Akár kipróbálta a ketogén étrendet, akár legalább olvasott róla, valószínűleg találkozott a "keto-adaptáció" kifejezéssel. Népszerűsége ellenére kevesen tudják, mit jelent ez az alkalmazkodási folyamat. A következő cikkben Dr. Maleah Holland elmondja nekünk, mi történik az alacsony szénhidráttartalmú ketogén étrendhez való alkalmazkodás során.
A hosszú ideig tartó alacsony szénhidrátfogyasztás az úgynevezett "keto-adaptáció" jelenséget eredményezi. A keto-adaptáció egy megváltozott anyagcsere, ahol a zsír válik a fő energiaforrássá, amelynek eredményeként a test a zsírok tárolásának módjáról az égetés módjára vált. Az anyagcsere "glükocentrikusról" (tüzelőanyagként a glükózra való támaszkodás) a "zsírcentrikus" (zsírsavakra és üzemanyagként ketontestekre való támaszkodás) elmozdításához szükséges biokémiai beállítások korlátozott szénhidrát-bevitelt igényelnek hetekig-hónapokig. A keto-adaptációra való áttéréskor két általános eljárást alkalmaznak, nevezetesen egy ketogén étrendet (KD), minimális szénhidrátmennyiség folyamatos fogyasztásával és magas zsírtartalommal, vagy hosszabb böjtöléssel.
Alacsony inzulin/magas glükagon
Az élelmiszer-szénhidrátok elfogyasztása és megemésztése után a glükóz beáramlása bejut a véráramba. A magas/mérgező glükóz adag elérésének elkerülése érdekében a hasnyálmirigy szekretálja az inzulint, egy hormont, amely jelzi a szövet számára, hogy a felesleges glükózt glikogén formájában tárolja, vagy zsír vezet a zsírszövetben (testzsír). Másrészt a szénhidrátbevitel korlátozása az exogén glükóz (azaz az étkezési glükóz) korlátozott hozzáférhetőségét eredményezi, amelynek eredményeként a vércukorszintet endogén módon kell fenntartani (magában a testben). Például a vegyes étrenddel (közepes és magas szénhidrátszinttel) ellentétben a vizsgálatok kimutatták, hogy azoknál az egyéneknél, akik 12 hétig alkalmazkodtak a KD-hez, evés után nem volt magas a vércukorszint vagy az inzulinszint. Ezért az alacsony szénhidráttartalmú étrend, például a KD fogyasztása nem vezet a vércukorszint közvetlen emelkedéséhez.
Korlátozott szénhidrátbevitel mellett a hasnyálmirigy az alacsony vércukorszintre reagálva egy másik, glukagon néven ismert hormont választ ki. Így a szénhidrát-korlátozás az alacsony inzulin és a magas glukagon arányát eredményezi, amely négy metabolikus válasz elősegítésével szabályozza az anyagcsere funkcióját.
Glikogenolízis:
A máj glikogénjének lebontása glükózzá
Glükoneogenezis:
Vegyület glükóz a májban
Lipolízis:
Zsírok lebontása a zsírszövetből
Ketogenezis:
Keton testek kombinációja a májban
A glikogenolízis és a glükoneogenezis endogén módon tartja a vércukorszintet, míg a lipolízis és a ketogenezis alternatív üzemanyagforrásokat kínál zsírsavak és ketontestek formájában (4, 5).
A glikogén adaptációja és a vízveszteség korai stádiumban
A korlátozott szénhidrátfogyasztás első 1-2 napján a májban és az izmokban a glikogén raktárak (raktározott szénhidrátok) elfogyasztásra kerülnek, és csökkentik a szervezet számára a szükséges glükózadagot. Az emberi máj tartalmaz
70-100 gramm glikogén és izom tartalmaz
400 gramm. Minden gramm glikogén 3 g vizet köt meg, így a glikogén és a víz fogyasztása kéz a kézben jár. A glikogén és a víz fogyasztása súlyos fogyást okoz a korlátozott szénhidrátbevitel első két napjában. Ezért, ha a májban és az izmokban glikogénkészleteket fogyasztanak (500 g) kötött vízzel együtt (500 g glikogén x 3 g víz), akkor az első napokban könnyedén fogyhat 1-2 kg-ot. A glikogén kimerülése után a glükoneogenezis növeli a vörösvértestek és a központi idegrendszer glükóztermelését, míg a zsírsav oxidációja növeli az energiát az összes többi szövet számára.
A vizsgálatok azt mutatják, hogy a keto-adaptáció eredményeként megváltoznak a glikogén-tartalom és az alkalmazás. Például azoknál a szegény férfiaknál, akik 4 hétig ettek KD-t, az egyensúlyi testmozgás során három-négyszer csökkent az izom-glikogén szint és a vércukorszint-felhasználás (a
A zsírok felszabadítása és felhasználása
Az éhezési fázisú vizsgálatok kimutatták, hogy az alacsony szénhidrátfogyasztáshoz való alkalmazkodás elsősorban a zsírsavakat használja energiaforrásként. Egy 21 napos éhomi vizsgálat 5 elhízott ember üzemanyag-mintáit vizsgálta. Az egyének elvesztették a zsír- és izomtömegüket; a vázizomzat a veszteség 7% -át tette ki, míg a zsírraktárak veszteségei a fennmaradó 93% -ot. Az agy energiát közvetett módon a zsírraktárakból nyert (közvetlenül a részben oxidált zsírsavakból kombinált ketontestekből) és a glükoneogenezissel kombinált glükózból. Ez a tanulmány azt sugallja, hogy normális testsúly esetén az ember energiát nyerhet a zsírraktárakból, hogy több hónapon keresztül túlélje az éhezést.
A ketontestek és az anyagcsere
Mint már említettük, a glükoneogén folyamatok fokozódnak, ha a vércukorszint fenntartása érdekében a szénhidrátokat csökkentik. Az oxaloacetát egy olyan vegyület, amelynek két szerepe van a szénhidrátok csökkentésében:
1) a glükoneogenezis során alkalmazott glükóz prekurzoraként működik,
2) az acetil-CoA-val egyesül, miután részlegesen zsírsavakat oxidáltak, és így az energiatermelés citromsav-ciklusává vált.
A megnövekedett glükoneogenezis, miközben csökkenti a szénhidrátokat, csökkenti az oxaloacetát azon képességét, hogy kombinálódjon az Acetyl-CoA-val, és ezáltal a felesleges acetil-CoA-t átirányítja a máj mitokondriumaiba a ketogenezis elindításához.
A ketolát prekurzorok zsírsavakat és ketogén aminosavakat tartalmaznak (leucin, izoleucin, lizin, fenilalanin, tirozin és triptofán). A β-hidroxi-butirát (β-HB), az acetoacetát (AcAc) és az aceton keton testek kombinálva, de a májsejtek nem használják fel őket.
A ketontestek használata az agysejtekben alkalmazkodást jelent egy hosszabb éhezési vagy ketogén étrendhez. Az agy általában energiájának 100% -át glükózból (140-150 gramm glükóz/nap) veszi le, azonban a ketontestek az agy energiájának> 50% -át biztosítják a szénhidrát kimerülés során. Ennek eredményeként a ketontestek segítenek fenntartani a vércukorszintet, lehetővé téve az idővel a glükoneogenezis sebességének csökkentését és az izomfehérje megtakarítását.
1 éjszaka, 3 nap és 24 nap böjt után nyolc elhízott embernél kimutatták az energia elhízást az alkar vázizomában. 1 éjszakás böjt után az AcAc és a β-HB izomhasználata alacsony volt. 3 napos gyors böjt után az AcAc és a β-HB keringési szintje és izomfelhasználása jelentősen megnőtt. 24 napos koplalás után az artériás vérben az AcAc és a β-HB szint tovább nőtt, de a vázizomzat kihasználtsága a 3. naptól nem nőtt. Ehelyett az alkar izom zsírsavakat bocsátott ki energiává, csökkentve a glükóz és a keton testek használatát. A keto-adaptáció tehát a szöveti üzemanyag-felhasználás olyan megoszlásához vezet, hogy a vázizmok zsírsavakat, míg az agy keton testeket és glükózt fogyaszt.
Javított ketogén útvonalak
A sejt képessége arra, hogy a ketontesteket üzemanyagként használja, mivel a keringő ketonkoncentrációk tartósan növekednek. A keton krónikus növekedése szabályozza az 1 monokarboxilát transzporter (MCT-1) termelődését, amely fehérje a keton testeket a keringésből a szövetsejtekbe szállítja, ahol energiává alakulnak. A ketogén és ketolitikus enzimek általában alacsony szénhidráttartalmú étrend kezdetén vannak jelen, ezért a ketontestek üzemanyagként való felhasználásának növeléséhez szükséges elsődleges adaptáció megköveteli az MCT-1 fokozott jelenlétét.
Korábbi tanulmányok hosszabb túlélési időt javasolnak az éhezési periódus alatt, vagy az üzemanyaggal kapcsolatos kóros körülmények között (pl. Epilepszia) a keto-adaptáció során, az anyagok szállítási kapacitásának növekedése miatt, amelyet a keton testek krónikusan megemelkedett szintje vezet. Például egy szokásos étrendhez képest a ketogén étrend növelte az MCT-1-et és a glükóz transzportert (GLUT) a patkány agysejtjeiben. A ketontestek keringésben lévő szintjének emelkedése jelet ad az agynak, hogy növelje képességét az összes rendelkezésre álló energiafelvételre, beleértve a ketontesteket és a glükózt is. A szállítási rendszer optimalizálása az MCT-1 megemelkedett szintje révén megnöveli a β-HB és az AcAc sejthasználatát, és ezáltal idővel hatékony metabolikus útvonalat hozhat létre.
Elektrolit-változások
Az elektrolitok a normális testi funkciókhoz szükséges töltésű anyagok (azaz szabályozzák az idegrendszert és az izomaktivitást), és tartalmazzák a nátriumot, káliumot, kalciumot, hidrogén-karbonátot és magnéziumot. Úgy tűnik, hogy a kiválasztott elektrolitok változása elsősorban a szénhidrát kimerülés első hetében jelentkezik. Egy 28 napos vizsgálat során az elhízott egyének alacsony vagy magas szénhidráttartalmú étrendet fogyasztottak. A magas szénhidráttartalmú csoporthoz képest az alacsony szénhidráttartalmú csoport nagyobb mennyiségű nátriumot választott ki a vizelettel az első héten, de kevesebbet választott ki, mint a magas szénhidráttartalmú csoport összesen 28 nap alatt. A kiválasztott kálium mennyisége az alacsony szénhidráttartalmú csoportban magasabb volt az első 2 hétben, de 28 napos kiigazítás után a kiválasztott kálium mennyisége nem különbözött a magas szénhidráttartalmú csoporttól. A folyadékbevitelt és -veszteséget tekintve a folyadék szintje hasonló volt a két csoport között. Ez a tanulmány azt mutatja, hogy az elektrolitszint csökkenhet a szénhidrátkorlátozás első 2 hetében, de az adaptáció után néhány hét múlva a szint normalizálódik.
Hasonlóképpen, egy elhízott serdülőkön végzett vizsgálat normális elektrolitszintet mutatott 8 hét KD-fogyasztás után. Szegény férfiak káliumszintje változatlan volt a KD 4 hete alatt is. Egy nagy, 6 hónapos, kevésbé kontrollált vizsgálat elhízott embereknél kimutatta a nátrium-, klorid- és hidrogén-karbonát-szint, valamint a vizelet savtartalmának csökkenését, magasabb vizelet-kalciumszint mellett, valamint fokozta a húgysav-kiválasztást a vizsgálat során. A hetes, alacsony szénhidráttartalmú és magas fehérjetartalmú étrend szintén fokozott kalciumkiválasztást mutatott. Ezért szükség lehet a nátrium, a kálium és a kalcium kiegészítésére az étrend során.
Nagyböjt vs. alkalmazkodás a KD-hez
Az elhúzódó koplalás és a KD közötti metabolikus hasonlóság olyan exogén szénhidrátok hiányából adódik, amelyek az üzemanyagforrásokat glükózról zsírsavakra és ketontestekre helyezik át. A máj glükoneogenezise (a fehérjék és a glicerin átalakulása glükózzá) mindkét esetben fenntartja a vér glükózszintjét. Hosszan tartó böjt alatt, a keto-adaptáció előtt a test fiziológiailag alkalmazkodik a zsírsavakból nyert zsírsavakhoz és a ketontestekhez üzemanyagként, de az izomtömeg lebontja a glükoneogenezishez szükséges fehérjék (glükoneogén aminosavak) ellátását. A KD azonban exogén zsírforrásokat biztosít az étrendben energiaforrásként, fehérjéket a glükoneogenezist ösztönöz, és megemelkedett ketonszintet biztosít az izomtömeg megtakarításához. Ezért az éhezés és a KD során az alkalmazkodás fő különbségei a következők:
1) exogén zsírforrások hiánya miatt a zsírszövet tartalékai nagyobb mértékben felhasználhatók energiaforrásként a böjtben, mint a KD-ben,
2) a magasabb ketonszint és a glükoneogén igények lehetséges kielégítése miatt az izomtömeg jobban megmarad KD-nél, mint éhgyomorra.