A ketogén arány meghatározza a makrotápanyagok metabolikus hatásait és megakadályozza az értelmezési torzítást

Tanya Zilberter

1 Infotonic Consultancy, Marseille, Franciaország

Jurij Zilberter

2 Inserm UMR 1106, Marseille, Franciaország

Bevezetés

Thomas Seyfried megjegyezte könyvében [(1), 6. oldal]: "A ketogén étrend meghatározása jelentős mozgásteret enged az ételválasztásban, mindaddig, amíg az egyén csökkentette a vércukorszintjét és ketont termel." Sajnos ezek a paraméterek hiányoznak a makrotápanyagok metabolikus hatásainak számos, ha nem is a legtöbb vizsgálatában. Eközben van egy pontos módja annak megjóslására, hogy az étrend ketózist indukál-e vagy sem, és e véleménycikk célja ennek a módnak a szélesebb körű használatát szorgalmazni. Miért ilyen fontos?

A nyugati étrend fogyasztói számára jellemző túlzott szénhidrátfogyasztás káros hatással lehet az anyagcserére, és növelheti számos neurodegeneratív betegség kialakulásának és előrehaladásának kockázatát (2–4). Másrészt a magas zsírtartalmú és alacsony szénhidráttartalmú étrend csökkenti az étvágyat, az ételfüggőség és az elhízás valószínűségét, és neuroprotektív (5, 6). A szénhidrát-korlátozás fiziológiai változásokat indukál, amelyek nagyon hasonlóak a kalória-korlátozás jól dokumentált jótékony hatásaihoz (7, 8). Ezzel szemben a magas szénhidráttartalmú diéták jellemzője a homeosztatikus elégtelenség (9), a reaktív oxigénfajok és a fejlett glikációs termékek túltermelése, amelyek mindkettő szerepet játszik az ideggyulladásban és a neurodegenerációban (10–12). Az étrendben a „magas” vagy az „alacsony” jelentése azonban távolodik a korábban megállapított, ketogén arányként ismert mennyiségi kritériumtól.

A ketogén arány

Majdnem egy évszázaddal ezelőtt Woodyatt (13) azt írta: „az antiketogenezis a glükóz oxidációjában előforduló bizonyos termékek, egyrészt e termékek, másrészt egy vagy több aceton test közötti kölcsönhatás következménye.” A ketogén arány (KR), amint azt Shaffer (14) javasolja, a ketogén tényezők és az antiketogén tényezők összegének aránya: KR = K/AK. Az egyenlet antiketogén része mindig megegyezik 1-vel, így a KR-ket mindig 2: 1, 4: 1 stb. Formában fejezzük ki. Az olvasás takarékossága érdekében az ismétlődő részt kihagytuk, és nem volt benne információ, és csak az informatív számjegyet említettük meg.

Shaffer arra a következtetésre jutott, hogy a maximális arány, amely kompatibilis a „ketogén” molekulák oxidációjával, KR = 1-nél válik lehetségessé, így a KR-k 1 antiketogén alatt, a KR-k pedig 2 ketogén felett vannak. Wilder és Winter (15) egy élelmiszer KR-jét abból a szempontból írta le, hogy a zsírtartalom meghaladja-e a szénhidrát és a fehérje együttes mennyiségét. Az érvelés saját kísérleti megfigyelésükön alapult, miszerint a zsírok túlnyomórészt ketogének (90%), a szénhidrátok majdnem 100% -ban anti-ketogének, a fehérjék pedig ketogén és antiketogének is, 46–58%. Woodyatt és Sansum (13) mellett arra a következtetésre jutottak, hogy a ketogenezis indukciójának KR-nek legalább 2-nek, míg az antiketogenezis felső határának 1-nek kell lennie.

1980-ban Withrow (16) módosította az egyenletet, és azóta az egyenlet így nézett ki:

KR = (0,9 F + 0,46 P): (C + 0,58 P + 0,1 F) ahol F jelentése gramm zsír; P jelentése gramm fehérje és C gramm szénhidrát. Jelenleg ezt az egyenletet ritkán alkalmazzák a táplálkozási kutatásokban, kevésbé az étrendi gyakorlatban, ami sajnálatos, mivel a megfelelően kiszámított KR-k érdekes étrendi hatásmintákat tárnak fel. Korábban (9) a Withrow-egyenlet felhasználásával számos étrendben kiszámítottuk a KR-ket, és arra a következtetésre jutottunk, hogy a hatáscsoport vízválasztója körülbelül 1,7-es KR esetén fordul elő. Ezen érték felett a diéták anyagcsere-jellemzői a ketogenezisre voltak jellemzőek, míg ezen érték alatt az obesogén magas zsírtartalmú étrendre (oHFD), amelyek a ketózist (KD) eredményező étrenddel ellentétben magas zsírtartalmúak hanem szénhidrátokban is. Itt három étrendcsoportot elemeztünk, hogy összehasonlítsuk a vízválasztóval kapcsolatos megfigyeléseinket az étrendek osztályozásával, amelyet 62 tanulmány szerzői készítettek, amelyben lehetőség volt kiszámítani a KR-ket.

Bizonytalanság az étrend jelenlegi címkézésében

Láthatjuk, hogy nincs általános kritérium az étrend-összetételek megválasztásában, hogy a „normál kontroll” csoport induljon (ábra (1A ábra). 1A). A „normál kontroll” étrend túlnyomó többsége egyértelműen anti-ketogén (KR-k 1 alatt vagy egyenlő). Az oHFD diéták csoportjának szélesebb KR-spektruma volt, az anti-ketogén 0,456-tól a egyértelműen ketogén 2,994-ig. A szerzők által ketogénnek tekintett étrend KR-k különösen széles körben mozogtak: 0,36-tól 6-ig. Az oHFD-diéták és a KD-k makrotápanyag-összetétele átfedik egymást, bár az obesogén oHFD-t az irodalomban a KD-től diametrálisan eltérően tárgyalják. A KD metabo- és neuroprotektív hatásait kísérletileg és klinikailag megerősítették, azonban a szigorú KD alacsony megfelelési aránya tömeges kísérleteket okozott a KR csökkentésére KR = 2 alatt, ami egy évszázadon át a legkevesebb elfogadott érték volt, diéta ketogén.

(A) Zöld vonal, a ketogenezis elméleti küszöbe; szaggatott zöld vonal, a ketogenezis empirikus küszöbe. Vörös vonal, az anti-ketogenezis elméleti küszöbe; szaggatott piros vonal KR = 0,5. Függőleges tengely, ketogén arányok. Vízszintes axix, eredeti tanulmányok, első szerző és év (17–50). (B) A ketogén küszöb alatti étrendek ketogén aránya. A vizsgálatokból nyert adatok alapján számítva (25, 51–54). Szürke görbül be (IDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT) trendvonalak. (C) Testtömeg-veszteség a ketogén küszöb alatti étrendeken. VLCD, nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrend; MAD, módosított Atkins-diéta; Zóna, a Zóna diéta; KLC, ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrend; WW, Súlyfigyelők étrendje; VLFD, nagyon alacsony zsírtartalmú étrend; NLC, nem ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrend.

Példa erre a módosított Atkins-diéta (MAD), amelyet először a Johns Hopkins Kórházban próbáltak ki. Ez egy protokoll, amely megismétli az eredeti Atkins-diéta indukciós szakaszát. A MAD körülbelül 10% szénhidrátból, 30% fehérjéből és 60% zsírból áll, nem tartalmaz kalória-korlátozást (55–58). A MAD beavatkozássá vált számos betegség kezelésében, elsősorban kezelhetetlen gyermekkori epilepszia esetén, de felnőtteknél farmakorezisztens epilepsziában és a glükózfelhasználás patológiáiban is (58). A MAD jelölése „ketogén”, míg KR = 1,3 (11 alapján számolva). Hatékonysága azonban korlátozott: bár a MAD-ban szenvedő epilepsziás betegek 70% -ánál a rohamok 50% -kal csökkentek, a szigorú klinikai KD-re való áttérés után (KR = 4) a betegek további 37% -os javulásban részesültek, és 18,5% -uk görcsrohamossá vált. ingyenes (13, 59, 60), jelezve, hogy a KR valóban fontos előrejelzője a diéta hatékonyságának.

A KD és az oHFD hatása

A diéták KR-függő hatásainak áttekintése (6) alapján itt egy rövid áttekintést állítottunk össze a KD és az oHFD közötti kritikus különbségek bemutatására.

Az agy hipometabolizmusa által okozott patológiák kockázata (például hipoxia, hipoglikémia, agytrauma miatt) csökken a ketogenezist kiváltani képes étrendekben; ennek ellenkezője mutatkozik az oHFD diéták esetében (39, 61–69).

A gyulladást, pl. A neuroinflammációt kimutatták, hogy az oHFD indukálja, de a KD csökkenti (70–78), többek között javuló vagy károsodott kognitív funkciókat eredményezve (76, 78–82).

A neuron hiperaktivitását és az epilepsziát a KD csillapítja, de az oHFD súlyosbítja (75, 83–85, 85–88).

A tumor és a metasztázis növekedésének gátlása, valamint a tumor neo-angiogenezise kimutatható KD esetén, míg az oHFD növeli a rákképződés kockázatát (8, 89–92).

A KD csökkentette a kardiovaszkuláris kockázatokat, míg az oHFD növeli azokat (93, 94).

A KD csökkentette a 2-es típusú cukorbetegség kockázatát, javítja a szövődmények kezelését és a glükózkontrollt, míg az oHFD növeli a kockázatokat, súlyosbítja a szövődményeket és az indukált glükóz-intoleranciát (95–99).

A ketogén küszöb alatt

Az 1 és 2 közötti KR-k ragne-jében az anyagcsere-bizonytalanság területe terül el, ahol a hatások rosszul kiszámíthatóak, a meghatározások homályosak és az eredmények még inkább. A legkritikusabb érték ezen a területen 1,5, amely kísérletileg elérte az anti-ketogenezis küszöbét (100). Itt a nem ketogén étrend elemzésének eredményét (1B, C ábra) közöljük a vizsgálatokból nyert adatok felhasználásával:

Nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrend [VLCD, (51)];

Az Atkins-diéta - indukciós és fenntartási fázisok, a zónás étrend és a nagyon alacsony zsírtartalmú étrend, [VLFD, (52, 53)];

MAD, Zone, Weight Watchers étrend (WW) és VLFD (54);

Ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrend (KLC) és nem ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrend (NLC) (25).

E diéták közös jellemzője az volt, hogy egyikük sem érte el a ketogenezis küszöbét, amely KR = 1,5 (100) volt. Az étrendek nagyjából izokalórikusak voltak (1412 ± 35,5 Kcal/nap; a WW kalóriabevitele átlagosan 1400 Kcal volt), a fő eredmény testtömeg-veszteség volt. A szigorúan haszonelvű állásponton túl a testtömeg-veszteség a lipolízis és így a ketogenezis valószínűségének mutatója.

A KR = 1,413 és a KR = 0,06 közötti étrendekben (ábra (1B ábra, 1B ábra), az anyagcsere eredménye nem közvetlenül a KR-től függ, mint a ketogén küszöbérték felett (1C ábra (1C ábra) 1C), jelezve, hogy más mechanizmusok mint a ketogenezis-glikolízis ellensúlyozás látszik túlsúlyban. Johnston és munkatársai tanulmányában valóban. (25) fordított összefüggést figyeltek meg: a KLC-étrendnek, amelynek hatszor nagyobb a KR-értéke, mint az NLC-nek (0,35 vs. 0,06), majdnem kétszer alacsonyabb hatása volt (4 vs. 7 kg), ami a szerzők arra a következtetésre vezetett, hogy még cikkcímként is használták: „A ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrendnek nincs metabolikus előnye a nem ketogén alacsony szénhidráttartalmú étrendhez képest” - bár mindkét étrend kétségtelenül anti-ketogén volt.

Korábban kimutatták (26), hogy a szénhidrátok előfordulása az egyébként ugyanolyan magas fehérjetartalmú étrendben megnövelte az energiafogyasztást az ad libitum fogyasztási módban, elindítva a nem homeosztatikus folyamatok ördögi körét, ideértve a jutalomkeresést és az ételfüggőséget (101), az energiatakarékos anyagcsere-mód prevalenciája a homeosztatikailag kiegyensúlyozott móddal szemben (9). Elméletileg a KR = 1,5 alatt a glükocentrikus metabolikus mód érvényesül, míg KR = 1,5 felett a domináns metabolikus mód adipocentrikus, amelynek fontos következménye a lipolízis megindulása (102). Ezért a diéták testtömeg-csökkenése kényelmes paraméter, amely közvetetten jelzi, hogy lipolitikus folyamatok zajlanak le. Empirikusan mértük (100), hogy a 1,5 év alatti KR-kben nem figyelhető meg ketózis - azonban a „ketogén” jelölést a MAD-hoz (KR = 1,021), sőt a KLC-hez is hozzárendelték (KR = 0,36).

Van egy fordulópont a KR-effektus görbében KR = 0,5-nél (ábra (1C ábra, 1C), az ehhez a ponthoz legközelebb eső étrend KR = 0,438 [Zóna diéta, (52–54)]. A KR-k további csökkenése 0,06-os értékig fordított U alakú dózis-válasz viszonyt eredményezett a ketogenezis küszöbe alatt.

Vita

Az étrendek osztályozása jelenleg meglehetősen nem kielégítő, és a szerzők által (meglehetősen önkényesen) kínált étrend-címkék a „normális”, „oHFD” vagy „ketogén” gyakran nem felelnek meg az étrendjük makrotápanyag-összetételének. Az egyes makrotápanyagok energiaszázalékán alapuló leírás nem teszi könnyűvé az étrend típusának minősítését és a kategorizálás egységesítését. A metabolikus hatások minősítésénél a makroelem-arányt a ketogenitás szempontjából gyakran figyelmen kívül hagyják. Ennek legszembetűnőbb példája az oHFD diéta, amely valójában szintén magas szénhidráttartalmú. Amint a fentiekben röviden tárgyaltuk, hatása teljesen ellentétes a ketogén étrend hatásával, amely szintén magas zsírtartalmú, de alacsony szénhidráttartalmú, ami szembetűnő különbségeket eredményez az étrend fiziológiai hatásaiban (lásd KD és oHFD hatásai).

Az élelmiszerekhez való ad libitum hozzáférés az állatkísérletek szokásos protokollja, bár annak érvényessége jogosan kérdőjeleződik meg, mivel az alanyok „ülővé, elhízássá, glükóz-intoleránssá válnak, és idő előtti halál pályájára lépnek” [(103), 6127. oldal]. Másrészt az alacsony szénhidráttartalmú, magas zsírtartalmú étrendnek számos metabolikus előnye van: például elősegítik az energiafogyasztás növelését azáltal, hogy fokozzák a termogén hatásokat és a ketontestek kiválasztódását (104).

A nagyobb szénhidrátfogyasztás gyengébb teljesítménnyel járt az Alzheimer-kórban szenvedő betegeknél (105), míg a KD javította a kogníciót a fogyástól függetlenül egészséges emberi alanyokban (80). A KD javította a verbális szókincset és a reakcióidőt epilepsziás gyermekeknél és figyelem (4), koncentráció és memória sclerosis multiplexben szenvedő felnőtteknél (106). A szénhidrátbevitelt korlátozó étrendek utánozzák az éhezés vagy a kalóriakorlátozás hatásait (102). Valójában a nagyon alacsony szénhidráttartalmú étrendnél nem is szükséges a kalória korlátozása a kívánt célok elérése érdekében, míg az alacsony zsírtartalmú, magas szénhidráttartalmú étrend esetében a kalóriakorlátozás az elsődleges követelmény (107).

Az étkezési zsír metabolikus hatása az energia homeosztázisra két kulcsfontosságú szempontból különbözik a szénhidrátok hatásaitól. Az egyik az energia raktározási képessége - a zsír kivételesen jó benne, de a szénhidrátok korlátozottak ebben a képességben. A másik az energiafogyasztás iránti hajlandóság növelésének képessége. A szénhidrátok jellemzően képesek pozitív jutalmat és ezáltal függőséget kiváltani (5, 101, 108–110), míg a VLCD-ben a jelentős szénhidrát-korlátozás nemcsak az energiafogyasztás csökkenését, hanem az energiafelhasználás növekedését okozta mind pihenő, mind aktív állapotban (51). E nem homeosztatikus jellemzők ellenére ezek a mechanizmusok evolúciós szempontból megfelelőek a vad természetben, de amint az életkörülmények megváltoznak, az energiakészlet maximalizálása érdekében a vezetékes törekvés metabolikus csapdává válik (9), ami nem homeosztatikus túlfogyasztást eredményez és az összes negatív anyagcsere-következmény, amelyet ez okoz.

Összegzésként elmondhatom, hogy a diéták jelenlegi osztályozása terminológiai zavart eredményez. Javasoljuk, hogy a meglévő leíró megközelítés újragondolása, valamint az évszázados minőségi és egyértelmű kritérium újranyitása megkönnyítse a köznyelv használatát és az érdemi vitát a táplálkozásban és az anyagcserében.

Szerzői hozzájárulások

TZ és YZ egyaránt hozzájárult a koncepció kialakításához, az adatgyűjtéshez és az elemzéshez, a kézirat megírásához és az illusztrációk elkészítéséhez.

Összeférhetetlenségi nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást bármilyen kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolat hiányában végezték, amely potenciális összeférhetetlenségként értelmezhető.