 1 2 ) .

R e s u l t s

1 ) T e n e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

T h i r t y g o f a m i x t u r e o f 1 0 e s s e n t i a l a m i n o

a c i d s ( 1 0 A A) w a s a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y 5 1t i m e s t o 3 5 s u b j e c t s .

P l a s m a i n s u l i n . P l a s m a i n s u l i n w a s m e a s u r e d

i n 4 8 t e s t s a n d r o s e i n e a c h ( T a b l e I I ) . M a x i m a l

i n c r e a s e s r a n g e d f r o m 3 7 t o 3 0 1 ( m e a n 1 2 0 ) M A Up e r m l a n d o c c u r r e d a t 1 0 t o 3 0 ( m e a n 2 6 ) m i n -

u t e s . Mean p l a s m a i n s u l i n r o s e f r o m a c o n t r o ll e v e l o f 9 M u U p e r m l a n d r e a c h e d a p e a k o f 1 2 0

, u U p e r m l a t 3 0 m i n u t e s . I t d e c l i n e d a l m o s t t o

b a s a l l e v e l s ( 1 7 uU p e r m l ) a t 6 0 m i n u t e s a n d t o

1 3 MU a t 1 2 0 m i n u t e s ( T a b l e I I a n d F i g u r e 1 ) .P l a s m a a m i n o n i t r o g e n . P l a s m a a m i n o n i t r o g e n

w a s m e a s u r e d i n 1 3 t e s t s a n d r o s e i n e a c h ( T a b l e

I I ) . M a x i m a l i n c r e a s e s r a n g e d f r o m 6 . 1 t o 1 0 . 5( m e a n 8 . 6 ) m g p e r 1 0 0 m l a n d o c c u r r e d a t 2 0 t o3 0 ( m e a n 2 8 ) m i n u t e s . Mean p l a s m a a m i n o n i -t r o g e n r o s e f r o m a c o n t r o l l e v e l o f 4 . 6 m g p e r 1 0 0

m l , r e a c h e d a p e a k o f 1 3 . 1 mg p e r 1 0 0 m l a t 3 0

m i n u t e s , d e c l i n e d r a p i d l y t o 8 . 2 m g p e r 1 0 0 m l a t6 0 m i n u t e s , a n d t o 5 . 6 a n d 5 . 2 mg p e r 1 0 0 m l a t1 2 0 a n d 1 8 0 m i n u t e s , r e s p e c t i v e l y ( T a b l e I I ,F i g u r e 1 ) .

B l o o d g l u c o s e . B l o o d g l u c o s e w a s m e a s u r e d i na l l 5 1 t e s t s ( T a b l e I I ) . I t i n c r e a s e d 5 m g p e r

1 0 0 m l o r m o r e f r o m c o n t r o l l e v e l s i n 4 8 t e s t s

a n d d e c r e a s e d 5 m g p e r 1 0 0 m l o r m o r e f r o m

c o n t r o l l e v e l s i n 3 9 t e s t s . M a x i m a l i n c r e a s e sr a n g e d f r o m 0 t o 3 6 ( m e a n 1 4 ) mg p e r 1 0 0 m l

a n d o c c u r r e d a t 1 0 t o 3 0 ( m e a n 1 6 ) m i n u t e s ( T a -

b l e I I ) . M a x i m a l d e c r e a s e s f r o m c o n t r o l l e v e l sr a n g e d f r o m 0 t o 4 1 ( m e a n 1 5 ) m g p e r 1 0 0 m l

a n d o c c u r r e d a t 4 0 t o 1 8 0 ( m e a n 5 4 ) m i n u t e s .Mean b l o o d g l u c o s e r o s e f r o m a c o n t r o l l e v e l o f

8 5 m g p e r 1 0 0 m l t o a p e a k o f 9 7 m g p e r 1 0 0 m la t 1 0 a n d 2 0 m i n u t e s . I t f e l l t o 7 2 m g p e r 1 0 0 m l

a t 5 0 m i n u t e s a n d r e t u r n e d t o c o n t r o l l e v e l s a t 9 0

m i n u t e s ( T a b l e I I , F i g u r e 1 ) .P l a s m a f r e e f a t t y a c i d . P l a s m a FFA w a s m e a s -

u r e d i n 1 6 t e s t s a n d d e c r e a s e d more t h a n 1 0 0 I A E qp e r L i n 1 3 ( T a b l e I I ) . M a x i m a l d e c r e a s e sr a n g e d f r o m 3 3 t o 6 4 1 ( m e a n 2 6 2 ) p t E q p e r L a n d

o c c u r r e d a t 1 0 t o 1 5 0 ( m e a n 6 8 ) m i n u t e s . Mean

c o n c e n t r a t i o n f e l l f r o m a c o n t r o l v a l u e o f 5 7 7 t o

3 9 1 u F q p e r L a t 9 0 m i n u t e s ( T a b l e I I , F i g u r e 1 ) .

I~~~~INFUSION

EBLOOD GLUCOSE

O90 A

0801

-70 -700 a-600 ;

0U

- . 1lm PLASMAFFA 500

L

1 2 0 - PLASMA INSULIN14

F00-PLASMAMINO NITROGEN 10

z

40--

4 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ -0~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-

- 1 / 2 0 1 / 2 1 1 1 / 2 2 2 1 / 2

H O URS

3

F I G .1 . E F F E C T OF I V ADMINISTRATION O F 3 0 G O F A

MIXTURE OF 1 0 ESSENTIAL AMINO ACIDS UPON MEAN

PLASMA INSULIN, A M I N O NITROGEN, FREE FATTY A C I D S ,

AND BLOOD GLUCOSE IN 3 5 HEALTHY SUBJECTS TESTED 5 1

TIMES.

2 ) L e u c i n e 4 . 7 1 g a n d i s o l e u c i n e 2 . 8 2 g

T h e a m o u n t o f l e u c i n e p l u s i s o l e u c i n e c o n t a i n e d

i n t h e 3 0 - g m i x t u r e o f 1 0 AA w a s a d m i n i s t e r e di n t r a v e n o u s l y t o 6 s u b j e c t s ; t h e r e s u l t s a r e s h o w n

i n T a b l e I I I . P l a s m a i n s u l i n w a s m e a s u r e d d u r -i n g 4 o f t h e s e t e s t s . M a x i m a l i n c r e a s e s r a n g e d

f r o m 4 t o 1 5 ( m e a n 9 ) uU p e r ' m l a n d o c c u r r e d

a t 1 0 t o 3 0 ( m e a n 2 0 ) m i n u t e s . T h e i n c r e a s e s ,w h e n e x p r e s s e d a s t h e s u m o f i n c r e m e n t s d u r i n gt h e f i r s t h o u r , w e r e o n e - t e n t h o f t h o s e o b t a i ne d

w i t h t h e 1 0 AA m i x t u r e a d m i n i s t e r e d t o t h e same

s u b j e c t s . M a x i m a l i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e f o rt h e 6 t e s t s r a n g e d f r o m 1 t o 8 ( m e a n 3 ) m g p e r

1 0 0 m l a n d o c c u r r e d a t f r o m 1 0 t o 1 8 0 ( m e a n 7 0 )m i n u t e s . M a x i m a l d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s er a n g e d f r o m 7 t o 1 5 ( m e a n 1 0 ) m g p e r 1 0 0 m l

a n d o c c u r r e d a t 4 0 t o 7 5 ( m e a n 5 2 ) m i n u t e s .

3 ) E i g h t e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

L e u c i n e a n d i s o l e u c i n e w e r e e x c l u d e d f r o m t h e3 0 - g m i x t u r e o f 1 0 e s s e n t i a l a m i n o a c i d s . T h i s

r e d u c e d t h e n u m b e r o f a m i n o a c i d s i n t h e i n f u -s i o n m i x t u r e t o 8 a n d t h e amount o f a m i n o

a c i d s i n f u s e d t o 2 2 . 5 g . As a c o n t r o l f o r t h i sr e d u c t i o n l y s i n e a n d m e t h i o n i n e were e x c l u d e d

f r o m t h e 3 0 - g m i x t u r e o f 1 0 a m i n o a c i d s . T h i s

r e d u c e d t h e a m o u n t o f a m i n o a c i d a d m i n i s t e r e d

i n t h i s i n f u s i o n t o 2 2 . 6 g . T h e s e t w o m i x t u r e s

1 4 8 9





STiM U LATIO N OF INSULIN SECRETION B Y AMINO ACIDS 1 4 9 1

TABLE I I

a c i d s a f t e r t h e i v a d m i n i s t r a t i o n o f a 3 0 - g m i x t u r e o f 1 0 e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

Time i n m i n u t e s Time o f Time o fM a x i m a l maximal Maxim a l m a x i m a l

6 0 7 5 9 0 1 0 5 1 2 0 1 5 0 1 8 0 i n c r e a s e i n c r e a s e d e c r e a s e d e c r e a s e

pU/mi m i n u t e s

1 7 1 6 1 4 1 3 1 3 1 1 9 1 2 0 2 6

( 2 - 4 5 ) ( 1 1 - 2 3 ) ( 1 - 2 3 ) ( 5 - 1 8 ) ( 5 - 1 9 ) ( 5 - 1 6 ) ( 5 - 1 3 ) ( 3 7 - 3 0 1 ) ( 1 0 - 3 0 )

4 8 1 0 4 7 1 0 1 1 1 0 1 0

m g / 1 0 0 m l

8 . 2 7 . 1 6 . 6 5 . 9 5 . 6 5 . 3 5 . 2 8 . 6 2 8

( 6 . 0 - 9 . 0 ) ( 5 . 4 - 7 . 9 ) ( 5 . 8 - 7 . 4 ) ( 4 . 5 - 6 . 5 ) ( 5 . 0 - 6 . 2 ) ( 4 . 4 - 6 . 0 ) ( 4 . 2 - 5 . 7 ) ( 6 . 1 - 1 0 . 5 ) ( 2 0 - 3 0 )

1 3 1 3 1 3 1 2 1 1 1 2 7

m g / 1 0 0 m l m i n u t e s

7 7 8 2 8 6 8 7 8 8 8 7 8 7 1 4 1 6 1 5 5 4

( 4 5 - 9 5 ) ( 6 0 - 9 7 ) ( 7 3 - 1 0 4 ) ( 7 6 - 1 0 4 ) ( 7 9 - 1 0 3 ) ( 7 8 - 1 0 0 ) ( 7 5 - 9 9 ) ( 0 - 3 6 ) ( 1 0 - 3 0 ) ( 0 - 4 1 ) ( 4 0 - 1 8 0 )

5 0 5 1 5 1 5 1 5 1 4 9 4 8

E q 1 / L4 1 9 4 0 7 3 9 1 4 0 7 4 5 4 4 4 2 5 4 4 2 6 2 6 8

( 2 53 - 6 6 1 ) ( 2 59 - 6 5 6 ) ( 1 9 6 - 5 7 7 ) ( 1 7 8 - 6 8 6 ) ( 2 50 - 8 6 1 ) ( 2 7 3 - 9 4 8 ) ( 3 0 7 - 9 9 3 ) ( 3 3 - 6 4 1 ) ( 1 0 - 1 5 0 )1 6 1 5 1 6 1 6 1 6 1 5 1 5

1 0 0 m l f o r a r g i n i n e a n d 9 . 6 m g p e r 1 0 0 m l f o r m m o l e s ) c a u s e d a m e a n s u m o f i n c r e m e n t s i nh i s t i d i n e . p l a s m a i n s u l i n o f 2 5 7 I t U p e r m l , w h e r e a s 3 0 g o f

T a b l e VI g i v e s t h e m e a n s u m s o f i n c r e m e n t s i n t h e 1 0 AA m i x t u r e ( 2 1 2 m m o l e s ) c a u s e d a m e a n

p l a s m a i n s u l i n f o r s u b j e c t s who r e c e i v e d b o t h t h e s u m o f i n c r e m e n t s o f 2 9 9 , u U p e r m l , An a n a l y s i s3 0 - g 1 0 AA s o l u t i o n a n d o n e o r m o r e o f t h e o f p a i r e d d i f f e r e n c e s s h o w e d t h e s e r e s u l t s n o t t o b e

v a r i o u s a m i n o a c i d s a d m i n i s t e r e d i n d i v i d u a l l y i n s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t . T h i s a n a l y s i s w a s a l s o a p -3 0 - g a m o u n t s . I n f u s i o n o f 3 0 g o f a r g i n i n e ( 1 7 2 p l i e d t o t h e f o l l o w i n g s e t s o f o b s e r v a t i o n s : 1 0 AA

TABLE I I I

C h a n g e s i n p l a s m a i n s u l i n , a m i n o n i t r o g e n , a n d b l o o d g l u c o s e a f t e r i va d m i n i s t r a t i o n o f e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

P l a s m a i n s u l i n P l a s ma a m i n on i t r o g e n B l o o d g l u c o s e

Su m o f i n c r e -N o . N o . Amount Maximal ments d u r i n g Maximal M a x i m a l M ax imal

Amino a c i d s o lu t io n t e s t s s u b j e c ts i n f u s e d i n c r e a s e * f i r s t h o u r * i n c r e a s e * i n c r e a s e * d e c r e a s e *

g AU/ml pU/ml m g / l 1 O O m l m g / 1 0 0 m l m g / 1 0 0 m l

1 0 AA 5 1 3 5 3 0 . 0 1 2 0 3 1 2 8 . 6 1 4 1 5

( 3 7 - 3 0 1 ) 4 7 ( 1 0 2 - 8 2 2 ) ( 6 . 1 - 1 0 . 5 ) 1 3 ( 0 - 3 6 ) 5 0 ( 0 - 4 1 )L e u c i n e 4 . 7 1 g + 6 6 7 . 5 3 9 3 2 3 1 0

i s o l e u c i n e 2 . 8 2 g ( 4 - 1 5 ) 4 ( 1 4 - 4 7 ) ( 1 - 8 ) 6 ( 7 - 1 5 )

1 0 AA m i n u s l e u c i n e a n d 1 1 1 1 2 2 . 5 7 3 1 8 7 1 S 1 0i s o l e u c i n e ( 2 3 - 2 1 3 ) 1 0 ( 5 6 - 5 3 4 ) ( 2 - 3 5 ) 1 1 ( 0 - 3 1 )

1 0 AA m i n u s l y s i n e and 6 6 2 2 . 6 6 1 1 8 0 1 1 9

m e t h i o n i n e ( 3 4 - 9 7 ) 6 ( 8 5 - 2 6 2 ) ( 7 - 2 3 ) 6 ( 2 - 1 6 )A 1 0 1 0 3 0 . 0 7 3 2 1 3 1 0 . 0 1 8 1 2

( 4 6 - 1 2 7 ) 1 0 ( 1 2 1 - 3 4 1 ) ( 8 . 9 - 1 1 . 7 ) 7 ( 1 3 - 2 9 ) 1 0 ( 0 - 2 5 )

B 1 1 1 1 3 0 . 0 7 7 1 8 7 9 . 2 1 3 7( 1 3 - 2 0 9 ) 1 1 ( 5 0 - 4 5 9 ) ( 6 . 8 - 1 0 . 6 ) 9 ( 7 - 2 2 ) 1 1 ( 0 - 2 4 )

C 7 7 3 0 . 0 8 0 2 3 3 1 0 . 5 1 7 1 8

( 2 9 - 1 4 0 ) 7 ( 8 6 - 4 0 9 ) ( 7 . 8 - 1 2 . 5 ) 7 ( 1 1 - 2 7 ) 7 ( 6 - 3 0 )

D 6 6 3 0 . 0 1 0 1 2 8 7 9 . 5 2 9 1 0

( 5 0 - 2 2 7 ) 6 ( 1 3 0 - 5 9 9 ) ( 8 . 8 - 1 0 . 3 ) 6 ( 1 8 - 4 2 ) 6 ( 0 - 2 3 )E 7 7 3 0 . 0 9 2 2 3 9 1 1 . 3 2 2 1 4

( 3 2 - 2 8 7 ) 7 ( 8 5 - 7 0 8 ) ( 9 . 4 - 1 2 . 6 ) 7 ( 8 - 3 7 ) 7 ( 2 - 4 7 )F 7 7 3 0 . 0 5 8 1 5 2 8 . 1 9 8

( 1 3 - 8 1 ) 7 ( 3 0 - 2 5 2 ) ( 6 . 6 - 9 . 4 ) 7 ( 5 - 1 5 ) 7 ( 0 - 2 0 )G 4 4 3 0 . 0 3 7 1 4 2 4 1 4

( 2 8 - 4 9 ) 4 ( 1 1 2 - 1 7 9 ) ( 1 - 7 ) 4 ( 3 - 2 1 )

* Mean a n d r a n g e . Th e number o f t e s t s on w h i c h a n a l y s i s was p e r f o r m e d i s g i v e n t o t h e r i g h t o f t h e f i g u r e s f o r t h e r a n g e ,



FLOYD, FAJANS, C O N N , KNOPF, AND R U L L

TABLE IV

C o m p a r i s o n i n t h e s a m e s u b j e c t s o f t h e i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n a f t e r t h e i v a d m i n i s t r a t i o n o f t h e 1 0a m i n o a c i d m i x t u r e a n d m i x t u r e s o f 6 t o 8 a m i n o a c i d s

M e a n su m o f i n c r e -Amount N o . s u b j e c t s m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n

Amino a c id s o l u t io n i n f u s e d a n d t e s t s d u r i n g f i r s t h o u r A n a l y s i s o f p a i r e d d i f f e r e n c e s

1 0 AA

1 0 AA m i n u s l e u c i n e a n di s o l e u c i n e -

1 0 A A

1 0 AA m i n u s l y s i n e a n dm e t h i o n i n e

1 0 A A

A

g

3 0

2 2 . 5

3 0

1 0

1 0

6

6

1 0

1 0

2 2 . 6

3 0

3 0

1 0 AA

B

1 0 A A

C

1 0 A A

D

1 0 AA

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

3 0

E

1 0 A A

F

1 0 A A

G

1 1

1 1

7

7

6

6

7

7

7

7

4

3 0 4

1 0 AA v s . A , B , p < 0 . 0 5 ; D v s . A , B , p < 0 . 0 5 ; 1 0 A A ,

pU/ml

3 4 6

( 1 6 5 - 7 9 1 )

1 8 7( 5 6 - 5 3 4 )

3 5 3( 1 7 2 - 7 9 1 )

1 8 0( 8 5 - 2 6 2 )

2 9 1( 1 3 3 - 7 9 1 )

2 1 3( 1 2 1 - 3 4 1 )

2 8 8( 1 3 3 - 7 9 1 )

1 8 7( 5 0 - 4 5 9 )

2 9 7( 1 5 6 - 7 9 1 )

2 3 3( 8 6 - 4 0 9 )

3 1 5( 1 3 4 - 7 9 1 )

2 8 7( 1 3 0 - 5 9 9 )

3 2 2( 1 3 4 - 7 9 1 )

2 3 9( 8 5 - 7 0 8 )

2 7 9( 1 3 4 - 7 9 1 )

1 5 3( 3 0 - 2 5 2 )

3 0 1( 1 7 9 - 4 1 5 )

1 4 9( 1 1 2 - 1 7 9 )

D , e a c h v s . F , p<0.02*

0 . 0 0 1 < p < 0 . 0 1

0 . 0 1 < p < 0 . 0 5

N S

0 . 0 0 1 < p < 0 . 0 1

N S

N S

p = 0 . 0 2

0 . 0 5 < p < 0 . 1

0 . 0 2 < p < 0 . 0 5

* R e s u l t s f r o m s e v e n s u b j e c t s g i v e n 1 0 A A , A , B , C , D , E , a n d F w e r e s u b j e c t e d t o f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c eb y t h e t e c h n i q u e s o f Rao f o r a n a l y s i s o f d i s p e r s i o n f o r m u l t i p l e c l a s s i f i e d d a t a w i t h u n e q u a l n u m b e r s o f c e l l s . C o m p a r i -s o n s w i t h s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a r e s h o w n .

v s . l y s i n e , 1 0 AA v s . l e u c i n e , 1 0 AA v s . p h e n y l -

a l a n i n e , 1 0 AA v s . v a l i n e , a n d 1 0 AA v s . h i s t i d i n e .I n e a c h c a s e t h e sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u -

l i n w a s s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r f o r t h e 3 0 - g 1 0 a m i n o

a c i d s o l u t i o n ( T a b l e V I ) . E i g h t s u b j e c t s r e c e i v e dt h e 1 0 AA s o l u t i o n , a r g i n i n e , l y s i n e , a n d l e u c i n e( o n e s u b j e c t d i d n o t r e c e i v e l y s i n e , a n o t h e r l e u -c i n e ) . A f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c e s h o w e d

1 4 9 2



STIMULATION OF INSULIN SECRETION BY AMINO ACIDS 1 4 9 3

TABLE V

C h a n g e s i n p l a s m a i n s u l i n , a m i n o n i t r o g e n , a n d b l o o d g l u c o s e a f t e r i va d m i n i s t r a t i o n o f e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

P l a s m a i n s u l i n P l a s m a a m i n on i t r o g e n B l o o d g l u c o s e

Su m o f i n c r e -Amino a c i d N o . N o . Amount Maximal m e n t s d u r i n g Maximal M ax imal Maxim a ls o l u t i o n t e s t s s u b j e c t s i n f u s e d i n c r e a s e * f i r s t h o u r * i n c r e a s e * i n c r e a s e * d e c r e a s e *

g M U / m l M U / m i m g / 1 0 0 m l m g / 1 0 0 m l m g / 1 0 0 ml

1 0 AA 5 1 3 5 3 0 . 0 1 2 0 3 1 2 8 . 6 1 4 1 5

( 3 7 - 3 0 1 ) 4 7 ( 1 0 2 - 8 2 2 ) ( 6 . 1 - 1 0 . 5 ) 1 3 ( 0 - 3 6 ) 5 0 ( 0 - 4 1 )

A r g i n i n e 1 9 1 3 3 0 . 0 8 1 2 7 0 1 0 . 3 2 9 1 2( 3 2 - 3 1 1 ) 1 9 ( 9 1 - 9 0 2 ) ( 6 . 5 - 1 2 . 6 ) 7 ( 6 - 4 3 ) 1 8 ( 5 - 3 9 )

L y s i n e 1 2 9 3 0 . 0 5 2 2 0 2 9 . 4 t 1 1 2 0( 2 1 - 1 3 8 ) 1 2 ( 1 0 9 - 5 4 4 ) ( 7 . 1 - 1 0 . 9 ) 6 ( 5 - 2 1 ) 1 2 ( 9 - 3 1 )

P h e n y l a l a n i n e 6 6 3 0 . 0 2 8 9 7 7 . 2 1 1 5

( 1 7 - 7 1 ) 6 ( 3 6 - 2 3 2 ) ( 5 . 2 - 1 0 . 2 ) 5 ( 4 - 2 1 ) ( 0 - 1 1 )

L e u c i n e 1 5 1 0 3 0 . 0 2 5 9 5 9 . 1 0 2 0( 4 - 7 2 ) 1 5 ( 9 - 3 1 1 ) ( 6 . 3 - 1 3 . 4 ) 6 1 5 ( 1 2 - 2 8 )

V a l i n e 6 6 3 0 . 0 8 2 7 1 2 . 7 3 6( 5 - 1 3 ) 6 ( 5 - 5 4 ) ( 9 . 9 - 1 5 . 3 ) 6 ( 2 - 3 ) 6 ( 2 - 1 1 )

M e t h i o n i n e 2 2 3 0 . 0 7 1 9 1 2 . 0 9 1( 4 - 9 ) 2 ( 1 8 - 2 0 ) ( 1 1 . 1 - 1 2 . 8 ) 2 ( 4 - 1 3 ) 2 ( 0 - 2 )

H i s t i d i n e 7 6 3 0 . 0 3 6 9 . 6 3 7( 0 - 8 ) 7 ( 0 - 1 8 ) ( 8 . 5 - 1 0 . 2 ) 6 ( 0 - 6 ) 7 ( 4 - 1 1 )

T h r e o n i n e 1 1 2 2 . 5 3 1 1 0 4 5 2 0

T h r e o n i n e 2 2 1 5 . 0 1 0 2 4 6 9

( 2 - 1 8 ) 2 ( 3 - 4 5 ) ( 5 - 6 ) 2 ( 7 - 1 0 )

T h r e o n i n e 1 1 8 . 5 1 5 4 8 0 2

T h r e o n i n e 5 5 7 . 5 8 2 4 1 6

( 3 - 1 4 ) 4 ( 6 - 5 0 ) ( 1 - 5 ) 5 ( 2 - 9 )

I s o l e u c i n e 3 3 1 5 . 0 7 1 8 1 1 2

( 2 - 1 2 ) 2 ( 6 - 3 0 ) ( 1 - 3 ) 3 ( 5 - 2 2 )

I s o l e u c i n e 3 3 7 . 5 4 1 0 0 1 0

( 1 - 7 ) 2 ( 2 - 1 7 ) 3 ( 9 - 1 1 )

T r y p t o p h a n 2 2 7 . 5 1 2 3 6 9 0

( 6 - 1 8 ) 2 ( 2 1 - 5 1 ) ( 6 - 1 2 ) 2

T r y p t o p h a n 2 2 5 . 0 1 0 3 4 8 1( 8 - 2 0) 2 ( 2 8 - 3 9 ) ( 8 - 8 ) 2

T r y p t o p h a n 2 2 2 . 5 6 1 7 9 6

( 4 - 8 ) 2 ( 7 - 2 6 ) ( 7 - 1 1 ) 2 ( 4 - 7 )

* M ean a n d r a n g e . The number o f t e s t s on w h i c h a n a l y s i s was p e r f o r m e d i s g i v e n t o t h e r i g h t o f t h e f i g u r e s f o r t h e r a n g e .

t V a l u e s o f amino n i t r o g e n c o r r e c t e d ; s e e M e t h o d s .

t h a t t h e r e w e r e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a m o n g t h ei n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n i n d u c e d b y t h e s e s o l u -

t i o n s [ F ( v a r i a n c e r a t i o ) = 9 . 3 9 ; d f ( d e g r e e s o f

f r e e d o m ) = 3 , 1 9 ; p < 0 . 0 0 1 ] . T h e 1 0 AA s o l u -

t i o n a n d a r g i n i n e w e r e e q u i p o t e n t ; 1 0 AA b u t n o t

a r g i n i n e w a s m o r e p o t e n t t h a n l y s i n e ; 1 0 AA, a r -g i n i n e , a n d l y s i n e w e r e e a c h m o r e p o t e n t t h a n

l e u c i n e ( T a b l e V I ) . T h e 7 a m i n o a c i d s a r e l i s t e d

a s f o l l o w s a c c o r d i n g t o d e c r e a s i n g m a g n i t u d e o f

t h e i n s u l i n r e s p o n s e s o b t a i n e d : a r g i n i n e , l y s i n e ,l e u c i n e , p h e n y l a l a n i n e , v a l i n e , m e t h i o n i n e . a n d

h i s t i d i n e .

T h r e o n i n e , i s o l e u c i n e , a n d t r y p t o p h a n w e r e n o t

a d m i n i s t e r e d i n d i v i d u a l l y i n 3 0 - g a m o u n t s , 4 b u t

4 T h r e e s u b j e c t s r e c e i v e d i n f u s i o n s o f 1 5 g o f i s o l e u -c i n e . A b o u t 3 0 m i n u t e s a f t e r t h e c o m p l e t i o n o f t h e i n -f u s i o n o n e s u b j e c t h a d m i l d b a c k a c h e f o l l o w e d a t 4 5 m i n -

u t e s b y a c h i l l a n d s u b s e q u e n t f e v e r . A f t e r s e v e r a l h o u r s

b l o o d p r e s s u r e d e c l i n e d t o 9 8 s y s t o l i c , 3 0 t o 2 0 d i a s t o l i c .A f t e r 1 6 h o u r s t h e p a t i e n t b e c a m e a f e b r i l e , a n d b l o o d

w h e n g i v e n i n d i v i d u a l l y i n amounts f r o m 2 . 5 t o

2 2 . 5 g d i d r e s u l t i n i n c r e a s e s i n p l a s m a l e v e l s o f

i n s u l i n ( T a b l e V ) .

p r e s s u r e b e c a m e n o r m a l . T h e r e were no a b n o r m a l

l a b o r a t o r y f i n d i n g s e x c e p t f o r a l e u k o c y t e c o u n t o f 1 3 , 2 0 0 .T h e r e w e r e n o s e q u e l l a e .

S i x s u b j e c t s r e c e i v e d i n f u s i o n s o f t h r e o n i n e . O n e s u b -

j e c t e x p e r i e n c e d h e a d a c h e 3 A h o u r s a f t e r r e c e i v i n g an

i n f u s i o n o f 7 . 5 g o f t h r e o n i n e . A n o t h e r s u b j e c t e x p e r i -e n c e d t r a n s i e n t b a c k p a i n d u r i n g t h e i n f u s i o n , w h i c h w a s

d i s c o n t i n u e d a t 1 0 m i n u t e s w h e n 8 . 5 g h a d b e e n g i v e n .A t h i r d s u b j e c t e x p e r i e n c e d s e v e r e h e a d a c h e a n d c h i l l

f o l l o w e d b y m i l d e l e v a t i o n o f b o d y t e m p e r a t u r e . T h e s e

s y m p t o m s b e g a n a b o u t 3 0 t o 4 5 m i n u t e s a f t e r h e h a d r e -

c e i v e d a n i n f u s i o n o f 2 2 . 5 g o f t h r e o n i n e a n d a b a t e d

a b o u t 2 h o u r s a f t e r t h e y h a d b e g u n .T h r e e s u b j e c t s r e c e i v e d 6 i n f u s i o n s o f t r y p t o p h a n .

O n e s u b j e c t e x p e r i e n c e d t r a n s i e n t f a c i a l f l u s h i n g , n a u s e a ,

a n d b r a c h y c a r d i a b e g i n n i n g 2 0 m i n u t e s a f t e r h e h a d r e -

c e i v e d an i n f u s i o n o f 7 . 5 g o f t r y p t o p h a n . T h i s , p l u s t h es i m i l a r e x p e r i e n c e o f a n o t h e r i n v e s t i g a t o r ( 1 3 ) , i n d i c a t e dt h a t t h i s d o s a g e o f t r y p t o p h a n p r o b a b l y s h o u l d n o t b e

e x c e e d e d .



FLOYD, FAJANS, CONN, KNOPF, AND R ULL

TABLE VI

C o m p a r i s o n i n t h e s a m e s u b j e c t s o f t h e i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n a f t e r t h e i v a d m i n i s t r a t i o no f t h e 1 0 a m i n o a c i d m i x t u r e a n d i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s

M ean sum o f i n -N o . s u b - c r e m e n t s i n p l a s m a

Amino a c i d Amount j e c t s a n d i n s u l i n d u r i n gs o l u t i o n i n f u s e d t e s t s f i r s t h o u r A n a l y s i s o f p a i r e d d i f f e r e n c e s

g

3 00 A A

A r g i n i n e

1 1

3 0 1 1

pU/ml

2 9 9( 1 2 3 - 8 2 2 )

2 5 7( 1 0 9 - 5 7 2 )

N S

3 0 9 3 2 9( 1 3 3 - 8 2 2 )

3 0 9 2 0 9( 1 0 9 - 5 4 4 )

3 0 1 0 3 0 8( 2 0 1 - 6 7 0 )

3 0 1 0 1 0 5( 2 9 - 3 1 1 )

3 0 5 3 1 2

( 2 1 3 - 5 1 7 )

3 0 5 9 9( 3 6 - 2 3 2 )

3 0 2

3 0 2

0 . 0 1 < p < 0 . 0 5

0 . 0 0 1 < p < 0 . 0 1

0 . 0 0 1 < p < 0 . 0 1

1 7 3( 1 3 3 - 2 1 3 )

1 9( 1 8 - 2 0 )

30 6 32 6

(133-822)

30 6 2 7

( 5 - 5 4 )

30 6

30 6

39 7

(249-822)

6

( 0 - 1 8 )

0 . 0 1 < p < 0 . 0 5

0 . 0 1 < p < 0 . 0 5

1 0 AA vs. l y s i n e , p < 0 . 0 5 ; 1 0 A A , a r g i n i n e , l y s i n e , e a c h vs. l e u c i n e , p < 0 . 0 0 1 . *

* R e s u l t s f r o m e ig h t s u b je c t s g i v e n 1 0 A A , a r g i n i n e , l y s i n e , a n d l e u c i n e were s u b j e c t e d t o f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i -a n c e by t h e t e c h n i q u e s o f Rao f o r a n a l y s i s o f d i s p e r s i o n f o r m u l t i p l e c l a s s i f i e d d a t a w it h u n e q u a l n u m b e r s o f c e l l s .C o m p a r i s o n s w i t h s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a r e s h o w n .

5 ) T h i r t y - g m i x t u r e s o f 6 t o 8 e s s e n t i a l amino

a c i d s

T h e a m i n o a c i d c o m p o s i t i o n s o f t h e m i x t u r e s

d e s i g n a t e d s o l u t i o n s A t h r o u g h G a r e g i v e n i nT a b l e I . T h e n u m b e r o f m i l l i m o l e s o f a m i n o

a c i d s a d m i n i s t e r e d c o r r e s p o n d e d v e r y c l o s e l y t o

t h a t c o n t a i n e d i n t h e 1 0 AA m i x t u r e . D e t a i l sc o n c e r n i n g t h e n u m b e r o f t e s t s u b j e c t s , t h e num-

b e r o f t e s t s p e r f o r m e d , a n d t h e e f f e c t s o f t h e s e i n -f u s i o n s up o n t h e m a g n i t u d e o f c h a n g e s i n p l a s m a

i n s u l i n , a m i n o n i t r o g e n , a n d b l o o d g l u c o s e a r e

s h o w n i n T a b l e I I I . T a b l e IV s h o w s t h e mean

sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n i n t h o s e s u b -

j e c t s who r e c e i v e d b o t h t h e 3 0 - g 1 0 a m i n o a c i dm i x t u r e a n d t h e 3 0 - g m ix t u r e s o f 6 t o 8 a m i n o

a c i d s . T h e mean sum o f i n c r e m e n t s was s m a l l e s t

f o r s o l u t i o n s B , F , a n d G w h e n c o m p a r e d t o t h a t

o b t a i n e d w i t h t h e 1 0 AA s o l u t i o n g i v e n t o t h e

same s u b j e c t s . Among t h e a m i n o a c i d s e x c l u d e d

f r o m s o l u t i o n s B , F . a n d G were a r g i n i n e o r l y s i n e

1 4 9 4

1 0 AA

L y s i n e

1 0 AA

L e u c i n e

1 0 A A

P h e n y l a l a n i n e

1 0 A A

M e t h i o n i n e

1 0 AA

V a l i n e

1 0 AA

H i s t i d i n e



STIM U LA TIO N O F INSULIN SECRETION BY AMINO ACIDS 1 4 9 5

TABLE V I I

E f f e c t i n t h e s a m e s u b j e c t s o f r e p e a t e d a d m i n i s t r a t i o n o f a m i n o a c i d s o l u t i o n s u p o n sum o f i nc r e me n t s i n

p l a s m a i n s u l i n d u r i n g f i r s t h o u r a f t e r s t a r t o f i n f u s i o n

1 0 a m i n o a c i d s *Su m o f i n c r e m e n t s ( S I )

i n p l a s m a i n s u l i n A r g i n i n e * L y s i n e ' L e u c i n e H i s t i d i n eS u b j e c t d u r i n g f i r s t h o u r S I S I S I S I

. u U / m l , A U / m I pU/ml pU/mi pU/ml

W . V . 2 / 1 8 / 6 4 2 4 08 / 1 3 / 6 4 1 0 2

D . H i . 2 / 0 7 / 6 4 3 1 19 / 1 6 / 6 4 2 0 1

D . S . 9 / 1 0 / 6 4 1 3 4 9 / 2 3 / 6 4 91 0 / 1 4 / 6 4 2 1 3 1 0 / 2 8 / 6 4 2 9

J . A . 2 / 0 7 / 6 4 3 3 8 9 / 2 9 / 6 4 1 7 3 9 / 1 5 / 6 4 1 4 3 4 / 1 0 / 6 4 1 4 99 / 1 0 / 6 4 2 9 3 1 0 / 0 3 / 6 4 3 6 6 1 1 / 2 4 / 6 4 1 5 8 9 / 2 2 / 6 4 7 9

1 0 / 1 4 / 6 4 2 1 3 1 0 / 2 7 / 6 4 9 8

G . M . 9 / 2 5 / 6 4 5 1 7 1 0 / 0 2 / 6 4 9 0 2 1 1 / 1 2 / 6 45

1 0 / 3 0 / 6 4 7 5 2 1 2 / 0 4 / 6 4 5 7 2 1 1 / 2 5 / 6 4 1 81 1 / 0 5 / 6 4 8 2 2

R . D . 9 / 2 9 / 6 4 3 3 7 1 0 / 1 3 / 6 4 2 7 9 1 0 / 0 6 / 6 4 7 21 0 / 2 0 / 6 4 2 5 2 1 1 / 1 0 / 6 4 1 8 8 1 0 / 2 7 / 6 4 1 3 1

J . F . 1 / 3 4 / 6 4 3 2 81 / 2 4 / 6 4 7 8 3

D . H . 2 / 1 8 / 6 4 1 6 5 1 0 /0 1/ 6 4 2 7 4 9 / 1 7 / 6 4 2 2 2 1 0 / 2 9 / 6 4 6 71 0 / 0 8 / 6 4 2 9 4 1 1 / 2 4 / 6 4 2 0 4 1 1 / 1 9 / 6 4 2 5 8 1 1 / 0 5 / 6 4 7 71 2 / 1 0 / 6 4 2 4 2

D . L . 2 / 2 2 / 6 4 1 7 2 1 1 / 2 0 / 6 4 1 8 34 / 1 5 / 6 4 2 5 6 1 2 / 0 4 / 6 4 1 4 7

M . S . 1 0 / 1 6 / 6 4 4 0 1 1 0 / 0 9 / 6 4 1 6 0

1 0 / 3 0 / 6 4 4 2 3 1 0 / 2 3 / 6 4 1 9 9

R . M . 2 / 0 6 / 6 4 1 1 94 / 2 8 / 6 4 4 9 9

L . B . 6 / 3 0 / 6 5 2 1 21 0 / 0 7 / 6 5 1 9 4

* F o r 1 0 a m i n o a c i d s a n d f o r a r g i n i n e , i n t e r i n d i v i d u a l v a r i a b i l i t y i n r e s p o n s e w a s g r e a t e r t h a n i n t r a i n d i v i d u a l v a r i -a b i l i t y ( p < 0 . 0 5 , s e e t e x t ) .

o r b o t h , e a c h o f w h i c h r a n k e d h i g h i n i t s a b i l i t y t o ( o n e d i d n o t r e c e i v e D a n d o n e E ) . T h e r e s u l t s ,c a u s e i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n w h e n g i v e n i n - w h i c h d i f f e r e d s i g n i f i c a n t l y f r o m e a c h o t h e r , a r e

d i v i d u a l l y . s h o w n i n T a b l e I V . I n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n

T h e i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n o b t a i n e d w i t h w e r e s m a l l e s t f o r s o l u t i o n F ( T a b l e I V ) .t h e 1 0 AA s o l u t i o n a n d w i t h s o l u t i o n s A t h r o u g h

G were s u b j e c t e d t o an a n a l y s i s o f p a i r e d d i f f e r -ences. The i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n o b t a i n e dw i t h s o l u t i o n s B . E , a n d G were s i g n i f i c a n t l y l e s st h a n t h o s e f o r t h e 1 0 AA s o l u t i o n . T h e i n c r e -ments o b t a i n e d w i t h s o l u t i o n F were l e s s i n e a c h

s u b j e c t t h a n t h o s e w i t h 1 0 a m i n o a c i d s ; h o w e v e r ,

t h e d i f f e r e n c e i n t h e mean sums o f i n c r e m e n t s was

a t t h e b o r d e r l i n e o f s i g n i f i c a n c e . S e v e n s u b j e c t sr e c e i v e d s o l u t i o n s 1 0 AA, A , B , C , D , E , a n d F

T a b l e I I I s h o w s t h a t o f s o l u t i o n s A t h r o u g h F

o n l y t h e i n f u s i o n o f s o l u t i o n F r e s u l t e d i n a mean

o f m a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a a m i n o n i t r o g e nw h i c h w a s s l i g h t l y l e s s t h a n t h a t o b t a i n e d d u r i n g

t h e i n f u s i o n o f t h e 1 0 AA s o l u t i o n .

6 ) R e p e t i t i v e a d m i n i s t r a t i o n o f a m i n o a c i d s o l u -t i o n s t o t h e s a m e i n d i v i d u a l s

T h e r e s u l t s s h o w n i n T a b l e s I I , I I I , I V , V ,

a n d VI i n d i c a t e t h a t t h e r e w a s c o n s i d e r a b l e v a r i -



V L O Y D , P A J A N S , C O N N , K N O P F , A N D RULL

D 1 . d

} . N . GLUCOSEM G G )

I

4 1

- I - 1 / 2 0 1 / 2 1 1 1 / 2 2 2 1 / 2 3

H O U R S

F I G . 2 . E F F E C T O F I V ADMINISTRATIO N O F 5 . 0 G G L U -

C O S E , BEFORE AND AFTER THE IV ADMINISTRATIO N O F 3 0 . 0 G

O F A MIXTURE O F 1 0 ESSENTIAL AMINO ACIDS, UPON B L O O D

G L U C O SE AND PLASMA INSULIN IN A HEALTHY SUBJECT.

a b i l i t y among s u b j e c t s i n t h e i r p l a s m a i n s u l i n re-

sponse t o i n f u s i o n s o f a n y o n e o f t h e a m i n o a c i ds o l u t i o n s . To a s c e r t a i n t h e i n t r a i n d i v i d u a l v a r i -a b i l i t y i n c h a n g e s i n p l a s m a i n s u l i n w h e n t h e same

s o l u t i o n i s a d m i n i s t e r e d r e p e t i t i v e l y , we a d m i n i s -

t e r e d s e v e r a l o f t h e a m i n o a c i d s o l u t i o n s t o t h esame s u b j e c t s on two o r t h r e e o c c a s i o n s a t i n t e r -v a l s o f 4 d a y s t o 1 0 m o n t h s . T h e s e r e s u l t s a r e e x -

p r e s s e d a s t h e sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u -l i n d u r i n g t h e f i r s t h o u r ( T a b l e V I I ) . Some

s u b j e c t s w e r e r e a s o n a b l y c o n s i s t e n t i n t h e i r r e-

sponses t o a g i v e n s o l u t i o n , b u t c o n s i d e r a b l e v a r i -

a b i l i t y i s e v i d e n t i n o t h e r s . I n s u b j e c t G . M . v a l u e si n t h e h i g h r a n g e were f o u n d c o n s i s t e n t l y f o re i t h e r t h e 1 0 AA s o l u t i o n ( 5 1 7 , 7 5 2 , 8 2 2 M U pe r

m l ) o r a r g i n i n e ( 9 0 2 , 5 7 2 uU pe r m l ) . . N e v e r t h e -

l e s s , c o n s i d e r a b l e v a r i a b i l i t y i s e v i d e n t w i t h i n t h i sh i g h r a nge. I n s u b j e c t D . H . i n c r e m e n t s i n p l a s m a

i n s u l i n were i n a more i n t e r m e d i a t e r a n g e a n d

w e r e more r e p r o d u c i b l e f o r a g ive n s o l u t i o n - 1 0

AA: 1 6 5 , 2 9 4 , 2 4 2 uU pe r m l ; a r g i n i n e : 2 7 4 . 2 0 4, u U p e r m l ; l y s i n e : 2 2 2 , 2 5 8 M A U pe r m l ; a n d l e u -c i n e : 6 7 a n d 7 7 M U pe r m l . B e t w e e n t h e t e s t g i v -i n g 1 6 5 M t U pe r m l w i t h t h e 1 0 a m i n o a c i d s o l u t i o na n d t h e two t e s t s r e s u l t i n g i n i n c r e a s e s o f 2 9 4 a n d

2 4 2 uU pe r m l t h e r e were i n t e r v a l s o f 8 a n d 1 0

m o n t h s , r e s p e c t i v e l y .

A tw o f a c t o r a n a l y s i s o f v a r i a n c e was e m p l o y e d

f o r t h e r e s u l t s o bt a i n e d w i t h t h e 1 0 a m i n o a c i d

s o l u t i o n a n d w i t h a r g i n i n e . T h i s a n a l y s i s s h o w e d

t h a t t h e v a r i a t i o n i n t h e m a g n i t u d e o f t h e r e -

s p o n s e s a m o n g i n d i v i d u a l s w a s g r e a t e r t h a n t h ev a r i a t i o n w i t h i n i n d i v i d u a l s , i . e . , a r e s p o n s e o f a

g i v e n i n d i v i d u a l d i f f e r e d m o r e o n t h e a v e r a g e

f r o m t h e r e s p o n s e o f a n o t h e r p e r s o n t h a n i t d i d

f r o m h i s o wn s e c o n d - r e s p o n s e ( 1 0 AA: F = 3 . 6 1 ,d f = 1 0 , 1 4 , p < 0 . 0 5 ; a r g i n i n e : F = 6 . 6 5 , d f =5 , 6 , p < 0 . 0 5 ) .

7 ) I n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f g l u c o s e a w n d g l u -c a g o n

G l u c o s e o r g l u c a g o n w a s a d m i n i s t e r e d b y r a p i di v i n j e c t i o n i n a n e f f o r t t o p r o d u c e i n c r e a s e s i nb l o o d l e v e l s o f g l u c o s e o f a m a g n i t u d e s i m i l a r t ot h o s e o b s e r v e d d u r i n g t h e i n f u s i o n o f a m i n o a c i d s .

C o m p a r i s o n s w e r e m a d e i n t h e s a m e s u b j e c t s

o f l e v e l s o f p l a s m a i n s u l i n a n d b l o o d g l u c o s e d u r -i n g t h e i n f u s i o n o f a m i n o a c i d s o l u t i o n s w i t h l e v e l s

f o u n d a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n o f 2 . 5 t o 1 0 . 0 g o fg l u c o s e ( 6 t e s t s i n 5 s u b j e c t s ) o r o f 6 . 2 5 t o5 0 . 0 M u g o f g l u c a g o n ( 1 1 t e s t s i n 7 s u b j e c t s ) . T h e

a m i n o a c i d s o l u t i o n s e m p l o y e d f o r t h e s e t e s t s w e r e

1 ) 1 0 . 4 - t o 1 7 . 8 - g m i x t u r e s o f 3 , 4 , o r 5 a m i n o

a c i d s e a c h p r e s e n t i n t h e a m o u n t i n w h i c h i t w a s

p r e s e n t i n t h e 1 0 AA s o l u t i o n , a n d 2 ) 3 0 - g

a m o u n t s o f l y s i n e , 1 0 AA s o l u t i o n , a n d s o l u t i o n sE a n d F .

T h e m e a n o f m a x i m a l i n c r e a s e s i n b l o o dg l u c o s ew a s s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n

o f g l u c o s e ( 2 2 mg p e r 1 0 0 m l ) t h a n d u r i n g t h ea m i n o a c i d i n f u s i o n ( 6 mg p e r 1 0 0 m l ) ( p =

0 . 0 2 5 ) . T h e m e a n o f m a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a

i n s u l i n w a s g r e a t e r d u r i n g t h e i n f u s i o n o f a m i n o

a c i d s ( 3 4 M A U p e r m l ) t h a n d u r i n g t h e i n f u s i o no f g l u c o s e ( 1 0 M t U p e r m l ) ( 0 . 0 5 < p < 0 . 1 0 ) .When g l u c a g o n w a s a d m i n i s t e r e d , t h e m e a n o fm a x i m a l i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e ( 2 0 mg p e r

1 0 0 m l ) w a s s i m i l a r t o t h a t o b t a i n e d d u r i n g i n f u -

s i o n o f a m i n o a c i d s ( 1 5 mg p e r 1 0 0 m l ) ( p >

0 . 4 0 ) . I n a d d i t i o n , t h e mean sum o f i n c r e m e n t si n b l o o d g l u c o s e a b o v e c o n t r o l l e v e l s a f t e r g l u c a g o n

a d m i n i s t r a t i o n w a s s i m i l a r t o t h a t o b t a i n e d w i t h

a m i n o a c i d a d m i n i s t r a t i o n . H o w e v e r , t h e m e a n o fm a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n w a s s i g n i f i -c a n t l y g r e a t e r a f t e r a d m i n i s t r a t i o n o f a m i n o a c i d s( 9 0 u U p e r m l ) t h a n a f t e r t h a t o f g l u c a g o n ( 1 3M U p e r m l ) ( 0 . 0 1 < p < 0 . 0 2 5 ) . F i g u r e 2 s h o w s

t h a t a l a r g e i n c r e a s e i n p l a s m a i n s u l i n ( 1 0 2 M t Up e r m l ) o c c u r r e d d u r i n g a n i n f u s i o n o f t h e 3 0 g o f1 0 AA s o l u t i o n i n s u b j e c t D . L . w i t h o u t a n i n -

1 4 9 6




TABLE V I I I

C o m p a r i s o n i n t h e s a m e s u b j e c t s o f t h e e f f e c t u p o n p l a s m a i n s u l i n a n d b l o o d g l u c o s e o f t h e i va d m i n i s t r a t i o n o f 3 0 g o f t h e 1 0 a m i n o a c i d m i x t u r e a n d o f 3 0 g o f g l u c o s e *

P l a s m a i n s u l i n B l o o d g l u c o s e

Maximal Su m o f i n c r e m e n t s Maximal Su m o f i n c r e m e n t si n c r e a s e s d u r i n g f i r s t h o u r i n c r e a s e s d u r i n g f i r s t h o u r

S u b j e c t 1 0 AA G l u c o s e 1 0 AA G l u c o s e 1 0 AA G l u c o s e 1 0 AA G l u c o s e

A U / m l m g / l 0 0 m l

G . M . 2 5 9 9 3 7 5 2 4 0 0 1 7 1 4 9 4 6 5 6 7G . M . 2 6 5 6 7 8 2 2 3 1 5 1 2 1 4 3 2 3 5 9 4T . T . 4 2 3 5 1 2 3 1 6 7 6 1 7 2 6 6 5 1M . S . 1 5 0 2 5 4 2 3 1 2 2 3 6 1 6 0 1 1 2 7 4 9J . W . 1 9 7 3 9 5 3 3 1 8 9 1 7 1 3 8 4 1 6 3 9

Mean 1 8 3 5 2 5 3 1 2 3 9 1 8 1 5 2 4 6 6 4 0

* S o l u t i o n s w e r e a d m i n i s t e r e d o v e r a p e r i o d o f 3 0 m i n u t e s . C o m p o s i t i o n o f t h e 1 0 a m i n o a c i d s o l u t i o n i s g i v e n i nT a b l e I . G l u c o s e w a s a d m i n i s t e r e d a s a 10% s o l u t i o n i n w a t e r .

c r e a s e i n b l o o d g l u c o s e . F i v e g o f g l u c o s e , g i v e n

i n t r a v e n o u s l y t o t h i s s u b j e c t 1 h o u r b e f o r e a n d 2

h o u r s a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n o f t h e 3 0 g o f t h e1 0 a m i n o a c i d s o l u t i o n , p r o d u c e d m a x i m a l i n -c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e o f 3 1 a n d 2 5 m g p e r 1 0 0

m l . T h e s e i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e w e r e a c -c o m p a n ie d b y m a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i no f o n l y 1 6 a n d 2 1 , u U p e r m l , r e s p e c t i v e l y .O n 5 o c c a s i o n s 4 s u b j e c t s w e r e g i v e n 3 0 g o f

g l u c o s e i n t r a v e n o u s l y a s a 1 0 % s o l u t i o n o v e r a

p e r i o d o f 3 0 m i n u t e s . T a b l e V I I I c o m p a r e s t h el e v e l s o f p l a s m a i n s u l i n a n d b l o o d g l u c o s e t h a tr e s u l t e d f r o m t h e g l u c o s e i n f u s i o n w i t h t h o s e t h a tr e s u l t e d f r o m t h e i n f u s i o n o f t h e s a m e n u m b e r o fg r a m s o f a m i n o a c i d s . T h e mean o f m a x i m a l i n -c r e a s e s a n d t h e mean sum o f i n c r e m e n t s i n b l o o d

g l u c o s e w e r e s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r d u r i n g t h e i n -f u s i o n o f g l u c o s e t h a n d u r i n g t h e i n f u s i o n s o f t h ea m i n o a c i d s ( p < 0 . 0 0 1 ) . I n c o n t r a s t , t h e m e a n

o f m a x i m a l i n c r e a s e s a n d m ea n sum o f i n c r e m e n t s

i n p l a s m a i n s u l i n w e r e g r e a t e r d u r i n g t h e i n f u s i o no f a m i n o a c i d s t h a n d u r i n g t h e i n f u s i o n o f g l u c o s e .

D i s c u s s i o n

T h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f a 3 0 - g m i x -

t u r e o f 1 0 e s s e n t i a l a m i n o a c i d s t o h e a l t h y s u b -j e c t s i n d u c e s p r o m p t a n d l a r g e i n c r e a s e s i n l e v e l so f p l a s m a i n s u l i n . T h e mean o f m a x i m a l i n c r e a s e si n p l a s m a i n s u l i n w a s 1 2 0 j u U p e r m l , a n d t h emean sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n d u r i n g

t h e f i r s t h o u r w a s 3 1 2 , u U p e r m l . T h e s e a c u t e

c h a n g e s i n p l a s m a i n s u l i n c a n b e i n t e r p r e t e d t or e f l e c t i n c r e a s e s i n t h e s e c r e t o r y r a t e o f i n s u l i n ,

s i n c e t h e f r a c t i o n a l r a t e o f d e g r a d a t i o n o f t h e h o r -

mone i s i n d e p e n d e n t o f h o r m o n a l c o n c e n t r a t i o n

o v e r w i d e l i m i t s ( 1 4 , 1 5 ) . I n a d d i t i o n , b y s i m u l -t a n e o u s m e a s u r e m e n t o f p l a s m a i n s u l i n i n p o r t a la n d p e r i p h e r a l b l o o d , we h a v e s h o w n t h a t t h ei n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f t h e m i x t u r e o f1 0 AA i n d u c e s t h e r e l e a s e o f i n s u l i n f r o m t h ep a n c r e a t i c b e t a c e l l s ( 1 6 ) . B y t h e s a m e t e c h -n i q u e we h a d d e m o n s t r a t e d p r e v i o u s l y t h a t l e u -c i n e e v o k e s r e l e a s e o f p a n c r e a t i c i n s u l i n ( 1 7 ) .H o w e v e r , t h e m a g n i t u d e o f t h e i n c r e a s e s i n p l a s m a

i n s u l i n a f t e r a d m i n i s t r a t i o n o f t h e 1 0 a m i n o a c i dm i x t u r e s u g g e s t e d t h a t a m i n o a c i d s , o t h e r t h a n

l e u c i n e , a l s o p l a y a n i m p o r t a n t r o l e a s s t i m u l i o fi n s u l i n s e c r e t i o n . T h e r e s u l t s o f e a r l i e r s t u d i e sh a d s h o w n t h a t a n a m o u n t o f l e u c i n e much l a r g e rt h a n t h a t c o n t a i n e d i n t h e 1 0 AA m i x t u r e c a u s e d

s m a l l e r i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n t h a n t h o s e o b -

t a i n e d w i t h t h e 1 0 AA m i x t u r e ( 5 ) . F u r t h e r -

m o r e , w h e n t h e a m o u n t o f l e u c i n e a n d i s o l e u c i n ec o n t a i n e d i n t h e 1 0 AA m i x t u r e w a s a d m i n i s t e r e d

a s s u c h , t h e mean sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n -

s u l i n w a s o n l y 3 2 u M U p e r m l ( T a b l e I I I ) . T h u s ,t h e s t i m u l a t i o n o f i n s u l i n s e c r e t i o n b y t h e 1 0 AA

m i x t u r e w a s n o t i n d u c e d s o l e l y b y t h e l e u c i n e c o n -

t a i n e d t h e r e i n .F u r t h e r s t u d i e s s h o w e d a ) t h a t t h e a b i l i t y o f

t h e 1 0 AA m i x t u r e t o s t i m u l a t e t h e s e c r e t i o n o fl a r g e a m o u n t s o f i n s u l i n w a s n o t d u e t o t h e p o -

t e n t i a t i o n b y o t h e r a m i n o a c i d s o f l e u c i n e - i n d u c e di n s u l i n r e l e a s e , a n d b ) t h a t t h e p h e n o m e n o n o fa m i n o a c i d - i n d u c e d r e l e a s e o f i n s u l i n d o e s n o t d e -p e n d o n t h e p r e s e n c e o f l e u c i n e i n t h e i n f u s i o n

1 4 9 7



FLOYD, FAJANS, CO N N, KN O PF, AND R U L L

m i x t u r e . When l e u c i n e a n d i s o l e u c i n e w e r e e x -

c l u d e d f r o m t h e m i x t u r e o f 1 0 AA, t h e r e s u l t sw e r e a l m o s t t h e s a m e a s w h e n l y s i n e a n d m e t h i o -

n i n e w e r e e x c l u d e d , t h e mean s u m s o f i n c r e m e n t s

i n p l a s m a i n s u l i n b e i n g 1 8 7 a n d 1 8 0 t t U p e r m l ,

r e s p e c t i v e l y ( T a b l e s I I I a n d I V ) . \ V h e n e a c h o ft h e 1 0 a m i n o a c i d s c o n t a i n e d i n t h e 1 0 AA m i x -

t u r e w a s a d m i n i s t e r e d i n d i v i d u a l l y , i t w a s f o u n d

t h a t a l l e x c e p t h i s t i d i n e s t i m u l a t e d t h e r e l e a s e o fi n s u l i n ( T a b l e s V , V I ) . A r g i n i n e w a s t h e m o s t

e f f e c t i v e a n d v a l i n e t h e l e a s t e f f e c t i v e o f t h e a c t i v ea m i n o a c i d s .

A t a l e v e l o f 3 0 g , a r g i n i n e a n d t h e 1 0 AA m i x -

t u r e r e s u l t e d i n mean s u m s o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a

i n s u l i n t h a t w e r e n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t ( T a -

b l e V I ) , e v e n t h o u g h o n a m o l a r b a s i s t h e a m o u n t

o f a r g i n i n e w a s 1 9 % 7 o l e s s t h a n t h a t o f t h e 1 0 AAm i x t u r e . T h e mean s u m s o f i n c r e m e n t s w e r e s i g -n i f i c a n t l y g r e a t e r , h o w e v e r , f o r t h e 1 0 a m i n o a c i dm i x t u r e t h a n f o r l y s i n e , l e u c i n e , p h e n y l a l a n i n e ,v a l i n e , a n d h i s t i d i n e . W N h e n c o m p a r i s o n s w e r e

m a d e i n 8 s u b j e c t s who e a c h r e c e i v e d 1 0 AA,

a r g i n i n e , l y s i n e , a n d l e u c i n e , t h e m e a n sum o f i n -

c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n i n d u c e d b y 3 0 - g

a m o u n t s o f t h e 1 0 AA s o l u t i o n w a s s i g n i f i c a n t l yg r e a t e r t h a n t h a t i n d u c e d b y 3 0 g o f l y s i n e . T h e

i n c r e m e n t s o bt ai n e d w i t h t h e 1 0 AA s o l u t i o n , a r -

g i n i n e , a n d l y s i n e w e r e e a c h s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r

t h a n t h o s e o b t a i n e d w i t h l e u c i n e ( T a b l e V I ) .S i n c e t h r e o n i n e , i s o l e u c i n e , a n d t r y p t o p h a n w e r e

n o t a d m i n i s t e r e d i n 3 0 - g a m o u n t s , n o d i r e c t c o m -

p a r i s o n o f p o t e n c y w i t h t h o s e o f t h e 7 o t h e r a m i n o

a c i d s i s p o s s i b l e . E v e n i n r e d u c e d a m o u n t s , h o w -

e v e r , t h e y a p p e a r t o b e a t l e a s t a s p o t e n t a s 3 0 g

o f v a l i n e a n d m e t h i o n i n e . T h e p o t e n c y o f t h r e o -n i n e a n d t r y p t o p h a n w o u l d a p p e a r t o a p p r o a c h

t h a t o f l e u c i n e a n d p h e n y l a l a n i n e i n c a u s i n g t h er e l e a s e o f i n s u l i n ( T a b l e V ) . T h u s , t h e s e d a t ai n d i c a t e t h a t i n d i v i d u a l e s s e n t i a l a m i n o a c i d s i n

a d d i t i o n t o l e u c i n e s t i m u l a t e t h e r e l e a s e o f i n s u l i n ,t h a t t h e r e a r e l a r g e d i f f e r e n c e s among t h e m i n

t h i s c a p a c i t y , a n d t h a t s e v e r a l o f t h e i n d i v i d u a la m i n o a c i d s a r e more p o t e n t t h a n l e u c i n e i n t h i sr e g a r d . T h e m a g n i t u d e s o f m a x i m a l i n c r e a s e s i np l a s m a a m i n o n i t r o g e n r e a c h e d d u r i n g t h e i n f u s i o no f t h e v a r i o u s a m i n o a c i d s w e r e s i m i l a r , w h e r e a s

t h e m a g n i t u d e o f i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n v a -r i e d g r e a t l y .

When o n e a t t e m p t s t o d e t e r m i n e t h e c o n t r i -b u t i o n m a d e b y i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s t o t h e t o t a l

s e c r e t i o n o f i n s u l i n i n d u c e d b y t h e m i x t u r e o f 1 0

a m i n o a c i d s ( T a b l e s I , I I I , a n d I V ) , c o n c l u s i o n s

b e c o m e m o r e t e n t a t i v e , a l t h o u g h s o m e s e e m j u s t i -f i e d . S o l u t i o n s B , F , a n d G g a v e t h e s m a l l e s tm e a n s u m s o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n ( T a -

b l e s I I I a n d I V ) . Amino a c i d s e x c l u d e d f r o m

t h e s e s o l u t i o n s w e r e a r g i n i n e o r l y s i n e o r b o t h ,a m i n o a c i d s t h a t r a n k e d h i g h i n t h e c a p a c i t y t o i n -

d u c e r e l e a s e o f i n s u l i n w h e n g i v e n i n d i v i d u a l l y .T h e mean o f m a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n

w a s s m a l l e s t w i t h s o l u t i o n G , t h e o n l y s o l u t i o nt o c o n t a i n n e i t h e r a r g i n i n e n o r l y s i n e . P l a s m a

l e v e l s o f a m i n o n i t r o g e n w e r e s i m i l a r d u r i n g t h ei n f u s i o n s o f t h e 1 0 AA m i x t u r e a n d o f e a c h o fs o l u t i o n s A t h r o u g h F ( T a b l e I I I ) . T h u s , t h es m a l l e r i n c r e m e n t s o f p l a s m a i n s u l i n m e a s u r e d

w h e n s o l u t i o n s B a n d F w e r e i n f u s e d w e r e n o t t h er e s u l t o f s m a l l e r i n c r e a s e s i n l e v e l s o f t o t a l p l a s m a

a m i n o a c i d s d u r i n g t h e i r i n f u s i o n .

A c o m p a r i s o n o f t h e e f f e c t i v e n e s s o f v a r i o u sa m i n o a c i d s a n d m i x t u r e s o f a m i n o a c i d s i n e v o k -

i n g t h e r e l e a s e o f i n s u l i n m u s t b e m a d e w i t h c a u -

t i o n . As i s e v i d e n t f r o m T a b l e V I I , t h e r e i s ,

among i n d i v i d u a l s u b j e c t s , a w i d e r a n g e i n m a g -

n i t u d e o f i n c r e a s e s i n l e v e l s o f p l a s m a i n s u l i n u p o n

a d m i n i s t r a t i o n o f a p a r t i c u l a r a m i n o a c i d s o l u -

t i o n . H o w e v e r , w h e n a p a r t i c u l a r a m i n o a c i ds o l u t i o n w a s a d m i n i s t e r e d , t h e v a r i a t i o n i n t h e

r e s p o n s e b e t w e e n i n d i v i d u a l s w a s s i g n i f i c a n t l yg r e a t e r t h a n t h a t w i t h i n a g i v e n i n d i v i d u a l .T h e r e f o r e , s t a t i s t i c a l c o m p a r i s o n s among t h e r e -

s p o n s e s e v o k e d b y d i f f e r e n t s o l u t i o n s h a v e b e e n

m a d e o n l y w h e n t h e r e s p o n s e s w e r e m e a s u r e d i nt h e s a m e s u b j e c t s .

I t i s l i k e l y t h a t t h e i n f u s e d a m i n o a c i d s t h e m -

s e l v e s p r o v i d e t h e s t i m u l u s t h a t i n d u c e s t h e i n -

c r e a s e d r a t e o f s e c r e t i o n o f i n s u l i n , a l t h o u g h d i -r e c t e v i d e n c e i s a v a i l a b l e o n l y f o r l e u c i n e . We

h a v e d e m o n s t r a t e d p r e v i o u s l y t h a t l e u c i n e i t s e l f ,

r a t h e r t h a n o n e o f i t s m e t a b o l i t e s , i n d u c e s t h e r e -l e a s e o f i n s u l i n a f t e r i t s a d m i n i s t r a t i o n ( 1 0 , 1 8 ) .I n t h e d a t a o f t h e p r e s e n t s t u d i e s t h e r e i s s h o w n

t o e x i s t a c l o s e t e m p o r a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h er i s e s a n d f a l l s o f p l a s m a a m i n o a c i d s a n d p l a s m a

i n s u l i n f o r t h o s e a m i n o a c i d s t h a t s t i m u l a t e i n -s u l i n s e c r e t i o n ( F i g u r e 1 ) .

An e x p l a n a t i o n f o r t h e d i f f e r e n c e s among t h ev a r i o u s a m i n o a c i d s i n t h e i r a b i l i t i e s t o e l i c i t t h er e l e a s e o f i n s u l i n i s n o t a p p a r e n t . N o o b v i o u s

common p h y s i c o c h e m i i c a l p r o p e r t y o r c o n f i g u r a t i o n

1 4 9 8




c h a r a c t e r i z e s t h e m o r e p o t e n t o r l e s s p o t e n t a m i n o

a c i d s . T h e d i b a s i c a m i n o a c i d s , a r g i n i n e a n d l y -s i n e , a p p e a r e d t o b e t h e m o r e p o t e n t o f t h e a m i n o

a c i d s t e s t e d . Y e t , h i s t i d i n e , a l s o a d i b a s i c a m i n o

a c i d , w a s t h e l e a s t p o t e n t .D u p l i c a t e

d e t e r m i n a -

t i o n s o f t h e pH o f v e n o u s b l o o d o f 3 s u b j e c t s w e r e

m a d e o n s a m p l e s o b t a i n e d d u r i n g t h e c o n t r o l p e -r i o d s a n d a t t h e 3 0 - m i n u t e p o i n t w h e n t h e i n f u -s i o n s o f a r g i n i n e w e r e c o m p l e t e d . T h e r e s p e c t i v em e a n pH v a l u e s f o r t h e t w o s a m p l i n g t i m e s w e r e

7 . 4 1 a n d 7 . 4 0 .

T h o s e i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s a n d m i x t u r e s o fa m i n o a c i d s i n f u s i o n o f w h i c h w a s a c c o m p a n i e d

b y t h e l a r g e s t a n d m o s t c o n s i s t e n t i n c r e a s e s i nb l o o d g l u c o s e ( 1 0 AA, a r g i n i n e , l y s i n e , s o l u t i o n sA t h r o u g h E ) w e r e t h e m o s t p o t e n t i n s t i m u l a t i n g

r e l e a s e o f i n s u l i n . T h e s t u d i e s w i t h i n f u s i o n s o fg l u c o s e o r g l u c a g o n m a d e i t c l e a r , h o w e v e r , t h a tt h e b l o o d g l u c o s e e l e v a t i o n s o b s e r v e d w i t h t h ea m i n o a c i d i n f u s i o n s c o u l d n o t a c c o u n t s o l e l y f o rt h e p h e n o m e n o n . T h e r a p i d i n j e c t i o n o f g l u c o s ep r o d u c e d i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e s i g n i f i c a n t l yg r e a t e r t h a n t h o s e o b s e r v e d d u r i n g a m i n o a c i di n f u s i o n s , b u t t h e r e s u l t i n g i n c r e a s e s i n p l a s m a

i n s u l i n w e r e s m a l l e r d u r i n g t h e g l u c o s e i n f u s i o n s .T h e i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e a f t e r a d m i n i s t r a t i o no f g l u c a g o n o r a m i n o a c i d s w e r e s i m i l a r i n m a g n i -

t u d e , w h e r e a s t h e i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n w e r e

s i g n i f i c a n t l y l a r g e r d u r i n g i n f u s i o n s o f a m i n o a c i d s .T h i s w a s s o i n s p i t e o f t h e f a c t t h a t g l u c a g o n c a n

e n h a n c e t h e s e c r e t i o n o f i n s u l i n b y o t h e r m e a n s i na d d i t i o n t o i t s a b i l i t y t o i n c r e a s e b l o o d g l u c o s e( 1 9 , 2 0 ) . T h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f 3 0

g o f g l u c o s e o v e r a p e r i o d o f 3 0 m i n u t e s p r o d u c e d

b l o o d l e v e l s o f g l u c o s e t h a t w e r e m u c h h i g h e r a n d

m o r e p r o l o n g e d t h a n t h o s e o b s e r v e d d u r i n g t h ea d m i n i s t r a t i o n o f t h e s a m e a m o u n t o f 1 0 AA t ot h e s a m e s u b j e c t . Y e t , t h e m a x i m a l i n c r e a s e s a n d

sum o f i n c r e m e n t s i n p l a s m a i n s u l i n w e r e m u c h

g r e a t e r d u r i n g t h e i n f u s i o n o f a m i n o , a c i d s t h a nd u r i n g t h e i n f u s i o n o f g l u c o s e . T h u s , t h e l a r g e i n -c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n o b s e r v e d d u r i n g t h e i n -f u s i o n s o f a m i n o a c i d s c a n n o t b e t h e r e s u l t o f t h es m a l l i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e . I n a d d i t i o n ,a m i n o a c i d - i n d u c e d e l e v a t i o n s o f b l o o d g l u c o s e a r en o t n e c e s s a r y a c c o m p a n i m e n t s o f i n c r e a s e d i n s u -l i n s e c r e t i o n i n d u c e d b y a m i n o a c i d ( s e e l e u c i n ea n d F i g u r e 2 ) .

T h e i n i t i a l i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e ( r a n g e 0

t o 4 3 m g p e r 1 0 0 m l ) o b s e r v e d d u r i n g t h e i n f u -

s i o n o f t h e v a r i o u s a m i n o a c i d s o l u t i o n s may b e

d u e t o g l u c o n e o g e n e s i s f r o m t h e i n f u s e d a m i n o

a c i d s . When a r g i n i n e , a g l u c o g e n i c a m i n o a c i d ,was a d m i n i s t e r e d , t h e mean o f m a x i m a l i n c r e a s e s

i nb l o o d

g l u c o s e w a s l a r g e ( 2 9 m g p e r 1 0 0 m l ) .T h e r e w e r e n o i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e w i t h t h en o n g l u c o g e n i c a m i n o a c i d l e u c i n e . H o w e v e r , t h eo t h e r 8 i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s p r o d u c e d n o ma-

j o r d i f f e r e n c e s i n i n c r e a s e s i n b l o o d s u g a r , a n d

t h e r e was n o t a g o o d c o r r e l a t i o n b e t w e e n mean

i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e a n d t h e i r u s u a l c l a s s i -f i c a t i o n a s t o g l u c o g e n i c i t y . A r g i n i n e , v a l i n e , h i s -t i d i n e , a n d t h r e o n i n e a r e c l a s s i f i e d a s g l u c o g e n i c ;i s o l e u c i n e a s w e a k l y g l u c o g e n i c ; p h e n y l a l a n i n e a s

q u e s t i o n a b l y g l u c o g e n i c ; a n d l e u c i n e , l y s i n e ,m e t h i o n i n e , a n d t r y p t o p h a n a s n o n g l u c o g e n i c ( 7 ) .

T h i s c l a s s i f i c a t i o n o f a m i n o a c i d s i s b a s e d u p o nt h e m e t a b o l i c f a t e o f a m i n o a c i d s i n e x p e r i m e n t a la n i m a l s u n d e r c o n d i t i o n s o f d i a b e t e s a n d s t a r v a -t i o n ( 7 ) . T h e f a t e o f t h e s e a m i n o a c i d s w h e n i n -f u s e d i n t o h e a l t h y s u b j e c t s a f t e r t h e y h a v e f a s t e do v e r n i g h t may n o t b e t h e s a m e .

C a h i l l ( 2 1 ) h a s s h o w n t h e g l u c o n e o g e n e s i s f r o ma m i n o a c i d s b e g i n s v i r t u a l l y i n s t a n t a n e o u s l y u p o n

t h e i r p e r f u s i o n t h r o u g h t h e l i v e r . I n a d d i t i o n , h e

h a s s h o w n t h a t t h e a m o u n t o f g l u c o s e r e l e a s e df r o m t h e l i v e r i s r e l a t e d d i r e c t l y t o t h e q u a n t i t y o fa m i n o a c i d i n f u s e d i n t o t h e l i v e r . T h u s , r a p i d g l u -c o n e o g e n e s i s i s a m e t a b o l i c e v e n t t h a t w o u l d p r o -

v i d e a p l a u s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e i n c r e a s e s i nb l o o d g l u c o s e t h a t o c c u r d u r i n g t h e i n f u s i o n o fc e r t a i n a m i n o a c i d s a n d m i x t u r e s o f a m i n o a c i d s .H o w e v e r , t h e p r e s e n c e o f a c c e l e r a t e d g l u c o n e o -g e n e s i s may n o t b e t h e o n l y f a c t o r c o n t r i b u t i n g t ot h e o b s e r v e d e l e v a t i o n s i n b l o o d g l u c o s e .

T h e d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e ( r a n g e 0 t o 4 7

m g p e r 1 0 0 m l ) t h a t w e r e o b s e r v e d a f t e r t h e i n -f u s i o n o f a m i n o a c i d s a r e v e r y l i k e l y t h e r e s u l t o ft h e p r e c e d i n g r e l e a s e o f i n s u l i n . T h e m e a n o f

m a x i m a l d e c r e a s e i n b l o o d g l u c o s e o c c u r r e d 2 8m i n u t e s a f t e r t h e m e a n o f m a x i m a l i n c r e a s e s i np l a s m a i n s u l i n t h a t r e s u l t e d f r o m t h e a d m i n i s t r a -t i o n o f t h e 1 0 AA m i x t u r e . T h i s t e m p o r a l r e l a -t i o n s h i p s u g g e s t s t h a t t h e h y p e r i n s u l i n e m i a p l a y sa n i m p o r t a n t r o l e i n t h e c a u s a t i o n o f t h e d e c r e a s e si n b l o o d g l u c o s e . A d d i t i o n a l s u p p o r t f o r t h i s i n t e r -p r e t a t i o n c o m e s f r o m t h e s t u d i e s o f M e l l i n k o f f ,S h i b a t a , F r a n k l a n d , a n d G r e i p e l ( 2 2 ) . A f t e r a

1 0 % o c a s e i n h y d r o l y s a t e s o l u t i o n w a s a d m i n i s t e r e d

t o a n o n d i a b e t i c g r o u p ( n o r m a l v o l u n t e e r s a n d

1 4 9 9



FLOYD, FAJANS, C O N N , K N O PF , AND RULL

n o n d i a b e t i c p a t i e n t s ) , t h e s e i n v e s t i g a t o r s o b -

s e r v e d an i n i t i a l i n c r e a s e i n b l o o d g l u c o s e a b o v e

c o n t r o l l e v e l s f o l l o w e d b y a d e c r e a s e i n b l o o d

g l u c o s e b e l o w c o n t r o l l e v e l s . When t h e same

s o l u t i o nwas

a d m i n i s t e r e dt o

p a t i e n t sw i t h

t o t a lp a n c r e a t e c t o m y , t h e i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e

were g r e a t e r a n d more p r o l o n g e d , a n d t h e r e were

no d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e b e l o w c o n t r o l l e v e l s

d u r i n g t h e 4 - h o u r p e r i o d o f o b s e r v a t i o n .

I n h e a l t h y s u b j e c t s t h e i n c r e as e s i n p l a s m a i n -

s u l i n t h a t r e s u l t f r o m t h e i n f u s i o n o f a m i n o a c i d s

w o u l d t e n d t o m o d e r a t e t h e i n c r e a s e s i n b l o o d g l u -

cose t h a t r e s u l t f r o m g l u c o n e o g e n e s i s . T h e s e i n -

creases i n b l o o d g l u c o s e , w h e n t h e y o c c u r , may, i n

t u r n , m o d e r a t e t h e m a g n i t u d e o f t h e d e c r e a s e s i n

b l o o d g l u c o s e t h a t r e s u l t f r o m t h e h y p e r i n s u l i n e -

m i a . A f t e r t h e i n f u s i o n o f l e u c i n e , w h i c h pro-

d u c e d no i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e , mean d e -

creases i n b l o o d g l u c o s e were r e l a t i v e l y l a r g e ( 2 0

mg pe r 1 0 0 m l ) a l t h o u g h t h e mean o f maximal

i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n was modest ( 2 5 uUpe r m l ) . I n c o n t r a s t , a f t e r t h e i n f u s i o n o f a r g i -

n i n e , w h i c h p r o d u c e d l a r g e mean maxima l i n -

creases i n b l o o d g l u c o s e ( 2 9 mg per 1 0 0 m l ) ,

mean m a x i m a l d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e ( 1 2 mg

pe r 1 0 0 m l ) were m o d e s t i n r e l a t i o n t o mean o f

m a x i m a l i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n ( 8 1 M u U per

m l ) . Y e t , t h e l a t t e r were more t h a n t h r e e t i m e s

a s l a r g e a s a f t e r t h e i n f u s i o n o f l e u c i n e .

T h e e f f e c t o f t h e h y p e r i n s u l i n e m i a i s e v i d e n c e d

n o t o n l y b y t h e d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e , m o d e s t

t h o u g h t h e y are, b u t a l s o b y t h e d e c r e a s e s i n

p l a s m a FFA. A f t e r t h e i n f u s i o n o f t h e 1 0 AA

m i x t u r e mean p l a s m a FFA f e l l f r o m b a s a l l e v e l s

o f 5 7 7 , u E q pe r L t o a n a d i r o f 3 9 1 , u E q per L a t 9 0

m i n u t e s , a n d m a x i m a l d e c r e a s e s were a s l a r g e

as 6 4 1 u E q per L . S u b s e q u e n t l y , a s p l a s m a i n -

s u l i n c o n t i n u e d t o f a l l t o w a r d b a s a l l e v e l s , p l a s m a

FFA r e t u r n e d t o w a r d s c o n t r o l l e v e l s . An a d d i -

t i o n a l e f f e c t o f t h e i n d u c e d h y p e r i n s u l i n e m i a may

b e e v i d e n t . P l a s m a a m i n o n i t r o g e n r e m a i n e d

h i g h e r a f t e r t h e i n f u s i o n o f v a l i n e a n d h i s t i d i n e

t h a n a f t e r t h e i n f u s i o n o f t h e 1 0 AA m i x t u r e , a r -

g i n i n e , l y s i n e , a n d l e u c i n e . V a l i n e e v o k e s o n l y

m o d e s t e l e v a t i o n s i n p l a s m a i n s u l i n ; h i s t i d i n e i s

v i r t u a l l y w i t h o u t e f f e c t i n t h i s r e g a r d . T h e s e

r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e more r a p i d c l e a r a n c e o f

a m i n o n i t r o g e n f r o m t h e p l a s m a a f t e r t h e i n f u -

s i o n s o f t h e 1 0 AA m i x t u r e , a r g i n i n e , l y s i n e , a n d

l e u c i n e i s r e l a t e d t o t h e i n c r e a s e d amounts o f i n -

s u l i n r e l e a s e d b y t h e s e a m i n o a c i d s . I n l i n e w i t h

t h i s i n t e r p r e t a t i o n a r e t h e r e s u l t s o f M e l l i n k o f f

a n d h i s a s s o c i a t e s ( 2 2 ) t h a t a f t e r i n t r a v e n o u s l ya d m i n i s t e r e d c a s e i n h y d r o l y s a t e n o r m a l p e o p l e

e x h i b i t a s m a l l e r r i s e o fa m i n o

n i t r o g e na n d a

m o r e r a p i d d e c l i n e t h a n d o p a t i e n t s w i t h a t o t a l

p a n c r e a t e c t o m y .From t h e p o i n t o f v i e w o f n o r m a l p h y s i o l o g y

w e h a v e s h o w n t h a t t h e i n g e s t i o n o f a p r o t e i n m e a l

c o n s t i t u t e s a s t i m u l u s f o r t h e r e l e a s e o f i n s u l i n

( 3 ) . T h e h y p e r i n s u l i n e m i a c o u l d f a c i l i t a t e i n t r a -

c e l l u l a r u t i l i z a t i o n o f a m i n o a c i d s i n p r o t e i n s y n -t h e s i s . I n g e s t i o n o f a p r o t e i n m e a l a n d i n t r a -

v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f a r g i n i n e , l y s i n e , h i s t i -

d i n e , p h e n y l a l a n i n e , l e u c i n e , v a l i n e , o r m e t h i o n i n e

i n d u c e a l s o a r e l e a s e i n t o t h e b l o o d o f g r o w t h h o r -

m o n e ( 2 3 , 2 4 ) , a f i n d i n g c o n f i r m e d w i t h r e s p e c t t oa r g i n i n e b y M e r i m e e , L i l l i c r a p , a n d R a b i n o w i t z

( 2 5 ) . I n t h i s p a r a m e t e r , t o o , t h e r e a r e d i f f e r e n c e s

a m o n g t h e s e a m i n o a c i d s i n t h e i r a b i l i t i e s t o s t i m u -

l a t e t h e r e l e a s e o f g r o w t h h o r m o n e . M a x i m a l

p l a s m a l e v e l s o f g r o w t h h o r m o n e o c c u r a t 1 t o 2

h o u r s a f t e r t h e b e g i n n i n g o f a m i n o a c i d i n f u s i o n s .

T h u s , t h e e n d o c r i n e r e s p o n s e t o p r o t e i n f e e d i n go r t o i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d a m i n o a c i d s i n -

c l u d e s r e l e a s e o f b o t h i n s u l i n a n d g r o w t h h o r m o n e

i n a t i m e d s e q u e n c e , t h e d i f f e r e n t a m i n o a c i d s

v a r y i n g i n t h e i r c a p a b i l i t i e s t o e v o k e e i t h e r o r

b o t h o f t h e s e r e s p o n s e s . T h e e s t a b l i s h e d r o l e s i n

p r o t e i n b i o s y n t h e s i s o f b o t h i n s u l i n a n d " g r o w t h "

h o r m o n e , a n d t h e i r s y n e r g i s t i c a c t i v i t i e s , e m p h a -

s i z e t h e i m p o r t a n c e o f o u r f i n d i n g s w i t h r e s p e c t t o

t h e d a i l y r e g u l a t i o n o f a m i n o a c i d u t i l i z a t i o n i n

m a n .

Summary

E s s e n t i a l I - a m i n o a c i d s , e i t h e r a s m i x t u r e s o r

i n d i v i d u a l l y , w e r e a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y t o

h e a l t h y s u b j e c t s . T h e v a r i o u s m i x t u r e s , w h e t h e r

t h e y c o n t a i n e d l e u c i n e o r n o t , a n d m o s t , b u t n o t

a l l , o f t h e i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s s t i m u l a t e d t h e

r e l e a s e o f i n s u l i n . T h e m o s t e f f e c t i v e s t i m u l u s f o r

i n s u l i n r e l e a s e w a s e i t h e r a m i x t u r e o f 1 0 e s s e n t i a l

a m i n o a c i d s o r a r g i n i n e g i v e n a l o n e ; h i s t i d i n e was

t h e l e a s t e f f e c t i v e . A d m i n i s t r a t i o n o f t h e m i x t u r e

o f 1 0 a m i n o a c i d s o n t h e o n e h a n d , a n d o f a r g i -n i n e o n t h e o t h e r , c a u s e d means o f m a x i m a l i n -

c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n o f 1 2 0 ( r a n g e 3 7 t o 3 0 1 )a n d o f 8 1 ( r a n g e 3 2 t o 3 1 1 ) , u U p e r m l , r e s p e c -

1 5 0 0




t i v e l y . A f t e r t h e i n f u s i o n o f many o f t h e s i n g l ea m i n o a c i d s a n d o f t h e a m i n o a c i d m i x t u r e s , b l o o d

g l u c o s e i n c r e a s e d a b o v e c o n t r o l l e v e l s i n i t i a l l ya n d t h e n d e c r e a s e d b e l o w c o n t r o l l e v e l s . T h e i n -c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e may b e t h e r e s u l t o f i n -c r e a s e d g l u c o n e o g e n e s i s f r o m t h e i n f u s e d a m i n o

a c i d s . H o w e v e r , t h e l a r g e i n c r e a s e s i n p l a s m a i n -s u l i n w e r e n o t t h e r e s u l t o f t h e s m a l l i n c r e a s e s i nb l o o d g l u c o s e t h a t o c c u rr e d d u r i n g t h e i n f u s i o n so f t h e a m i n o a c i d s o l u t i o n s . \ V h e n g r e a t e r o r

s i m i l a r i n c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e w e r e p r o d u c e d

b y t h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f g l u c o s e o rg l u c a g o n , t h e i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n w e r e

s m a l l . A d m i n i s t r a t i o n o f 3 0 g o f a m i n o a c i d m i x -

t u r e s a n d o f c e r t a i n i n d i v i d u a l a m i n o a c i d s p r o -d u c e d l a r g e r i n c r e a s e s i n p l a s m a i n s u l i n t h a n d i d

t h e i n f u s i o n o f 3 0 g o f g l u c o s e .T h e e f f e c t s o f t h e h y p e r i n s u l i n e m i a t h a t r e s u l t e d

f r o m a m i n o a c i d a d m i n i s t r a t i o n w e r e m a n i f e s t e d

b y d e c r e a s e s i n b l o o d g l u c o s e a n d p l a s m a f r e e f a t t ya c i d s .

W e c o n c l u d e t h a t 1 ) i nt ra v en ou s a d m i n i s t r a t i o no f m i x t u r e s o f e s s e n t i a l I - a m i n o a c i d s i n d u c e s r e -l e a s e o f i n s u l i n ; 2 ) t h e p h e n o m e n o n o f a m i n o a c i d -i n d u c e d r e l e a s e o f i n s u l i n d oe s n o t d e p e n d u p o n

t h e p r e s e n c e o f l e u c i n e i n t h e i n f u s i o n m i x t u r e s ;

3 ) i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f i n d i v i d u a l e s -s e n t i a l a m i n o a c i d s i n d u c e s r e l e a s e o f i n s u l i n ;h o w e v e r , t h e r e a r e l a r g e d i f f e r e n c e s a m o n g t h e s ea m i n o a c i d s i n t h e i r c a p a c i t i e s t o s t i m u l a t e s e c r e -t i o n o f i n s u l i n ; a n d 4 ) s i n c e i t h a s b e e n d e m o n -

s t r a t e d t h a t p r o t e i n f e e d i n g i n d u c e s i n c r e a s e s i np l a s m a i n s u l i n , a m i n o a c i d s c a n now b e c o ns i d er e d

t o b e p h y s i o l o g i c s t i m u l i f o r t h e s e c r e t i o n o fi n s u l i n .

A c k n o w l e d g m e n t

We t h a n k D r . W i l l i a m J . S c h u l l , D e p a r t m e n t o f Hu-

man G e n e t i c s , U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n , who p r o v i d e d h e l p

w i t h t h e s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e d a t a .

R e f e r e n c e s

1 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , R . F . K n o p f , J . R u l l ,a n d J . W. C o n n . P o s t p r a n d i a l a mi no a c id e m ia a n d

i n s u l i n s e c r e t i o n , a p h y s i o l o g i c r e l a t i o n s h i p ( a b -s t r a c t ) . J . L a b . c l i n . M e d . 1 9 6 4 , 6 4 , 8 5 8 .

2 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , R . F . K n o p f , J . R u l l ,a n d J . W. C o n n . S t i m u l a t i o n o f i n s u l i n s e c r e t i o nb y a m i n o a c i d s ( a b s t r a c t ) . C l i n . R e s . 1 9 6 5 , 1 3 ,3 2 2 .

3 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , J . W. C o n n , R . F .K n o p f , a n d J . R u l l . I n s u l i n s e c r e t i o n i n r e s p o n s e

t o p r o t e i n i n g e s t i o n . J . c l i n . I n v e s t . 1 9 6 6 , 4 5 ,1 4 7 9 .

4 . F a j a n s , S . S . , R . F . K n o p f , J . C . F l o y d , J r . , L . P o w e r ,

a n d J . W. C o n n . T h e e x p e r i m e n t a l i n d u c t i o n i nma n o f s e n s i t i v i t y t o l e u c i n e h y p o g l y c e m i a . J . c l i n .I n v e s t . 1 9 6 3 , 4 2 , 2 1 6 .

5 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , R . F . K n o p f , a n d

J . W. C o n n . E v i d e n c e t h a t i n s u l i n r e l e a s e i s t h em e c h a n i s m f o r e x p e r i m e n t a l l y i n d u c e d l e u c i n e h y -

p o g l y c e m i a i n m a n . J . c l i n . I n v e s t . 1 9 6 3 , 4 2 , 1 7 1 4 .6 . F a j a n s , S . S . , J . C . F l o y d , J r . , R . F . K n o p f , a n d J . W.

C o n n . S e c r e t i o n o f i n s u l i n i n d u c e d b y l e u c i n e i n sh e a l t h y s u b j e c t s i n l C i b a F o u n d a t i o n C o l l o q u i a o n

E nd o c ri no l o g y. A e t i o l og y o f D i a b e t e s M e l l i t u s a n d

I t s C o m p l i c a t i o n s , M . P . C a m e r o n a n d M . O ' C o n -

n o r , E d s . L o n d o n , C h u r c h i l l , 1 9 6 4 , v o l . 1 5 , p p .9 9 - 1 0 6 .

7 . F r u t o n , J . S . , a n d S . S i m m o n d s . G e n e r a l B i o c h e m -i s t r y , 2 n d e d . N e w Y o r k , J o h n W i l e y , 1 9 5 8 , p p .6 7 3 , 7 2 5 .

8 . N e l s o n , N . A p h o t o m e t r i c a d a p t a t i o n o f t h e S o m o -

g y i m e t h o d f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f g l u c o s e . J .b i o l . C h e m . 1 9 4 4 , 1 5 3 , 3 7 5 .

9 . Y a l o w , R . S . , a n d S . A . B e r s o n . I m m u n o a s s a y o fe n d o g e n o u s p l a s m a i n s u l i n i n m a n . J . c l i n . I n -v e s t . 1 9 6 0 , 3 9 , 1 1 5 7 .

1 0 . F a j a n s , S . S . , J . C . F l o y d , J r . , R . F . K n o p f , a n d

J . W. C o n n . A c o m p a r i s o n o f l e u c i n e - a n d a c e t o -a c e t a t e - i n d u c e d h y p o g l y c e m i a i n m a n . J . c l i n . I n -v e s t . 1 9 6 4 , 4 3 , 2 0 0 3 .

1 1 . F r a m e , E . G . , J . A . R u s s e l l , a n d A . E . W i l h e l m i . T h e

c o l o r i m e t r i c e s t i m a t i o n o f a m i n o n i t r o g e n i n b l o o d .J . b i o l . C h e m . 1 9 4 3 , 1 4 9 , 2 5 5 .

1 2 . D o l e , V . P . A r e l a t i o n b e t w e e n n o n - e s t e r i f i e d f a t t ya c i d s i n p l a s m a a n d t h e m e t a b o l i s m o f g l u c o s e .J . c l i n . I n v e s t . 1 9 5 6 , 3 5 , 1 5 0 .

1 3 . C o o n , W. W. P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n .

1 4 . Y a l o w , R . S . , S . M . G l i c k , J . R o t h , a n d S . A . B e r s o n .

P l a s m a i n s u l i n a n d g r o w t h h o r m o n e l e v e l s i no b e s i t y a n d d i a b e t e s . A n n . N . Y . A c a d . S c i . 1 9 6 5 ,1 3 1 , 3 5 7 .

1 5 . Y a l o w , R . S . , a n d S . A . B e r s o n . D y n a m i c s o f i n -s u l i n s e c r e t i o n i n h y p o g l y c e m i a . D i a b e t e s 1 9 6 5 , 1 4 ,3 4 1 .

1 6 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , C . T h i f f a u l t , E . M .

G u n t s c h e , a n d J . W. C o n n . U n p u b l i s h e d o b s e r -v a t i o n s .

1 7 . F l o y d , J . C . , J r . , S . S . F a j a n s , J . R u l l , R . F . K n o p f ,

M . M. K i r s h , a n d J . W. C o n n . D ir ec t e v id e nc e t h a tl e u c i n e i n d u c e s r e l e a s e o f p a n c r e a t i c i n s u l i n ( a b -s t r a c t ) . D i a b e t e s 1 9 6 5 , 1 4 , 4 3 9 .

1 8 . K n o p f , R . F . , S . S . F a j a n s , J . C . F l o y d , J r . , a n d

J . W. C o n n . C o m p a r i s o n o f e x p e r i m e n t a l l y i n -d u c e d a n d n a t u r a l l y o c c u r r i n g s e n s i t i v i t y t o l e u -c i n e h y p o g l y c e m i a . J . c l i n . E n d o c r . 1 9 6 3 , 2 3 , 5 7 9 .

1 9 . S a m o l s , E . , G . M a r r i , a n d V . M a r k s . P r o m o t i o n o fi n s u l i n s e c r e t i o n b y g l u c a g o n . L a n c e t 1 9 6 5 , 2 , 4 1 5 .

1 5 0 1



FLOYD, FAJANS, CON N, KNOPF, A N D RULL

2 0 . C r o c k f o r d , P . M . , D . P o r t e , J r . , F . C . Wood, J r . , a n d

R . H . W i l l i a m s . E f f e c t o f g l u c a g o n o n serum i n -s u l i n , p l a s m a g l u c o s e a n d f r e e f a t t y a c i d s i n man.

M e t a b o l i s m 1 9 6 6 , 1 5 , 1 1 4 .

2 1 . C a h i l l , G . F . , J r . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n .

2 2 . M e l l i n k o f f , S . M . , H . N . S h i b a t a , M. F r a n k l a n d , a n d

M . G r e i p e l . T h e e f f e c t o f p a n c r e a t e c t o m y upon

b l o o d sug ar a n d serum a m i n o a c i d c o n c e n t r a t i o n

f o l l o w i n g t h e a d m i n i s t r a t i o n o f a m i n o a c i d s . J .L a b . c l i n . M e d . 1 9 5 6 , 4 8 , 5 2 9 .

2 3 . K n o p f , R . F . , J . W. C o n n , J . C . F l o y d , J r . , S . S .

F a j a n s , J . A . R u l l , E . M. G u n t s c he , a n d C . A .

T h i f f a u l t . T h e n o r m a l e n d o c r i n e response t o i r n .

g e s t i o n o f p r o t e i n a n d t o i n f u s i o n s o f a m i n o a c i d s .

S e q u e n t i a l s e c r e t i o n o f i n s u l i n a n d g r o w t h h o r -

m o n e . T r a n s . A s s . A m e r . P h y c n s 1 9 6 6 , 7 9 , i n

p r e s s .

2 4 .K n o p f , R .

F . , J . W. C o n n , S . S .F a j a n s ,

J . C . F l o y d ,J r . , E . M. G u n t s c h e , a n d J . A . R u l l . P l a s m a

g r o w t h h o r m o n e response t o i nt ra v en ou s a d mi ni s -

t r a t i o n o f a m i n o a c i d s . J . c l i n . E n d o c r . 1 9 6 5 , 2 5 ,1 1 4 0 .

2 5 . M e r i m e e , T . F . , D . A . L i l l i c r a p , a n d D . R a b i n o w i t z .E f f e c t o f a r g i n i n e on s e r u m - l e v e l s o f h u m a n g r o w t h

h o r m o n e . L a n c e t 1 9 6 5 , 2 , 6 6 8 .

1 5 0 2

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