Паоли

1 Физиологичната лаборатория, Катедра по биомедицински науки, Университет в Падуа, Падуа, Италия

освен

А Рубини

1 Физиологичната лаборатория, Катедра по биомедицински науки, Университет в Падуа, Падуа, Италия

J S Volek

2 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология, Университет на Кънектикът, Storrs, CT, САЩ

К А Грималди

3 Лаборатория по биомедицинско инженерство, Институт за комуникационни и компютърни системи, Национален технически университет в Атина, Атина, Гърция

Резюме

Диети с много ниско съдържание на въглехидрати или кетогенни диети се използват от 20-те години на миналия век като терапия за епилепсия и в някои случаи могат напълно да премахнат необходимостта от лекарства. От 60-те години нататък те са станали широко известни като един от най-разпространените методи за лечение на затлъстяване. Неотдавнашната работа през последното десетилетие предостави доказателства за терапевтичния потенциал на кетогенните диети при много патологични състояния, като диабет, синдром на поликистозните яйчници, акне, неврологични заболявания, рак и подобряване на рисковите фактори на дихателните и сърдечно-съдовите заболявания. Възможността за промяна на приема на храна може да бъде полезна за намаляване или премахване на фармацевтични методи на лечение, които често са през целия живот със значителни странични ефекти, изисква сериозно разследване. Този преглед преразглежда значението на физиологичната кетоза в светлината на тези доказателства и разглежда възможните механизми за терапевтичните действия на кетогенната диета при различни заболявания. Настоящият преглед също поставя под въпрос дали все още има някои предварително измислени идеи за кетогенни диети, които може да представляват ненужни бариери пред използването им като терапевтични инструменти в ръката на лекаря.

Въведение

През последните години в литературата се натрупват все повече доказателства, предполагащи, че кетогенните диети с много ниско съдържание на въглехидрати (VLCKD) могат да имат терапевтична роля при множество заболявания. Използването на VLCKD за лечение на епилепсия е добре установено в продължение на много десетилетия и тези диети станаха още по-широко известни, тъй като станаха популярни през 70-те години за отслабване - особено като „диетата на Аткинс“. 1 Съвсем наскоро терапевтичното използване на кетогенни диети при други заболявания е проучено с положителни резултати - това е важна насока за изследване, тъй като, разбира се, ако хранителната намеса може да намали зависимостта от фармацевтичните лечения, това би донесло значителни ползи и от икономически като социална гледна точка предвид настоящите 750 милиарда щатски долара годишни разходи за фармацевтични продукти. 2

Какво е кетоза?

Инсулинът активира ключови ензими в пътищата, които съхраняват енергия, получена от въглехидрати, и когато липсва или липсва диетични въглехидрати, полученото намалено ниво на инсулин води до намаляване на липогенезата и натрупването на мазнини. След няколко дни на гладно или драстично намалена консумация на въглехидрати (под 50 g/ден), глюкозните резерви стават недостатъчни както за нормалното окисляване на мазнините чрез доставката на оксалоацетат в цикъла на Кребс (което води до фразата „изгаряне на мазнини в пламъкът на въглехидратите ') и за снабдяване с глюкоза в централната нервна система (ЦНС). 4

ЦНС не може да използва мазнините като източник на енергия; следователно, той обикновено използва глюкоза. След 3-4 дни без консумация на въглехидрати ЦНС е „принудена“ да намери алтернативни енергийни източници и както се вижда от класическите експерименти на Cahill и колегите 4, този алтернативен енергиен източник се получава от свръхпроизводството на ацетил коензим А (CoA). Това състояние, наблюдавано при продължително гладуване, диабет тип 1 и диети с високо съдържание на мазнини/ниско съдържание на въглехидрати, води до производството на по-високи от нормалните нива на така наречените кетонни тела (KB), т.е. ацетоацетат, β-хидроксимаслена киселина и ацетон - процес, наречен кетогенеза и който се осъществява главно в митохондриалната матрица в черния дроб. 6

Основната KB, произведена в черния дроб, е ацетоацетат, но основният циркулиращ кетон е β-хидроксибутират, въпреки че последният, строго погледнато, не е KB, тъй като кетонната част е редуцирана до хидроксилна група. При нормални условия на адекватни диетични въглехидрати производството на свободна ацетооцетна киселина е незначително и тя бързо се метаболизира от различни тъкани, особено от скелетната и сърдечната мускулатура. В условия на свръхпроизводство на ацетооцетна киселина, тя се натрупва над нормалните нива и част от нея се превръща в другите две KB, което води до кетонемия и кетонурия (наличие на KBs в кръвта и урината). Характерната миризма на „сладък“ дъх на кетоза се причинява от ацетон, който, като много летливо съединение, се елиминира главно чрез дишане в белите дробове. Пътят, който води до образуването на 3-хидрокси-3-метилглутарил-КоА от ацетил КоА, се среща и в цитозола на чернодробните клетки, където вместо това се използва за биосинтеза на холестерол. При нормални условия концентрацията на KBs е много ниска (3, 6

След това KBs се използват от тъканите като източник на енергия 3 чрез път, който води до образуването от β-хидроксибутират на две молекули ацетил CoA, които се използват накрая в цикъла на Кребс. Интересно е да се отбележи, че KB могат да произвеждат повече енергия в сравнение с глюкозата поради метаболитните ефекти на кетозата - високият химичен потенциал на 3-β-хидроксибутират води до увеличаване на ΔG0 на АТФ хидролизата. 3 Допълнителен момент, който трябва да се подчертае, е, както е показано в таблица 1, че гликемията, макар и намалена, остава в рамките на физиологичните нива поради факта, че глюкозата се образува от два източника: от глюкогенни аминокиселини и от глицерол, освободен чрез лизис от триглицериди. 7

маса 1

Нива в кръвта Нормална диета Кетогенна диета Диабетна кетоацидоза
Глюкоза (mg/dl)80–12065–80> 300
Инсулин (μU/l)6–236.6–9.4≅ 0
KB conc (mℳ/l)0,17/8> 25
рН7.47.4 8 При физиологичната кетоза (която се появява по време на много нискокалорични кетогенни диети), кетонемията достига максимални нива от 7/8 mmol/l (тя не отива по-високо, точно защото ЦНС ефективно използва тези молекули за енергия вместо глюкоза) и без промяна в рН, докато при неконтролирана диабетна кетоацидоза може да надвишава 20 mmol/l при едновременно понижаване на рН на кръвта 9, 10 (Таблица 1).

Терапевтични роли на кетогенните диети

Силни доказателства

Отслабване

Намаляване на апетита поради по-висок ефект на ситост на протеините, 12, 22 ефекти върху хормоните за контрол на апетита 21 и на възможно директно потискащо апетита действие на KBs. 23.

Намаляване на липогенезата и повишена липолиза. 7, 10

Намаляване на коефициента на дишане в покой и, следователно, по-голяма метаболитна ефективност при консумация на мазнини. 20, 24

Повишени метаболитни разходи на глюконеогенезата и термичния ефект на протеините. 13, 18

Сърдечно-съдови заболявания

Диабет тип 2

Инсулиновата резистентност е основната характеристика, лежаща в основата на диабет тип 2 (T2D), но също така съществува в континуум в общата популация и в различна степен нарушава действието на инсулина в клетките, което може да причини широк спектър от признаци и симптоми. Основна характеристика на инсулиновата резистентност е нарушената способност на мускулните клетки да поемат циркулиращата глюкоза. Човек с инсулинова резистентност ще отклони по-голяма част от диетичните въглехидрати към черния дроб, където голяма част от тях се превръща в мазнини (т.е. de novo липогенеза), за разлика от окисляването за енергия в скелетните мускули. 30 Въпреки че наскоро Hellerstein 31 съобщава, че de novo липогенезата допринася само ∼20% от новите триглицериди, това по-голямо превръщане на хранителните въглехидрати в мазнини, голяма част от които влиза в циркулацията като наситени мазнини, е метаболитна аномалия, която значително увеличава риска от диабет и сърдечно заболяване. По този начин инсулиновата резистентност функционално се проявява като „непоносимост към въглехидрати“. Когато диетичните въглехидрати са ограничени до ниво, под което не се преобразуват значително в мазнини (праг, който варира от човек на човек), признаците и симптомите на инсулинова резистентност се подобряват или често изчезват напълно.

В обобщение, хората с метаболитен синдром, инсулинова резистентност и T2D (всички заболявания на непоносимост към въглехидрати) вероятно ще видят симптоматични, както и обективни подобрения в биомаркерите на риска от заболяване, ако следват добре формулирана диета с много ниско съдържание на въглехидрати. Контролът на глюкозата се подобрява не само защото постъпва по-малко глюкоза, но и защото се подобрява и системната чувствителност към инсулин.

Епилепсия

В заключение, ролята на кетогенните диети в лечението на епилепсия е добре установена и ние сме уверени, че това важи и за загуба на тегло, сърдечно-съдови заболявания и T2D. Последните изследвания, разгледани тук, демонстрират подобрения в много рискови фактори, като тегло, наситени мазнини, възпаление и други биомаркери, като последица от консумацията на добре формулирани диети с ниско съдържание на въглехидрати и тази работа трябва да насърчи продължаването на внимателното изследване на тяхната терапевтична стойност ( Фигура 1) .