Nasz mózg to złożony organ, a jego funkcjonowanie, choć jest przedmiotem niezliczonej ilości badań, wciąż pozostaje częściową niewiadomą. Zwłaszcza jeśli chodzi o genezę chorób neurodegeneracyjnych takich jak choroba Alzheimera, Parkinsona czy Huntingtona.
Wiele jednak wskazuje, że za przyczynę powstawania neurodegeneracji odpowiadać mogą zakłócenia w procesach metabolicznych w mózgu, a zwłaszcza metabolizmu glukozy.
Z wiekiem dodatkowo jesteśmy także coraz bardziej narażeni na stres oksydacyjny. Powstające w strukturach mózgu zmiany są podatnym gruntem dla chorób neurodegeneracyjnych.
Czy zatem istnieje dobra dieta dla mózgu? Czy da się zachować “młodość mózgu” poprzez specyficzne odżywianie?
Czy ciała ketonowe mogą być stosowanie terapeutyczne w przypadku osób z objawami demencji?
Mózgowy metabolizm glukozy - jak mózg pozyskuje energię?
Aby zrozumieć jak dochodzi do zakłóceń, prześledźmy najpierw procesy metaboliczne w mózgu.
Mózg, choć stanowi ok. 2% wagi całego ciała, zużywa aż 25% glukozy oraz potrzebuje aż 20% dostępnego w komórkach tlenu.
Glukoza jako główne paliwo dla mózgu jest dostarczana z krwią.
Metabolizm glukozy
Trzy główne procesy, które zachodzą w mózgu, aby powstała energia (ATP) z glukozy to:
glikoliza – podczas której jedna cząsteczka glukozy zostaje przekształcona w dwie cząsteczki pirogronianu, a te dostarczają 2 cząsteczki ATP oraz 2 cząsteczki NADPH – podstawowe nośniki energii dla mózgu.
Następnie, w warunkach tlenowych, pirogronian, w tzw. cyklu Krebsa, zostaje przekształcony w Acetylo-CoA i jest efektywnie utleniany. Jeśli nie ma tlenu, pirogronian redukowany jest do mleczanu, a ten staje się wtedy substratem energetycznym dla mózgu odtwarzając cząsteczkę NAD i cały cykl się powtarza.
Ostatnim etapem po glikolizie i cyklu Krebsa jest tzn. oksydatywna fosforylacja – czyli tlenowy metabolizm w mitochondriach.
W reakcji tej, cząsteczki NADH i FADH w tzw. reakcji redoks , przenoszą elektrony na cząsteczkowy tlen (oddychania komórkowego) i powstaje ATP, czyli energia.¹
Skutki uboczne oddychania komórkowego
Niestety, jako skutek uboczny metabolizmu w mitochondriach powstają tzw. reaktywne formy tlenu (RFT) – cząsteczki zawierające nadtlenek wodoru i tlen wywołujące tzw. stres oksydacyjny w komórkach.
W normalnych warunkach fizjologicznych RFT (inna nazwa z która można się spotkać to wolne rodniki lub z jęz. and. skrót ROS) odgrywają ważną rolę jako pośrednicy różnych procesów komórkowych. Regulują nawet procesy rozwoju neuronów. A coraz więcej badań wskazuje na to, że reaktywne formy tlenu wpływają także na plastyczność synaps i tworzenie pamięci (sic!). Ich działanie nie jest więc jednoznacznie negatywne.
Gdy jednak poziom reaktywnych form tlenu jest za duży, stają się potencjalnym zagrożeniem i mogą wywoływać szereg szkodliwych zdarzeń uszkadzając DNA komórki i prowadząc do śmierci komórki lub mutacji komórkowych.²
Choroby neurodegeneracyjne - możliwe przyczyny ich powstawania
Stres oksydacyjny a neurodegeneracja
Komórki o dużej aktywności, takie jak neurony, charakteryzują się wysoką aktywnością metaboliczną, tzn. potrzebują dużo energii, aby wykonywać swoje funkcje.
W konsekwencji w mózgu częściej także zachodzą uszkodzenia mitochondriów wywołujące szkodliwy cykl produkcji wolnych rodników (przedwczesne przechodzenie elektronów w łańcuchu oddechowym w mitochondriach, i niecałkowitej redukcji tlenu) powodujący stres oksydacyjny.
Zakłócenia metabolizmu tlenu i uszkodzenia mitochondriów są właśnie wspólnym mianownikiem wielu różnych chorób neurodegeneracyjnych.
Zwiększone poziomy wolnych rodników występują w układzie nerwowym modeli zwierzęcych badanych na obecność chorób Alzheimera, Parkinsona lub stwardnienia zanikowego bocznego.
U osób cierpiących na Parkinsona, zaburzenia równowagi reaktywnych form tlenu współistnieją ze zmianami motorycznymi obserwowanymi w tej chorobie: takich jak m.in. drżenie spoczynkowe
U osób cierpiących na chorobę Huntingtona uszkodzenia oksydacyjne są także widoczne.
Zaburzenia metabolizmu glukozy a choroba Alzheimera
Mózg jest narządem bardzo energochłonnym, ale zawiera niewiele rezerw energii i dlatego jest w dużym stopniu zależny od stałego dopływu glukozy z krążenia.
Zachwiany metabolizm glukozy w mózgu zakłóca równowagę energetyczną mózgu.
Na aktywność metabolizmu glukozy wpływa także poziom insuliny. Jeśli jest on niewystarczający, organizm nie radzi sobie z rozkładem glukozy. Dlatego insulinooporność, a także cukrzyca należą do czynników ryzyka Alzheimera. Pacjenci z objawami demencji mają obniżony pobór glukozy do mózgu.
Pacjenci z objawami demencji mają obniżony pobór glukozy do mózgu.
Im bardziej ten pobór jest upośledzony, tym większe ryzyko powstawania patologicznych zmian w mózgu (blaszek amyloidowych, podwyższonego białka TAU i splotów neurofibrylarnych w mózgu), które odpowiadają za nasilenie objawów – głównie problemów z pamięcią.
Postępujący spadek wykorzystania glukozy w korze czołowo-skroniowej jest uznawany za nawet bardziej pierwotną przyczynę powstawania demencji, tzn. przed stresem oksydacyjnym, który jest następstwem zmian metabolicznych.
Działa to mniej więcej tak: wadliwy metabolizm glukozy i upośledzona sygnalizacja insuliny w mózgu powodują dysfunkcję mitochondriów, co skutkuje podwyższonym poziomem reaktywnych form tlenu i zakłóceniach w utlenianiu lipidów i białek.³
Ciała ketonowe - alternatywne źródło energii dla mózgu
Korzystanie przez mózg z alternatywnych źródeł energii jest przedmiotem wielu różnych badań, choć nie jest tematem wolnym od kontrowersji.
W sytuacji gdy ograniczona jest podaż węglowodanów lub w przypadku spadku zdolności mózgu do metabolizowania glukozy, mózg potrzebuje substytutów, aby podtrzymać normalne funkcjonowanie neuronów.
W przypadku braku glukozy, tym głównym substytutem stają się ciała ketonowe.
Jak one powstają?
Z utleniania kwasów tłuszczowych, które zachodzi w mitochondriach w procesie beta-oksydacji. W jej wyniku powstają ciała ketonowe: D-3-hydroksymaślan (BHB) i acetooctan (AcA), oraz wspomniany już wcześniej Acetyl-CoA, który włączany jest w cykl Krebsa.
Wolne kwasy tłuszczowe poprzez acetyl-CoA służą produkcji ATP.
Po odpowiednio długiej ketoadaptacji, gdy poziom ciał ketonowych jest stabilny, a organizm znajdzie w stanie ketozy, ketony mogę zaspokajać nawet 60% zapotrzebowania na energię zastępując glukozę jako główne źródło paliwa. (Organizm wciąż wytwarza glukozę z białek w procesie glukogenezy).
Ketony zapewniają normalne funkcjonowanie mózgu pomimo nieobecności glukozy.
Sam rozkład kwasów tłuszczowych do ketonów zużywa także mniej ATP niż rozkład glukozy (Tak! Procesy metaboliczne wymagają energii, żeby tworzyć energię!).
Cząsteczka młodości - NAD+
Wróćmy na moment do cząsteczki NAD, która potrzebna jest, aby zaszły procesy metaboliczne.
NAD+ to ko-enzym odpowiadający za oddychanie komórkowe i m.in. niwelowanie skutków stresu oksydacyjnego. Po oddaniu elektronu staje się NADH.
Jej prekursorami są witamina B3 oraz aminokwasy takie jak tryptofan.
NAD+ odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu równowagi energetycznej komórki i ogólnie w produkcji energii, a także w innych procesach, jak np. aktywacji przynajmniej „4 rodzin enzymów odpowiadających za długość życia i długowieczność, a także za ekspresję genów, starzenie, homeostazę wapnia i śmierć komórek”.4
Zachowanie wysokiego stężenia NAD+ przyczynia się do utrzymania dobrego zdrowia.
Wyznacznikiem jest proporcja NAD+/NADH w organizmie. Im ona wyższa, tym więcej korzyści dla organizmu.
Istnieją hipotezy, że zwiększenie poziomu NAD+ może stymulować zmiany adaptacyjne w bioenergetyce komórkowej i zwiększać jej przeżycie.
Zwiększenie poziomu NAD+ jest rozważaną taktyką terapeutyczną także w chorobach neurodegeracyjnych, jak Alzheimer, gdzie występują uszkodzenia mitochondrialne.5
Ketony - poprawa parametrów NAD+/NADH
W jednym badaniu na szczurach wykazano, że na diecie ketonowej, w mózgach zwierząt, po dwóch dniach zwiększała się proporcja NAD+/NADH. Efekt ten utrzymywał się przez 3 tygodnie.
Rezultaty te potwierdzone zostały następnie rezonansem magnetycznym w badaniu na ludziach.
Jak ketony zwiększają poziom NAD+?
Przede wszystkim produkcja energii przez metabolizm ketonów wymaga mniejszego zużycia NAD+. Aby wytworzyć 2 cząsteczki Acetylo-CoA do cyklu Krebsa, 1 cząsteczka glukozy musi przekształcić aż 4 cząsteczki NAD+. Ketony – BHB zużywa tylko 1 cząsteczkę NAD+.
Spalając ciała ketonowe, organizm oszczędza NAD+ i zwiększa proporcje NAD+/NADH.
Ciała ketonowe - możliwości terapeutyczne w chorobach neurodegeneracyjnych
Więcej dostępnej energii
O właściwościach ketonów mówi się w kontekście nie tylko lekoopornej epilepsji, którą w ten sposób leczono już w latach 20-tych XIX w., ale także w kontekście leczenia nowotworów (komórki nowotworowe należą do typów komórek, które polegają prawie wyłącznie na metabolizmie glukozy), cukrzycy, otyłości, czy właśnie chorób neurodegeneracyjnych takich jak choroba Alzheimera, Parkinsona czy Huntingtona.
Według badań z ostatnich lat (po 2018 r.), podwyższone poziomy ketonów poprawiają całkowity metabolizm energetyczny u ludzi.
Oznacza to, że ciała ketonowe są w stanie nie tylko oszczędzać glukozę, ale mogą stanowić dodatkowe źródło energii, zwiększając w ten sposób dostępną dla mózgu energię.
U osób, które mają deficyt energetyczny, np. u osób z demencją, ketony dostarczają brakującej energii / uzupełniają braki.
Tym samym taka procedura terapeutyczna może wspomagać metabolizm mózgu u osób, które mają zaburzenia funkcji poznawczych, choroby neurodegeneracyjne, czy inne dolegliwości spowodowane zaburzeniami rozkładu glukozy.
Dobrze ilustruje to poniższy schemat: (źródło: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7699472/)
słowniczek:
glucose hypometabolizm – obniżona aktywność metaboliczna glukozy
energy deficiency – deficyt energii
oxidative stres – stres oksydacyjny
mitochondrial dysfunction – nieprawidłowe funkcjonowanie mitochondriów
BHB – betahydroksymaslan/ ciała ketonowe
Restored metabolism – przywrócony metabolizm
Reasumując, sugeruje się, że terapie, które podnoszą krążące ketony, mają pozytywny wpływ na niwelowanie objawów zaburzeń charakterystycznych dla chorób neurodegeneracyjnych.
MCT C8 podnosi poziom ciał ketonowych w mózgu
Dieta ketonowa to jedna z metod osiągnięcia wysokich i stałych poziomów ciał ketonowych w organizmie oraz niemal całkowitej zmiany źródła energii z glukozy na kwasy tłuszczowe.
Niestety wiąże się z wieloma wyrzeczeniami i w długim terminie jest trudna do utrzymania.
Badania naukowe nie maja watpliwości, że suplementacja olejem MCT (C8 lub mieszanym C8/C10) nieprzerwanie przez 6 miesięcy może poprawić mózgowy metabolizm, nie wpływając przy tym na tempo metabolizmu glukozy. I może to także odbywać się bez adaptacji do keto.
Co więcej suplementacja 30 g MCT dziennie poprawiła niektóre funkcje poznawcze (zwłaszcza związane z zapamiętywaniem i możliwościami werbalnymi) w grupie badawczej. Metabolizm ketonów w mózgu wzrósł o 230% bez wpływu na pobór glukozy.
Podsumowanie
Nasz mózg i jego żywotność zależy od stabilnych dostaw energii. Węglowodany i glukoza to nie jedyne źródło paliwa dla mózgu. Mogą nim być także kwasy tłuszczowe przekształcane w ciała ketonowe.
Gdy metabolizm glukozy jest upośledzony, lub w przypadku insulinooporności, gdy pobór glukozy przez mózg jest niewystarczający, ciała ketonowe mają duży potencjał terapeutyczny.
Zwiększanie poziomu ciał ketonowych nawet przy zbilansowanej diecie (nie tylko na diecie ketonowej) podwyższa poziom dostępnej energii, niwelując deficyty energetyczne i zapobiegając dalszym uszkodzeniom w mitochondriach, które prowadza do powstawania wolnych rodników i stresu oksydacyjnego.
Co więcej ciała ketonowe mają moc zwiększania poziomu cząsteczki NAD+ – ko-enzymu powiązanego z długowiecznością.
Istnieją już leki, które mają zwiększać poziom ciał ketonowych w organizmie. Ale wciąż najlepsze rezultaty daje suplementacja olejem MCT C8, która pozostaje najbardziej skuteczną, naturalną i niedrogą formą terapii.
Bibliografia
2. Reactive Oxygen Species: Angels and Demons in the Life of a Neuron
4. NAD+ in Brain Aging and Neurodegenerative Disorders
5. NAD+ metabolism: Bioenergetics, signaling and manipulation for therapy
6. Nutritional Ketosis Increases NAD+/NADH Ratio in Healthy Human Brain: An in Vivo Study by 31P-MRS
7. A ketogenic drink improves brain energy and some measures of cognition in mild cognitive impairment
Spodobał Ci się artykuł? Udostępnij go!
Chciał(a)byś coś dodać? Skomentuj poniżej!