赤血球と脳のエネルギー源、ブドウ糖とケトン体。
【16/09/14 mama

Dr.かるぴんちょのサイトで生化学の教科書が紹介されていて、それによると絶食時でさえも脳のエネルギー源は100%ケトン体にはならないようですが、
http://xn--oqqx32i2ck.com/review/cat18/post_247.html
糖質制限で脳のエネルギーをどの程度ケトン体に頼っているのかというデータはあるのでしょうか。】



こんにちは。

mamaさんから、脳のエネルギー源としてのケトン体についてコメント・質問をいただきました。

ストライヤー生化学の第5版に

「絶食、3日目には脳がエネルギーの33%をケトン体に頼り、数週間後は脳はエネルギーの70%をケトン体に頼る。」

と記載されていると、カルピンチョ先生のサイトにありました。

カルピンチョ先生、いつも信頼できる、貴重な情報をありがとうございます。

さて、ご質問の

「糖質制限食実践者において、エネルギー源として、どのていどケトン体を利用しているか」

について検討してみます。

『イラストレイテッド ハーパー・生化学 原書27版』(丸善)p154

には、脳はそのエネルギー要求の20%をケトン体でまかなうことができると記載してあります。

それで、脳はどの程度までケトン体をエネルギー源とできるかということなのですが、ハーパー生化学のいう約20%までということはありません。

例えば、

『ガイトン臨床生理学』(米国の有名な医学の教科書です)
監訳・早川弘一、医学書院、1999年、870ページ

によれば、

「炭水化物がエネルギー源として使用できない時、生体のほとんどの細胞のエネルギー源は脂質の代謝により賄われる」

「エスキモー人種は時々完全な脂肪食をとるが・・・中略、・・・前略、通常ブドウ糖しかエネルギー源として利用しない脳の細胞でさえ、数週間後には50~75%のエネルギ-を脂質(ケトン体)から得られるようになっている」

という記載があります。

さらに、糖輸送体(GLUT)1欠損症の場合は、「ケトン食」(☆)が唯一の治療法です。

細胞が血液中のブドウ糖を取り込むためには、糖輸送体が必要です。

現在までGLUT1~14までが発見されています。

脳・赤血球・網膜・生殖腺胚上皮の糖輸送体はGLUT1です。

GLUT1欠損症では、GLUT1に機能不全があるため、脳細胞が血液中のブドウ糖をエネルギー源としてほとんど利用できないので、通常の食事では意識不明やてんかんの発作を頻回に生じます。

ケトン食は、脂質摂取比率87%の、スーパー糖質制限食(脂質摂取比率56%)を上回る糖質制限食です。

ケトン食実践で血中ケトン体が高値(3000~5000μM/L)となり、ケトン体が脳のエネルギー源のほとんどを占めるようになれば、GLUT1欠損症の患者さんも健康な生活をおくれます。

つまりGLUT1欠損症では脳細胞は、ブドウ糖をエネルギー源として使いにくいので、ケトン体が脳の主要なエネルギー源となるのです。

この場合、エスキモーの50~75%より、さらに高い比率で脳はケトン体をエネルギー源としている可能性があります。

また私が34才で、本断食(カロリーゼロ、塩ゼロ、水のみ摂取)をしたとき、血糖は35mg/dlまで下がりました。

しかし普通に意識は清明で外来もしてましたので、この時私の脳は、ブドウ糖ではなくケトン体を主たるエネルギー源として利用していたと考えられます。

本断食でもケトン体は、2000~4000μM/Lになります。

ケトン体が基準値(26~122μM/L)しかなくて、血糖値が35mg/dlなら、脳はエネルギー源が全く不足するので、意識不明で昏睡になります。

糖新生(肝臓でアミノ酸、乳酸、グリセロールなどからブドウ糖を作る)は、脳ではなくて赤血球のために必要なのだと思います。
赤血球は血糖値35mg/dlくらいでも生きていけるようです。


脳に続いて、赤血球のエネルギー源について考えてみます。

赤血球は、脳とは異なり、ミトコンドリアがないので、ブドウ糖しかエネルギー源にできません。

GLUT-1欠損症でも、赤血球のエネルギー源はブドウ糖だけです。

さて、血液脳関門にあるGLUT-1が正常に機能すれば、脳脊髄液中のブドウ糖は、血液中のブドウ糖濃度の60%くらいです。
髄液糖/血糖比、正常は0.6-0.7です。

髄液(脳脊髄液)とは、脳室系とクモ膜下腔を満たす、リンパ液のように無色透明な液体です。

GLUT-1欠損症の場合は、血液中の血糖値が正常値でも髄液検査では、髄液糖は 40 mg/dL 以下です。

髄液糖/血糖比は 0.45 以下(平均 0.35)です。

ということは、平均正常の半分くらいは、ブドウ糖を取り込めていることとなります。

つまりGLUT-1欠損症という診断名がついていても、ブドウ糖取り込み能力がかなり低下しているけれど、ゼロではないということです。

GLUT-1欠損症の赤血球も、脳の血液脳関門と同様にブドウ糖取り込み能力が低下していますが、平均、正常の半分程度は取り込めます。

そうすると、血糖値が100mgとすれば、赤血球内に約50mgくらいは取り込めます。

私が本断食をしたとき、血糖35mg/dlでしたが、脳はケトン体(断食中で高値:2000~3000)をエネルギー源として意識を保ち、赤血球は血糖35mg/dlでも事足りていたのだと思います。

通常、血糖値35mg/dlなら、脳脊髄液のブドウ糖濃度は21mg/dlとなりますので、ケトン体髙値がなければ、意識不明ですね。

血液脳関門にあるGLUT-1が正常に機能すれば、脳脊髄液中のブドウ糖は、血液中のブドウ糖濃度の60%くらいです。


糖尿病専門医研修ガイドブック(改訂第4版、2009年)293ページには、低血糖症の定義として、

「低血糖症状があり血糖値60mg/dl以下」

と記載されています。

血糖値が60mg/dlなら、脳脊髄液のブドウ糖濃度は36mg/dlです。

このように考察すると、赤血球も脳細胞も、それぞれブドウ糖濃度が35~36~37mg/dlくらいで、エネルギー源としては何とか足りているということのようです。

(☆)
1)Ketogenic Diet(ケトン食)は、
2010年版COCHRANE LIBRARLY(コクラン ライブラリー)
2011年版NICE(英国政府ガイドライン)
という国際的に有名な公的治療ガイドラインに難治性小児てんかん治療に採用されました。

2)
日本の厚生労働省も、てんかん食を食事療法として2016年4月1日より保険適用としました。
てんかん食とはケトン食のことです。




江部康二

テーマ:糖質制限食
ジャンル:ヘルス・ダイエット
コメント
ケトン体
ご説明ありがとうございます。
40日の絶食でも脳はケトン体70%の依存なので、残りは糖新生による糖で補っているということになりますよね。脳はブドウ糖のみをエネルギー源とするというのが正確ではないとしても、ケトン体をいくらでもエネルギーとして利用するというのも同様に正確ではないのではないでしょうか。
2016/09/14(Wed) 13:28 | URL | mama | 【編集
Re: ケトン体
mama さん

人体は赤血球のために糖新生をして、最低限の血糖値(約35~37mg/dl)を維持しています。

脳の糖輸送体はGLUT1ですので、血流があればブドウ糖を取り込めます。
私の血糖値35mgの時は、脳脊髄液のブドウ糖濃度は21mg/dlとなりますので、
そのくらいのブドウ糖は利用していると思います。

純粋理論的には、脳はケトン体100%でブドウ糖なしでもOKと思われますが、
現実には赤血球があるので糖新生で最低限の血糖値確保ですから、
ケトン食(脂質87%)においても少量のブドウ糖は利用していると思います。

なお脳は、エネルギー源として、ブドウ糖よりもケトン体を好むとされています。

2016/09/14(Wed) 14:40 | URL | ドクター江部 | 【編集
糖質制限初心者
はじめまして、先生の本やブログを参考に糖質制限をはじめて2週間ほどになります。(33歳男177cm94kg30%→91.5kg30%)

体重は減っていますが体脂肪率が減りません。食事に問題がないか伺いたく思います。

毎日おおよそ摂取カロリー約1600kcal・糖質35g・タンパク質110g・脂質90g前後の内容です。(豚ロースと鶏もも肉150gずつとキャベツ250gが中心)

体調はやや便秘気味なのを除けば良好です。

お忙しいと思いますが、アドバイス等いただければ幸いです。
2016/09/14(Wed) 21:59 | URL | たいち | 【編集
コレステロールについて
はじめまして。今年の7月に糖尿病と診断され、糖質制限食と運動療法を開始しました。
血糖値が257から112に、HbA1cも9.1から6.4まで減少し、効果を実感するところです。ただ、LDLが160から102、中性脂肪が153から80まで減りましたが、HDLが40から32まで減少していて少し心配です。問題ないでしょうか?
お忙しいところ恐縮ですが、アドバイス等頂けたら幸いです。
2016/09/14(Wed) 22:44 | URL | Ychan | 【編集
ありがとうございます。
血糖値をケトン体利用の指標とするのでしたら、通常の糖質制限では私はそこまで血糖値は下がらないので(血糖値100程度)、摂取した糖と糖新生による糖が脳のメインのエネルギーと考えたほうがいいですね。
脳はケトン体のほうを好むとされているということですが、それはなぜでしょうか。
2016/09/15(Thu) 04:45 | URL | mama | 【編集
Re: 糖質制限初心者
たいち さん

1600kcal/日は少ないと思います。
1800~2000kcal/日は摂取して、ゆっくり減量したほうが良いです。

体重計の体脂肪率は、それほど正確な数字ではありませんが、
スーパー糖質制限食なら、脂肪が必ず燃えていますので、そのうち体脂肪率も減ると思います。
2016/09/15(Thu) 08:06 | URL | ドクター江部 | 【編集
Re: コレステロールについて
Ychan 様

血糖値の改善、良かったです。

「HDLが40から32まで減少」

通常は、糖質制限食実践で、HDL-Cは増加します。
減少しているなら、摂取エネルギー不足の可能性が高いと思いますので、ご注意ください。
2016/09/15(Thu) 08:08 | URL | ドクター江部 | 【編集
ありがとうございました
糖質を抜きながら摂取カロリーを増やすのは思っていたより大変なんですね。

脂質量をなんとか115g以下に保ちつつ
1800~2000kcalになるよう調整して続けていきたいと思います。

お忙しい中、ありがとうございました。
2016/09/15(Thu) 10:22 | URL | たいち | 【編集
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