قصة الكيتونات وكيف يمكنها أن تمنع مرض الزهايمر
دماغك هو عضو "مكلف" للغاية للحفاظ عليه، من حيث احتياجاته من الطاقة. هذه البنية الرائعة، التي تزن حوالي 3 أرطال في البالغ العادي، تتكون من حوالي 60 في المئة من الدهون، بينما تتكون بقية أنسجتها من مزيج من الماء والكربوهيدرات والبروتين والأملاح. دماغك، الذي بدونه يمكن القول أنك لن تكون أنت، مكلف لأنه يستهلك نسبة مذهلة تبلغ 20 في المئة من الطاقة اليومية اللازمة للحفاظ على عمل جسمك بالكامل. وهذا على الرغم من حجمه الصغير نسبيًا مقارنة بكامل جسمك.
إذًا، ما الذي يحدث هنا؟ لماذا يُعتبر دماغك مستهلكًا كبيرًا للطاقة وما علاقة ذلك بالكيتونات ومرض الزهايمر؟ دعونا نلقي نظرة أقرب على كيفية استخدام دماغك للطاقة.
أولاً، دعونا نفحص الجلوكوز، الذي يُعتبر المصدر الرئيسي للوقود لكل من الجسم والدماغ. الجلوكوز، من الكلمة اليونانية glykys التي تعني "حلو"، هو ما يُعرف بالسكر البسيط، ويتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين. يُستخدم هذا السكر في جميع أنحاء الجسم لتوفير الوقود لاحتياجات الجسم المتعددة من الطاقة. يمكن لجسمك الحصول على الجلوكوز عن طريق تكسير السكريات مثل الفركتوز واللاكتوز الموجودة في الأطعمة، ويمكنه أيضًا تكسير الأطعمة النشوية لإنتاج الجلوكوز.
يمكن لجسمك أيضًا إنتاج الجلوكوز من الجليكوجين المخزن في الكبد والعضلات، وتحويله إلى شكل قابل للاستخدام. يُعرف هذا بعملية تحلل الجليكوجين (تُنطق "جلايكوجينوليسيس") من "تحلل" التي تعني "القطع".
طريقة أخرى ينتج بها جسمك الجلوكوز هي عملية تسمى تكوين الجلوكوز (تُنطق "جلوكو-نيو-جينيسيس") والتي يمكنك على الأرجح تخمين أنها تعني إنشاء جلوكوز جديد. تحدث هذه العملية بشكل رئيسي في الكبد والكلى حيث يستخدم جسمك مواد أولية غير كربوهيدراتية مثل اللاكتات لإنتاج الجلوكوز. يكون هذا الشكل من إنتاج الجلوكوز نشطًا بشكل خاص عندما تتعافى من التمارين المكثفة.
يستخدم جسمك الجلوكوز لإنتاج ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وهو جزيء يمكنه حمل الطاقة. يمكنك اعتبار ATP كعملة لخلاياك، حيث يخزن الطاقة، وعندما يتحلل، يطلق الطاقة التي تشغل جميع العمليات الحيوية الضرورية للحياة. الآن نعود إلى الدماغ.
يحتاج دماغك، لأنه يستهلك معظم طاقة جسمك، إلى مصدر طاقة موثوق وثابت، وإلا فإن موت الخلايا والأضرار الدائمة المحتملة ستكون النتيجة. هذه الطاقة من الجلوكوز حيوية لمعالجة المعلومات بواسطة دماغك، بما في ذلك تكوين الذكريات طويلة الأمد. واحدة من الأمور الجيدة حول الجلوكوز هي أنه مصدر جيد للطاقة، حيث ينتج كل جزيء جلوكوز كمية ملحوظة من ATP. ومع ذلك، فإن عملية إنتاج الجلوكوز ليست فعالة جدًا، لكنها تمثل مصدرًا مهمًا جدًا للطاقة لجسمك، حيث إنها عادة ما تكون متاحة بسهولة."
ولكن ماذا يفعل الدماغ عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة، كما يحدث في فترات طويلة من التمارين المكثفة، أو البقاء لفترة طويلة دون تناول الطعام، أو حتى في حالات مرضية مثل السكري؟ بالنسبة لعضو حيوي للحياة، من المنطقي أن يكون للدماغ مصدر بديل للوقود، وهذا الوقود هو الدهون. ليست الدهون بالمعنى العادي، بل الدهون التي تم تكسيرها في الكبد إلى شيء يسمى أجسام الكيتون.
تُعتبر الكيتونات الفائز الواضح عندما يتعلق الأمر بمصدر الطاقة للدماغ لأنها تُنتج عبر مسار أكثر كفاءة بكثير من الجلوكوز، مما يعني إنتاج المزيد من ATP لكل جزيء. كما أن الكيتونات تُعتبر وقودًا "أنظف" لأنها تنتج كمية أقل بكثير من النواتج الأيضية "القذرة" مقارنة بعملية أيض الجلوكوز.
تشير الأبحاث الأحدث أيضًا إلى فكرة أن الكيتونات تلعب أدوارًا أخرى بجانب كونها مجرد وقود، مثل العمل كـ منظمو نشاط الخلايا العصبية، مما يؤثر على التعبير الجيني والعمل كـ الإشارة جزيئات في خلايا دماغك.
لا يتعين عليك أن تجري ماراثونًا أو تقضي أيامًا دون تناول الطعام لإنتاج الكيتونات، حيث يستخدم العديد من الأشخاص ما يُسمى "حمية الكيتو" وهي برنامج منخفض الكربوهيدرات وعالي الدهون، لمساعدتهم على التحول إلى الكيتوزية. يُبلغ العديد من الأشخاص أنه عندما يكونون في حالة الكيتوزية، فإن قدرتهم على التركيز والانتباه تزداد بشكل ملحوظ. الأشخاص الذين يمارسون الصيام المتقطع بانتظام يصلون إلى ما يُعرف باسم المرونة الأيضية، ويمكنهم بسهولة التحول من حرق الكربوهيدرات عند تناول الطعام إلى حرق الدهون (وإنتاج الكيتونات) أثناء الصيام. كما يُبلغ الصائمون المتقطعون عن نفس الشعور بزيادة التركيز والانتباه والرفاهية مثل الأشخاص الذين يتبعون حمية الكيتو.
إذاً ما علاقة كل هذا بمرض الزهايمر؟
في عام 2016، نُشرت مقالة بحثية مثيرة للاهتمام في مجلة Frontiers In Molecular Neuroscience بعنوان "Can Ketones Help Rescue Brain Fuel Supply in Later Life? Implications for Cognitive Health during Aging and the Treatment of Alzheimer’s Disease." يقترح المؤلفون أن الأشخاص الذين يتطور لديهم مرض الزهايمر يعانون من عجز في طاقة الدماغ المتعلقة بالجلوكوز، والذي يظهر قبل فترة طويلة من بدء ظهور أعراض المرض عليهم.
يعتمدون في استدلالهم على أربعة نتائج:
واحد - في الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 64 عامًا والذين يكونون طبيعيين معرفيًا في الاختبارات، يكون امتصاص الجلوكوز في القشرة الأمامية من دماغهم أقل من أولئك الذين هم أصغر سنًا.
اثنان - في الأشخاص الذين تقل أعمارهم عن 40 عامًا ولكن لديهم عوامل خطر جينية أو نمط حياة لمرض الزهايمر، ولكنهم أيضًا طبيعيون من الناحية الإدراكية، يكون امتصاص الجلوكوز في القشرة الجبهية منخفضًا أيضًا، مقارنة بالأشخاص الأصحاء في نفس الفئة العمرية الذين لا يملكون عوامل الخطر الجينية أو نمط الحياة.
ثلاثة - الأشخاص الذين تم تشخيصهم بمرض الزهايمر (AD) أو بضعف الإدراك البسيط (MCI) لديهم نفس ضعف امتصاص الجلوكوز كما في المجموعات في واحد واثنين أعلاه، ولكن امتصاص أدمغتهم للكيتونات هو نفسه كما في الضوابط المتطابقة في العمر الذين يتمتعون بصحة معرفية.
إليك ما توصل إليه المؤلف حتى الآن: تشير النتائج الثلاثة الأولى للأبحاث بوضوح إلى وجود نقص في جلوكوز الدماغ يسبق تدهور القدرة الإدراكية ويزداد سوءًا مع تقدم الضعف الإدراكي البسيط نحو مرض الزهايمر. ولكن انظر إلى النتيجة الرابعة للبحث:
أربعة - عندما يتم التدخل لزيادة توفر الكيتونات لأدمغة الأشخاص الذين يعانون من كل من MCI وAD، تتحسن قدرتهم الإدراكية.
من هذا، يستنتج المؤلفون أنه من أجل تطوير نهج علاجي ناجح للتدهور المعرفي البسيط وكذلك مرض الزهايمر، يجب التغلب على هذا الاستنزاف لإمداد الطاقة في الدماغ. نظرًا لأن امتصاص الدماغ للكيتونات لا يزال يبدو طبيعيًا لدى الأشخاص الذين يعانون من التدهور المعرفي البسيط ومرض الزهايمر، فإن التدخل الذي يوفر الكيتونات للدماغ يبدو واعدًا على الأقل لتأخير تطور أو تقدم مرض الزهايمر. بعض هذه التدخلات تشمل المكملات بـزيت MCT (الدهون الثلاثية متوسطة السلسلة) التي أظهرت فائدة لدى الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر، وطرق أخرى مثل الصيام، ونظام غذائي كيتوني عالي الدهون أو نظام غذائي عادي يضاف إليه استرات الكيتون أو زيت MCT.
بالطبع هناك الكثير من الأبحاث التي يجب إجراؤها، ولكن زيادة إمداد الدماغ بالكيتونات المتاحة يبدو أنه وسيلة آمنة ومدعومة بالأبحاث ومتحملة بشكل جيد لتجاوز نقص الطاقة لدى الأشخاص الذين تكون أدمغتهم عرضة لمرض الزهايمر.
المراجع:
1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., وآخرون. (2016). هل يمكن للكيتونات أن تعوض عن تدهور امتصاص الجلوكوز في الدماغ أثناء الشيخوخة؟ الآثار المترتبة على خطر وعلاج مرض الزهايمر. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1367 12–20. 10.1111/nyas.12999.
٢. D’Agostino D. P., Pilla R., Held H. E., Landon C. S., Puchowicz M., Brunengraber H., وآخرون. (٢٠١٣). الكيتوزية العلاجية باستخدام إستر الكيتون تؤخر نوبات السمية الأكسجينية للجهاز العصبي المركزي في الفئران. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. ٣٠٤ R829–R836. 10.1152/ajpregu.00506.2012.
3. Freemantle E., Vandal M., Tremblay Mercier J., Plourde M., Poirier J., Cunnane S. C. (2009). الاستجابة الأيضية لوجبة إفطار كيتونية لدى المسنين الأصحاء. J. Nutr. Health Aging 13 293–298. 10.1007/s12603-009-0026-9.
٤. Fulop T., Dupuis G., Baehl S., Le Page A., Bourgade K., Frost E., وآخرون. (٢٠١٥). من الالتهاب الشيخوخي إلى الشلل المناعي: منحدر زلق خلال الشيخوخة للتكيف المناعي. Biogerontology ١٧ ١٤٧–١٥٧. ١٠.١٠٠٧/s١٠٥٢٢-٠١٥-٩٦١٥-٧.
5. Burns C. M., Chen K., Kaszniak A. W., Lee W., Alexander G. E., Bandy D., وآخرون. (2013). ترتبط مستويات الجلوكوز في الدم المرتفعة بانخفاض التمثيل الغذائي في مناطق الدماغ المرتبطة بمرض الزهايمر. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.
6. كاهيل ج. ف. الابن (2006). استقلاب الوقود في الجوع. المراجعة السنوية للتغذية. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.
7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). عائلة ناقل المونوكربوكسيلات المرتبط بالبروتون (MCT): الهيكل، الوظيفة والتنظيم. Biochem. J. 343(Pt 2), 281–299. 10.1042/0264-6021:3430281.
8. Hennebelle M., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Castellano C. A., Fortier M., وآخرون. (2016). تقييم أولي لتأثير مختلف لمكمل غني بحمض ألفا-لينولينيك على تكوين الكيتونات وأحماض أوميغا-3 الدهنية في البلازما لدى الشباب مقارنة بالبالغين الأكبر سناً. التغذية 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.
9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). تأثيرات الأجسام الكيتونية في مرض الزهايمر فيما يتعلق بنقص التمثيل الغذائي العصبي، سمية بيتا أميلويد، ووظيفة الخلايا النجمية. J. Neurochem. 134 7–20. 10.1111/jnc.13107.
10. كاستيلانو سي. أ، بايلارجون ج. ب، نوجنت س، تريمبلاي س، فورتير م، إيمبو ه، وآخرون. (2015a). انخفاض استقلاب الجلوكوز في الدماغ الإقليمي لدى النساء الشابات المصابات بمتلازمة تكيس المبايض: ارتباط محتمل بمقاومة الأنسولين الخفيفة. PLoS ONE 10:e0144116 10.1371/journal.pone.0144116.
11. Castellano C. A., Nugent S., Paquet N., Tremblay S., Bocti C., Lacombe G., وآخرون. (2015b). انخفاض امتصاص 18F-Fluorodeoxyglucose في الدماغ ولكن استقلاب طبيعي لـ 11C-Acetoacetate في الخرف الناتج عن مرض الزهايمر الخفيف. J. Alzheimers Dis. 43 1343–1353. 10.3233/JAD-141074.
12. Clarke K., Tchabanenko K., Pawlosky R., Carter E., Todd King M., Musa-Veloso K., وآخرون. (2012). الحركية، السلامة والتحمل لـ (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate في البالغين الأصحاء. Regul. Toxicol. Pharmacol. 63 401–408. 10.1016/j.yrtph.2012.04.008.
13. Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Hennebelle M., Castellano C. A., Fortier M., Tessier D., وآخرون. (2015). الاستجابة الكيتونية للعلاج المشترك مع البيزافايبريت وثلاثي الجليسريدات متوسطة السلسلة في البشر الأصحاء. التغذية 31 1255–1259. 10.1016/j.nut.2015.05.015.
14. Courchesne-Loyer A., Fortier M., Tremblay-Mercier J., Chouinard-Watkins R., Roy M., Nugent S., وآخرون. (2013). تحفيز الكيتونيميا الخفيفة والمستدامة بواسطة ثلاثي الجليسريدات متوسطة السلسلة في البشر الأصحاء: التقدير المحتمل للمساهمة في استقلاب طاقة الدماغ. التغذية 29 635–640. 10.1016/j.nut.2012.09.009.
15. Cunnane S., Nugent S., Roy M., Courchesne-Loyer A., Croteau E., Tremblay S., وآخرون. (2011). استقلاب وقود الدماغ، الشيخوخة ومرض الزهايمر. التغذية 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.