Seriál o ketogénnom stravovaní
Adaptácia

Či už ste vyskúšali ketogenickú diétu alebo ste o nej prinajmenšom čítali, pravdepodobne ste sa stretli s výrazom „keto-adaptácia“. Napriek svojej popularite len málo ľudí vie, čo tento proces adaptácie so sebou prináša. V nasledujúcom článku nám doktorka Maleah Holland priblíži, čo sa deje počas tohto procesu adaptácie na nízkosacharidovú ketogenickú diétu.

Nízky príjem sacharidov  po dlhšiu dobu má za následok fenomén zvaný „keto-adaptácia“. Keto-adaptácia predstavuje zmenený metabolizmus, kde sa tuk stáva hlavným zdrojom energie, v dôsledku čoho sa telo prepne z režimu ukladania tukov do režimu ich spaľovania. Biochemické úpravy potrebné na prechod metabolizmu z „glukocentrického“ (spoliehanie sa na glukózu ako palivo) na „tukocentrický“ (spoliehanie sa na mastné kyseliny a ketolátky ako palivo) vyžadujú obmedzený príjem sacharidov po dobu niekoľkých týždňov až mesiacov. Pri prechode na keto-adaptáciu sa používajú dva bežné postupy a to ketogenická diéta (KD) s nepretržitým príjmom minimálneho množstva sacharidov a s vysokým obsahom tukov, alebo dlhšie obdobie hladovania.
 

Nízky inzulín / Vysoký glukagón

Po konzumácii a strávení potravinových sacharidov sa do krvného obehu dostáva príval glukózy. Aby sa zabránilo dosiahnutiu vysokej/toxickej dávky glukózy, pankreas vylúči inzulín, hormón, ktorý signalizuje tkanivu, aby ukladalo prebytočnú glukózu vo forme glykogénu alebo vedie k ukladaniu tuku v tukovom tkanive (telesný tuk). Na druhej strane, obmedzenie príjmu sacharidov má za následok obmedzenú dostupnosť exogénnej glukózy (t.j. potravinová glukóza), v dôsledku čoho musí byť hladina glukózy v krvi udržiavaná endogénne (vo vnútri vlastného tela). Napríklad, na rozdiel od zmiešanej stravy (stredná až vysoká hodnota sacharidov), štúdie preukázali, že jedincom, ktorí sa prispôsobili KD po dobu 12 týždňov, sa po konzumácii jedla nezvýšila hladina glukózy alebo inzulínu v krvi. Preto konzumácia stravy s nízkym obsahom sacharidov, ako je KD, nevedie k priamemu zvyšovaniu hladiny glukózy v krvi.

Pri obmedzenom príjme sacharidov vylúči pankreas ako reakciu na nízku hladinu glukózy v krvi ďalší hormón známy ako glukagón. Obmedzenie sacharidov teda vedie k pomeru nízkej hladiny inzulínu a vysokej hladiny glukagónu, ktorá reguluje funkciu metabolizmu tým, že podporuje štyri metabolické reakcie.

 

Glykogenolýza:

Rozpad pečeňového glykogénu na glukózu

Glukoneogenéza:

Zlúčenie glukózy v pečeni

Lipolýza:

Odbúravanie tukov z tukového tkaniva

Ketogenéza:

Zlúčenie ketolátok v pečeni

Glykogenolýza a glukoneogenéza udržujú hladinu glukózy v krvi endogénne, zatiaľ čo lipolýza a ketogenéza poskytujú alternatívne zdroje paliva vo forme mastných kyselín a ketolátok (4, 5).

Adaptácia glykogénu a strata vody v počiatočnom štádiu

P očas prvých 1-2 dní obmedzeného príjmu sacharidov sa zásoby glykogénu (uložené sacharidy) v pečeni a svaloch spotrebúvajú a redukujú za účelom dodania telu potrebnej dávky glukózy. Ľudská pečeň obsahuje ~ 70-100 gramov glykogénu a sval obsahuje ~ 400 gramov. Každý gram glykogénu na seba viaže 3g vody, vďaka čomu idú spotreba glykogénu a vody ruka v ruke. V dôsledku spotreby glykogénu a vody nastáva počas prvých dvoch dní obmedzeného príjmu sacharidov prudká strata hmotnosti. Preto, ak sa zásoby glykogénu v pečeni a svaloch spotrebujú (500g) spoločne s naviazanou vodou (500g glykogénu x 3g vody), môžete počas prvých pár dní ľahko stratiť 1-2kg. Po vyčerpaní glykogénu zvyšuje glukoneogenéza produkciu glukózy do červených krviniek a centrálneho nervového systému, zatiaľ čo sa oxidácia mastných kyselín zvýši na zabezpečenie energie pre všetky ostatné tkanivá.

Štúdie ukazujú zmeny v obsahu a využití glykogénu vyplývajúce z keto-adaptácie. Napríklad, u chudých mužov, ktorí sa stravovali podľa KD počas 4 týždňov, sa preukázalo zníženie hladiny svalového glykogénu a využitie glukózy v krvi troj- až štvornásobne počas ustáleného stavu cvičenia (pri cykle ~ 65% VO2max až do vyčerpania). Po 4 týždňoch keto-adaptácie fungovala oxidácia mastných kyselín ako prevažné palivo počas cvičení pri submaximálnej záťaži. Autor tejto štúdie poznamenal, že čím väčšia je rýchlosť uvoľňovania glycerolu zo zvýšeného rozpadu triglyceridov, tím lepšie pomáha poháňať glukoneogenézu v priebehu vyčerpávajúceho cvičenia počas keto-adaptovaného stavu. Dlhšia 20-mesačná štúdia porovnávala maximálnu oxidáciu tukov a obsah svalového glykogénu medzi elitnými vytrvalostnými športovcami stravujúcimi sa buď KD alebo stravou s vysokým obsahom sacharidov. Ketogenickí športovci preukázali 2x vyššiu rýchlosť maximálnej oxidácie tukov a väčšiu schopnosť využitia tukov ako zdroju energie počas intenzívneho cvičenia. Zaujímavosťou je, že „ketogenickí“ a „sacharidoví“ športovci preukázali podobný obsah glykogénu pred cvičením, podobné využitie glykogénu počas cvičenia a podobné nasýtenie glykogénom po cvičení ako reakciu na maximálny záťažový test nasledovaný 180-minútovým behom na bežiacom páse pri submaximálnej záťaži. Na čom sa mnohí ohľadne KD zhodnú z hľadiska svalového glykogénu je, že znižuje obsah svalového glykogénu a preto môže znížiť výkonnosť, čo ale môže byť pravda iba pri krátkodobých štúdiách, pretože táto 20-mesačná štúdia preukazuje, že dlhšie obdobie keto-adaptácie môže byť nevyhnutné pre efektívne zvýšenie energie dodávanej prostredníctvom oxidácie mastných kyselín a teda KD pomáha obnoviť a uskladniť svalový glykogén.

Uvoľnenie a využitie tukov

Vďaka obmedzenej hladine glukózy v strave sa mastné kyseliny stávajú hlavným zdrojom energie počas obmedzenia sacharidov. Uvoľnenie mastných kyselín z tukového tkaniva sa zvyšuje napriek pomeru chronicky nízkej hladiny inzulínu / vysokej hladiny glukagónu za účelom dodania extra energie popri spotrebovaných tukoch zo stravy. Až na niekoľko výnimiek, ako sú erytrocyty a mozgové bunky, môže väčšina buniek použiť mastné kyseliny ako zdroj energie. Mastné kyseliny podliehajú oxidácii v mitochondriách buniek, aby mohli vytvoriť molekulu zvanú acetylkoenzým A (Acetyl-CoA). Acetyl-CoA sa skombinuje so zlúčeninou oxalacetátu pre následný vstup na dráhu aeróbneho metabolizmu zvanú cyklus kyseliny citrónovej, kde sa premenia na energiu (ATP). Oxidácia mastných kyselín (za účelom ich využitia ako energie) sa pri keto-adaptácii zvyšuje a môže byť pozorovaná prostredníctvom dýchacieho koeficientu (DK) počas cvičenia. Pomer DK sa rovná množstvu oxidu uhličitého vylúčeného z tela, vydeleného množstvom telom spotrebovaného kyslíka (DK = vylúčený CO₂ / spotrebovaný O₂). DK = 1.0 by znamenal, že hlavným zdrojom paliva sú sacharidy, zatiaľ čo DK = 0.7 by znamenal, že primárnym zdrojom paliva sú tuky. Štvortýždňová štúdia ketogenickej diéty preukázala významný pokles DK počas cvičenia pri submaximálnej záťaži z 0.83 na 0.72 u mužov s vytrvalostným tréningom, čo ukazuje väčšiu oxidáciu mastných kyselín po adaptácii na ketogenickú diétu.

Štúdie fázy hladovania preukázali, že adaptácia na nízko-sacharidový príjem primárne využíva mastné kyseliny ako zdroj energie. Štúdia 21-dňového hladovania skúmala vzorce využitia paliva u 5 obéznych ľudí. Jedinci stratili tuk a svalovú hmotu; kostrový sval predstavoval 7% straty, zatiaľ čo straty tukových zásob tvorili zvyšných 93%. Mozog získal energiu nepriamo z tukových zásob (priamo z ketolátok zlúčených z čiastočne zoxidovaných mastných kyselín) a z glukózy zlúčenej s glukoneogenézou. Táto štúdia naznačuje, že pri normálnej hmotnosti môže človek čerpať energiu z tukových zásob, aby prežil hladovanie po dobu niekoľkých mesiacov.

Ketolátky a metabolizmus

Ako už bolo spomenuté, glukoneogenické procesy sa pri obmedzení sacharidov zvyšujú na udržanie hladiny glukózy v krvi. Oxalacetát je zlúčenina, ktorá má pri obmedzení sacharidov dve úlohy:

1) pôsobí ako prekurzor glukózy použitej v glukoneogenéze,

2) zlučuje sa s Acetyl-CoA po oxidácii čiastočne mastných kyselín, aby sa stal súčasťou cyklu kyseliny citrónovej na tvorbu energie.

Zvýšená glukoneogenéza pri obmedzení sacharidov znižuje schopnosť oxalacetátu zlúčiť sa s Acetyl-CoA a tým presmeruje prebytočný Acetyl-CoA do mitochondrií pečene pre začatie ketogenézy.

Prekurzory ketolátok obsahujú mastné kyseliny a ketogénne aminokyseliny (leucín, izoleucín, lyzín, fenylalanín, tyrozín a tryptofán). β-hydroxybutyrát (β-HB), acetoacetát (AcAc), a acetón sú ketolátky síce zlúčené, ale nie sú využité pečeňovými bunkami.

Využitie ketolátok mozgovými bunkami značí prispôsobenie sa dlhšiemu hladovaniu alebo ketogenickej diéte. Mozog obvykle čerpá 100% svojej energie z glukózy (140-150 gramov glukózy / deň), avšak, ketolátky poskytnú > 50% energie mozgu počas obmedzenia sacharidov. V dôsledku toho ketolátky pomáhajú pri udržiavaní hladiny glukózy v krvi, čo umožňuje postupom času znížiť rýchlosť glukoneogenézy a šetriť tak svalové bielkoviny.

Po pôste o dĺžke 1 noci, 3 dní a 24 dní bolo u ôsmych obéznych ľudí v kostrovom svale predlaktia preukázané prispôsobenie sa energie. Po 1-nočnom pôste bolo využitie AcAc a β-HB svalom nízke. Po 3-dňovom pôste boli cirkulujúce hladiny a svalové využitie AcAc a β-HB značne zvýšené. Po 24 dňoch pôstu sa hladiny AcAc a β-HB v arteriálnej krvi naďalej zvyšovali, ale využitie u kostrového svalstva sa od 3. dňa nezvýšilo. Namiesto toho sval predlaktia uvoľnil mastné kyseliny pre energiu, s poklesom využitia ako glukózy, tak ketolátok. Keto-adaptácia preto vedie k rozdeleniu využitia palív pre tkanivá a to tak, že kostrový sval spotrebuje mastné kyseliny, zatiaľ čo mozog spotrebuje ketolátky a glukózu. 

Vylepšené ketogenické dráhy

Schopnosť bunky využiť ketolátky ako palivo sa zvyšuje, keďže cirkulujúce koncentrácie ketónu zostávajú trvalo zvýšené. Chronické zvýšenie ketónu reguluje produkciu monokarboxylátového transportéra 1 (MCT-1), proteínu, ktorý prenáša ketolátky z obehu do buniek tkaniva, kde sa premenia na energiu. Všeobecne platí, že na začiatku nízko-sacharidového stravovania sú prítomné ketogenické a ketolytické enzýmy a preto primárna adaptácia, ktorá je potrebná na zvýšenie využitia ketolátok ako paliva, vyžaduje zvýšenú prítomnosť MCT-1.

Predchádzajúce štúdie naznačujú väčšiu dobu prežitia v období hladovania alebo pri patologických podmienkach súvisiacich s palivom (napr. epilepsia) počas keto-adaptácie, a to v dôsledku zvýšenia prepravnej kapacity látok, poháňaného chronicky zvýšenou hladinou ketolátok. Napríklad, v porovnaní so štandardnou diétou, sa pri ketogenickej diéte zvýšil v mozgových bunkách potkanov MCT-1 a transportér glukózy (GLUT). Zvýšená obehová hladina ketolátok dáva mozgu signál zvýšiť jeho kapacitu pre absorpciu všetkých dostupných foriem energie, vrátane ketolátok a glukózy. Optimalizácia prepravného systému prostredníctvom zvýšenej hladiny MCT-1 zvyšuje bunkové využitie β-HB a AcAc a umožňuje tak postupom času vytvoriť účinnú metabolickú dráhu. 

Zmeny elektrolytov

Elektrolyty sú nabité látky potrebné pre normálne telesné funkcie (t.j. riadia nervový systém a svalovú aktivitu) a zahŕňajú sodík, draslík, vápnik, hydrogénuhličitan a horčík. Zdá sa, že zmeny vo vybraných elektrolytoch sa vyskytujú najmä v prvom týždni obmedzenia sacharidov. V 28-dňovej štúdii konzumovali obézni jedinci stravu buď s nízkym, alebo vysokým obsahom sacharidov. V porovnaní s vysoko-sacharidovou skupinou preukázala nízko-sacharidová skupina väčšie množstvo močom vylúčeného sodíka v prvom týždni, avšak celkovo počas 28 dní vylúčila menšie množstvo ako vysoko-sacharidová skupina. Vylúčené množstvo draslíka bolo počas prvých 2 týždňov väčšie v nízko-sacharidovej skupine, ale po prispôsobení sa strave za 28 dní sa množstvo vylúčeného draslíka nijako nelíšilo od vysoko-sacharidovej skupiny. Čo sa týka príjmu a straty tekutín, hladiny tekutín boli medzi oboma skupinami podobné. Táto štúdia ukazuje, že hladiny elektrolytov sa môžu počas prvých 2 týždňov obmedzenia sacharidov znížiť, ale po adaptácii sa po niekoľkých týždňoch hladiny opäť vyrovnajú.

Podobne aj štúdia u obéznych adolescentov preukázala normálne hladiny elektrolytov po 8 týždňoch konzumácie KD. Chudí muži mali taktiež nezmenenú hladinu draslíka počas 4 týždňov KD. Veľká 6-mesačná menej kontrolovaná štúdia u obéznych ľudí preukázala zníženie hladiny sodíka, chloridu a hydrogénuhličitanu a hladinu kyseliny močovej s vyšším obsahom vápnika v moči a taktiež zvýšené vylučovanie kyseliny močovej počas celého priebehu štúdie. 6-týždňová diéta s nízkym obsahom sacharidov a vysokým obsahom bielkovín taktiež preukázala zvýšené vylučovanie vápnika. Z toho dôvodu sa zdá, že môže byť potrebné počas diéty dopĺňať sodík, draslík a vápnik.

Pôst vs. adaptácia na KD

Metabolické podobnosti dlhšieho obdobia pôstu a KD vyplývajú z neprítomnosti exogénnych sacharidov, ktoré presúvajú zdroje paliva z glukózy na mastné kyseliny a ketolátky. Glukoneogenéza (premena bielkovín a glycerolu na glukózu) v pečeni udržuje hladinu glukózy v krvi v oboch prípadoch. Počas dlhšieho pôstu, ešte pred keto-adaptáciou, sa telo fyziologicky prispôsobí na použitie mastných kyselín (čerpaných z tukového tkaniva) a ketolátok ako palivo, ale svalová hmota sa rozkladá za účelom dodania bielkovín (glukoneogénnych aminokyselín) potrebných pre glukoneogenézu. KD však poskytuje exogénne zdroje tukov v potrave ako zdroj energie, bielkoviny na poháňanie glukoneoogenézy a zvýšenú hladinu ketónov na šetrenie svalovej hmoty. Z toho dôvodu sú hlavné rozdiely v adaptácii pri pôste a pri KD nasledovné:

1) zásoby tukového tkaniva môžu byť kvôli nedostatku exogénnych zdrojov tuku vo väčšej miere použité ako zdroje energie pri pôste než pri KD,

2) v dôsledku vyššej hladiny ketónov a možného naplnenia glukoneogénnych potrieb je svalová hmota viac udržiavaná pri KD než pri pôste.