Будем ли мы все находиться в добровольном кетозе на Марсе?

Подводя итог тому, что такое кетоз, как показано на красивой сводной диаграмме, которую вы включили, есть 3 основных типа питательных веществ, которые мы можем использовать: углеводы, жиры и белки.

Углеводы могут расщепляться и превращаться в глюкозу (ну, не все, например, многие компоненты пищевых волокон, так как нам не хватает ферментов для их расщепления. Вот почему, если мы едим древесину, содержащую много клетчатки, мы на самом деле не получают от него никаких питательных веществ). Для длительного хранения мы можем использовать глюкозу для создания полимера, известного как гликоген, который хранится в печени (но не в других органах, таких как мозг).

Жиры расщепляются в основном на жирные кислоты, которые далее могут расщепляться до молекулы под названием ацетил-КоА, которую можно использовать для получения энергии (на самом деле, при получении энергии из глюкозы нам также необходимо пройти промежуточный этап превращение в ацетил-КоА). Для длительного хранения жирные кислоты сливаются с глицерином с образованием триглицеридов, которые являются основной формой хранения в жировых клетках. Именно так мы храним большую часть избыточной энергии, поступающей из потребляемых нами питательных веществ, и это основная составляющая «телесного жира».

Для этого обсуждения, я думаю, мы можем исключить белки как источник энергии (по крайней мере, на время), так как они не могут использоваться в качестве основного источника энергии в течение длительного периода времени (нам нужно было бы потреблять очень большое количество энергии). количества белка для покрытия потребности в энергии только за счет белка, что может привести к повреждению почек и печени). Основная цель потребления белков состоит в том, чтобы расщепляться на аминокислоты, которые мы затем используем для производства наших собственных белков (по сути, почти все функциональные вещи внутри наших клеток являются белками).

Наш мозг не может использовать жирные кислоты в качестве источника энергии, потому что жирные кислоты доставляются в органы для использования в качестве источника энергии, связанного с большой молекулой (белком), называемой альбумином. Причина в том, что их необходимо доставлять через кровь, а жирные кислоты не растворяются в водных растворах (которыми являются кровь и внутриклеточная среда). Однако альбумин растворим в водных растворах, поэтому, связывая с ним жирные кислоты, мы можем сделать их растворимыми. В противном случае жирные кислоты просто слипались бы вместе, как когда мы пытаемся растворить масло в воде.

Почему это важно? Что ж, наш мозг — это особый орган (!), и поэтому у него гораздо больше защитных слоев, чем у других органов. Например, так называемый гематоэнцефалический барьер. По сути, это физический слой, образованный особым типом клеток, который жестко контролирует (гораздо более жестко, чем это происходит с другими органами) то, что поступает из кровотока в мозг. Это необходимо для нашего выживания: например, это помогает удерживать патогенные микроорганизмы подальше от мозга. Но это также создает проблемы, так как это также означает, что многие молекулы (особенно большие молекулы) могут достичь других органов, но не могут достичь мозга (фактически, это одно из основных соображений, которое необходимо учитывать при разработке лекарств, которые нацелены на мозг). Среди них альбумин, но не глюкоза.

Итак, что происходит в нормальных условиях, так это то, что наш мозг питается глюкозой в пище, которую мы едим. Если мы какое-то время ничего не ели, наша печень расщепляет накопленный гликоген (полимер глюкозы), полученная глюкоза попадает в кровоток, а затем поступает в мозг. Таким образом, нам не нужно постоянно есть продукты, содержащие глюкозу, чтобы наш мозг работал.

Однако количество гликогена, которое мы можем хранить, ограничено, и оно закончится через несколько часов (более короткое время, если вы выполняете интенсивные упражнения). Обычно мы не теряем сознание, даже если не едим несколько дней, так что же здесь происходит? Вы можете подумать, что мы производим глюкозу из больших запасов триглицеридов, которые содержатся в жировых отложениях. Но люди не могут производить глюкозу из триглицеридов, жирных кислот или любых производных молекул (растения, например, могут это делать). Вместо этого мы можем производить так называемые кетоновые тела из ацетил-КоА (который можно легко получить из жирных кислот). Кетоновые тела на самом деле представляют собой набор из нескольких молекул, основными из которых являются ацетон (да, такой же, как и органический растворитель!), ацетоацетат и 3-гидроксибутират. Эти молекулы — не самый эффективный способ хранения энергии, но у них есть преимущество. что они могут легко попасть в кровоток и пересечь гематоэнцефалический барьер. Таким образом, они могут использоваться мозгом в качестве источника энергии, и именно так наш мозг выживает в долгосрочной перспективе, если мы не потребляем никакой пищи.

Этот процесс образования этих кетоновых тел (кстати, мне не очень нравится это название, потому что оно звучит как какие-то включения большого размера, а это всего лишь маленькие молекулы, но это название широко распространено и используется) то, что называется кетозом . Возможно, вы читали, что кетоз полезен для похудения, и причина в том, что если наш организм начинает производить кетоновые тела в больших масштабах, то это происходит за счет жировых отложений.

Однако это чревато последствиями. Веб-сайты, посвященные вопросам питания, часто называют это «кето-гриппом», потому что некоторые симптомы похожи на симптомы гриппа. К ним относятся, среди прочего, головные боли, повышенная раздражительность или изменение настроения, расстройства пищеварительного тракта, головокружение. Это правда, что они могут до некоторой степени исчезнуть, но степень симптомов, степень их исчезновения и время их исчезновения варьируются. На самом деле все еще продолжается довольно много исследований о долгосрочных последствиях кетоза, причем некоторые предполагают даже повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний .

Мне не удалось найти (при быстром поиске) статью, непосредственно анализирующую, может ли кетоз сделать нормальные клетки более устойчивыми к ионизирующему излучению, но, похоже, существует довольно много исследований комбинированного воздействия кетоза и лучевой терапии на рак. клетки. См., например , этот , этот и этот недавний обзор. Эти документы, по-видимому, предполагают, что чувствительность раковых клеток к лучевой терапии на самом деле повышается из-за кетоза. Причины кажутся неясными и могут быть частично связаны с влиянием кетоза на выработку/элиминацию так называемых активных форм кислорода (АФК). АФК — это нестабильные молекулы, полученные из молекулярного кислорода, которые сами по себе являются совершенно другим предметом, но вкратце они вовлечены в старение, воспалительные процессы, мутации в генетическом материале, которые приводят к раку, и многие другие «плохие» процессы. Так способствует ли кетогенез образованию таких АФК или снижает их? В моем понимании непонятно. Например, цитируя упомянутый обзор, статью:

Наконец, противоопухолевый эффект КД был связан как с повышенным, так и с пониженным уровнем АФК, что указывает на то, что КД потенциально влияет на онкогенный баланс АФК в раковых клетках.

Где КД означает кетогенную диету. Так в принципе не известно! Может быть, повышенная чувствительность раковых клеток к лучевой терапии — это всего лишь сочетание самой лучевой терапии и негативного воздействия кетоза на раковые клетки, и не обязательно признак того, что она делает раковые клетки более чувствительными к радиации... Во всяком случае, у меня есть не было найдено убедительных доказательств того, что кетоз делает клетки более чувствительными или более устойчивыми к радиации.

Диета, вызывающая кетоз (т. е. такая, при которой продукты, содержащие углеводы, в значительной степени исключаются из рациона), также должна быть очень тщательно спланирована, особенно если она направлена ​​на поддержание ее в долгосрочной перспективе, поскольку нам также нужны витамины и другие микронутриенты (питательные вещества). которые нам нужны в очень малых количествах не для производства энергии, а для других компонентов наших клеток, чтобы они могли функционировать). Строго исключая из рациона продукты, содержащие углеводы (включая фрукты), мы могли бы также исключить источники указанных микроэлементов. Конечно, я уверен, что если бы какое-либо космическое агентство собиралось внедрить кетогенную диету, это, безусловно, было бы принято во внимание, но я подумал, что стоит упомянуть, что это также нужно иметь в виду, поскольку это может означать что очень строгую кетогенную диету трудно поддерживать в долгосрочной перспективе.

Таким образом, учитывая отсутствие доказательств в поддержку повышенной устойчивости к радиации, наличие довольно негативных побочных эффектов и тот факт, что диета может привести к дефициту питательных микроэлементов, если придерживаться строгой кетогенной диеты, я не думаю, что это очень вероятный выбор. для людей, потенциально живущих на Марсе. Тем более, что это будет в течение относительно длительного периода времени. И особенно, учитывая способность выдерживать небольшие пространства, учитывая, что кетоз может привести к раздражительности и смене настроения, может быть даже наоборот. Еще один побочный эффект заключается в том, что при кетозе мы выдыхаем молекулы кетоновых тел (включая ацетон). На Земле это не имеет большого значения, так как он просто рассеивается в атмосфере. Но в закрытых помещениях, наличие все более высоких концентраций молекул ацетона и кислоты в воздухе может вызывать беспокойство. Это, безусловно, потребует рассмотрения. В качестве примечания: недавно я видел продукт, рекламируемый как ручное портативное устройство, позволяющее вам взломать свой метаболизм, просто проанализировав свое дыхание; Я совершенно уверен, что это в значительной степени просто анализ концентрации ацетона или других родственных молекул в воздухе, который мы выдыхаем.

Это не кажется хорошей идеей...

Я также нашел этот (довольно длинный) отчет НАСА об особенностях питания при освоении космоса . Кетоз кратко упоминается на страницах 12 и 14, и не похоже, что они считали это хорошей идеей. Цитата со страницы 12:

Метаболическое состояние кетоза, которое, как ожидается, возникнет в результате голодания, не только будет иметь метаболические эффекты (включая снижение аппетита), но также может повлиять на другие аспекты миссии (например, системы жизнеобеспечения могут быть не в состоянии работать). удалить кетоны из воздуха). Кетоацидоз, очевидно, может оказывать негативное влияние на кислотно-щелочной баланс, что, в свою очередь, может повлиять на кости, мышцы и другие системы.

И со страницы 14:

Кетотическое состояние, вероятно, ухудшит работоспособность членов экипажа, как показано в исследованиях, проведенных военными (71), а также увеличит риск почечных камней вследствие снижения рН мочи (87-89). Другие аспекты миссии также будут под угрозой (например, системы жизнеобеспечения могут быть не в состоянии удалить выдыхаемые кетоны из воздуха). Токсичность углеводов недостаточно изучена и, вероятно, будет проблемой только потому, что они вытесняют из рациона другие питательные вещества (белки и жиры).

Может ли кетоз повысить переносимость радиации?

Возможно нет.

Это, безусловно, стоит изучить — наука занимается изучением непродуманных идей! Но я не ожидаю, что это сработает.

Биографическая справка: я был начальником отдела химического и радиологического контроля на атомной подводной лодке.

Типы повреждений

Нас интересуют две широкие категории радиационных повреждений: повреждение ДНК и повреждение клеток. Грубо говоря, повреждение ДНК означает рак, а повреждение клеток означает радиационное отравление.

В одном случае и ион взаимодействует с ДНК клетки, а в другом ион взаимодействует с какой-то другой частью клетки - органеллой, клеточной стенкой и т. д. В обоих случаях клетка потенциально имеет шанс на репарацию сам.

Механизмы ремонта

Клетка выполняет своего рода контрольную сумму своей ДНК, чтобы идентифицировать изменения и пытается их исправить. Совершенно отдельный процесс (о котором я, честно говоря, ничего не знаю) позволяет клетке идентифицировать дефектные операции в органеллах и пытаться их исправить.

Воспаление

Ученые определили, что воспаление отрицательно коррелирует с эффективностью механизма репарации ДНК — более сильное воспаление означает, что контрольная сумма работает хуже. Я не думаю, что причинно-следственный механизм хорошо изучен. (Вот почему вы слышите, как люди говорят об антиоксидантах: они коррелируют с уменьшением воспаления.)

Эффект кетоза

Кетоз, по-видимому, уменьшает воспаление, что теоретически должно повысить эффективность процесса контрольной суммы ДНК клеток. Таким образом, весь вопрос «повысит ли это устойчивость к радиации?» на первый взгляд не абсурдно.

Величина и отравление

Я вижу здесь две основные проблемы:

1. Какова величина эффекта?
2. А радиационное отравление?

Как правило, здоровое питание и физические упражнения приводят к уменьшению воспаления. Тем не менее люди со здоровым поведением все равно заболевают раком. Очевидно, что процедура контрольной суммы ДНК принципиально несовершенна. Я очень скептически отношусь к тому, что какая-то конкретная диета значительно улучшит показатели контрольной суммы по сравнению с тем, что вы могли бы получить от нормального здорового образа жизни.

Даже если бы чаксум был идеальным, это не защитило бы клетки от повреждения частей клетки, не связанных с ДНК. Кто-то с идеальной контрольной суммой будет невосприимчив к раку, но все равно умрет мучительной смертью после большой дозы радиации. («забавный» факт — ваш пищеварительный тракт очень восприимчив к радиационному отравлению, что, вероятно, повлияет на вашу способность поддерживать кетоз!)

Нервные клетки никогда не делятся после детства, поэтому длительное воздействие повышенного излучения, вероятно, приведет к умственному упадку, даже если рак полностью исключен.

Экранирование

Если у нас есть защита наших астронавтов от радиации, чтобы защитить их от коллапса пищеварительного тракта и серьезного умственного расстройства, мы, вероятно, просто будем использовать защиту, чтобы защитить их и от рака.

Но опять же, я полностью за то, чтобы заняться наукой, определить величину эффекта и посмотреть, позволит ли это нам, возможно, немного уменьшить вес экранирования...

Но я не задерживаю дыхание.

Плохая идея.

Кетоз приводит к атрофии мышц (атрофии).

Глюкоза является основным топливом для сердца и мозга. Отсутствие глюкозы в крови = смерть. Кетоны не являются адекватной заменой глюкозы.

Обычно организм расщепляет пищевые углеводы, чтобы получить глюкозу. Излишняя глюкоза откладывается в виде жира, но жир нельзя превратить обратно в глюкозу.

При строгой диете с ограничением углеводов организм использует доступные ресурсы для производства глюкозы в процессе, называемом глюконеогенезом. Для этого нужен белок https://en.wikipedia.org/wiki/Gluconeogenesis . Единственный основной источник белка, доступный голодающему телу, — это мышцы.

Строгая кетодиета вызвала значительную и быструю потерю мышечной массы. Эта статья в Nature показала потерю мышечной массы на 16-28% за 1 неделю. https://www.nature.com/articles/s41598-019-56166-8 .

Те диеты, которые обещают «похудеть на 14 фунтов за 14 дней», верны: 7 фунтов мышц и 7 фунтов воды.

Микрогравитация уже вызывает мышечную атрофию. Добавление кетогенной диеты усугубит проблему.

Добавление белка, чтобы компенсировать потерю диетических углеводов, помогло бы с атрофией мышц, но было бы дополнительной нагрузкой на почки, которые уже испытывают нагрузку из-за нагрузки кальция из-за потери костной массы в условиях микрогравитации.

Клятва Гиппократа гласит: «Прежде всего не навреди». Если нет доказательств (а не обоснования) чистой пользы, перевод исследователей Марса на кето-диеты будет неконтролируемым и неэтичным экспериментом на людях.