Таня Зилбертер

1 Infotonic Consultancy, Марсилия, Франция

Юрий Зилбертер

2 Inserm UMR 1106, Марсилия, Франция

Въведение

Томас Сейфрид отбелязва в своята книга [(1), стр. 6]: „Определението за кетогенна диета дава значителна свобода при избора на храна, стига индивидът да е намалил кръвната захар и да произвежда кетони.“ За съжаление, тези параметри липсват в много, ако не и в повечето изследвания на метаболитните ефекти на макронутриентите. Междувременно има точен начин да се предскаже дали диетата ще предизвика кетоза или не и целта на тази статия е да се застъпи за по-широкото използване на този начин. Защо това е толкова важно?

Излишъкът от прием на въглехидрати, типичен за потребителите на западната диета, може да причини вредни ефекти върху метаболизма и да увеличи рисковете от появата и прогресирането на много невродегенеративни заболявания (2–4). От друга страна, диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати намаляват апетита, вероятността от пристрастяване към храна и затлъстяване и са невропротективни (5, 6). Ограничаването на въглехидратите предизвиква физиологични промени, които са много сходни с добре документираните полезни ефекти от ограничаването на калориите (7, 8). И обратно, отличителният белег на диетите с високо съдържание на въглехидрати е хомеостатичната неадекватност (9), свръхпроизводството на реактивни кислородни видове и усъвършенствани продукти за гликиране, които и двете са замесени в невровъзпалението и невродегенерацията (10–12). Значението на „високо“ или „ниско“ в дефиницията на диетите обаче се отдалечава от предварително установения количествен критерий, известен като кетогенно съотношение.

Кетогенното съотношение

Преди почти един век Woodyatt (13) пише: „антикетогенезата е ефект, дължащ се на определени продукти, които се появяват при окисляването на глюкозата, взаимодействие между тези продукти, от една страна, и едно или повече от ацетоновите тела от друга.“ Кетогенното съотношение (KR), както е предложено от Shaffer (14), е съотношение на сумата на кетогенните фактори към сумата на антикетогенните фактори: KR = K/AK. Антикетогенната част на уравнението неизменно е равна на 1, така че KR винаги се изразяват като 2: 1, 4: 1 и т.н. За икономия на четене оставихме повтарящата се част, която не съдържа никаква информация, и споменахме само информативната цифра.

Shaffer заключава, че максималното съотношение, съвместимо с окисляването на „кетогенните“ молекули, става възможно при KR = 1, което прави KRs под 1 антикетогенни и KR над 2 кетогенни. Уайлдър и Уинтър (15) описват KR на дадена храна от гледна точка на това, че съдържанието на мазнини надвишава количеството въглехидрати и протеини, взети заедно. Мотивите се основават на собствено експериментално наблюдение, че мазнините са предимно кетогенни (90%), въглехидратите са почти 100% анти-кетогенни, а протеините са едновременно кетогенни и антикетогенни, съответно 46–58%. Те стигнаха, заедно с Woodyatt и Sansum (13), до заключението, че KR за индукция на кетогенеза трябва да бъде 2 или по-висока, докато горната граница на антикетогенезата е 1.

През 1980 г. Withrow (16) модифицира уравнението и оттогава уравнението изглежда така:

KR = (0,9 F + 0,46 P): (C + 0,58 P + 0,1 F), където F е грамове мазнини; P е грам протеин, а C е грам въглехидрати. Понастоящем това уравнение се използва рядко в хранителните изследвания и по-малко в диетичната практика, което е съжаление, тъй като правилно изчислените KR разкриват интересни модели на диетични ефекти. Преди това (9), използвайки уравнението на Ароу, изчислихме KR в редица диети и стигнахме до заключението, че водоразделът в групата на ефектите възниква при KR от около 1,7. Над тази стойност метаболитните характеристики на диетите са характерни за кетогенезата, докато под тази стойност те са характерни за обезогенната диета с високо съдържание на мазнини (oHFD), която, за разлика от диетата, водеща до кетоза (KD), е с високо съдържание на мазнини но и във въглехидратите. Тук анализирахме три групи диети, за да сравним нашето наблюдение по отношение на водосбора с класификацията на диетите, направена от авторите на 62 проучвания, в които беше възможно да се изчислят KR.

Несигурност в текущото етикетиране на диетата

Виждаме, че няма общи критерии при избора на диетични състави за групата с „нормален контрол“, с която да започнем (Фигура (Фигура 1А). 1А). По-голямата част от диетите с „нормален контрол“ са явно анти-кетогенни (KR под или равно на 1). Диетата с oHFD има по-широк спектър от KR, вариращи от анти-кетогенни 0.456 до ясно кетогенни 2.994. KR диетите, които авторите считат за кетогенни, варират особено широко: от 0,36 до над 6. Съставът на макроелементите на диетите на oHFD и KD се припокриват, въпреки че обезогенният oHFD се разглежда в литературата като диаметрално различен от KD. Метабо- и невропротективните ефекти на KD са експериментално и клинично потвърдени, но ниският процент на съответствие на строгите KD предизвика масови опити за намаляване на KR под KR = 2, което в продължение на един век беше минималната приета стойност за разглеждане на диета кетогенна.

ефекти

(А) Зелена линия, теоретичен праг на кетогенеза; пунктирана зелена линия, емпиричен праг на кетогенеза. Червена линия, теоретичен праг на анти-кетогенеза; пунктирана червена линия KR = 0,5. Вертикална ос, кетогенни съотношения. Хоризонтален аксис, оригинални изследвания, първи автор и година (17–50). (Б) Кетогенни съотношения на диети под кетогенния праг. Изчислено въз основа на извличане на данни от проучванията (25, 51–54). Сиви криви в (B, C) тенденционни линии. (° С) Загуба на телесна маса при диети под кетогенния праг. VLCD, диета с много ниско съдържание на въглехидрати; MAD, модифицирана диета на Аткинс; Zone, диетата Zone; KLC, кетогенна диета с ниско съдържание на въглехидрати; WW, диета за наблюдатели на тегло; VLFD, диета с много ниско съдържание на мазнини; NLC, некетогенна диета с ниско съдържание на въглехидрати.

Пример за това е модифицираната диета на Аткинс (MAD), опитана за първи път в болница „Джон Хопкинс“. Това е протокол, възпроизвеждащ индукционната фаза на първоначалната диета на Аткинс. MAD се състои от приблизително 10% енергия от въглехидрати, 30% от протеини и 60% от мазнини, без ограничение на калориите (55–58). MAD се превърна в интервенция за лечение на редица заболявания, преди всичко в случаи на неразрешима детска епилепсия, но също така и във фармакорезистентна епилепсия при възрастни и при патологии на усвояването на глюкозата (58). MAD е означен като „кетогенен“, докато KR = 1,3 (изчислено въз основа на 11). Ефективността му обаче е ограничена: въпреки че 70% от пациентите с епилепсия на MAD са имали 50% намаление на пристъпите, след преминаване към строгата клинична KD (KR = 4) пациентите са се възползвали от допълнителни 37% подобрение и 18,5% са станали припадъци безплатно (13, 59, 60), което показва, че KR наистина е важен предиктор за ефективността на диетата.

Ефекти от KD срещу oHFD

Въз основа на нашия преглед на зависимите от KR ефекти на диетите (6), тук съставихме кратък преглед, за да покажем критичните разлики между KD и oHFD.

Рисковете от патологии, причинени от мозъчен хипометаболизъм (напр. Поради хипоксия, хипогликемия, мозъчна травма) е намален при диети, способни да предизвикат кетогенеза; обратното е показано за диетите oHFD (39, 61–69).

Доказано е, че възпалението, например, невровъзпалението се предизвиква от oHFD, но намалява с KD (70–78), наред с други неща, което води до подобрена или нарушена когнитивна функция (76, 78–82).

Невроналната хиперактивност и епилепсията се отслабват от KD, но се изострят от oHFD (75, 83–85, 85–88).

Инхибирането на растежа на тумора и метастазите, както и туморната нео-ангиогенеза е демонстрирано за KD, докато oHFD увеличава риска от канцерогенеза (8, 89–92).

KD намалява сърдечно-съдовите рискове, докато oHFD ги увеличава (93, 94).

KD понижава рисковете от диабет тип 2, подобрява управлението на усложненията и контрола на глюкозата, докато oHFD увеличава рисковете, влошава усложненията и индуцирана глюкозна непоносимост (95–99).

Под кетогенния праг

В ragne на KRs между 1 и 2 определя областта на метаболитна несигурност, където ефектите са слабо предвидими, определенията са неясни и резултатите още повече. Най-критичната стойност в тази област е 1,5, експериментално достигнатият праг на анти-кетогенеза (100). Тук ние докладваме резултата от нашия анализ на некетогенни диети (Фигури 1B, C), използвайки данни, извлечени от проучванията:

Диета с много ниско съдържание на въглехидрати [VLCD, (51)];

Диетата на Аткинс - индукция и поддържане на фази, диетата в зона и диета с много ниско съдържание на мазнини, [VLFD, (52, 53)];

MAD, Zone, Weight Watchers diet (WW) и VLFD (54);

Кетогенна диета с ниско съдържание на въглехидрати (KLC) и некетогенна диета с ниско съдържание на въглехидрати (NLC) (25).

Общата характеристика на тези диети е, че нито една от тях не е достигнала прага на кетогенеза, определен като KR = 1,5 (100). Диетите са приблизително изокалорични (1412 ± 35,5 Kcal/ден; калорийният прием на WW варира средно 1 400 Kcal), като основният резултат е загуба на телесна маса. Отвъд строго утилитарната гледна точка загубата на телесна маса е показател за липолиза и следователно за вероятност за кетогенеза.

При диети, вариращи от KR = 1,413 до KR = 0,06 (Фигура (Фигура 1B), 1B), метаболитният резултат не зависи от KR толкова пряко, колкото над кетогенния праг (Фигура (Фигура 1C) 1C), което показва, че механизмите други отколкото преобладаващо е уравновесяването на кетогенезата и гликолизата. В действителност, в изследването на Johnston et al. (25) се наблюдава обратната връзка: KLC диетата с шест пъти по-висок KR от NLC (0,35 срещу 0,06) има почти два пъти по-нисък ефект (4 срещу 7 кг), което води до заключението, че те дори са използвали като заглавие на статията: „Кетогенните нисковъглехидратни диети нямат метаболитно предимство пред некетогенните нисковъглехидратни диети“ - въпреки че и двете диети несъмнено бяха антикетогенни.

По-рано (26) е показано, че разпространението на въглехидрати в иначе също толкова протеинови диети увеличава енергийния прием в режим на консумация ad libitum, инициирайки порочния кръг от нехомеостатични процеси, включително търсене на награди и пристрастяване към храна (101) и разпространението на енергоспестяващия метаболитен режим над хомеостатично балансирания режим (9). Теоретично под KR = 1,5 преобладава глюкоцентричният метаболитен режим, докато над KR = 1,5 доминиращият метаболитен режим е адипоцентричен, като важната последица е инициирането на липолиза (102). Ето защо загубата на телесна маса при диети е удобен параметър, индиректно показващ, че протичат липолитични процеси. Емпирично е измерено (100), че кетоза не се наблюдава при KR под 1,5 - въпреки това етикетът „кетогенност“ е присвоен на MAD (KR = 1,021) и дори на KLC (KR = 0,36).

В кривата на взаимодействие с KR-ефект има точка на прелом при KR = 0,5 (Фигура (Фигура 1C), 1C), като най-близката до тази точка диета е KR = 0,438 [Диетата в зоната, (52-54)]. По-нататъшното намаляване на KR до стойността от 0,06 води до обърната U-образна връзка доза-отговор под прага на кетогенезата.

Дискусия

Понастоящем класификацията на диетите е доста незадоволителна и етикетите на диетите, предлагани от авторите (съвсем произволно) „нормално“, „oHFD“ или „кетогенно“ често не съответстват на състава на макроелементите на съответните диети. Описание, базирано на проценти енергия от всеки от макроелементите, не улеснява определянето на типа диета и унифицирането на категоризацията. Съотношението на макроелементите по отношение на кетогенността често се игнорира при определяне на метаболитните ефекти. Най-впечатляващият пример за това е диетата oHFD, която всъщност е и с високо съдържание на въглехидрати. Както обсъдихме накратко по-горе, неговите ефекти са диаметрално противоположни на кетогенната диета, която също е с високо съдържание на мазнини, но с ниско съдържание на въглехидрати, което води до поразителни разлики във физиологичните ефекти на диетите (вж. Ефекти на KD срещу oHFD).

Достъпът ad libitum до храна е стандартният протокол при опити с животни, въпреки че валидността му е основателно поставена под въпрос, тъй като субектите стават „заседнали, затлъстели, с непоносимост към глюкоза и в траектория към преждевременна смърт“ [(103), стр. 6,127]. От друга страна, нисковъглехидратните диети с високо съдържание на мазнини имат редица метаболитни предимства: например, те улесняват увеличаването на енергийните разходи чрез увеличаване на термогенните ефекти и екскрецията на кетонни тела (104).

По-големият прием на въглехидрати се свързва с по-лошо представяне при пациенти с болестта на Алцхаймер (105), докато KD подобрява познанието, независимо от загубата на тегло при здрави хора (80). KD подобри словесния речник и времето за реакция при деца с епилепсия и внимание (4), концентрация и памет при възрастни с множествена склероза (106). Диетите, ограничаващи приема на въглехидрати, имитират ефектите от гладуването или ограничаването на калориите (102). Всъщност ограничаването на калориите дори не се изисква при диета с много ниско съдържание на въглехидрати, за да се постигнат желаните цели, докато при диета с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на въглехидрати ограничението на калориите е основното изискване (107).

Метаболитните ефекти на хранителните мазнини върху енергийната хомеостаза се различават от ефектите на въглехидратите по две ключови характеристики. Едната е способността да се съхранява енергия в депа - мазнините са изключително добри в това, но въглехидратите са ограничени в тази способност. Другото е способността да се увеличи желанието за консумация на енергия. Въглехидратите имат характерната способност да предизвикват положителна награда и по този начин пристрастяване (5, 101, 108–110), докато значителното ограничаване на въглехидратите при VLCD причинява не само намаляване на енергийния прием, но и увеличаване на енергийните разходи както в покой, така и в активно състояние (51). Въпреки тези нехомеостатични характеристики, тези механизми са еволюционно подходящи в дивата природа, но веднага щом условията на живот се променят, твърдото свързване, за да се увеличи максимално енергийният запас, се превръща в метаболитен капан (9s), което води до нехомеостатично свръхпотребление и всички отрицателни метаболитни последици, които причинява.

В заключение, настоящата класификация на диетите води до терминологично объркване. Предлагаме, че преосмислянето на съществуващия описателен подход и реанимирането на вековния качествен и ясен критерий може да улесни използването на общ език и съществената дискусия в храненето и метаболизма.

Авторски приноси

TZ и YZ допринасят еднакво за концепцията, събирането и анализирането на данни, писането на ръкописа и изготвянето на илюстрации.

Изявление за конфликт на интереси

Авторите декларират, че изследването е проведено при липса на каквито и да било търговски или финансови отношения, които биха могли да се тълкуват като потенциален конфликт на интереси.