Účinky ketonů na chřadnutí svalů během kalorické restrikce u štíhlých žen

Termodynamika uvádí, že tělesná hmotnost klesá v obdobích, kdy energetický výdej převyšuje energetický příjem. Této negativní energetické bilance lze dosáhnout buď snížením energetického příjmu, tzv. kalorickou restrikcí, zvýšením energetického výdeje, tedy vyšší mírou fyzické aktivity, nebo kombinací obojího. Trvalý energetický deficit má za následek čistý úbytek tělesné hmotnosti v důsledku úbytku tukové i kosterní svalové hmoty v poměru přibližně 3:11, v závislosti na závažnosti kalorického omezení, složení stravy a počátečním procentu tělesného tuku. Pokles svalové hmoty je způsoben kombinací snížené syntézy svalových proteinů ve spojení se zvýšenou svalovou proteolýzou zprostředkovanou ubikvitinem-proteazomem, což má za následek negativní čistý obrat proteinů.

V kontextu sportu se mnoho sportovců snaží zhubnout, aby dosáhli různých cílů, jako je zlepšení výkonu optimalizací poměru výkonu a hmotnosti, soutěží v určité kategorii tělesné hmotnosti nebo z estetických důvodů. Ztráta tělesné hmotnosti je však často doprovázena škodlivým úbytkem hmoty kosterního svalstva, což je spojeno s řadou negativních důsledků včetně zhoršené fyzické výkonnosti a zvýšené náchylnosti ke zranění. Proto sportovci, kteří podstupují období kalorického omezení, usilují o snížení tělesné hmotnosti prostřednictvím úbytku tuku a zároveň minimalizují ztrátu netukové hmoty. Nedávné studie prokázaly, že zvýšený příjem bílkovin, vyšší než doporučená dietní dávka (0,8 g/kg/den), zmírňuje ztrátu svalové hmoty během kalorického omezení. Výzkum ukázal, že strava s vysokým obsahem bílkovin má menší vliv na svalovou proteolýzu ve srovnání s normálními bílkovinami ve stravě, ale obnovuje syntézu svalových bílkovin, což je pravděpodobně primární mechanismus, kterým je zachována svalová hmota. Konkrétně u mladých zdravých sportovců se ukazuje, že vyšší příjem bílkovin 1,6-2,4 g na kg tělesné hmotnosti za den snižuje ztrátu svalové hmoty během krátkodobých období kalorického omezení.

U atletek jsou delší období nízké energetické dostupnosti (s poruchou příjmu potravy nebo bez ní) často ve vzájemném vztahu s menstruačními dysfunkcemi a sníženou minerální hustotou kostí, což je syndrom nazývaný „triáda atletek“. Triáda je zvláště běžná ve sportech, které kladou důraz na estetiku nebo štíhlost a mohou mít celoživotní zdravotní následky. Intervence, které by minimalizovaly ztrátu netukové hmoty a zabraňovaly poruchám hormonálního a kostního metabolismu u žen během období kalorické restrikce, však stále chybí.

Ketolátky, tzn. D-β-hydroxybutyrát (βHB), acetoacetát (AcAc) a aceton jsou přirozeně se vyskytující chemické sloučeniny syntetizované v játrech z cirkulujících mastných kyselin za podmínek nízké hladiny glukózy v krvi a inzulínu. Za normálních fyziologických podmínek zůstává koncentrace sérových ketonů nízká (< 0,1 mM). Během hladovění nebo aplikace ketogenní diety, tj. nízkého obsahu sacharidů, se však sérové ​​koncentrace βHB a AcAc mohou zvýšit až na 5-8 mM, respektive 1-2 mM. Za těchto podmínek ketolátky slouží jako alternativní a účinnější zdroj energie pro různé tkáně, včetně mozku, srdce a kosterního svalstva, čímž „šetří“ zásoby glukózy. Za normálních podmínek může mozek používat glukózu pouze jako energetické palivo k udržení funkcí centrálního nervového systému. Šetření zásob glukózy během období energetického stresu je proto nesmírně důležité pro přežití. Kromě toho toto šetření zásob glukózy zabraňuje rozkladu svalových proteinů, které mohou být použity jako prekurzory pro glukoneogenezi a poskytují glukózu pro mozek a další tkáně. Dostupnost ketolátek tedy snižuje odbourávání svalových proteinů pro glukoneogenezi a tím zachovává hmotu kosterního svalstva i při omezené dostupnosti energie. Proto může být zvýšení hladin ketolátek důležitou strategií k prevenci úbytku kosterního svalstva během období energetického stresu.

Od nedávné doby lze hladiny ketolátek v séru zvýšit příjmem esteru ketolátek (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrátu (3HHB). Tento orálně vstřebatelný ester ketolátek je prokazatelně bezpečný a dobře tolerovaný jak u zvířat, tak u lidí a může zvýšit hladiny ketolátek během 30 minut na 5-6 mM, podobně jako hladiny po přibližně jednom týdnu hladovění. Dostupnost tohoto esteru ketolátek umožňuje kontrolované studie vlivu ketolátek na svalovou homeostázu bez negativních vedlejších účinků hladovění a ketogenní diety, tj. vysoké hladiny triglyceridů a cholesterolu v séru. O vlivu 3HHB na vytrvalostní výkon se stále diskutuje. Nedávná studie z naší laboratoře však ukázala, že požití 3HHB po cvičení zvyšuje markery syntézy proteinů, což bylo dále potvrzeno experimenty in vitro. Myoblasty C2C12 vykazovaly zvýšenou leucinem zprostředkovanou syntézu svalových proteinů inkubací fyziologických koncentrací ketolátek. Nedávno jsme zjistili, že dietní suplementace 3HHB podstatně zlepšila přežití a udržení funkční kapacity a svalové integrity u myšího modelu rakovinné kachexie.

Vzhledem k těmto anabolickým vlastnostem ketolátek a skutečnosti, že ketolátky zabraňují rozkladu svalových proteinů pro glukoneogenezi během energetického stresu, mohou být ketolátky slibnou strategií k prevenci nebo léčbě úbytku kosterního svalstva. Naším cílem je proto prozkoumat vliv příjmu 3HHB na úbytek svalové hmoty a jeho nepříznivé důsledky během období kalorické restrikce u štíhlých žen. Kromě toho porovnáváme účinky příjmu 3HHB s dietou s vysokým obsahem bílkovin, která je v současnosti považována za nejlepší strategii pro minimalizaci ztráty štíhlé hmoty během hypoenergetických období. Nakonec se zaměřujeme na zkoumání synergických účinků příjmu 3HHB v kombinaci s dietou s vysokým obsahem bílkovin.