Ketoza (metabolizm)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Ketoza – stan metaboliczny, w którym dochodzi do wzrostu stężenia ciał ketonowych (kwas ß- 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 syntezy 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 waha się od 1:1 do 1:10[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]. Skład ciał ketonowych u człowieka to zwykle 78 proc. kwasu beta-hydroksymasłowego, 28 proc. kwasu acetooctowego i 2 proc. acetonu[9].

Ketoza odżywcza[edytuj | edytuj kod]

Ketoza odżywcza (diebetyczna) 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)[14]. 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[15]. 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)[16]. Wobec zmniejszonego zapotrzebowania na glukozę, dochodzi do wyhamowania procesu glukoneogenezy – syntetyzowania glukozy z jej niecukrowych prekursorów, w tym aminokwasów, co zapobiega rozpadowi białek mięśniowych[17].

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 do końca niewyjaśniony[18].
  • nowotwory – komórki nowotworowe nie są zdolne do czerpania energii z ciał ketonowych, w przeciwieństwie do komórek zdrowych, co skutkuje ich obumieraniem[19].
  • cukrzyca – ograniczenie podaży węglowodanów sprzyja kontroli glikemii w przebiegu cukrzycy[20].
  • 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[21].
  • choroby neurodegeneracyjne (choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, ALS) – neuroprotekcyjne działanie ketozy – spowalnianie/hamowanie procesu śmierci komórek na drodze apoptozy[22].

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[23]. Passmore i Johnson nazwali to zjawisko ketozą powysiłkową[24]. 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[23].

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[25]. Wówczas dochodzi do zaburzeń biochemicznych i klinicznych w ustroju:

W przeciwieństwie do kwasicy ketonowej, w ketozie odżywczej stężenie ciał ketonowych jest znacznie niższe i nie dochodzi do stałej zmiany pH krwi[28].

Stężenie ciał ketonowych (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

Tabela 1. Stężenie ketonów w różnych stanach metabolicznych organizmu[1]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b J. S. Volek, S. D. Phinney: Art and Science of Low Carbohydrate Living, Beyond Obesity LLC. 2011.
  2. Ketosis [w:] The American Heritage Medical Dictionary 2007; Mosby's Medical Dictionary, 8th edition, 2009; Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers, 2007. . 
  3. 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.
  4. P. C. Champe, R. A. Harvey: Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry. Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-1451175622.
  5. M. Elhamri, M. Martin, B. Ferrier, G. Baverel. Substrate uptake and utilization by the kidney of fed and starved rats in vivo.. „Renal Physiology and Biochemistry Nr 16”, s. 311–324, 1993. 
  6. R. Podruczny. Dieta ketogeniczna – zdrowie dzięki tłuszczom. „Trainer. Nr (8) wrzesień”, 2016. 
  7. E. H. Kossoff, J. M. Freeman, Z. Turner, J. E. Rubenstein. Ketogenic Diets: Treatments for Epilepsy and Other Diseases. „Demos Health”, 2011. 
  8. 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.
  9. a b c W. Karnafel. Ketogeneza u zdrowych i chorych na cukrzycę. „Przewodnik Lekarza Nr 5”, s. 76–79, 2002. 
  10. 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.
  11. Dobropolski D.: Ketoza. Wejdź na wyższy poziom. 2017. ISBN 978-83-945038-2-6.
  12. E. H. Kossoff, A. L. Hartman. The ketogenic diet: one decade later. „Pediatrics. Nr 119 (3)”, s. 535–543, 2007. 
  13. Kardasz M., Pawłowska D. Dieta ketogenna jako terapia w lekoopornej dziecięcej epilepsji. „Nowa Pediatria Nr 3”, s. 79–89, 2009. 
  14. M. Kardasz, D. Pawłowska. „Nowa Pediatria. Nr 3”, s. 79–89, 2009. Dieta ketogenna jako terapia w lekoopornej dziecięcej epilepsji. 
  15. S. G. Hasselbalch, G. M. Knudsen, J. Jakobsen, L. P. Hageman i inni. Brain metabolism during short-term starvation in humans. „Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, Nr 14 (1)”, s. 125–131, 1994. 
  16. Johnston D. G., Pernet A., McCulloch A., Blesa-Malpica G., Burrin J.M., Alberti K.G. Some hormonal influences on glucose and ketone body metabolism in normal human subjects. „Ciba Foundation symposium. Novartis Foundation Symposia, 87”, s. 91-168, 1982. 
  17. D. G. Johnston, A. Pernet, A. McCulloch, G. Blesa-Malpica i inni. Some hormonal influences on glucose and ketone body metabolism in normal human subjects. „Ciba Foundation symposium. Novartis Foundation Symposia, 87”, s. 91-168, 1982. 
  18. T. Chorągiewicz, I. Żarnowska, M. Gąsior, T. Żarnowski. Przeciwdrgawkowe i neuroprotekcyjne działanie diety ketogennej. „Przegląd Lekarski Nr 67/3”, s. 205–207, 2010. 
  19. Dudziak K., Regulska-Ilow B. Znaczenie ładunku glikemicznego diety w rozwoju chorób nowotworowych. „Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej Nr 67”, s. 449–462, 2013. 
  20. E. C. Westman, S.Y. Jr William, J. C. Mavropoulos, M. Marquart i inni. The effect of a low-carbohydrate, ketogenic diet versus a low-glycemic index diet on glycemic control in type 2 diabetes mellitus. „Nutriction&Metabolism”, Grudzień 2008. 
  21. G. D. Kaplan, L. T. Stifler. „Journal of the American Medical Association Nr 271”, s. 24–25, 1994. Very low-calorie diets for obesity. 
  22. T. Chorągiewicz, I. Żarnowska, M. Gąsior, T. Żarnowski: Przeciwdrgawkowe i neuroprotekcyjne działanie diety ketogennej. s. 208.
  23. 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.
  24. R. Passmore, R. E. Johnson. The modification of post-exercise ketosis (the Courtice-Douglas effect) by environment temperature and water balance. „Quarterly Journal of Experimental Physiology Nr 43”, s. 352–361, 1958. 
  25. Ciechanowska M., Starzyk J. Kwasica ketonowa w przebiegu cukrzycy typu 1 u dzieci. „Endokrynologia Otyłość i Zaburzenia Przemiany Materii Nr 1, t. 5 (1)”, s. 28–35, 2009. 
  26. Wolfsdorf J., Craig M. E., Daneman D. i wsp. Diabetic ketoacidosis. „ISPAD Clinical Practice Consensus Guidelines 2006–2007. Pediatric Diabetes Nr 8”, s. 28–43, 2007. 
  27. Burge M. R., Hardy K. J., Schade D. S. Short-term fasting is a mechanism for the development of euglycemic ketoacidosis during periods of insulin deficiency. „The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism Nr 76”, s. 1192–1198, 1993. 
  28. Greenhaff PL., Gleeson M., Maughan R. J. The effects of diet on muscle pH and metabolism during high intensity exercise. „European Journal of Applied Physiology Nr 57”, s. 531–539, 1998. 

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Star of life.svg Zapoznaj się z zastrzeżeniami dotyczącymi pojęć medycznych i pokrewnych w Wikipedii.