Die metabolischen Wirkungen von β-Hydroxybutyrat auf die arbeitende Skelettmuskulatur

HINTERGRUND Mit zunehmendem Alter verändert sich der Stoffwechsel der Skelettmuskulatur und die Muskelfunktion lässt nach. Dies kann zu Muskelschwäche und einem erhöhten Risiko für Stoffwechselerkrankungen führen. Ketonkörper, nämlich 3-Hydroxybutyrat (3-OHB), sind ein Energiesubstrat, das den Stoffwechsel verändern und die Leistungsfähigkeit der Skelettmuskulatur im Alter verbessern kann.

ZIEL Die Studie zielt darauf ab, die Auswirkungen von 3-OHB auf die Skelettmuskelfunktion und den Stoffwechsel während der Muskelarbeit bei jungen und alten Personen zu untersuchen.

DESIGN Gesunde junge (20-25 Jahre) und alte (65-85 Jahre) untrainierte Männer werden basierend auf dem alterskorrigierten VO2-max gepaart. Die Teilnehmer werden in einem doppelblinden Crossover-Design an zwei Studientagen bewertet: An einem Tag mit Ketonester-Einnahme (D-β-Hydroxybutyrat/D 1,3-Butandiolmonoester), an einem Tag mit Einnahme eines volumen- und kalorienangepassten Placebos. Der Substratspiegel wird durch ein Trinkprotokoll aufrechterhalten. Unter beiden Bedingungen wird kontinuierlich eine niedrige Glucosedosis infundiert, um die Ketogenese zu blockieren.

Die Reihenfolge der Studientage wird randomisiert und im Abstand von mindestens 4 Wochen festgelegt.

An experimentellen Tagen treffen sich die Teilnehmer nüchtern, um freiwillige Kontraktionen mit den Tibialis-Muskeln anterior in einem MR-kompatiblen Dynamometer durchzuführen, während die oxidative Kapazität, die ATP-Erzeugung, der intramuskuläre pH-Wert, die Ermüdbarkeit und die Arbeitseffizienz durch 31P-MR-Spektroskopie bewertet werden. Danach radeln die Teilnehmer mit einer festgelegten Intensität (50 % der VO2 max), während Lipidflüsse und Glukoseoxidationsraten durch Palmitat- und Glukose-Tracer-Infusionen und harnstoffkorrigierte indirekte Kalorimetrie gemessen werden. Abschließend führen die Teilnehmer an den Studientagen einen VO2-max-Test als Leistungsmaß durch. Muskelbiopsien werden vor und direkt nach dem Training mit festen Intensitätszyklen entnommen. Fettgewebsbiopsien werden zu Beginn des Versuchstages vor der Einnahme von Keton/Placebo und nach der konstanten Belastungszyklusarbeit entnommen. Blutproben werden den ganzen Tag über entnommen, um Substratspiegel, Hormone und Proteomikanalysen zu bestimmen.

Vor jedem Studientag wird das Aktivitätsniveau der Teilnehmer 7 Tage lang durch Akzelerometrie gemessen. Die Nahrungsaufnahme wird durch einen Nahrungsfragebogen drei Tage vor den Studientagen gemeldet.