ArrowUP

«НИЗКОУГЛЕВОДНЫЕ ДИЕТЫ И ЭКЗОГЕННО ИНДУЦИРОВАННЫЙ КЕТОЗ. ОБЗОР ПРЕИМУЩЕСТВ И ОЦЕНКА ПРОФИЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПО ДАННЫМ СОВРЕМЕННОЙ НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ»

Конференция «Роль биотехнологий и цифровых технологий» (16.04.2021)

• Публикация в РИНЦ
• Место проведения: Москва
• Дата проведения: 16.04.2021

 

Аннотация:

В статье приведены сведения о современном научном взгляде на использование низкоуглеводных диет и индуцированного физиологического кетоза для контроля массы тела. Дано описание профиля безопасности применения кетонов в качестве многоцелевого профилактического средства. Описаны биохимические механизмы анорексигенного действия экзогенных кетоновых тел и их влияния на энергетический клеточный и тканевой метаболизм.

Ключевые слова: ожирение, низкоуглеводные диеты, физиологический кетоз, кетоацидоз, кетоновые тела, экзогенные кетоны, β-гидроксибутират.

 

На настоящий момент в развитых государствах мира ожирение уже приобрело масштабы цивилизационной нозологии. Целый ряд исследований, например, свидетельствует о том, что избыточный вес имеют около 70% граждан США старше 20 лет. При этом данная проблема не имеет строгой социальной привязки, но, что представляет особенную опасность, с каждым годом «молодеет», все шире и шире распространяясь среди детей [1].

 

Оставив в стороне эстетические моменты, необходимо в первую очередь сосредоточиться на клинических аспектах ожирения и на тех осложнениях, с которыми оно напрямую ассоциируется. Так, не вызывает сомнения то, что излишняя масса тела является важным этиологическим фактором для возникновения;

  • • артериальной гипертензии, ишемической болезни сердца и в итоге острых сердечно-сосудистых катастроф;
  • • критических нарушений кровоснабжения головного мозга;
  • • метаболического синдрома;
  • • сахарного диабета ІІ типа;
  • • гастроэзофагальной рефлюксной болезни;
  • • нарушений работы опорно-двигательной системы;
  • • патологий желудочно-кишечного тракта;
  • • заболеваний эндокринных органов;
  • • злокачественных новообразований и т.д. [2]

 

При этом основную роль в развитии ожирения клиницисты сегодня отводят не гормональным, генетическим или метаболическим нозологиям, а прежде всего, алиментарным причинам. И здесь «вне конкуренции» находится неконтролируемое потребление простых углеводов. По усредненным оценкам специалистов-диетологов примерно 75% от всех продуктов питания, производимых на планете можно смело отнести к высокоуглеводной пище [3].

 

Эволюционно сложилось так, что этот тип пищевых продуктов наиболее привлекателен для человека. Простые углеводы очень легко метаболизируются, обеспечивая быстрое энергоснабжение клеток. Но большую часть истории нашего вида такие соединения были крайне редки в рационе питания. Именно поэтому органолептика глюкозы и родственных ей веществ описывается сладким вкусом – это физиологический хемотаксический стимул и дальше искать и потреблять такие продукты [4].

 

Однако, современная пищевая промышленность уже вышла на такой уровень, когда получение буквально неограниченных объемов простых углеводов не представляет никакого труда. И добавление их в пищевые продукты делает их вкуснее для потребителя, а значит и поднимает экономическую рентабельность данного производства. Возникает порочный круг: изготовителям выгодно добавлять углеводы в свою продукцию (это увеличивает продажи), а люди далеко не всегда способны сознательно ограничивать свое пищевое поведение в силу эволюционного механизма, описанного выше. Особенную остроту данная проблема приобретает у детей. Ведь если взрослый человек еще может найти рациональные причины отказаться от сладкого, выпечки, газированных напитков с сахаром и т.д., то для детей это становится подчас непреодолимым психологическим барьером [5].

 

Опасность такого неумеренного потребления углеводов кроется в их способности метаболизироваться в липиды и запасаться в данной форме в жировой клетчатке. При избыточном поступлении глюкозы после закрытия текущих энергетических потребностей организма, она посредством взаимодействия с ацетилкоэнзимом-А превращается в жирные кислоты и складируется в адипоцитарных депо [6]. Это механизм липогенеза давно и хорошо изучен. Более того, в России уже принята стратегия формирования здорового образа жизни, профилактики и контроля неинфекционных заболеваний, в которой особенное внимание уделено вопросам снижения потребления углеводов гражданами нашей страны [7]. И в целом по всему миру основным методом борьбы с ожирением считаются низкоуглеводные диеты, совмещенные с умеренными физическими нагрузками [8].

 

Метаболический механизм эффективности такого подхода основан на том, что в качестве энергетического топлива многие ткани нашего тела способны использовать как глюкозу, так и липиды. Окислительное расщепление глюкозы – быстрый путь получения энергии. Однако, на выходе после всех реакций из 1 молекулы углевода мы получаем 38 молекул АТФ. При втором, липидном пути энергоснабжения в среднем из одной молекулы жирной кислоты клетка получает 146 молекул АТФ. Как видим, эффективность липидного катаболизма превышает эффективность гликолиза более чем в 3,8 раза. Однако, данный каскад реакций протекает заметно медленнее, а также требует более существенного биохимического обеспечения различными ко-факторами. Именно поэтому распад глюкозы рассматривается нашим организмом, как предпочтительный путь энергообеспечения [9].

 

У липидного катаболизма есть и еще ряд ограничений. Так, например, головной мозг не способен утилизировать напрямую жирные кислоты. Для получения энергии в условиях дефицита углеводов ему требуются специфические соединения, называемые кетоновыми телами. То есть, липиды предварительно должны пройти еще один этап метаболизма в печени и превратиться в кетоны. С точки зрения биохимической ценности значение имеют три представителя кетонов: β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Однако ацетоацетат – довольно нестабильное соединение, а ацетон характеризуется высокой летучестью, потому основная энергетическая роль отводится β-гидроксибутирату, а точнее его натриевым, кальциевым и магниевым солям. Их молекулы имеют относительно небольшие размеры и обладают хорошей водорастворимостью, а потому свободно проникают через гематоэнцефалический барьер, достигают клеток нервной системы и обеспечивают их энергией для полноценного функционирования [10].

 

Состояние, при котором жирные кислоты начинают метаболизироваться в гепатоцитах с образованием кетоновых тел, носит название кетоза [11]. Считается, что способность синтезировать и расщеплять кетоновые тела эволюционно возникла, как механизм выживания в условиях преимущественного преобладания в рационе животной пищи. У современного человека кетоз развивается как ответ на углеводную недостаточность. И, разумеется, она может быть как индуцирована искусственно, посредством низкоуглеводной диеты, так и возникнуть естественным путем, в результате длительных физических, психологических или когнитивных нагрузок [12].

 

При этом крайне важно различать патологический и физиологический кетозы. Патологическая его форма возникает, как осложнение различных эндокринных нозологий, чаще всего – сахарного диабета. Это метаболическое нарушение, которое практически тут же переходит в декомпенсированную стадию – кетоацидоз. Отличие его от физиологического кетоза в том, что каскад реакций синтеза кетоновых тел здесь полностью неконтролируемый, а потому их чрезмерное количество нарушает кислотно-щелочной гомеостаз в крови, критически снижая рН. Симптомами кетоацидоза обычно служат тошнота, рвота и приобретение дыханием пациента характерного запаха ацетона. Это серьезная метаболическая катастрофа, напрямую угрожающая жизни человека и требующая неотложного медицинского вмешательства [13].

 

Физиологический кетоз характеризуется тем, что синтез кетоновых тел не выходит из под контроля. Печень производит их именно в том количестве, которое требуется для обеспечения энергоснабжения тканей и все эти кетоновые тела затем утилизируются с получением АТФ. Именно поэтому такой кетоз также называют контролируемым [14].

 

Идея индуцировать кетоз посредством ограничения потребления углеводов не нова. Она появилась сразу же, как только стала понятна биохимия глюкозы, липидов и их взаимных трансформаций. Первопроходцем здесь можно назвать американского кардиолога Р. Аткинса. Однако, разрабатывая свою диету, он использовал предельно экстремальный подход, предложив полностью отказаться от употребления углеводов. В дальнейшем такая практика была подвергнута обоснованной критике в научном сообществе, поскольку довольно быстро стало очевидно, что целиком безуглеводный рацион питания опасен для здоровья человека [15].

 

Поэтому сегодня индукцию физиологического кетоза проводят при помощи соблюдения низкоуглеводных диет [16]. Их принципиальное отличие заключается в том, что минимальный уровень гликемии должен строго соблюдаться и быть граничным условием безопасности. То есть, нельзя допускать развития гипогликемии, что на языке клинической биохимии означает поддержание количества глюкозы в крови на уровне не меньше, чем 3,58 ммоль/л. Важность этого требования обусловлено тем, что в нашем теле имеются и строго глюкозозависимые органы. К их числу относятся, к примеру, хрусталик, корковое вещество почек, сосудистый эндотелий, эпителиальные клетки кишечника и др. Для того чтобы обеспечить поддержание минимально необходимого уровня гликемии, следует, отказавшись от употребления простых углеводов, оставить в рационе достаточное количество олиго- и полисахаридов. Учитывая также, что они представлены в основном грубыми растительными волокнами, их прием одновременно обеспечит и нормальное функционирование желудочно-кишечного тракта [17].

 

Второе граничное условие грамотной низкоуглеводной диеты заключается в сохранении контроля над кетозом. Для этого человеку следует периодически проводить биохимические исследования мочи для определения концентрации в ней кетоновых тел. В норме они должны отсутствовать, а их появление – первый признак утраты контроля над кетозом. Наконец, низкоуглеводные диеты противопоказаны всем тем, кто имеет какие-либо эндокринные патологии, заболевания печени и/или почек, а также в период беременности и лактации [18].

 

Вышеописанные метаболические изменения, происходящие под действием низкоуглеводных диет, дают весомое биохимическое обоснованием их эффективности для снижения избыточной массы тела [19]. Кетоз, развивающийся в этой ситуации, будет эндогенным, поскольку при дефиците глюкозы липиды для выработки энергии или синтеза кетоновых тел организм будет брать из собственных жировых запасов. Однако, переход в физиологический кетоз нередко становится серьезным испытанием, существует даже такое понятие, как кетогрипп, когда первые недели после развития углеводной недостаточности у человека наблюдаются симптомы, схожие с проявлениями этого инфекционного заболевания. Более того, резкая потеря избыточной массы тела может вызвать целый ряд нарушений, начиная от неэстетичного обвисания кожных покровов и до специфических гормональных сбоев. Решением всех этих проблем послужит введение кетоновых тел извне, то есть, искусственная пероральная индукция экзогенного кетоза [20].

 

Оптимальным вариантом для стимуляции экзогенного кетоза станет употребление функциональных продуктов здорового питания, содержащих кетоновые тела. Отечественным лидером в производстве таких продуктов является компания VILAVI INT LTD. В ее ассортименте имеется концентрат T8 ERA EXO, предназначенный для самостоятельного приготовления энергетического напитка. Основой активной формулы T8 ERA EXO служат натриевые, кальциевые и магниевые соли β-гидроксибутирата, упомянутые выше, как оптимальная форма доставки кетоновых тел в организм. Употребление этого продукта поможет плавно и безболезненно войти в состояние физиологического кетоза.

 

Кроме того, компания VILAVI выпускает и ряд продуктов, предназначенных для комфортного нахождения на низкоуглеводной диеты в дальнейшем. Это, например, ягодные десерты T8 Manana, линейка легких закусок T8 Bang на основе льняных семян или печенье Т8 Tute, не содержащее сахара. Прием этих продуктов здорового питания станет отличным способом обеспечить соблюдение кетогенной диеты без психологических затруднений, связанных с отказом от привычного рациона питания [21].

 

Также необходимо отметить, что кетоновые тела не только служат качественным энергетическим субстратом, но обладают и рядом подтвержденных профилактических и терапевтических эффектов:

  • • снижение показателя гликемии при сахарном диабете 2 типа и частичная компенсация этого нарушения [22];
  • • психотоническое действие, помогающее бороться с субклиническими депрессивными и тревожными расстройствами [23];
  • • нейропротекторные свойства, снижающие уровень повреждений нейронов при цереброваскулярных патологиях (дисциркуляторной энцефалопатии), токсических поражениях ЦНС, транзиторных ишемиях, нейродегенеративных заболеваниях и возрастных изменениях [24];
  • • способность улучшать психологическую и физическую выносливость, а также ускорять восстановление после стрессов и физических нагрузок [25].

 

Наконец, особенного внимания заслуживает тот факт, что продукты с кетоновыми телами можно использовать на только для мягкого перехода в кетоз или увеличения резистентности к психоэмоциональным и физическим нагрузкам. На настоящий момент имеется большое количество научных наблюдений, которые свидетельствуют о том, что и сам по себе прием экзогенных кетонов обладает способностью положительно влиять на контроль массы тела [26].

 

Ранее этот эффект также отмечался, но не получал биохимического объяснения. Ведь очевидно, что введение кетоновых тел извне должно закрывать энергетические потребности организма, а значит и ограничивать выход липидов из его собственных адипоцитарных депо. Однако, в конце нулевых годов ХХI века выяснилось, что нормализация показателя индекса массы тела при приеме экзогенных кетонов на фоне низкоуглеводной диеты обусловлено их угнетающим действием на активность циклического пептидного гормона грелина, который ответственен за колебания аппетита. Поступаюющие алиментарным путем кетоны подавляют синтез грелина в эпителиальных клетках кишечника и тем самым оказывают прямое анорексигенное действие [27].

 

Учитывая все вышесказанное, можно сделать вывод, что прием экзогенных кетонов в форме солей β-гидроксибутирата, которые содержатся в T8 ERA EXO – хороший способ соблюсти безопасность и одновременно обеспечить эффективность низкоуглеводной диеты, как основного метода снижения массы тела при алиментарном ожирении.

 

Список использованной научной литературы:

 

  1. National Task Force on the Prevention and Treatment of Obesity. National Institutes of Health. Very low–calorie diets // Journal of the American Medical Association. 2017. Vol. 270.
  2. Jayedi A., Soltani S., Zargar M. S. Central fatness and risk of all cause mortality: systematic review and dose-response meta-analysis of 72 prospective cohort studies. British Medical Journal, 2020. No. 370. M3324.
  3. George A. Bray, William E. Heisel, Ashkan Afshin, Michael D. Jensen, William H. Dietz, et others. The Science of Obesity Management: An Endocrine Society Scientific Statement. Endocrine Reviews. 2018 Apr; 39(2): 79–132.
  4. Obesity and overweight. Информационные бюллетени Всемирной организации здравоохранения, 19 октября 2019.
  5. Прозоровский В. Ожирение — болезнь нашего времени. Наука и жизнь. 19 июня 2014. №9, стр.
  6. David E. Metzler. Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells.. — 2nd edition. — Academic Press, 2003. — Т. 2. — 1973 с.
  7. Межведомственная стратегия формирования здорового образа жизни, профилактики и контроля неинфекционных заболеваний до 2025 года: https://www.gnicpm.ru/UserFiles/proekt_strategii_niz-210616.pdf. [Электронный документ] Сайт ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр профилактической медицины» Министерства здравоохранения РФ.
  8. Bravata D., Sanders L, Huang J, Krumholz H., Olkin I, Gardner C. Efficacy and safety of low-carbohydrate diets: a systematic review. // Journal of the American Medical Association, 2003. 289\14.: 1837 – 1850.
  9. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of biochemistry. — Fifth edition. — New York: W. H. Freeman and company, 2008. — 1158 p.
  10. Кольман Я., Рём К. Наглядная биохимия. — 4-е изд.. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 469 с.
  11. Cox, P. J., Kirk, T., Ashmore, T., Willerton, K., Evans, R., Smith, A., et al. Nutritional ketosis alters fuel preference and thereby endurance performance in athletes. // Cell Metabolism. 2016, 24, 1–13.
  12. Gordon J. Azar. Similarities of Carbohydrate Deficiency and Fasting // Archives of Internal Medicine. 1963., Vol. 112, iss. 3., P. 338.
  13. В. С. Лукьянчиков. Кетоз и кетоацидоз. Патобиохимический и клинический аспект. // Русский медицинский журнал. 2004., № 23., стр. 1301.
  14. Veech, R. L. The therapeutic implications of ketone bodies: the effects of ketone bodies in pathological conditions: ketosis, ketogenic diet, redox states, insulin resistance, and mitochondrial metabolism. // Prostaglandins, Leukotrienes & Essential Fatty Acids, 2014, 70, 309–319.
  15. Astrup A., Larsen T.M., Harper A. Atkins and other low-carbohydrate diets: hoax or an effective tool for weight loss? The Lancet, Volume 364, Issue 9437, Pages 897—899, 4 September, 2004.
  16. Gershuni, Victoria M. Nutritional Ketosis for Weight Management and Reversal of Metabolic Syndrome // Current Nutrition Reports. 2018., Vol. 7, no. 3.
  17. Balasse, E., and Ooms, H. A. Changes in the concentrations of glucose, free fatty acids, insulin and ketone bodies in the blood during sodium hydroxybutyrate infusions in man. // Diabetologia. 1968, Vol. 4, P. 133 – 135.
  18. Davies H. J., Baird I. M., Fowler J., et al. // Metabolic response to low– and very–low–calorie diets. The American Journal of Clinical Nutrition. 1989., Vol. 10., P. 27 – 31.
  19. Sato, K., Kashiwaya, Y., Keon, C. A., Tsuchiya, N., King, M. T., Radda, G. K., et al. Insulin, ketone bodies, and mitochondrial energy transduction. // FASEB Journal. 1995, 9, 651–658.
  20. Angela Poff, Andrew Koutnik, Sara Moss, Sahith Mandala. Exploring the Viability of Exogenous Ketones as Weight Loss Supplements. Current Developments in Nutrition. 2019, Junе, 3 (Suppl. 1).
  21. Михайлова Е.А., Локошко Д.В., Большакова Е.М. Использование управляемого кетоза и экзокетонов, как части вспомогательной терапии при различных патологиях и как средства для улучшения качества жизни. Еurasiascience. Сборник статей XXIX международной научно-практической конференции. 2020, стр. 35-40.
  22. Ole Snorgaard, Grith M. Poulsen, Henning K. Andersen, Arne Astrup. Systematic review and meta-analysis of dietary carbohydrate restriction in patients with type 2 diabetes // British Medical Journal. Open Diabetes Research and Care. 2017-02-01., Vol. 5., iss. 1., P. e000354.
  23. Murray A.J., Knight N.S., Cole M.A., et al. Novel ketone diet enhances physical and cognitive performance. Federation of American Societies for Experimental Biology Journal. 2016; 30.
  24. Gasior, M. A. Rogawski R. N., Hartman, A. L. Neuroprotective and disease-modifying effects of the ketogenic diet. // Behavioural Pharmacology., 2006., Vol. 17, no. 5 – 6., P. 431 – 439.
  25. Джозеф Меркола «Клетка на диете. Научное открытие о влиянии жиров на мышление, физическую активность и обмен веществ. (Открытия века: новейшие исследования человеческого организма во благо здоровья). // Москва: Издательство «Э», 2018., 400 с.
  26. Bueno, N. B., Melo, I. S., Oliveira, S. L., and Rocha Ataide, T. Very-low-carbohydrate ketogenic diet v. low-fat diet for long-term weight loss: a meta-analysis of randomized controlled trials. // British Journal of Nutrition. 2013, 110, 1178–1187.
  27. Brianna J. Stubbs, Pete J. Cox, Rhys D. Evans, Malgorzata Cyranka, Kieran Clarke, and Heidi de Wet. A Ketone Ester Drink Lowers Human Ghrelin and Appetite. Obesity (Silver Spring). 2018 Feb; 26(2): 269–273.