Effekter av ketoner på muskelsvinn under kalorirestriksjon hos magre kvinner

Termodynamikk sier at kroppsmassen avtar i perioder hvor energiforbruket overstiger energiinntaket. Denne negative energibalansen kan oppnås enten ved å redusere energiinntaket, kalt kalorirestriksjon, ved å øke energiforbruket, dvs. høyere nivå av fysisk aktivitet, eller kombinasjonen av begge. Det vedvarende energiunderskuddet resulterer i et nettotap av kroppsvekt på grunn av tap av både fett og skjelettmuskelmasse i et forhold på omtrent 3:11, avhengig av alvorlighetsgraden av kalorirestriksjonen, diettsammensetningen og den opprinnelige kroppsfettprosenten. Nedgang i muskelmasse skyldes en kombinasjon av nedregulert muskelproteinsyntese i forbindelse med økt ubiquitin-proteasommediert muskelproteolyse, noe som resulterer i en negativ netto proteinomsetning.

I idrettssammenheng prøver mange idrettsutøvere å gå ned i kroppsvekt for å oppnå ulike mål, for eksempel å forbedre ytelsen ved å optimalisere kraft-til-vekt-forholdet, konkurrere i en bestemt kroppsvektkategori eller av estetiske årsaker. Men tapet av kroppsvekt er ofte ledsaget av skadelig tap av skjelettmuskelmasse, som er assosiert med en myriade av negative konsekvenser inkludert nedsatt fysisk ytelse og økt mottakelighet for skader. Derfor streber idrettsutøvere som gjennomgår perioder med kalorirestriksjon etter kroppsvekttap via fetttap, mens de minimerer tap av mager masse. Nyere studier har vist at et økt proteininntak, høyere enn anbefalt kosttilskudd (0,8 g/kg/dag), demper tapet av muskelmasse under kalorirestriksjon. Forskning har vist at høyproteindietten har mindre effekter på muskelproteolyse sammenlignet med normalt kostprotein, men gjenoppretter muskelproteinsyntesen, som sannsynligvis er den primære mekanismen for å bevare mager masse. Spesielt hos unge friske idrettsutøvere er det vist at et høyere proteininntak på 1,6-2,4 g per kg kroppsvekt per dag reduserer tapet av muskelmasse under kortvarige kalorirestriksjonsperioder.

Hos kvinnelige idrettsutøvere er lengre perioder med lav energitilgjengelighet (med eller uten spiseforstyrrelse) ofte forbundet med menstruasjonsdysfunksjoner og redusert bentetthet, et syndrom som kalles "kvinnelig idrettstriad". Triaden er spesielt vanlig i idretter som legger vekt på estetikk eller slankhet og kan påføre livslange helsekonsekvenser. Imidlertid mangler intervensjoner som minimerer tap av mager masse og forhindrer hormon- og benmetabolismeforstyrrelser hos kvinner i perioder med kalorirestriksjon.

Ketonlegemer, dvs. D-β-hydroksybutyrat (βHB), acetoacetat (AcAc) og aceton er naturlig forekommende kjemiske forbindelser syntetisert i leveren fra sirkulerende fettsyrer under forhold med lavt blodsukker og insulinnivå. Under normale fysiologiske forhold forblir konsentrasjonen av serumketonnivåer lav (< 0,1 mM). Men under sult eller bruk av ketogen diett, dvs. lavt karbohydratinnhold, kan serumkonsentrasjoner av βHB og AcAc øke opp til henholdsvis 5-8 mM og 1-2 mM. Under disse forholdene tjener ketonlegemer som en alternativ og mer effektiv energikilde for ulike vev, inkludert hjernen, hjertet og skjelettmuskulaturen, og "sparer" dermed glukoselagrene. Under normale forhold kan hjernen bare bruke glukose som energidrivstoff for å opprettholde sentralnervesystemets funksjoner. Derfor er sparsomme glukoselagre i perioder med energisk stress ekstremt viktig for overlevelse. Dessuten forhindrer denne sparingen av glukoselagring nedbrytning av muskelproteiner som kan brukes som forløpere for glukoneogenese, og gir glukose til hjernen og annet vev. Derfor reduserer tilgjengeligheten av ketonlegemer nedbrytningen av muskelproteiner for glukoneogenese og bevarer dermed skjelettmuskelmassen selv når energitilgjengeligheten er begrenset. Derfor kan heve ketonnivåer i kroppen være en viktig strategi for å forhindre skjelettmuskelsvinn i perioder med energisk stress.

Siden nylig kan serumnivåer av ketonlegemer økes ved inntak av ketonlegemeesteren (R)-3-hydroksybutyl (R)-3-hydroksybutyrat (3HHB). Denne oralt absorberbare ketonkroppsesteren er bevist trygg og godt tolerert hos både dyr og mennesker og kan heve ketonkroppsnivåer innen 30 minutter til 5-6 mM, tilsvarende nivåer etter omtrent en ukes faste. Tilgjengeligheten av denne ketonkroppsesteren tillater kontrollerte studier av effekten av ketonlegemer på muskelhomeostase uten de negative bivirkningene av sult og en ketogen diett, dvs. høye serumtriglyserid- og kolesterolnivåer. Effekten av 3HHB på utholdenhetsytelse er fortsatt diskutert. En fersk studie fra laboratoriet vårt viste imidlertid at inntak av 3HHB etter trening øker markører for proteinsyntese, noe som ble ytterligere bekreftet av in vitro-eksperimenter. C2C12 myoblaster viste økt leucin-mediert muskelproteinsyntese ved inkubering av fysiologiske konsentrasjoner av ketonlegemer. Senest fant vi at kosttilskudd med 3HHB betydelig forbedret overlevelse og vedlikehold av funksjonell kapasitet og muskulær integritet i en musemodell av kreftkakeksi.

På grunn av disse anabole egenskapene til ketonlegemer og det faktum at ketonlegemer forhindrer muskelproteinnedbrytning for glukoneogenese under energisk stress, kan ketonlegemer være en lovende strategi for å forhindre eller behandle skjelettmuskelsvinn. Derfor er målet vårt å undersøke effekten av 3HHB-inntak på muskelsvinn og dens negative konsekvenser i en periode med kalorirestriksjon hos magre kvinner. I tillegg sammenligner vi effekten av 3HHB-inntak med et kosthold med høyt proteininnhold, som for tiden anses som den beste strategien for å minimere magert tap under hypoenergetiske perioder. For å avslutte, tar vi sikte på å undersøke de synergistiske effektene av inntak av 3HHB i kombinasjon med et proteinrikt kosthold.