Din hjerne er et meget 'dyrt' organ at vedligeholde, hvad angår dens energibehov. Denne bemærkelsesværdige struktur, der vejer omkring 1,4 kg hos den gennemsnitlige voksne, består af cirka 60 procent fedt, mens resten af vævet udgøres af en kombination af vand, kulhydrater, protein og salte. Din hjerne, uden hvilken du måske ikke ville være dig, er dyr, fordi den forbruger hele 20 procent af den daglige energi, der er nødvendig for at holde hele din krop i gang. Dette er på trods af dens relativt lille størrelse sammenlignet med hele din krop.
Så hvad foregår der her? Hvorfor er din hjerne sådan en energisluger, og hvad har det at gøre med ketoner og Alzheimers sygdom? Lad os tage et nærmere kig på, hvordan din hjerne bruger energi.
Først lad os undersøge glukose, som er den primære brændstofkilde for både krop og hjerne. Glukose, fra det græske ord glykys der betyder "sød", er kendt som et simpelt sukker og består af kulstof, hydrogen og oxygen. Dette sukker bruges i hele kroppen til at levere brændstof til kroppens mange energibehov. Din krop kan få glukose ved at nedbryde sukkerarter såsom fruktose og laktose, der findes i fødevarer, og den kan også nedbryde stivelsesholdige fødevarer for at producere glukose.
Din krop kan også producere glukose fra det glykogen, der er lagret i din lever og dine muskler, til en brugbar form. Dette kaldes glykogenolyse (sig "GLY-ko-gen-OLL-eh-sis") fra “lysis” som betyder “at skære.”
En anden måde, din krop producerer glukose på, er en proces kaldet gluconeogenese (sig "GLUE-co-neo-GEN-eh-sis"), som du sandsynligvis kan gætte betyder skabelsen af ny glukose. Denne proces foregår hovedsageligt i din lever og nyrer, hvor din krop bruger ikke-kulhydrat forstadier såsom laktat til at producere glukose. Denne form for glukoseproduktion er især aktiv, når du kommer dig efter intens træning.
Din krop bruger glukose til at producere ATP (adenosintrifosfat), som er et molekyle, der kan bære energi. Du kan tænke på ATP som cellernes valuta, da det lagrer energi, og når det nedbrydes, frigiver det energi, der driver alle de vitale processer, der er nødvendige for livet. Nu tilbage til hjernen.
Din hjerne, fordi den forbruger det meste af din krops energi, skal have en pålidelig og stabil energikilde, ellers vil celledød og sandsynligvis permanent skade være resultatet. Denne energi fra glukose er kritisk for hjernens informationsbehandling, herunder dannelsen af langtidshukommelser. En af de gode ting ved glukose er, at det er en god energikilde, da hvert glukosemolekyle producerer en betydelig mængde ATP. Selv om processen med at producere glukosen ikke er særlig effektiv, repræsenterer det stadig en meget betydelig energikilde for din krop, da det normalt er let tilgængeligt.
Men hvad gør hjernen, når glukoseniveauerne er lave, som det sker under lange perioder med intens træning, ved at gå i lang tid uden at spise eller endda i sygdomstilstande som diabetes? For et organ, der er kritisk for livet, giver det mening, at din hjerne har en alternativ brændstofkilde, og det brændstof er fedt. Ikke fedt i normal forstand, men fedt, der er blevet nedbrudt i leveren til noget kaldet ketonstoffer.
Ketoner er den klare vinder, når det kommer til en energikilde for hjernen, fordi de fremstilles ved en meget mere effektiv vej end glukose, hvilket betyder meget mere ATP produceres pr. molekyle. Ketoner er også et "renere" brændstof, idet de producerer meget mindre i form af "beskidte" metaboliske biprodukter end metabolismen af glukose.
Nyere forskning peger også på ideen om, at ketoner tjener andre roller udover blot at være brændstof, såsom at tjene som regulatorer af neuronernes aktivitet, der har virkninger på genekspression og fungerer som signalering molekyler i dine hjerneceller.
Du behøver ikke at løbe et maraton eller gå dage uden at spise for at producere ketoner, da mange mennesker bruger den såkaldte "keto-diæt", som er et lavkulhydrat-, højfedtprogram, for at hjælpe dem med at skifte til ketose. Mange mennesker rapporterer, at når de er i ketose, er deres evne til at fokusere og koncentrere sig markant øget. Folk, der regelmæssigt praktiserer periodisk faste, opnår det, der kaldes metabolisk fleksibilitet, og kan nemt skifte fra at forbrænde kulhydrater, når de spiser, til at forbrænde fedt (og producere ketoner), mens de faster. Periodiske fastende rapporterer også de samme følelser af øget fokus, koncentration og velvære som folk på en keto-diæt.
Så hvad har alt dette at gøre med Alzheimers sygdom?
I 2016 blev der offentliggjort en interessant forskningsartikel i Frontiers In Molecular Neuroscience med titlen “Can Ketones Help Rescue Brain Fuel Supply in Later Life? Implications for Cognitive Health during Aging and the Treatment of Alzheimer’s Disease.” Forfatterne foreslår, at hos personer, der udvikler Alzheimers, er der et underskud i hjernens energi vedrørende glukose, som viser sig længe før de begynder at udvise symptomer på sygdommen.
De baserer deres ræsonnement på fire fund:
En - Hos personer, der er ældre end 64 og kognitivt normale ved testning, er optagelsen af glukose i deres frontale cortex lavere end hos dem, der er yngre.
To - Hos personer under 40 år, men som har enten genetiske eller livsstilsrelaterede risikofaktorer for Alzheimers sygdom, men som også er kognitivt normale, er optagelsen af glukose i frontallappen også lav sammenlignet med raske personer i samme aldersgruppe uden de genetiske eller livsstilsrelaterede risikofaktorer.
Tre - Personer, der er blevet diagnosticeret både med Alzheimers sygdom (AD) eller med mild kognitiv svækkelse (MCI), har den samme nedsatte glukoseoptagelse som grupperne i et og to ovenfor, men deres hjernes optagelse af ketoner er den samme som hos aldersmatchede kontrolpersoner, der er kognitivt sunde.
Her er, hvor forfatterens ræsonnement er indtil videre: de første tre forskningsresultater tyder klart på en mangel på glukose i hjernen, der går forud for nedgangen i kognitive evner og bliver endnu mere alvorlig, efterhånden som mild kognitiv svækkelse skrider frem mod Alzheimers sygdom. Men se på det fjerde forskningsresultat:
Fire - Når der foretages interventioner, der øger tilgængeligheden af ketoner til hjernen hos personer, der har både MCI og AD, forbedres deres kognitive evne.
Ud fra dette konkluderer forfatterne, at for at udvikle en succesfuld terapeutisk tilgang til mild kognitiv svækkelse såvel som Alzheimers, skal denne udtømning af hjernens energiforsyning overvindes. Fordi hjernens optagelse af ketoner stadig ser ud til at være normal hos personer med MCI og Alzheimers sygdom, virker en intervention, der forsyner hjernen med ketoner, lovende for i det mindste at forsinke udviklingen eller progressionen af Alzheimers. Nogle af disse interventioner er supplementering med MCT-olie (mediumkædede triglycerider), som har vist sig at have gavnlig effekt hos personer med Alzheimers sygdom, og andre metoder såsom faste, en høj fedt ketogen diæt eller en almindelig diæt, hvortil ketonestere eller MCT-olie tilsættes.
Selvfølgelig er der meget mere forskning, der skal udføres, men at øge hjernens tilgængelige ketonforsyning ser ud til at være en sikker, forskningsunderstøttet og vel tolereret måde at omgå energimanglen hos personer, hvis hjerner er tilbøjelige til Alzheimers sygdom.
Referencer:
1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., et al. (2016). Kan ketoner kompensere for forringet glukoseoptagelse i hjernen under aldring? Implikationer for risiko og behandling af Alzheimers sygdom. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1367 12–20. 10.1111/nyas.12999.
2. D’Agostino D. P., Pilla R., Held H. E., Landon C. S., Puchowicz M., Brunengraber H., et al. (2013). Terapeutisk ketose med ketonester forsinker iltforgiftning i centralnervesystemet hos rotter. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 304 R829–R836. 10.1152/ajpregu.00506.2012.
3. Freemantle E., Vandal M., Tremblay Mercier J., Plourde M., Poirier J., Cunnane S. C. (2009). Metabolisk respons på en ketogen morgenmad hos raske ældre. J. Nutr. Health Aging 13 293–298. 10.1007/s12603-009-0026-9.
4. Fulop T., Dupuis G., Baehl S., Le Page A., Bourgade K., Frost E., et al. (2015). Fra inflamm-aging til immun-paralyse: en glat skråning under aldring for immun-tilpasning. Biogerontology 17 147–157. 10.1007/s10522-015-9615-7.
5. Burns C. M., Chen K., Kaszniak A. W., Lee W., Alexander G. E., Bandy D., et al. (2013). Højere serumglukoseniveauer er forbundet med cerebral hypometabolisme i Alzheimer-regioner. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.
6. Cahill G. F., Jr. (2006). Brændstofmetabolisme under sult. Annu. Rev. Nutr. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.
7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). Den protonkoblede monocarboxylattransporter (MCT) familie: struktur, funktion og regulering. Biochem. J. 343(Pt 2), 281–299. 10.1042/0264-6021:3430281.
8. Hennebelle M., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Castellano C. A., Fortier M., et al. (2016). Foreløbig evaluering af en differentiel effekt af et alfa-linolensyre-rigt supplement på ketogenese og plasma omega-3 fedtsyrer hos unge sammenlignet med ældre voksne. Ernæring 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.
9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). Effekter af ketonstoffer i Alzheimers sygdom i relation til neural hypometabolisme, beta-amyloid toksicitet og astrocyt funktion. J. Neurochem. 134 7–20. 10.1111/jnc.13107.
10. Castellano C. A., Baillargeon J. P., Nugent S., Tremblay S., Fortier M., Imbeault H., et al. (2015a). Regional hjerneglukosehypometabolisme hos unge kvinder med polycystisk ovariesyndrom: mulig forbindelse til mild insulinresistens. PLoS ONE 10:e0144116 10.1371/journal.pone.0144116.
11. Castellano C. A., Nugent S., Paquet N., Tremblay S., Bocti C., Lacombe G., et al. (2015b). Lavere optagelse af 18F-Fluorodeoxyglucose i hjernen, men normal 11C-Acetoacetat metabolisme ved mild Alzheimers sygdoms demens. J. Alzheimers Dis. 43 1343–1353. 10.3233/JAD-141074.
12. Clarke K., Tchabanenko K., Pawlosky R., Carter E., Todd King M., Musa-Veloso K., et al. (2012). Kinetik, sikkerhed og tolerabilitet af (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrat hos raske voksne forsøgspersoner. Regul. Toxicol. Pharmacol. 63 401–408. 10.1016/j.yrtph.2012.04.008.
13. Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Hennebelle M., Castellano C. A., Fortier M., Tessier D., et al. (2015). Ketogen respons på samtidig behandling med bezafibrat og mellemkædede triacylglyceroler hos raske mennesker. Ernæring 31 1255–1259. 10.1016/j.nut.2015.05.015.
14. Courchesne-Loyer A., Fortier M., Tremblay-Mercier J., Chouinard-Watkins R., Roy M., Nugent S., et al. (2013). Stimulering af mild, vedvarende ketonæmi ved hjælp af mellemkædede triacylglyceroler hos raske mennesker: estimeret potentiel bidrag til hjernens energimetabolisme. Nutrition 29 635–640. 10.1016/j.nut.2012.09.009.
15. Cunnane S., Nugent S., Roy M., Courchesne-Loyer A., Croteau E., Tremblay S., et al. (2011). Hjernens brændstofmetabolisme, aldring og Alzheimers sygdom. Ernæring 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.
