Wpływ ketonów na zanik mięśni podczas ograniczenia kalorii u szczupłych kobiet

Termodynamika stwierdza, że ​​masa ciała spada w okresach, w których wydatek energetyczny przekracza pobór energii. Ten ujemny bilans energetyczny można uzyskać poprzez zmniejszenie spożycia energii, zwane restrykcją kaloryczną, poprzez zwiększenie wydatku energetycznego, czyli wyższy poziom aktywności fizycznej, lub połączenie obu. Utrzymujący się deficyt energetyczny skutkuje utratą netto masy ciała z powodu utraty zarówno tkanki tłuszczowej, jak i masy mięśni szkieletowych w stosunku około 3:11, w zależności od stopnia ograniczenia kalorycznego, składu diety i początkowej zawartości tkanki tłuszczowej. Spadki masy mięśniowej są spowodowane kombinacją obniżonej syntezy białek mięśniowych w połączeniu ze zwiększoną proteolizą mięśni, w której pośredniczy ubikwityna-proteasom, co skutkuje ujemnym obrotem białka netto.

W kontekście sportu wielu sportowców próbuje schudnąć, aby osiągnąć różne cele, takie jak poprawa wydajności poprzez optymalizację stosunku mocy do masy, rywalizację w określonej kategorii wagowej lub ze względów estetycznych. Jednak utracie masy ciała często towarzyszy niekorzystna utrata masy mięśni szkieletowych, co wiąże się z szeregiem negatywnych konsekwencji, w tym pogorszeniem wydolności fizycznej i zwiększoną podatnością na kontuzje. Dlatego sportowcy przechodzący okresy restrykcji kalorycznych dążą do utraty masy ciała poprzez utratę tkanki tłuszczowej, przy jednoczesnym zminimalizowaniu utraty beztłuszczowej masy ciała. Ostatnie badania wykazały, że zwiększone spożycie białka, wyższe niż zalecane spożycie (0,8 g/kg/dzień), łagodzi utratę masy mięśniowej podczas restrykcji kalorycznej. Badania wykazały, że dieta wysokobiałkowa ma niewielki wpływ na proteolizę mięśni w porównaniu z normalnym białkiem dietetycznym, ale przywraca syntezę białek mięśniowych, co jest prawdopodobnie głównym mechanizmem zachowania beztłuszczowej masy mięśniowej. W szczególności u młodych zdrowych sportowców wykazano, że wyższe spożycie białka o 1,6-2,4 g na kg masy ciała dziennie zmniejsza utratę masy mięśniowej podczas krótkotrwałych okresów restrykcji kalorycznej.

U zawodniczek dłuższe okresy niskiej dostępności energii (z zaburzeniami odżywiania lub bez) są często powiązane z zaburzeniami miesiączkowania i zmniejszoną gęstością mineralną kości, zespołem zwanym „triadą zawodniczek”. Triada ta jest szczególnie powszechna w sportach, które kładą nacisk na estetykę lub szczupłą sylwetkę i może wiązać się z konsekwencjami zdrowotnymi na całe życie. Wciąż jednak brakuje interwencji, które minimalizują utratę beztłuszczowej masy ciała oraz zapobiegają rozregulowaniom gospodarki hormonalnej i kostnej u kobiet w okresach restrykcji kalorycznych.

Ciała ketonowe, tj. D-β-hydroksymaślan (βHB), acetooctan (AcAc) i aceton to naturalnie występujące związki chemiczne syntetyzowane w wątrobie z krążących kwasów tłuszczowych w warunkach niskiego poziomu glukozy i insuliny we krwi. W normalnych warunkach fizjologicznych stężenie ciał ketonowych w surowicy pozostaje niskie (< 0,1 mM). Jednak podczas głodzenia lub stosowania diety ketogenicznej, czyli niskowęglowodanowej, stężenie βHB i AcAc w surowicy może wzrosnąć odpowiednio do 5-8 mM i 1-2 mM. W tych warunkach ciała ketonowe służą jako alternatywne i wydajniejsze źródło energii dla różnych tkanek, w tym mózgu, serca i mięśni szkieletowych, „oszczędzając” w ten sposób magazyny glukozy. W normalnych warunkach mózg może wykorzystywać glukozę jako paliwo energetyczne do utrzymania funkcji ośrodkowego układu nerwowego. Dlatego oszczędzanie zapasów glukozy w okresach stresu energetycznego jest niezwykle ważne dla przeżycia. Poza tym, to oszczędzanie zapasów glukozy zapobiega rozpadowi białek mięśniowych, które mogą być użyte jako prekursory glukoneogenezy, dostarczając glukozę do mózgu i innych tkanek. W związku z tym dostępność ciał ketonowych zmniejsza rozpad białek mięśniowych na potrzeby glukoneogenezy, a tym samym zachowuje masę mięśni szkieletowych, nawet gdy dostępność energii jest ograniczona. Dlatego podnoszenie poziomu ciał ketonowych może być ważną strategią zapobiegania zanikowi mięśni szkieletowych w okresach stresu energetycznego.

Od niedawna poziom ciał ketonowych w surowicy można zwiększyć poprzez spożycie estru ciała ketonowego (R)-3-hydroksybutylo(R)-3-hydroksymaślanu (3HHB). Udowodniono, że ten wchłanialny doustnie ester ciała ketonowego jest bezpieczny i dobrze tolerowany zarówno przez zwierzęta, jak i ludzi i może podnieść poziom ciał ketonowych w ciągu 30 minut do 5-6 mM, podobnie jak po około tygodniu postu. Dostępność tego estru ciał ketonowych pozwala na kontrolowane badania wpływu ciał ketonowych na homeostazę mięśniową bez negatywnych skutków ubocznych głodówki i diety ketogenicznej, tj. wysokiego poziomu trójglicerydów i cholesterolu w surowicy. Wpływ 3HHB na wytrzymałość jest nadal przedmiotem dyskusji. Jednak ostatnie badanie przeprowadzone w naszym laboratorium wykazało, że spożycie 3HHB po wysiłku fizycznym zwiększa markery syntezy białek, co zostało dodatkowo potwierdzone w eksperymentach in vitro. Mioblasty C2C12 wykazały zwiększoną syntezę białek mięśniowych za pośrednictwem leucyny poprzez inkubację fizjologicznych stężeń ciał ketonowych. Ostatnio stwierdziliśmy, że suplementacja diety 3HHB znacznie poprawiła przeżywalność i utrzymanie zdolności funkcjonalnej i integralności mięśni w mysim modelu wyniszczenia nowotworowego.

Ze względu na te anaboliczne właściwości ciał ketonowych i fakt, że ciała ketonowe zapobiegają rozpadowi białek mięśniowych w celu glukoneogenezy podczas stresu energetycznego, ciała ketonowe mogą być obiecującą strategią zapobiegania lub leczenia zaniku mięśni szkieletowych. Dlatego naszym celem jest zbadanie wpływu spożycia 3HHB na zanik mięśni i jego niekorzystnych konsekwencji w okresie restrykcji kalorycznej u szczupłych kobiet. Ponadto porównujemy efekty spożycia 3HHB z dietą wysokobiałkową, która jest obecnie uważana za najlepszą strategię minimalizowania utraty masy mięśniowej w okresach hipoenergetycznych. Na koniec naszym celem jest zbadanie synergistycznych efektów spożycia 3HHB w połączeniu z dietą wysokobiałkową.