Денеңізді майға айналдырып энергия алу

Кіріспе

Дене майларын күш беру үшін көмірсулардың орнына пайдалану

Кетоз – қанда немесе зәрде кетон денелерінің деңгейінің жоғарылауымен сипатталатын метаболизм күйі. Физиологиялық кетоз – бұл төмен глюкоза деңгейіне, мысалы, аз көмірсулы диеталарға немесе оразаға жауап ретінде миға кетондар түрінде қосымша энергия көзін ұсынатын қалыпты жағдай. Физиологиялық кетоз кезінде қандағы кетондар бастапқы деңгейден жоғарылайды, бірақ организмнің қышқыл-негіздік гомеостазы сақталады. Бұл патологиялық жағдайларда пайда болатын және метаболикалық ацидозға алып келетін кетондардың бақылаусыз өндірісінен – кетоацидозбен салыстырылады, ол жедел медициналық көмек қажеттілігін тудырады. Кетоацидоз көбінесе 1-ші типті немесе 2-ші типті қант диабеті кезінде инсулиннің толық жетіспеушілігінен туындайды. Кетон деңгейін қанда, зәрде немесе демікпеде өлшеуге болады және физиологиялық кетоз кезінде әдетте 0,5 және 3,0 миллимоляр (мМ) аралығында болады, ал кетоацидоз қандағы концентрацияны 10 мМ-ден жоғары көтеруі мүмкін. Бұл ораза ұстау, аштық, көмірсуларды шектеу немесе ұзақ физикалық жаттығулар сияқты май қышқылдарының тотығу деңгейінің жоғарылауы кезінде болады. Бауыр майлы қышқылдарды ацетил-КоА-ға жылдам метаболиздей бастағанда, кейбір ацетил-КоА молекулалары кетон денелеріне – пируват, ацетоацетат, бета-гидроксибутират және ацетонға айналады. Бауыр бұл молекулаларды энергия үшін пайдалана алмайды, сондықтан кетон денелері қанға бөлінеді, оны миды қоса алғанда, перифериялық тіндер пайдаланады.

Анықтамалар

Кетон денелерінің қалыпты сарысудағы деңгейі 0,5 мМ-ден төмен. Гиперкетонемия көбінесе 1 мМ-ден жоғары деңгейлермен сипатталады. Физиологиялық кетоз кезінде сарысудағы кетон деңгейі әдетте 3 мМ-ден аспайды. Жаңа туған нәрестелер, жүкті әйелдер және бала емізетін әйелдер – ораза тұту немесе ауру сияқты энергетикалық қиындықтарға жауап ретінде физиологиялық кетозды аса жылдам дамытатын топтар. Бұл жағдай ауру кезінде кетоацидозға ұласуы мүмкін, бірақ бұл сирек кездеседі. Жаңа туған нәрестелерде кетон өндіруге бейімділік олардың майға толы ана сүтімен қоректенуіне, орталық нерв жүйесінің салыстырмалы үлкендігіне және бауырдағы гликоген қорының аз болуына байланысты.

Биохимия

Кетон денелерінің прекурсорлары майлы тіндердегі немесе диетадағы майлы қышқылдар және кетогендік аминқышқылдарды қамтиды. Кетон денелерінің қалыптасуы кетогенез арқылы бауыр жасушаларының митохондриялық матрицасында жүреді. Майлы қышқылдар майлы тіндерден адипокин сигналдауы арқылы жоғары глюкагон және адреналин деңгейлерінде, ал инсулин деңгейі төмендегенде босатылады. Глюкагонның жоғары және инсулиннің төмен деңгейі глюкозаның жетіспеушілігімен байланысты, мысалы, аштық кезінде. Кофермент А-ға байланысқан майлы қышқылдар митохондрияға енуге мүмкіндік береді. Митохондрияға енгеннен кейін байланысқан майлы қышқылдар жасушаларда негізінен бета-тотығу арқылы отын ретінде қолданылады, бұл әр циклде ацил-КоА молекуласынан екі көміртекті бөліп, ацетил-КоА түзеді. Ацетил-КоА лимон қышқылы цикліне енеді, онда ол лимон қышқылын құру үшін оксалоацетатпен альдоль конденсациясына түседі; лимон қышқылы кейін үш карбонды қышқыл цикліне (ТКҚ) енеді, ол бастапқы майлы қышқылдың әр көміртегінен өте жоғары энергияны жинақтайды. Ацетил-КоА кез келген жасушада ТКҚ арқылы метаболизмге түсе алады, бірақ ол бауыр жасушаларының митохондрияларында кетогенезге де түседі. Глюкоза жетіспегенде оксалоацетат ТКҚ-дан алыстатылады және оның орнына глюконеогенез арқылы глюкоза өндіруге қолданылады. Глюконеогенезде оксалоацетатты пайдалану оны ацетил-КоА-мен конденсациялауға мүмкіндік бермей, ТКҚ-ға енуге кедерілтеу тудыруы мүмкін. Мұндай жағдайда ацетил-КоА-дан кетон денелерін жасау арқылы энергия алуға болады. Кетогенезде екі ацетил-КоА молекуласы тиолаза арқылы ацетоацетил-КоА құрамына конденсацияланады. Ацетоацетил-КоА HMG-КоА синтазасы арқылы қысқа уақытқа басқа ацетил-КоА-мен бірігіп, гидрокси-β-метилглутарил-КоА құрайды. Гидрокси-β-метилглутарил-КоА HMG-КоА лиазасы арқылы ацетоацетат кетон денесіне айналады. Ацетоацетат D β-гидроксибутират дегидрогеназасы арқылы басқа кетон денесіне – D β-гидроксибутиратқа қайтымды түрде айналуы мүмкін. Балама ретінде, ацетоацетат спонтанды түрде үшінші кетон денесіне (ацетон) және көмірқышқыл газына ыдырайды, бұл ацетоацетат пен D β-гидроксибутираттың жоғары концентрациясын тудырады. Кетон денелері бауырда энергия үшін пайдаланыла алмайды, сондықтан олар ми мен перифериялық тіндерге энергия жеткізу үшін бауырдан шығарылады. Майлы қышқылдармен қатар, деаминоталған кетогендік аминқышқылдары да лимон қышқылы цикліндегі аралық заттарға айналып, кетон денелерін өндіруі мүмкін.

The precursors of ketone bodies include fatty acids from adipose tissue or the diet and ketogenic amino acids. The formation of ketone bodies occurs via ketogenesis in the mitochondrial matrix of liver cells. Fatty acids can be released from adipose tissue by adipokine signaling of high glucagon and epinephrine levels and low insulin levels. High glucagon and low insulin correspond to times of low glucose availability such as fasting. Fatty acids bound to coenzyme A allow penetration into mitochondria. Once inside the mitochondrion, the bound fatty acids are used as fuel in cells predominantly through beta oxidation, which cleaves two carbons from the acyl CoA molecule in every cycle to form acetyl CoA. Acetyl CoA enters the citric acid cycle, where it undergoes an aldol condensation with oxaloacetate to form citric acid; citric acid then enters the tricarboxylic acid cycle (TCA), which harvests a very high energy yield per carbon in the original fatty acid. Acetyl CoA can be metabolized through the TCA cycle in any cell, but it can also undergo ketogenesis in the mitochondria of liver cells. When glucose availability is low, oxaloacetate is diverted away from the TCA cycle and is instead used to produce glucose via gluconeogenesis. This utilization of oxaloacetate in gluconeogenesis can make it unavailable to condense with acetyl CoA, preventing entrance into the TCA cycle. In this scenario, energy can be harvested from acetyl CoA through ketone production. In ketogenesis, two acetyl CoA molecules condense to form acetoacetyl CoA via thiolase. Acetoacetyl CoA briefly combines with another acetyl CoA via HMG CoA synthase to form hydroxy β methylglutaryl CoA. Hydroxy β methylglutaryl CoA form the ketone body acetoacetate via HMG CoA lyase. Acetoacetate can then reversibly convert to another ketone body—D β hydroxybutyrate—via D β hydroxybutyrate dehydrogenase. Alternatively, acetoacetate can spontaneously degrade to a third ketone body (acetone) and carbon dioxide, which generates much greater concentrations of acetoacetate and D β hydroxybutyrate. The resulting ketone bodies cannot be used for energy by the liver so are exported from the liver to supply energy to the brain and peripheral tissues. In addition to fatty acids, deaminated ketogenic amino acids can also be converted into intermediates in the citric acid cycle and produce ketone bodies.

Семіздік және метаболиттік синдром

Кетоз метаболикалық синдром көрсеткіштерін сарысудағы триглицеридтердің төмендеуі, жоғары тығыздықты липопротеиннің (ЖТЛ) деңгейінің жоғарылауы, сондай-ақ төмен тығыздықты липопротеиннің (ТТЛ) бөлшектерінің мөлшері мен көлемінің ұлғаюы арқылы жақсарта алады. Бұл өзгерістер жалпы холестерин деңгейінің көтерілуіне қарамастан, липидтік профильдің жақсаруымен үйлеседі.

Қауіпсіздік

Кетоздың төмен көмірсулы диетадан туындайтын қауіпсіздігі клиникалық дәрігерлер, зерттеушілер және бұқаралық ақпарат құралдары тарапынан жиі күмәндануға себеп болады. Жиі кездесетін қауіпсіздік алаңдаушылығы физиологиялық кетоз бен патологиялық кетоацидоз арасындағы айырмашылықты түсінбеуден туындайды. Керісінше, кетоздық және тамақтанған күйге ауысу метаболизм және неврологиялық денсаулыққа пайдалы әсер ететіні ұсынылған. Дегенмен, үзіліс кетозының ұзақ мерзімді әсерлері туралы мәліметтер жетіспейді. Сонымен қатар, инсулин және сульфонилмочевина сияқты қандағы глюкоза деңгейін тікелей төмендетуге қолданылатын дәрілер, егер кетозға әкелетін диета басталмас бұрын дозасы түзетілмесе, гипогликемияға шақыруы мүмкін. Бұларға бас ауруы, шаршау, бас айналу, ұйқысыздық, жаттығуға төзімділіктің төмендеуі, іш қату және жүрек айну кіруі мүмкін, әсіресе кетогендік диета басталғаннан кейінгі алғашқы күндер мен апталарда.

Қарсы көрсетілімдер

Кетогендік диета тудыратын кетоз, жоғары майлылығына байланысты панкреатитпен ауыратын адамдарға ұсынылмауы керек. Кетоз, сондай-ақ пируват карбоксилаза дефициті, порфирия және май метаболизмінің сирек кездесетін генетикалық бұзылыстары кезінде де қарсы көрсетіледі.

Ветеринариялық медицина

Сүтті ірі қара малдарда кетоз көбінесе бозалаудан кейінгі алғашқы апталарда кездеседі және кейде ацетонемия деп аталады. Бұл лактация кезіндегі жоғары метаболизмді толықтыруға жеткіліксіз энергия тапшылығының салдары. β-гидроксибутираттың жоғары концентрациясы глюконеогенезді, жем қабылдауды және иммундық жүйені әлсіретеді, сондай-ақ сүттің құрамына да әсер етеді. Кетозды анықтау үшін малдың күтім алатын жеріндегі диагностикалық тесттер пайдалы болуы мүмкін. Қойларда бета-гидроксибутираттың 0,7 ммоль/л-ден жоғары деңгейдегі гиперкетонемиямен анықталатын кетоз жүктілік токсикозы деп аталады. Бұл жүктіліктің соңғы кезеңінде көп ұрықты қозыларда пайда болуы мүмкін және жүктіліктің күшті метаболизмдік қажеттіліктерімен байланысты. Тұяқты жануарларда ас қорыту жолындағы глюкозаның көп бөлігі қарын микроорганизмдерімен метаболизмделеді, сондықтан глюкоза глюконеогенез арқылы қамтамасыз етілуі керек. Жүктілік токсикозы жүктіліктің соңғы кезеңінде ұрықтың қарқынды өсуінен туындаған метаболизмдік қажеттіліктерге байланысты пайда болуы мүмкін және ауа райы, стресс немесе басқа себептерге байланысты жемнің жеткіліксіз энергиясынан туындауы мүмкін.