Влияние кетогенной диеты на скелетные мышцы

С возрастом мы теряем скелетную мышечную массу даже при отсутствии заболеваний (саркопения), увеличивая риск смерти. Низкая митохондриальная масса и активность способствуют саркопении. Гипотеза заключается в том, что кетогенная диета улучшает митохондриальную массу и функцию скелетных мышц, когда они снижаются из-за старения или болезни, но не у спортсменов, у которых качество митохондрий высокое.

Ключевые моменты

• Кетогенная диета (КД) увеличивает продолжительность жизни на 13,6 % у мышей.
• КД увеличивает митохондриальную массу и активность скелетных мышц, а также показатели мышечной силы (сила захвата) и выносливости (подвешивание на проволоке) у старых мышей.
• KД активирует семейство факторов транскрипции, активируемых рецептором, активирующим пролиферацию пероксисом (ПП), что приводит к увеличению ферментов, необходимых для транспортировки и окисления жирных кислот в качестве топлива.
• ПП также увеличивают киназы пируватдегидрогеназы, которые ограничивают скорость окисления углеводов, что приводит к нарушению использования глюкозы и снижению производительности.

В 2000 году было подсчитано, что прямые затраты на саркопению в Соединенных Штатах составляли 18,5 миллиардов долларов в год, и это число быстро росло, что подчеркивает важность поддержания мышечной массы на протяжении всей нашей жизни. Эта потеря мышечной массы у людей с возрастом сопровождается преимущественной потерей площади волокон II типа. Это важное различие, потому что волокна типа IIa способны поддерживать высокую силу лучше, чем другие типы волокон. Одним из способов обеспечить сохранение массы и силы скелетных мышц на протяжении всей жизни являются физические упражнения; однако многие не могут или не хотят тренироваться с интенсивностью, необходимой для достижения физиологической адаптации, необходимой для поддержания улучшенного качества жизни.

Одним из многих физиологических факторов, которые могут инициировать или усиливать саркопению как у людей, так и у грызунов, является снижение массы митохондрий или активности в скелетных мышцах. Помимо саркопении, здоровье митохондрий играет важную роль в различных заболеваниях скелетных мышц. Одним из основных последствий старения является снижение биоэнергетики митохондрий, независимо от изменений обезжиренной массы. Исследования с использованием биопсий мышц человека у здоровых пожилых людей показывают возрастное снижение митохондриальной массы, О2 потребление, контроль качества митохондрий и активность окислительного фосфорилирования по сравнению с молодыми контрольными группами. Эти данные свидетельствуют о том, что возрастные изменения в функции митохондрий вызваны уменьшением как количества, так и качества митохондрий. Поэтому крайне важно подумать о том, как поддерживать здоровье и активность митохондрий с возрастом. В 2017 году Робертс изучал влияние кетогенной диеты на продолжительность жизни и продолжительность здоровья у самцов мышей; в частности, измеряя функции мышц и мозга в зависимости от возраста и диеты. В этом контексте мы увидим, что KД увеличила продолжительность жизни на 13,6 % с сопутствующим увеличением митохондриальной массы скелетных мышц и активности ферментов в конце жизни, а также сохранил мышечную силу (силу захвата) и выносливость (подвешивание на 4 конечностях). Как и у мышей, КД у людей увеличивает функцию митохондрий, предполагая, что метаболический сдвиг, необходимый для адаптации к КД, приводит к увеличению массы митохондрий и функции скелетных мышц [1].

Поскольку выработка окислительной энергии является ключом выносливости, диеты с высоким содержанием жиров также были предложены в качестве инструмента для повышения спортивных результатов. Тем не менее улучшение мышечной функции у старых животных на KД не привело к улучшению результатов у элитных спортсменов. Фактически, многочисленные исследования показали, что-либо нет пользы, либо, возможно, ухудшение результатов при КД [2].

КД улучшает митохондриальную массу и функцию скелетных мышц только тогда, когда качество митохондрий снизилось из-за старения или болезни, но у спортсменов, у которых качество митохондрий уже высокое, КД не улучшает митохондриальную массу и активность дальше. В этом обзоре мы обсуждаем доказательства в пользу и против этой гипотезы и то, как эти эффекты КД опосредованы на молекулярном уровне. КД определяется как диета, состоящая из менее 50 г углеводов (CHO) в день у людей, тогда как у грызунов потребность составляет менее 5 % и менее 10 % от общего количества калорий, поступающих из CHO и белка, соответственно. Более низкое потребление белка необходимо из-за повышенной способности к глюконеогенезу у крыс и мышей [2].

Выработка кетоновых тел (КТ), таких как ацетоацетат (AcAc) и β-гидроксибутират (βHB), посредством кетогенеза является эволюционно сохраненным процессом, который играет важную роль в выживании млекопитающих в условиях стресса ограниченной доступности пищи. КТ – это молекулы липидного происхождения, которые в основном вырабатываются в печени в ответ на дефицит глюкозы. В ответ на КД, голодание или длительные физические упражнения КТ распределяются в скелетных мышцах, которые в среднем составляют 41,3 % и 33,1 % массы тела у взрослых мужчин и женщин соответственно (11). КТ, а именно βHB, импортируются в митохондрии скелетных мышц с помощью монокарбоксилатных транспортеров и окисляются в AcAc с помощью D-β-гидроксибутиратдегидрогеназы, которая быстро генерирует две молекулы ацетил-кофермента А (КоА) (12). Вместе с увеличением βHB скелетные мышцы также становятся более зависимыми от жирных кислот для выработки аденозинтрифосфата (АТФ), что приводит к резкому изменению метаболизма

При ограниченных стратегиях смягчения возрастной потери скелетных мышц у людей КД и сопутствующее ему увеличение поглощения и окисления жирных кислот, а также уровней ацетилирования остается интересной областью исследований, и на сегодняшний день большая часть захватывающих данных, полученных в исследованиях на грызунах, нуждается в переводе на людей. Учитывая возможность поддержания мышечной массы и функции, а также биогенеза и контроля качества митохондрий с возрастом, будет важно дополнительно выяснить механизмы действия, приводящие к этим полезным изменениям, наблюдаемым у грызунов [3].