Arkiv för kategori ‘beta-hydroxybutyrat’

Researchers at Yale School of Medicine have found that a compound produced by the body when dieting or fasting can block a part of the immune system involved in several inflammatory disorders such as type 2 diabetes, atherosclerosis, and Alzheimer’s disease.

Min tolkning: Forskare vid Yale School of Medicine har funnit att ett ämne som bildas vid fasta kan blockera en del av immunförsvaret som är involverat i inflammatoriska sjukdomar som diabetes typ 2, ateroskleros (”åderförkalkning”) och Alzheimer’s sjukdom.

Källa: EurekAlert! 16 februari 2015

Det är ingen nyhet men intressant och definitivt inget man behöver vänta i åratal på för att ett ”piller” eventuellt ska lanseras. Vill du själv prova så tar det bara några dagar innan du är i full gång.

”These findings are important because endogenous metabolites like BHB that block the NLRP3 inflammasome could be relevant against many inflammatory diseases, including those where there are mutations in the NLRP3 genes,” said Vishwa Deep Dixit, professor in the Section of Comparative Medicine at Yale School of Medicine.

Min tolkning: ”Dessa upptäckter är viktiga då nedbrytningsprodukter, i detta fall BHB, som vi själva producerar blockerar NLRP3-gener som gynnar inflammationer, även de som kommer ur muterade gener.”

BHB är en förkortning av β-hydroxybutyrat*, ett ämne jag skrivit om flera gånger tidigare.

BHB is a metabolite produced by the body in response to fasting, high-intensity exercise, caloric restriction, or consumption of the low-carbohydrate ketogenic diet.

Min tolkning: BHB produceras vid fasta, intensiv fysisk träning, kalorireduktion eller ketogen LC-kost.

Men, det där låter jobbigt och trist, dessutom lär ju LCHF, som i uttalad form är ketogen, vara livsfarligt. När gör dom piller av det istället?

Dixit said it is well known that fasting and calorie restriction reduces inflammation in the body, but it was unclear how immune cells adapt to reduced availability of glucose and if they can respond to metabolites produced from fat oxidation.

Min tolkning: Det är välkänt att fasta och kalorireduktion minskar inflammationer men att det var oklart hur immunceller anpassar sig till minskad tillgång av glukos (blodsocker) och om de kan svara på metaboliter från fettmetabolism.

Så snart glukos (blodsocker) inte utgör huvudsaklig energikälla ökar energitillskott från fett i mat, ju längre tiden går även ur den egna fettväven. När fettmetabolismen (”fettförbränning”) tar ordentlig fyr bildas acetoacetat (AcAc) vilken bryts ner till aceton och BHB. Då de lätt transporteras i blodet kan de ersätta glukos i närapå alla celler med större energiförbrukning. Dessa tre kallas ketoner och är en mycket ”ren” energi i motsats till glukos som redan i utgångsläget innehåller många syreatomer per energienhet och därför är mer oxiderat.

Ju mer ketonanpassad man blir desto större andel energi använder man via BHB vilket minskar det spontana sönderfallet av AcAc till aceton. Den inte så behagliga lukten av nagellack i andedräkten försvinner efter några dagar. Ett tips för att motverka lukten är att tugga på en skiva färsk ingefära, hur pass bra det fungerar kan jag inte själv bedöma.

Forskningen gjordes på såväl mus- som mänskliga celler.


*) β-hydroxybutyrat låter obehagligt ”kemiskt” men är inte så svårt att bena upp, namnet innehåller all information. Butyrat är en mättad fettsyra med 4 kolatomer. Hydroxy– syftar på att en OH-grupp är tillagd och β (beta =2) säger att det sker vid andra kolatomen. Klicka här om du vill se en bild.

Other authors on the study include Yun-Hee Youm, Kim Y. Nguyen, Ryan W Grant, Emily L. Goldberg, Monica  Bodogai, Dongin Kim, Dominic D’Agostino, Noah Planavsky, Christopher Lupfer, Thirumala D Kanneganti, Seokwon Kang, Tamas L. Horvath, Tarek M. Fahmy, Peter A. Crawford, Arya Biragyn, and Emad Alnemri.

The research was funded in part by National Institutes of Health grants AI105097, AGO43608, AG031797, and DK090556. Citation: Nature Medicine DOI: 10.1038/nm.3804?

Kanske av intresseDominic D’Agostino bland forskarna här ovan samarbetar med Thomas Seyfried om att utforska ketogen kost vid behandling av cancer. Man utforskar de flesta cancercellers oförmåga att använda ketoner som bränsle.

Annonser

HbA1c är ett labbvärde som visar hur mycket proteinet A1c i blodet blivit glykerat, ”nedkletat” med en monosackarid*. Ungefär som när man blir klistrig om fingrarna av att doppa dem i en sockerlösning eller äter ett Wienerbröd.

  • I kemins underbara värld finns flera sätt för atomer och molekyler att ”umgås” på. Ett av de allra vanligaste i vår metabolism finns i R-OH-grupper. Låter lite knepigt men är ganska lätt att förstå med lite hjälp.
  • R i dessa sammanhang kan tolkas som ”Resten av molekylen”, bindestrecket symboliserar en bindning medan O och H har sin vanliga betydelse, en syre– och en vätemolekyl.
  • En helt vanlig vattenmolekyl är exempel på detta, H-OH eller H2O som vi vanligen skriver. OH-grupper i molekyler gör att de gärna ”umgås” med vatten och ju fler de är desto lättare. Det låter ju smidigt, men har en avsevärd nackdel när man ser närsynt på det.
  • En molekyl som helhet är elektriskt neutral, men inte dess beståndsdelar. Slutresultatet blir att den osymmetriska laddningsfördelningen i en OH-grupp attraheras till motsatta osymmetrier i andra molekyler. Ju fler OH-grupper ett ämne har desto större chans  att de hakar fast vid proteiner som är mycket välförsedda med lokala osymmetrier i laddningarna.
  • Exempel på vanliga ämnen i blodet som har en osedvanligt stor andel OH-grupper är monosackariderna glukos, fruktos och galaktos. I dessa molekyler med 6 kol finns hela 5 OH-grupper, hela tiden kapabla att haka fast vid proteiner.
  • Av någon anledning jag inte känner är fruktos flera gånger mer benägen att glykera blodproteinet A1c än glukos.

Följden blir att proteiner med dessa påhäng inte fungerar som de ska och i sin tur kan fastna vid andra. Indirekt kan HbA1c uppfattas som ett väldigt ungefärligt mått på medelblodsockret under några veckor, men det säger inte hur svajigt det varit. Om blodsockret varit en blandning mellan många riktigt låga och några få höga så kan HbA1c vara ”falskt bra” trots att ytterligheterna skapat problem.

  • Glykering, oavsiktlig och slumpmässig försockring, drabbar i princip alla vävnader i kroppen, inte bara blodet.
  • Glykosylering är en noga reglerad process där enzymer gör jobbet och sätter monosackariden där den hör hemma.

Det finns några strategier att förbättra HbA1c, via motion/kostbehandling och insulindosering.

    1. Större insulindoser ger lägre blodsocker och HbA1c men hämmar även kroppens normala mekanismer att förse blodet med energibärare som fettsyror/ketoner samt glukos från egna lager som fettväv och leverglykogen. Märk väl att fettsyror, hur långa de än är, bara har en OH-grupp. Två av ketonerna, acetoacetat och beta-hydroxybutyrat, har en vardera medan aceton har ingen.
    2. Fysisk aktivitet sänker på sikt mängden cirkulerande blodsocker och tär även på befintligt muskel- och leverglykogen så där finns plats att ta upp glukos även efter att den fysiska aktiviteten (arbete/motion) upphör. Detta resulterar i lägre HbA1c. Något många förvånas över, även bland diabetesvårdens personal, är att fysisk aktivitet momentant ökar blodsockernivån.
    3. Kostbehandling med reducerad mängd kolhydrater som vid LCHF, gärna kombinerat med fasta, minskar mängden tillfört och därmed även cirkulerande blodsocker och ger lägre HbA1c.

Under senare tid har Diabetisk Ketoacidos, DKA, hamnat i fokus. Det är en följd av insulinbrist hos diabetiker typ 1** och yttrar sig i att blodets pH-buffrande förmåga uttöms och dess pH sjunker under den normala nivån. Om detta inte behandlas kan tillståndet snabbt bli allvarligt, till och med dödligt.

De som kritiserar användning av LCHF för insulinbehandlade diabetiker, främst då typ 1, menar att den låga mängden kolhydrater i kosten kräver så små mängder insulin att det kan leda till insulinbrist och DKA. Insulinets akut viktigaste uppgift är att styra sin ”hormonella motsats”, glukagon. När man äter kolhydrater förbrukas en motsvarande mängd insulin och ”nettomängden” som blir kvar för att styra glukagonet blir långt mindre än doseringen antyder. Å andra sidan, äter man lågkolhydratkost kommer en större andel av insulinet att användas för regleringen av glukagonet.

Även protein kräver insulin och den som till äventyrs är rädd för att insulinmängden blir alltförför låg kan lägga till extra protein. De kan på sätt och vis liknas vid ”långsamma kolhydrater” då det tar rejält med tid från passagen in via munnen till dess de spjälkats färdigt. De aminosyror, proteiners byggstenar, som blir energi strippas på sitt kvävehaltiga innehåll och ger till mer än 3/4 glukos.

Lägg märke till den gråa ytan som omger medelvärdet. Runt 4.5 % finns en rejäl riskminskning, så stor att den sjunker under det grafen kan visa. Samtidigt finns de vars risk är nästan fördubblad vid samma HbA1c.

Min hypotes är att de som når ”bra” HbA1c med intensiv medicinbehandling och åtföljande blodsockersvängningar löper större risker än de med en ”mjuk blodsockerkontroll” med LCHF.

Om du finner felaktigheter eller oklarheter i det jag skriver så är jag tacksam om du meddelar mig i kommentar eller via mail till erik.matfrisk (at) gmail (dot) com


Fördjupad läsning för den vetgirige: Högt blodsocker skadar proteiner Lägg särskilt märke till att glykering drabbar mycket långsamomsatt kollagen, en viktig komponent i stödjevävnad som ben, hud, senor och blodkärlsväggar.

Metabol flexibilitet  Hur kroppen utnyttjar mer energi än blodsocker, t.ex. det fett du gärna vill bli kvitt.

*) Den monosackarid man mäter i blodet är glukos, men den överlägset mest glykeringsbenägna är fruktos, ena halvan av vanligt vitt socker samt den som ger frukter deras sötma.

**) Liknande situationer kan uppkomma vid allvarlig alkoholförgiftning, ketoacidos, och vid allvarlig störning i njurfunktionen, laktacidos. Den senare kan uppkomma i samband med behandling av diabetes typ 2 med Metformin. Se 4 fallrapporter i Läkartidningen.

I Västerbottens-Kuriren och Dagens Nyheter från 2013 fanns rubriker på temat att alkohol är rena bränslet för stordrickares hjärnor (DN). Följer man spåren bakåt mot källorna dyker en artikel i ScienceNews upp. Den är något mer utförlig, citaten nedan kommer därifrån.

Alcohol may give heavy drinkers more than just a buzz. It can also fuel their brains, a new study suggests.

Min tolkning: Alkohol kan försörja hjärnan med bränsle.

Long-term booze use boosts brain levels of acetate, an energy-rich by-product of alcohol metabolism… In the study, people who downed at least eight drinks per week also sucked more energy from acetate than their light-drinking counterparts.

Min tolkning: Lång tids användning av alkohol ökar hjärnans innehåll av acetat, en energirik molekyl från alkoholmetabolismen. I studien fann man att de som drack minst 8 drinkar per vecka fick mer energi från acetat än de som drack mindre

Både här, delvis även i studien, får man intrycket att alkohol/etanol är en unik källa till det acetat* man studerar. Dessutom underhåller man noggrannt den sedan länge (i fysiologi- och biokemikretsar) passerade åsikten att hjärnan uteslutande kräver glukos för att fungera.

Syntolkning av bild: En negativt laddad acetatjon. Med ytterligare en väteatom på rätt ställe vore det en ättiksmolekyl.

The extra energy may give heavy drinkers more incentive to imbibe, says study coauthor Graeme Mason of Yale University. And the caloric perk might help explain why alcohol withdrawal is so hard.

Min tolkning:  Graeme Mason vid Yale menar att den extra energin från alkohol kan ge stordrickare skäl att fortsätta och energitillskottet gör det svårt att sluta

Ska vi tro på det, att den extra energin från alkohol gör det svårt att avstå? Ibland är “forskare” så förundransvärt …, tja, vadå?

Acetate is best known as a chemical in vinegar. But when people drink a glass of wine or drain a can of beer, their liver breaks down the alcohol and pumps out acetate as leftovers. The bloodstream then delivers acetate throughout the body, including to the brain.

Min tolkning: Acetat är bättre känt som en del av vinäger. När man dricker alkohol metaboliseras den av levern som avger acetat till blodet som en restprodukt. Blodet levererar acetatet i hela kroppen, inklusive hjärnan.

Såhär fortsätter det artikeln ut, som att acetat har unika egenskaper och uteslutande beror av alkoholkonsumtion. Men låt oss ta en närsyntare titt in i kroppens metabolism.

Acetat i biokemiska sammanhang kopplas gärna till den jättestora bärarmolekylen** CoA (coenzym A), en central molekyl i ämnesomsättningen. Dess huvudsakliga uppgift är att överföra kolatomer till citronsyracykeln (Krebs cykel) inne i mitokondrierna (cellens “kraftverk”). Detta sker oavsett om energiråvaran är glukos, fettsyror*** eller ketoner. Acetat är alltså ingen unik kemikalie i kroppen.

Men varför blir den betydelsefull för alkoholkonsumenters hjärnor, mer för den som dricker mycket? För det är sant.

Alkohol har visserligen en del positiva effekter på kropp och psyke, men man når snabbt den gräns där den får påtaglig giftverkan och levern sätter därför in alla resurser på att metabolisera alkoholen så snart den dyker upp. Eftersom levern annars är en betydande leverantör av glukos från leverglykogenet så kan blodsockerhalten sjunka såpass att hjärnan får för lite. Hjärnans upptag av glukos ur blodet sker via passiva glukostransportörer vars sammanlagda kapacitet är beroende av hur många som finns på cellytorna. Regleringen av antalet som är i tjänst sker rätt långsamt och vid lågt blodsocker blir glukosinströmningen momentant lägre än behovet och det är här magin sker.

Hjärnan är inte alls unikt glukosberoende utan drivs med fördel av ketonen acetoacetat samt beta-hydroxybutyrat. Dessa produceras ur de tidigare nämnda acetyl-CoA i leverns mitokondrier, är vattenlösliga och transporteras med blodet till alla delar av kroppen inklusive hjärnan.

Ur studiens text:

Chronic heavy drinkers spend a large fraction of time with elevated blood acetate, and the greater brain acetate metabolism can potentially be induced by the habitual generation of acetic acid in the blood from alcohol, as observed previously in humans and other animals. Furthermore, chronic heavy drinking without eating can induce episodes of hypoglycemia , which have been shown to increase blood-brain monocarboxylic acid transport and therefore increase brain availability of acetate.

Min tolkning: Kroniska alkoholkonsumenter har ofta förhöjda acetatnivåer i blodet och hjärnans användning den som energikälla kan ökas genom de förhöjda ättiksyramängderna i blodet (med ursprung i leverns alkoholmetabolism). Intensiv alkoholkonsumtion utan att äta kan ge hypoglykemi (uttalat lågt blodsocker) vilket visats öka inströmningen av acetat genom blod-hjärnbarriären.

Denna studie visar att hjärnan, trots alkoholens i övrigt dominerande negativa verkningar, förser sig med energi från alternativa källor, i detta fall alkohol, efter samma mönster som LCHF-are utnyttjar redan i nyktert tillstånd, nämligen ketoner.

Kompletterande om ättiksyra: Cancerns energiförsörjning är dess svaghet


*) Acetat är inte en molekyl man kan framställa fristående, det t.ex. kan vara en lösning av etansyra i vatten där den till en del protolyseras (delas upp) till den sura hydroxyljonen H3O+ och acetatjonen CH3COO. Du har alldeles säkert etansyra hemma, antingen i form av ättika, vinäger, kanske en slatt vin som oxiderat och blivit surt.

**) I jämförelse med acetatet är bärarmolekylen CoA verkligen jättelik och komplicerad, men se den som en industrirobot som flyttar en pyttegrej.

***) Du vet att fett är en av kroppens energiråvaror, kanske även att fett byggs av fettsyror. Men vet du att ättika är den kortaste (minst antal kolatomer = 2) av alla mättade fettsyror?

Källa:  Increased brain uptake and oxidation of acetate in heavy drinkers Fulltext och gratis

During prolonged starvation, brain energy requirements are covered in part by the metabolism of ketone bodies. It is unknown whether short-term starvation of a few days’ duration may lead to reduced brain glucose metabolism due to the change toward ketone body consumption.

Min tolkning: Vid utdragen svält täcks delar av hjärnans energibehov av ketoner. Det är inte känt om en kortvarig svält under några dagar leder till minskad glukosmetabolism beroende på ökad ketonanvändning.

Källa: Brain Metabolism During Short-Term Starvation in Humans (Fri fulltext, 1994), Abstract

Min åsikt: I studien används ordet starvation/svält på ett sätt som ger sneda associationer. Tre dagar utan mat kan givetvis uppfattas som obehagligt, men svält i ordets bemärkelse är det inte. Jag kommer att använda ordet, men under protest.

Det är väl känt och dokumenterat att människor kan leva helt utan mat (men med vatten!) i ett par månader, till och med förbi 70 dagar. Läs om matvägrande IRA-fångar i Mazefängelset på Nordirland, andra strejken 1981. Om man utgår från konventionella åsikter att hjärnan kräver 500 kcal i form av glukos (dryga 120 gram) skulle enbart den kräva (120 gram * 60 dagar) 7,2 kilo glukos. Proteiner (aminosyror) och kolhydrater (i detta fall glukos) ger ungefär samma mängd energi per viktenhet. En stor skillnad mellan de två energikällorna är att de lager av proteiner vi har i kroppen (ex. muskler) alltid innehåller avsevärda mängder vatten. I praktiken innebär det att det skulle krävas 22 – 24 kg muskelvävnad för att försörja enbart hjärnan. Fångarna magrade visserligen av rejält, men långt ifrån så mycket.

Under normal physiological conditions, glucose is the only significant energy source of the human brain (Kety, 1957).

Min tolkning: Under normala fysiologiska förhållanden är glukos den enda påtagliga energikällan för den mänskliga hjärnan.

Här gör man sig skyldig till en tendentiös tolkning av vad ”normal physiological conditions” innebär. I en miljö där kolhydratrik föda dominerar så är det logiskt att hjärnan (som ständigt kräver energi oavsett om man tänker eller ej) tar sitt ansvar för att hålla nere blodsockret inom hälsosamma gränser.

Owen et al. (1967) showed that in obese subjects ketone bodies accounted for 60% of the energy supply to the brain after 5-6 weeks of starvation, thus replacing glucose as the predominant source of energy.

Min tolkning: Owen och medarbetare visade att hos obesa (feta) bidrog ketoner med 60% av hjärnans behov efter 5-6 veckors svält och ersatte därmed glukos som den dominerande energikällan.

Detta är ett ypperligt exempel på metabol flexibilitet som tillåter oss att använda olika energiråvaror* efter tillgång. Vad händer på den fronten i detta betydligt kortare experiment? En liten försmak finns i Tabell 1.

cbf-arterial-pco2-and-ph-before-and-during-starvation

CBF betyder Cerebral Blood Flow, alltså ett mått på blodflödet i hjärnan och är lika oavsett svält eller ej.

En statistiskt säkerställd skillnad finns mellan CO2 (koldioxid) vid normalkost respektive svält och pH sjunker något.

Ändringen av CO2 och pH är en logisk följd av att hjärnans energiförsörjning gradvis tas över av ketoner.

  • Glukos transporterar in mer bundet syre (kvoten O/C är 1 för glukos) i hjärnan än ketoner där O/C är 0,75 vilket innebär att mindre mängd koldioxid måste elimineras ur hjärnan hos ketondrivna.**
  • Att pH sjunker något är en följd av att ketonen beta-hydroxybutyrat är en lätt modifierad variant av fettsyran n-butansyra vilket ger den egenskapen att kunna passera blod-hjärnbarriären.

With use of two independent methods, the present study showed that the glucose consumption of the human brain was reduced to -75% of control values after 3.5 days of starvation.

Min tolkning: Genom att använda två oberoende metoder visar denna studie att hjärnans glukosanvändning minskar till cirka 75% av utgångsvärdet efter 3,5 dygns svält.

Tabell 2 visar ett antal intressanta parametrar:

table-2-arterial-concentrations-and-arteriovenous-differences-of-substrates-before-and-during-starvation

De två nedersta raderna är särskilt betydelsefulla då de visar hjärnans användning av energiråvaror vid normalläge respektive svält. Relativt normalläget sjunker glukosanvändningen med 24%, beta-hydroxybutyrat ökar 13 gånger, acetoacetat (en annan keton) ökar drygt 6 gånger och fria fettsyror (FFA) med 9 gånger!

The reduction in glucose metabolism is approximately half of that observed after prolonged starvation (Owen et aI., 1967; Redies et aI., 1989), indicating that the shift toward ketone body consumption of the same magnitude as that observed during prolonged starvation may occur gradually.

Min tolkning: Minskningen av glukosmetabolismen (i denna studie) är ungefär hälften av vad som observerats av Owen och Redies. Detta antyder att anpassningen till ketonanvändning sker gradvis.

Vi anpassar oss gradvis till de förhållanden vi lever i. Även om vi har potential att klara väsentligt olika miljöer och livsstilar så är det oekonomiskt för kroppen att ständigt vara 100% beredd på allt.

  • Den som sällan eller aldrig tränar vet att det är oklokt att ställa upp i Vasaloppet.
  • Om jag är van vid svensk hygienstandard vad gäller mat innebär det inte att jag eller andra medresenärer klarar Marockansk mat utan vidare (nyligen självupplevt).
  • Om vi ständigt matar kroppen med kolhydratrik mat så är vi inte omgående beredda att klara det man i studien kallar svält utan vidare.

The reduction in glucose metabolism would lead to a reduction in ATP production of 2.7 mmol g-1 min-1, if each mol of glucose were to yield 38 mol ATP and the egress of lactate and pyruvate were corrected for. The combined influx of beta-hydroxybutyrate and AcAc during starvation of 0.20 mmol g-1 min-1 would yield 5 mmol ATP g-1 min-1, if it is assumed that 1 mol beta-hydroxybutyrate generates 26 mol ATP and 1 mol AcAc generates 23 mol ATP. Because the ATP gain from ketone bodies was greater than the decrease in ATP production from glucose during starvation, the total ATP production seemed increased. Thus, the cerebral ATP state might even be improved during ketone body consumption, as has been reported in an experimental study (De Vivo et aI., 1978).

Min tolkning: Man jämför produktionen av ATP (kroppens primära ”energivaluta”) från olika ketoner med den från glukos och finner att den ökar vid ketondrift!

Att koldioxidproduktionen i hjärnan minskar samtidigt som ATP-produktionen ökar vid ketondrift kan förklara varför de som fastar förbi de inledande obehagen ofta upplever en euforisk känsla.

Läs även Vilken är vår viktigaste energikälla? och Om ketoner, för den misstänksamme


*) Fetter, proteiner och kolhydrater anses ge oss den energi vi behöver, men det är först sedan de processats i många steg till ytterst små energienheter som ATP, NAD+, NADH samt elektriska potentialskillnader över cellmembran som kroppen kan utnyttja. Denna raffinering av energigivande råvaror sker i huvudsak i cellernas inre samt i mitokondrierna.

**) Summaformeln för glukos är C6H12O6. All energi som kan utvinnas i kroppen finns lagrad i kemiska bindningar där kol (C) är ena parten och utvinningen sker genom oxidation med syre (O). Redan i grundläget är varje kol i glukosen associerat med en syre (O), kvoten O/C = 1. Summaformeln för den dominerande ketonen, beta-hydroxybutyrat, är C4H8O3 vilket ger O/C = 3/4 = 0,75.

Lagom till LCHF-träffen i Säffle har LCHF-magasinet släppt senaste numret, #2/2016

image

Mitt bidrag om ketoacidos och LCHF presenterades på omslaget.

Ketogen kost innebär att man utnyttjar sin metabola flexibilitet och använder fett som huvudsaklig energiråvara. Dessa kan komma från mat och/eller egna lager, fettväv och andra platser där fett lagrats. Ketoner har fått en negativ klang, främst från de som inte inser deras naturliga roll i människors evolution. Läs Om ketoner för den misstänksamme, gärna även dessa inlägg på MatFrisk under kategorin ketoner.

Beta-hydroxybutyrat_2

Bilden: Beta-hydroxybutyrat, BHB (Wikipedia)

Effect of low-carbohydrate-ketogenic diet on metabolic and hormonal responses to graded exercise in men. Langfort J1, Pilis W, Zarzeczny R, Nazar K, Kaciuba-Uściłko H.

Abstract
Maximal oxygen uptake (VO2 max) and lactate threshold (LT) were measured during graded, incremental exercise in 8 healthy, untrained volunteers (aged 22 +/- 0.9 yrs) following 3 days on a control, mixed diet, or a ketogenic (50% fat, 45% protein and 5% carbohydrates) diet of equal energy content.

Min tolkning: Maximal syreupptagning och mjölksyrabildning studerades vid varierande nivåer av fysisk aktivitet efter en mixad kontrollkost samt en ketogen kost (50% fett, 45% protein och 5% kolhydrater) med lika energiinnehåll.

Before and after exercise tests acid base balance, plasma beta-hydroxybutyrate (beta-HB), free fatty acid (FFA), and some hormone concentrations were determined.

Min tolkning: Före och efter den fysiska aktiviteten mättes pH, beta-hydroxybutyrat (BHB*, en s.k. keton), fria fettsyror  och hormoner.

In comparison with the normal diet, the ketogenic diet resulted in: an increased VO2 max, decreased respiratory exchange ratio an a shift of LT towards higher exercise loads. Blood LA concentrations were lower before, during and after exercise. Post exercise blood pH, as well as pre-and post exercise base excess and bicarbonates were reduced.

Min tolkning: Den ketogena kosten ökade maximal syreupptag, minskade RQ** och mjölksyratröskeln flyttades till högre belastning. Blodets nivå av mjölksyra var lägre före, under och efter den fysiska aktiviteten.

Resting beta-HB concentration was elevated to approx. 2.0 mM, and FFA to approx. 1.0 mM. During a 1 h recovery period beta-HB decreased to 0.85 mM (p < 0.01) after the ketogenic diet, while plasma FFA did not change after exercise under either conditions.

Min tolkning: BHB i vila höjdes till 2.0 mM (millimol) och de fria fettsyrorna till 1.0 mM. Under efterföljande vila sjönk BHB till 0.85 mN efter den ketogena kosten medan de fria fettsyrorna inte påverkades av kosten.

Both the pre-and post-exercise levels of adrenaline, noradrenaline, and cortisol were enhanced, whilst plasma insulin concentration was decreased on the ketogenic diet.

Min tolkning: Den ketogena kosten ökade nivåerna av adrenalin, noradrernalon och kortisol både före och efter den fysiska aktiviteten medan insulinnivån sjönk.

It is concluded that the short-term ketogenic diet does not impair aerobic exercise capacity, as indicated by elevated VO2 max and LT. This may be due to increased utilization of beta-HB and FFA when carbohydrate stores are diminished. Stimulation of the sympatho-adrenal system, and cortisol secretion with reduced plasma insulin concentration seem to be of importance for preservation of working capacity.

Min tolkning: En kortvarig ketogen kost försämrar inte motionsförmågan. Detta kan bero på ökad användning av (”ketonen”) BHB och fria fettsyror när kolhydratförråden (glykogen) minskat.

PMID: 8807563 [PubMed – indexed for MEDLINE]

Den negativt klingande slutsatsen kommer antagligen av studiens målsättning som förmodligen utgick från att träningsförmågan skulle försämras på ketogen kost. Tyvärr har jag inte tillgång till studien i sin helhet. Där kan finnas pärlor att hämta, särskilt som utfallet verkar ha överraskat författarna.

Som test av ketogen kost är den halvhjärtad för att inte säga mesig. 45E% protein är långt över även det en kraftig fysisk aktivitet kräver, förmodligen borde det räcka med 20-25E%. En konsekvens av detta är att överskottet av proteinernas aminosyror till största delen omvandlas till glukos, något till ketoner. I praktiken betyder det att det resulterande energitillskottet från glukos inte är 5E% utan snarare 20E%. Detta motverkar ketosen.

Som jag ser det är det ett test av det jag vill kalla metabol flexibilitet. Se länk i inledningen.


*) BHB klassan vanligen som keton, men enligt kemisk logik är det en kort fettsyra (smörsyra) med en tillkopplad OH-grupp. Detta gör den vattenlöslig och kan transporteras i blodet, även in genom blod-hjärn-barriären.

**) RQ, respiratorisk kvot, är avgiven koldioxid per inandats syre. Koldioxid  kan betraktas som en avfallsprodukt efter all metabolism (”förbränning”). Se även Respiratorisk kvot, intressant eller som att se färg torka? för mer information.

I konventionella källor påstår man med till visshet gränsande sannolikhet att det är kolhydrater. Om du äter tre mål och mellanmål enligt Livsmedelsverket, dessutom fikar och äter lite godis som är rätt vanligt så kommer majoriteten av energin från kolhydrater. Så långt går det att hålla med dietister och SLV.

Konventionell beskrivning av energikällor

Min åsikt är att det vi för ögonblicket använder mest av är den viktigaste energikällan. Vi måste, utöver det vi äter, också inkludera det vi metaboliserar av redan lagrade ämnen.

Kolhydrater kan rimligen inte vara vår viktigaste energikälla då de förråd vi kan spara för framtiden i form av muskel– och leverglykogen är starkt begränsat, ungefär 2000 kcal. Det innebär på sin höjd ett dygnsbehov hos en person med låg fysisk aktivitet.

  • Cirka 300-400 gram av glykogenet (1200 – 1600 kcal) är bundet i muskelceller och kan bara användas exakt där de är lagrade. Om du springer eller cyklar benmusklerna tomma på glykogen så hjälper det inte att kroppens övriga muskelglykogen fortfarande har en hyfsad nivå.
  • Levern innehåller 100 – 120 gram (400 – 480 kcal). Där finns ett enzym som kan återställa D-glukos ur glykogen, dessutom glukostransportören GLUT2 som är dubbelriktad och kan exportera D-glukos ut i blodet. Leverglykogenet kan alltså gå dit det för ögonblicket bäst behövs.
  • Varje gram glykogen binder 2,7 gram vatten, ett fullt glykogenförråd väger då nästan 2 kilo / 2000 kcal. Andra källor menar att varje gram glykogen binder 3-4 gram vatten, alltså upp till 2,5 kilo.
  • Hjärnan är innesluten i ett begränsat utrymme och kan inte rymma ens små mängder glykogen då det ovillkorligen skulle innebära stora variationer i volym. Ett enda dygns energiförråd för hjärnan i form av glykogen skulle kräva nästan 1/2 liters volym! Då räknar jag med att varje gram glykogen kräver 2,7 gram vatten, om det är 3-4 gram som är korrekt skulle det bli 0,6 – 0,75 liter!

Äter vi kolhydrater i en mängd som inte omgående förbrukas eller får plats i något av glykogenförråden kan det omvandlas till fettsyror i levern. Dessa kan exporteras i blodet tillsammans med bärarproteinet albumin, och kallas då fria fettsyror. Tre fettsyror kan även kopplas samman via en glycerolmolekyl (gjord av glukos!) till en fettmolekyl. Den kan exporteras i blodet via lipoproteiner (”kolesterol”) eller lagras på plats. Om det lagras mer i levern än det senare används kommer det med tiden att resultera i hälsoskadliga fettinlagringar i levern, NAFLD, Non Alcoholic Liver Disease.

När glukos omvandlas till fettsyror avlägsnas ett antal syreatomer vilket gör fett betydligt kompaktare räknat per energienhet, dessutom drar det inte till sig vatten som glukosen i sin ursprungsform. Varje glukosmolekyl i blod och celler kräver ungefär 190 vattenmolekyler för att sockerlösningen inte ska vara hälsofarligt koncentrerad. Om glukos kopplas samman i långa kedjor till glykogen minskar vattenbehovet avsevärt, men varje 1000 kcal glykogen väger likafullt 0,9 – 1,25 kg. 1000 kcal sparat i fettväv väger 135 gram och binder knappt något vatten.

  • Det går alltså utmärkt att bygga fettväv med glukos som råvara, att vända processen ger väldigt lite. Glyceroldelen i en fettmolekyl återvinns i levern till glukos, men mängden är liten, 15-20 gram/dygn hos en fastande person. Enzymer som kan återställa syremolekyler saknas nämligen.
  • I hjärnan kommer, enligt Reichard, acetoacetat att bilda aceton som i sin tur kan ge små mängder glukos, kanske 10 gram/dygn. (Källa: Cahill och Aoki)

En stor massa* av kroppens celler fungerar med fördel på fettsyror, hjärtat är ett viktigt exempel. Men det finns viktiga undantag och hjärnan är ett av dem. För att skydda hjärnan omges den nästan helt av en barriär som de albuminburna fettsyrorna inte kan passera, där måste det till vattenlösliga energibärare som glukos, acetoacetat eller beta-hydroxibutyrat. De två senare kallas ketoner men beta-hydroxibutyrat är i grunden en mycket kortkedjig karboxylsyra (Alla fettsyror är karboxylsyror) med en tillkopplad OH-grupp vilket sammantaget ger utmärkt vattenlöslighet och den kan transporteras på samma sätt som glukos i blodet. Ketoner kan utan svårighet passera barriären runt hjärnan och förse den med 70% av dess energibehov, möjligen mera, dessutom med 25% högre verkningsgrad än glukos. Ketoner ger mindre avfall (CO2, koldioxid) än glukos, räknat per energienhet.) Läs mer: Om ketoner, för den misstänksamme samt Något om resistent stärkelse samt kanske en överraskning

  • Vi har alla en liten ketonproduktion, även om den vanligen inte ger nämnvärda energibidrag. Trots ringa mängd är den avgörande för hjärnans funktion. Hjärnan består till övervägande delen av lipider (fetter och fettliknande ämnen) och de passerar normalt inte blod-hjärn-barriären. Lösningen kommer i form av ketoner av vilka lipider kan byggas på plats!

De röda blodkropparna dominerar antalet celler i kroppen (84%). För att bli tillräckligt små och kunna passera de finaste kapillärerna saknar de mitokondrier och kan därför bara utnyttja glukos som energibärare via den passiva glukostransportören GLUT1. De förbrukar små mängder energi och klarar sig gott även vid extremt lågt blodsocker. 1980 publicerade Cahill och Aoki en artikel där man visade att vid tillräcklig nivå av ketoner kunde man sänka blodsockret till 1 mmol utan att försökspersonerna märkte något negativt.

Cahill och Aoki - text

Cahill och Aoki - graf

Källa: Alternate Fuel Utilization by Brain av Cahill och Aoki i Cerebral Metabolism and Neural Function (1980?)

Jag anser att detta visar att glukos är ett av flera energibärande ämnen och dominerar endast om och när kolhydrater utgör en väsentlig del av maten. Så snart maten inte kommer regelbundet, en nattfasta räcker, börjar fettsyror och ketoner att ta över. De ger en mycket stor uthållighet då energin i våra fettlager, även hos ordinärt smala och välbyggda personer, överskrider glykogenlagren med 55 gånger (110 000 kcal vs. 2 000 kcal) eller mer. Detta förklarar varför man kan överleva på enbart vatten och egna kroppsvävnader i ett par månader eller mer**.


*) Vi måste skilja på antal celler och deras massa. 84% av antalet celler vi har är röda blodkroppar, 0,2% är fettceller och 0,001% är muskelceller. Förhoppningsvis dominerar muskelceller massan, säkert är att fettcellsmassan aldrig rankar lägre än tvåa. Läs mer i Nature och Hur många celler har vi som reagerar på insulin? 

**) Matvägrande IRA-fångar i Mazefängelset på Nordirland, andra strejken 1981.