신경 장애에서 케톤 생성 식단의 치료 역할 1부

추상적인:

케톤 생성 식단(KD)은 고지방, 저탄수화물, 적절한 단백질 식단으로 최근 신경 질환(ND)과 관련하여 인기를 얻고 있습니다.

현대인의 생활 방식이 변화하면서 고지방식이가 점점 더 많은 사람들의 일상 선택이 되었습니다. 많은 사람들이 고지방 다이어트가 기억력을 해칠 것이라고 걱정하지만, 사실 고지방 다이어트와 기억력의 관계는 흑백이 아닙니다.

첫째, 지방이 우리 몸과 뇌에 특정한 영향을 미친다는 점을 분명히 해야 합니다. 지방은 에너지를 제공하고 신체 성장을 촉진하며 세포막의 무결성을 유지합니다. 게다가 지방은 뇌 건강에도 중요합니다. 뇌의 대부분은 지방으로 구성되어 있어 뉴런이 손상되지 않도록 보호하고 좋은 신경 전달을 유지하는 데 도움이 됩니다.

그러나 고지방식은 신체에 큰 타격을 주고 기억력을 손상시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 고지방식이는 인슐린 저항성을 유발할 수 있으며, 이는 신체의 혈당 처리에 영향을 주어 뇌 기능에 영향을 미칩니다. 또한 고지방식은 혈류와 산소 공급에도 영향을 미치고 뇌 활동을 감소시켜 집중력과 기억력에도 영향을 줄 수 있습니다.

그러나 이것이 지방을 완전히 피해야 한다는 의미는 아닙니다. 지방은 우리가 매일 먹는 식단에 꼭 필요한 영양소로, 지방을 적절하게 섭취하면 신체와 뇌의 건강을 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러므로 우리는 "적정량 우선"의 원칙을 준수하고, 적당량의 지방을 섭취하고, 과도한 섭취, 특히 건강에 해로운 고지방 식품을 피해야 합니다.

또한 일부 연구에서는 일부 지방산이 기억력에 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 오메가{0}} 지방산은 뉴런의 형성과 유지를 촉진하여 뇌의 인지 및 학습 능력을 향상시킬 수 있습니다. 연어, 대구, 아마씨 등과 같이 오메가-3 지방산이 풍부한 식품이 있으며, 이러한 식품의 섭취량을 적절하게 늘려 효능을 얻을 수 있습니다.

전반적으로 고지방 식단과 기억력 사이의 관계는 복잡하므로 모든 고지방 음식을 해롭다고 단순하게 여겨서는 안 됩니다. 적당한 식사, 지방의 종류와 양을 신중하게 선택하고 유익한 음식을 추가하면 기억력을 건강하게 유지하는 데 도움이 됩니다. 기억력 향상이 필요함을 알 수 있는데, 시스탄체 데저티콜라는 기억력 향상이라는 독특한 효능이 많은 중국 전통 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. Cistanche Deserticola의 효능은 탄닌산, 다당류, 플라보노이드 배당체 등 포함된 다양한 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 다양한 경로를 통해 뇌 건강을 촉진할 수 있습니다.

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이들 질병의 발병기전이 복잡하다는 것은 효과적인 치료 형태가 여전히 부족하다는 것을 의미합니다. 기존 치료법은 종종 내성 및/또는 약물 내성 증가와 관련이 있습니다.

결과적으로, 이용 가능한 치료법의 효과를 높이고 환자의 삶의 질을 향상시키기 위해 보다 효과적인 치료 전략이 모색되고 있습니다. 현재로서는 KD가 촉진 및 항산화 과정과 촉진 및 억제 신경전달물질 사이의 균형을 효과적으로 조절하고 염증을 조절하거나 장내 미생물군집의 구성을 변경함으로써 신경학적 문제가 있는 환자에게 치료상의 이점을 제공할 수 있는 것으로 보입니다.

본 리뷰에서는 간질, 우울증, 편두통, 알츠하이머병, 파킨슨병에 대한 KD의 잠재적인 치료 효능을 평가했습니다. 우리 의견으로는 KD는 일부 신경 질환에 대한 보조 치료 옵션으로 간주되어야 합니다.

키워드: 케톤생성 다이어트; 신경 장애; 간질; 우울증; 편두통; 알츠하이머병; 파킨슨병.

1. 케톤생성 다이어트

케톤 생성 식단(KD)은 고지방, 적절한 단백질, 저탄수화물 식단입니다[1]. 이러한 다량 영양소 비율의 변화는 포도당을 절약하고 케톤 생성을 강화합니다[2]. 이러한 대사 상태는 "영양 케톤증"으로 알려져 있습니다.

점점 더 많은 연구에 따르면 케톤 생성 식단은 뇌 기능과 말초 기관에 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 광범위한 신경학적 질환에 치료상의 이점을 제공할 수 있습니다[3,4]. 케톤 생성 식단의 분자적 작용 메커니즘은 불분명하지만, 점점 더 많은 연구에서 KD가 중추신경계(CNS) 질환 치료의 보조 요법에서 중요한 요소가 될 수 있음을 시사하고 있습니다.

최근에는 KD가 염증을 조절하고[5-10], 프로-항산화 과정 사이의 균형을 조절하고[11-14], 장내 미생물군집의 구성을 변경함으로써 질병의 경과에 영향을 미칠 수 있다는 것이 밝혀졌습니다[15] .

1.1. 케톤 생성 다이어트의 역사

케톤 생성 다이어트는 단식에서 유래되었으며 고대부터 간질 치료에 사용되어 왔습니다. 1921년 Woodyatt는 기아와 고지방 식단 모두 케톤증 상태로 이어진다는 사실을 발견했습니다.

같은 해 Russell Wilder는 KD를 Mayo Clinic에서 간질 치료제로 시행했습니다[16]. 당시에는 간질을 앓고 있는 모든 어린이의 절반 이상이 상태가 호전된 것으로 여겨졌습니다. 이 식단은 최초의 간질 약물인 디페닐히단토인(1938) [16]이 발견될 때까지 이 환자 그룹에서 널리 사용되었습니다.

지난 세기 말에 과학자들은 신경 장애에서의 잠재적인 역할 때문에 KD에 대한 관심을 다시 시작했습니다. Vininget al. [17]은 지금까지 두 가지 항경련제 치료에 반응이 없는 어린이(1~8세)의 발작을 줄이는 데 있어 KD의 효능을 연구했습니다.

식이 요법을 따른 지 1년 후, 환자의 40%는 발작이 50% 이상 감소했으며 환자의 10%는 발작이 전혀 없는 것으로 나타났습니다.

Freeman 등이 실시한 연구. [18] 1~16세의 약물 저항성 간질 환자 150명을 대상으로 KD의 신경 보호 효과를 확인했습니다. 연구자들은 식이요법 후 1년 후에 환자의 27%가 발작이 90% 이상 감소한 것을 관찰했습니다. 10년 후 Neal et al. [19]는 간질 발작 조절에서 KD의 중요한 역할을 확인하는 무작위 대조 시험을 수행했습니다.

다이어트 3개월 후 2~16세 환자의 38%에서 발작이 50% 이상 감소한 것으로 나타났습니다. 더욱이 최근 연구에서는 KD가 알츠하이머병을 포함한 다른 신경 질환의 경과에 유리한 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. ) 및 파킨슨병(PD) [20-22].

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1.2. 케톤 생성 다이어트의 유형 및 특성

요즘에는 다량 영양소의 비율이 다양한 다양한 유형의 케톤 생성 다이어트가 있어 환자의 특정 요구에 맞게 다이어트를 조정할 수 있습니다. 그림 1은 케톤 생성 식단의 선택된 변형과 그 다량 영양소 비율을 비교한 것입니다.

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1.2.1. 클래식 케톤 생성 다이어트(CKD)

고전적인 케톤 생성 식단은 다량 영양소 비율이 4:1인 높은 식이 지방 함량, 적당한 단백질 섭취, 낮은 탄수화물 섭취가 특징입니다[23]. 케톤 생성 다이어트는 탄수화물 섭취를 일일 총 칼로리 섭취량의 10%로 제한합니다. 일일 에너지 요구량이 2000kcal인 사람은 최대 50g의 탄수화물을 섭취할 수 있습니다.

그러나 다이어트 초기에는 탄수화물을 하루 20g 정도로 제한해야 한다. 이러한 낮은 탄수화물 공급은 신체가 지방산을 주요 에너지원으로 사용하도록 신진대사를 조정하고 방향을 바꾸도록 보장합니다.

1.2.2. 고전적인 케톤 생성 식단의 변형

고단백 케톤 생성 식단(MAD)

고단백 케톤 생성 다이어트는 수정된 앳킨스 다이어트(MAD)로도 알려져 있습니다[24]. 유도 단계는 무기한 지속되며 이 단계 동안 탄수화물 섭취량은 하루 20g을 넘지 않습니다. MAD는 지방과 탄수화물, 단백질의 비율이 1~2:1이라고 가정합니다[24,25]. 이 다이어트는 단백질이나 칼로리 섭취량을 제한하지 않으므로 유지 및 관리가 더 쉽습니다 [25].

중쇄 트리글리세리드 다이어트(MCTD)

MTCD는 중쇄 트리글리세리드(MTC)가 우세한 KD의 한 유형입니다[26]. MTCD는 트리글리세리드를 혈류로 더 빠르게 흡수합니다. 더 빨리 대사되는 단쇄 지방산을 장쇄 지방산으로 대체하면 킬로칼로리당 더 많은 케톤체를 얻게 됩니다.

이 과정의 효율성이 높을수록 지방 요구량이 낮아져 더 많은 양의 탄수화물과 단백질을 섭취할 수 있게 됩니다[27]. 이는 전통적인 KD보다 덜 엄격하기 때문에 식이요법의 장기적인 유지를 결정하는 근본적인 차이점입니다[28,29]. 또한 이러한 유형의 식단은 미토콘드리아 기능을 향상시킵니다[30].

중쇄 트리글리세리드 다이어트(MCTD)

초저칼로리 케톤 생성 식단(VLCKD)

이 식단에서 탄수화물 섭취량은 하루 20~50g 사이이거나 하루 2000kcal의 경우 10% 미만일 수 있습니다[31]. 개인차로 인해 모든 환자가 이러한 다량 영양소 비율로 케톤증을 달성할 수 있는 것은 아닙니다. 이 변형은 단백질 함량이 더 높은 유도 토큰 생성 식단으로 사용될 수 있습니다.

저혈당지수 치료(LGIT)

저혈당지수 치료(LGIT)는 케톤 생성 식단의 대안입니다. 혈당지수(GI)가 높은 식품을 GI가 낮은 식품으로 대체하는 것이 기본인 고지방 식단입니다.

GI는 동일한 양의 기준 탄수화물과 비교하여 혈당 수치를 높이는 음식의 양을 나타냅니다 [32]. 이 다이어트는 지속적인 케톤증으로 이어지지는 않지만 탄수화물 대사에 긍정적인 영향을 미칩니다. 환자가 유지하기가 더 쉽기 때문에 입원 기간 동안 젊은 환자들에게 인기가 있습니다[1].

순환 케톤 생성 다이어트(CKD)

이는 전형적인 케톤 생성 식단과 고탄수화물 식단(탄수화물 45~65% 포함)의 순환 기간으로 구성됩니다. 후자는 근육에 저장된 글리코겐을 보충하는 것을 목표로 합니다[33].

표적 케톤 생성 식단(TKD)

이러한 유형의 케톤 생성 식단을 사용하면 케톤증 상태에 영향을 주지 않으면서 성능을 유지하기 위해 강렬한 신체 활동 주변에서 더 많은 탄수화물을 섭취할 수 있습니다[33].

2. 케톤 식단과 관련된 뇌의 대사 변화

뇌는 체중의 약 2%만을 차지하지만 신체에서 가장 에너지 집약적인 기관입니다. 포도당뿐만 아니라 뇌의 총 에너지 요구량의 최대 60%를 충족할 수 있는 케톤도 뇌의 에너지원이 될 수 있는 것으로 알려져 있습니다[34].

점점 더 많은 연구에서 생화학적 경로 변화에 의한 케톤 생성 식단이 뇌 기능에 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며 광범위한 신경 질환에 치료 효과를 제공할 수 있음이 밝혀졌습니다. 지방이 풍부한 식단은 지방 분해 증가와 케톤 생성을 특징으로 하는 신체의 케토시스 상태를 유도하는 것을 목표로 합니다.

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그림 2에서 볼 수 있듯이 지방산은 간에서 집중적으로 산화되어 아세토아세테이트(ACA), D(-)3-하이드록시부티레이트(D-HB, -)와 같은 상당한 양의 케톤체(KB)가 형성됩니다. HB) 및 아세톤. 처음 두 개는 시트르산 회로(트리카르복실산 회로, TCA 회로)에 들어갈 수 있으며 뉴런이 ATP를 얻는 데 사용될 수 있습니다.

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Leinoet al. [36]은 혈액뇌장벽(BBB)을 통한 KB 수송을 담당하는 모노카르복실산염 수송체(MCT)의 수준이 주로 탄수화물 식단을 섭취한 대조군에 비해 KD 식단을 섭취한 동물에서 증가한다는 것을 입증했습니다. 케톤체의 이동 증가는 Bentourkia et al.에서도 확인되었습니다. 양전자 방출 단층 촬영(PET)과 11C 라벨 ACA를 사용합니다.

이 연구에서는 탄수화물이 풍부한 식단을 섭취한 대조군에 비해 KD 또는 기아로 인한 케토시스 상태에서 11C-ACA 뇌 흡수가 7~8배 증가한 것으로 나타났습니다. 그 후, 생산된 KB는 간외 조직에서 아세틸-CoA로 전환되고 에너지원으로 시트르산 회로에 참여합니다[38].

동물 실험에서 볼 수 있듯이 케톤체에서 에너지를 얻으면 신경계 기능과 관련된 많은 이점이 있습니다. 무엇보다도 이들의 변환은 뉴런이 신경 전달 물질을 생성하는 데 사용하는 총 에너지 풀을 증가시킵니다[39]. 흥미롭게도 -HB는 하이드록시카르복실산 수용체 2(HCA2, PUMA-G)의 활성화를 통해 지방분해를 억제하여 지혈 및 케톤 생성을 제어합니다[5]. , GPR109A).

이 수용체가 없는 쥐는 더 높은 강도의 지방 분해 및 케톤 생성을 나타내며, 이는 이 수용체가 -HB에 의한 지방 분해 억제에 필수적임을 나타냅니다[40]. 최신 연구에서는 KD가 NAD+/NADH의 비율을 변경하여 NAD+의 가용성을 높일 수 있음을 보여줍니다. 이는 염증 반응, DNA 손상 복구 및 일주기 리듬 조절과 관련된 세포 경로에 중요한 영향을 미칩니다[14,41].

이는 케톤 생성 식단이 앞서 언급한 과정과 관련된 질병의 증상을 완화할 수 있게 해줍니다.

2.1. 케톤 생성 식단이 포도당 대사에 미치는 영향]

식단에서 탄수화물 공급이 부족하면 뇌는 케톤 생성을 통해 에너지를 얻습니다. 여러 연구에 따르면 뇌 대사가 포도당 산화에서 케톤체 활용으로 전환하려면 적응이 필요합니다 [42-44].

유기체가 KB를 주요 에너지원으로 사용하는 데 적응하면 뇌의 적절한 기능에 필요한 에너지의 최대 60~70%를 감당할 수 있습니다[34,45]. Zhang et al.이 실시한 연구 및 메타 분석. [46]은 뇌 적응 속도가 케톤증의 지속 기간과 심각도에 따라 다르다는 것을 입증했습니다. The Zilberter et al. [2] 분석은 KB가 해당과정을 억제하기보다는 포도당을 절약함으로써 작용한다는 결론을 내렸습니다.

이러한 메커니즘으로 인해 포도당은 대체될 수 없는 다른 기능, 즉 알라닌[47] 및 글루타메이트[48]와 같은 다른 화합물의 생합성, 글리코겐 생성 및 항산화 보호[2]를 수행합니다. 포도당은 세 가지 경로를 통해 뇌에서 운반됩니다. 포도당 수송체의 동형(GLUT):(1) 내피 세포에서 발현되는 55 kDa GLUT 1, (2) 성상교세포에서 발현되는 45 kDa GLUT 1, (3) 뉴런에서 생성되는 GLUT 3 [49].

Leinoet al. [36]은 고탄수화물 식단을 섭취한 그룹에 비해 케톤증에 빠진 쥐의 내피 세포와 신경필에서 GLUT1 수준이 상승한다는 사실을 밝혔습니다. 뇌로의 향상된 포도당 수송은 인슐린 유사 성장 인자(IGF1)의 작용과도 연관될 수 있습니다.

에너지 제한이 포함된 케톤 생성 식단을 먹은 쥐는 (1) 뇌의 모든 부분에서 인슐린 유사 성장 인자 IGF1 수용체, (2) 퍼킨제 세포에서 IGF1 단백질 분해를 억제하는 IGF1 결합 단백질, (3) GLUT 1, GLUT의 발현이 증가한 것으로 나타났습니다. 3 mRNA[50].

마우스 뇌에 대한 IGF1의 효과에 대한 실험적 연구는 IGF1이 포도당 운반체 GLUT1을 성상교세포 세포막으로 전이시키는 데 있어 인슐린과 시너지 효과를 발휘하여 뇌로 포도당 수송을 향상시키는 데 기여한다는 것을 보여주었습니다[51].

동시에, 성상교세포 대사는 KD에 의해 강화됩니다[52]. 성상교세포는 해당작용과 글리코겐분해를 활성화하여 시냅스 틈에서 과도한 글루타메이트와 K+ 이온을 제거하는 것과 같은 세포의 필수 기능을 유지하는 데 에너지를 제공합니다[53].

2.2. 아미노산 대사 및 신경 전달 물질 합성에 대한 케톤 생성 식단의 영향;글루타메이트-글루타민 순환

글루타메이트는 흥분성 아미노산이므로 시냅스갭의 농도를 낮은 수준으로 유지해야 합니다. 이는 소포성 글루타메이트 운반체(VGLUT)를 통해 운반됩니다. 그들의 작용은 알로스테릭 조절자로 작용하는 Cl- 이온에 의존합니다.

이러한 이온이 없으면 글루타메이트 수송이 억제됩니다[54]. Juge et al. [55] 케톤체는 Cl- 이온 부위에 결합하여 해마 뉴런에서 글루타메이트 수송을 가역적으로 억제한다는 사실을 입증했습니다. ACA는 -HB, 피루브산과 같은 세포 대사의 다른 중간체보다 더 강한 효과를 나타냈습니다.

탄수화물 감소와 함께 지방 기반 식단을 장기간 섭취하면 아세틸-CoA의 생산이 증폭되고 옥살로아세트산과의 아세틸-CoA 반응 활성이 강화되어 TCA 회로의 흐름이 증가합니다.

글루타메이트를 얻기 위한 경로는 시트르산 회로에서 아세틸-CoA와의 반응에서 이 화합물의 활용이 증가한 결과 생리학적 상태에 비해 옥살로아세트산의 가용성이 감소하기 때문에 강화됩니다[52].

이는 글루타메이트 + 옥살로아세트산=아스파테이트 + - 케토글루타레이트[56] 반응에서 글루타메이트가 아스파르트산염으로 전환되는 것을 감소시킵니다(그림 3 참조). 케톤 마우스에 대한 연구에 따르면 혈액과 혈액 모두에서 류신 농도가 더 높은 것으로 나타났습니다. 반면, 글루타메이트와 글루타민 농도는 주로 탄수화물 식단을 섭취한 대조군과 비교하여 다르지 않았습니다[56].

이로 인해 성상교세포에서 뉴런으로의 글루타메이트 수송이 증가할 수 있으며, 이를 위해서는 주로 류신에서 생성되는 암모니아 분자[57]의 전달이 필요합니다[58]. 이러한 연구는 고농도의 ACA를 사용하는 시냅토솜에 대한 연구에서 확인된 바와 같이 억제성 신경 전달 물질인 감마-아미노부티르산(GABA)의 합성을 촉진할 수 있는 이용 가능한 글루타메이트 풀의 확대를 나타냅니다[59].

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