Крім втрати ваги: огляд терапевтичного використання дієт з дуже низьким вмістом вуглеводів (кетогенних)

Паолі

1 Фізіологічна лабораторія, Відділ біомедичних наук, Падуський університет, Падуя, Італія

Рубіні

1 Фізіологічна лабораторія, Відділ біомедичних наук, Падуський університет, Падуя, Італія

J S Волек

2 Лабораторія людської діяльності, кафедра кінезіології, Університет штату Коннектикут, Сторрс, штат Коннектикут, США

К А Гримальді

3 Лабораторія біомедичної інженерії, Інститут зв'язку та комп’ютерних систем, Національний технічний університет Афін, Афіни, Греція

Анотація

Дієти з дуже низьким вмістом вуглеводів або кетогенні дієти використовуються з 20-х років минулого століття як терапія епілепсії, і в деяких випадках можуть повністю усунути потребу в ліках. З 1960-х років вони стали широко відомими як один з найпоширеніших методів лікування ожиріння. Нещодавня робота за останнє десятиліття або близько того надала докази терапевтичного потенціалу кетогенних дієт при багатьох патологічних станах, таких як діабет, синдром полікістозних яєчників, вугрі, неврологічні захворювання, рак та покращення факторів ризику захворювань органів дихання та серцево-судинної системи. Можливість того, що зміна споживання їжі може бути корисною для зменшення або усунення фармацевтичних методів лікування, які часто є довічними зі значними побічними ефектами, вимагає серйозного розслідування. Цей огляд переглядає значення фізіологічного кетозу у світлі цих доказів та розглядає можливі механізми терапевтичної дії кетогенної дієти на різні захворювання. Цей огляд також ставить під сумнів питання щодо того, чи існують деякі попередньо сформовані ідеї щодо кетогенних дієт, які можуть створювати непотрібні бар'єри для їх використання як терапевтичних засобів в руках лікаря.

Вступ

Протягом останніх років у літературі накопичується все більше доказів, що свідчать про те, що кетогенні дієти з дуже низьким вмістом вуглеводів (VLCKD) можуть відігравати терапевтичну роль при численних захворюваннях. Застосування VLCKD для лікування епілепсії було добре відоме протягом багатьох десятиліть, і ці дієти стали ще більш широко відомими, оскільки вони стали популярними в 1970-х роках для схуднення - особливо як "Дієта Аткінса". 1 Зовсім недавно терапевтичне використання кетогенних дієт при інших захворюваннях було вивчено з позитивними результатами - це важливий напрямок для досліджень, оскільки, очевидно, якщо вживання їжі може зменшити залежність від фармацевтичних методів лікування, це принесе значну користь і з економічної точки зору як соціальну точку зору, враховуючи поточні 750 мільярдів доларів США щорічних витрат на фармацевтичні препарати. 2

Що таке кетоз?

Інсулін активує ключові ферменти в шляхах, які накопичують енергію, отриману з вуглеводів, і коли відсутні або не вистачає дієтичних вуглеводів, результуючий знижений рівень інсуліну призводить до зменшення ліпогенезу та накопичення жиру. Через кілька днів голодування або різко зниженого споживання вуглеводів (менше 50 г/день) запаси глюкози стають недостатніми як для нормального окислення жиру через надходження оксалоацетату в циклі Кребса (що дало початок фразі "спалювання жиру в полум'я вуглеводів ') і для постачання глюкози до центральної нервової системи (ЦНС). 4

ЦНС не може використовувати жир як джерело енергії; отже, він зазвичай використовує глюкозу. Через 3-4 дні без споживання вуглеводів ЦНС «змушена» знаходити альтернативні джерела енергії, і, як показали класичні експерименти Кехілла та його колег 4, це альтернативне джерело енергії походить від перевиробництва ацетилового коферменту А (CoA). Цей стан, який спостерігається при тривалому голодуванні, цукровому діабеті 1 типу та дієтах з високим вмістом жиру/низьким вмістом вуглеводів, призводить до вищої норми так званих кетонових тіл (КБ), тобто ацетоацетату, β-гідроксимасляної кислоти та ацетон - процес, який називається кетогенезом і відбувається переважно в матриксі мітохондрій у печінці. 6

Основним KB, що виробляється в печінці, є ацетоацетат, але основним циркулюючим кетоном є β-гідроксибутират, хоча останній, власне кажучи, не є KB, оскільки кетоновий фрагмент редукований до гідроксильної групи. У звичайних умовах адекватного вживання їжі вуглеводів вироблення вільної ацетооцтової кислоти є незначним, і вона швидко метаболізується різними тканинами, особливо скелетними та серцевими м’язами. В умовах перевиробництва ацетооцтової кислоти вона накопичується вище норми, і частина її перетворюється в інші два КБ, що призводить до кетонемії та кетонурії (наявність КБ у крові та сечі). Характерний запах кетозу «солодкого» дихання викликаний ацетоном, який, будучи дуже леткою сполукою, усувається головним чином за допомогою дихання в легенях. Шлях, що призводить до утворення 3-гідрокси-3-метилглутарил-КоА з ацетил КоА, також відбувається в цитозолі печінкових клітин, де він використовується замість цього для біосинтезу холестерину. У нормальних умовах концентрація KBs дуже низька (3, 6

Потім КБ використовуються тканинами як джерело енергії 3 шляхом, що веде до утворення з β-гідроксибутирату двох молекул ацетил-КоА, які використовуються остаточно в циклі Кребса. Цікаво відзначити, що КБ здатні виробляти більше енергії порівняно з глюкозою через метаболічні ефекти кетозу - високий хімічний потенціал 3-β-гідроксибутирату призводить до збільшення ΔG0 гідролізу АТФ. 3 Ще одним пунктом, який слід підкреслити, є, як показано в таблиці 1, що глікемія, хоча і знижена, залишається в межах фізіологічних рівнів через те, що глюкоза утворюється з двох джерел: з глюкогенних амінокислот і з гліцерину, що виділяється в результаті лізису з тригліцеридів. 7

Таблиця 1

Рівень крові Нормальна дієта Кетогенна дієта Діабетичний кетоацидоз

Глюкоза (мг/дл)	80–120	65–80	> 300
Інсулін (мкУ/л)	6–23	6,6–9,4	≅ 0
КБ конц (мℳ/л)	0,1	7/8	> 25
рН	7.4	7.4	8 При фізіологічному кетозі (який виникає під час дуже низькокалорійних кетогенних дієт) кетонемія досягає максимальних рівнів 7/8 ммоль/л (вона не піднімається вище саме тому, що ЦНС ефективно використовує ці молекули для енергії замість глюкози) і без зміни рН, тоді як при неконтрольованому діабетичному кетоацидозі він може перевищувати 20 ммоль/л при супутньому зниженні рН крові 9, 10 (табл. 1).

Терапевтична роль кетогенних дієт

Вагомі докази

Втрата ваги

Зниження апетиту за рахунок більш високого ефекту ситості білків, 12, 22 впливу на гормони контролю апетиту 21 та можливого прямого пригнічуючого апетит дії КБ. 23

Зниження ліпогенезу та посилення ліполізу. 7, 10

Зниження коефіцієнта дихання в стані спокою і, отже, більша ефективність метаболізму при споживанні жирів. 20, 24

Збільшені метаболічні витрати на глюконеогенез та термічний ефект білків. 13, 18

Серцево-судинне захворювання

Діабет 2 типу

Інсулінорезистентність є основною ознакою діабету 2 типу (T2D), але вона також існує у континуумі серед загальної популяції, і різною мірою порушує дію інсуліну в клітинах, що може спричинити широкий спектр ознак та симптомів. Основною особливістю резистентності до інсуліну є порушення здатності м’язових клітин сприймати циркулюючу глюкозу. Людина з резистентністю до інсуліну буде перенаправляти більшу частку харчових вуглеводів у печінку, де значна частина його перетворюється на жир (тобто de novo ліпогенез), на відміну від окислення для отримання енергії в скелетних м’язах. 30 Хоча нещодавно Hellerstein 31 повідомляв, що ліпогенез de novo сприяє лише 20% нових тригліцеридів, це більша конверсія харчових вуглеводів у жир, більша частина яких надходить у кровообіг як насичений жир, є порушенням метаболізму, що значно збільшує ризик діабету та хвороба серця. Таким чином, інсулінорезистентність функціонально проявляється як «непереносимість вуглеводів». Коли дієтичний вуглевод обмежений до рівня, нижче якого він не перетворюється суттєво на жир (поріг, який змінюється від людини до людини), ознаки та симптоми резистентності до інсуліну покращуються або часто повністю зникають.

Підводячи підсумок, особи з метаболічним синдромом, резистентністю до інсуліну та T2D (усі захворювання непереносимості вуглеводів), швидше за все, побачать як симптоматичне, так і об’єктивне поліпшення біомаркерів ризику захворювання, якщо вони дотримуються чітко сформульованої дієти з дуже низьким вмістом вуглеводів. Контроль глюкози покращується не тільки тому, що надходить менше глюкози, але й тому, що також покращується системна чутливість до інсуліну.

Епілепсія

На закінчення, роль кетогенних дієт у лікуванні епілепсії добре встановлена, і ми впевнені, що це також стосується втрати ваги, серцево-судинних захворювань та T2D. Нещодавнє дослідження, розглянуте тут, демонструє покращення багатьох факторів ризику, таких як вага, насичені жири, запалення та інші біомаркери, як наслідок споживання добре складених дієт з низьким вмістом вуглеводів, і ця робота повинна спонукати до подальшого пильного вивчення їх терапевтичної цінності ( Фігура 1) .

Крім втрати ваги: ​​огляд терапевтичного використання дієт з дуже низьким вмістом вуглеводів (кетогенних)