Ketonien vaikutukset lihasten häviämiseen kalorirajoituksen aikana laihoilla naisilla

Termodynamiikka väittää, että kehon massa laskee aikoina, jolloin energiankulutus ylittää energiansaannin. Tämä negatiivinen energiatase voidaan saavuttaa joko vähentämällä energian saantia, jota kutsutaan kalorirajoitukseksi, lisäämällä energiankulutusta eli korkeampaa fyysistä aktiivisuutta, tai molempien yhdistelmällä. Jatkuva energiavaje johtaa kehon painon nettopudotukseen, joka johtuu sekä rasvan että luuston lihasmassan menetyksestä suhteessa noin 3:11, riippuen kalorirajoituksen vakavuudesta, ruokavalion koostumuksesta ja kehon alkuperäisestä rasvaprosentista. Lihasmassan väheneminen johtuu lihasproteiinisynteesin vähentymisen yhdistelmästä yhdessä lisääntyneen ubikitiini-proteasomivälitteisen lihasproteolyysin kanssa, mikä johtaa negatiiviseen nettoproteiinin kiertoon.

Urheilun yhteydessä monet urheilijat yrittävät pudottaa painoa erilaisten tavoitteiden saavuttamiseksi, kuten suorituskyvyn parantamiseksi optimoimalla teho-painosuhdetta, kilpailemalla tietyssä painoluokassa tai esteettisistä syistä. Ruumiinpainon laskuun liittyy kuitenkin usein haitallista luuston lihasmassan menetystä, johon liittyy lukemattomia negatiivisia seurauksia, mukaan lukien heikentynyt fyysinen suorituskyky ja lisääntynyt loukkaantumisalttius. Tästä syystä urheilijat, joilla on kalorirajoitusjaksoja, pyrkivät pudottamaan kehon painoa rasvanpudotuksen kautta minimoiden samalla vähärasvaisen massan menetyksen. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että lisääntynyt proteiinin saanti, joka on suurempi kuin suositeltu ravinnon saanti (0,8 g/kg/vrk), vähentää lihasmassan menetystä kalorirajoituksen aikana. Tutkimukset ovat osoittaneet, että proteiinipitoisella ruokavaliolla on vähäisiä vaikutuksia lihasten proteolyysiin verrattuna normaaliin ruokavalion proteiiniin, mutta se palauttaa lihasproteiinisynteesin, joka on luultavasti ensisijainen mekanismi, jolla vähärasvainen massa säilyy. Erityisesti nuorilla terveillä urheilijoilla on osoitettu, että korkeampi proteiinin saanti on 1,6-2,4 g painokiloa kohti päivässä vähentää lihasmassan menetystä lyhytaikaisten kalorirajoitusjaksojen aikana.

Naisurheilijoilla pidempi energian saatavuus (syömishäiriön kanssa tai ilman) liittyy usein kuukautisten toimintahäiriöihin ja luun mineraalitiheyden vähenemiseen, oireyhtymään, jota kutsutaan "naisurheilijakolmioksi". Triadi on erityisen yleinen esteettisyyttä tai laihtumista korostavissa urheilulajeissa ja voi aiheuttaa elinikäisiä terveysvaikutuksia. Kuitenkin interventiot, jotka minimoivat vähärasvaisen massan menetystä ja estävät hormonaalisia ja luuaineenvaihdunnan häiriöitä naisilla kalorirajoitusjaksojen aikana, puuttuvat edelleen.

Ketonikappaleet, ts. D-β-hydroksibutyraatti (βHB), asetoasetaatti (AcAc) ja asetoni ovat luonnossa esiintyviä kemiallisia yhdisteitä, jotka syntetisoituvat maksassa kiertävistä rasvahapoista olosuhteissa, joissa verensokeri- ja insuliinitasot ovat alhaiset. Normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa seerumin ketonipitoisuudet pysyvät alhaisina (< 0,1 mM). Kuitenkin nälänhädän tai ketogeenisen ruokavalion eli alhaisen hiilihydraattipitoisuuden aikana seerumin βHB- ja AcAc-pitoisuudet voivat nousta 5-8 mM:iin ja 1-2 mM:iin. Näissä olosuhteissa ketonikappaleet toimivat vaihtoehtoisena ja tehokkaampana energialähteenä eri kudoksille, mukaan lukien aivot, sydän ja luustolihakset, mikä "säästää" glukoosivarastoja. Normaaleissa olosuhteissa aivot voivat käyttää vain glukoosia energiapolttoaineena keskushermoston toimintojen ylläpitämiseen. Siksi glukoosivarastojen säästäminen energisen stressin aikana on erittäin tärkeää selviytymisen kannalta. Lisäksi tämä glukoosivarastojen säästäminen estää lihasproteiinien hajoamisen, joita voidaan käyttää glukoneogeneesin esiasteena, tarjoten glukoosia aivoille ja muille kudoksille. Näin ollen ketoaineiden saatavuus vähentää lihasproteiinien hajoamista glukoneogeneesiä varten ja näin ollen säilyttää luuston lihasmassaa, vaikka energian saatavuus on rajallinen. Siksi ketoaineiden pitoisuuksien kohottaminen voi olla tärkeä strategia luurankolihasten tuhlaamisen estämiseksi energisen stressin aikana.

Viime aikoina ketonikappaleiden seerumitasoja on voitu nostaa ottamalla ketonikappaleesteriä (R)-3-hydroksibutyyli(R)-3-hydroksibutyraattia (3HHB). Tämä suun kautta imeytyvä ketoniruumiin esteri on todistettu turvalliseksi ja hyvin siedettynä sekä eläimillä että ihmisillä, ja se voi nostaa ketoainepitoisuudet 30 minuutissa 5-6 mM:iin, joka on samanlainen kuin noin viikon paaston jälkeen. Tämän ketonikappaleesterin saatavuus mahdollistaa kontrolloidut tutkimukset ketokappaleiden vaikutuksesta lihasten homeostaasiin ilman nälänhädän ja ketogeenisen ruokavalion negatiivisia sivuvaikutuksia, eli korkeita seerumin triglyseridi- ja kolesterolitasoja. 3HHB:n vaikutuksista kestävyyteen kiistellään edelleen. Äskettäinen laboratoriomme tutkimus osoitti kuitenkin, että 3HHB:n nauttiminen harjoituksen jälkeen lisää proteiinisynteesin markkereita, mikä vahvistettiin edelleen in vitro -kokeilla. C2C12-myoblastit osoittivat lisääntynyttä leusiinivälitteistä lihasproteiinisynteesiä inkuboimalla ketonikappaleiden fysiologisia pitoisuuksia. Viimeksi havaitsimme, että ravintolisä 3HHB:llä paransi merkittävästi eloonjäämistä ja toiminnallisen kapasiteetin ja lihasten eheyden ylläpitämistä syöpäkakeksian hiirimallissa.

Näiden ketoaineiden anabolisten ominaisuuksien ja sen tosiasian vuoksi, että ketoaineet estävät lihasproteiinien hajoamisen glukoneogeneesiä varten energisen stressin aikana, ketoaineet voivat olla lupaava strategia luurankolihasten tuhlauksen estämiseksi tai hoitamiseksi. Siksi tavoitteemme on tutkia 3HHB:n saannin vaikutusta lihasten tuhlaukseen ja sen haitallisia seurauksia kalorirajoituksen aikana laihoilla naisilla. Lisäksi vertaamme 3HHB:n saannin vaikutuksia proteiinipitoiseen ruokavalioon, jota pidetään tällä hetkellä parhaana strategiana laihakuormituksen minimoimiseksi hypoenergeettisten jaksojen aikana. Lopuksi pyrimme tutkimaan 3HHB:n saannin synergistisiä vaikutuksia yhdessä proteiinipitoisen ruokavalion kanssa.