کتون ها و آسیب مغزی: چگونه کتوز می تواند در برابر آسیب مغزی تروماتیک محافظت کند

آسیب تروماتیک مغزی (TBI) چیست؟

آسیب مغزی تروماتیک (TBI) زمانی رخ می دهد که ضربه ناگهانی به مغز آسیب می رساند (یعنی ضربه شدید به سر به یک جسم یا سوراخ کردن مغز با یک جسم). TBI می تواند از آسیب های خفیف مانند ضربه مغزی تا شدید مانند خونریزی مغزی متغیر باشد. سطح شدت بستگی به میزان تروما دارد. TBI در واقع یکی از شایع ترین علل سلامت ضعیف و مرگ در ایالات متحده است.  TBI ممکن است منجر به اختلالات شناختی و حرکتی، صرع، تغییرات متابولیک (کاهش استفاده از گلوکز و کاهش سطح ATP در مغز) و افزایش استرس اکسیداتیو همراه با آسیب DNA شود.  مداخلات درمانی برای درمان پیامدهای منفی سلامت مرتبط با TBI محدود است، با این حال، رژیم کتوژنیک در تحقیقات در دهه گذشته به عنوان یک درمان موثر ممکن برای علائم TBI شناخته شده است.

پس از یک TBI، مجموعه ای از وقایع بلافاصله رخ می دهد. به طور خلاصه، غشاهای عصبی با شروع TBI آسیب می بینند که در نهایت منجر به عدم تعادل یونی در مغز می شود.  ^{برای برآورده ساختن افزایش تقاضای انرژی، پمپ های سدیم پتاسیم فعالیت خود را برای بازگرداندن تعادل یونی افزایش می دهند. این پمپ ها به انرژی و سوخت زیادی نیاز دارند که به طور سنتی از گلوکز استفاده می شود. سلول های مغز مقادیر زیادی گلوکز را به سرعت و به طور ناکارآمد متابولیزه می کنند که تجمع لاکتات تولید می کند.  یک مطالعه حیوانی افزایش متابولیسم گلوکز مغز را تا 40 دقیقه بلافاصله پس از TBI نشان داد.  در ارتباط با افزایش گلیکولیز (متابولیسم گلوکز) که بلافاصله از TBI ناشی می شود، متابولیسم اکسیداتیو احتمالاً به دلیل اختلال در عملکرد میتوکندری مختل می شود.  بنابراین، ذخایر گلوکز به زودی تخلیه می شود و مغز از حالت هیپرگلیکولیتیک به حالت هیپوگلیکولیتیک (کاهش متابولیسم گلوکز) تغییر می کند.  بسته به شدت TBI، هیپوگلیکولیز مغز ممکن است به مدت 5 روز پس از TBI خفیف و احتمالا ماه ها برای TBI متوسط ​​تا شدید وجود داشته باشد.} 

یک دقیقه وقت بگذارید و یک لحظه به آن فکر کنید. به دنبال این نوع ضربه به سر، مغز ما قادر به جذب موثر گلوکز و استفاده مناسب از آن برای سوخت نیست. با این حال، در طول این مدت، بیشتر مردم برای کمک به بهبودی، غذاها و نوشیدنی‌های ورزشی حاوی کربوهیدرات مصرف می‌کنند. تصور کنید که هر روز به سر کار می روید، کلید خود را در در می گذارید و برای ملاقات با رئیس خود وارد می شوید. سپس، یک روز سر کار می آیی تا بفهمی قفل عوض شده و کلیدت دیگر در را باز نمی کند. با این حال، روز به روز وارد می شوید و همچنان سعی می کنید از همان کلید برای ورود به در استفاده کنید. روزها، هفته ها و ماه ها می گذرند و شما هرگز نمی توانید از در وارد دفتر شوید. این یک ساده‌سازی بیش از حد فرآیندی است که مغز ما پس از TBI تجربه می‌کند، اما شما متوجه موضوع می‌شوید. در قفل است و کلید عوض شده است، با این حال ما به طور مداوم سعی می کنیم از همان کلید قدیمی (گلوکز) بارها و بارها استفاده کنیم.

یک مغز طبیعی و سالم در درجه اول از گلوکز برای انرژی استفاده می کند، با این حال، آسیب به دست آمده از TBI ممکن است گلیکولیز را مختل کند و سلول های مغز را گرسنه و کم کار کند.  سیستم کراتین فسفات نیز به سوخت سلول های مغز کمک می کند، اما تنها زمانی که سلول های مغز آسیب ندیده باشند.  خوشبختانه، تحقیقات نشان داده است که سلول های مغز از اجسام کتون به عنوان منبع سوخت جایگزین استفاده می کنند. سطوح درمانی کتون های در گردش ممکن است با تجویز اگزوژن اجسام کتون یا سنتز درون زا کتون ها در کبد به دنبال مصرف رژیم کتوژنیک بسیار کم کربوهیدرات و/یا ناشتا به دست آید.

کتون ها و آسیب مغزی تروماتیک (TBI)

تجویز اگزوژن بدن کتون بتا هیدروکسی بوتیرات (βHB) دارای اثرات محافظت کننده عصبی است و حتی ممکن است آسیب مغزی را کاهش دهد.  موش هایی که در معرض یک مدل تجربی TBI خفیف قرار گرفتند βHB به صورت برون زا تجویز شدند.  سلول های مغزی آسیب دیده همچنان قادر به متابولیسم βHB سه ساعت پس از TBI بودند که نشان داد انرژی سلولی در مغز توسط کتون های اگزوژن بهبود یافته است.  به طور مشابه، اجسام کتون استواستات و استون هنگامی که به عنوان منبع انرژی توسط مغز استفاده می شوند، خواص محافظت کننده عصبی را نشان می دهند.

TBI با افزایش سطح آپوپتوز (مرگ سلول های مغزی) و ادم مغزی (تورم) همراه است، اما با گنجاندن رژیم کتوژنیک، این مسائل به طور قابل توجهی کاهش می یابد. رژیم کتوژنیک، در مقایسه با یک رژیم غذایی مخلوط معمولی، سطح βHB پلاسما و همچنین جذب βHB توسط سلول های مغز را در موش های پس از TBI افزایش می دهد.  مانند رژیم کتوژنیک، روزه داری منجر به حالت کتوز (بالا رفتن سطح کتون برای انرژی) می شود. ناشتا بودن به مدت 24 ساعت پس از TBI از طریق کاهش استرس اکسیداتیو در محل آسیب، محافظت عصبی را ایجاد می کند، عملکرد میتوکندری را بهبود می بخشد و از کاهش عملکرد شناختی جلوگیری می کند. به نظر می رسد این فواید ناشی از روزه داری از افزایش تولید کتون به جای کاهش سطح قند خون ناشی می شود.

انرژی سلولی حاصل از رژیم کتوژنیک پس از TBI در جوانی افزایش می یابد اما بعداً با بلوغ مغزی کاهش می یابد.  ماهیت درمانی وابسته به سن رژیم کتوژنیک در موش‌های جوان (روز 35 پس از زایمان) و مسن‌تر (روز 75 پس از زایمان) که به‌طور تجربی دچار TBI شده‌اند، نشان داده شد. در مقایسه با حیواناتی که رژیم غذایی مخلوط معمولی مصرف می‌کنند، موش‌های جوان‌تر که رژیم کتوژنیک را به مدت 7 روز مصرف کرده‌اند، راه رفتن با پرتو و عملکرد شناختی بهبود یافته را نشان دادند، در حالی که موش‌های کتوژنیک مسن‌تر بهبود نیافتند.  یک مطالعه مشابه نشان داد که یک رژیم کتوژنیک 7 روزه، در مقایسه با یک رژیم غذایی شاهد، حجم کوفتگی مغزی ناشی از TBI خفیف را در موش‌های جوان‌تر و مسن‌تر کاهش داد. با این وجود، کاهش بیشتر در موش‌های جوان‌تر رخ داد.

چرا جوانان مبتلا به آسیب مغزی بیشتر از بزرگسالان سود می برند؟ در مقایسه با مغزهای مسن‌تر، مغزهای جوان‌تر برای استفاده از اجسام کتون برای انرژی مجهزتر هستند، زیرا مغزهای جوان‌تر سنتز کتون بیشتری را در کبد نشان می‌دهند، متابولیسم کتون را از طریق فعالیت آنزیمی بالاتر افزایش می‌دهند و دارای مقادیر بیشتری از ناقل‌های کتون مغزی هستند.

یک رژیم غذایی کتوژنیک ممکن است برای محافظت در برابر TBI ناشی از یک کودک به دلیل افزایش ظرفیت آنها برای تامین و استفاده از کتون ها کافی باشد. از سوی دیگر، یک بزرگسال ممکن است با مصرف یک رژیم غذایی سخت کتوژنیک، روزه‌داری متناوب و مکمل‌سازی با کتون‌های اگزوژن سعی در بهینه‌سازی کتوز داشته باشد. تحقیقات نشان‌دهنده اثربخشی ترکیب روش‌ها برای ایجاد حالت کتوز بیشتر در بزرگسالان مبتلا به TBI مفید خواهد بود.

عوارض فیزیولوژیکی ناشی از یک یا چند TBI معمولاً پرهزینه است. متأسفانه، TBI شایع است و اغلب در جانبازان، ورزشکاران و کودکان پرخاشگر رخ می دهد. تحقیقات محدود در مورد درمان‌های مبارزه با پیامدهای مرتبط با سلامت TBI نشان می‌دهد که وارد شدن به حالت کتوز ممکن است مفید باشد، به خصوص بلافاصله پس از وقوع TBI، و همچنین برای کودکان. تحقیقاتی که اثرات یک حالت طولانی مدت کتوز را در بزرگسالان مبتلا به TBI بررسی می کند، مانند مورد من، بسیار جالب خواهد بود.