Historien om ketoner og hvordan de kan være i stand til å forhindre Alzheimers sykdom
Hjernen din er et svært "kostbart" organ å vedlikeholde, når det gjelder energibehov. Denne bemerkelsesverdige strukturen, som veier omtrent 3 pund hos en gjennomsnittlig voksen, består av omtrent 60 prosent fett, mens resten av vevet er en kombinasjon av vann, karbohydrater, proteiner og salter. Hjernen din, uten hvilken du antageligvis ikke ville vært deg, er kostbar fordi den forbruker hele 20 prosent av den daglige energien som trengs for å holde hele kroppen i gang. Dette til tross for dens relativt lille størrelse sammenlignet med hele kroppen din.
Så hva skjer her? Hvorfor er hjernen din en slik energisluker og hva har dette å gjøre med ketoner og Alzheimers sykdom? La oss ta en nærmere titt på hvordan hjernen din bruker energi.
Først, la oss undersøke glukose, som er den viktigste drivstoffkilden for både kropp og hjerne. Glukose, fra det greske ordet glykys som betyr "søt", er det som er kjent som et enkelt sukker, og er laget av karbon, hydrogen og oksygen. Dette sukkeret brukes over hele kroppen for å gi drivstoff til kroppens mange energibehov. Kroppen din kan få glukose ved å bryte ned sukker som fruktose og laktose som finnes i matvarer, og den kan bryte ned stivelsesholdige matvarer for også å produsere glukose.
Kroppen din kan også produsere glukose fra glykogenet som er lagret i leveren og musklene dine, til en brukbar form. Dette er kjent som glykogenolyse (uttales "GLY-ko-gen-OLL-eh-sis") fra "lysis" som betyr "å kutte."
En annen måte kroppen din produserer glukose på er en prosess kalt glukoneogenese (uttales "GLUE-ko-neo-GEN-eh-sis"), som du sannsynligvis kan gjette betyr skapelsen av ny glukose. Denne prosessen skjer hovedsakelig i leveren og nyrene dine, hvor kroppen bruker ikke-karbohydrat forløpere som laktat for å produsere glukose. Denne formen for glukoseproduksjon er spesielt aktiv når du er i ferd med å komme deg etter intens trening.
Kroppen din bruker glukose til å produsere ATP (adenosintrifosfat), som er et molekyl som kan bære energi. Du kan tenke på ATP som cellenes valuta, da det lagrer energi, og når det brytes ned, frigjør det energi som driver alle de vitale prosessene som er nødvendige for livet. Nå tilbake til hjernen.
Hjernen din, fordi den forbruker mesteparten av kroppens energi, må ha en pålitelig og jevn energikilde, ellers vil celledød og sannsynligvis permanent skade bli resultatet. Denne energien fra glukose er kritisk for hjernens behandling av informasjon, inkludert dannelsen av langtidsminner. En av de gode tingene med glukose er at det er en god energikilde, ettersom hvert glukosemolekyl produserer en betydelig mengde ATP. Selv om prosessen med å produsere glukose ikke er veldig effektiv, representerer den en svært betydelig energikilde for kroppen din, da den vanligvis er lett tilgjengelig.
Men hva gjør hjernen når glukosenivåene er lave, slik det skjer under lange perioder med intens trening, når man går lenge uten å spise, eller til og med i sykdomstilstander som diabetes? For et organ som er kritisk for livet, gir det mening at hjernen din har en alternativ kilde til drivstoff, og det drivstoffet er fett. Ikke fett i vanlig forstand, men fett som har blitt brutt ned i leveren til noe som kalles ketonlegemer.
Ketoner er den klare vinneren når det gjelder energikilde for hjernen fordi de produseres gjennom en mye mer effektiv vei enn glukose, noe som betyr at mye mer ATP produseres per molekyl. Ketoner er også et "renere" drivstoff, i den forstand at de produserer mye mindre av "skitne" metabolske biprodukter enn metabolismen av glukose gjør.
Nyere forskning peker også på ideen om at ketoner har andre roller enn bare å være drivstoff, som for eksempel å fungere som regulatorer av aktiviteten til nevroner, som har virkninger på genuttrykk og fungere som signalering molekyler i hjernecellene dine.
Du trenger ikke å løpe et maraton eller gå dager uten å spise for å produsere ketoner, ettersom mange bruker den såkalte "keto-dietten", som er et lavkarbo, høyfett program, for å hjelpe dem med å gå over i ketose. Mange rapporterer at når de er i ketose, er deres evne til å fokusere og konsentrere seg betydelig økt. Personer som regelmessig praktiserer periodisk faste oppnår det som kalles metabolsk fleksibilitet, og kan lett bytte fra å forbrenne karbohydrater når de spiser, til å forbrenne fett (og produsere ketoner) mens de faster. Periodiske fastere rapporterer også de samme følelsene av økt fokus, konsentrasjon og velvære som personer på en keto-diett.
Så hva har alt dette å gjøre med Alzheimers sykdom?
I 2016 ble det publisert en interessant forskningsartikkel i Frontiers In Molecular Neuroscience med tittelen “Can Ketones Help Rescue Brain Fuel Supply in Later Life? Implications for Cognitive Health during Aging and the Treatment of Alzheimer’s Disease.” Forfatterne foreslår at hos personer som utvikler Alzheimer, er det et underskudd i hjernens energi knyttet til glukose som viser seg lenge før de begynner å vise symptomer på sykdommen.
De baserer sin argumentasjon på fire funn:
En - Hos personer som er eldre enn 64 år og som er kognitivt normale ved testing, er opptaket av glukose i frontallappen i hjernen lavere enn hos dem som er yngre.
To - Hos personer som er under 40 år, men som har enten genetiske eller livsstilsrelaterte risikofaktorer for Alzheimers sykdom, men som også er kognitivt normale, er opptaket av glukose i frontalkorteks også lavt sammenlignet med friske personer i samme aldersgruppe uten de genetiske eller livsstilsrelaterte risikofaktorene.
Tre - Personer som har blitt diagnostisert både med Alzheimers sykdom (AD) eller med mild kognitiv svikt (MCI) har den samme nedsatte glukoseopptaket som gruppene i én og to ovenfor, men hjernens opptak av ketoner er det samme som hos aldersmatchede kontroller som er kognitivt friske.
Her er hvor forfatterens resonnement er så langt: de første tre forskningsfunnene antyder tydelig en mangel på glukose i hjernen som går forut for nedgangen i kognitiv evne og blir enda mer alvorlig etter hvert som mild kognitiv svikt utvikler seg mot Alzheimers sykdom. Men ta en titt på det fjerde forskningsfunnet:
Fire - Når det gjøres intervensjoner som øker tilgjengeligheten av ketoner til hjernen hos personer som har både MCI og AD, forbedres deres kognitive evne.
Fra dette konkluderer forfatterne med at for å utvikle en vellykket terapeutisk tilnærming for mild kognitiv svikt så vel som Alzheimers, må denne utmattelsen av hjernens energiforsyning overvinnes. Fordi hjernens opptak av ketoner fortsatt ser ut til å være normalt hos personer med MCI og Alzheimers sykdom, virker en intervensjon som tilfører ketoner til hjernen lovende for i det minste å forsinke utviklingen av, eller progresjonen av Alzheimers. Noen av disse intervensjonene er tilskudd med MCT-olje (mediumkjedede triglyserider) som har vist seg å ha fordeler hos personer med Alzheimers sykdom, og andre metoder som faste, en høyfett ketogen diett eller et vanlig kosthold der ketonestere eller MCT-olje tilsettes.
Selvfølgelig er det mye mer forskning som må gjøres, men å øke hjernens tilgjengelige ketonforsyning ser ut til å være en sikker, forskningsstøttet og godt tolerert måte å omgå energimangelen hos personer hvis hjerner er utsatt for Alzheimers sykdom.
Referanser:
1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., et al. (2016). Kan ketoner kompensere for forverret glukoseopptak i hjernen under aldring? Implikasjoner for risiko og behandling av Alzheimers sykdom. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1367 12–20. 10.1111/nyas.12999.
2. D'Agostino D. P., Pilla R., Held H. E., Landon C. S., Puchowicz M., Brunengraber H., et al. (2013). Terapeutisk ketose med ketonester forsinker oksygentoksisitet-anfall i sentralnervesystemet hos rotter. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 304 R829–R836. 10.1152/ajpregu.00506.2012.
3. Freemantle E., Vandal M., Tremblay Mercier J., Plourde M., Poirier J., Cunnane S. C. (2009). Metabolsk respons på en ketogen frokost hos friske eldre. J. Nutr. Health Aging 13 293–298. 10.1007/s12603-009-0026-9.
4. Fulop T., Dupuis G., Baehl S., Le Page A., Bourgade K., Frost E., et al. (2015). Fra inflamm-aldring til immun-paralyse: en glatt skråning under aldring for immun-tilpasning. Biogerontology 17 147–157. 10.1007/s10522-015-9615-7.
5. Burns C. M., Chen K., Kaszniak A. W., Lee W., Alexander G. E., Bandy D., et al. (2013). Høyere serumglukosenivåer er assosiert med cerebral hypometabolisme i Alzheimer-regioner. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.
6. Cahill G. F., Jr. (2006). Drivstoffmetabolisme ved sult. Annu. Rev. Nutr. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.
7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). Den protonkoblede monokarboksylattransportør (MCT) familien: struktur, funksjon og regulering. 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., et al. (2016). Foreløpig evaluering av en differensiell effekt av et alfa-linolensyre-rikt tilskudd på ketogenese og plasma omega-3 fettsyrer hos unge sammenlignet med eldre voksne. Nutrition 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.
9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). Effekter av ketonlegemer i Alzheimers sykdom i forhold til nevral hypometabolisme, beta-amyloid toksisitet, og astrocyttfunksjon. J. Neurochem. 134 7–20. 10.1111/jnc.13107.
10. Castellano C. A., Baillargeon J. P., Nugent S., Tremblay S., Fortier M., Imbeault H., et al. (2015a). Regional hjerneglukosehypometabolisme hos unge kvinner med polycystisk ovariesyndrom: mulig kobling til mild insulinresistens. PLoS ONE 10:e0144116 10.1371/journal.pone.0144116.
11. Castellano C. A., Nugent S., Paquet N., Tremblay S., Bocti C., Lacombe G., et al. (2015b). Lavere opptak av 18F-Fluorodeoksyglukose i hjernen, men normal 11C-Acetoacetat metabolisme ved mild Alzheimers sykdom demens. 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., et al. (2012). Kinetikk, sikkerhet og toleranse av (R)-3-hydroksybutyl (R)-3-hydroksybutyrat hos friske voksne personer. 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., et al. (2015). Ketogen respons på samtidig behandling med bezafibrat og middels kjedede triacylglyseroler hos friske mennesker. Nutrition 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., et al. (2013). Stimulering av mild, vedvarende ketonemi ved middels kjedelengde triacylglyseroler hos friske mennesker: estimert potensiell bidrag til hjernens energimetabolisme. Nutrition 29 635–640. 10.1016/j.nut.2012.09.009.
15. Cunnane S., Nugent S., Roy M., Courchesne-Loyer A., Croteau E., Tremblay S., et al. (2011). Hjernens drivstoffmetabolisme, aldring og Alzheimers sykdom. Nutrition 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.