Инсулинова резистентност и отслабване - Тема 38

Много от настоящите препоръки са в подкрепа на ниско-въглехидратния „топящ мазнините подход“. Той е „подкрепен“ от всякакъв вид небивалици като „въглехидратите не са от съществено значение за нашия хранителен режим“, „въглехидратите водят до дисрегулация на кръвната захар“, „изгарянето на мазнини води до загуба на мазнините по тялото“ и „нашите предшественици не са се хранели с въглехидрати“.

Налице са много различия между ефектите от консумацията на въглехидрати и мазнини, които могат да се изследват, включващи техните взаимовръзки с различни хормони, ефекта им върху кръвната захар, разпространението им в тялото, както и други като вариациите между различните видове въглехидрати и мазнини. Отговорите на въпросите, които противопоставянето на двата вида хранителни вещества поставя могат да бъдат достатъчно ясни, ако погледнем от биоенергетичната страна.

Ние никога не горим само въглехидрати или само мазнини, винаги са свързани в някаква комбинация, но кое от тях е доминиращо вещество в добива на енергия е от голямо значение.
Окисление на въглехидрати срещу окисление на мазнини

Когато говорим за окисление на въглехидратите и мазнините в процеса на митохондриалното клетъчно дишане, основна част от процесите са същите –  след като една от тези две субстанции се преобразува в ацетил – СоА (ACoA), останалото е идентично.

Но съществуват няколко основни различия между окислението на въглехидратите и мазнините, които се случват преди те да се превърнат в ACoA. Тези различия може да изглеждат малки, но са отговорни за значително по-високата ефикасност на окислението на глюкозата, отколкото тази на мазнините.

Окислението на въглехидратите започва с гликолиза, където глюкозата се преобразува в пирогроздена киселина и после или в лактат, или в ACoA. За всяка молекула ACoA, която  се образува чрез този процес, се произвеждат 1 нетна молекула АТФ(аденозин-трифосфат), 2 молекули НАДФ (никотин-амид-денуклеотид-фосфат) и 1 молекула въглероден диоксид.

От друга страна окислението на мазнините, започва с бета-окисление, където мастната киселина се преобразува в ACoA. За всяка образувана молекула ACoA чрез този процес, се произвеждат средно 1 молекула НАДФ и 1 молекула ФАД2(флавин-аденин-динуклеотид).

Съществуват две ключови различия, които имат значителен ефект върху митохондриалното клетъчно дишане:

    Допълнителното производство на СО2 при окислението на глюкозата, и
    Преместването на 1 молекула НАДФ с 1 молекула ФАД2 при окислението на мазнините.

Въглеродният диоксид – просто отпадъчен продукт?

СО2 често се смята за отпадъчен продукт на клетъчното дишане, но това не е вярно. Всъщност, СО2 е съставка със защитна функция.

Окислението на въглехидратите произвежда 50% повече СО2 от окислението на мазнините, което е едно главно различие, което има драстичен ефект върху ефективността на клетъчното дишане по две причини.

Първата от тях е, че въглеродният диоксид е жизнено-важен за правилната оксигенация на клетките. Те изискват кислород за ефективно производство на енергия, а кислородът участва като краен рецепторен електрон в транспортната верига. За да се достави от белите дробове до клетките на тялото, кислородът се пренася от кръвта от еритроцитите чрез протеин, наречен хемоглобин, който има възможностите да се свързва с О2 и с СО2.

В среда с ниски концентрации на СО2, хемоглобинът освобождава СО2 и се свързва с О2 – процес наречен ефект на Холдейн. Това позволява на еритроцитите да се освободят от въглеродния диоксид и да прихваща молекули кислород в белите дробове. В среди с високи концентрации на СО2, хемоглобинът освобождава О2 и се свързва с СО2, процес известен като ефект на Бор. Това позволява на червените кръвни телца да разтоварват кислород в тъканите, кадето той е необходим за производството на енергия.

И така, когато клетките произвеждат повече въглероден диоксид, както при окислението на глюкозата, тъканите получават повече кислород. Когато клетките не произвеждат достатъчно СО2 и по този начин предотвратяват достатъчното захранване с кислород, глюкозата се преобразува в лактат,  за разлика от ACoA. Тогава функцията на електрон-транспортната верига се нарушава, като драстично инхибира енергийното производство и повишава производството на реактивни разновидности на кислорода.

(бележка: СО2 също е мощен вазодилататор /разширяващ съдовете/, което още повече допринася за доставките на кислород към тъканите.)

Второ, СО2 работи като мощен протектов срещу реактивните разновидности на кислорода, реактивните разновидности на азота, като и липидната пероксидация.

Всички тези съставки вредят на нашите клетки и потискат производството на енергия, което прави защитата срещу тях изключително важна.

Вземайки предвид всички тези фактори, повишената продукция на въглероден диоксид като резултат от окислението на глюкозата се оказва значително по-ефективна за митохондриалното клетъчно дишане, отколкото при окислението на мазнините.
НАДФ срещу ФАД

НАДФ и ФАД са носители на електрони в електронната транспортна верига, което позволява произвеждането на АТФ. НАДФ донася електрони до комплекс I от веригата, докато ФАД дава електрони при комплекс II. Двата комплекса се конкурират за един и същи електронен акцептор – убихинон (Коензим Q).

Окислението на глюкозата произвежда около 25% повече НАДФ и на половина по-малко ФАД2, отколкото при окислението на мазнините. Заедно, това довежда до нива на ФАД2 и НАДФ около 2,5 пъти по-ниски от тези при окислението на мазнините (10, 11) . Тези разлики имат огромен ефект върху целия процес на клетъчното дишане. Поради факта, че ФАД доставя електрони при комплекс II, той редуцира количеството на достъпния за електрони убихенон при комплекс I, което довежда до надстрояването на електрони при комплекс I. В резултат на това се появяват два основни проблема.

Първо, се повишава електронното изтичане при комплекс I, което повишава производството на разновидностите на реактивен кислород, специално на супероксид.

Разновидностите на реактивния кислород причиняват оксидативен стрес в клетката, увреждат я и потискат производството на енергия.

Второ, натрупването на електрони при комплекс I редуцира отдаването им от НАДФ, което довежда до надграждането на НАДФ и понижаването на съотношението на НАД+ до НАДФ.

Съотношението на НАД+ към НАДФ е основен контролиращ фактор на клетъчното дишане и има пряко отношение към процесите на стареенето, рака, диабета, невродегенеративните процеси и др.

Ниско съотношение на НАД/НАДФ потиска изоцетрат дехидрогеназата, ограничаващ фактор на цикъла на Кребс (или цикъл на лимонената киселина). Това намалява активността на този процес и довежда до натрупването на цитрат, който потиска фосфо-фрукто-киназата. Тя от своя страна е ограничаващ фактор при гликолизата и довежда до натрупването на ACoA.

Ниско съотношение на НАД/НАДФ също потиска пируват-дехидрогеназата, която е отговорна за свързването на гликолизата в цикъла на Кребс. Натрупването на  ACoA след това инхибира пируват-дехидрогеназата към лактат, а не към ACoA.

Потискането на окислението на глюкозата от окислението на мазнини чрез тези механизми е познато като цикъл на Рандъл и той е отговорен а инсулиновата резистентност, предизвикана от приема на мазни храни и диети. Това разбира се е отговор на адаптация към използването на мазнините като основен източник на енергия.

В това състояние, гликолизата е потисната до по-ниски нива на пируват-дехидрогеназата. Така се произвежда по-голямо количество лактат, който сам по себе си е проблемен. Ниското съотношение на НАД/НАДФ редуцира дейността на цикъла на Кребс чрез потискането на изоцитрат дехидрогеназа, което забавя производството на енергия.

Като цяло, окислението на мазнините драстично редуцира ефективността на производството на енергия и в същото време повишава нивата на реактивния кислород, което има разрушителен и дестабилизиращ ефект.
Какво означава това за нашето здраве?

Мазнините са нашият запас от гориво, складиран за времето, когато не са налични въглехидрати, като недостиг на храна или гладуване. Това се доказва от факта, че присъствието на въглехидрати, или техния недостиг е това което определя относителния обем на окислението на мазнини. Така че, когато разчитаме на мазнините за източник на енергия, не е изненадващо, че съществуват механизми, които забавят енергийното производство – защото това ни позволява да оцелеем по-дълго време в такъв вид стресови ситуации.

Много от нашите тъкани могат да съществуват с енергия, набавена от мазнини. Въпреки това, ясно е, че за мозъка – нашия най-енергоемък орган, мазнините просто не могат да доставят достатъчно енергия, за да се обезпечи неговата правилна функция. Ето защо захарите и кетоните се явяват това необходимо гориво.

Добре ли е това за здравето? Енергията лежи в основата на нашето здраве и позволява на телата ни да функционират правилно. Дефицитът на енергия е на практика в основната причина за появата на всички хронични заболявания, както и за покачването на теглото.

Заслужава си да се подчертае, че окислението на мазнини не е най-често срещаната причина за енергиен дефицит.

Енергийният дефицит е най-често резултат от разнообразни фактори, които пречат на окислението на глюкозата, като поли-ненаситените мастни киселини (PUFA) или ендотоксини, дори и в случаи на адекватна глюкозна наличност. В това отношение, окислението на мастни киселини също частично е потиснато в резултат на наличието на високи количества на глюкоза и инсулин.

В резултат се потиска окислението на глюкоза и мазнини, което води до тежък дефицит на енергия и екстремен стрес.

Ето защо здравето се подобрява, когато започнем с ниско-въглехидратна или кетогенна диета, поне в началото. Чрез понижаване на наличната глюкоза, се супресира инсулинът, като в същото време окислението на мастните киселини и производството на кетон се повишават, за да може да се повиши продукцията на енергия, необходима за подобряването на функциите.

Това може да е много по-добра ситуация, отколкото ако е потиснато окислението и на глюкозата, и на мазнините, но в никакъв случай не е идеална. Като се има предвид, че окислението на въглехидратите предоставя повече енергия и по по-ефективен начин, и че енергията е задвижващата сила на нашето здраве, идеалната ситуация е да се осигури колкото се може повече източници на енергия от въглехидрати.

Разбира се, това не означава, че трябва изцяло да отбягваме мазнините. Мазнините имат голямо значение за тялото, което се простира отвъд това да бъдат източник на енергия. Те са структурен компонент на клетките и имат антимикробен ефект. Можем да произвеждаме мазнини ендогенно за изпълнението на тези предназначения, без да се налага да се консумират отвън. Това не означава обаче, че трябва да се елиминират от храната, докато въглехидратите са нашия основен източник на гориво.