Din hjärna är ett mycket "dyrt" organ att underhålla, vad gäller dess energibehov. Denna anmärkningsvärda struktur, som väger cirka 3 pund i en genomsnittlig vuxen person, är cirka 60 procent fett, med resten av dess vävnader som består av en kombination av vatten, kolhydrater, protein och salter. Din hjärna, utan vilken du förmodligen inte skulle vara du, är dyr eftersom den förbrukar hela 20 procent av den dagliga energin som behövs för att hålla hela din kropp igång. Detta trots sin relativt lilla storlek jämfört med hela din kropp.

Så vad händer här? Varför är din hjärna en sådan energisvin och vad har detta att göra med ketoner och Alzheimers sjukdom? Låt oss ta en närmare titt på hur din hjärna använder energi.

Låt oss först undersöka glukos, som är den huvudsakliga bränslekällan för både kropp och hjärna. Glukos, från det grekiska ordet glykys som betyder "söt", är vad som är känt som ett enkelt socker och är gjort av kol, väte och syre. Detta socker används i hela kroppen för att ge bränsle för kroppens många energibehov. Din kropp kan få glukos genom att bryta ner sockerarter som fruktos och laktos som finns i livsmedel, och den kan bryta ner stärkelsehaltiga livsmedel för att också producera glukos.

Din kropp kan också producera glukos från glykogenet som lagras i din lever och muskler, till en användbar form. Detta är känt som glykogenolys (säg "GLY-co-gen-OLL-eh-sis") från "lysis" som betyder "att skära."

Ett annat sätt din kropp producerar glukos är en process som kallas glukoneogenes (säg "GLUE-co-neo-GEN-eh-sis") som du förmodligen kan gissa betyder skapandet av ny glukos. Denna process sker huvudsakligen i din lever och njurar där din kropp använder icke-kolhydratprekursorer som laktat för att producera glukos. Denna form av glukosproduktion är särskilt aktiv när du återhämtar dig från intensiv träning.

Din kropp använder glukos för att producera ATP (adenosintrifosfat) som är en molekyl som kan bära energi. Du kan tänka på ATP som valutan för dina celler, eftersom det lagrar energi, och när det bryts ner frigör det energi som driver alla livsviktiga processer. Nu tillbaka till hjärnan.

Din hjärna, eftersom den förbrukar det mesta av din kropps energi, måste ha en pålitlig och stadig energikälla, annars kommer celldöd och sannolikt permanent skada att bli resultatet. Denna energi från glukos är avgörande för bearbetningen av information i din hjärna, inklusive bildandet av långtidsminnen. En av de bra sakerna med glukos är att det är en bra energikälla, eftersom varje glukosmolekyl producerar en anmärkningsvärd mängd ATP. Trots det är processen att producera glukos inte särskilt effektiv, men den representerar en mycket viktig energikälla för din kropp, eftersom den vanligtvis är lättillgänglig.

Men vad gör hjärnan när glukosnivåerna är låga, som händer vid långa perioder av intensiv träning, när man går länge utan att äta, eller till och med vid sjukdomstillstånd som diabetes? För ett organ som är livsviktigt är det vettigt att din hjärna har en alternativ källa till bränsle och det bränslet är fett. Inte fett i normal mening, utan fett som har bryts ner i levern till något som kallas ketonkroppar.

Ketoner är den klara vinnaren när det kommer till en energikälla för hjärnan eftersom de tillverkas av en mycket effektivare väg än glukos, vilket betyder mycket mer ATP produceras per molekyl. Ketoner är också ett "renare" bränsle, eftersom de producerar mycket mindre i vägen av "smutsiga" metaboliska biprodukter än vad metabolismen av glukos gör.

Nyare forskning pekar också på idén att ketoner tjänar andra roller än bara bränsle, som att fungera som regulatorer av neuronernas aktivitet, med effekter på genexpression och agerar som signal molekyler i dina hjärnceller.

Du behöver inte springa ett maraton eller gå dagar utan att äta för att producera ketoner, eftersom många använder den så kallade "keto-dieten" som är en lågkolhydrat, högfettprogram, för att hjälpa dem att byta till ketos. Många människor rapporterar att när de är i ketos är deras förmåga att fokusera och koncentrera sig markant ökad. Människor som regelbundet utövar intermittent fasta når vad som kallas metabolisk flexibilitet, och kan enkelt byta från att bränna kolhydrater när de äter, till att bränna fett (och producera ketoner) under fastan. Intermittent snabbare rapporterar också samma känsla av ökat fokus, koncentration och välbefinnande som personer på en keto-diet.

 Så vad har allt detta med Alzheimers sjukdom att göra?

År 2016 publicerades en spännande forskningsartikel i Frontiers In Molecular Neuroscience med titeln "Can Ketones Help Rescue Brain Fuel Supply in Later Life? Implikationer för kognitiv hälsa under åldrande och behandling av Alzheimers sjukdom.” Författarna föreslår att det hos människor som fortsätter att utveckla Alzheimers finns ett underskott i hjärnenergi som hänför sig till glukos som visar upp i god tid innan de börjar uppvisa symtom på sjukdomen.

De baserar sina resonemang på fyra fynd:

Ett – Hos personer som är äldre än 64 år och som är kognitivt normala vid testning, upptaget av glukos i frontala cortex av deras hjärnan är lägre än de som är yngre.

Två – Hos personer som är yngre än 40 år men som har antingen genetiska eller livsstilsriskfaktorer för Alzheimers sjukdom, men som är också kognitivt normala, är upptaget av glukos i frontalbarken också lågt, jämfört med friska personer i samma åldersgrupp utan de genetiska eller livsstilsriskfaktorerna.

Tre – Personer som båda har diagnostiserats med Alzheimers sjukdom (AD ) eller med lindrig kognitiv funktionsnedsättning (MCI) har samma försämrade glukosupptag som grupperna i ett och två ovan, men deras hjärnas upptag av ketoner är samma som i ålder -matchade kontroller som är kognitivt friska.

Här är författarens resonemang så långt: de tre första forskningsresultaten tyder tydligt på ett underskott i hjärnglukos som föregår nedgången i kognitiv förmåga och blir ännu allvarligare när mild kognitiv försämring fortsätter mot Alzheimers sjukdom. Men ta en titt på det fjärde forskningsresultatet:

Fyra – När interventioner görs som höjer tillgängligheten av ketoner till hjärnan hos personer som har båda MCI och AD, deras kognitiva förmåga förbättras.  

Av detta drar författarna slutsatsen att för att utveckla ett framgångsrikt terapeutiskt tillvägagångssätt för mild kognitiv försämring såväl som Alzheimers, måste denna utmattning av hjärnans energiförsörjning övervinnas. Eftersom hjärnans upptag av ketoner fortfarande verkar vara normalt hos personer med MCI och Alzheimers sjukdom, ser en intervention som tillför ketoner till hjärnan ut att åtminstone fördröja utvecklingen av eller utvecklingen av Alzheimers. Några av dessa interventioner är tillskott med MCT-olja (medellångkedjiga triglycerider) som har visat sig ha fördelar hos personer med Alzheimers sjukdom, och andra metoder som fasta, en strong>ketogen kost med hög fetthalteller en vanlig diet som tillsätts ketonestrar eller MCT-olja.

Naturligtvis finns det mycket mer forskning att göra, men att öka hjärnans tillgängliga ketontillförsel verkar vara ett säkert, forskningsstödt och vältolererat sätt att kringgå energibristen hos människor vars hjärnor är benägna att drabbas av Alzheimers sjukdom. 

Referenser:

1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., ​​St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., et al. (2016). Kan ketoner kompensera för försämrat glukosupptag i hjärnan under åldrandet? Konsekvenser för risken och behandlingen av Alzheimers sjukdom. 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 ketos med ketonester fördröjer anfall av syretoxicitet i centrala nervsystemet hos råttor. 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). Metaboliskt svar på en ketogen frukost hos friska äldre. J. Nutr. Hälsa Åldrande 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). Från inflammationsåldrande till immunförlamning: en hal backe under åldrandet för immunanpassning. 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). Högre serumglukosnivåer är associerade med cerebral hypometabolism i Alzheimer-regioner. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.

6. Cahill G. F., Jr. (2006). Bränslemetabolism i svält. Annu. Rev. Nutr. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.

7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). Familjen protonkopplade monokarboxylattransportörer (MCT): struktur, funktion och reglering. 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). Preliminär utvärdering av en differentiell effekt av ett alfa-linolenatrikt tillskott på ketogenes och plasma omega-3-fettsyror hos unga jämfört med äldre vuxna. Nutrition 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.

9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). Effekter av ketonkroppar vid Alzheimers sjukdom i relation till neural hypometabolism, beta-amyloidtoxicitet och astrocytfunktion. 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 hjärnglukoshypometabolism hos unga kvinnor med polycystiskt ovariesyndrom: möjlig koppling till 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). Nedre hjärnans 18F-fluordeoxiglukosupptag men normal 11C-acetoacetatmetabolism vid mild Alzheimers 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). Kinetik, säkerhet och tolerabilitet för (R)-3-hydroxibutyl (R)-3-hydroxibutyrat hos friska vuxna försökspersoner. 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). Ketogent svar på samtidig behandling med bezafibrat och medelkedjiga triacylglyceroler hos friska människor. 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, ihållande ketonemi av medelkedjiga triacylglyceroler hos friska människor: uppskattat potentiellt bidrag till hjärnans energimetabolism. 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). Hjärnbränslemetabolism, åldrande och Alzheimers sjukdom. Näring 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.