Effecten van ketonen op spierverspilling tijdens caloriebeperking bij magere vrouwen

De thermodynamica stelt dat de lichaamsmassa afneemt in perioden waarin het energieverbruik hoger is dan de energie-inname. Deze negatieve energiebalans kan worden bereikt door de energie-inname te verminderen, calorierestrictie genoemd, door het energieverbruik te verhogen, d.w.z. een hoger niveau van fysieke activiteit, of door de combinatie van beide. Het aanhoudende energietekort resulteert in een netto verlies van lichaamsgewicht als gevolg van verlies van zowel vet als skeletspiermassa in een verhouding van ongeveer 3:11, afhankelijk van de ernst van de caloriebeperking, de samenstelling van het dieet en het initiële lichaamsvetpercentage. Afname van spiermassa is het gevolg van een combinatie van neerwaarts gereguleerde spiereiwitsynthese in combinatie met een verhoogde ubiquitine-proteasoom-gemedieerde spierproteolyse, resulterend in een negatieve netto eiwitomzet.

In de context van sport proberen veel atleten lichaamsgewicht te verliezen om verschillende doelen te bereiken, zoals het verbeteren van de prestaties door de verhouding tussen vermogen en gewicht te optimaliseren, wedstrijden in een bepaalde categorie lichaamsgewicht of om esthetische redenen. Het verlies van lichaamsgewicht gaat echter vaak gepaard met een nadelig verlies van skeletspiermassa, wat gepaard gaat met een groot aantal negatieve gevolgen, waaronder verminderde fysieke prestaties en verhoogde vatbaarheid voor letsel. Daarom streven atleten die periodes van caloriebeperking doormaken naar gewichtsverlies via vetverlies, terwijl ze het verlies van vetvrije massa minimaliseren. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat een verhoogde eiwitinname, hoger dan de aanbevolen dagelijkse hoeveelheid (0,8 g/kg/dag), het verlies aan spiermassa tijdens calorierestrictie vermindert. Onderzoek heeft aangetoond dat het eiwitrijke dieet kleine effecten heeft op spierproteolyse in vergelijking met normale voedingseiwitten, maar de spiereiwitsynthese herstelt, wat waarschijnlijk het belangrijkste mechanisme is waarmee vetvrije massa behouden blijft. Specifiek bij jonge gezonde sporters is aangetoond dat een hogere eiwitinname van 1,6-2,4 g per kg lichaamsgewicht per dag vermindert het verlies van spiermassa tijdens korte periodes van calorierestrictie.

Bij vrouwelijke atleten houden langere periodes van lage energiebeschikbaarheid (met of zonder eetstoornis) vaak verband met menstruele disfuncties en verminderde botmineraaldichtheid, een syndroom dat de 'triade van vrouwelijke atleten' wordt genoemd. De triade komt vooral veel voor in sporten die de nadruk leggen op esthetiek of magerheid en die levenslange gevolgen voor de gezondheid kunnen hebben. Er ontbreken echter nog steeds interventies die het verlies van vetvrije massa tot een minimum beperken en ontregelingen van het hormoon- en botmetabolisme bij vrouwen tijdens perioden van caloriebeperking voorkomen.

Ketonlichamen, d.w.z. D-β-hydroxybutyraat (βHB), acetoacetaat (AcAc) en aceton zijn van nature voorkomende chemische verbindingen die in de lever worden gesynthetiseerd uit circulerende vetzuren onder omstandigheden van lage bloedglucose- en insulinespiegels. Onder normale fysiologische omstandigheden blijft de concentratie van serumketonspiegels laag (< 0,1 mM). Tijdens uithongering of het volgen van een ketogeen dieet, d.w.z. een laag koolhydraatgehalte, kunnen de serumconcentraties van βHB en AcAc echter oplopen tot respectievelijk 5-8 mM en 1-2 mM. Onder deze omstandigheden dienen ketonlichamen als een alternatieve en efficiëntere energiebron voor verschillende weefsels, waaronder de hersenen, het hart en de skeletspieren, waardoor de glucoseopslag wordt 'ontzien'. Onder normale omstandigheden kunnen de hersenen glucose alleen gebruiken als energiebrandstof om de functies van het centrale zenuwstelsel in stand te houden. Daarom is het sparen van glucosevoorraden tijdens perioden van energetische stress uiterst belangrijk om te overleven. Bovendien voorkomt dit sparen van glucoseopslag de afbraak van spiereiwitten die kunnen worden gebruikt als voorlopers voor gluconeogenese, waardoor glucose wordt geleverd aan de hersenen en andere weefsels. Vandaar dat de beschikbaarheid van ketonlichamen de afbraak van spiereiwitten voor gluconeogenese vermindert en zo de skeletspiermassa behoudt, zelfs wanneer de energiebeschikbaarheid beperkt is. Daarom kan het verhogen van ketonlichaamsniveaus een belangrijke strategie zijn om skeletspierverspilling tijdens perioden van energetische stress te voorkomen.

Sinds kort kunnen de serumspiegels van ketonlichamen worden verhoogd door de inname van de ketonlichaamester (R)-3-hydroxybutyl(R)-3-hydroxybutyraat (3HHB). Deze oraal opneembare ketonbody-ester is bewezen veilig en wordt goed verdragen door zowel dieren als mensen en kan de ketonlichaamspiegels binnen 30 minuten verhogen tot 5-6 mM, vergelijkbaar met niveaus na ongeveer een week vasten. De beschikbaarheid van deze ketonbody-ester maakt gecontroleerde studies mogelijk naar het effect van ketonlichamen op spierhomeostase zonder de negatieve bijwerkingen van uithongering en een ketogeen dieet, d.w.z. hoge serumtriglyceriden- en cholesterolwaarden. Over de effecten van 3HHB op het uithoudingsvermogen wordt nog steeds gedebatteerd. Een recente studie van ons laboratorium toonde echter aan dat inname van 3HHB na het sporten de markers van eiwitsynthese verhoogt, wat verder werd bevestigd door in vitro experimenten. C2C12-myoblasten vertoonden verhoogde leucine-gemedieerde spiereiwitsynthese door incubatie van fysiologische concentraties van ketonlichamen. Meest recent hebben we ontdekt dat voedingssuppletie met 3HHB de overleving en het behoud van functionele capaciteit en spierintegriteit aanzienlijk verbeterde in een muismodel van kankercachexie.

Vanwege deze anabole eigenschappen van ketonlichamen en het feit dat ketonlichamen de afbraak van spiereiwitten voor gluconeogenese tijdens energetische stress voorkomen, kunnen ketonlichamen een veelbelovende strategie zijn om skeletspierverspilling te voorkomen of te behandelen. Daarom is ons doel om het effect van 3HHB-inname op spierafbraak en de nadelige gevolgen ervan tijdens een periode van caloriebeperking bij magere vrouwen te onderzoeken. Daarnaast vergelijken we de effecten van de inname van 3HHB met een eiwitrijk dieet, dat momenteel wordt beschouwd als de beste strategie om vetverlies tijdens hypo-energetische periodes te minimaliseren. Tot slot willen we de synergetische effecten onderzoeken van de inname van 3HHB in combinatie met een eiwitrijk dieet.