Effekter av ketoner på muskelförlust under kalorirestriktion hos magra kvinnor

Termodynamik säger att kroppsmassan minskar under perioder då energiförbrukningen överstiger energiintaget. Denna negativa energibalans kan erhållas antingen genom att minska energiintaget, så kallad kalorirestriktion, genom att öka energiförbrukningen, det vill säga högre nivå av fysisk aktivitet, eller kombinationen av båda. Det ihållande energiunderskottet resulterar i en nettoförlust av kroppsvikt på grund av förluster av både fett och skelettmuskelmassa i ett förhållande på cirka 3:11, beroende på hur allvarlig kalorirestriktionen är, dietens sammansättning och den ursprungliga kroppsfettprocenten. Minskningar i muskelmassa beror på en kombination av nedreglerad muskelproteinsyntes i samband med en ökad ubiquitin-proteasom-medierad muskelproteolys, vilket resulterar i en negativ nettoproteinomsättning.

I idrottssammanhang försöker många idrottare gå ner i kroppsvikt för att uppnå olika mål, som att förbättra prestanda genom att optimera kraft-till-vikt-förhållandet, tävla i en viss kroppsviktskategori eller av estetiska skäl. Men förlusten av kroppsvikt åtföljs ofta av skadlig förlust av skelettmuskelmassa, vilket är förknippat med en myriad av negativa konsekvenser inklusive försämrad fysisk prestation och ökad känslighet för skador. Därför strävar idrottare som genomgår perioder av kalorirestriktioner efter kroppsviktminskning via fettförlust, samtidigt som de minimerar förlusten av mager massa. Nyligen genomförda studier har visat att ett ökat proteinintag, högre än den rekommenderade dietmängden (0,8 g/kg/dag), dämpar förlusten av muskelmassa under kalorirestriktion. Forskning har visat att den höga proteindieten har mindre effekter på muskelproteolysen jämfört med normalt dietprotein men återställer muskelproteinsyntesen, vilket förmodligen är den primära mekanismen genom vilken mager massa bevaras. Specifikt hos unga friska idrottare har det visat sig att ett högre proteinintag på 1,6-2,4 g per kg kroppsvikt per dag minskar förlusten av muskelmassa under kortvariga kaloribegränsningsperioder.

Hos kvinnliga idrottare är längre perioder med låg energitillgänglighet (med eller utan ätstörning) ofta relaterade till menstruationsstörningar och minskad bentäthet, ett syndrom som kallas "kvinnliga idrottstriaden". Triaden är särskilt vanlig i sporter som betonar estetik eller slankhet och kan medföra livslånga hälsokonsekvenser. Insatser som minimerar förlust av mager massa och förhindrar hormon- och benmetabolismstörningar hos kvinnor under perioder med kalorirestriktioner saknas dock fortfarande.

Ketonkroppar, dvs. D-β-hydroxibutyrat (βHB), acetoacetat (AcAc) och aceton är naturligt förekommande kemiska föreningar som syntetiseras i levern från cirkulerande fettsyror under förhållanden med låga blodsocker- och insulinnivåer. Under normala fysiologiska tillstånd förblir koncentrationen av serumketonnivåer låga (< 0,1 mM). Men under svält eller applicering av en ketogen diet, dvs låg kolhydrathalt, kan serumkoncentrationerna av βHB och AcAc öka upp till 5-8 mM respektive 1-2 mM. Under dessa tillstånd fungerar ketonkroppar som en alternativ och effektivare energikälla för olika vävnader, inklusive hjärnan, hjärtat och skelettmuskulaturen, och "sparar" därigenom glukoslagringarna. Under normala förhållanden kan hjärnan bara använda glukos som energibränsle för att upprätthålla centrala nervsystemets funktioner. Därför är det oerhört viktigt att spara på glukoslagringar under perioder av energisk stress för att överleva. Dessutom förhindrar denna sparande av glukoslagring nedbrytningen av muskelproteiner som kan användas som prekursorer för glukoneogenes, vilket ger glukos till hjärnan och andra vävnader. Följaktligen minskar tillgängligheten av ketonkroppar nedbrytningen av muskelproteiner för glukoneogenes och bevarar således skelettmuskelmassa även när energitillgången är begränsad. Därför kan höjda ketonnivåer i kroppen vara en viktig strategi för att förhindra skelettmuskelförlust under perioder av energisk stress.

Sedan nyligen kan serumnivåerna av ketonkroppar ökas genom intag av ketonkroppsestern (R)-3-hydroxibutyl (R)-3-hydroxibutyrat (3HHB). Denna oralt absorberbara ketonkroppsester har visat sig vara säker och vältolererad hos både djur och människor och kan höja ketonkroppsnivåerna inom 30 minuter till 5-6 mM, liknande nivåer efter cirka en veckas fasta. Tillgängligheten av denna ketonkroppsester möjliggör kontrollerade studier av effekten av ketonkroppar på muskelhomeostas utan de negativa biverkningarna av svält och en ketogen diet, dvs höga serumtriglycerider och kolesterolnivåer. Effekterna av 3HHB på uthållighetsprestanda diskuteras fortfarande. En nyligen genomförd studie från vårt labb visade dock att intag av 3HHB efter träning ökar markörerna för proteinsyntes, vilket ytterligare bekräftades av in vitro-experiment. C2C12-myoblaster visade ökad leucin-medierad muskelproteinsyntes genom inkubation av fysiologiska koncentrationer av ketonkroppar. Senast fann vi att kosttillskott med 3HHB väsentligt förbättrade överlevnaden och upprätthållandet av funktionell kapacitet och muskulär integritet i en musmodell av cancerkakexi.

På grund av dessa anabola egenskaper hos ketonkroppar och det faktum att ketonkroppar förhindrar muskelproteinnedbrytning för glukoneogenes under energetisk stress, kan ketonkroppar vara en lovande strategi för att förebygga eller behandla skelettmuskelförlust. Därför är vårt mål att undersöka effekten av 3HHB-intag på muskelförtvining och dess negativa konsekvenser under en period av kalorirestriktioner hos magra kvinnor. Dessutom jämför vi effekterna av 3HHB-intag med en proteinrik kost, som för närvarande anses vara den bästa strategin för att minimera mager förlust under hypoenergetiska perioder. För att avsluta, siktar vi på att undersöka de synergistiska effekterna av intag av 3HHB i kombination med en proteinrik kost.