תזונה קטוגנית ובריאות המיטוכונדריה

keto_mitochondria

אחד מהסימנים לבריאות מטבולית היא פעילות תקינה של המיטוכונדריה. ההסבר פשוט לכך הוא שבריאות מטבולית קשורה לניהול תקין של משק האנרגיה בגוף כאשר המיטוכונדריה אחראית על שריפת האנרגיה (שריפת הפחמימות, שומנים, קטונים וכו׳ לATP). במחקרים רבים אשר בוחנים את הקשר בין המיטוכונדריה לבריאות מטבולית אכן נמצא קשר בין בריאות המיטוכונדריה לבריאות מטבולית אך מחקרים אלו לרוב מבוצעים על האוכלוסייה הכללית [1-3].

בפוסט זה אסקור מחקר [4] בו בחנו את ההשפעה של תזונה קטוגנית על בריאות המיטוכונדריה.

רמת הפוסט: מתעניין.

תיאור המחקר

מחקר [4] הינו המשך למחקר [5] שמבוצע על ידי חוקר מוערך בתחום התזונה הקטוגנית Jeff Volek בו נבדקים צעירים ובריאים שנלקחו מאקדמיה צבאית חולקו ל2 קבוצות על פי הרכב התזונה שלהן.

בקבוצה הקטוגנית היו כ14 אנשים (2 מתוכם נשים) כאשר הם הונחו לאכול שומן בכמות גבוהה, חלבון במתינות ולהמעיט בפחמימות. כמו כן הם תיספו ב4-5 גרם של סודיום ליום (מלח) וקיבלו הנחייה מדיאטנים כיצד לבצע את התזונה כך שרמות הקטונים שלהם בדם היו לפחות 1mM (קבוצה זה נקריאת במחקר KD).

״KD participants attended an information  session describing the guidelines and recommendations for the ketogenic diet, which were  primarily focused on limiting carbohydrate and moderating protein intakes with a goal to achieve  daily capillary BHB readings at or above 1 mM״

בקבוצה השנייה שהורכבה מ15 אנשים (2 מתוכם נשים) הם הונחו להמשיך לאכול ״כרגיל״ (תזונה מערבית רגילה) כאשר היא צריכה להיות עם 40% לפחות פחמימה (נקראית מחקר MD).

״MD  participants were instructed to maintain their habitual diets consisting of 40% or more of  carbohydrate״

האוכל אינו סופק על ידי החוקרים אלא הנבדקים הכינו אותו בעצמם. אחד מהיתרונות של מחקרים של תזונה קטוגנית הוא שניתן לוודא שהנחקרים אכלו תזונה קטוגנית דרך מדידת הקטונים בדם ולכן פחות סביר שיש רמאויות או בעיות עם הבקרה על צריכת האוכל האמיתית של הנבדקים.

המחקר נערך במשך 12 שבועות כאשר שתי הקבוצות ביצעו 2 אימוני כוח בשבוע ובוצעו מדידות רבות של הכימיה של הדם והרכב גוף. כמו כן כפי שתואר בפתיחה במחקר זה בוצעה אנליזה מעמיקה על המיטוכונדריות של הנבדקים דרך ביופסיה מהשריר.

תוצאות ודיון

הקבוצה הקטוגנית הראתה שיפור משמעותי במדדי התסמונת המטבולית שלהם. למרות שהתחילו עם אינסולין גבוהה יותר, יותר שומן פנימי ומשקל גוף גבוה יותר הם סיימו את המחקר עם אינסולין נמוך יותר משמעותית, שומן פנימי, משקל גוף ומדדי דלקתיות.

“The KD group lost more body mass (-7.7±3.2 vs 304  0.1±1.8 kg, p<0.001), fat mass (-5.9±2.7 vs -0.6±1.9 kg, p<0.001), and visceral fat (-0.5±0.4 vs 305  0.0±0.2 kg, p<0.001) than the MD group.”

“After the intervention, visceral fat, insulin, and HOMA-IR significantly decreased in the KD  group, but not the MD group (40). Furthermore, all six instances of insulin resistance in the KD  group were reversed, indicating the resolution of metabolic impairment.”

אין זה חדש שתזונה קטוגנית משפרת מצב מטבולי כפי שתואר במספר מחקרים ופוסטים בעבר כמו תזונה קטוגנית וסכרת סוג 2.

הייחוד במחקר זה הוא ההתמקדות במדדי המיטוכונדריה. במחקר זה נמדד ROS שמיותר במיטוכונדריה כאשר אנו רוצים לרוב כמות תקינה של ROS (רדיקלים חופשיים) אשר נמצא בעיקר בתור H2O2 אשר יש לו תפקידי איתות חשובים בתא. למעשה H2O2 הוא האחראי הראשי לתופעה אשר קוראים לה ״תנגודת אינסולין פיזיולוגיות״ אך כאשר יש ריכוזים גבוהים מדי של H2O2 יש הרס של המיטוכונדריה שמוביל למוות תאי ולתסמונת מטבולית. ישנם מנגנונים רבים בתא שתפקידם להתמודד עם עודפי הרדיקלים אשר ידועים בשם נוגדי חמצון (כמו גלוטתיון למשל).

במונחי אנרגיה אנו מעוניינים ביחס תקין של H2O2 לכמות ATP מיוצרת כך שלא ״נשלם״ ביותר מדי רדיקלים עבור ייצור אנרגיה בתא (ATP). במחקר זה רואים כיצד היחס ATP/H2O2 עולה אצל הקטגוניים. המשמעות של כך היא שהמיטוכונדריה של הקטוגנים מייצרת יותר ATP ופחות H2O2 עבור כל סוג של מקור אנרגיה שחשפו את המיטוכונדריה אליה (גלוקוז, שומן וקטונים).

״ATP production (Figure 3A), membrane potential (Figure 3B), and the ratios of ATP  production to state 3 O2 consumption (ATP/O2, Figure 3C) and H2O2 production (ATP/H2O2,  Figure 3D) each showed a clear between-group contrast in the direction of change, indicating  increased capacity and efficiency for the KD group relative to the MD group.״

למרות העלייה בROS לא נצפה הבדלים בתוצרי פירוק חלקיים של שומנים הנגרמים כתוצאה מROS (אני מפרט על כך בפוסט השילוב המזיק של שומנים רב בלתי רווים עם גלוקוז גבוה בדם) מה שמראה על כך שנוגדי החמצון בתא כנראה עובדים בצורה תקינה ביחס לכמות הROS. ככל שהבריאות המטבולית מדרדרת היכולת לסתור את כמויות הROS קטנה ונראה עלייה בlipid hydroperoxides.

״The decreased ratio of mitochondrial ATP production to H2O2 production in the MD group is  indicative of decreased efficiency of energy production relative to oxidative burden. The increase  in H2O2 production with all three substrates in the MD group, but not the KD group, suggests  that the ketogenic diet inhibited ROS production, upregulated endogenous antioxidant defense,  or a combination of both. It is reasonable to suspect that upregulation of antioxidant defense was  at least a contributing factor, possibly through induction of mitohormesis״

“However, given  the lack of an increase in mitochondrial protein carbonyls and nitrotyrosine in the MD group, the  increase in mitochondria ROS production was likely not of sufficient magnitude to alter these markers of mitochondrial oxidative damage. Collectively, these data suggest that neither  intervention had a strong influence on the overall oxidative burden”

נצפתה ירידה של 14% בגליקוגן בשרירים אצל הקטוגנים לעומת קבוצת הביקורת אך בחקרים נוספים של ג׳ף שבוצעו על רוכבי אופניים ברמה עילית למשך חצי שנה לא נמצא הבדל ברמות הגליקוגן אימונים עצימים על תזונה קטוגנית). כמו כן נמצאה עלייה של 82% בטריגליצרידים בטווח הבין השרירי. ממצא זה של הטריגליצרידים בהקשר מסוימיים יכול להוות סממן חזק לתסמונת מטבולית אך במצב של שריפת שומן אין זה המצב – פרדוקס האתלטים.

כמו כן יעילות שריפת השומן עלתה אצל הקטוגניים. לא היה הבדל בVO2max אצל שתי הקבוצות.

סיכום

פסקה זו מתוך הדיון של החקר מסכמת את היתרונות של תזונה קטוגנית בהיבט של המיטוכונדריה:

״The decreased ratio of mitochondrial ATP production to H2O2 production in the MD group is  indicative of decreased efficiency of energy production relative to oxidative burden. The increase  in H2O2 production with all three substrates in the MD group, but not the KD group, suggests  that the ketogenic diet inhibited ROS production, upregulated endogenous antioxidant defense,  or a combination of both״

״Whether the mitochondrial functional changes were solely attributed to keto-adaption cannot  be definitely determined given the concurrent exercise training, significant weight and fat loss,  and improvements in HOMA-IR in the KD group. The changes in multiple mitochondrial  markers despite inclusion of HOMA-IR, CRP, and visceral fat as covariates suggests that the  mitochondrial and metabolic changes observed were primarily a result of the dietary  intervention״

מחקר זה מצטרף לשורה של מחקר איכותיים על תזונה קטוגנית שמראים את היתרונות המטבוליים שלה.

“In conclusion, this investigation is the first to provide evidence demonstrating that a closely  monitored state of nutritional ketosis achieved through a sustainable ketogenic diet alters  mitochondrial function in human skeletal muscle. During 12-weeks of exercise training, a  ketogenic diet resulted in greater mitochondrial capacity and efficiency, particularly in the  context of fat oxidation as indicated by increased total ATP production as well as ATP  production relative to O2 consumption and H2O2 production. The ketogenic diet was associated  with greater reliance on fat relative to carbohydrate, which was accompanied by a modest  decrease in resting muscle glycogen and a larger increase in muscle triglycerides. The ketogenic  diet improved metabolic health markers and resolved indicators of insulin resistance in  conjunction with weight loss and exercise, implying that alteration of mitochondrial function is  worthy of consideration as a mechanism through which ketogenic diets exert therapeutic  benefits. Such evidence could provide new insights into managing insulin resistance and  associated conditions, which currently affect over half of American adults (50)”

הפוסט הבא שמומלץ לקרואמעבר לאינסולין  מחשבות על מיטוכונדריה.

מקורות

 

[1] – Molecular Mechanisms of Insulin Resistance in Humans and Their Potential Links With Mitochondrial Dysfunction, Gerald I. Shulman, 2006. link.

[2] – Relationships between Mitochondrial Function and Metabolic Flexibility in Type 2 Diabetes Mellitus, Vera Bettina Schrauwen-Hinderling, 2013. link.

[3] – Role of Mitochondrial Dysfunction in Insulin Resistance, James R. Sowers, 2008. link.

[4] – A ketogenic diet combined with exercise alters mitochondrial function in human skeletal muscle while improving metabolic health, Jeff S. Volek, 2020. link.

[5] – Extended Ketogenic Diet and Physical Training Intervention in Military Personnel, Jeff S. Volek, 2019. link.

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Notify of

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments