stringtranslate.com

Кетоз

Кетоз — это метаболическое состояние, характеризующееся повышенным уровнем кетоновых тел в крови или моче. Физиологический кетоз — это нормальная реакция на низкую доступность глюкозы . При физиологическом кетозе кетоны в крови повышены выше базового уровня, но кислотно-щелочной гомеостаз организма сохраняется. Это контрастирует с кетоацидозом , неконтролируемым производством кетонов, которое происходит при патологических состояниях и вызывает метаболический ацидоз , который является неотложной медицинской помощью. Кетоацидоз чаще всего является результатом полной недостаточности инсулина при диабете 1 типа или поздней стадии диабета 2 типа . Уровни кетонов можно измерить в крови, моче или дыхании, и они обычно составляют от 0,5 до 3,0 миллимолярных (мМ) при физиологическом кетозе, в то время как кетоацидоз может вызывать концентрацию в крови более 10 мМ. [1]

Следовые уровни кетонов всегда присутствуют в крови и увеличиваются, когда запасы глюкозы в крови низкие, и печень переключается с первичного метаболизма углеводов на метаболизм жирных кислот. [2] Это происходит во время состояний повышенного окисления жирных кислот, таких как голодание, голодание, ограничение углеводов или длительные физические упражнения. Когда печень быстро метаболизирует жирные кислоты в ацетил-КоА , некоторые молекулы ацетил-КоА затем могут быть преобразованы в кетоновые тела: пируват , ацетоацетат , бета-гидроксибутират и ацетон . [1] [2] Эти кетоновые тела могут функционировать как источник энергии, а также как сигнальные молекулы. [3] Сама печень не может использовать эти молекулы для получения энергии, поэтому кетоновые тела высвобождаются в кровь для использования периферическими тканями, включая мозг. [2]

Когда кетоз вызван ограничением углеводов, его иногда называют пищевым кетозом. Низкоуглеводная, умеренно белковая диета, которая может привести к кетозу, называется кетогенной диетой . Кетоз хорошо зарекомендовал себя как метод лечения эпилепсии , а также эффективен при лечении диабета 2 типа. [4]

Определения

Нормальный уровень кетоновых тел в сыворотке составляет менее 0,5 мМ. Гиперкетонемия традиционно определяется как уровень, превышающий 1 мМ. [1]

Физиологический кетоз

Физиологический кетоз — это непатологическое (нормальное функционирование) повышение уровня кетоновых тел, которое может возникнуть в результате любого состояния повышенного окисления жирных кислот, включая голодание, длительные физические упражнения или диеты с очень низким содержанием углеводов, такие как кетогенная диета . [5] При физиологическом кетозе уровень кетонов в сыворотке обычно остается ниже 3 мМ. [1]

Кетоацидоз

Кетоацидоз — это патологическое состояние неконтролируемой продукции кетонов, которое приводит к метаболическому ацидозу , при котором уровень кетонов в сыворотке обычно превышает 3 мМ. Кетоацидоз чаще всего вызывается дефицитом инсулина при диабете 1 типа или поздней стадии диабета 2 типа, но также может быть результатом хронического злоупотребления алкоголем, отравления салицилатами или приема изопропилового спирта. [1] [2] Кетоацидоз вызывает значительные метаболические нарушения и является опасным для жизни состоянием, требующим неотложной медицинской помощи. [2] Кетоацидоз отличается от физиологического кетоза, поскольку требует нарушения нормальной регуляции продукции кетоновых тел. [6] [5]

Причины

Повышенный уровень кетонов в крови чаще всего вызван ускоренным производством кетонов, но также может быть вызван потреблением экзогенных кетонов или их предшественников.

Когда запасы гликогена и глюкозы в крови низкие, происходит метаболический сдвиг, чтобы сохранить глюкозу для мозга, который не может использовать жирные кислоты для получения энергии. Этот сдвиг включает в себя увеличение окисления жирных кислот и выработку кетонов в печени в качестве альтернативного источника энергии для мозга, а также скелетных мышц, сердца и почек. [2] [3] Низкий уровень кетонов всегда присутствует в крови и увеличивается в условиях низкой доступности глюкозы. Например, после ночного голодания 2–6% энергии поступает из кетонов, и это увеличивается до 30–40% после 3-дневного голодания. [1] [2]

Количество ограничения углеводов, необходимое для того, чтобы вызвать состояние кетоза, варьируется и зависит от уровня активности, чувствительности к инсулину , генетики, возраста и других факторов, но кетоз обычно возникает при потреблении менее 50 граммов углеводов в день в течение как минимум трех дней. [7] [8]

Новорожденные, беременные и кормящие женщины — это группы населения, в которых физиологический кетоз развивается особенно быстро в ответ на энергетические проблемы, такие как голодание или болезнь. Это может прогрессировать до кетоацидоза в условиях болезни, хотя это случается редко. Склонность к образованию кетонов у новорожденных вызвана их диетой с высоким содержанием жиров в грудном молоке, непропорционально большой центральной нервной системой и ограниченным гликогеном печени. [1] [9]

Биохимия

Предшественниками кетоновых тел являются жирные кислоты из жировой ткани или рациона питания, а также кетогенные аминокислоты . [10] [11] Образование кетоновых тел происходит посредством кетогенеза в митохондриальном матриксе клеток печени.

Жирные кислоты могут высвобождаться из жировой ткани посредством адипокиновой сигнализации высоких уровней глюкагона и адреналина и низких уровней инсулина. Высокий уровень глюкагона и низкий уровень инсулина соответствуют периодам низкой доступности глюкозы, таким как голодание. [12] Жирные кислоты, связанные с коферментом А, позволяют проникать в митохондрии. Попав внутрь митохондрий, связанные жирные кислоты используются в качестве топлива в клетках преимущественно через бета-окисление , которое отщепляет два углерода от молекулы ацил-КоА в каждом цикле, образуя ацетил-КоА . Ацетил-КоА входит в цикл лимонной кислоты , где он подвергается альдольной конденсации с оксалоацетатом , образуя лимонную кислоту ; затем лимонная кислота входит в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), который собирает очень высокий выход энергии на углерод в исходной жирной кислоте. [13]

Биохимический путь синтеза кетонов в печени и утилизация органами
Биохимический путь синтеза кетонов в печени и утилизация органами

Ацетил-КоА может метаболизироваться через цикл трикарбоновых кислот в любой клетке, но он также может подвергаться кетогенезу в митохондриях клеток печени. [1] Когда доступность глюкозы низкая, оксалоацетат отвлекается от цикла трикарбоновых кислот и вместо этого используется для производства глюкозы через глюконеогенез . Такое использование оксалоацетата в глюконеогенезе может сделать его недоступным для конденсации с ацетил-КоА, предотвращая вход в цикл трикарбоновых кислот. В этом сценарии энергия может быть получена из ацетил-КоА через производство кетонов.

В кетогенезе две молекулы ацетил-КоА конденсируются с образованием ацетоацетил-КоА через тиолазу . Ацетоацетил-КоА на короткое время соединяется с другим ацетил-КоА через HMG-CoA-синтазу с образованием гидрокси-β-метилглутарил-КоА . Гидрокси-β-метилглутарил-КоА образует кетоновое тело ацетоацетат через HMG-CoA-лиазу . Затем ацетоацетат может обратимо преобразовываться в другое кетоновое тело — D-β-гидроксибутират — через D-β-гидроксибутиратдегидрогеназу. В качестве альтернативы ацетоацетат может спонтанно распадаться на третье кетоновое тело (ацетон) и углекислый газ , что генерирует гораздо большие концентрации ацетоацетата и D-β-гидроксибутирата. Образующиеся кетоновые тела не могут быть использованы печенью для получения энергии, поэтому они экспортируются из печени для снабжения энергией мозга и периферических тканей.

Помимо жирных кислот, дезаминированные кетогенные аминокислоты также могут преобразовываться в промежуточные продукты цикла лимонной кислоты и производить кетоновые тела. [11]

Измерение

Уровень кетонов можно измерить, проведя анализ мочи, крови или дыхания. Существуют ограничения в прямом сравнении этих методов, поскольку они измеряют разные кетоновые тела.

Анализ мочи

Тест на кетонурию с использованием полосок-реагентов Bayer Ketostix

Анализ мочи является наиболее распространенным методом тестирования на кетоны. Тест-полоски для мочи используют реакцию нитропруссида с ацетоацетатом, чтобы получить полуколичественную меру, основанную на изменении цвета полоски. Хотя бета-гидроксибутират является преобладающим циркулирующим кетоном, тест-полоски для мочи измеряют только ацетоацетат. Кетоны в моче часто плохо коррелируют с уровнями в сыворотке из-за изменчивости экскреции кетонов почками, влияния статуса гидратации и функции почек. [1] [8]

Тестирование сыворотки

Измерители уровня кетона в пальце позволяют мгновенно определять уровень бета-гидроксибутирата в крови, подобно глюкометрам . Уровень бета-гидроксибутирата в крови также можно измерить в лаборатории. [1]

Медицинское применение

Эпилепсия

Кетоз, вызванный кетогенной диетой, является давно принятым методом лечения рефрактерной эпилепсии . [14]

Ожирение и метаболический синдром

Кетоз может улучшить маркеры метаболического синдрома за счет снижения уровня триглицеридов в сыворотке , повышения уровня липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), а также увеличения размера и объема частиц липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). Эти изменения согласуются с улучшением липидного профиля, несмотря на потенциальное увеличение общего уровня холестерина . [7] [15]

Безопасность

Безопасность кетоза при низкоуглеводных диетах часто ставится под сомнение врачами, исследователями и средствами массовой информации. [16] [17] [18] Распространенная проблема безопасности возникает из-за неправильного понимания разницы между физиологическим кетозом и патологическим кетоацидозом. [6] [7] Также продолжаются дебаты о том, является ли хронический кетоз здоровым состоянием или стрессором, которого следует избегать. Некоторые утверждают, что люди эволюционировали, чтобы избегать кетоза, и не должны находиться в кетозе долгое время. [18] Контраргумент заключается в том, что нет физиологической потребности в пищевых углеводах, поскольку адекватное количество энергии может быть получено посредством глюконеогенеза и кетогенеза неограниченно долго. [19] В качестве альтернативы, переключение между кетотическим и сытым состоянием, как было предложено, оказывает благотворное влияние на метаболическое и неврологическое здоровье. [3] Эффект поддержания кетоза в течение двух лет известен из исследований людей, соблюдающих строгую кетогенную диету при эпилепсии или диабете 2 типа; К ним относятся краткосрочные побочные эффекты, которые могут привести к долгосрочным. [20] Однако литература о долгосрочных эффектах прерывистого кетоза отсутствует. [20]

Рекомендации по приему лекарств

Некоторые лекарства требуют внимания, когда находятся в состоянии кетоза, особенно несколько классов лекарств от диабета. Лекарства- ингибиторы SGLT2 были связаны со случаями эугликемического кетоацидоза — редкого состояния высоких кетонов, вызывающего метаболический ацидоз при нормальном уровне глюкозы в крови. Это обычно происходит при пропуске доз инсулина, болезни, обезвоживании или соблюдении низкоуглеводной диеты во время приема лекарств. [21] Кроме того, лекарства, используемые для прямого снижения уровня глюкозы в крови, включая инсулин и сульфонилмочевины, могут вызывать гипогликемию, если их не титровать до начала диеты, которая приводит к кетозу. [20]

Побочные эффекты

При переходе с метаболизма глюкозы на метаболизм жиров могут возникнуть побочные эффекты. [22] К ним относятся головная боль, усталость, головокружение, бессонница, трудности с переносимостью физических упражнений, запоры и тошнота, особенно в первые дни и недели после начала кетогенной диеты. [20] Дыхание может приобретать сладкий, фруктовый привкус из-за выработки ацетона, который выдыхается из-за его высокой летучести. [7]

Большинство побочных эффектов длительного кетоза наблюдаются у детей из-за его давнего признания в качестве лечения детской эпилепсии. К ним относятся ухудшение здоровья костей, задержка роста, гиперлипидемия и камни в почках . [23]

Противопоказания

Кетоз, вызванный кетогенной диетой, не должен преследоваться людьми с панкреатитом из-за высокого содержания жира в рационе. Кетоз также противопоказан при дефиците пируваткарбоксилазы , порфирии и других редких генетических нарушениях жирового обмена . [24]

Ветеринарная медицина

У молочного скота кетоз обычно возникает в течение первых недель после рождения теленка и иногда называется ацетонемией . Это является результатом дефицита энергии, когда потребление недостаточно для компенсации возросшей метаболической потребности в лактации. Повышенные концентрации β-гидроксибутирата могут подавлять глюконеогенез, потребление корма и иммунную систему, а также влиять на состав молока. [25] Диагностические тесты по месту оказания помощи могут быть полезны для скрининга кетоза у крупного рогатого скота. [26]

У овец кетоз, проявляющийся гиперкетонемией с бета-гидроксибутиратом в крови более 0,7 ммоль/л, называется токсикозом беременности . [27] [28] Это может развиться на поздних сроках беременности у овец, вынашивающих много плодов, и связано со значительными метаболическими потребностями беременности. [29] [30] У жвачных животных, поскольку большая часть глюкозы в пищеварительном тракте метаболизируется организмами рубца , глюкоза должна поставляться путем глюконеогенеза . [31] Токсикоз беременности чаще всего возникает на поздних сроках беременности из-за метаболических потребностей, связанных с быстрым ростом плода, и может быть вызван недостаточным потреблением энергии корма из-за погодных условий, стресса или других причин. [28] Быстрое выздоровление может произойти при естественных родах, кесаревом сечении или искусственном аборте. Профилактика посредством надлежащего кормления и другого ухода более эффективна, чем лечение поздних стадий токсикоза беременности. [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Laffel L (ноябрь 1999). «Кетоновые тела: обзор физиологии, патофизиологии и применение мониторинга при диабете». Diabetes/Metabolism Research and Reviews . 15 (6): 412–426. doi : 10.1002/(SICI)1520-7560(199911/12)15:6<412::AID-DMRR72>3.0.CO;2-8 . PMID  10634967.
  2. ^ abcdefg Ward C (2015). "Кетонный метаболизм". Diapedia . doi :10.14496/dia.51040851169.29 (неактивен 1 ноября 2024 г.). Архивировано из оригинала 2018-11-11 . Получено 30 сентября 2019 г. .{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )[ самостоятельно опубликованный источник? ]
  3. ^ abc Mattson MP, Moehl K, Ghena N, Schmaedick M, Cheng A (2018). «Прерывистое переключение метаболизма, нейропластичность и здоровье мозга». Nature Reviews. Neuroscience . 19 (2): 63–80. doi :10.1038/nrn.2017.156. PMC 5913738. PMID 29321682  . 
  4. ^ Westman EC, Tondt J, Maguire E, Yancy WS (15 сентября 2018 г.). «Внедрение низкоуглеводной кетогенной диеты для лечения сахарного диабета 2 типа». Expert Review of Endocrinology & Metabolism . 13 (5): 263–272. doi :10.1080/17446651.2018.1523713. PMID  30289048. S2CID  52920398.
  5. ^ ab Cahill GF (2006). «Топливный метаболизм при голодании». Annual Review of Nutrition . 26 : 1–22. doi : 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258. PMID  16848698.
  6. ^ ab Krebs H (январь 1966). «Регулирование высвобождения кетоновых тел печенью». Advances in Enzyme Regulation . 4 : 339–353. doi :10.1016/0065-2571(66)90027-6. PMID  4865971.
  7. ^ abcd Paoli A, Rubini A, Volek JS, Grimaldi KA (2013). «За пределами потери веса: обзор терапевтического использования диет с очень низким содержанием углеводов (кетогенных)». European Journal of Clinical Nutrition . 67 (8): 789–96. doi :10.1038/ejcn.2013.116. PMC 3826507. PMID  23801097 . 
  8. ^ ab Veech RL (2004). «Терапевтическое значение кетоновых тел: эффекты кетоновых тел при патологических состояниях: кетоз, кетогенная диета, окислительно-восстановительные состояния, резистентность к инсулину и митохондриальный метаболизм». Простагландины, лейкотриены и незаменимые жирные кислоты . 70 (3): 309–19. doi :10.1016/j.plefa.2003.09.007. PMID  14769489.
  9. ^ Fukao T, Mitchell G, Sass JO, Hori T, Orii K, Aoyama Y (2014). «Метаболизм кетоновых тел и его дефекты». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 37 (4): 541–51. doi :10.1007/s10545-014-9704-9. PMID  24706027. S2CID  21840932.
  10. ^ Coelho M, Oliveira T, Fernandes R (2013). «Биохимия жировой ткани: эндокринный орган». Архивы медицинской науки . 9 (2): 191–200. doi :10.5114/aoms.2013.33181. PMC 3648822. PMID  23671428 . 
  11. ^ ab Kohlmeier M (2015-05-22). Метаболизм питательных веществ: структуры, функции и гены . Elsevier Science. ISBN 978-0-12-387784-0. OCLC  913852019.
  12. ^ Owen OE (июль 2005 г.). «Кетонные тела как топливо для мозга во время голодания». Биохимия и молекулярная биология. Образование . 33 (4): 246–251. doi : 10.1002/bmb.2005.49403304246 . S2CID  11278861.
  13. ^ Страйер Л. (1995). Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 510–515, 581–613, 775–778. ISBN 0-7167-2009-4.
  14. ^ Hartman AL, Vining EP (2007). «Клинические аспекты кетогенной диеты». Эпилепсия . 48 (1): 31–42. doi :10.1111/j.1528-1167.2007.00914.x. PMID  17241206.
  15. ^ Gershuni VM, Yan SL, Medici V (2018). «Пищевой кетоз для управления весом и устранения метаболического синдрома». Current Nutrition Reports . 7 (3): 97–106. doi :10.1007/s13668-018-0235-0. PMC 6472268. PMID  30128963 . 
  16. ^ «Безопасна ли кето-диета? У экспертов USC есть серьезные опасения». USC News . 2019-02-19 . Получено 2019-10-03 .
  17. ^ "7 опасностей перехода на кето". Health.com . Получено 2019-10-03 .
  18. ^ ab Plaskett LG (сентябрь 2003 г.). «О важности диетических углеводов». Журнал диетологической и экологической медицины . 13 (3): 161–168. doi :10.1080/13590840310001619405.
  19. ^ Manninen AH (2004). «Метаболические эффекты диет с очень низким содержанием углеводов: непонятые «злодеи» человеческого метаболизма». Журнал Международного общества спортивного питания . 1 (2): 7–11. doi : 10.1186/1550-2783-1-2-7 . PMC 2129159. PMID  18500949 . 
  20. ^ abcd Masood W, Uppaluri KR (2019). "Кетогенная диета". StatPearls . StatPearls Publishing. PMID  29763005 . Получено 03.10.2019 .
  21. ^ Goldenberg RM, Berard LD, Cheng AY, Gilbert JD, Verma S, Woo VC и др. (2016). «Диабетический кетоацидоз, связанный с ингибитором SGLT2: клинический обзор и рекомендации по профилактике и диагностике». Clinical Therapeutics . 38 (12): 2654–2664.e1. doi :10.1016/j.clinthera.2016.11.002. PMID  28003053.
  22. ^ Робертс В. (6 марта 2017 г.). «Побочные эффекты кетогенной диеты». PlanKetogenic.pro .
  23. ^ Kossoff EH, Zupec-Kania BA, Rho JM (2009). «Кетогенные диеты: обновление для детских неврологов». Журнал детской неврологии . 24 (8): 979–88. doi :10.1177/0883073809337162. PMID  19535814. S2CID  11618891.
  24. ^ Kossoff EH, Zupec-Kania BA, Amark PE, Ballaban-Gil KR, Christina Bergqvist AG, Blackford R и др. (2009). «Оптимальное клиническое ведение детей, получающих кетогенную диету: рекомендации Международной группы по изучению кетогенной диеты». Эпилепсия . 50 (2): 304–317. doi : 10.1111/j.1528-1167.2008.01765.x . PMID  18823325.
  25. ^ Gross JJ, Bruckmaier RM (2019). «Обзор: Метаболические проблемы у дойных коров и их оценка с помощью установленных и новых показателей в молоке». Animal . 13 (S1): s75–s81. Bibcode :2019Anim...13..s75G. doi : 10.1017/S175173111800349X . PMID  31280745.
  26. ^ Tatone EH, Gordon JL, Hubbs J, LeBlanc SJ, DeVries TJ, Duffield TF (2016). «Систематический обзор и метаанализ диагностической точности тестов по месту оказания помощи для выявления гиперкетонемии у молочных коров». Профилактическая ветеринарная медицина . 130 : 18–32. doi :10.1016/j.prevetmed.2016.06.002. PMID  27435643.
  27. ^ Pugh, DG 2002. Медицина овец и коз. Saunders, Филадельфия. 468 стр.
  28. ^ ab Kimberling, CV 1988. Болезни Дженсена и Свифта у овец. 3-е изд. Lea & Febiger, Филадельфия. 394 стр.
  29. ^ Marteniuk JV, Herdt TH (1988). "Токсикоз беременности и кетоз овец и самок". Ветеринарные клиники Северной Америки. Food Animal Practice . 4 (2): 307–15. doi :10.1016/s0749-0720(15)31050-1. PMID  3264753.
  30. ^ Рейд Р. Л. (1960). «Исследования углеводного обмена овец. IX. Метаболические эффекты глюкозы и глицерина у недоедающих беременных овец и у овец с токсикозом беременности». Австралийский журнал сельскохозяйственных исследований . 11 : 42–47. doi :10.1071/ar9600042.
  31. ^ Ван Соест, П.Дж. 1994. Пищевая экология жвачных животных. 2-е изд. Cornell Univ. Press. 476 стр.
  32. ^ Kahn CM, ред. (2005). Merck Veterinary Manual (9-е изд.). Whitehouse Station: Merck & Co.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите информацию о кетозе в Викисловаре, бесплатном словаре.