第一章 什麼是酮症？為何要處在這種狀態中？

What Is Ketosis and Why Do You Want It?

中譯本將第一章分成了兩小節

  • Section 1 : 身體正在燃燒脂肪
  • Section 2 : 酮症和酮酸中毒大不同

近代生酮飲食的歷史起源

1920年代，用於控制兒童頑固性癲癇的發作，且效果卓越，當時的飲食比例為4：1，脂肪為4，蛋白質與碳水化合物總和為1。

癲癇是屬一種神經系統疾病 ，因腦部不正常的放電而產生是痙攣、抽搐、驚厥、昏厥等。

關於酮 What Keto is

搞懂酮的相關名詞

  • 酮體(ketone bodies)：是人體在飢餓、禁食或某些病理狀態（如糖尿病）之下肝臟分解脂肪時，所產生的化合物。
  • 酮症(ketosis, 發音：KEY-TOE-SIS)：指人體因肝臟分解脂肪，產生酮體，讓原本以血糖為主要能量來源的身體，改用酮體作為能量的來源的一種代謝狀態。
  • 生酮(ketogenic)：酮體的生成
  • 生酮飲食(ketogenic diet)：廣義指讓身體能夠生成酮體的飲食方式與原則。狹義則指遵循少量碳水化合物 (10% 以下)適量蛋白質 (20％ 以下)及大量脂肪 (70％ 以上)的飲食原則，且讓身體以酮體為主要能量來源的飲食方法。

酮體如何形成

酮體是身體血液中，葡萄糖水平低下或細胞中的碳水化合物儲備（例如：肝醣）耗竭的情況下，肝臟分解脂肪所產生的的化合物，包括：

  • 丙酮 (acetone)：呼吸中主要的的酮體
  • 乙酰乙酸 (acetoacetate, AcAc)：尿液中主要的酮體
  • β- 羥基丁酸 (β-hydroxybutyrate, BHB, 羥，音ㄑㄧㄤˇ)：血液中主要的的酮體

脂肪酸分解酮體示意圖

*史瓦特卡需求 Schwatka Imperative：燃燒葡萄糖轉化為燃燒脂肪的這個過程稱為史瓦特卡需求

關於酮症

酮症的定義(Define what Ketosis is)

酮症是依據下列比例攝取時出現的新陳代謝狀態

  • 少量碳水化合物 (10% 以下)
  • 適量蛋白質 (20％ 以下)
  • 大量脂肪 (70％ 以上)

此時讓原本以血糖為主要能量來源的身體，改用酮體作為能量的來源。故處於酮症狀態的意思，就是你的身體正在燃燒脂肪。

酮症可分為下列兩個類別：

  • 病理性酮症：體內血酮值異常偏高，如血糖值與血酮值同時都很高，會導致酮酸中毒，此現象常見於糖尿病患者。發生原因請參閱文末補充。
  • 營養性酮症：體內血酮值處於0.5 ~ 3 mmol/L 之間，低血糖值處於80以下。

血酮值各區間的代表意義

酮症對於人體是正常的生理狀態嗎？

下列是支持人體可以使用酮體來當成主要能量來源的幾項證據與推論

  1. 全母乳哺餵的新生兒會在出生後12小時內達到酮症狀態，酮體供應了25％所需能量。
  2. 舊石器時代人類，未攝取動物性食物前，以葡萄糖為主要能量來源。但在食物短缺時，或是以動物性食物為主要熱量來源時，便以酮體為主要來源，也就是進入酮症狀態。所以處在酮症狀態中，是完全正常的新陳代謝狀態。
  3. 酮體與葡萄糖的分子式相近，組成元素、大小也略同。所以身體都能利用這兩種物質作為能量來源。

處於酮症的益處

以酮體代替葡萄糖為能量來源，能有效的控制胰島素水平。隨著時間過去，你的身體使用酮體會運作的越來越有效率。當這種情況發生，你就是進入了所謂的「生酮適應（酮症）」狀態。

處在酮症下有益健康的因素：

  • 增強免疫系統、減少自由基的產生而延緩老化速度
  • 使認知功能達到最佳狀態，並且增強記憶力
  • 降低焦慮與心情的起伏，能抑制饑餓與食慾
  • 穩定血糖，恢復胰島素的敏感度
  • 降低發炎程度，降低血壓

酮的污名化？

關於酮酸中毒

大多數人，包含許多專業醫師在內，常將糖尿症的酮酸中毒與營養性酮症或是酮適應搞混。以致於聽到酮體，便立刻聯想到會致人於死的酮酸中毒。

酮酸中毒指酮體的濃度不受控的增加。此情形在下面兩種人比較容易發生：

  • 第一型糖尿病患者：因天生不會製造胰島素，所以沒有機制調節過多酮體的產生。
  • 非常晚期的第二型糖尿病患者：因完全的胰島素阻抗，身體對胰島素完全沒反應，所以抑制酮體生成的機能完全失效。

什麼條件與情況才會發生酮酸中毒？

當血糖與血酮的含量都同時異常的高，才會產生酮酸中毒的症狀。當人體通過脂肪酸代謝，產生大量的酮體（酮症）。而人體產生的胰島素不足夠以減緩酮體產生時就會發生酮酸中毒。過量的酮體會酸化血液。由於缺乏胰島素而使高濃度葡萄糖存在於血中時（高血糖）會導致更高的酸性。健康人體通常不會發生，因為為了回應升高的酮類/血糖濃度，胰臟會產生胰島素來平衡。從飲食上所能達到的酮體濃度最高也就是 5.0 mM 左右。而要達到酮酸中毒，身體的酮體濃度最少要達到 15mM 以上。

酮酸中毒是酮症的一種，但不是所有的酮症都是酮酸中毒。

本章小結

閱讀完本章節後，我們得到標題問題的答案

什麼是酮症？

酮症是據取極少量碳水化合物、適量蛋白質及大量脂肪時出現的新陳代謝狀態。這時會讓原本以血糖為主要能量的來源的身體，改用酮體作為能量的來源。

為何要處在這種狀態中？

以酮體代替葡萄糖為能量來源，能有效的控制胰島素水平，當人體處於酮症之中，對於健康也有相當多的益處。從人類演化，到近代科學客觀的證據均指出，酮症對於人體不僅是一種符合自然且健康的生理狀態，且從中可獲得的益處，也是現今許多飲食方式所無法輕易達成的。

補充資料

代謝(新陳代謝)：

生物體以活細胞為單位，不斷進行物質/能量間 的交換/轉變的一種自我更新。

神經細胞新生：

以前科學界認為腦神經細胞只會慢慢凋零死亡，一旦死亡就不會有新的腦神經細胞遞補。現在發現腦神經細胞是可以新生的，只要啟動第11對染色體上的一段DNA，就可以產生一種蛋白質，叫做“腦源神經滋養因子BDNF(brain-derived neurotrophic factor)”。這個BDNF是腦神經細胞新生的關鍵物質，不只可以讓腦神經細胞新生，還能保護既存的舊的神經腦細胞，增加神 經突觸的形成，提高舊細胞的存活能力。

最重要的是，科學家發現下列項目可以啟動生產BDNF的那一段DNA：

  1. 運動(Exercise)
  2. 限制卡路里(Caloric restriction )
  3. 生酮飲食(Ketogenic diet，限制醣類的飲食)
  4. DHA(omega-3脂肪酸)
  5. 薑黃素(Curcumin)

資料來源：《Grain Brain》

ATP-能量之源：

一切肌肉活動（包括跑步），都需要能量來維持，但食物只是肌肉活動所需能量的間接來源。在人體內經過一系列的化學反應後，食物被分解時所釋放的能量，就會被用來製造一種名為三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，簡稱ATP)的高能量化合物，並儲存於肌肉細胞之中，當ATP被分解的時候，就能夠提供能量作肌肉活動之用了。

葡萄糖及脂肪產能作用：

葡萄糖經醣解作用(需九個步驟為有氧呼吸第一階段)合成丙酮酸，丙酮酸進入粒線體脫氫化產生乙醯輔酶A。 (草醯乙酸是丙酮酸羧化的產物，參與三羧酸循環、糖質新生、尿素循環、乙醛酸循環、胺基酸合成、脂肪酸合成等作用)

三酸甘油脂經脂肪酶、膽汁、水的作用下分解為脂肪酸及甘油； 脂肪酸會進入肝細胞或以膽固醇的形式(脂肪酸+蛋白質)進入血管運送至肌肉組織修補細胞壁，以及進行β-氧化產生乙醯輔酶A。 (若是在β-氧化中生成的乙醯輔酶A量超過了三羧酸循環的處理能力或是因為三羧酸循環中間產物如草醯乙酸的量少而使得循環的效率低下，此時乙醯輔酶A就會被用於生成酮體) 脂肪酸在肝臟細胞內進行β-氧化生產乙醯輔酶A，透過生酮作用使用2個乙醯輔酶A硫解酶轉化乙醯乙醯酶A，合酶及裂解酶合成乙醯乙酸；乙醯乙酸經脫羧反應產生丙酮由呼吸排出；乙醯乙酸經脫氫反應產生β-羥丁酸，透過血管運送至大腦進入粒腺體還原乙醯輔酶A。 (以上過程中，乙醯乙酸、丙酮和β-羥丁酸合稱為酮體，他們被運出肝臟；β-羥丁酸還原反應: β-羥丁酸透過脫氫酶還原乙醯乙酸，再透過β-酮酸輔酶A轉移酶還原乙醯乙酸，透過硫解酶還原2個乙醯輔酶A)

甘油可重新與脂肪酸合成三酸甘油脂；甘油攝取大部分來自於澱粉。 甘油在沒被重新合成三酸甘油脂的情況下，會由甘油激酶作用下轉為磷酸甘油再經脫氫酶作用轉為磷酸二羥丙酮；磷酸二羥丙酮透過磷酸丙醣異構酶作用進入醣解作用，合成乙醯輔酶A。

三羧酸循環 (tricarboxylic acid cycle)：

亦稱作檸檬酸循環 (citric cycle)或克氏循環 (The Krebs cycle)，是生物體中丙酮酸氧化以及糖類、蛋白質或脂肪酸轉化成能量的重要途徑，反應在細胞的粒線體中進行；此循環有兩個重要目的：

  1. 將乙醯輔酶A（Acetyl CoA）的兩個碳分解成二氧化碳，產生能量、形成ATP或GTP，以及還原的NADH與FADH2，提供生物體內的反應所需之能量。
  2. 提供合成胺基酸、紫質及核苷酸的嘌呤或嘧啶鹼基的前驅物。

是有氧呼吸的第二階段，三羧酸循環可以代謝糖類、脂質，以及大部分胺基酸，因爲這三類物質都能轉換爲乙醯輔酶A或三羧酸循環的中間體，從而進入三羧酸循環之中。另外，三羧酸循環的許多中間體可供生物體利用。當中間產物不足時，可通過添補反應對中間產物進行補充。當乙醯輔酶A進入三羧酸循環，並製造身體所需能量三磷酸腺苷(ATP)。

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