Cetoza, dieta ketogenică și aportul alimentar controlează o relație complexă

Antonio Paoli

1 Laborator de nutriție și fiziologie a exercițiului, Departamentul de Științe Biomedice, Universitatea din Padova, Padova, Italia

Gerardo Bosco

1 Laborator de nutriție și fiziologie a exercițiului, Departamentul de Științe Biomedice, Universitatea din Padova, Padova, Italia

Enrico M. Camporesi

2 Departamentul de Chirurgie, Universitatea din Florida de Sud, Tampa, FL, SUA

3 TEAMHealth, Tampa, FL, SUA

Devanand Mangar

3 TEAMHealth, Tampa, FL, SUA

4 Tampa General Hospital, Tampa, FL, SUA

Abstract

Deși fenomenul de reducere a foamei raportat în timpul dietelor ketogene este bine cunoscut, mecanismele moleculare și celulare subiacente rămân incerte. S-a demonstrat că cetoza exercită un efect anorexigenic prin eliberarea colecistokininei (CCK) în timp ce reduce semnalele orexigenice, de exemplu, prin grelină. Cu toate acestea, corpurile cetonice (KB) par să poată crește aportul de alimente prin fosforilarea proteinei kinazei (AMPK) activată de AMP, acid gamma-aminobutiric (GABA) și eliberarea și producția de adiponectină. Scopul acestei revizuiri este de a oferi un rezumat al cunoștințelor noastre actuale despre efectele dietei ketogenice (KD) asupra controlului alimentelor într-un efort de a unifica datele aparent contradictorii într-o imagine coerentă.

Introducere

Foamea și sațietatea sunt două mecanisme importante implicate în reglarea greutății corporale. Chiar dacă oamenii pot regla consumul de alimente prin voință, există sisteme în sistemul nervos central (SNC) care reglează consumul de alimente și cheltuielile de energie. Această rețea complexă, al cărei centru de control este răspândit în diferite zone ale creierului, primește informații de la țesutul adipos, tractul gastro-intestinal (GIT) și de la sângele și receptorii senzoriali periferici. Acțiunile centrelor de foame/sațietate ale creierului sunt influențate de nutrienți, hormoni și alte molecule de semnalizare. Corpurile cetonice sunt sursa principală de energie în perioadele de post și/sau lipsă de carbohidrați și ar putea juca un rol în controlul aportului alimentar.

Controlul hipotalamic al hrănirii/apetitului/foamei

Rolul nutrienților în controlul aportului alimentar

Hipotalamusul este principalul centru al creierului responsabil pentru controlul foamei/sațietății (H/S). În teoria pe care Mayer a propus-o acum mai bine de 60 de ani, el a atribuit un rol central nivelurilor de glucoză în controlul H/S: așa-numita „teorie glucostatică” (Mayer, 1955). Mayer a sugerat că epuizarea disponibilității carbohidraților duce la foamete, iar centrele hipotalamice cu receptori sensibili la nivelurile de glucoză ar putea fi implicate în reglarea pe termen scurt a aportului de energie (Mayer, 1955). „Centrul de hrănire” din zona hipotalamică laterală (LHA), conform teoriei glucostatice, reacționează la căderea glicemiei între mese și stimulează consumul de alimente. LHA conține neuroni inhibați de glucoză care sunt stimulați de hipoglicemie, un proces crucial pentru medierea hiperfagiei indusă în mod normal de hipoglicemie. Hiperglicemia post-prandială ulterioară activează „centrul de sațietate” în hipotalamusul ventromedial (VMH), care conține neuroni excitați de glucoză și inhibă atât „centrul de hrănire”, cât și aportul de alimente.

În 1953, Kennedy a propus ipoteza lipostatică sugerând că metaboliții lipidici ar putea fi implicați și în reglarea alimentelor (Kennedy, 1953), iar în 1956, Mellinkoff a studiat efectele metabolismului proteinelor sugerând o ipoteză aminostatică (Mellinkoff și colab., 1956).

Neuronii sensibili la glucoză au fost identificați într-o serie de regiuni ale SNC, inclusiv în centrele de control metabolice ale hipotalamusului. Medeiros et. al. au folosit electrofiziologia cu patch-clamp pentru a examina dacă neuronii dintr-o regiune specializată specifică cunoscută sub numele de organ subfornical (SFO), o zonă în care bariera hematoencefalică nu este prezentă, sunt, de asemenea, sensibili la glucoză. Aceste experimente au demonstrat că neuronii SFO răspund la glucoză și că SFO este un senzor important și un centru integrator al semnalelor circulante de stare a energiei (Medeiros și colab., 2012).

Dar profilarea transcripțională cuprinzătoare a neuronilor cu sensibilitate la glucoză este dificilă, deoarece glucokinaza (Gck) și alte proteine cheie care transduc semnale de glucoză sunt exprimate la niveluri scăzute. Glucoza exercită, de asemenea, o acțiune asemănătoare hormonilor asupra neuronilor; înregistrările electrofiziologice au demonstrat, de exemplu, că hipoglicemia activează neuronii hormonului care eliberează hormonul de creștere (GHRH), sugerând o legătură mecanistică între nivelurile scăzute de glucoză din sânge și eliberarea hormonului de creștere (Stanley și colab., 2013).

Neuronii sensibili la nutrienți care reacționează la concentrațiile de glucoză, dar și la acizi grași (FA) sunt prezenți în multe locuri din creier și pot juca un rol cheie în controlul neuronal al energiei și al homoeostaziei glucozei. Administrarea centrală a oleatului, de exemplu, inhibă consumul de alimente și producția de glucoză la șobolani. Acest lucru sugerează că variațiile zilnice ale concentrațiilor plasmatice de FA ar putea fi detectate de SNC ca un semnal care contribuie la reglarea echilibrului energetic (Moulle și colab., 2014).

Chiar dacă metabolismul intracelular și activarea canalelor K + sensibile la ATP par a fi necesare pentru unele efecte de semnalizare ale FA, o cantitate mare de răspunsuri FA în neuronii hipotalamici ventromediali sunt mediate de interacțiunile cu acidul gras translocază (FAT)/CD36. Translocaza este un transportor/receptor FA care activează semnalizarea în aval chiar și în absența metabolismului intracelular (Moulle și colab., 2014).

Modelul clasic unificat se bazează pe rolul celor trei substraturi metabolice: lipide, glucoză și proteine / aminoacizi în menținerea stării nutriționale în lociurile corespunzătoare din SNC, dar există multe alte semnale și ținte cerebrale (Williams și colab., 2001).

Rolul sistemului neuroendocrin în controlul consumului de alimente

Mai recent, au fost identificate alte regiuni de control al apetitului hipotalamic, inclusiv cele din nucleul arcuat (ARC), nucleul periventricular (PVN) și nucleul hipotalamic dorsomedial (DMH) (Valassi și colab., 2008). Acestea sunt situri de convergență și integrare a multor semnale centrale și periferice, nu doar macronutrienți, care sunt implicați în mecanismele de consum alimentar și de cheltuire a energiei, de exemplu, un grup de neuroni din ARC stimulând aportul alimentar prin neuropeptida Y (NPY) și gena agouti -proteine înrudite (AGRP). Acești neuroni interacționează cu cei care produc pro-opiomelanocortina anorexigenică (POMC) și transcriptul reglementat de cocaină/amfetamină (CART) (Williams și colab., 2001). Astfel, un model mai cuprinzător, unificat, ar trebui să includă macronutrienții, precum și mulți aminoacizi unici și alte molecule de semnalizare.

Există două tipuri distincte de reglare a consumului de alimente: a) pe termen scurt (semnale de sațietate, SS) care apar la începutul și la sfârșitul unei singure mese; include, de asemenea, lungimea dintre mese și b) reglarea pe termen lung (semnal de adipozitate, AS) care este influențată de factori precum depunerea grăsimii corporale.

SS-urile care furnizează informații creierului trimit în principal informații către nucleul tractului solitar (SNT). Aceste semnale sunt generate în GIT și viscerele abdominale, precum și în cavitatea bucală și oferă informații despre proprietățile mecanice și chimice ale alimentelor. Informația este transmisă prin nervul vagal și spinal către SNT. AS ajung la eminența mediană prin ARC sau prin bariera hematoencefalică (BBB). Toate aceste aferente sunt integrate într-o rețea complexă și care nu este pe deplin înțeleasă.