Effekter af ketoner på muskelsvind under kaloriebegrænsning hos magre kvinder

Termodynamik siger, at kropsmassen falder i perioder, hvor energiforbruget overstiger energiindtaget. Denne negative energibalance kan opnås enten ved at reducere energiindtaget, kaldet kaloriebegrænsning, ved at øge energiforbruget, det vil sige højere fysisk aktivitetsniveau, eller kombinationen af ​​begge. Det vedvarende energiunderskud resulterer i et nettotab af kropsvægt på grund af tab af både fedt og skeletmuskelmasse i et forhold på ca. 3:11, afhængigt af sværhedsgraden af ​​kaloriebegrænsningen, kostsammensætningen og den oprindelige kropsfedtprocent. Fald i muskelmasse skyldes en kombination af nedreguleret muskelproteinsyntese i forbindelse med en øget ubiquitin-proteasom-medieret muskelproteolyse, hvilket resulterer i en negativ nettoproteinomsætning.

I forbindelse med sport forsøger mange atleter at tabe sig for at opnå forskellige mål, såsom at forbedre præstationen ved at optimere kraft-til-vægt-forholdet, konkurrere i en bestemt kropsvægtkategori eller af æstetiske årsager. Tabet af kropsvægt er dog ofte ledsaget af skadeligt tab af skeletmuskelmasse, hvilket er forbundet med et utal af negative konsekvenser, herunder nedsat fysisk ydeevne og øget modtagelighed for skader. Derfor stræber atleter, der gennemgår perioder med kaloriebegrænsning, efter kropsvægttab via fedttab, mens de minimerer tab af mager masse. Nylige undersøgelser har vist, at et øget proteinindtag, højere end det anbefalede kosttilskud (0,8 g/kg/dag), dæmper tabet af muskelmasse under kaloriebegrænsning. Forskning har vist, at den høje proteindiæt har mindre virkninger på muskelproteolyse sammenlignet med normalt kostprotein, men genopretter muskelproteinsyntesen, som sandsynligvis er den primære mekanisme, hvorved mager masse bevares. Specifikt hos unge raske atleter er det vist, at et højere proteinindtag på 1,6-2,4 g pr. kg kropsvægt pr. dag reducerer tabet af muskelmasse under kortvarige kaloriebegrænsningsperioder.

Hos kvindelige atleter er længere perioder med lav energitilgængelighed (med eller uden en spiseforstyrrelse) ofte forbundet med menstruationsdysfunktioner og nedsat knoglemineraltæthed, et syndrom kaldet 'kvindelig atlettriade'. Triaden er især almindelig i sportsgrene, der lægger vægt på æstetik eller slankhed og kan medføre livslange sundhedsmæssige konsekvenser. Indgreb, der minimerer tab af mager masse og forhindrer hormon- og knoglemetabolismeforstyrrelser hos kvinder i perioder med kaloriebegrænsning, mangler dog stadig.

Ketonlegemer, dvs. D-β-hydroxybutyrat (βHB), acetoacetat (AcAc) og acetone er naturligt forekommende kemiske forbindelser syntetiseret i leveren fra cirkulerende fedtsyrer under forhold med lavt blodsukker og insulinniveauer. Under normale fysiologiske forhold forbliver koncentrationen af ​​serumketonniveauer lav (< 0,1 mM). Men under sult eller anvendelse af en ketogen diæt, dvs. lavt kulhydratindhold, kan serumkoncentrationer af βHB og AcAc stige op til henholdsvis 5-8 mM og 1-2 mM. Under disse forhold tjener ketonstoffer som en alternativ og mere effektiv energikilde til forskellige væv, herunder hjernen, hjertet og skeletmuskulaturen, og 'skåner' derved glukoselagrene. Under normale forhold kan hjernen kun bruge glukose som energibrændstof til at opretholde centralnervesystemets funktioner. Derfor er det ekstremt vigtigt for overlevelse at spare på glukoselagre i perioder med energetisk stress. Desuden forhindrer denne sparing af glukoselagre nedbrydning af muskelproteiner, som kan bruges som forløbere for glukoneogenese, hvilket giver glukose til hjernen og andre væv. Derfor reducerer tilgængeligheden af ​​ketonstoffer nedbrydningen af ​​muskelproteiner til glukoneogenese og bevarer således skeletmuskelmassen, selv når energitilgængeligheden er begrænset. Derfor kan forhøjede ketonniveauer være en vigtig strategi til at forhindre svind af skeletmuskulatur i perioder med energisk stress.

Siden for nylig kan serumniveauer af ketonstoffer øges ved indtagelse af ketonlegemeesteren (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrat (3HHB). Denne oralt absorberbare keton kropsester er bevist sikker og veltolereret i både dyr og mennesker og kan hæve keton kropsniveauer inden for 30 minutter til 5-6 mM, svarende til niveauer efter cirka en uges faste. Tilgængeligheden af ​​denne ketonlegemeester giver mulighed for kontrollerede undersøgelser af effekten af ​​ketonstoffer på muskelhomeostase uden de negative bivirkninger af sult og en ketogen diæt, dvs. høje serumtriglycerider og kolesterolniveauer. Effekterne af 3HHB på udholdenhedspræstation er stadig omdiskuteret. En nylig undersøgelse fra vores laboratorium viste imidlertid, at indtagelse af 3HHB efter træning øger markører for proteinsyntese, hvilket yderligere blev bekræftet af in vitro-eksperimenter. C2C12 myoblaster viste øget leucin-medieret muskelproteinsyntese ved inkubation af fysiologiske koncentrationer af ketonstoffer. Senest fandt vi ud af, at kosttilskud med 3HHB væsentligt forbedrede overlevelse og vedligeholdelse af funktionel kapacitet og muskulær integritet i en musemodel af cancerkakeksi.

På grund af disse anabolske egenskaber af ketonlegemer og det faktum, at ketonstoffer forhindrer muskelproteinnedbrydning for glukoneogenese under energisk stress, kan ketonlegemer være en lovende strategi til at forebygge eller behandle skeletmuskelsvind. Derfor er vores mål at undersøge effekten af ​​3HHB-indtag på muskelsvind og dets negative konsekvenser i en periode med kaloriebegrænsning hos magre kvinder. Derudover sammenligner vi virkningerne af 3HHB-indtag med en kost med højt proteinindhold, som i øjeblikket anses for at være den bedste strategi til at minimere lean-tab i hypo-energetiske perioder. Afslutningsvis sigter vi mod at undersøge de synergistiske virkninger af indtagelsen af ​​3HHB i kombination med en kost med højt proteinindhold.