Why Humans Don’t Need Dietary Carbohydrates to Thrive

Snap Shot

In de discussie over koolhydraatbeperking worden vaak twee misleidende argumenten met betrekking tot de energiebehoeften van de hersenen en de duurzaamheid van een ketogeen dieet aangevoerd tegen het gebruik van een goed geformuleerd ketogeen dieet in de praktische therapeutische geneeskunde:

1. De menselijke hersenen verbranden 600 kcal per dag, en dit vertaalt zich in een glucosebehoefte van 150 gram per dag om aan zijn energiebehoeften te voldoen, en
2. Niemand kan een ketogeen dieet op lange termijn volgen.

In de peer-reviewed medische literatuur van de afgelopen 5 decennia zijn deze argumenten tegen de veiligheid en duurzaamheid van nutritionele ketose keer op keer onjuist gebleken, het meest recent met de 2-jarige resultaten van onze Indiana University Health studie¹.

We hebben de noodzakelijke componenten van een goed geformuleerd ketogeen dieet behandeld dat de meeste mensen jarenlang kunnen volgen als ze goed zijn geïnformeerd en ondersteund. Het specifieke onderwerp dat we hier willen behandelen is hoe zowel de hersenen als het lichaam even goed of zelfs beter kunnen functioneren op een dieet met weinig of geen voedingskoolhydraten in vergelijking met het typisch gepromote vetarme, koolhydraatrijke ‘gezonde dieet.’

Gepubliceerde wetenschap heeft aangetoond dat ketonen die worden geproduceerd uit hetzij voedingsvetten of triglyceriden die zijn opgeslagen in onze vetweefselreserves, een uitstekende brandstof voor de hersenen zijn. Verder weten we nu dat deze ketonen geproduceerd door de lever ook meerdere gunstige effecten op het hart, de nieren en andere organen die lijken te vertalen in een verbeterde levensduur²,³,⁴. Bovendien heeft nieuw onderzoek aangetoond dat skeletspieren, zelfs die van wedstrijdsporters, niet alleen afhankelijk zijn van een hoge inname van koolhydraten via de voeding voor de aanvulling van glycogeen en prestaties⁵.

Maar tot 5 jaar geleden hadden we moeite om het mechanisme (of de mechanismen) van deze aanvullende gunstige effecten te begrijpen. Nu weten we waarom deze lang onderbelichte fysiologie een dominante rol kan spelen in onze gezondheid en ons welzijn. Naast het feit dat ketonen een schonere brandstof zijn (d.w.z. minder vrije radicalen produceren) dan glucose wanneer ze door de hersenen en andere organen worden gebruikt, kan het primaire keton beta-hydroxybutyraat ook fungeren als een signaal om genen te activeren die onze afweer tegen oxidatieve stress en ontsteking regelen³.

Hoe het lichaam zijn primaire energiebron van koolhydraten naar vetten en ketonen verschuift, is allesbehalve eenvoudig. Dit proces, dat we ‘keto-adaptatie’ hebben genoemd, begint binnen enkele dagen, maar duurt een aanzienlijke periode om volledig te ontwikkelen. En zelfs nadat het voltooid is, is het resultaat niet een absolute uitsluiting van glucose uit de brandstofvoorraad van het lichaam. Integendeel, de behoefte aan en het gebruik van glucose worden drastisch verminderd, terwijl tegelijkertijd de routes die de producten van gedeeltelijk gemetaboliseerde glucose (bv. pyruvaat en lactaat) opslaan voor hergebruik in brandstof en andere nuttige metabolische tussenproducten fijner worden afgesteld. Het resultaat is het behoud van normale bloedglucose- en spierglycogeenniveaus die kunnen worden gehandhaafd zonder de noodzaak van inname van koolhydraten via de voeding.

Physiologische rol van koolhydraten

De overtuiging dat de hersenen en het centrale zenuwstelsel koolhydraten nodig hebben om goed te functioneren, wordt vaak ondersteund met de cirkelredenering dat de hersenen glucose gebruiken en daarom glucose nodig hebben, en dat ze glucose nodig hebben omdat ze glucose gebruiken. Het gat in deze redenering is dat de hersenen in feite geen glucose nodig hebben. Het functioneert eigenlijk heel goed op ketonen. Anders gezegd, de veronderstelde behoefte van de hersenen aan glucose is een voorwaardelijke behoefte die is gebaseerd op de brandstofbronnen die worden gedicteerd door de keuze van iemands dieet. Een ketonen-onderdrukkend dieet (d.w.z. elk dieet dat >30% van de energie levert uit de gecombineerde inname van koolhydraten en eiwitten) dwingt de hersenen in wezen om op glucose te vertrouwen voor brandstof.

Het is waar dat sommige cellen in het lichaam wel glucose nodig hebben. Bijvoorbeeld, rode bloedcellen, delen van de nieren, en de epitheelcellen die de lens van het oog bedekken zijn voornamelijk glycolytisch omdat ze geen mitochondriën hebben en dus afhankelijk zijn van glucose om te functioneren. Dit is ook gedeeltelijk waar voor de snelle spiervezels (die minder mitochondriën hebben dan trage spiervezels) die gebruikt worden voor intensieve oefeningen zoals gewichtheffen en sprinten. Maar in al deze gevallen waarin glucose wordt afgebroken tot lactaat, heeft het lichaam een keuze-cellen met mitochondriën kunnen het lactaat verder oxideren tot CO2 en water, of het lichaam kan dat lactaat terug recyclen tot glucose.

Aanwijzingen dat de hersenen kunnen functioneren op ketonen

Het eenvoudigste experiment dat aantoont dat de hersenen kunnen functioneren op ketonen is de observatie dat mensen volledig vasten kunnen verdragen met een normale mentale functie voor een duur van 30-60 dagen. Interessant is dat tijdens langdurige verhongering de spiermassa en andere belangrijke structuren in het lichaam geleidelijk aan massa en functie verliezen. De hersenen zijn echter volledig beschermd tegen het katabolisme van de uithongering dat de rest van het lichaam uitput. Elegant uitgevoerde studies die het glucose- en ketonengehalte in het arteriële bloed dat naar de hersenen gaat, vergeleken met deze brandstoffen in de halsader die uit de hersenen komt, toonden aan dat ketonen in feite in staat zijn om het overgrote deel van de energie van de hersenen te leveren. Maar omdat zelfs langdurige uithongering het bloedglucose niveau niet onder het “laag normale” bereik brengt, bewezen deze observaties niet dat er geen kleine maar significante glucose behoefte is voor de keto-aangepaste hersenen.

Deze vraag werd vele decennia geleden rechtstreeks gesteld toen twee vooraanstaande onderzoeksgroepen soortgelijke experimenten ondernamen om de mentale functie te evalueren van aan hongersnood aangepaste patiënten bij wie het bloedglucosegehalte tot zeer lage waarden werd verlaagd door een infuus van insuline⁶,⁷.

In beide studies ging het om ernstig zwaarlijvige patiënten die onder voortdurende observatie in een kliniek gedurende 30 tot 60 dagen totaal hadden gevast. In het onderzoek van Drenick e.a. kregen 9 deelnemers met een BOHB-bloed (bètahydroxybutyraat) in het bereik van 7-8 mM een eenmalige bolus insuline toegediend die voldoende was om de bloedglucosewaarden tijdelijk te verlagen tot een gemiddelde van 36 mg/dl (bij sommige patiënten daalden de waarden tot 9 mg/dl). Ondanks het veroorzaken van een diepe hypoglykemie tot niveaus die normaal geassocieerd worden met coma of dood, ervoer geen van deze patiënten symptomen die geassocieerd worden met hypoglykemie. Bovendien waren de metingen van catecholamines in de urine, die indicatief zijn voor de antiregulerende stressreactie van het lichaam op hypoglykemie, niet verhoogd, ondanks deze korte maar zeer lage bloedglucosewaarden.

In de andere studie die door Cahill en Aoki⁷ werd gerapporteerd, kregen 3 zwaarlijvige mannen die zich hadden aangepast aan langdurig vasten, gedurende 24 uur insuline toegediend via een langzaam constant infuus. In dit geval daalde de bloedglucosespiegel geleidelijk, maar bereikte uiteindelijk een gemiddelde waarde van 25 mg/dl, terwijl de bloed-BOHB in het 4-6 mM-bereik bleef. Met deze methode van insuline toediening werden bloedglucose waarden onder 36 mg/dl gedurende 10-12 uur volgehouden, maar opnieuw vertoonden de patiënten geen klinische tekenen van hypoglykemie of een tegenregulerende hormonale respons.

Wat deze twee dramatische (maar riskante) studies aantoonden is duidelijk bewijs van normale hersenfunctie in de virtuele afwezigheid van glucose wanneer voldoende ketonen beschikbaar zijn. Dit biedt ons het unieke perspectief dat bij het consumeren van een koolhydraatrijk dieet, de overheersende bron van brandstof voor de hersenen glucose is; niet omdat het nodig is, maar omdat de andere natuurlijke en zeer effectieve energiebron voor de hersenen is uitgeschakeld. Maar onder omstandigheden van consistente nutritionele ketose, passen de hersenen zich aan de aanwezigheid van ketonen aan door hun opname en oxidatie te verbeteren, waardoor de cognitieve functie en het CZS worden beschermd⁶.

Opgemerkt zij dat deze studies, die een krachtige neuroprotectie door ketonen bij ernstige hypoglycemie aantoonden, betrekking hadden op kleine groepen patiënten met bloedketonen in het 4-8 mM-gebied, terwijl de waarden bij nutritionele ketose meestal lager zijn – d.w.z, in het bereik van 1-4 mM. Wij beschikken niet over de resultaten van soortgelijke studies bij mensen met doelbewust opgewekte hypoglykemie, en moderne ethische normen verhinderen dergelijk onderzoek op gepaste wijze. Bij de behandeling van talrijke patiënten met type 2-diabetes die hypoglykemische medicatie nemen, hebben wij echter vele gevallen van matige hypoglykemie zonder de verwachte symptomen waargenomen wanneer de BOHB-bloedwaarden in het voedingsketosebereik liggen. Ook van belang is het feit dat de hersenen de voorkeur geven aan ketonen boven glucose, zoals blijkt uit de voorkeur voor de opname van ketonen, zelfs wanneer de glucose verhoogd is⁸. Dit lijkt ook het geval te zijn in het hart.

Essentials of Keto-Adaptation-Glucose Conservation and Salvage

Het is belangrijk om te onthouden dat alleen maar omdat men geen koolhydraten consumeert, niet betekent dat het lichaam een volledig tekort aan glucose heeft. Of men nu wekenlang volledig vast⁶,⁷ of een maand lang een ketogeen dieet volgt dat alleen uit vlees en vet bestaat⁹,¹⁰, de bloedglucosewaarden blijven zowel in rust als tijdens het sporten binnen het normale bereik. Dit komt doordat het lichaam heel goed in staat is alle glucose die het nodig heeft te synthetiseren uit verschillende gluconeogene precursoren, terwijl het tegelijkertijd de oxidatiesnelheid van koolhydraten strikt beperkt houdt.Er zijn ten minste vijf bronnen van deze glucose precursoren:

1. afbraak van spieren om aminozuren voor gluconeogenese te leveren;
2. afbraak van voedingseiwitten om aminozuren voor gluconeogenese te leveren,
3. glycerol dat vrijkomt bij de hydrolyse van triglyceride uit vetweefsel of triglyceride uit de voeding;
4. recycling van lactaat en pyruvaat uit de glycolyse; en
5. aceton geproduceerd door de spontane afbraak van acetoacetaat tot aceton dat kan worden gebruikt voor gluconeogenese.

Deze laatste bron is enigszins verrassend, omdat het in feite een kleine maar belangrijke route is voor de produktie van glucose uit vetzuren¹¹. De voorwaarden voor en de hoeveelheden die door deze verschillende bronnen van gluconeogenese worden geleverd, worden in de volgende tabel weergegeven.

Wat deze tabel duidelijk aantoont, is dat zowel tijdens een volledig vasten als tijdens een ketogeen dieet zonder koolhydraatbevattende voedingsmiddelen, nieuwe of gerecycleerde gluconeogene substraten zorgen voor de aanmaak van ergens tussen 100-200 g/d glucose. Voeg daarbij tot 50 g/d aan koolhydraten in de voeding als onderdeel van een goed samengesteld ketogeen dieet, en het wordt duidelijk waarom nutritionele ketose goed wordt verdragen onder een verscheidenheid van uitdagende omstandigheden.

De obligate andere helft van deze balansvergelijking is het vermogen van het lichaam om het netto-gebruik van glucose als oxidatieve brandstof strikt te beperken. De mate van dit behoud kan worden beoordeeld aan de hand van indirecte calorimetrische gegevens van aan keto-aangepaste volwassenen in rust en tijdens duurinspanning. Bij zowel ongetrainde als hooggetrainde individuen laat deze indicator van het totale brandstofgebruik van het lichaam zien dat ongeveer 90% van de energie van het lichaam wordt geleverd door vet of ketonen afkomstig van vet⁵,⁹,¹⁰.

Lessen van koolhydraatarme atleten

De situatie die misschien wel als de grootste uitdaging wordt gezien voor iemand die een ketogeen dieet volgt, is het vermogen om de glucose/glycogeenreserves op peil te houden bij langdurige, zeer intensieve inspanning. Gedurende het grootste deel van de vorige eeuw was het geaccepteerde paradigma dat iemands aanvankelijke spierglycogeen positief gecorreleerd is met het vermogen om uithoudingsprestaties vol te houden tijdens matig tot hoog intensieve training¹²,¹³. Echter, zelfs met een “geoptimaliseerd” spierglycogeen, verkregen door gebruik te maken van een koolhydraatbelastend dieet, heeft een duursporter een totale glycogeenpiek in het lichaam van slechts ongeveer 2000 kcal. Een poging om tegelijkertijd de spieren te trainen om meer vet te gebruiken en de afhankelijkheid van glycogeen te verminderen om de prestaties te verlengen, creëert een soort metabolisch oxymoron. Dit komt omdat zeer hoge insulineniveaus, veroorzaakt door koolhydraatbelasting, in feite de afgifte en oxidatie van vetzuren in vetweefsel onderdrukken.

Om dit verder te onderzoeken en de grenzen van menselijke vetoxidatie tijdens inspanning te bepalen, onderzocht een onderzoeksteam uit Nederland 300 volwassenen, waarbij werd gekeken naar hun maximale vetoxidatie tijdens inspanning¹⁴. Zij rapporteerden dat de maximale vetoxidatiesnelheid voor de beste individuele vetverbrander in deze groep (die een aantal zeer getrainde atleten omvatte) 0,99 gram vet per minuut bedroeg. Maar lang daarvoor rapporteerde een van ons dat wielrenners die slechts 4 weken keto-aangepast waren in staat waren om vet te verbranden met 1,5 gram vet per minuut¹⁰. Gebaseerd op de voor en na spier biopten genomen in deze studie, waren deze wielrenners na de keto-aanpassing in staat om dezelfde hoeveelheid werk te verrichten terwijl ze slechts een kwart van de hoeveelheid spierglycogeen gebruikten. Dit was de eerste studie die spierglycogeen duidelijk loskoppelde van uithoudingsprestaties bij keto-aangepaste atleten.

De beste demonstratie van deze loskoppeling werd echter onlangs gepubliceerd door de groep van Jeff Volek⁵. We rekruteerden 20 competitieve ultralopers, 10 van hen volgden een traditioneel koolhydraatrijk dieet en de andere 10 volgden al minstens 6 maanden een ketogeen dieet (gemiddelde dieetduur 22 maanden). De ketogeen dieet groep rapporteerde een gemiddelde dagelijkse koolhydraatinname van 64 gram en had een gemiddelde nuchtere serum BOHB van 0,6 mM.

Na de baseline testen, werd deze lopers gevraagd om een 3 uur durende loop te doen op een loopband – in wezen een indoor marathon. Verrassend genoeg hadden beide groepen vergelijkbare spierglycogeenniveaus voor de loop, en ze mobiliseerden ook beide vergelijkbare hoeveelheden (ongeveer 80%) van hun glycogeen gedurende 3 uur op de loopband. Maar indirecte calorimetrie testen (het meten van 02 verbruik en CO2 productie) toonden aan dat bijna 90% van het netto energieverbruik van de ketogeen hardloper afkomstig was van vet. Dit resultaat is een duidelijke aanwijzing dat de mobilisatie van glycogeen niet gelijk staat aan de oxidatie van koolhydraten in de keto-aangepaste toestand. In plaats daarvan kunnen glycogeenvoorraden worden geoptimaliseerd en beschikbaar worden gesteld voor anaerobe (aka glycolytische) spierfuncties en vervolgens kwantitatief worden gerecycled tot glucose door de lever. Een nog verbazingwekkender voorbeeld van het in staat zijn om een normaal spierglycogeen te behouden terwijl er zeer weinig koolhydraten worden geconsumeerd tijdens herhaalde dagen van uitputtende training is gemeld bij getrainde sledehonden¹⁵,¹⁶.

Waarom sommige deskundigen nog steeds beweren dat we koolhydraten via de voeding nodig hebben

Naast de vaak genoemde maar onjuiste argumenten voor koolhydraten via de voeding die we hierboven hebben behandeld – d.w.z, dat de hersenen en sommige andere weefsels obligate koolhydraatverbranders zijn en dat koolhydraten nodig zijn om te kunnen sporten – zijn er een aantal andere redenen die vaak gebruikt worden om het idee te ondersteunen dat we koolhydraten moeten consumeren boven het niveau dat nutritionele ketose vergemakkelijkt.

Het vloeibare proteïne dieet debacle. Met de publicatie van het boek “The Last Chance Diet” in 1976, werd een zeer gebrekkig dieet met duidelijke tekortkomingen aan elektrolyten en mineralen gepromoot aan het publiek, wat resulteerde in meer dan 60 gevallen van plotselinge dood die gemeld werden aan de CDC in de daaropvolgende paar jaar. In plaats van de werkelijke onderliggende oorzaak te identificeren, was de deskundige mening dat ketonen giftig waren voor het hart¹⁷,¹⁸. Ondanks onze publicatie van meerdere rigoureuze studies die aantonen dat het hartritme en de hartfunctie uitstekend in stand blijven wanneer voldoende elektrolyten en mineralen worden toegediend tijdens nutritionele ketose⁵,⁹,¹⁰,¹⁹ blijft deze onjuiste conclusie tot op de dag van vandaag algemeen aanvaard door vele medische beoefenaars en wetenschappers. Desondanks is er absoluut geen wetenschappelijke basis voor de bewering dat koolhydraten in de voeding noodzakelijk zijn om de opbouw van schadelijke niveaus van ketonen (AKA ‘giftige bijproducten van vetmetabolisme’) te voorkomen.

De mythe van bijniervermoeidheid. Zowel in de algemene klinische ervaring als in sommige gepubliceerde onderzoeken is bekend dat slecht samengestelde koolhydraatarme diëten hoofdpijn, vermoeidheid, inspanningsintolerantie (ook wel ‘keto griep’ genoemd), en adrenerge uitputting veroorzaken (20). Deze studie van DeHaven – de Yale Turkey Study – werd besproken in onze vorige blogpost. In het kort, zij dienden 4-6 weken lang een eiwit-alleen dieet toe aan zwaarlijvige vrouwen met sterk beperkte hoeveelheden natrium en kalium. De resulterende verminderde eiwitstofwisseling en diepe hypotensie waren te wijten aan openlijke tekorten aan elektrolyten, niet aan nutritionele ketose zoals de auteurs beweren. Deze en andere bevindingen, waarbij de proefpersonen geen adequate elektrolytenvervanging kregen, zijn gebruikt om een beeld te schetsen van fysiologische stress die kan worden veroorzaakt door een ketogeen dieet, ondanks talrijke studies die geen verhoogde catecholamine respons bij aan ketose aangepaste proefpersonen aantonen⁶,⁷.

Schildklier disfunctie secundair aan nutritionele ketose. In de context van de algemene observatie van verminderde energie en inspanningstolerantie wanneer nutritionele ketose gecombineerd wordt met inadequate inname van elektrolyten, is het verleidelijk om dit te wijten aan een verminderde schildklierfunctie. Deze gangbare conclusie houdt echter geen stand bij fundamenteel wetenschappelijk onderzoek. Ja, de bloedspiegel van het actieve schildklierhormoon T3 daalt typisch met 30-40% in de eerste paar weken van een goed geformuleerd ketogeen dieet, maar dit gaat niet gepaard met tekenen of symptomen van klinische hypothyreoïdie. Zoals besproken in onze eerdere blogpost Heeft Uw Schildklier Voedingskoolhydraten nodig?, is deze verandering te wijten aan een duidelijke vermindering van de schildklierhormoonresistentie (vergelijkbaar met de gelijktijdige verbeterde insulineresistentie) tijdens nutritionele ketose. Daarom is dit een gezonde reactie en geen teken van endocriene disfunctie.

Slaappatronen worden verstoord door een ketogeen dieet. Veel mensen melden dat ze minder slapen wanneer ze in nutritionele ketose zijn. We hebben deze vraag onlangs onderzocht in een studie van onze patiënten in de Indiana University Health studie. We ontdekten dat de globale slaapkwaliteit, slaapstoornissen en parameters voor disfunctie overdag allemaal significant verbeterd waren. Bovendien was de proportie patiënten die een slechte slaap rapporteerden significant verminderd na 1 jaar²¹. Een gedeeltelijke verklaring voor het mechanisme van deze voordelen kan zijn dat de ademhalingsreactie van de hersenen op CO2-ophoping wordt verbeterd tijdens nutritionele ketose²².

We hebben meer voedingsvezels nodig dan mogelijk is op een ketogeen dieet. Naast het bevorderen van de gezondheid van de dikke darm, is er nu sterk bewijs dat korte-keten vetzuren (SCFA’s) geproduceerd uit colonale fermentatie van vezels ook de gezondheid van de hersenen verbetert. En het is inderdaad waar dat de combinatie van een zeer hoge vezelinname plus voldoende koolhydraatbeperking om nutritionele ketose in stand te houden moeilijk te bereiken is zonder het gebruik van gezuiverde vezelsupplementen. Maar waar we in onze blogpost over vezels op wijzen is dat de productie van bèta-hydroxybutyraat vele malen meer SCFA’s aan de hersenen kan leveren dan een zeer vezelrijk dieet gecombineerd met een geoptimaliseerd microbioom. Dus, het gematigde niveau van vezels dat men kan bereiken met een real-food goed geformuleerd ketogeen dieet zou meer dan voldoende moeten zijn om de gezondheid van organen in het hele lichaam te behouden.

Conclusies

De behoefte aan koolhydraten in de voeding is vaak een onderwerp van misverstanden en verkeerde informatie. Hoewel sommige specifieke weefsels in het lichaam bepaalde glucosebehoeften hebben, wordt in deze behoeften gemakkelijk voorzien door gluconeogene bronnen in het lichaam zonder de noodzaak van inname van koolhydraten via de voeding. Er zijn ook mensen die beweren een gedragsmatige “behoefte” aan brood te hebben, maar dat gaat snel over na een paar weken van keto-aanpassing. De vermoeidheid, stress, verminderde cognitie en verminderde prestaties die vaak worden gebruikt als argument voor de noodzaak van koolhydraten zijn eerder toe te schrijven aan een onjuiste uitvoering van een goed geformuleerd ketogeen dieet, onvoldoende vervanging van elektrolyten, en/of onvoldoende tijd voor keto-adaptatie. Wanneer correct gebruikt, kan een ketogeen dieet een veilig en duurzaam therapeutisch hulpmiddel zijn, evenals een middel om welzijn en prestaties te helpen bevorderen.

De informatie die we op virtahealth.com en blog.virtahealth.com verstrekken is geen medisch advies, noch is het bedoeld om een consult met een medische professional te vervangen. Informeer uw arts over elke verandering die u aanbrengt in uw dieet of levensstijl en bespreek deze veranderingen met hem of haar. Als u vragen of zorgen heeft over medische aandoeningen die u mogelijk heeft, neem dan contact op met uw arts.