Effetti dei chetoni sulla perdita muscolare durante la restrizione calorica nelle donne magre

La termodinamica afferma che la massa corporea diminuisce durante i periodi in cui il dispendio energetico supera l'apporto energetico. Questo bilancio energetico negativo può essere ottenuto riducendo l'apporto energetico, chiamato restrizione calorica, aumentando il dispendio energetico, cioè un livello più elevato di attività fisica, o la combinazione di entrambi. Il deficit energetico sostenuto si traduce in una perdita netta di peso corporeo dovuta alla perdita di massa grassa e muscolare scheletrica in un rapporto di circa 3:11, a seconda della gravità della restrizione calorica, della composizione della dieta e della percentuale iniziale di grasso corporeo. Le diminuzioni della massa muscolare sono dovute a una combinazione di sintesi proteica muscolare sottoregolata in combinazione con un aumento della proteolisi muscolare mediata dall'ubiquitina-proteasoma, con conseguente turnover proteico netto negativo.

Nell'ambito dello sport, molti atleti cercano di perdere peso corporeo per raggiungere diversi obiettivi, come migliorare le prestazioni ottimizzando il rapporto peso/potenza, competere in una determinata categoria di peso corporeo o per ragioni estetiche. Tuttavia, la perdita di peso corporeo è spesso accompagnata da una dannosa perdita di massa muscolare scheletrica, che è associata a una miriade di conseguenze negative tra cui prestazioni fisiche compromesse e maggiore suscettibilità alle lesioni. Pertanto, gli atleti sottoposti a periodi di restrizione calorica si sforzano di perdere peso corporeo attraverso la perdita di grasso, riducendo al minimo la perdita di massa magra. Recenti studi hanno dimostrato che un aumento dell'apporto proteico, superiore al fabbisogno dietetico raccomandato (0,8 g/kg/giorno), attenua la perdita di massa muscolare durante la restrizione calorica. La ricerca ha dimostrato che la dieta iperproteica ha effetti minori sulla proteolisi muscolare rispetto alle normali proteine ​​alimentari, ma ripristina la sintesi proteica muscolare, che è probabilmente il meccanismo principale attraverso il quale viene preservata la massa magra. In particolare, nei giovani atleti sani, è dimostrato che un apporto proteico più elevato di 1,6-2,4 g per kg di peso corporeo al giorno riduce la perdita di massa muscolare durante i periodi di restrizione calorica a breve termine.

Nelle atlete, periodi più lunghi di scarsa disponibilità energetica (con o senza disturbi alimentari) sono spesso correlati a disfunzioni mestruali e diminuzione della densità minerale ossea, una sindrome chiamata "triade dell'atleta femminile". La triade è particolarmente comune negli sport che enfatizzano l'estetica o la magrezza e possono imporre conseguenze sulla salute per tutta la vita. Tuttavia, mancano ancora interventi che minimizzino la perdita di massa magra e prevengano le disregolazioni del metabolismo ormonale e osseo nelle donne durante i periodi di restrizione calorica.

Corpi chetonici, ad es. Il D-β-idrossibutirrato (βHB), l'acetoacetato (AcAc) e l'acetone sono composti chimici naturali sintetizzati nel fegato dagli acidi grassi circolanti in condizioni di bassi livelli di glucosio nel sangue e di insulina. In condizioni fisiologiche normali, la concentrazione dei livelli sierici di chetoni rimane bassa (< 0,1 mM). Tuttavia, durante la fame o l'applicazione di una dieta chetogenica, cioè a basso contenuto di carboidrati, le concentrazioni sieriche di βHB e AcAc possono aumentare rispettivamente fino a 5-8 mM e 1-2 mM. In queste condizioni, i corpi chetonici fungono da fonte di energia alternativa e più efficiente per vari tessuti, tra cui il cervello, il cuore e il muscolo scheletrico, "risparmiando" così le riserve di glucosio. In condizioni normali, il cervello può utilizzare solo il glucosio come combustibile energetico per mantenere le funzioni del sistema nervoso centrale. Pertanto, risparmiare le riserve di glucosio durante i periodi di stress energetico è estremamente importante per la sopravvivenza. Inoltre, questo risparmio di depositi di glucosio impedisce la rottura delle proteine ​​muscolari che possono essere utilizzate come precursori della gluconeogenesi, fornendo glucosio al cervello e ad altri tessuti. Quindi, la disponibilità di corpi chetonici riduce la degradazione delle proteine ​​muscolari per la gluconeogenesi e, quindi, preserva la massa muscolare scheletrica anche quando la disponibilità di energia è limitata. Pertanto, l'aumento dei livelli corporei chetonici può essere una strategia importante per prevenire l'atrofia muscolare scheletrica durante i periodi di stress energetico.

Recentemente, i livelli sierici di corpi chetonici possono essere aumentati dall'assunzione dell'estere del corpo chetonico (R)-3-idrossibutil (R)-3-idrossibutirrato (3HHB). Questo estere del corpo chetonico assorbibile per via orale si è dimostrato sicuro e ben tollerato sia negli animali che nell'uomo e può elevare i livelli del corpo chetonico entro 30 minuti a 5-6 mM, simili ai livelli dopo circa una settimana di digiuno. La disponibilità di questo estere del corpo chetonico consente studi controllati sull'effetto dei corpi chetonici sull'omeostasi muscolare senza gli effetti collaterali negativi della fame e di una dieta chetogenica, cioè alti livelli sierici di trigliceridi e colesterolo. Gli effetti di 3HHB sulle prestazioni di resistenza sono ancora dibattuti. Tuttavia, un recente studio del nostro laboratorio ha dimostrato che l'ingestione post-esercizio di 3HHB aumenta i marcatori della sintesi proteica, il che è stato ulteriormente confermato da esperimenti in vitro. I mioblasti C2C12 hanno mostrato un aumento della sintesi proteica muscolare mediata dalla leucina mediante incubazione di concentrazioni fisiologiche di corpi chetonici. Più recentemente, abbiamo scoperto che l'integrazione alimentare con 3HHB ha sostanzialmente migliorato la sopravvivenza e il mantenimento della capacità funzionale e dell'integrità muscolare in un modello murino di cachessia tumorale.

A causa di queste proprietà anaboliche dei corpi chetonici e del fatto che i corpi chetonici prevengono la disgregazione delle proteine ​​muscolari per la gluconeogenesi durante lo stress energetico, i corpi chetonici possono essere una strategia promettente per prevenire o trattare la deperimento muscolare scheletrico. Pertanto, il nostro obiettivo è quello di studiare l'effetto dell'assunzione di 3HHB sulla perdita muscolare e le sue conseguenze negative durante un periodo di restrizione calorica nelle donne magre. Inoltre, confrontiamo gli effetti dell'assunzione di 3HHB con una dieta ricca di proteine, che è attualmente considerata la migliore strategia per ridurre al minimo la perdita di massa magra durante i periodi ipoenergetici. Per concludere, ci proponiamo di indagare gli effetti sinergici dell'assunzione di 3HHB in combinazione con una dieta ricca di proteine.