Auswirkungen von Ketonen auf den Muskelschwund während der Kalorienrestriktion bei schlanken Frauen

Die Thermodynamik besagt, dass die Körpermasse in Zeiten abnimmt, in denen der Energieverbrauch die Energieaufnahme übersteigt. Diese negative Energiebilanz kann entweder durch eine Reduzierung der Energieaufnahme, genannt Kalorienrestriktion, durch eine Erhöhung des Energieverbrauchs, d. h. ein höheres Maß an körperlicher Aktivität, oder durch eine Kombination aus beidem erreicht werden. Das anhaltende Energiedefizit führt zu einem Nettoverlust an Körpergewicht aufgrund von Verlusten sowohl an Fett als auch an Skelettmuskelmasse in einem Verhältnis von etwa 3:11, abhängig von der Schwere der Kalorienrestriktion, der Ernährungszusammensetzung und dem anfänglichen Körperfettanteil. Die Abnahme der Muskelmasse ist auf eine Kombination aus herunterregulierter Muskelproteinsynthese in Verbindung mit einer erhöhten Ubiquitin-Proteasom-vermittelten Muskelproteolyse zurückzuführen, was zu einem negativen Nettoproteinumsatz führt.

Im Zusammenhang mit Sport versuchen viele Athleten, Körpergewicht zu verlieren, um verschiedene Ziele zu erreichen, wie z. B. Leistungssteigerung durch Optimierung des Leistungsgewichts, Wettkampf in einer bestimmten Körpergewichtsklasse oder aus ästhetischen Gründen. Der Verlust an Körpergewicht geht jedoch häufig mit einem nachteiligen Verlust an Skelettmuskelmasse einher, der mit einer Vielzahl negativer Folgen verbunden ist, darunter eine Beeinträchtigung der körperlichen Leistungsfähigkeit und eine erhöhte Verletzungsanfälligkeit. Daher streben Athleten, die sich Phasen der Kalorienrestriktion unterziehen, eine Körpergewichtsabnahme durch Fettabbau an, während sie gleichzeitig den Verlust an fettfreier Masse minimieren. Jüngste Studien haben gezeigt, dass eine erhöhte Proteinzufuhr, die höher ist als die empfohlene Nahrungszufuhr (0,8 g/kg/Tag), den Verlust an Muskelmasse während einer Kalorienrestriktion dämpft. Die Forschung hat gezeigt, dass die proteinreiche Ernährung im Vergleich zu normalem Nahrungsprotein geringe Auswirkungen auf die Muskelproteolyse hat, aber die Muskelproteinsynthese wiederherstellt, was wahrscheinlich der primäre Mechanismus ist, durch den die Muskelmasse erhalten bleibt. Insbesondere bei jungen gesunden Sportlern zeigt sich, dass eine höhere Proteinaufnahme von 1,6-2,4 g pro kg Körpergewicht pro Tag reduziert den Muskelmasseverlust während kurzfristiger Kalorienrestriktionsphasen.

Bei weiblichen Athleten sind längere Perioden geringer Energieverfügbarkeit (mit oder ohne Essstörung) oft mit Menstruationsstörungen und verminderter Knochenmineraldichte verbunden, ein Syndrom, das als „weibliche Athletentriade“ bezeichnet wird. Die Triade ist besonders häufig bei Sportarten, die Ästhetik oder Schlankheit betonen, und kann lebenslange gesundheitliche Folgen haben. Es fehlen jedoch noch Interventionen, die den Verlust an Magermasse minimieren und hormonelle und Knochenstoffwechsel-Dysregulationen bei Frauen in Zeiten der Kalorienrestriktion verhindern.

Ketonkörper, d.h. D-β-Hydroxybutyrat (βHB), Acetoacetat (AcAc) und Aceton sind natürlich vorkommende chemische Verbindungen, die in der Leber aus zirkulierenden Fettsäuren unter Bedingungen niedriger Blutglukose- und Insulinspiegel synthetisiert werden. Unter normalen physiologischen Bedingungen bleibt die Konzentration der Ketonspiegel im Serum niedrig (< 0,1 mM). Während des Hungerns oder der Anwendung einer ketogenen Diät, d. h. eines niedrigen Kohlenhydratgehalts, können die Serumkonzentrationen von βHB und AcAc jedoch auf bis zu 5–8 mM bzw. 1–2 mM ansteigen. Unter diesen Bedingungen dienen Ketonkörper als alternative und effizientere Energiequelle für verschiedene Gewebe, einschließlich des Gehirns, des Herzens und der Skelettmuskulatur, wodurch die Glukosespeicher „geschont“ werden. Unter normalen Bedingungen kann das Gehirn nur Glukose als Energiebrennstoff verwenden, um die Funktionen des zentralen Nervensystems aufrechtzuerhalten. Daher ist die Schonung der Glukosespeicher in Phasen energetischer Belastungen extrem überlebenswichtig. Außerdem verhindert diese Schonung der Glukosespeicher den Abbau von Muskelproteinen, die als Vorläufer für die Glukoneogenese verwendet werden können und Glukose für das Gehirn und andere Gewebe liefern. Daher reduziert die Verfügbarkeit von Ketonkörpern den Abbau von Muskelproteinen für die Glukoneogenese und bewahrt somit die Skelettmuskelmasse, selbst wenn die Energieverfügbarkeit begrenzt ist. Daher kann die Erhöhung des Ketonkörperspiegels eine wichtige Strategie sein, um den Abbau von Skelettmuskeln in Zeiten von energetischem Stress zu verhindern.

Seit kurzem können Serumspiegel von Ketonkörpern durch die Einnahme des Ketonkörperesters (R)-3-Hydroxybutyl (R)-3-Hydroxybutyrat (3HHB) erhöht werden. Dieser oral resorbierbare Ketonkörperester hat sich sowohl bei Tieren als auch bei Menschen als sicher und gut verträglich erwiesen und kann den Ketonkörperspiegel innerhalb von 30 Minuten auf 5-6 mM erhöhen, ähnlich wie nach etwa einer Woche Fasten. Die Verfügbarkeit dieses Ketonkörperesters ermöglicht kontrollierte Studien zur Wirkung von Ketonkörpern auf die Muskelhomöostase ohne die negativen Nebenwirkungen von Hunger und einer ketogenen Ernährung, d. h. hohe Triglycerid- und Cholesterinspiegel im Serum. Die Auswirkungen von 3HHB auf die Ausdauerleistung werden noch diskutiert. Eine aktuelle Studie aus unserem Labor zeigte jedoch, dass die Einnahme von 3HHB nach dem Training die Marker der Proteinsynthese erhöht, was durch In-vitro-Experimente weiter bestätigt wurde. C2C12-Myoblasten zeigten eine erhöhte Leucin-vermittelte Muskelproteinsynthese durch Inkubation physiologischer Konzentrationen von Ketonkörpern. Kürzlich fanden wir heraus, dass die Nahrungsergänzung mit 3HHB das Überleben und die Aufrechterhaltung der funktionellen Kapazität und der muskulären Integrität in einem Mausmodell für Krebskachexie wesentlich verbesserte.

Aufgrund dieser anabolen Eigenschaften von Ketonkörpern und der Tatsache, dass Ketonkörper den Muskelproteinabbau für die Glukoneogenese während energetischer Belastung verhindern, können Ketonkörper eine vielversprechende Strategie zur Vorbeugung oder Behandlung von Skelettmuskelschwund sein. Daher ist es unser Ziel, die Wirkung der 3HHB-Einnahme auf den Muskelschwund und seine nachteiligen Folgen während einer Zeit der Kalorienrestriktion bei schlanken Frauen zu untersuchen. Darüber hinaus vergleichen wir die Auswirkungen der 3HHB-Einnahme mit einer proteinreichen Ernährung, die derzeit als die beste Strategie zur Minimierung des Gewichtsverlusts in hypoenergetischen Phasen gilt. Abschließend wollen wir die synergistischen Wirkungen der Einnahme von 3HHB in Kombination mit einer proteinreichen Ernährung untersuchen.