Кетоз: механизм переключения метаболизма¶

Кетоз — это физиологическое состояние организма, при котором в качестве основного источника энергии вместо глюкозы используются кетоновые тела, образующиеся в печени из жирных кислот. Данный процесс представляет собой эволюционно закреплённый адаптационный механизм, позволяющий организму выживать в условиях длительного голодания или при значительном ограничении углеводов в рационе.

¶Механизм переключения метаболизма

В норме организм человека преимущественно использует глюкозу как универсальное топливо. При поступлении углеводов уровень инсулина повышается, что стимулирует утилизацию глюкозы клетками и тормозит распад жиров. Когда запасы гликогена в печени истощаются (обычно через 12–24 часа после прекращения поступления углеводов), концентрация инсулина падает, а уровень глюкагона возрастает. Это запускает липолиз — расщепление триглицеридов в жировой ткани на глицерин и свободные жирные кислоты.

Жирные кислоты поступают в печень, где подвергаются β-окислению с образованием ацетил-КоА. При избытке ацетил-КоА относительно потребностей цикла Кребса печень конвертирует его в кетоновые тела: ацетоацетат, β-гидроксибутират и ацетон. Этот процесс называется кетогенезом. Ключевым ферментом является HMG-CoA-синтаза, активность которой возрастает при низком уровне инсулина и высоком уровне глюкагона.

¶Виды кетоза

Различают несколько состояний, сопровождающихся повышенным уровнем кетоновых тел в крови:

• Алиментарный (диетический) кетоз — возникает при соблюдении низкоуглеводных диет (кетогенная диета, диета Аткинса). Уровень кетонов в крови обычно составляет 0,5–3,0 ммоль/л.
• Голодный кетоз — развивается при полном голодании или выраженной недостаточности питания. Концентрация кетонов может достигать 3–5 ммоль/л.
• Патологический кетоз (кетоацидоз) — тяжёлое осложнение сахарного диабета 1-го типа, при котором уровень кетонов превышает 10–15 ммоль/л, что приводит к сдвигу pH крови в кислую сторону и требует неотложной медицинской помощи.

¶Кетогенная диета

Кетогенная диета — это рацион с крайне низким содержанием углеводов (обычно 20–50 г в сутки), умеренным количеством белка и высоким содержанием жиров. Впервые она была разработана в 1920-х годах для лечения эпилепсии у детей, устойчивой к медикаментозной терапии. Механизм противосудорожного действия кетоновых тел до конца не изучен, однако предполагается, что они влияют на нейротрансмиттерные системы и энергетический метаболизм нейронов.

В последние десятилетия кетогенная диета приобрела популярность как метод снижения веса. Исследования показывают, что она способствует быстрому уменьшению массы тела за счёт снижения аппетита, увеличения расхода энергии на глюконеогенез и выведения избытка кетонов с мочой. Однако долгосрочные эффекты и безопасность такого питания остаются предметом научных дискуссий.

¶Физиологические эффекты

Переход в состояние кетоза сопровождается рядом адаптивных изменений. Мозг, который в обычных условиях почти полностью зависит от глюкозы, способен утилизировать β-гидроксибутират, покрывая до 60–70 % своих энергетических потребностей. Это позволяет сохранять когнитивные функции при длительном голодании.

Кетоновые тела также оказывают сигнальные эффекты: они ингибируют гистондеацетилазы, влияют на экспрессию генов, связанных с антиоксидантной защитой (например, фактора Nrf2), и подавляют воспалительные процессы. В экспериментальных исследованиях на животных кетогенная диета показала нейропротекторные свойства при болезни Паркинсона, Альцгеймера и боковом амиотрофическом склерозе, однако клинические данные у людей ограничены.

¶Диагностика и мониторинг

Уровень кетоновых тел определяется в крови, моче или выдыхаемом воздухе. Наиболее точным методом является измерение β-гидроксибутирата в капиллярной крови с помощью портативных анализаторов. Тест-полоски для мочи определяют ацетоацетат, однако их показания менее информативны при длительном кетозе, так как концентрация этого метаболита снижается по мере адаптации.

¶Возможные риски

Кратковременный алиментарный кетоз считается безопасным для большинства здоровых людей. На начальных этапах часто наблюдаются так называемые «кетогрипп» — слабость, головная боль, тошнота и раздражительность, которые проходят в течение нескольких дней. К потенциальным долгосрочным рискам относят дефицит микронутриентов, повышение уровня мочевой кислоты, риск образования камней в почках и изменения липидного профиля. Противопоказаниями к кетогенной диете являются беременность, сахарный диабет 1-го типа, печёночная и почечная недостаточность.

¶Источники

• В. М. Покровский, Г. Ф. Коротько. Физиология человека. — М.: Медицина, 2003.
• Phinney S. D., Volek J. S. The Art and Science of Low Carbohydrate Living. — 2011.
• Paoli A. Ketogenic diet for obesity: friend or foe? // International Journal of Environmental Research and Public Health. — 2014.
• Yudkoff M. et al. Ketogenic diet and brain metabolism // Epilepsy Research. — 2005.