Ketoza
| Ketoza | |
|---|---|
| Inne nazwy | Ketonemia |
 | |
| Ciała ketonowe : aceton, kwas acetylooctowy i kwas beta-hydroksymasłowy | |
| Wymowa | |
| Specjalność | Endokrynologia |
Ketoza to stan metaboliczny charakteryzujący się podwyższonym poziomem ciał ketonowych we krwi lub moczu. Ketoza fizjologiczna jest normalną reakcją na niską glukozy , taką jak dieta niskowęglowodanowa lub post , która zapewnia dodatkowe źródło energii dla mózgu w postaci ciał ketonowych. W ketozie fizjologicznej stężenie ciał ketonowych we krwi jest podwyższone powyżej poziomu wyjściowego, ale zachowana jest homeostaza kwasowo-zasadowa organizmu . Kontrastuje to z kwasicą ketonową , niekontrolowana produkcja ciał ketonowych, która występuje w stanach patologicznych i powoduje kwasicę metaboliczną , która jest stanem nagłym. Kwasica ketonowa jest najczęściej wynikiem całkowitego insuliny w cukrzycy typu 1 lub późnej fazie cukrzycy typu 2 . Poziomy ketonów można mierzyć we krwi, moczu lub oddechu i na ogół wynoszą od 0,5 do 3,0 milimoli (mM) w ketozie fizjologicznej, podczas gdy kwasica ketonowa może powodować stężenia we krwi większe niż 10 mM.
Śladowe poziomy ciał ketonowych są zawsze obecne we krwi i wzrastają, gdy rezerwy glukozy we krwi są niskie, a wątroba przechodzi od metabolizowania głównie węglowodanów do metabolizowania kwasów tłuszczowych. Dzieje się tak w stanach zwiększonego utleniania kwasów tłuszczowych, takich jak post, głód, ograniczenie węglowodanów lub długotrwałe ćwiczenia. Kiedy wątroba szybko metabolizuje kwasy tłuszczowe do acetylo-CoA , niektóre cząsteczki acetylo-CoA mogą następnie zostać przekształcone w ciała ketonowe: acetooctan , beta-hydroksymaślan i aceton . Te ciała ketonowe mogą działać jako źródło energii, a także cząsteczki sygnałowe. Sama wątroba nie może wykorzystać tych cząsteczek jako źródła energii, więc ciała ketonowe są uwalniane do krwi do użytku przez tkanki obwodowe, w tym mózg.
Kiedy ketoza jest indukowana przez ograniczenie węglowodanów, jest czasami określana jako ketoza odżywcza. Niskowęglowodanowa, umiarkowana dieta białkowa, która może prowadzić do ketozy, nazywana jest dietą ketogeniczną . Ketoza ma ugruntowaną pozycję w leczeniu padaczki i jest również skuteczna w leczeniu cukrzycy typu 2.
Definicje
Normalne poziomy ciał ketonowych w surowicy są mniejsze niż 0,5 mM. Hiperketonemię konwencjonalnie definiuje się jako poziomy przekraczające 1 mM.
Ketoza fizjologiczna
Ketoza fizjologiczna to niepatologiczne (normalnie funkcjonujące) podwyższenie poziomu ciał ketonowych, które może wynikać z dowolnego stanu zwiększonego utleniania kwasów tłuszczowych , w tym postu, długotrwałych ćwiczeń lub diet bardzo niskowęglowodanowych, takich jak dieta ketogeniczna . W fizjologicznej ketozie poziomy ketonów w surowicy na ogół pozostają poniżej 3 mM.
kwasica ketonowa
Kwasica ketonowa to patologiczny stan niekontrolowanej produkcji ciał ketonowych, który powoduje kwasicę metaboliczną , przy czym poziom ciał ketonowych w surowicy zwykle przekracza 3 mM. Kwasica ketonowa jest najczęściej spowodowana niedoborem insuliny w cukrzycy typu 1 lub późnej fazie cukrzycy typu 2, ale może być również wynikiem przewlekłego nadużywania alkoholu, zatrucia salicylanami lub spożycia alkoholu izopropylowego. Kwasica ketonowa powoduje znaczne zaburzenia metaboliczne i stanowi stan zagrożenia życia. Kwasica ketonowa różni się od ketozy fizjologicznej, ponieważ wymaga nieprawidłowej regulacji produkcji ciał ketonowych.
Powoduje
Podwyższony poziom ciał ketonowych we krwi jest najczęściej spowodowany przyspieszoną produkcją ciał ketonowych, ale może być również spowodowany spożyciem egzogennych ciał ketonowych lub ich prekursorów.
Kiedy rezerwy glikogenu i glukozy we krwi są niskie, następuje zmiana metaboliczna, aby oszczędzać glukozę dla mózgu, który nie jest w stanie wykorzystywać kwasów tłuszczowych do wytwarzania energii. Ta zmiana polega na zwiększeniu utleniania kwasów tłuszczowych i produkcji ketonów w wątrobie jako alternatywnego źródła energii dla mózgu, a także mięśni szkieletowych, serca i nerek. Niski poziom ciał ketonowych jest zawsze obecny we krwi i wzrasta w warunkach małej dostępności glukozy. Na przykład po całonocnym poście 2–6% energii pochodzi z ketonów, a po 3-dniowym poście wzrasta do 30–40%.
Wielkość ograniczenia węglowodanów wymagana do wywołania stanu ketozy jest zmienna i zależy od poziomu aktywności, wrażliwości na insulinę , genetyki, wieku i innych czynników, ale ketoza zwykle występuje, gdy spożywa się mniej niż 50 gramów węglowodanów dziennie przez co najmniej trzy dni .
Noworodki, kobiety w ciąży i karmiące piersią to populacje, w których fizjologiczna ketoza rozwija się szczególnie szybko w odpowiedzi na wyzwania energetyczne, takie jak post lub choroba. Może to prowadzić do kwasicy ketonowej w przebiegu choroby, chociaż zdarza się to rzadko. Skłonność do produkcji ketonów u noworodków spowodowana jest wysokotłuszczową dietą zawierającą mleko matki, nieproporcjonalnie dużym ośrodkowym układem nerwowym oraz ograniczonym glikogenem wątrobowym.
Biochemia
Prekursorami ciał ketonowych są kwasy tłuszczowe pochodzące z tkanki tłuszczowej lub diety oraz aminokwasy ketogenne . Powstawanie ciał ketonowych zachodzi w procesie ketogenezy w macierzy mitochondrialnej komórek wątroby.
Kwasy tłuszczowe mogą być uwalniane z tkanki tłuszczowej poprzez sygnalizację adipokinową wysokiego poziomu glukagonu i epinefryny oraz niskiego poziomu insuliny. Wysoki poziom glukagonu i niski poziom insuliny odpowiadają okresom niskiej dostępności glukozy, takim jak post. Kwasy tłuszczowe związane z koenzymem A umożliwiają penetrację do mitochondriów. Po wejściu do mitochondrium związane kwasy tłuszczowe są wykorzystywane jako paliwo w komórkach, głównie poprzez beta-oksydację , która rozszczepia dwa atomy węgla z cząsteczki acylo-CoA w każdym cyklu, tworząc acetylo-CoA . Acetylo-CoA wchodzi do cykl kwasu cytrynowego , w którym ulega on kondensacji aldolowej ze szczawiooctanem , tworząc kwas cytrynowy ; kwas cytrynowy wchodzi następnie w cykl kwasu trikarboksylowego (TCA), który zbiera bardzo wysoką wydajność energetyczną na węgiel w pierwotnym kwasie tłuszczowym.
Acetylo-CoA może być metabolizowany w cyklu TCA w dowolnej komórce, ale może również ulegać ketogenezie w mitochondriach komórek wątroby. Kiedy dostępność glukozy jest niska, szczawiooctan jest odwracany z cyklu TCA i zamiast tego jest używany do produkcji glukozy poprzez glukoneogenezę . To wykorzystanie szczawiooctanu w glukoneogenezie może uniemożliwić kondensację z acetylo-CoA, uniemożliwiając wejście w cykl TCA. W tym scenariuszu energia może być pozyskiwana z acetylo-CoA poprzez produkcję ketonów.
W ketogenezie dwie cząsteczki acetylo-CoA kondensują, tworząc acetoacetylo-CoA za pośrednictwem tiolazy . Acetoacetylo-CoA krótko łączy się z innym acetylo-CoA poprzez syntazę HMG-CoA, tworząc hydroksy-β-metyloglutarylo-CoA . Hydroksy-β-metyloglutarylo-CoA tworzy acetooctan ciała ketonowego poprzez liazę HMG-CoA . Acetooctan może następnie odwracalnie przekształcić się w inne ciało ketonowe - D-β-hydroksymaślan - poprzez dehydrogenazę D-β-hydroksymaślanową. Alternatywnie, acetooctan może spontanicznie ulec degradacji do trzeciego ciała ketonowego (acetonu) i dwutlenku węgla , co generuje znacznie większe stężenia acetooctanu i D-β-hydroksymaślanu. Powstałe ciała ketonowe nie mogą być wykorzystywane przez wątrobę jako źródło energii, więc są eksportowane z wątroby w celu dostarczenia energii do mózgu i tkanek obwodowych.
Oprócz kwasów tłuszczowych, deaminowane aminokwasy ketogenne mogą być również przekształcane w związki pośrednie w cyklu kwasu cytrynowego i wytwarzać ciała ketonowe.
Pomiar
Poziom ketonów można zmierzyć, badając mocz, krew lub oddech. Istnieją ograniczenia w bezpośrednim porównywaniu tych metod, ponieważ mierzą one różne ciała ketonowe.
Badanie moczu
Badanie moczu jest najczęstszą metodą badania ciał ketonowych. Paski testowe do moczu wykorzystują nitroprusydku z acetooctanem, aby uzyskać pomiar półilościowy oparty na zmianie koloru paska. Chociaż beta-hydroksymaślan jest dominującym krążącym ketonem, paski do badania moczu mierzą tylko acetooctan. Ketony w moczu często słabo korelują ze stężeniem w surowicy z powodu zmienności wydalania ketonów przez nerki, wpływu stanu nawodnienia i czynności nerek.
Testowanie surowicy
Mierniki ketonowe z opuszki palca umożliwiają natychmiastowe badanie poziomu beta-hydroksymaślanu we krwi, podobnie jak glukometry . Stężenie beta-hydroksymaślanu we krwi można również zmierzyć w laboratorium.
Zastosowania medyczne
Padaczka
Ketoza wywołana dietą ketogeniczną jest od dawna akceptowaną metodą leczenia padaczki opornej na leczenie .
Otyłość i zespół metaboliczny
Ketoza może poprawić markery zespołu metabolicznego poprzez zmniejszenie stężenia trójglicerydów w surowicy , podwyższenie poziomu lipoprotein o dużej gęstości (HDL), jak również zwiększenie wielkości i objętości cząstek lipoprotein o małej gęstości (LDL). Zmiany te są zgodne z poprawą profilu lipidowego pomimo potencjalnego wzrostu cholesterolu całkowitego .
Bezpieczeństwo
Bezpieczeństwo ketozy z diet niskowęglowodanowych jest często kwestionowane przez klinicystów, badaczy i media. Powszechne obawy dotyczące bezpieczeństwa wynikają z niezrozumienia różnicy między fizjologiczną ketozą a patologiczną kwasicą ketonową. Trwa również debata, czy przewlekła ketoza jest zdrowym stanem, czy stresorem, którego należy unikać. Niektórzy twierdzą, że ludzie ewoluowali, aby uniknąć ketozy i nie powinni być w stanie ketozy przez długi czas. Kontrargumentem jest to, że nie ma fizjologicznego zapotrzebowania na węglowodany w diecie, ponieważ odpowiednią energię można wytwarzać w nieskończoność poprzez glukoneogenezę i ketogenezę. Alternatywnie zaproponowano, że przełączanie między stanem ketotycznym a stanem po posiłku ma korzystny wpływ na zdrowie metaboliczne i neurologiczne. Skutki utrzymywania się ketozy przez okres do dwóch lat znane są z badań osób stosujących ścisłą dietę ketogeniczną z powodu padaczki lub cukrzycy typu 2; obejmują one krótkoterminowe działania niepożądane prowadzące do potencjalnych skutków długoterminowych. Brakuje jednak literatury na temat długoterminowych skutków przerywanej ketozy.
Rozważania dotyczące leków
Niektóre leki wymagają uwagi w stanie ketozy, zwłaszcza kilka klas leków przeciwcukrzycowych. Leki będące inhibitorami SGLT2 były związane z przypadkami euglikemicznej kwasicy ketonowej – rzadkiego stanu wysokiego stężenia ciał ketonowych powodującego kwasicę metaboliczną przy prawidłowym poziomie glukozy we krwi. Zwykle dzieje się tak w przypadku pominięcia dawki insuliny, choroby, odwodnienia lub przestrzegania diety niskowęglowodanowej podczas przyjmowania leku. Dodatkowo leki stosowane w celu bezpośredniego obniżenia poziomu glukozy we krwi, w tym insulina i pochodne sulfonylomocznika mogą powodować hipoglikemię, jeśli nie są miareczkowane przed rozpoczęciem diety prowadzącej do ketozy.
Niekorzystne skutki
Podczas zmiany metabolizmu glukozy na metabolizm tłuszczów mogą wystąpić działania niepożądane. Mogą to być bóle głowy, zmęczenie, zawroty głowy, bezsenność, trudności z tolerancją wysiłku, zaparcia i nudności, szczególnie w pierwszych dniach i tygodniach po rozpoczęciu diety ketogenicznej. Oddech może nabrać słodkiego, owocowego smaku poprzez produkcję acetonu, który jest wydychany z powodu jego dużej lotności.
Większość zgłaszanych skutków ubocznych długotrwałej ketozy występuje u dzieci ze względu na jej wieloletnią akceptację w leczeniu padaczki dziecięcej. Należą do nich pogorszenie stanu kości, zahamowanie wzrostu, hiperlipidemia i kamienie nerkowe .
Przeciwwskazania
Osoby z zapaleniem trzustki nie powinny dążyć do ketozy wywołanej dietą ketogeniczną ze względu na wysoką zawartość tłuszczu w diecie. Ketoza jest również przeciwwskazana przy niedoborze karboksylazy pirogronianowej , porfirii i innych rzadkich genetycznych zaburzeniach metabolizmu tłuszczów .
Medycyna weterynaryjna
U bydła mlecznego ketoza często występuje w pierwszych tygodniach po urodzeniu cielęcia i jest czasami określana jako acetonemia . Jest to wynikiem deficytu energetycznego, gdy spożycie jest niewystarczające, aby zrekompensować zwiększone zapotrzebowanie metaboliczne w okresie laktacji. Podwyższone stężenie β-hydroksymaślanu może hamować glukoneogenezę, pobieranie paszy i układ odpornościowy, a także mieć wpływ na skład mleka. Testy diagnostyczne w miejscu opieki mogą być przydatne do badań przesiewowych w kierunku ketozy u bydła.
U owiec ketoza, objawiająca się hiperketonemią z beta-hydroksymaślanem we krwi powyżej 0,7 mmol/l, nazywana jest zatruciem ciążowym . Może to rozwinąć się w późnej ciąży u owiec wielopłodowych i wiąże się ze znacznym zapotrzebowaniem metabolicznym ciąży. U przeżuwaczy, ponieważ większość glukozy w przewodzie pokarmowym jest metabolizowana przez żwacza , glukoza musi być dostarczana przez glukoneogenezę . Zatrucie ciążowe najprawdopodobniej wystąpi w późnej ciąży z powodu zapotrzebowania metabolicznego wynikającego z szybkiego wzrostu płodu i może być wywołane przez niewystarczające spożycie energii z paszy z powodu warunków pogodowych, stresu lub innych przyczyn. Szybkie wyzdrowienie może nastąpić w przypadku porodu naturalnego, cięcia cesarskiego lub wywołanej aborcji. Zapobieganie poprzez odpowiednie żywienie i inne postępowanie jest skuteczniejsze niż leczenie zaawansowanych stadiów zatrucia ciążowego.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Lawrie RA, Ledward D (2014). Nauka o mięsie Lawrie'go . Nauka Elseviera. ISBN 978-1-84569-161-5 .
- Volek JS, Phinney SD (2012). Sztuka i nauka o niskiej wydajności węglowodanów . Poza otyłością. P. 91. ISBN 978-0983490715 .
- Lowery R, Wilson J (2017). Biblia ketogeniczna: autorytatywny przewodnik po ketozie . Pas zwycięstwa. ISBN 978-1628601046 .
Linki zewnętrzne
- Cukrzycowa kwasica ketonowa w eMedicine
- NHS Direct: Ketoza
- Podręcznik firmy Merck —