Кетоз є природним фізіологічним станом метаболізму організму. Індукований дієтою кетоз - це стан організму, в якому наші древні предки прожили частину свого життя. Отже, це не є нічим новим для нашого організму, який має механізми переживання дефіциту, але не здатний справлятися з надлишком. Сьогодні ефект кетозу використовують кілька дієтичних програм (білкові кетогенні дієти, палео дієта та ін.). Але що таке кетоз і що відбувається в організмі?
Кетоз це природний фізіологічний стан метаболізму організму, що дозволяє вижити в періоди дефіциту. Тільки при кетозі рівень кетонових тіл у крові підвищується. Кетони вони включають три речовини: ацетооцтову кислоту, ацетон та бета-гідроксимасляну кислоту, хоча останні хімічно не специфічні. У фізіологічних умовах значення кетонових тіл низьке, близько 0,25 ммоль/л, з яких утворюється бета-гідроксимасляна кислота. Кетоз супроводжує зміни в енергетичному обміні під час голодування, підвищене споживання жиру, після фізичної роботи, у поглинаючому стані, тобто у фізіологічних умовах. Рівень кетонових тіл може також зростати при патологічних станах, таких як цукровий діабет 1 типу, коли абсолютна нестача інсуліну не дозволяє задіяти механізми протирегуляції та загрожує розвитком кетоацидозу, який, отже, слід суворо відрізняти від простого кетоз..
Кетони утворюються в печінці. Утворення кетонових тіл - відносно складний процес, який активно контролюється і регулюється швидкістю бета-окислення жирних кислот. При бета-окисленні вільні жирні кислоти, активовані зв'язуванням з CoA, розщеплюються до залишку дикарбону ацетил CoA, який конденсується з іншою молекулою ацетил CoA. Це дає ацетоацетил CoA. Це з іншою молекулою ацетил-КоА після розщеплення однієї молекули КоА дає бета-гідрокси-бета-метилглутарил КоА, який розщеплюється до ацетил-КоА та вільної ацетооцтової кислоти (рис. 1). Потім це може бути хімічно перетворено в ацетон або бета-гідроксимасляну кислоту. Вони потрапляють в цикл Кребса через ацетил КоА. У циклі Кребса та наступному каскаді окисно-відновних реакцій дихального ланцюга енергетичний субстрат окислюється до СО2 та Н2О, виробляючи енергію, корисну для організму. Надмірне вироблення ацетил-КоА через збільшення поглинання жирних кислот у печінці є однією з умов збільшення виробництва кетонових тіл.
Гіпоглікемія є вирішальним сигналом для утворення кетонових тіл, що, якщо воно триває кілька годин, призводить до зменшення концентрації інсуліну в плазмі, що спричинює збільшення розщеплення жирів (ліполіз) у жировій тканині. Жирові кислоти виділяються в кровообіг і їх концентрація в плазмі збільшується. Разом з кетоновими тілами вони потрапляють у периферичні тканини, особливо в м’язи, міокард та нирки, де служать джерелами енергії. За відсутності глюкози кетонові тіла також є важливим джерелом енергії для тканин центральної нервової системи. Вони являють собою водорозчинні еквіваленти жирних кислот Тканина центральної нервової системи (ЦНС) у фізіологічному стані використовує майже виключно глюкозу (добове споживання становить близько 100 г). При тривалому дефіциті глюкози мозок також починає окислювати кетонові тіла. Потім вони покривають більше половини споживання енергії в тканинах ЦНС. Кетонові тіла розчиняються у воді, тому вони вільно перетинають гематоенцефалічний бар’єр, а тому також виводяться нирками. Ацетон також видихається.
Вкладка. No.1 Рівні метаболітів та інсуліну в плазмі голодуючої людини
| Одиниця | Фізіологічний стан | Голод | |
| Глюкоза | ммоль/л | 5.5 | 3.5 |
| Вільні жирні кислоти | ммоль/л | 0,4 | 1.9 |
| Кетони | ммоль/л | 0,1 | 5.3 |
| Інсулін | од/л | 100 | 8.7 |
Подальше збереження глюкози клітинами збільшує її концентрацію в плазмі. За відсутності глюкози встановлюється новий баланс в управлінні енергетичними субстратами на рівні всього організму. За цих умов спочатку окислюються кетони і нижчі карбонові кислоти, потім вищі карбонові кислоти і, нарешті, глюкоза, яка є важливою для забезпечення функцій ЦНС і еритроцитів зокрема. Метаболізм жирової тканини таким чином, це регулюється наявністю енергетичних ресурсів для всього організму, тоді як головним механізмом регулювання є наявність глюкози для тканин. Гіпоглікемія пов’язана із зменшенням витрат інсуліну та збільшенням витрат глюкакону, адреналіну, норадреналіну та соматотропіну. В результаті інгібуюча дія інсуліну на ліполіз знижується. Посилене розщеплення триацилгліцеринів і виділених карбонових кислот стають джерелом енергії, що економить глюкозу. Для збільшення його кількості також використовується глюконеогенез у печінці та нирках, при якому гліцерин, що виділяється з жирової тканини, також використовується в глюконеогенезі. (2)
Це протирегулюється тим фактом, що збільшена кількість кетонових тіл та жирних кислот збільшує доставку інсуліну, що стримує ліполіз у жировій тканині та утворення кетонових тіл у печінці. Це встановлює нову динамічну рівновагу зі зниженим надходженням глюкози з концентрацією карбонової кислоти в плазмі крові близько 0,7 ммоль/л та кетоновим тілом 4 ммоль/л, що є достатнім для покриття енергетичних потреб організму і не викликає ще більш значного метаболічного ацидозу . (На рис. 2а показані зміни рівня глюкози, а на рис. 2b - рівень кетонових тіл у плазмі крові протягом п’ятиденного голодування та їх різний перебіг у пацієнтів із ожирінням та контролем). (1)
Фіг. ні. 2 a-b: Глікемія та кетонемія через 5 днів голодування у людей із ожирінням та контролем
Це запобігає більш значному кетогенезу щонайменше 5 г цукру на 430 кДж енергії, що надходить з їжею, споживання від 50 до 100 г цукру на добу вже має захисний ефект на загальну добову норму споживання енергії від 8000 до 10 000 кДж. Також варто згадати про побічний ефект кетозу, коли кетонові тіла пригнічують почуття голоду, впливаючи на ЦНС, і мають більшу частину ейфоричного ефекту у більшості людей.
Звідси випливає, що кетоз - це природний фізіологічний стан метаболізму організму, що дозволяє вижити в періоди дефіциту. Цей стан кетозу використовували наші древні предки, які живили полювання та збирання, коли основними компонентами їх нерегулярного споживання енергії були тваринні білки та жири, так само ескімоси прожили все своє життя. Вони також використовували цю ситуацію в пізніші періоди розвитку сільського господарства та переважно вуглеводних дієт, коли були періоди нестачі їжі. І саме принципи практичного застосування кетогенної білкової дієти зумовили роботу проф. 1973 Блекберн, навіть сьогодні люди, які перебувають у групі ризику, зазнають небажаних наслідків надмірного споживання їжі.