• • Публикация в РИНЦ
• • Место проведения: Москва
• • Дата проведения: 30.06.2020

Аннотация:

В статье изложены современные взгляды на энергетическое обеспечение деятельности человеческого организма. Рассмотрены преимущества и недостатки разных путей получения энергии. Изложены принципы энергетического катаболизма кетоновых тел. Дана характеристика целесообразности их применения для восстановления после нагрузок, а также для увеличения выносливости при усиленной физической и когнитивной деятельности.

Ключевые слова: энергетический обмен, энергоснабжение организма, аденозинтрифосфат, глюкоза, глюконеогенез, жирные кислоты, кетоновые тела, β-гидроксибутират, ацетоацетат, ацетон, низкоуглеводные диеты, экзогенные кетоны, физиологический кетоз.

Любая деятельность человека, будь-то осознанная физическая активность и умственное напряжение или же физиологические процессы, протекающие без участия сознания, требует адекватного энергетического обеспечения. Его дефицит может проявляться как рядом транзиторных метаболических нарушений, так и падением когнитивных возможностей, снижением резистентности к физическим нагрузкам, а иногда даже адаптационными срывами и/или клинической манифестацией ранее скрытых патологий

Источником энергообеспечения для животных организмов являются ступенчатые окислительные реакции, в ходе которых ряд химических органических соединений распадается с образованием менее энергетически ценных конечных продуктов и выделением энергии. Такие внешние субстраты должны быть трансформированы в клетке в определенную форму, удобную для обеспечения внутриклеточных энергетических нужд. Такой формой преимущественно является молекула аденозинтрифосфата (АТФ) [8].

Основных путей поддержки энергетического баланса клетки два: использование в качестве субстрата глюкозы или липидных фракций. Первый вариант менее затратен с точки зрения расхода энергии и протекает быстрее. Недостатком его является меньший объем энергии, получаемой на выходе. Так, при максимальной эффективности утилизации глюкозы из ее одной молекулы производится 38 молекул АТФ.

Второй путь получения энергии – это катаболизм жиров. Многие клетки человеческого организма способны непосредственно использовать жирные кислоты, как основной источник энергии. Этот механизм запускается при дефиците углеводов в пище, при  длительной физической или умственной нагрузке, когда их запасы истощаются и в любых других ситуациях, когда в ткани не поступает достаточный объем глюкозы. Однако, головной мозг и другие отделы нервной системы не способны переходить на липидное энергообеспечение. Зато в качестве альтернативного «топлива» они могут использовать кетоновые тела, в которые жирных кислоты превращаются в печени цикле трикарбоновых кислот [2]. К кетоновым телам относят β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон.

Состояние, при котором липиды активно метаболизируются в печени с образованием кетоновых тел называется физиологическим кетозом. Процесс получения энергии из кетонов более длителен, требует некоторых энергозатрат, но в итоге дает больше АТФ, чем при утилизации глюкозы. Так, при полном окислении одной молекулы стеариновой кислоты образуются в сумме 148 молекул АТФ. И с учетом того, что при реакции стеариновой кислоты с КоА на первом этапе этого биохимического каскада расходуются 2 молекулы АТФ, окончательный баланс АТФ составляет +146 молекул [9]. Кетоз – важный приспособительный механизм, который позволяет центральной нервной системе, а значит и всему организму выжить в условиях острой недостаточности богатых углеводами растительных продуктов, переключившись на пищу животного происхождения [1].

Клеточные мембраны и другие естественные тканевые барьеры (например, гематоэнцефалический) проницаемы для кетоновых тел, которые обладают хорошей водорастворимостью. Благодаря этому они без проблем достигают клеток нервной системы и работают, как полноценный и достаточный источник энергии для них в условиях дефицита углеводов [10].

Вышеописанный механизм служит биохимическим обоснованием эффективности низкоуглеводных диет, которые искусственно инициируют липолиз с образованием кетоновых тел. В этом случае организм активно расходует собственные жировые запасы, что позволяет охарактеризовать этот процесс, как эндогенный кетоз. Ситуация меняется в случае, если алиментарная недостаточность углеводов возникает на фоне отсутствия жировых отложений, то есть цель нормализовать массу тела не стоит. В этом случае субстрат для кетоза, и, в частности КоА, будет извлекаться путем разрушения мышечных клеток, что чаще всего является нежелательным эффектом (3). Решением в данном случае послужит введение кетоновых тел извне, то есть, экзогенный кетоз.

Ситуации, в которых необходим искусственно индуцированный кетоз с подпиткой экзогенными кетоновыми телами, связаны в первую очередь с необходимость предоставить нервной системе и мышечному аппарату дополнительное количество энергии и увеличить физическую выносливость. Так, например, подобные подходы нередко практикуют профессиональные спортсмены, особенно те, кто занимается стайерскими видами спорта – марафон, триатлон, велогонки и т.д. Содержание жира в организме таких людей и так относительно невелико, а значит, низкоуглеводная диета может привести к потере мышечной массы. Прием экзокетонов предотвращает это, одновременно обеспечивая снижение утомляемости и лучшую переносимость нагрузок [6].

Многие исследователи отмечают, что экзогенные кетоны применимы не только в спорте высоких достижений. Продукты с кетоновыми телами будут полезны всем, кто ведет активный образ жизни и ограничивает свое потребление углеводов. Такой подход позволит эффективнее наращивать мышечную массу, дольше и успешнее переносить физические нагрузкам даже спортменам-любителям [17].

Еще одно подтвержденное в клинических исследованиях действие экзокетонов – нейропротекторное (4). Поступающие извне кетоновые тела способны улучшить и сопротивляемость психоэмоциональным стрессам. Получая большее количество энергии ткани центральной нервной системы менее подвержены повреждениям при нейродегенеративных патологиях, при дисциркуляторной энцефалопатии, при токсических поражениях (5). Отмечен положительный эффект экзогенных кетонов в профилактике болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также старческой деменции [14]. Есть сведения и о том, что они обладают психотоническими свойствами в виде антидепрессантного действия (7). Наконец, высокий уровень энергообеспечения головного мозга закономерно ведет к расширению когнитивных возможностей здорового человека, позволяет ему дольше сохранять концентрацию и работоспособность.

При этом не следует забывать, что даже при низкоуглеводной диете с использованием кетоновых тел, как энергетического топлива, некоторое количество углеводов все равно необходимо включать в своей ежедневный рацион питания. Дело в том, что кетоны обеспечивают только около 80% всей потребности мозга в энергии. Одновременно они снижают уровень глюкозы в крови, ограничивая печеночный глюконеогенез и стимулирование поглощение периферической глюкозы [11]. Следовательно, необходимо следить за тем, чтобы уровень глюкозы в крови не падал ниже 3,58 ммоль/л, то есть, чтобы не развилась гипогликемия [12]. Важность этого требования обусловлена наличием в организме человека строго глюкозозависимых тканей и органов, не способных в качестве источника энергии использовать ни жирные кислоты, ни кетоновые тела. Такими тканями являются, например, хрусталик, корковое вещество почек, сосудистый эндотелий, эпителиальные клетки кишечника и др. [13].

Выходом в подобной ситуации является то, что данная схема питания предполагает строгий отказ только от простых углеводов, к которым относятся преимущественно моно- и олигосахариды. А вот полисахариды, в первую очередь те, которые содержатся в грубой клетчатке и растительных волокнах, в рационе питания следует оставить. Помимо обеспечения организма минимально необходимым количеством углеводов, такие продукты необходимы еще и для сохранения нормального пищеварения.

Кроме того, прием кетоновых тел также должен сопровождаться употреблением веществ-пребиотиков для стимуляции кишечной микробиоты, мультивитаминных и минеральных комплексов с упором на витамин D и кальций (18). Также следует помнить, что кетогенная диета вызывает уменьшение объемов жидкости, удерживаемой в организме (20). Следовательно, необходимо ежедневно пить воду в количестве 1 л на 30 кг веса человека.

Еще один важный момент состоит в недопущении перехода физиологического кетоза в патологический, также называемый кетоацидозом. В первом случае в организм должен поступать именно тот объем кетоновых тел, который ему требуется для получения энергии, то есть все кетоновые тела должны утилизироваться с синтезом АТФ [15]. Данный процесс также носит название управляемого кетоза. Для того чтобы не утратить эту управляемость, следует периодически убеждаться в отсутствии кетоновых тел в моче путем ее биохимического анализа. Их появление там говорит о потере контроля над кетозом и должно быть поводом для принятия лечебных мер.

Кроме того, кетозы с экзогенной подпиткой, как метод увеличения энергоснабжения ЦНС и других систем, нельзя использовать у лиц, которые уже имеют любые метаболические нарушения. Также кетоновые тела продукты не должны применяться при почечных и/или печеночных патологиях, в ходе беременности и в лактационный период [16].

Примечательным является тот факт, что доля высокоуглеводной пищи среди продуктов питания, производимых сегодня в мире, составляет около 75%. Специалисты в области диетологии, эндокринологии, гастроэнтерологии и других медицинских дисциплин называют это одним из ведущих факторов увеличения количества случаев ожирения, метаболических нарушений и патологий пищеварительной и сердечно-сосудистой систем. В этом свете разработка новых пищевых продуктов, которые можно использовать как источник экзогенных кетонов на фоне низкоуглеводной диеты является крайне востребованным направлением. Более того, она полностью укладывается в рамки Межведомственной стратегии формирования здорового образа жизни, профилактики и контроля неинфекционных заболеваний, принятой к реализации в Российской Федерации. Одна из ключевых задач данной стратегии заключается в снижение потребления простых сахаров жителями нашей страны [19]. Систематическое употребление продуктов, предоставляющий хорошую альтернативу углеводам, как энергетическому топливу, поможет замедлить процессы старения, станет профилактикой множества метаболических нарушений и повысить качество вашей жизни.

Одним из наиболее перспективных представителей таких продуктов является T8 ERA EXO, который изготавливает компания VILAVI INT LTD. Основой его служит β-гидроксибутират, представленный здесь в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. Они не только быстро метаболизируются, высвобождая кетоновые тела, но и обеспечивают приток важнейших микроэлементов. Данный продукт рекомендован прежде всего тем, кто желает получить стресспротекторный эффект, а также увеличить свою физическую и когнитивную выносливость.