POVZETEK RAZISKOVALNIH PROJEKTOV IEK Weave

S povečano nadmorsko višino povezano zmanjšanje sistemske razpoložljivosti kisika, povzroči znaten stres in inducira množico različnih fizioloških prilagoditev. Čeprav človeško prilagajanje na povečano nadmorsko višine raziskujemo že stoletje in pol, se še vedno iščejo nove metode za ublažitev akutnega in dolgotrajnega zmanjšanja človeške zmogljivosti, funkcionalne zmožnosti in drugih težav (npr. akutne višinske bolezni) povezanih z izpostavitvijo hipoksiji na višini. To ni zanimivo zgolj za alpiniste ali športnike, ki tekmujejo na povečani nadmorski višini, ampak je izjemnega pomena tudi za različne klinične populacije, katerih stanja so povezana z lokalno ali sistemsko hipoksijo, kot so hude pljučne bolezni, cerebro-vaskularni ali kardio-vaskularni zapleti. Glede na zgodnje raziskave na živalih in skupno preliminarno delo obeh projektnih partnerjev se zdi, da bi bila ena takšna nova, in do danes še ne raziskana strategija, s peroralno suplementacijo ketonskih monoestrov (KE) povzročena intermitentna eksogena ketoza (IEK). Prepričljivi predhodni rezultati namreč kažejo, da ketonska telesa lahko izboljšajo hipoksično toleranco in služijo tudi kot gorivo za (skeletno) mišično in nevronsko celično aktivnost v hipoksičnem okolju. Skladno z navedenim je bil cilj pričujočega projekta celovito raziskati učinke intermitentne eksogene ketoze na fiziološke, kognitivne in funkcionalne prilagoditve med akutno in dolgotrajno hipoksijo tako med mirovanjem kot med vadbo.

V ta namen sta projektni raziskovalni skupini iz Univerze v Ljubljani in Katoliške Univerze v Leuven-u do danes izvedli 5 slepih, randomiziranih in s placebom nadzorovanih raziskovalnih protokolov.

V 1. raziskovalnem protokolu smo sistematično preučevali vpliv intermitentne eksogene ketoze na razvoj akutne višinske bolezni, spremljajoče fiziološke mehanizme ter športno in kognitivno zmogljivost med akutno izpostavljenostjo simulirani nadmorski višini 4000–4500 m. Raziskovalni protokol se je v ta namen izvedel v t. i. normobarični hipoksiji v višinskih sobah blizu morske gladine v objektu Bakala Academy, ki ga belgijski partner uporablja za višinske priprave svojih športnikov. V 29–urnem randomiziranem, dvojno zaslepljenem in s placebo nadzorovanem raziskovalnem protokolu je sodelovalo 14 zdravih in rekreativno treniranih moških, ki so v ločenih raziskovalnih dnevih prejemali KE ali placebo. Peroralni vnos KE je povzročil stabilno eksogeno ketozo (β-hidroksibutirat v krvi ≈ 3 mM) in povečal hipoksično toleranco za približno 32 % ter hkrati ublaži simptome akutne višinske bolezni. Ti učinki so bili povezani s KE–vzbujeno blago metabolično acidozo, povečano minutno ventilacijo, relativno prevlado simpatičnega živčnega sistema ter izboljšano oksigenacijo v krvi, možganih in skeletnih mišicah, kljub zmanjšanemu možganskemu krvnemu pretoku. Nadaljnje je uživanje KE tekom istega raziskovalnega protokola v primerjavi s placebom zmanjšala športno zmogljivost za približno 3,6 %, kljub primerljivi sistemski in cerebralni oksigenaciji, ter ni vplivalo na kognitivne funkcije. Koncentracija eritropoetina (EPO) se je po 5 urah hipoksične izpostavljenosti v obeh pogojih povečala za približno 56 %, brez dodatnega učinka KE, kar nakazuje, da eksogena ketoza ne potencira akutnega eritropoetskega odziva v hipoksiji. Skupno rezultati kažejo, da eksogena ketoza izboljša toleranco na hipoksijo in zmanjša akutno višinsko bolezen preko mehanizmov, povezanih z ventilacijo, avtonomno regulacijo in tkivno oksigenacijo, vendar lahko ob nespremenjeni razpoložljivosti kisika v krvi omeji športno zmogljivost ter ne prinaša koristi za kognitivne procese ali EPO odziv. Več o raziskovalnem protokolu si lahko preberete v raziskovalni članek 1 in raziskovalni članek 3.

Slika 1: Bakala Academy kjer so se izvajali raziskovalni protokoli na simulirani nadmorski višini (v normobaričnih hipoksičnih sobah)

Slika 2: Vadbena testiranja in analiza kakovosti spanja v Bakala Academy

V 2. raziskovalnem protokolu smo preučevali vpliv peroralnega vnosa KE na regulacijo spanja, nevralno aktivnost, kognitivne funkcije ter regeneracijo po telesni obremenitvi v pogojih normoksije in normobarične hipoksije (simulirana nadmorska višina ~3000 m). Raziskovalni protokol je bil ponovno izveden v “hotelskih sobah” objekta Bakala Academy, ki v sklopu Katoliške Univerze v Leuven-u raziskovalnim ekipa omogoča preučevanje človeških odzivov v visokogorskih okoljih. V randomiziranem, navzkrižno zasnovanem protokolu je sodelovalo 12 zdravih, rekreativno treniranih moških, pri čemer so njihovi eksperimentalni obiski vključevali kombinacije: (i) normoksija + placebo, (ii) hipoksija + placebo in (iii) hipoksija + KE. Natančneje, protokol je zajemal standardizirano vzdržljivostno vadbo (srednje-intenzivni kontinuirani in visoko-intenzivni intervalni trening), ki ji je sledila ~16-urna izpostavitev (vključno s spanjem) v normokisji ali normobarični hipoksiji ter jutranje testiranje športne zmogljivosti v normoksiji, ob sočasnem spremljanju spanja, nevralne aktivnosti, možganske oksigenacije in kognitivnih funkcij. Rezultati so pokazali, da je vnos KE delno ublažil hipoksemijo tekom spanja, vendar to ni ublažilo s hipoksijo povzročene motnje arhitekture spanja. Analiza nevralne aktivnosti je pokazala, da je vnos KE delno stabiliziral nevralne aktivnosti v hipoksičnih pogojih. Kakorkoli, tovrstni učinki niso privedli do izboljšanja kognitivnih funkcij. Skupno rezultati kažejo, da lahko vnos KE časovno-specifično ublaži hipoksemijo in stabilizira vzorce nevralne aktivnosti v mirovanju med spanjem ali mirovanjem v hipoksiji, vendar brez prenosa na kakovost spanja, kognitivno učinkovitost ali športno zmogljivost v naslednjem dnevu. Razširjene informacije o raziskovalnem protokolu so dostopne v raziskovalni članek 2 in raziskovalni članek 6.

V 3. raziskovalnem protokolu je bil namen razširiti ugotovitve o učinkih intermitentne eksogene ketoze iz laboratorijskih pogojev (v normobarični hipoksiji) v pogoje na dejanski nadmorski višini (v t. i. hipobarično hipoksijo). V ta namen smo zasnovali randomiziran, dvojno zaslepljen in s placebom nadzorovan raziskovalni protokol, ki je sestal iz bazičnih (brez suplementacije) testiranj blizu morske gladine (v Ljubljani, Slovenija) in nadaljnjega 3-dnevnega obiska visokogorske koče Torino na višini 3375 m (Courmayeur, Italija). V raziskavi je sodelovalo 34 zdravih, rekreativno treniranih odraslih, ki smo jih naključno razdelili v eksperimentalno skupino (n = 17, n = 3 ženske), ki je tekom 3-dnevnega obiska (večkrat dnevno) vnašala KE in kontrolno skupino (n = 17, n = 3 ženske), ki je ob istih časovnih točka uživala placebo. Rezultati so pokazali, da kljub učinkovitemu zvišanju koncentracije ketonskih teles v krvi, večkrat dnevni vnos KE ni ublažil s hipobarično hipokosijo–pogojenega znižanja barorefleksne občutljivosti in povečanja variabilnost srčnega utripa v mirovanju ali upada športne zmogljivosti in sočasnega znižanja oksigenacije v krvi in skeletnih mišicah med submaksimalno ali maksimalno telesno obremenitvijo po ~48–69 urah izpostavitve na 3375 m. Nasprotno, pa je v skladu s pričakovanju intermitentna eksogena ketoza v tem časovnem okviru pomembno povečala minutno ventilacijo – prilagoditev, ki se je odrazila v višji nasičenosti hemoglobina z O2 in višjimi parcialnimi tlaki O2 v krvi v hipoksiji ter znižanjem izdihanega in parcialnega tlaka CO2 v hiperkapniji. Skupno rezultati tako kažejo, da intermitentna eksogena ketoza izboljša ventilacijsko prilagoditev na povečano nadmorsko višino, s čemer izboljša sistemsko oksigenacijo v mirovanju, vendar pa se tovrstni učinki ne prenesejo na izboljšanje omejitvenih fizioloških dejavnikov, ki determinirajo sposobnost premagovanja napora med (sub)maksimalno telesno obremenitvijo. S tem vnos KE najverjetneje predstavlja potencialno strategijo za podporo zgodnji ventilacijski aklimatizaciji v mirovanju, ne pa tudi za ohranjanje ali izboljšanje športne zmogljivosti v zgodnji fazi aklimatizacije (≈2–3 dni) na povečani nadmorski višini. Razširjene informacije o raziskovalnem protokolu so dostopne v raziskovalni članek 4 in raziskovalni članek 5.

Slika 3: Koča Torino na višini 3375 m kjer je potekal raziskovalni protokol.

Slika 4: Testiranja na povečani nadmorski višini 3375 m

V 4. raziskovalnem protokolu sta partnerja preučevala učinke vnosa KE na vaskularno funkcijo, angiogenezo in eritropoezo tekom regeneracije po vadbi v normoksiji ter na simulirani nadmorski višini 3000 m (v normobarični hipoksiji v Bakala Acadamy, Leuven, Belgija). V randomiziranem, s placebom nadzorovanem križnem eksperimentalnem protokolu je sodelovalo 15 preiskovancev (13 moških, 2 ženski), ki so izvedli štiri eksperimentalne obiske. Vsak obisk je vključeval visoko intenzivni intervalni trening, ki mu je sledila regeneracija v normoksiji ali normobarični hipoksiji (3000 m), z vnašanjem placeba ali ketonskega prekurzorja 1,3-butanediol. Rezultati so pokazali, da je dodatek ketonskega prekurzorja 1,3-butanediol povečal hitrost krvnega pretoka po okluziji in hitrost mišične reoksigenacije tekom regeneracije v normoksiji in hipoksiji. Po vnosu 1,3-butanediol je bila v primerjavi z vnosom placeba tekom regeneracije zaznati tudi povečano mišično ekspresije proangiogenih dejavnikov in markerjev vaskularne integritete (vključno z VEGF, PGC-1α in angiopoetinom-1), ter serumsko koncentracijo eritropoetina (EPO), medtem ko je vnos 1,3-butanediol v primerjavi s placebom znižal koncentracije endotelina-1 (ET-1). S tem trenutni rezultati nakazujejo, da lahko vnos KE predstavljajo obetavno strategijo za izboljšanje z vadbo- in hipoksijo-vzbujene spremembe v vaskularni funkciji in integriteti, stimulacijo angiogene signalizacije ter povečanje eritropoeze, s čemer prispeva k optimizacije regeneracije tako blizu morske gladine kot tudi na povečani nadmorski višini. Več o raziskovalnem protokolu si lahko preberete v doktorski disertacije dr. Myrthe Stalmans z naslovom Exploring the Effects of Exogenous Ketosis on Physiological Adaptation to Exercise in Hypoxia.

Cilj 5. raziskovalnega protokola je bil ugotoviti, ali izpostavitev normobarični hipoksiji med mirovanjem v okoljski komori (Inštitut Jožef Štefan, Ljubljana, Slovenija) s simulirano nadmorsko višino ~4000 m vpliva na kinetiko ketonskih teles v krvi – na spremembe njihove koncentracije v krvi med mirovanjem na nižini (~295 m) in visoki nadmorski višini (~4000 m). V ta namen je 17 preiskovancev opravilo štiri zaporedna testiranja v štirih različnih eksperimentalnih pogojih: 1) mirovanje na nižini (blizu morske gladine, ~295 m) po zaužitju KE; 2) mirovanje na nižini po zaužitju placeba; 3) mirovanje na (simulirani) visoki nadmorski višini (~4000 m) po zaužitju KE in 4) mirovanje na (simulirani) visoki nadmorski višini po zaužitju placeba. Rezultati so pokazali, da hipoksija ne vpliva na kinetiko privzema in presnove ketonskih teles. Posledično, v hipoksičnih pogojih ni za pričakovati izrazitejšega učinkovanja ketonskih teles na presnovo in energetsko učinkovitost v telesu. Kakorkoli, s skladu z našimi preteklimi ugotvitvami je tudi tokrat vnos KE v primerjavi s placebom zmanjšalo upad oksigenacije v krvi relativno glede na normoksične pogoje na časovnih točkah 15, 60 in 90 min po vstopu v hipoksično komoro. Ti rezultati tako nakazujejo, da bi lahko bila suplementacija s KE potencialno učinkovita strategija za zmanjšanje upadov sistemske oksigenacije, kar bi se posledično lahko odrazilo v izboljšani hipoksični tolerance – zmanjšani pojavnosti akutne višinske bolezni in upada športne sposobnosti tekom akutnih (do 4 ure) hipoksičnih izpostavljenosti.

Slika 5: Okoljska komora na Inštitutu Jožef Štefan in ketonski monoestri (KE), ki so jih vnašali preiskovanci

Raziskovalno delo na raziskovalnih protokolih pa še zdaleč ni zaključeno, z novimi prihajajočimi znanstvenimi objavami na npr. tematiko učinkov intermitentne eksogene ketoze na (1) sistemsko oksigenacijo, kinetiko privzema kisika in vadbeno učinkovitost tekom submaksimalne telesne obremenitve, (2) akutno višinsko bolezen in fiziološke prilagoditve, ki determinirajo njen razvoj v mirovanju ter (3) regulacijo ventilacijskih odzivov tekom 3-dnevnega bivanja na višini 3375 m v 3. raziskovalnem protokolu. Več o tovrstnih ugotovitvah si lahko trenutno preberete v doktorski disertacije dr. Myrthe Stalmans z naslovom Exploring the Effects of Exogenous Ketosis on Physiological Adaptation to Exercise in Hypoxia.

Poleg eksperimentalnih raziskav sta raziskovalni skupini v sklopu projekta pripravili tudi 2 krajša pregledna komentarja, kjer sta razglabljala o z vnosom KE-vzbujenih funkcionalnih fizioloških, celičnih in molekularnih mehanizmih med akutno in kronično prilagoditvijo na hipoksijo.

V 1. preglednem komentarju smo utemeljili potencial eksogene ketoze kot alternativne oz. dopolnilne prehranske strategije za (pred)aklimatizacijo na hipoksijo na povečani nadmorski višini. Poleg uveljavljenih pristopov, kot sta trening dihalnih mišic in kombinirane intervencije, ki izkazujejo določen potencial za induciranje relevantnih fizioloških prilagoditev in izboljšanje hipoksične tolerance, smo poudarili, da razprava o t. i. »nekonvencionalnih« strategijah ni celovita brez obravnave eksogenih ketonov. Nedavne raziskave iz naših laboratorijev kažejo, da fiziološki odzivi na vnos KE v normoksičnih pogojih v veliki meri posnemajo mehanizme, ki podpirajo izboljšanje hipoksične tolerance po predaklimatizaciji ali uporabi nekonvencionalnih strategij. Ti vključujejo: (i) povečano minutno ventilacijo, (ii) izboljšano energijsko učinkovitost, (iii) povišane koncentracije eritropoetina v krvi ter (iv) povečano izražanje VEGF in kapilarizacijo skeletnih mišic.

2. pregledni komentar je obravnaval aktualna dognanja o vplivu uživanja ketonskih estrov (KE) na cerebralni krvni pretok. Razpoložljivi podatki kažejo, da vnos KE zmanjšuje možganski pretok, kar je verjetno posledica znižanja sistemskega CO₂ zaradi acidifikacijskega učinka in stimulacije hiperventilacije.

V tem kontekstu smo izpostavili naše nedavne rezultate, ki kažejo, da vnos KE zmanjša cerebralni krvni pretok v mirovanju pri simulirani nadmorski višini 4000 m. Nadalje smo utemeljili, da zmanjšanje možganskega pretoka v hipoksiji ob hkratnem izboljšanju oksigenacije tkiv (krvi, skeletnih mišic in možganov) verjetno prispeva k odložitvi ali preprečevanju razvoja akutne višinske bolezni.

RAZISKOVALNI ČLANKI

1. Exogenous ketosis attenuates acute mountain sickness and mitigates high-altitude hypoxemia
2. A single night in hypoxia either with or without ketone ester ingestion reduces sleep quality without impacting next day exercise performance
3. Ketone ester ingestion impairs exercise performance without impacting cognitive function or circulating EPO during acute hypoxic exposure
4. Exogenous Ketosis during Early Acclimatization at High Altitude: Ventilatory, Cardiovascular and Muscular Responses to Maximal Exercise
5. The effects of 2 days of intermittent exogenous ketosis at high altitude on baroreflex sensitivity and ventilation under hypoxic and hypercapnic conditions
6. Exogenous ketosis mitigates hypoxia-induced neural signaling alterations and cerebral oxygenation decline at rest in healthy males

KRAJŠA PREGLEDNA KOMENTARJA

1. Ketone Supplementation: Novel Strategy for Augmenting Altitude Exercise Performance?)
2. Cerebral blood flow with exogenous ketosis: The full picture?

Univerza v Ljubljani je 8. decembra 2025 v sklopu Tedna univerze razglasila deset najodličnejših raziskovalnih dosežkov leta. Med prejemniki tega najvišjega univerzitetnega priznanja za znanstveno odličnost je tudi ekipa Fakultete za šport, ki jo sestavljajo asist. Domen Tominec, dr. Myrthe Stalmans, doc. dr. Benjamin J. Narang, prof. dr. Grégoire P. Millet, prof. dr. Chiel Poffe in prof. dr. Tadej Debevec.

Raziskovalci so s svojo študijo o intermitentni eksogeni ketozi med zgodnjo aklimatizacijo na visoko nadmorsko višino, objavljeno v eni najuglednejših revij na področju športne znanosti (IF = 4.029), postavili pomemben mejnik v razumevanju fizioloških odzivov telesa v ekstremnih razmerah.

V okviru randomizirane, dvojno zaslepljene in s placebom kontrolirane raziskave je sodelovalo 34 preiskovancev, ki so izvedli dve večstopenjski obremenitveni testiranji do utrujenosti z obsežnimi meritvami fizioloških kazalcev: prvo na nižini (295 m, Ljubljana, Slovenija) in drugo po približno 69 urah aklimatizacije na visoki nadmorski višini (3375 m, Rifugio Torino, Italija).

Polovica preiskovancev je v razmikih 2–8 ur uživala ketonske estre (IEK), druga polovica pa placebo (PLA). Uživanje ketonskih estrov je dokazano povzročilo ketozo pred maksimalno telesno obremenitvijo (P < 0,001), vendar rezultati niso pokazali ergogenega učinka IEK na telesno zmogljivost v fazi zgodnje aklimatizacije. Med skupinama IEK in PLA so bile pri obremenitvah na višini v primerjavi z nižino zaznane podobne spremembe mehanske moči (P = 0,644), privzema kisika (P = 0,529), oksigenacije krvi (P = 0,525) in skeletnih mišic (P = 0,304).

Študija prinaša pomembne ugotovitve za področje športne fiziologije, predvsem za razumevanje presnovnih odzivov pri športnikih in posameznikih, ki trenirajo v pogojih hipoksije, ter postavlja trdne temelje za nadaljnje raziskave vpliva prehranskih dopolnil na aklimatizacijo in telesno zmogljivost.

Dogodek, na katerem je Univerza v Ljubljani počastila svoje najboljše raziskovalce, je ponovno poudaril usmerjenost univerze v vrhunsko znanost, interdisciplinarnost in mednarodno odličnost. Zbrane je nagovoril rektor UL prof. dr. Gregor Majdič, ki je izpostavil radovednost, pogum in vztrajnost kot temelj vsakega znanstvenega napredka, ter slavnostna govornica doc. dr. Jasmina Šepetavc, ki je poudarila, da lahko največje družbene in znanstvene izzive rešujemo le z odprtim in interdisciplinarnim sodelovanjem.

Več na: Univerza v Ljubljani razglasila najodličnejše raziskovalne dosežke v letu 2025

POVZETEK

S povečano nadmorsko višino povezano zmanjšanje sistemske razpoložljivosti kisika, povzroči znaten stres in inducira množico različnih fizioloških prilagoditev. Čeprav človeško prilagajanje na  povečano nadmorsko višine raziskujemo že stoletje in pol, se še vedno iščejo nove metode za ublažitev akutnega in dolgotrajnega zmanjšanja človeške zmogljivosti, funkcionalne zmožnosti in drugih težav (npr. akutne višinske bolezni) povezanih z izpostavitvijo višini/hipoksiji. To ni zanimivo zgolj za alpiniste ali športnike, ki tekmujejo na povečani nadmorski višini, ampak je izjemnega pomena tudi za različne klinične populacije, katerih stanja so povezana z lokalno ali sistemsko hipoksijo, kot so hude pljučne bolezni, cerebro-vaskularni ali kardio-vaskularni zapleti. Glede na zgodnje raziskave na živalih in skupno preliminarno delo obeh projektnih partnerjev se zdi, da bi bila ena takšna nova, in do danes še ne raziskana strategija, z eksogeno peroralno suplementacijo ketonov (KE) povzročena ketoza (IEK). Prepričljivi predhodni rezultati namreč kažejo, da ketonska telesa lahko izboljšajo hipoksično toleranco in služijo tudi kot gorivo za mišično in nevronsko celično aktivnost v hipoksičnem okolju. Skladno z navedenim je cilj pričujočega projekta celovito raziskati učinke eksogene ketoze na fiziološko, kognitivno in funkcionalno prilagoditev med akutno in dolgotrajno hipoksiji tako med mirovanjem kot med vadbo. Natančneje, v projektu želimo pojasniti sledeče:

1) Učinke akutne eksogene ketoze pri akutni vadbi v hipoksiji. 

2) Učinke vadbe z eksogeno ketozo na arhitekturo in kakovost spanja v hipoksiji.

3) Učinke eksogene ketoze na hipoksično toleranco in dolgotrajno prilagajanje na višino. 

Projektna metodologija.

V ta namen bomo na zdravih posameznikih izvedli tri slepe, randomizirane in s placebom nadzorovane raziskave. Obe sodelujoči raziskovalni skupini bosta v stalnem sodelovanju uporabili najsodobnejšo metodologijo za raziskovanje funkcionalnih učinkov predlaganih protokolov za razjasnitev fizioloških, celičnih in molekularnih mehanizmov, povezanih z akutno in kronično prilagoditvijo na hipoksijo med IEK. V raziskavi I bo 14 presikovancev opravilo štiri akutne vadbe pod naslednjimi prehranskimi in okoljskimi pogoji (cross-over zasnova): normoksična vadba + placebo; hipoksična vadba + placebo, normoksična vadba + KE; hipoksična vadba + KE. V raziskavi II bo 24 preiskovancev opravilo štiri različne testne prehranske in okoljske razmere (crossover design): Vnos KE takoj po vadbi in 30 minut pred spanjem v normoksiji; Vnos KE takoj po vadbi in 30 minut pred spanjem v hipoksiji; placebo in spanje v normoksiji, iv) placebo in spanje v hipoksiji. V raziskavi III bo 30 preiskovancev (15 kontrolne (placebo) skupine; 15 suplemetacije s KE) izpostavljeni 10 dnem kronične normobarične hipoksije (~4000 m) v hipoksičnem hotelu (Tako v Sloveniji kot v Belgiji). Kot smo že omenili, bo med vsemi tremi raziskavami (pred, med in po) izvedena celovita ocena fizioloških (kardiovaskularni, tkivni status kisikovega, hormonskega), kognitivnih karakteristik, ter kakovosti in kinetike spanja in celostne aklimatizacije.

Uporabna vrednost in znanstvena novost.