Ketoza (metabolizm)
Ketoza – stan metaboliczny, w którym dochodzi do wzrostu stężenia ciał ketonowych (kwas 3-hydroksymasłowy, kwas acetooctowy i aceton) w osoczu krwi – powyżej 0,5 mmol/litr, z jednoczesnym niskim i stabilnym poziomem insuliny i glukozy we krwi[1][2]. Zwykle stężenie ciał ketonowych w osoczu – u zdrowych ludzi w warunkach spoczynkowych na czczo – jest niskie i wynosi od 0,1 do 0,3 mmol/litr, a tempo ich produkcji jest równe tempu ich metabolizowania[3]. W przeciwieństwie do stanu glikolizy, gdzie energetyka organizmu zorientowana jest na glukozę, w stanie ketozy do celów energetycznych wykorzystywane są ciała ketonowe pochodzące z utleniania wolnych kwasów tłuszczowych[4]. Większość komórek ludzkiego ciała ma dostęp do energii pochodzącej zarówno z glukozy, jak i z tłuszczu i ketonów. Niektórzy badacze uważają, że związki ketonowe są preferencyjnie wykorzystywane w stosunku do glukozy np. przez mięsień sercowy czy korę nerek[5]. Proporcje poszczególnych składników determinują sposób wykorzystania ich przez komórkę. Przy ograniczonej dostępności glukozy, a zwiększonej podaży tłuszczów głównym paliwem energetycznym stają się ciała ketonowe[6]. Ketoza może utrzymywać się jako stan długotrwały w wyniku głodówki lub pozostawania na diecie niskowęglowodanowej. Natomiast celowo indukowana ketoza służy jako interwencja medyczna, np. przy lekoopornej padaczce czy przy różnych typach cukrzycy[7]. Ketoza zachodzi również po treningu fizycznym[8].
Ketogeneza
[edytuj | edytuj kod]Ketogeneza jest procesem powstawania ciał ketonowych w organizmie. W warunkach prawidłowego odżywiania i przy prawidłowym dostarczeniu węglowodanów większość wolnych kwasów tłuszczowych ulega reestryfikacji do triglicerydów, a tylko niewielka część podlega utlenieniu do dwutlenku węgla lub uwalnianiu do krwi. W stanie głodu lub ograniczenia spożycia węglowodanów większość kwasów tłuszczowych wraca do krwi lub zostaje utleniona. Utlenienie kwasów tłuszczowych odbywa się w mitochondriach, a aktywacja kwasów tłuszczowych w cytoplazmie komórkowej[9]. Jedynym narządem organizmu zdolnym do wytwarzania znacznych ilości związków ketonowych jest wątroba. Tylko jej komórki zawierają odpowiednią ilość syntazy hydroksymetyloglutarylo-koenzymu A – regulatorowego enzymu w procesie syntezy tych związków. W pewnych warunkach metabolicznych, związanych z istotnym nasileniem utleniania kwasów tłuszczowych, wątroba wytwarza znaczne ilości kwasu acetooctowego i beta-hydroksymasłowego. Kwas acetooctowy ulega ciągłej samoistnej przemianie (dekarboksylacji) do acetonu. Kwas acetooctowy i kwas beta-hydroksymasłowy są wzajemnie przekształcane pod wpływem mitochondrialnego enzymu dehydrogenezy betahydroksymasłowej. Stosunek tych dwóch metabolitów w surowicy wynosi zazwyczaj ok. 1:2, ale może wahać się od 1:1 do 1:10. Ponadto obecne jest mniejsza ilość acetonu (stanowi ok. 2% w stosunku do wspomnianych kwasów)[9]. Produkowane w mitochondriach komórek wątroby związki ketonowe szybko dyfundują do krwi i mogą być ważnym substratem do tlenowej resyntezy ATP w niektórych tkankach[10].
Ketoza odżywcza
[edytuj | edytuj kod]Ketoza odżywcza (diabetyczna) jest narzędziem fizjologicznym i służy do osiągania biologicznej optymalizacji pracy ustroju oraz do odblokowania pokładów energetycznych w organizmie[11]. Wprowadzenie organizmu w stan ketozy – w którym następuje zmiana orientacji energetycznej z glukozy na ketony – osiąga się na drodze żywienia nisko-węglowodanowego, wysoko-tłuszczowego i odpowiednio-białkowego[12]. W modelu diety ketogennej (opracowanej w 1921 jako element wspomagający leczenia epilepsji u dzieci)[13] podaż tych składników odżywczych ma ściśle określone proporcje – np. dieta OleoKeto – 2:1 (tłuszcze:suma węglowodanów i białek) – oraz ilości (75–90% energii czerpanej z tłuszczów, pozostała ilość z sumy węglowodanów i białek)[13]. W ciągu pierwszych 3 dni stosowania diety ketogenicznej następuje obniżenie poziomu glukozy we krwi, a mózg sięga po alternatywne paliwo komórkowe – 25% energii czerpie z ciał ketonowych (adaptacja). Po około 4 dniach poziom ten podnosi się do 70% energii czerpanej z ketonów[14]. Do korzystania z ketonów adaptują się również mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy. We krwi obserwuje się obniżenie poziomu insuliny (hormon anaboliczny produkowany w odpowiedzi na podwyższenie się poziomu glukozy we krwi, przyspiesza jej transport do komórek w celu zmagazynowania w mięśniach i wątrobie, następstwem tego jest obniżenie poziomu glukozy we krwi) oraz podwyższenie stężenia glukagonu (hormon antagonistyczny do insuliny, wzmaga utlenianie kwasów tłuszczowych). Wobec zmniejszonego zapotrzebowania na glukozę dochodzi do wyhamowania procesu glukoneogenezy – syntetyzowania glukozy z jej niecukrowych prekursorów, w tym aminokwasów, co zapobiega rozpadowi białek mięśniowych[15].
Ketoza kliniczna
[edytuj | edytuj kod]Ketoza indukowana w celach medycznych znajduje zastosowanie w terapii:
- epilepsja – ketoza koreluje ze spadkiem częstotliwości/zahamowaniem napadów padaczkowych. Mechanizm dietoterapii dietą ketogenną w tym przypadku nie jest do końca wyjaśniony[16].
- nowotwory – komórki nowotworowe nie są zdolne do czerpania energii z ciał ketonowych, w przeciwieństwie do komórek zdrowych, co skutkuje ich obumieraniem[17].
- cukrzyca – ograniczenie podaży węglowodanów sprzyja kontroli glikemii w przebiegu cukrzycy[18].
- otyłość – ketoza hamuje odczuwanie głodu, mobilizuje organizm do zużywania zapasów glikogenu i uwalniania wody związanej. Ketony są wyprowadzane nie tylko z tłuszczów dostarczanych wraz z pożywieniem, ale także z wolnych kwasów tłuszczowych pochodzących z adipocytów[19].
- choroby neurodegeneracyjne (choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, ALS) – neuroprotekcyjne działanie ketozy – spowalnianie/hamowanie procesu śmierci komórek na drodze apoptozy[16].
Ketoza powysiłkowa
[edytuj | edytuj kod]Obciążenie organizmu wysiłkiem fizycznym prowadzi do szeregu zmian metabolicznych, hormonalnych, krążeniowych i oddechowych. Wzrost stężenia we krwi związków ketonowych stwierdzono po 1 godzinie od chwili przerwania wysiłku[20]. Passmore i Johnson nazwali to zjawisko ketozą powysiłkową[21]. Dziś dowodzi się, że ketoza po aktywności fizycznej występuje wcześniej, a jej nasilenie jest większe po długotrwałych ćwiczeniach o umiarkowanej intensywności w porównaniu z krótkotrwałymi wysiłkami o dużej intensywności. Mechanizmem stojącym za powysiłkową ketozą może być obniżenie rezerw węglowodanowych organizmu oraz zmiany stężenia wielu hormonów we krwi, zbliżone do tych obserwowanych podczas głodu lub stosowania diety niskowęglowodanowej[20].
Ketoza a kwasica ketonowa
[edytuj | edytuj kod]Ketoza odżywcza jest naturalnym stanem fizjologicznym organizmu, kwasica ketonowa – niebezpiecznym stanem chorobowym. Nie są to stany tożsame, łączy je jedynie obecność ketonów w ustroju.
Kwasica może występować w przebiegu cukrzycy jako odpowiedź na znaczny niedobór lub brak insuliny[22]. Wówczas dochodzi do zaburzeń biochemicznych i klinicznych w ustroju:
- hiperglikemia (zwykle > 11 mmol/l i więcej);
- kwasica metaboliczna (pH < 7,3 i/lub HCO3 < 15 mmol/l);
- masywna glikozuria z ketonurią oraz odwodnienie (≥ 5%);
- ± wymioty;
- ± senność[23][24].
W przeciwieństwie do kwasicy ketonowej, w ketozie odżywczej stężenie ciał ketonowych jest znacznie niższe i nie dochodzi do stałej zmiany pH krwi[25].
| Stężenie ciał ketonowy we krwi (mmol/litr) | Stan metaboliczny organizmu |
| <0,2 | poza ketozą |
| 0,2–0,5 | lekka/łagodna ketoza |
| 0,5–3,0 | indukowana/odżywcza ketoza |
| 2,5–3,5 | powysiłkowa ketoza |
| 3,0–6,0 | głodowa ketoza |
| 15–25 | kwasica ketonowa |
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b J. S. Volek, S. D. Phinney: Art and Science of Low Carbohydrate Living, Beyond Obesity LLC. 2011.
- ↑ Ketosis [w:] The American Heritage Medical Dictionary 2007; Mosby's Medical Dictionary, 8th edition, 2009; Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers, 2007
- ↑ J. Langfort: Wpływ diety niskowęglowodanowej na tolerancję wysiłków oraz reakcje metaboliczne i hormonalne na wysiłki o różnej charakterystyce. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej Polskiej Akademii Nauk, 1998, s. 5. ISBN 83-908527-2-1.
- ↑ P. C. Champe, R. A. Harvey: Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry. Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-1451175622.
- ↑ M. Elhamri i inni, Substrate uptake and utilization by the kidney of fed and starved rats in vivo, „Renal Physiology and Biochemistry”, 16 (6), 1993, s. 311–324, DOI: 10.1159/000173777, PMID: 7506440.
- ↑ R. Podruczny. Dieta ketogeniczna – zdrowie dzięki tłuszczom. „Trainer. Nr (8) wrzesień”, 2016.
- ↑ Eric Kossoff i inni, Ketogenic Diets: Treatments for Epilepsy and Other Diseases, Demos Medical Publishing, 2011, ISBN 978-1-936303-10-6 [dostęp 2020-07-12].
- ↑ J. Langfort: Wpływ diety niskowęglowodanowej na tolerancję wysiłków oraz reakcje metaboliczne i hormonalne na wysiłki o różnej charakterystyce. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej Polskiej Akademii Nauk, 1998, s. 12. ISBN 83-908527-2-1.
- ↑ a b Waldemar Karnafel, Ketogeneza u zdrowych i chorych na cukrzycę, „Przewodnik Lekarza”, 5 (11/12), 2002, s. 76–79 [dostęp 2020-07-12].
- ↑ J. Langfort: Wpływ diety niskowęglowodanowej na tolerancję wysiłków oraz reakcje metaboliczne i hormonalne na wysiłki o różnej charakterystyce. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej Polskiej Akademii Nauk, 1998, s. 6. ISBN 83-908527-2-1.
- ↑ Dobropolski D.: Ketoza. Wejdź na wyższy poziom. 2017. ISBN 978-83-945038-2-6.
- ↑ John M. Freeman, Eric H. Kossoff, Adam L. Hartman, The ketogenic diet: one decade later, „Pediatrics”, 119 (3), 2007, s. 535–543, DOI: 10.1542/peds.2006-2447, PMID: 17332207.
- ↑ a b Kardasz M., Pawłowska D., Dieta ketogenna jako terapia w lekoopornej dziecięcej epilepsji, „Nowa Pediatria”, 3/2009, s. 79–89 [dostęp 2019-05-15].
- ↑ S.G. Hasselbalch i inni, Brain metabolism during short-term starvation in humans, „Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism”, 14 (1), 1994, s. 125–131, DOI: 10.1038/jcbfm.1994.17, PMID: 8263048.
- ↑ D.G. Johnston i inni, Some hormonal influences on glucose and ketone body metabolism in normal human subjects, „Ciba Foundation Symposium”, 87, 1982, s. 168–191, DOI: 10.1002/9780470720691.ch10, PMID: 6122546.
- ↑ a b Tomasz Chorągiewicz i inni, Przeciwdrgawkowe i neuroprotekcyjne działanie diety ketogennej, „Przegląd Lekarski”, 67 (3), 2010, s. 205–207 [zarchiwizowane z adresu 2019-05-15].
- ↑ Katarzyna Dudziak, Bożena Regulska-Ilow, Znaczenie ładunku glikemicznego diety w rozwoju chorób nowotworowych, „Postępy Higieny i Medycyny Doswiadczalnej”, 67, 2013, s. 449–462, DOI: 10.5604/17322693.1050032, PMID: 23752597.
- ↑ Eric C. Westman i inni, The effect of a low-carbohydrate, ketogenic diet versus a low-glycemic index diet on glycemic control in type 2 diabetes mellitus, „Nutrition & Metabolism”, 5, 2008, s. 36, DOI: 10.1186/1743-7075-5-36, PMID: 19099589, PMCID: PMC2633336.
- ↑ G.D. Kaplan, L.T. Stifler, Very low-calorie diets for obesity, „Journal of the American Medical Association”, 271 (1), 1994, s. 24–25, DOI: 10.1001/jama.1994.03510250040020, PMID: 8110272.
- ↑ a b J. Langfort: Wpływ diety niskowęglowodanowej na tolerancję wysiłków oraz reakcje metaboliczne i hormonalne na wysiłki o różnej charakterystyce. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej Polskiej Akademii Nauk, 1998, s. 12-13. ISBN 83-908527-2-1.
- ↑ R. Passmore, R.E. Johnson, The modification of post-exercise ketosis (the Courtice-Douglas effect) by environmental temperature and water balance, „Quarterly Journal of Experimental Physiology and Cognate Medical Sciences”, 43 (4), 1958, s. 352–361, DOI: 10.1113/expphysiol.1958.sp001348, ISSN 0033-5541, PMID: 13591502 [dostęp 2019-05-15].
- ↑ Marta Ciechanowska, Jerzy Starzyk, Kwasica ketonowa w przebiegu cukrzycy typu 1 u dzieci, „Endokrynologia Otyłość i Zaburzenia Przemiany Materii”, 5 (1), 2009, s. 28–35 [dostęp 2019-05-15].
- ↑ Joseph Wolfsdorf i inni, Diabetic ketoacidosis, „Pediatric Diabetes”, 8 (1), 2007, s. 28–43, DOI: 10.1111/j.1399-5448.2007.00224.x, PMID: 17341289.
- ↑ M.R. Burge, K.J. Hardy, D.S. Schade, Short-term fasting is a mechanism for the development of euglycemic ketoacidosis during periods of insulin deficiency, „The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism”, 76 (5), 1993, s. 1192–1198, DOI: 10.1210/jcem.76.5.8496310, PMID: 8496310.
- ↑ P.L. Greenhaff, M. Gleeson, R.J. Maughan, The effects of diet on muscle pH and metabolism during high intensity exercise, „European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology”, 57 (5), 1988, s. 531–539, DOI: 10.1007/BF00418458, ISSN 0301-5548, PMID: 3396568 [dostęp 2019-05-15].
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- John M. Freeman, Eric H. Kossoff, Adam L. Hartman, The ketogenic diet: one decade later, „Pediatrics”, 119 (3), 2007, s. 535–543, DOI: 10.1542/peds.2006-2447, PMID: 17332207.
- The International Institute for Medical ScienceTruth about ketones&kethosis. Cambridg, 2016. [dostęp 2017-04-07].
- Volek J. S., Phinney S. D, Art and Science of Low Carbohydrate Living, Beyond Obesity LLC, 2011.
