Egzogenne ketony: co to jest i jak działa

Egzogenne ketony to suplementy dostarczające organizmowi ciał ketonowych „z zewnątrz”, bez głodówki czy diety ketogenicznej. W ciągu ostatniej dekady przeszły z laboratoriów badaczy wojskowych i uniwersyteckich na półki sklepów z odżywkami sportowymi. Redakcja wyjaśnia, co dokładnie zawierają takie produkty, jak są metabolizowane i dlaczego ich efekt w realnym życiu jest skromniejszy, niż obiecuje reklama.

Czym są ciała ketonowe i skąd się biorą

Ciała ketonowe to trzy niewielkie cząsteczki: acetooctan, beta-hydroksymaślan (BHB) i aceton. Wytwarza je wątroba z kwasów tłuszczowych wtedy, gdy w organizmie jest mało glukozy i insuliny: podczas długotrwałej głodówki, ścisłej diety niskowęglowodanowej lub bardzo długiego wysiłku fizycznego. Aceton powstaje w nieznacznej ilości i w większości jest wydalany z wydychanym powietrzem, dlatego jako źródło energii znaczenie mają dwa pierwsze.

Ewolucyjnie ketoza to mechanizm przetrwania. Mózg nie potrafi bezpośrednio utleniać długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, a zapasy glikogenu w wątrobie wyczerpują się po dobie–dwóch głodówki. Klasyczne prace George’a Cahilla wykazały, że przy długotrwałym głodzie ciała ketonowe zapewniają znaczną część potrzeb energetycznych mózgu, co pozwala oszczędzać białko mięśniowe, które w innym razie posłużyłoby do syntezy glukozy.

U przeciętnego człowieka odżywiającego się mieszanym pokarmem poziom BHB we krwi jest niski — zwykle dziesiąte części milimola na litr. Po nocnej głodówce nieco rośnie, a na diecie ketogenicznej stabilizuje się w zakresie nazywanym „ketozą żywieniową”, mniej więcej od 0,5 do 3 mmol/l. Znacznie wyższe poziomy występują przy cukrzycowej kwasicy ketonowej — stanie patologicznym, który nie ma nic wspólnego z ketozą fizjologiczną.

Kluczowa różnica między ketozą endogenną a egzogenną tkwi w kontekście. Gdy ketony wytwarza wątroba, dzieje się to na tle niskiej insuliny, opróżnionego glikogenu i aktywnego rozkładu tłuszczu. Gdy ketony się wypija, reszta metabolizmu może pozostawać „węglowodanowa”, a organizm reaguje na nie inaczej.

Jakie są egzogenne ketony

Na rynku i w badaniach figuruje kilka grup produktów. Najpowszechniejsze w sprzedaży detalicznej to sole BHB: cząsteczka beta-hydroksymaślanu połączona z sodem, potasem, wapniem lub magnezem. Są stosunkowo tanie, mają słonawo-gorzki smak i z reguły zawierają mieszaninę dwóch form lustrzanych — D- i L-BHB.

Druga grupa to estry ketonowe. Najlepiej zbadany z nich to monoester (R)-3-hydroksybutylo-(R)-3-hydroksymaślanu, opracowany na Uniwersytecie Oksfordzkim. W jelicie i wątrobie rozkłada się na D-BHB i 1,3-butanodiol, który z kolei również przekształca się w ketony. Estry dają znacznie wyższy wzrost BHB we krwi niż sole, ale mają bardzo ostry smak i kosztują drożej.

Trzecia grupa to „prekursory” ketonów: 1,3-butanodiol w postaci wolnej oraz średniołańcuchowe triglicerydy (MCT). Same nie są ketonami, ale wątroba częściowo przekształca je w ciała ketonowe. Efekt MCT na poziom BHB jest umiarkowany i zależy od składu oleju, o czym szczegółowo piszemy w osobnym materiale.

Dla konsumenta ważne jest rozróżnianie tych kategorii, bo wyniki badań z estrami często niepoprawnie przenosi się na znacznie słabsze w działaniu sole. Przegląd Stubbs i współautorów (2017) wprost wykazał, że przy tej samej ilości BHB ester tworzy wyższe i szybsze stężenie D-BHB we krwi niż mieszanina solna.

Droga ketonów w organizmie

Po przyjęciu doustnym BHB szybko wchłania się w jelicie. Szczyt stężenia we krwi następuje zwykle po około 30–60 minutach, po czym poziom stopniowo obniża się przez kilka godzin. W badaniu Clarke i współautorów (2012) z monoestrem ketonowym wzrost BHB był zależny od dawki, a sam produkt ogólnie był dobrze tolerowany przez zdrowych dorosłych.

Z krwi BHB trafia do komórek przez transportery monokarboksylanów. W mitochondriach jest utleniany do acetooctanu, następnie przekształca się w acetylo-CoA i włącza w cykl Krebsa. Kluczowy enzym tego szlaku — transferaza sukcynylo-CoA:3-ketokwas-CoA (SCOT) — jest aktywny w sercu, mięśniach i mózgu, ale nieobecny w wątrobie. Dlatego wątroba ketony wytwarza, ale sama ich nie wykorzystuje.

Ważny szczegół dotyczy formy L-BHB, obecnej w wielu produktach solnych. Utlenia się ona znacznie wolniej niż naturalna forma D, dłużej krąży we krwi i według obecnych poglądów daje mało energii. Dlatego etykieta „10 g BHB” w soli racemicznej nie oznacza 10 g „działających” ketonów.

Podwyższenie poziomu ketonów we krwi samo w sobie hamuje ich wytwarzanie przez wątrobę i nieco obniża poziom glukozy oraz wolnych kwasów tłuszczowych. To swego rodzaju układ sprzężenia zwrotnego: organizm odbiera ketony jako sygnał wystarczającej ilości energii i odpowiednio przebudowuje metabolizm.

Ketony jako paliwo i jako cząsteczki sygnałowe

Rola energetyczna ketonów jest oczywista: to rozpuszczalne w wodzie paliwo, które łatwo transportuje się krwią i nie wymaga wahadła karnitynowego do wejścia do mitochondriów. Na jednostkę zużytego tlenu ketony dają nieco więcej ATP niż kwasy tłuszczowe, co skłoniło badaczy do nadziei na zwiększenie ekonomiczności pracy serca i mięśni.

Druga rola, aktywnie badana w ostatnich latach, to rola sygnałowa. Przegląd Newmana i Verdina (2017) opisuje BHB jako metabolit wpływający na ekspresję genów poprzez hamowanie deacetylaz histonów, a także oddziałujący z receptorami na powierzchni komórek. W eksperymentach na zwierzętach i komórkach BHB obniżał aktywację kompleksu zapalnego NLRP3 (Youm et al., 2015).

Ponadto egzogenne ketony wpływają na hormony apetytu i glukozę. W kontrolowanych badaniach ester ketonowy obniżał poziom greliny i subiektywny głód, a także łagodził wzrost glukozy po standardowym teście tolerancji glukozy. Efekty te są krótkotrwałe i zbadane na niewielkich grupach zdrowych ludzi.

• Efekty energetyczne:dodatkowe paliwo dla serca, mięśni i mózgu, częściowa oszczędność glukozy.
• Efekty metaboliczne:przejściowe obniżenie glukozy, wolnych kwasów tłuszczowych i własnej ketogenezy.
• Efekty sygnałowe:wpływ na stan zapalny, ekspresję genów i apetyt — przeważnie dane z badań przedklinicznych i małych.

Redakcja podkreśla: sygnałowe właściwości BHB to obiecujący kierunek nauki, ale jak dotąd nie przełożyły się na udowodnione korzyści kliniczne dla zdrowych ludzi czy sportowców.

Co to oznacza dla sportowca

Zainteresowanie sportu ketonami gwałtownie wzrosło po publikacji Cox i współautorów (2016) w Cell Metabolism: w części eksperymentów kolarze, którzy wypili ester ketonowy razem z węglowodanami, przejechali nieco większy dystans w 30-minutowym teście niż po samym napoju węglowodanowym. Praca wywołała falę oczekiwań, które kolejne badania istotnie ostudziły.

Przegląd systematyczny i metaanaliza Valenzueli i współautorów (2020) nie wykazały ogólnej poprawy wydolności fizycznej po ostrym przyjęciu suplementów ketonowych. Poszczególne badania wykazały nawet pogorszenie wyniku, m.in. z powodu dyskomfortu żołądkowo-jelitowego. Szczegółowo o tym — w naszym artykule o bazie dowodowej ketonów dla sportowców.

Najciekawiej dziś wyglądają nie ostre, lecz regeneracyjne efekty. Niektóre prace badały przyjmowanie estru po treningach w okresach dużego obciążenia i odnotowywały mniej oznak przetrenowania, ale dane te uzyskano w niewielkich grupach i wymagają potwierdzenia.

Praktycznie oznacza to, że egzogenne ketony nie są zamiennikiem węglowodanów jako podstawowego paliwa dla intensywnej pracy. Pozostają niszowym narzędziem eksperymentalnym, a ich zasadność trzeba oceniać z uwzględnieniem ceny, tolerancji i konkretnych celów.

Wnioski redakcji

Egzogenne ketony to sposób na szybkie i przejściowe podwyższenie poziomu beta-hydroksymaślanu we krwi bez głodówki czy diety. Sole i estry istotnie różnią się siłą działania, składem i tolerancją, dlatego nie można ich oceniać jako jednakowego produktu.

Biochemia ketonów jest dobrze zbadana: to skuteczne paliwo dla serca, mięśni i mózgu, a także cząsteczki o ciekawych właściwościach sygnałowych. Jednak przeniesienie tych faktów na wyniki sportowe jak dotąd nie uzyskało przekonującego potwierdzenia.

Dla większości osób trenujących priorytetem pozostają podstawowe żywienie, wystarczające węglowodany i regeneracja. Ketony można rozpatrywać jako przedmiot ostrożnego eksperymentu, a nie jako obowiązkowy suplement.

Redakcja zaleca również zapoznanie się z naszymi materiałami „Korzyści egzogennych ketonów dla sportowców: baza dowodowa”, „Działania niepożądane egzogennych ketonów” oraz „Olej MCT: co to jest i jak działa”.

Bibliografia

1. Cahill GF Jr. Fuel metabolism in starvation. Annu Rev Nutr. 2006;26:1–22.
2. Puchalska P, Crawford PA. Multi-dimensional roles of ketone bodies in fuel metabolism, signaling, and therapeutics. Cell Metab. 2017;25(2):262–284.
3. Stubbs BJ, Cox PJ, Evans RD, et al. On the metabolism of exogenous ketones in humans. Front Physiol. 2017;8:848.
4. Clarke K, Tchabanenko K, Pawlosky R, et al. Kinetics, safety and tolerability of (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate in healthy adult subjects. Regul Toxicol Pharmacol. 2012;63(3):401–408.
5. Newman JC, Verdin E. β-Hydroxybutyrate: a signaling metabolite. Annu Rev Nutr. 2017;37:51–76.
6. Youm YH, Nguyen KY, Grant RW, et al. The ketone metabolite β-hydroxybutyrate blocks NLRP3 inflammasome-mediated inflammatory disease. Nat Med. 2015;21(3):263–269.
7. Cox PJ, Kirk T, Ashmore T, et al. Nutritional ketosis alters fuel preference and thereby endurance performance in athletes. Cell Metab. 2016;24(2):256–268.
8. Valenzuela PL, Morales JS, Castillo-García A, Lucia A. Acute ketone supplementation and exercise performance: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Int J Sports Physiol Perform. 2020;15(3):298–308.