Keton-kiegészítők: előnyei és hátrányai

Megvilágítás a ketózis elérésének új módszereiről

Amikor ketonokat mondunk, a primer keringő zsírsav metabolitokra, a béta-hidroxi-butirátra (βOHB) és az acetoacetátra (AcAc) utalunk. További információ a keton alapjairól itt.

Az exogén ketonoknak (más néven keton-kiegészítőknek) és a jól megfogalmazott ketogén étrendeknek legalább egy közös vonásuk van. Mindkettő megnövekedett keringő béta-hidroxi-butirát (BOHB) koncentrációt eredményez, de végső soron a ketózis nagyon különböző mintázataival, valamint eltérő metabolikus és fiziológiai eredménnyel jár. Röviden: nem szabad feltételezni, hogy ekvivalens hatásuk van csupán azért, mert hasonló BOHB vérszintet érnek el. Ennek ellenére sok oka van annak, hogy folytassuk a keton-kiegészítők különféle formáinak és lehetséges alkalmazásainak tanulmányozását.

Az elmúlt néhány millió évben az emberek egyetlen módja a ketonok üzemanyagként való felhasználása az volt, hogy a szénhidrátokat elég alacsonyan és elég hosszú ideig korlátozták ahhoz, hogy a májat előállítsák. Ezt bizony sok embernek nehéz megtennie egy olyan világban, amely még mindig úgy véli, hogy az étrendi szénhidrátok jók, a zsírok pedig rosszak. Egy felmerülő alternatíva a ketonok étrend-kiegészítőként történő fogyasztása. A kutatás arról, hogy ezek hogyan működnek a testben, és milyen előnyökkel járhatnak, még korai szakaszban van, de már számos ilyen termék kapható. Ebben a szakaszban megvitatjuk, hogy az exogén ketonok hogyan befolyásolják a vér ketonszintjét, és hogyan befolyásolhatják az egészséget és a betegségeket a szervezetben termelt ketonokhoz képest.

‍A máj által előállított két domináns keton a béta-hidroxi-butirát (BOHB) és az acetoacetát (AcAc). Az alábbiakban röviden összefoglaljuk az alábbi ketonokkal kapcsolatos alapvető információkat:

Becslések szerint egy keto-adaptált felnőtt napi 150 vagy annál több gramm ketont képes előállítani, miután alkalmazkodott a teljes böjthöz (Fery 1985), és naponta 50-100 gramm ketont készíthet egy jól megfogalmazott ketogén étrenden.
Néhány AcAc természetesen lebomlik, és acetont képez, amely a tüdőn és a vesén keresztül jön ki, és kémiai szagot ad a leheletnek, ha a ketonok magasak.
A májban keletkező AcAc nagy részét az izom felveszi és átalakítja BOHB-vé.
A keto-adaptációs folyamat részeként az izmok és a vesék kezelése a BOHB-val és az AcAc-vel az első hetekben és hónapokban megváltozik, és ezáltal az AcAc és a BOHB aránya a vérben jelentősen megváltozik az első egy-két hétben.
Míg a legtöbb keton végső sorsa a tüzelőanyag számára elégetendő, addig a BOHB és az AcAc eltérő szerepet játszik a gének és a sejtfunkciók szabályozásában.
Úgy tűnik, hogy a BOHB főleg a génszabályozásnál jelentősebb szabályozó szerepet játszik, mint az AcAc, de az AcAc-nak különös szerepe lehet az izomregeneráció jelzésében (Zou 2016).

Az exogén ketonok forrásai és készítményei

A két vegyületet, amelyet általában keton testnek neveznek (BOHB és AcAc), az algáktól az emlősökig a természetben többféle célra előállítják és felhasználják, de ritkán olyan koncentrációban, amely hasznos emberi táplálékként. Emiatt a legtöbb exogén keton forrása a kémiai szintézis. Továbbá a legtöbb jelenlegi kutatás és ketonkiegészítő használata a BOHB-ra összpontosít. Ez azért van, mert az AcAc kémiailag instabil - lassan lebomlik, és egy molekula CO2 felszabadításával acetont képez.

‍Egy keto-adaptált egyénnél, ahol a keton anyagcsere élénk, legfeljebb 100 grammot oxidálnak (azaz „energiára égetnek”) naponta, az acetonként a lélegzet és a vizelet vesztesége csekély. De mivel ez a lebontás spontán, enzimek segítsége nélkül történik, tárolt italban vagy ételben (akár légmentesen lezárt edényben) is előfordul az AcAc-val, ami problematikussá teszi az AcAc-tartalmú termékek eltarthatóságát. Így az összes jelenlegi ketonkiegészítő valamilyen formában a BOHB-ból áll, nem pedig a máj által termelt BOHB és AcAc természetes keverékéből.

Egy másik fontos különbség az endogén és az exogén BOHB között az, hogy az étrend-kiegészítőkben használt szintetikus BOHB a legtöbb „D” és „L” izomer keveréke, míg az endogén módon előállított BOHB csak a D-izomerből áll. Metabolikusan a két izomer nagyon különbözik egymástól, és a jelenlegi publikált információk azt mutatják, hogy a BOHB energia- és jelátviteli előnyeinek nagy része a D-formából származik. Ez potenciálisan problematikus, mert az L-izomerek nem ugyanazon kémiai úton metabolizálódnak, mint a D-formák (Lincoln 1987, Stubbs 2017), és továbbra sem világos, hogy az emberek képesek-e átalakítani az L-formát D-formává.

Így, bár az L-izomerek nem tűnnek mérgezőnek, valószínűleg nem ugyanazokat az előnyöket nyújtják, mint a D-formák. Ezenkívül a vér ketonokra vonatkozó jelenlegi vizsgálatok specifikusak a D-izomerre, ezért nehéz nyomon követni a kiegészítőkben vett bármely L-izomer vérszintjét és clearance-ét.

Új kutatás a poli-BOHB-ról, egy ősi energiaforrásról

A D-BOHB izomer másik forrása a mikroorganizmusok evolúciósan ősi energiaforrása. A poli-BOHB a D-BOHB molekulák hosszú lánca, amely végponttól végig van felfűzve. Számos egysejtű organizmusban koncentrált energiaforrásként működik, hasonló az emlősök glikogénjéhez, de míg a glikogén lebontása során egyes glükózmolekulák szabadulnak fel, a poli-BOHB hidrolízis során egyetlen D-BOHB molekulák szabadulnak fel.

Érdekes módon a közelmúltban beszámoltak arról, hogy a poli-BOHB fontos szerepet játszik az emlősök mitokondriális membránjaiban, a sejtmembrán kalciumcsatornáiban és olyan egzotikus funkciókban, mint a fehérje hajtogatása (Dedkova 2014). Különböző lánchosszúságokban létezik, a rövidtől a nagyon hosszúig. Nem világos, hogy az emberek meg tudják-e emészteni és felhasználhatják-e az étrendben elfogyasztott poli-BOHB-t, de állatokban a poli-BOHB probiotikus és bélvédő funkcióval rendelkezik. Ez egy gyorsan fejlődő téma, amelyet szorosan figyelni fogunk.

Ketonsók és észterek

Ezt az új poli-BOHB formát kizárva két általános készítmény létezik az étrendi BOHB-kiegészítők számára - a keto-savból nyert sók vagy a keto-sav és egy alkohol között képződött észter.

‍Keton sók

‍A sók jellemzően nátriumot, káliumot, kalciumot vagy magnéziumot használnak kationként. Mivel ezek a kationok molekulatömegükben és vegyértékükben változnak (1+ vagy 2+), a BOHB egy grammjára leadott ásványi anyag mennyisége a magnézium-só 10% -ától a kálium 27% -áig változik. Tekintettel arra, hogy ezeknek a különféle ásványi anyagoknak az ajánlott napi bevitele néhány száz milligrammtól 5 grammig terjed, míg a napi ketonbevitelnek a táplálkozási ketózis utánozására a vér szintjének 50 gramm nagyságrendűnek kell lennie, e cél elérése ketonsókkal komolyan megkérdőjelezi az emberi étrendi ásványi anyag-toleranciát.

Ha az összeset egyetlen só formájában adják, akkor napi 50 gramm BOHB napi 5,8 g Mg ++, 9,6 g Ca ++, 11,0 g Na + vagy 18,8 g K + bevitelt jelent. Még akkor is, ha ezeket a különféle sókat keverjük össze gondosan, problémás lenne meghaladni a napi 30 gramm BOHB-bevitelt. Ismételten a jelenleg forgalmazott ketonsó-készítmények nagy része a BOHB D- és L-izomerjeinek keverékével készül, így a kívánatosabb D-izomer tényleges leadott dózisa lényegesen kisebb. A sókészítmények másik aggodalma az, hogy gyenge savak sóiként lúgosító metabolikus hatásuk van, amely szerény, de kumulatív hatással lehet a vér pH-jára és a vesefunkcióra.

‍Keton-észterek

‍A keto-észterek megfelelőbbek a BOHB nagyobb dózisainak beadására, de ismételt adagolással az íz és a GI tolerancia határait léphetjük túl. Meglehetősen kiterjedt kutatások történtek egy vegyület 3-hidroxi-butil-3-hidroxi-butiráttal kapcsolatban, amelyet hidrolízissel és máj metabolizmussal alakítanak át, így 2 ketonmolekula, feltehetően főleg D-BOHB képződik (Clarke 2012 és 2014). A karcsú sportolók bevonásával végzett vizsgálatban körülbelül 50 gramm adag 10 perc elteltével 3 mM-re emelte a vér BOHB-szintjét, és 20 perc alatt elérte a 6 mM-t. A szubmaximális testmozgás fokozta a keton megsemmisülését 2 óráról 3 órára, és jelentősen hozzájárult az egész test energiafelhasználásához a testmozgás során (Cox 2016). Kimutatták, hogy ez a termék jelentősen csökkenti az étvágyat egyszeri adag után (Stubbs 2018), de az emberek testtömegére gyakorolt hatását hosszabb ideig nem vizsgálták, és a vércukorszint-szabályozásra gyakorolt hatásáról sem számoltak be típusú embereknél 2 cukorbetegség. Egészséges embereknél a glükóz-tolerancia tesztet megelőző egyszeri adag azonban 11% -kal csökkentette a vércukor-terület-görbe alatti értéket és 44% -kal nem észterezett zsírsav-terület-görbe alatti értéket (Myette-Cote 2018).

A keton-kiegészítők (kémiai ketózis) és a táplálkozási ketózis összehasonlítása

A jól megfogalmazott ketogén étrendre adott válaszként a ketonok növekedésének ingere az étrendi szénhidrát korlátozása, amely számos kedvező alkalmazkodást vált ki. Bár mindkettő a ketózis egy formáját indukálja, a szénhidrát-korlátozás hiánya a keton-kiegészítők alkalmazásával összefüggésben más anyagcsere-profilt vált ki.

A sókkal vagy észterkészítményekkel elérhető BOHB vérszintje az 1-3 mM tartományban van, hasonló ahhoz, mint amit egy inzulinérzékeny emberek jól megfogalmazott ketogén étrendjével lehet elérni, de jóval alacsonyabb a 4 -7 nap teljes böjt (Owen 1969). Inzulinrezisztensebb embereknél az észterkészítmény magasabb vérszintet eredményezhet, mint a fenntartható étrend (szemben a rövid távú éhezéssel). Például a Virta IUH több mint 200, 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő vizsgálatában a vér ketonszintje 10 héten át 0,6 mM, 1 év után 0,4 mM volt.

Az epigenetikai jelátvitel szempontjából a BOHB 1. osztályú hiszton-deacetiláz-aktivitásra gyakorolt hatásainak kezdeti vizsgálata az oxidatív stressz ellen (Schimazu 2013), az NLRP3 gyulladásos szuppresszió (Youm 2015), az egér hosszú élettartama (Roberts 2017) és más epigenetikai szabályozó hatások arra utalnak, hogy az 1 mM-nél alacsonyabb szintek hatásosak. Ezenkívül a nagyon enyhe ketonémia és a csökkent koszorúér-mortalitás összefüggése az SGLT2 inhibitorok alkalmazásával 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegeknél (Ferranini 2016) arra utal, hogy a krónikus BOHB-szintnél akár 0,3 mM-ig klinikai előnyök is lehetnek (Gormsen 2017. Vetter 2017).

A táplálkozási ketózis és a kémia által kiváltott ketózis másik potenciálisan fontos megkülönböztetése a máj AcAc termelésének és a redox státusz potenciális metabolikus szerepe. Bár a BOHB és az AcAc aránya a vénás vérben tipikusan 80% és 20% között van, Cahill (1975) klasszikus tanulmányai fontos májvénás és perifériás arterio-vénás gradienseket figyeltek meg ennek az aránynak a keto-adaptált betegeknél. Ezek a megfigyelések azt jelentik, hogy a máj nagyobb arányban termel AcAc-t, mint ami a perifériás vérben található, és ez annak köszönhető, hogy az AcAc felveszi a perifériás sejteket (elsősorban az izmokat), és BOHB-ként szabadul fel újra. Ennek során az AcAc BOHB-vé történő redukciója NAD + -ot termel, ami előnyös a mitokondriális redox állapot és a mitokondriális funkció szempontjából (Verdin 2015, Newman 2017).

Mindazonáltal az AcAc és a BOHB viszonylagos előnyeinek kérdése továbbra is fennáll, független jelátviteli molekulákként és redox modulátorokként a perifériás (más néven nem máj) szövetekben. Ebből a szempontból nézve a májban keletkező AcAc NAD + donorként működik a periférián, míg a tiszta BOHB szájon át, amennyiben azt AcAc-vé alakítják át (Sherwin 1975), potenciálisan megfosztja a NAD perifériáját+.

Egy másik szempont, amelyet figyelembe kell venni, hogy a táplálkozási ketózisban a máj állandó ketonellátást biztosít és folyamatosan felszabadítja a keringésbe. Ezzel szemben a legtöbb ketonkiegészítő protokoll bolus bevitelt tartalmaz, amely nem utánozza az endogén felszabadulási mintát. Továbbra sem világos, hogy ez milyen mértékben befolyásolja az anyagcsere és a jelátviteli reakciókat a különböző szövetekben.

Összefoglalva ezt a szakaszt, egyértelműen a táplálkozási ketózis egyes előnyei a BOHB keringő szintjének tulajdoníthatók, és ezek az előnyök némelyike a vér szintjén 0,5 mM vagy annál alacsonyabb szinten is felhalmozódhat. Tehát ahol meghatározzuk az előnyöket biztosító minimális ketonszint „sávját”, azt meg kell határozni.

Gyakorlati szempontok a krónikus betegségek megelőzésében és kezelésében

Amíg nincs pontosabb információ a szükséges vérszintekről és a BOHB és az AcAc eltérő arányáról a sejt- és szervfunkciók optimalizálása érdekében, addig nehéz meghatározni a kiegészítő ketonok adagolását és időtartamát. Az üzemanyag-felhasználáshoz, és nagyon valószínű, hogy a testmozgáshoz is, valószínűleg a BOHB tartós vérszintje szükséges 0,5 mM és 1,0 mM között. Ezt fiziológiailag úgy érik el, hogy a keto-adaptált emberben becsült napi ketontermelés 50-100 gramm.

A jelenlegi ketonsó-készítményekkel akár napi 50 gramm is valószínűleg meghaladja az ízlést és a fiziológiás ásványianyag-toleranciát. Tehát ezeknél a termékeknél potenciális előnyeik valószínűleg a meglévő vér ketonszint növelésére korlátozódnak azok számára, akik már alacsony szénhidráttartalmú étrendet követnek.

A keton-észterek esetében viszont 20-30 gramm ismételt adagolás lehetséges egy nap alatt. Így ezek a termékek képesek lesznek fenntartani a szerény ketonémia szintjét étrendi szénhidrát-korlátozás nélkül. Így a szív és az agy táplálásának néhány előnye következhet, nem beszélve az oxidatív stresszt és gyulladást korlátozó epigenetikai hatásokról. De figyelembe véve azt a közelmúltbeli megfigyelést, hogy a beadott keton-észterek jelentősen csökkentik a keringő szabad zsírsavakat (Myette-Cote 2018) - valószínűleg inzulintrópikus hatás vagy a lipolízis közvetlen elnyomása miatt (Taggart 2005) - tartós használatuk mögöttes inzulinnal rendelkező embereknél az ellenállás a súlygyarapodás elősegítésével veszélyeztetheti hosszú távú előnyeiket, hacsak nem kombinálják szénhidrát-korlátozással.

A keton-kiegészítők hosszú távú alkalmazásának egyéb akadálya az, hogy észtereiket gyengén ízlik és költségeik. Jelenleg körülbelül 1 dollár/gramm szállított keton, napi 25 és 100 gramm közötti adagok gyorsan összeadódnak, és meghaladják a leginkább ésszerűen várt előnyöket a Tour de France megnyerése mellett.

Sportteljesítmény

Csábító anekdoták vannak a kiegészítő ketonokról, amelyeket az emberi fizikai teljesítmény fokozására használnak a versenyeken, nevezetesen az elit kerékpárosok körében. Tekintettel arra, hogy a BOHB több energiát tud szállítani az elfogyasztott oxigénegységre, mint akár a glükóz, akár a zsírsavak (Sato 1995, Cox 2016, Murray 2016), ennek értelme van. De azt nem tudjuk, hogy van-e szükség az alkalmazkodási periódusra az exogén ketonok alkalmazásához, és ezáltal hogyan lehet őket alkalmazni a képzésben. Nyilvánvaló, hogy az exogén ketonok csökkentik a zsírszövet lipolízisét és a zsírsavak hozzáférhetőségét, éppen az ellenkezője annak, ami egy jól megfogalmazott ketogén étrenden történik. Az exogén ketonok és a ketogén diéták közötti különbségtétel a zsírszövet fiziológiájában és az emberi energiamérlegben aláhúzza azt a fontos okot, amely miatt ezt a két ketont fokozó stratégiát nem szabad összekeverni.

A kognitív funkció, az Alzheimer-kór és a rák

Ismét nagyon érdekes állatkísérletek, valamint néhány egyedi esetjelentés és kicsi, ellenőrizetlen vizsgálat neurodegeneratív betegségben és rákban szenvedő emberekkel szemben ketogén étrend és/vagy exogén ketonok mellett (Murray 2016, Poff 2015, Roberts 2017, Newport 2015, Cunnane 2016). Bizonyos esetekben, amikor a beteg nem rendelkezik kognitív erőforrásokkal, hogy megfeleljen egy jól megfogalmazott ketogén étrendnek, vagy ha az állatokban működő BOHB vérszintet csak étrendben nehéz elérni az embernél, akkor a kiegészítő ketonoknak fontos szerepük lehet játszani e betegségkategóriák megelőzésében, kezelésében vagy visszafordításában.

Összegzés

A keton-kiegészítők gyorsan és átmenetileg növelik a BOHB vérkoncentrációját. A felszínen úgy tűnik, hogy ennek elő kell mozdítania a pozitív hatásokat. Számos új tanulmányról számolnak be, amelyek pozitívak, mások semlegesek, mások negatívak. Számos kérdés azonban még felmerül.

A különféle formák (sók és észterek), amit együtt fogyasztanak (szénhidrátok vs szénhidrát- és ásványianyag-tartalom), a háttér-étrend (ketogén és magas szénhidráttartalmú), valamint az adagolás, az időzítés és az alkalmazkodási időszak csak néhány. fontos tényezők, amelyek meghatározhatják a keton-kiegészítők metabolikus válaszait.