Спорт и метаболизъм. Метаболитни пътища, произвеждащи енергия. Кетоза и образуване на кетони

Мазнините изгарят във въглехидратен пламък Изгаряме мазнини с консумиране на въглехидрати. Може би сме го чували и преди или не, но какво точно означава? Какви последици има върху здравето и контрола на теглото ни?Тази дефиниция е възкресена напоследък, може би с възраждането на популярността на кетогенните диети (известни още като диети с ниско съдържание на въглехидрати) и тяхната роля в кетозата.

Накратко, ако Някои от нас, които са присъствали на  университетски курс по биохимия, тогава може би все още могат да си спомнят минимална част от написаното тук. Ако четем и сме просто ентусиаст на здравето и сме любопитни да разберем малко по-добре това нещо с въглехидратния пламък, тогава трябва да обърнем голямо внимание. Аз ще се опитам да запазя информацията възможно най-логична и разбираема.

Физиологията и биохимията са сложни, така че давам само изключително основен преглед на метаболитните пътища и клетъчните процеси, тъй като това се отнася за отговора на въпроса за въглехидратния пламък. Преди да имаме възможност да разберем „въглехидратния пламък“, важно е да поставим началото, като обсъдим две метаболитни условия:

• Първото е хранителен прием без въглехидрати или с ниско съдържание на въглехидрати, гладуването и състояния на глад , а второто
• приема предимно на три енергосъдържащи хранителни вещества: въглехидрат, масти, протеин.

При храносмилането ни въглехидратите се разграждат до глюкоза, протеините до аминокиселини и мазнините до мастни киселини. Те се абсорбират и приемат, за да бъдат съхранени за по-късно или изгаряни сега за енергия. За да бъда оптимално разбрана, ето една таблица в която ще бъде една идея по – лесно и разбираемо:

Макронутриент	Разграждане
Въглехидрати	Глюкоза
Мазнини	Мастни киселини
Протеини	Аминокиселини

Въглехидратите са предпочитаното високооктаново гориво на нашата централна нервна система (т.е. нашият мозък и нерви). Запомняме това, защото ще го видим отново в следващите редове. Нашето тяло съхранява въглехидрати в черния дроб и мускулите (наречени гликоген) и те могат да бъдат разградени в покой (т.е. чернодробен гликоген за поддържане на кръвната захар) или по време на нужда (т.е. мускулен гликоген за подхранване, когато спортуваме или правим упражнения). Мазнините също се използват като източник на гориво в покой и по време на продължителни тренировки, както и протеините в по-малка степен при определени метаболитни условия. Това с протеините, съвсем не е желателно. Нека обърнем внимание на метаболитните пътища произвеждащи енергия.

Метаболитни пътища, произвеждащи енергия Има два енергийни пътя, по които тялото ни освобождава енергия от храните, които ние консумираме. Единият е Гликолиза, а другият – Цикъл на Кребс (наричан още цикъл на трикарбоксилната киселина).

Гликолизата е пътят, който използваме за разграждане на въглехидратите. А Цикълът на Кребс е пътят, който използваме за пълно окисляване (изгаряне) на глюкоза и мастни киселини до въглероден диоксид и вода (и аминокиселини, но не като основен източник на гориво). Да, знам, че окислителното фосфорилиране във веригата за пренос на електрони също генерира много АТФ, но аз се фокусирам върху цикъла на Кребс за да бъде една идея по разбираемо. Тези цикли едновременно освобождават химическата енергия, съхранявана в храната, и произвеждат аденозин трифосфат (АТФ), който е като химическите „пари“ на тялото ни (ще използвам метафори), от които се нуждае, за да „плати“ за различни химични и физиологични „транзакции“ (напр. мускулни контракции, клетъчни реакции, и т.н.).

Гликолизата се превежда като „глико“, което означава глюкоза (или захар) и „лизис“, което означава разделяне или разграждане, така че това е процес на разделяне или разграждане на захарта. Една забележка: ние не изгаряме мазнини по гликолитичния път. Една молекула глюкоза съдържа шест въглерода. Преминава през гликолиза и се разгражда на две три – въглеродни молекули на пируват. За да окисли напълно глюкозата, най-простата кето-киселина се прехвърля вътре в митохондриите, където се разгражда допълнително до двувъглеродна молекула, наречена ацетил коензим А (ацетил коА) – другият въглерод се отделя във въглероден диоксид. Пируват α-кетопропионова киселина. След това ацетил coA навлиза в цикъла на Кребс, комбинирайки се с оксалоацетат, за да образува цитрат и в крайна сметка преминава през целия цикъл, надолу през веригата за транспортиране на електрони, където може да бъде разграден до въглероден диоксид и вода.

Тук може да си припомним от по-горе написаното, целият процес генерира енергия под формата на АТФ, който е като „химическа валута“ за „плащане“ за различни метаболитни „транзакции“, като мускулна контракция. Сигурна бях, че с тази ми интерпретация, ще го запомним по-лесно.

Цикъл на Кребс за окисление на мазнини Какво ще кажем за изгарянето на мазнини и как става това? Поглеждаме в цикъла на Кребс. Нашето тяло съхранява мазнини като триглицериди и може да ги разгради за енергия (като например, когато правим крос или както при каране на колело). Името „триглицерид“ се отнася до химическата структура на мазнините. Триглицеридът има три мастни киселини, свързани с молекула глицерол (глицерид).  Триглицериди. Когато дойде време за изгаряне на мазнини, тялото ни разгражда триглицеридите до свободен глицерол и мастни киселини. Мастните киселини циркулират в кръвта към целевата тъкан, например мускулите. Мастната киселина навлиза в мускулната клетка и се транспортира до вътрешността на митохондриите. Там дву-въглеродни фрагменти наведнъж се отцепват от мастната киселина, за да се създаде една молекула ацетил коА. Този процес също е известен като бета-окисление. Този ацетил coA се захранва в цикъла на Кребс и се обработва по същия начин като глюкозата, както е описах по-горе.

Бързото ми обобщение При нормални обстоятелства, когато консумираме много въглехидрати и мазнини, тялото ни произвежда много ацетил коА от пируват (от глюкоза) или от мастни киселини чрез бета-окисление. Както гликолизата, така и цикълът на Кребс протичат безпрепятствено и на „Земята има мир“. Нещата обаче могат да се объркат при условия на глад или гладуване.

Условия на глад или гладуване Да кажем, че сме решили да преминем към диета с високо съдържание на протеини, а дневният ни прием на калории се движи около оскъдните 500 калории.

Какво се случва с нашите гликолитични енергийни пътища и цикъла на Кребс? Първо, тялото ни изразходва складираните въглехидрати (гликоген) в черния дроб и мускулите. Гликогенът също задържа малко вода, така че, докато изчерпваме своят гликоген, водата ще отиде с него. Ще изпитаме бърза загуба на тегло, което ще докаже кантарът ни. Второ, както споменах, нашата централна нервна система предпочита глюкозата като основен източник на гориво. Ако въглехидратите не са лесно достъпни, тогава тялото ни може да произвежда нова глюкоза от различни от глюкоза източници в процес, известен като глюконеогенеза (глюко = глюкоза, нео = ново, генезис = образуване). Глюкозата може да бъде направена от аминокиселини, глицерол (от триглицериди), лактат и дори оксалоацетат. При нормален метаболизъм с достатъчно наличност на глюкоза, оксалоацетатът е лесно достъпен за комбиниране с ацетил коА, за да образува цитрат, който след това подклажда цикъла на Кребс. Оксалоацетатът обикновено се допълва от цикъла на Кребс, но може да се получи и от пируват. Но откакто започнахме новата диета с ниско или никакво съдържание на въглехидрати, ние сме изчерпали всичките си запаси от гликоген, забавили сме (подхранвания с глюкоза) цикълът на Кребс и сме изчерпали способността си да произвеждаме оксалоацетат от пируват и пируват от оксалоацетат.

В този конкретен сценарий е все едно да се боксираме, но в случай, че сме и от двата края на ринга. Така създаваме нашето „метаболитно задръстване“. Нашето тяло може да изпрати ацетил коА към цикъла на Кребс (от мастни киселини), но трябва да има наличен оксалоацетат, за да се комбинира с ацетил коА. Именно с това разбиране „мазнините горят във въглехидратен пламък“. По-конкретно, може да се каже, че мазнините изгарят в оксалоацетатен пламък, но тъй като не сме в състояние да възстановим своя оксалоацетат от глюкоза, тогава нашите вътрешни метаболитни условия благоприятстват образуването на кетони (или кетонни тела) за производство на енергия (ATP).

Кетоза и образуване на кетони

Глюкозата е предпочитаният източник на гориво за нашата централна нервна система, но когато сме в режим на гладуване, глюконеогенезата не е в състояние да произведе адекватна глюкоза от диетични въглехидрати, така че тялото ни се нуждае от алтернативен източник на гориво. В отговор или на гладуване или на диета с много ниско съдържание на въглехидрати, хормоналните промени предизвикват разграждането на триглицеридите от мастната тъкан и благоприятстват образуването на кетони (или кетонни тела) в черния дроб. След това кетоновите тела се освобождават от черния ни дроб в кръвта и се поемат и окисляват от сърдечната, мускулната и мозъчната тъкан, които съдържат ензим за превръщане на кетоните (основно бета-хидроксибутират) обратно в ацетил коА. След това ацетил коА се захранва в цикъла на Кребс, за да произведе АТФ („химическата валута“, споменах го по-горе).

Когато най-накрая бъдем „спасени от острова на изгнаника “ и се храним отново (или се откажем от кетогенната си диета с ниско съдържание на въглехидрати), тялото ни ще регулира производството на кетони надолу и отново ще се върне към използването на въглехидрати като източник на гориво. Истината е, че кетогенните диети са доста модерни и популярни в наши дни и има доказателства, че осигуряват трайни ползи за здравето при някои хора. От друга страна обаче,  има доклади, че диетичните модели с по-ниски въглехидрати, предпочитащи източници на протеини и мазнини от животински произход, са свързани с по-висока смъртност в сравнение с източниците на протеини и мазнини от растителен произход (зеленчуци, ядки, зърнени храни), които са свързани с по-ниски нива смъртност.