Historia ketonów i ich potencjalna rola w zapobieganiu chorobie Alzheimera
Twój mózg jest bardzo "kosztownym" organem do utrzymania, jeśli chodzi o jego potrzeby energetyczne. Ta niezwykła struktura, ważąca około 3 funty u przeciętnego dorosłego, składa się w około 60 procentach z tłuszczu, a reszta jej tkanek to kombinacja wody, węglowodanów, białka i soli. Twój mózg, bez którego prawdopodobnie nie byłbyś sobą, jest kosztowny, ponieważ zużywa aż 20 procent dziennej energii potrzebnej do utrzymania funkcjonowania całego ciała. Dzieje się tak pomimo jego stosunkowo małych rozmiarów w porównaniu do całego ciała.
Co się tutaj dzieje? Dlaczego twój mózg jest takim pożeraczem energii i co to ma wspólnego z ketonami i chorobą Alzheimera? Przyjrzyjmy się bliżej, jak twój mózg wykorzystuje energię.
Najpierw przyjrzyjmy się glukozie, która jest głównym źródłem paliwa zarówno dla ciała, jak i mózgu. Glukoza, od greckiego słowa glykys oznaczającego "słodki", jest tym, co jest znane jako cukier prosty i składa się z węgla, wodoru i tlenu. Ten cukier jest wykorzystywany w całym ciele, aby dostarczać paliwo dla różnych potrzeb energetycznych organizmu. Twoje ciało może uzyskać glukozę poprzez rozkład cukrów, takich jak fruktoza i laktoza, które znajdują się w żywności, a także może rozkładać produkty skrobiowe, aby również produkować glukozę.
Twoje ciało może również produkować glukozę z glikogenu, który jest przechowywany w wątrobie i mięśniach, przekształcając ją w formę użyteczną. Jest to znane jako glikogenoliza (wym. "GLY-ko-gen-OLL-eh-sis") od „liza”, co oznacza „ciąć”.
Innym sposobem, w jaki twoje ciało produkuje glukozę, jest proces zwany glukoneogenezą (wymowa: "GLU-ko-neo-GEN-eza"), co prawdopodobnie oznacza tworzenie nowej glukozy. Proces ten zachodzi głównie w wątrobie i nerkach, gdzie organizm wykorzystuje prekursory nie węglowodanowe, takie jak mleczan, do produkcji glukozy. Ta forma produkcji glukozy jest szczególnie aktywna, gdy regenerujesz się po intensywnym wysiłku fizycznym.
Twoje ciało wykorzystuje glukozę do produkcji ATP (adenozynotrifosforan), który jest cząsteczką zdolną do przenoszenia energii. Możesz myśleć o ATP jako o walucie swoich komórek, ponieważ magazynuje energię, a gdy jest rozkładane, uwalnia energię, która napędza wszystkie niezbędne procesy życiowe. Teraz wracamy do mózgu.
Twój mózg, ponieważ zużywa większość energii twojego ciała, musi mieć niezawodne i stałe źródło energii, w przeciwnym razie nastąpi śmierć komórek i prawdopodobnie trwałe uszkodzenia. Ta energia z glukozy jest kluczowa dla przetwarzania informacji przez twój mózg, w tym formowania długoterminowych wspomnień. Jedną z zalet glukozy jest to, że jest dobrym źródłem energii, ponieważ każda cząsteczka glukozy produkuje znaczną ilość ATP. Mimo to, proces produkcji glukozy nie jest zbyt wydajny, ale stanowi bardzo znaczące źródło energii dla twojego ciała, ponieważ zazwyczaj jest łatwo dostępna."
Ale co robi mózg, gdy poziom glukozy jest niski, jak to się dzieje podczas długich okresów intensywnego wysiłku fizycznego, długotrwałego niejedzenia, a nawet w stanach chorobowych, takich jak cukrzyca? Dla organu, który jest kluczowy dla życia, logiczne jest, że mózg ma alternatywne źródło paliwa, a tym paliwem jest tłuszcz. Nie tłuszcz w normalnym znaczeniu, ale tłuszcz, który został rozłożony w wątrobie na coś, co nazywa się ciałami ketonowymi.
Ketony są zdecydowanym zwycięzcą, jeśli chodzi o źródło energii dla mózgu, ponieważ są wytwarzane przez znacznie bardziej efektywną ścieżkę niż glukoza, co oznacza, że produkuje się znacznie więcej ATP na cząsteczkę. Ketony są również "czystszym" paliwem, ponieważ wytwarzają znacznie mniej "brudnych" produktów ubocznych metabolizmu niż metabolizm glukozy.
Nowsze badania wskazują również na to, że ketony pełnią inne role poza byciem jedynie paliwem, takie jak służenie jako regulatory aktywności neuronów, mając wpływ na ekspresja genów i działając jako sygnalizowanie molekuły w twoich komórkach mózgowych.
Nie musisz biegać maratonu ani przez dni nie jeść, aby produkować ketony, ponieważ wiele osób stosuje tak zwaną "dietę keto", która jest programem niskowęglowodanowym, wysokotłuszczowym, aby pomóc im przejść w stan ketozy. Wiele osób zgłasza, że kiedy są w stanie ketozy, ich zdolność do skupienia i koncentracji jest znacznie zwiększona. Osoby, które regularnie praktykują przerywany post, osiągają to, co nazywa się elastycznością metaboliczną, i mogą łatwo przełączać się z spalania węglowodanów podczas jedzenia na spalanie tłuszczu (i produkcję ketonów) podczas postu. Osoby praktykujące przerywany post również zgłaszają te same odczucia zwiększonego skupienia, koncentracji i dobrego samopoczucia, co osoby na diecie keto.
Co to wszystko ma wspólnego z chorobą Alzheimera?
W 2016 roku w czasopiśmie Frontiers In Molecular Neuroscience opublikowano intrygujący artykuł badawczy zatytułowany „Can Ketones Help Rescue Brain Fuel Supply in Later Life? Implications for Cognitive Health during Aging and the Treatment of Alzheimer’s Disease.” Autorzy sugerują, że u osób, które rozwijają chorobę Alzheimera, występuje deficyt energii mózgowej związany z glukozą, który pojawia się na długo przed tym, jak zaczynają wykazywać objawy choroby.
Opierają swoje rozumowanie na czterech ustaleniach:
Jeden - U osób, które mają więcej niż 64 lata i które są poznawczo normalne w testach, pobór glukozy w korze czołowej ich mózgu jest niższy niż u osób młodszych.
Dwa - U osób poniżej 40 roku życia, które mają genetyczne lub związane ze stylem życia czynniki ryzyka choroby Alzheimera, ale które są również poznawczo normalne, pobór glukozy w korze czołowej jest również niski w porównaniu do zdrowych osób w tej samej grupie wiekowej bez genetycznych lub związanych ze stylem życia czynników ryzyka.
Trzy - Osoby, u których zdiagnozowano zarówno chorobę Alzheimera (AD), jak i łagodne zaburzenia poznawcze (MCI), mają takie samo upośledzenie pobierania glukozy jak grupy opisane w punktach jeden i dwa powyżej, ale pobieranie ketonów przez ich mózgi jest takie samo jak u zdrowych poznawczo osób w tym samym wieku.
Oto, do jakiego punktu doszło rozumowanie autora: pierwsze trzy wyniki badań wyraźnie sugerują deficyt glukozy w mózgu, który poprzedza spadek zdolności poznawczych i staje się jeszcze bardziej poważny, gdy łagodne zaburzenia poznawcze przechodzą w chorobę Alzheimera. Ale spójrz na czwarty wynik badania:
Cztery - Gdy podejmowane są interwencje, które zwiększają dostępność ketonów dla mózgów osób z MCI i AD, ich zdolności poznawcze się poprawiają.
Z tego autorzy wnioskują, że aby opracować skuteczne podejście terapeutyczne dla łagodnego spadku funkcji poznawczych oraz choroby Alzheimera, należy przezwyciężyć to wyczerpanie zasobów energetycznych mózgu. Ponieważ wychwyt ketonów przez mózg wydaje się być normalny u osób z MCI i chorobą Alzheimera, interwencja, która dostarcza ketony do mózgu, wydaje się obiecująca, aby przynajmniej opóźnić rozwój lub postęp choroby Alzheimera. Niektóre z tych interwencji to suplementacja olejem MCT (trójglicerydy o średniej długości łańcucha), która wykazała korzyści u osób z chorobą Alzheimera, oraz inne metody, takie jak post, wysokotłuszczowa dieta ketogeniczna lub regularna dieta, do której dodaje się estry ketonowe lub olej MCT.
Oczywiście jest jeszcze wiele badań do przeprowadzenia, ale zwiększenie dostępności ketonów w mózgu wydaje się być bezpiecznym, popartym badaniami i dobrze tolerowanym sposobem na ominięcie deficytu energetycznego u osób, których mózgi są podatne na chorobę Alzheimera.
Bibliografia:
1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., et al. (2016). Czy ketony mogą kompensować pogarszające się wchłanianie glukozy przez mózg w trakcie starzenia się? Implikacje dla ryzyka i leczenia choroby Alzheimera. 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). Ketogeniczna terapia z użyciem estru ketonowego opóźnia napady drgawek spowodowane toksycznością tlenową ośrodkowego układu nerwowego u szczurów. 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). Odpowiedź metaboliczna na ketogeniczne śniadanie u zdrowych osób starszych. 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). Od zapalenia starczego do paraliżu immunologicznego: śliska droga podczas starzenia się dla adaptacji immunologicznej. 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). Wyższe poziomy glukozy w surowicy są związane z hipometabolizmem mózgowym w regionach Alzheimera. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.
6. Cahill G. F., Jr. (2006). Metabolizm paliwowy podczas głodzenia. Annu. Rev. Nutr. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.
7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). Rodzina transporterów monokarboksylanowych sprzężonych z protonem (MCT): struktura, funkcja i regulacja. 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). Wstępna ocena różnicowego wpływu suplementu bogatego w alfa-linolenian na ketogenezę i kwasy tłuszczowe omega-3 w osoczu u młodych w porównaniu do starszych dorosłych. Nutrition 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.
9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). Wpływ ciał ketonowych w chorobie Alzheimera w odniesieniu do hipometabolizmu neuronalnego, toksyczności beta-amyloidu i funkcji astrocytów. 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). Regionalna hipometabolizm glukozy w mózgu u młodych kobiet z zespołem policystycznych jajników: możliwy związek z łagodną insulinoopornością. 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). Niższe pobieranie 18F-Fluorodeoksyglukozy przez mózg, ale normalny metabolizm 11C-Acetoacetatu w łagodnej demencji choroby Alzheimera. 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). Kinetics, safety and tolerability of (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate in healthy adult subjects. 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). Odpowiedź ketogenna na współleczenie bezafibratem i średniołańcuchowymi triacyloglicerolami u zdrowych ludzi. 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). Stymulacja łagodnej, utrzymującej się ketonemii przez trójglicerydy średniołańcuchowe u zdrowych ludzi: szacowany potencjalny wkład w metabolizm energetyczny mózgu. 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). Metabolizm paliwa mózgowego, starzenie się i choroba Alzheimera. Nutrition 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.