Кетоз, кетогенна дієта та прийом їжі контролюють складні відносини

Антоніо Паолі

1 Лабораторія фізіології харчування та фізичних вправ, Відділ біомедичних наук, Падуський університет, Падуя, Італія

Херардо Боско

Енріко М. Кампорезі

2 Кафедра хірургії, Університет Південної Флориди, Тампа, Флорида, США

3 TEAMHealth, Тампа, Флорида, США

Девананд Мангар

3 TEAMHealth, Тампа, Флорида, США

4 Загальна лікарня Тампа, Тампа, Флорида, США

Анотація

Хоча явище зменшення голоду, про яке повідомляється під час кетогенних дієт, добре відоме, основні молекулярні та клітинні механізми залишаються невизначеними. Було продемонстровано, що кетоз надає анорексигенний ефект за рахунок вивільнення холецистокініну (CCK), одночасно зменшуючи орексигенні сигнали, наприклад, через грелін. Однак, здається, кетонові тіла (КБ) можуть збільшити споживання їжі за допомогою фосфорилювання АМФ-активованої протеїнкінази (АМРК), гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК) та вивільнення та вироблення адипонектину. Метою цього огляду є короткий виклад наших сучасних знань про вплив кетогенної дієти (КД) на контроль за харчовими продуктами, намагаючись об'єднати очевидно суперечливі дані в цілісну картину.

Вступ

Голод і ситість - два важливі механізми регулювання ваги тіла. Хоча люди можуть регулювати споживання їжі за власним бажанням, в центральній нервовій системі (ЦНС) існують системи, які регулюють споживання їжі та витрати енергії. Ця складна мережа, центр управління якої розподілений по різних областях мозку, отримує інформацію з жирової тканини, шлунково-кишкового тракту (ЖКТ), а також з крові та периферичних сенсорних рецепторів. На дії центрів голоду/ситості мозку впливають поживні речовини, гормони та інші сигнальні молекули. Кетонові тіла є основним джерелом енергії в періоди голодування та/або нестачі вуглеводів і можуть відігравати роль у контролі надходження їжі.

Гіпоталамічний контроль годування/апетиту/голоду

Роль поживних речовин у контролі надходження їжі

Гіпоталамус є головним центром мозку, відповідальним за контроль голоду/ситості (H/S). У теорії, яку Майер запропонував більше 60 років тому, він відводив центральну роль рівня глюкози в контролі H/S: так звана "глюкостатична теорія" (Mayer, 1955). Майер припустив, що виснаження рівня вуглеводів призводить до голоду, а гіпоталамічні центри з рецепторами, чутливими до рівня глюкози, можуть брати участь у короткочасному регулюванні споживання енергії (Mayer, 1955). «Центр живлення» у бічній гіпоталамусовій зоні (ЛГК), згідно з глюкостатичною теорією, реагує на падіння глюкози в крові між їжею та стимулює споживання їжі. LHA містить нейрони, інгібовані глюкозою, які стимулюються гіпоглікемією - процесом, що має вирішальне значення для опосередкування гіперфагії, що зазвичай спричиняється гіпоглікемією. Подальша постпрандіальна гіперглікемія активує «центр ситості» у вентромедіальному гіпоталамусі (VMH), який містить збуджені глюкозою нейрони та інгібує як «центр живлення», так і прийом їжі.

У 1953 р. Кеннеді запропонував ліпостатичну гіпотезу, припускаючи, що метаболіти ліпідів також можуть брати участь у регулюванні їжі (Kennedy, 1953), а в 1956 р. Меллінков вивчав ефекти білкового обміну, пропонуючи аміностатичну гіпотезу (Mellinkoff et al., 1956).

Глюкозочутливі нейрони виявлені в ряді областей ЦНС, включаючи центри метаболічного контролю гіпоталамуса. Медейрос та ін. ін. використовували електрофізіологію за допомогою патч-затиску, щоб дослідити, чи є нейрони в певній спеціалізованій області, відомій як субфорнічний орган (SFO), області, де гематоенцефалічний бар’єр відсутній, також чутливими до глюкози чи ні. Ці експерименти продемонстрували, що нейрони SFO реагують на глюкозу і що SFO є важливим датчиком та інтегративним центром циркулюючих сигналів енергетичного стану (Medeiros et al., 2012).

Але комплексне транскрипційне профілювання нейронів, що сприймають глюкозу, є складним завданням, оскільки глюкокіназа (Gck) та інші ключові білки, які трансдурують сигнали глюкози, експресуються на низькому рівні. Глюкоза також надає гормонально-подібну дію на нейрони; електрофізіологічні записи продемонстрували, наприклад, що гіпоглікемія активує нейрони, що вивільняють гормон росту (GHRH), вказуючи на механістичний зв'язок між низьким рівнем глюкози в крові та вивільненням гормону росту (Stanley et al., 2013).

Нейрони, чутливі до поживних речовин, що реагують на концентрацію глюкози, а також на жирні кислоти (ФК), присутні в багатьох ділянках мозку і можуть відігравати ключову роль у нервовому контролі енергії та гомеостазу глюкози. Наприклад, центральне введення олеату перешкоджає надходженню їжі та виробленню глюкози у щурів. Це свідчить про те, що ЦНС може виявляти добові коливання концентрацій FA у плазмі крові як сигнал, що сприяє регуляції енергетичного балансу (Moulle et al., 2014).

Незважаючи на те, що внутрішньоклітинний метаболізм і активація ATP-чутливих K + каналів, як видається, необхідні для деяких сигнальних ефектів FA, велика кількість реакцій FA у вентромедіальних нейронах гіпоталамусу опосередковується взаємодією з транслоказою жирних кислот (FAT)/CD36 . Транслоказа - це транспортер/рецептор FA, який активізує передачу сигналів навіть за відсутності внутрішньоклітинного метаболізму (Moulle et al., 2014).

Класична уніфікована модель базується на ролі трьох метаболічних субстратів: ліпідів, глюкози та білків/амінокислот у підтримці харчового статусу у відповідних локусах ЦНС, однак існує безліч інших сигналів та цілей мозку (Williams et al., 2001).

Роль нейроендокринної системи у контролі надходження їжі

Зовсім недавно були виявлені інші області контролю апетиту гіпоталамуса, включаючи області дугоподібного ядра (ARC), перивентрикулярного ядра (PVN) та дорсомедіального ядра гіпоталамуса (DMH) (Valassi et al., 2008). Це місця зближення та інтеграції багатьох центральних та периферійних сигналів, а не лише макроелементів, які беруть участь у механізмах споживання їжі та витрати енергії, наприклад, група нейронів ARC, що стимулює споживання їжі через нейропептид Y (NPY) та ген агуті -споріднений білок (AGRP). Ці нейрони взаємодіють з тими, що продукують анорексигенний про-опіомеланокортин (POMC) та регульований кокаїном/амфетаміном транскрипт (CART) (Williams et al., 2001). Таким чином, більш вичерпна уніфікована модель повинна включати макроелементи, а також багато одиничних амінокислот та інших сигнальних молекул.

Розрізняють два типи регулювання споживання їжі: а) короткочасні (сигнали ситості, СС), що виникають на початку та в кінці разового прийому їжі; він також включає тривалість між прийомами їжі і b) довгострокову регуляцію (сигнал ожиріння, АС), на яку впливають такі фактори, як відкладення жиру в організмі.

СС, що надають інформацію мозку, головним чином надсилають інформацію до ядра одиночного тракту (НТС). Ці сигнали генеруються в шлунково-кишковому тракті та черевних органах, а також у ротовій порожнині та забезпечують інформацію про механічні та хімічні властивості їжі. Інформація передається через блукаючий та спинномозковий нерв до NTS. АС досягають середньої висоти через ARC або через гематоенцефалічний бар'єр (BBB). Всі ці аферентні об'єднані в складну і не до кінця зрозумілу мережу.