Η διατροφή ρυθμίζει τη σταθερότητα του εγκεφαλικού δικτύου, ένας βιοδείκτης γήρανσης του εγκεφάλου

 Η διατροφή ρυθμίζει τη σταθερότητα του εγκεφαλικού δικτύου, ένας βιο-δείκτης γήρανσης του εγκεφάλου

Οι επιδημιολογικές μελέτες δείχνουν ότι η αντίσταση στην ινσουλίνη επιταχύνει την εξέλιξη της γνωστικής εξασθένησης με βάση την ηλικία, η οποία έχει συνδεθεί με τον υπο-μεταβολισμό της γλυκόζης του εγκεφάλου. Οι κετόνες {που εισέρχονται στα  κύτταρα } αυξάνουν την ενεργειακή αλλαγή για το ATP κατά 27% σε σύγκριση με τη γλυκόζη. Σε όλη τη διάρκεια ζωής, η αποσταθεροποίηση του εγκεφαλικού δικτύου συσχετίζεται  με μειωμένη εγκεφαλική δραστηριότητα και γνωστική οξύτητα με τα  αποτελέσματα  να εμφανίζονται  στα 47 έτη και  τον πιο γρήγορο εκφυλισμό να συμβαίνει στα 60 έτη .

Τα δίκτυα αποσταθεροποιήθηκαν με γλυκόζη και σταθεροποιήθηκαν με κετόνες, ανεξάρτητα από το εάν η κέτωση επιτεύχθηκε με κετογονική δίαιτα .Τα αποτελέσματά της έρευνας  υποδηλώνουν ότι η αποσταθεροποίηση του εγκεφαλικού δικτύου μπορεί να αντικατοπτρίζει πρώιμα σημάδια υπομεταβολισμού, που σχετίζονται με την άνοια. Οι διατροφικές παρεμβάσεις που έχουν ως αποτέλεσμα τη χρήση κετόνης αυξάνουν τη διαθέσιμη ενέργεια και έτσι μπορούν να δείξουν δυνατότητες στην προστασία του γηράσκοντος εγκεφάλου.

Επειδή ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι μόνο το 2% του όγκου του σώματος, αλλά καταναλώνει πάνω από το 20% της ενέργειας του ,είναι ιδιαίτερα ευάλωτος σε αλλαγές στον μεταβολισμό. Η διαιτητική αύξηση του γλυκαιμικού φορτίου τα τελευταία 100 χρόνια οδήγησε σε μια εθνική επιδημία αντίστασης στην ινσουλίνη (διαβήτης τύπου 2 [T2D]) που έχει αναγνωριστεί από διάφορες επιδημιολογικές μελέτες μεγάλης κλίμακας ως πρώιμος παράγοντας κινδύνου για άνοια αργότερα της ζωής.

Μέχρι πρόσφατα, ο εγκέφαλος ήταν γνωστό  ότι έκανε χρήση καθαρά μεταφοράς γλυκόζης σε κύτταρα  μέσω GLUT3  {θεωρείται ο κύριος αλλά όχι ο αποκλειστικός νευρωνικός μεταφορέας γλυκόζης) χωρίς τον GLUT4  {ινσουλίνο -ρυθμιζόμενο μεταφορέα  γλυκόζης ). Ωστόσο, τώρα υπάρχουν ταχέως συγκεντρωτικά στοιχεία ότι η ινσουλίνη σχετίζεται άμεσα με τους νευρώνες, τη γήρανση του εγκεφάλου και τα συναφή ελλείμματα μνήμης. Μια πρώιμη πρωτοποριακή μελέτη με ραδιενεργό χρώση ινσουλίνης διαπίστωσε ότι, σε αντίθεση με την υπόθεση ότι οι νευρώνες δεν χρησιμοποιούσαν ινσουλίνη, ο εγκέφαλος αρουραίου ήταν στην πραγματικότητα πυκνοκατοικημένος με υποδοχείς ινσουλίνης τόσο στον ιππόκαμπο όσο και στον φλοιό.

Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων στον άνθρωπο έχει δείξει μειωμένη πρόσληψη γλυκόζης σε ανθεκτικούς στην ινσουλίνη συμμετέχοντες έναντι υγιών μαρτύρων, υποδηλώνοντας ότι ακόμη και τα πρώτα στάδια του T2D προκαλούν υπομεταβολισμό των νευρώνων, όπως και με άλλα κύτταρα του σώματος και σύμφωνα με τον υπομεταβολισμό της γλυκόζης στον εγκέφαλο που παρατηρείται συνήθως στην άνοια. Τέλος, η έγχυση ινσουλίνης, χωρίς αύξηση της γλυκόζης, έχει αποδειχθεί ότι αυξάνει τη μνήμη για τους ασθενείς με νόσο του Αλτσχάιμερ.

Αυτές οι κλινικές μελέτες υποδηλώνουν ότι οι επιβλαβείς γνωστικές επιδράσεις της αντίστασης στην ινσουλίνη μπορεί να προκύψουν από το μεταβολικό στρες, καθώς οι νευρώνες χάνουν σταδιακά την πρόσβαση στη γλυκόζη. Εάν ναι, μπορεί να είναι δυνατή η παράκαμψη της αντίστασης στην ινσουλίνη στους νευρώνες με καύση, εκμεταλλευόμενοι κετόνες ως εναλλακτικό καύσιμο.

Τα ενδογενή σώματα κετόνης, συμπεριλαμβανομένου του D -β-υδροξυβουτυρικού, παράγονται κυρίως στο ήπαρ από μακράς και μέσης αλυσίδας ελεύθερα λιπαρά οξέα που απελευθερώνονται από λιπώδη ιστό κατά τη διάρκεια υπογλυκαιμικών καταστάσεων ή τροφής όταν ακολουθούν χαμηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες,σε μέτρια  λήψη πρωτεϊνών και   υψηλή – λιπαρή διατροφή .

Σε αρουραίους, οι νευρολογικές και γνωστικές επιδράσεις της επαγόμενης από γλυκοκορτικοειδή αντίστασης στην ινσουλίνη στον ιππόκαμπο αντιστράφηκαν από σώματα κετόνης ( D-Ηβ…D -β-υδροξυβουτυρικό) και μαννόζη,  αλλά όχι από γλυκόζη ή φρουκτόζη .Ομοίως, στους ανθρώπους υπάρχουν ενδείξεις ότι ακόμη και όταν οι ηλικιωμένοι εγκέφαλοι γίνονται υπομεταβολικοί στη γλυκόζη, η νευρική πρόσληψη κετονικών σωμάτων παραμένει ανεπηρέαστη, ακόμη και για τον πιο σοβαρό ενδημικό υπομεταβολισμό της γλυκόζης σε  Αλτσχάιμερ .

Τα κετονοσώματα μπορεί να προσφέρουν νευροβιολογικά οφέλη ακόμη και σε νεότερα υγιή άτομα που δεν έχουν ακομη υπομεταβολική κατάσταση με το  πλεονέκτημα  ότι τα μόρια β-υδροξυβουτυρικού αυξάνουν το  ΑΤΡ κατά 27%  σε σύγκριση με τη γλυκόζη προκαλωντας  αύξηση της παραγωγής νευροδιαβιβαστών{Ν -μεθυλ-D- ασπαρτικού (NMDA)

Συζήτηση

Τα δεδομένα μας παρέχουν στοιχεία ότι, ξεκινώντας από την ηλικία των 47 ετών περίπου, η σταθερότητα των δικτύων του εγκεφάλου αρχίζει να υποβαθμίζεται με την ηλικία, με τις πιο δραματικές αλλαγές να συμβαίνουν περίπου στην ηλικία των 60 ετών. Τα αποτελέσματά  έδειξαν ότι ακόμη και σε νεότερους (<50 ετών) ενήλικες, η διατροφική κέτωση αύξησε τη συνολική εγκεφαλική δραστηριότητα και σταθεροποίησε τα λειτουργικά δίκτυα.Η γλυκόζη λαμβάνεται από τα κύτταρα μέσω των μεταφορέων GLUT όπως απαιτείται  αλλα σε κατάσταση στην οποία οι εξωγενείς κετόνες χορηγούνται ταυτόχρονα  ο εγκεφαλικός μεταβολικός ρυθμός γλυκόζης ρυθμίζεται προς τα κάτω .

Ωστόσο, τα σώματα κετόνης  σταθεροποιούν τα δίκτυα μειώνοντας τα επίπεδα γλυκόζης μόνο εάν τα επίπεδα γλυκόζης είναι  ασυνήθιστα αυξημένα, είτε λόγω της αντίστασης στην ινσουλίνη είτε ως απόκριση σε  φυσιολογικη  διαταραχή του  βλωμού .Τα σώματα κετόνης έχουν αποδειχθεί ότι αυξάνουν τη ροή του αίματος στην καρδιά και στον εγκέφαλο .Το γλυκογόνο {φυλάσσεται στο συκώτι και στο σκελετικό μυ}, συνήθως διατηρεί γλυκόλυση για νηστείες έως και ∼30 ώρες. Ωστόσο, ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί κυρίως γλυκογόνο που είναι αποθηκευμένο στη  glia, το οποίο  εξαντλείται σε ∼5 έως 10 ώρες.

Συνολικά, τα αποτελέσματα της νευροαπεικόνισής { λειτουργική MRI} υποστηρίζουν  ότι τουλάχιστον  τα ευεργετικά νευρικά αποτελέσματα που αναφέρθηκαν με υποθερμικές καταστάσεις{διαλείπουσα νηστεία, σοβαρός περιορισμός  θερμίδων και άσκηση}μπορεί να προκύψουν από τη μετάβαση ως καύσιμο του εγκεφάλου στα σώματα κετόνης .Ομως  τα χρόνια αυξημένα επίπεδα ινσουλίνης που σχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη  αναστέλλουν  την φυσιολογική  κινητοποίηση της  γλυκαγόνης και επομένως την κετογένεση. Η αντίσταση στην ινσουλίνη προκαλεί έμμεση διευκόλυνση της αγγειακής άνοιας, καθώς η υπεργλυκαιμία αυξάνει τη φλεγμονή , μπλοκάρει το νιτρικό οξείδιο και  μειώνει την ελαστικότητα  του εγκεφαλικού  αγγείου ενώ ταυτόχρονα αυξάνει το ιξώδες του αίματος .

Όσον αφορά τη νόσο του Αλτσχάιμερ, πρόσφατα αποτελέσματα  έχουν αναγνωρίσει ένζυμο που αποικοδομεί την ινσουλίνη ότι παίζει κρίσιμο ρόλο στην απομάκρυνση τόσο της περίσσειας ινσουλίνης όσο και της αμυλοειδούς β-πρωτεΐνης από τον εγκέφαλο. Δεδομένου ότι η ινσουλίνη και η πρωτεΐνη ΑΝΤΑΓΩΝΙΖΟΝΤΑΙ  μεταξύ τους για το ίδιο ένζυμο, μία συνέπεια των παρατεταμένων ΥΨΗΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ινσουλίνης που σχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη είναι η ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ  του ενζύμου και συνεπώς η ΣΥΣΣΩΡΕΥΜΕΝΗ  εναπόθεση της β-αμυλοειδούς πλάκας.

Επιπλέον, οι κετόνες έχουν αποδειχθεί ότι ΜΕΙΩΝΟΥΝ  τη φλεγμονή και την παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου, καθώς και τη ρύθμιση των μιτοχονδρίων στον εγκέφαλο. Ενώ όλα αυτά μπορεί να έχουν σημαντικές αθροιστικές και συνεργιστικές επιδράσεις κατά τους μήνες ή τα χρόνια που προηγούνται της γνωστικής βλάβης, είναι εντυπωσιακό πόσο γρήγορα ο εγκέφαλος ανταποκρίθηκε σε μία μόνο εβδομάδα διατροφικής αλλαγής ή 30 λεπτά μετά από μία δόση D-βΗβ.

Αυτή η ταχεία απόκριση απέκλεισε αποτελεσματικά τους έμμεσους φλεγμονώδεις, αντιοξειδωτικούς, ταυ / αμυλοειδείς και / ή προσαρμοστικούς μιτοχονδριακούς μηχανισμούς δράσης, επιτρέποντάς μας να απομονώσουμε έναν πιο απλό ρόλο της διατροφής στον μεταβολισμό.

 

ΠΗΓΗ: https://www.pnas.org/content/117/11/6170 (Μάρτιος 2020)