кето-адаптация

Някои улики за неговата сложност

Човешкият метаболизъм се превърна в изключително гъвкав в способността си да използва разнообразни хранителни субстрати. От гледна точка на културната история, хората демонстрират способността си да преживяват поколения с до 80% от диетичната енергия като въглехидрати в единия край на макронутриентния спектър до над 80% като мазнини (кетогенна диета) в другия край. Като се има предвид тази широка гама от диетични възможности, какъв е оптималният хранителен микс за хората? Единият край на този спектър по-добър ли е от другия? Или е най-добре да сте някъде по средата? Ако приемем единия край на спектъра, колко време отнема на човешкия метаболизъм, за да оптимизираме използването на доминиращото гориво? Изненадващо, истинският отговор на всичко това е „наистина не знаем!“ Да, знаем, че много симптоми на заболяването и здравни показатели се подобряват много скоро, след като някой започне кетогенна диета. Това, което все още не разбираме напълно, са всички основни физиологични процеси, чрез които кетозата насърчава метаболитното заздравяване, и колко време отнема този процес, за да се получат пълните ползи.

Част от причината, поради която не знаем повече по този въпрос, е липсата на дългосрочни човешки изследвания в края на високото съдържание на мазнини в този хранителен спектър. Повечето хора, включително повечето учени по хранене, изглежда вярват, че ефектите от диета с високо съдържание на мазнини могат да бъдат определени само след седмица или две. По този начин повечето диетични проучвания, особено тези, които оценяват въздействието върху физическата активност, обикновено се провеждат в продължение на две седмици или по-малко. И това все още е така, въпреки че публикувахме данни преди повече от 3 десетилетия, които показват, че процесът на адаптиране към много нисък прием на въглехидрати изисква поне месец и вероятно доста по-дълъг. Още колко време? Зависи от това каква мярка за адаптация се спазва и е много вероятно да е фактор и междуиндивидуалната променливост.

Докато кетогенната диета може да ви постави в състояние на хранителна кетоза за броени дни може да отнеме седмици до месеци, за да стане напълно кето адаптиран.

Колко време отнема оптимизиране на метаболизма на кетоните?

Едно просто предположение, с което можем да се разпоредим веднага, е, че кетоадаптацията настъпва едновременно с натрупването на нивото на „кетони“ (предимно бета-хидроксибутират) в кръвта. Тази хипотеза се основава на предположението, че всички ползи от кетоните са пряко свързани с наличното количество в циркулацията. Но тук е уловката - в нашите контролирани стационарни проучвания нивата на BOHB в кръвта достигат ново стабилно състояние в рамките на една седмица след започване на кетогенна диета (Phinney, 1980; Phinney, 1983), но нечия субективна и обективна способност да прави енергични упражнения отнема от няколко седмици до няколко месеца, за да се възстанови и след това да се стабилизира. С други думи, процесът на кетоадаптация, който позволява нормално или повишено изпълнение на упражненията, изостава значително от нивото на кетоните в кръвта.

‍Друг показател за това как тялото се адаптира към строго ограничаване на въглехидратите може да бъде количеството гликоген, което се поддържа в мускулите. Отдавна забелязахме, че дори когато диетичните въглехидрати са много ниски, мускулният гликоген спада само до около половината от предишното си ниво след 4-6 седмици при диета с високо съдържание на мазнини (Phinney, 1980; Phinney, 1983). Но наскоро проучихме високо обучени бегачи, които са спазвали кетогенна диета в продължение на 6 месеца или повече. Въпреки впечатляващия седмичен пробег в тренировките, нивата на гликоген бяха стигнали чак до тези на съпоставена група спортисти, спазващи диета с високо съдържание на въглехидрати (Volek 2016). Това предполага, че способността на организма да произвежда и защитава мускулния гликоген чрез глюконеогенеза може да стане фино настроена, но че това отнема много повече от 4-6 седмици.

Серумна пикочна киселина като биомаркер за кето-адаптация

Интригуващ потенциален индикатор за напредъка на организма в кето-адаптация е реакцията на съдържанието на серумна пикочна киселина след започване на кетогенна диета. При здрави нормални хора с първоначално нормални нива на пикочна киселина в кръвта, техните стойности обикновено се удвояват през първата седмица на хранителната кетоза. Въпреки че това явление е съобщено преди повече от половин век, причината за него остава слабо разбрана. Някои медицински експерти предполагат, че ограничаването на въглехидратите кара повече пурини от нуклеинови киселини да се разграждат до пикочна киселина, или поради повишена смърт на клетките, или от по-висок прием на протеини в храната (т.е. месо, съдържащо нуклеинови киселини). По причини, които няма да разглеждаме подробно, нито един от тези механизми не отговаря на данните в публикуваната литература.

Накратко, фигурата по-долу показва нивата на серумната пикочна киселина, типични за здрав човек, хранен с умерена протеинова кетогенна диета в продължение на 12 седмици. Острото покачване през първата седмица настъпва едновременно с повишаването на кетоните в кръвта, но след това настъпва бавният прогресивен спад въпреки стабилните нива на диетични протеини и кетони в кръвта. С други думи, първоначалното повишаване на пикочната киселина в кръвта изглежда свързано с появата на хранителна кетоза, но след това тялото бавно се адаптира обратно към нормалния клирънс на пикочната киселина, въпреки поддържаните кетони в кръвта. И така, какво дава?

Най-добрият възможен отговор на този въпрос е, че има малко мрачно разбиране за това как бъбреците ни се справят с органичните киселини. За да защитят киселинно-алкалния баланс на тялото срещу прекалено много киселини от храната или произведени от метаболизма ни, бъбреците ни имат способността да идентифицират и активно да изчистват органичните киселини от кръвта. До известна степен, в началото на хранителната кетоза, това изглежда безразборно - лекува пикочна киселина (която може да бъде токсична, когато се натрупва в кръвта) и нетоксични нива на кетони все едно и също. Така че в началото на хранителната кетоза тези две органични киселини се конкурират за екскреция, което води до повишаване на пикочната киселина в кръвта, въпреки че не се увеличава нейното производство. Това беше демонстрирано отдавна, когато две проучвания демонстрираха рязко повишаване на нивата на пикочната киселина в кръвта, когато кетоните се вливат интравенозно на човешки доброволци (Lecocq, 1965; Goldfinger, 1965).

Но с течение на времето изглежда се случва нещо, което бавно позволява на тялото да се освободи ефективно от пикочната киселина, въпреки постоянните кетони в кръвта. С други думи, бъбреците се адаптират, за да нормализират отделянето на пикочна киселина в присъствието на бета-хидроксибутират, но поради причини, които все още не сме разбрали, този процес отнема няколко месеца. Една улика за това как се случва е наблюдението, че по време на гладна кетоза, след 3 седмици бъбреците отделят кетони с една трета от скоростта, отколкото само след 4 дни, въпреки че имат същите нива на кетон в кръвта (Fery, 1985). Това предполага, че в продължение на много седмици бъбреците се „учат как“ (т.е. се адаптират), за да запазят кетоните и да се върнат към ефективното отделяне на пикочна киселина.

Посочвайки това бавно възстановяване при боравенето с органични киселини в бъбреците, ние не предполагаме, че самият този процес е ограничителният фактор за кето-адаптация. По-скоро може би други аспекти на енергийната регулация и хомеостазата на тялото претърпяват подобни бавни промени, както и нетният ефект, довел до процеса, който отдавна нарекохме „кето-адаптация“ (Phinney, 1980; 1983).

Повишава ли кето-адаптацията митохондриалната плътност?

Друга потенциална структурна промяна, която може пряко да допринесе за кето-адаптация, би била увеличаване на митохондриалната плътност в мускулите, мозъка и други окислителни тъкани. Драматичната промяна в енергийния метаболизъм към окисляване на мастни киселини и кетони би могла да подобри митохондриалната функция. Въпреки че липсват човешки доказателства, че кето-адаптацията е свързана с митохондриални адаптации (трябва да сме в състояние да променим това скоро), проучвания върху мишки показват връзка (Bough et al. 2006; Ahola-Erkkila et al. 2010). Това може да се случи или от повишена биогенеза на митохондриите, или от намалено увреждане на митохондриите и автофагия.

Разбираемо е, че реактивните кислородни видове (ROS) причиняват структурно и функционално увреждане на митохондриите и че хранителната кетоза намалява производството на ROS на митохондриите. Това може да доведе до бързо увеличаване на продължителността на живота на съществуващите митохондрии. Предвид изчисленията, че митохондриите на бозайници имат полуживот в диапазона 1-2 седмици и тъй като са необходими около 5 полуживота, за да се постигне равновесие след промяна, увеличаването на живота на митохондриите може да отнеме 5-10 седмици, за да достигне ново стабилно състояние за повишена митохондриална плътност, в зависимост от въпросната тъкан или орган.

Кето-адаптация като комплекс от промени във вариращите срокове

Разбира се, когато някой започне добре формулирана кетогенна диета, се задействат редица промени, които могат да се появят паралелно, но с много различни темпове на завършване. Те могат да включват:

  1. Бързо повишаване на кетогенезата, водещо до това, че BOHB става достъпно като основно клетъчно гориво за окислителния метаболизъм, особено в мозъка, сърцето и скелетните мускули.
  2. Прогресивни адаптации в някои тъкани, за да се даде приоритет на окисляването на мастните киселини, а не на кетоните (напр. Скелетните мускули), позволявайки повече използване на кетон и по-малко глюкоза от мозъка и по този начин по-малка нужда от глюконеогенеза от протеини.
  3. Бързо намаляване на генерирането на ROS, което води до намалено увреждане на прицелната тъкан, но с времето до ново стабилно състояние в зависимост от скоростта на обмен на прицелната тъкан.
  4. Фина настройка на съхранението на гликоген и почистване на субстрата от 3 въглерода, което позволява на мускулното съдържание на гликоген да се върне към „нормалното“. (Волек, 2016)
  5. Намалени възпалителни медиатори, произтичащи от регулиране надолу на NLRP3 инфламазома (Youm, 2015) и намалено образуване на изопростан (Forsythe 2010, Kim, 2012).
  6. Подобрено съотношение мощност/тегло със загуба на телесни мазнини и подобрен състав на тялото (McSwiney, 2017).

С нарастващата наличност на орални кетонни добавки, ние също трябва да можем да научим повече както за краткосрочните ефекти на кетонемията, така и за селективните ефекти на екзогенния BOHB за разлика от комбинацията от BOHB и AcAc, която се отделя от черния дроб (Owen 1969). Предвид наблюдението на Cahill et al. че AcAc селективно се поема от мускулите, след което се редуцира и ресекретира в циркулацията като BOHB, има допълнителна потенциална полза от този процес при регенериране на NAD + в периферната тъкан. Това предлага точка на изследване за междуорганен обмен на гориво, заедно с промяна в клетъчното окислително-възстановително състояние между черния дроб и периферните органи (напр. Мускулите и потенциално мозъка).

‍В крайна сметка: кето-адаптацията вероятно ще бъде дефинирана като нетния ефект на много паралелни отговори на добре формулирана кетогенна диета, като тези различни отговори се появяват в различни срокове и в различна степен за отделните фенотипи/генотипове. Освен тези много променливи, сроковете за пълна кето-адаптация вероятно ще се измерват в месеци, а не в дни или седмици.

‍Имате още въпроси относно хранителната кетоза? Разгледайте нашите често задавани въпроси от д-р Стив Фини и екипа на Virta.