Why Humans Don’t Need Dietary Carbohydrates to Thrive

Snap Shot

När man diskuterar kolhydratrestriktion, används ofta två felaktiga argument som rör hjärnans energibehov och hållbarheten hos en ketogen kost för att motverka användningen av en välformulerad ketogen kost i praktisk terapeutisk medicin:

1. Den mänskliga hjärnan förbränner 600 kcal per dag, vilket innebär att den behöver 150 gram glukos per dag för att tillgodose sitt energibehov, och
2. Ingen kan följa en ketogen kost på lång sikt.

I den fackgranskade medicinska litteraturen under de senaste fem decennierna har dessa argument mot säkerheten och hållbarheten hos näringsmässig ketos bevisats falska om och om igen, senast med tvåårsresultatet av vår Indiana University Health-studie¹.

Vi har tagit upp de nödvändiga komponenterna i en välformulerad ketogen kost som de flesta människor kan följa i flera år om de är rätt informerade och får stöd. Det specifika ämne som vi vill ta upp här är hur både hjärnan och kroppen kan fungera lika bra – eller till och med bättre – på en kost med lite eller inga kolhydrater i kosten jämfört med den vanligtvis marknadsförda ”hälsosamma kosten” med låg fetthalt och hög kolhydrathalt.

Publicerad vetenskap har visat att ketoner som produceras från antingen kostfetter eller triglycerider som lagras i våra fettvävnadsreserver är ett utmärkt bränsle för hjärnan. Vidare vet vi nu att dessa ketoner som produceras av levern också har flera gynnsamma effekter på hjärta, njurar och andra organ som tycks översättas till ökad livslängd²,³,⁴. Dessutom har ny forskning belyst att skelettmusklerna, även hos tävlingsidrottare, inte enbart är beroende av ett högt intag av kolhydrater i kosten för att fylla på glykogen och prestera⁵.

För fem år sedan kämpade vi dock med att förstå mekanismen/mekanismerna bakom dessa ytterligare positiva effekter. Nu vet vi varför denna länge bortglömda fysiologi kan spela en dominerande roll för vår hälsa och vårt välbefinnande. Förutom att ketoner är ett renare bränsle (dvs. producerar färre fria radikaler) än glukos när det används av hjärnan och andra organ, kan den primära ketonen beta-hydroxibutyrat också fungera som en signal för att aktivera gener som reglerar vårt försvar mot oxidativ stress och inflammation³.

Hur kroppen skiftar sin primära energikälla från kolhydrater till fett och ketoner är allt annat än enkelt. Denna process, som vi har döpt till keto-anpassning, startar inom några dagar men tar en avsevärd tid för att utvecklas fullt ut. Och även när den är avslutad är resultatet inte en absolut uteslutning av glukos från kroppens bränsleförsörjning. Snarare minskar behovet och användningen av glukos dramatiskt, samtidigt som de vägar som räddar produkter från delvis metaboliserad glukos (t.ex. pyruvat och laktat) för återvinning till bränsle och andra nyttiga metaboliska intermediärer blir mer finjusterade. Resultatet är upprätthållande av normala blodglukos- och muskelglykogennivåer som kan upprätthållas utan behov av kolhydratintag via kosten.

Kolhydraternas fysiologiska roll

Tron om att hjärnan och det centrala nervsystemet behöver kolhydrater för att fungera korrekt stöds ofta med den cirkulära logiken att hjärnan använder glukos därför att den behöver glukos, och att den behöver glukos därför att den använder glukos. Hålet i detta argument är att hjärnan faktiskt inte behöver glukos. Den fungerar faktiskt ganska bra på ketoner. För att uttrycka det på ett annat sätt är hjärnans förmodade behov av glukos ett villkorligt behov som baseras på de bränslekällor som dikteras av ens val av kost. En ketonundertryckande diet (dvs. en diet som levererar >30 % av energin från det kombinerade intaget av kolhydrater och protein) tvingar i princip hjärnan att förlita sig på glukos som bränsle.

Det är sant att vissa celler i kroppen behöver glukos. Exempelvis är röda blodkroppar, delar av njurarna och de epitelceller som täcker ögats lins huvudsakligen glykolytiska eftersom de saknar mitokondrier och därmed är beroende av glukos för att fungera. Detta gäller också delvis för de snabbkopplade muskelfibrerna (som har färre mitokondrier än långsamkopplade muskler) som används vid högintensiv träning som t.ex. tyngdlyftning och sprint. Men i alla dessa fall där glukos bryts ner till laktat har kroppen sedan ett val – celler med mitokondrier kan ytterligare oxidera laktatet till koldioxid och vatten, eller så kan kroppen återvinna laktatet till glukos.

Bevis för att hjärnan kan fungera på ketoner

Det enklaste experimentet som visar på hjärnans förmåga att fungera på ketoner är observationen av att människor kan tolerera total fasta med normal mental funktion i varaktigheter på 30-60 dagar. Intressant nog förlorar muskelmassa och andra viktiga strukturer i kroppen successivt massa och funktion under långvarig svält. Hjärnan är dock helt skyddad mot den svältkatabolism som utarmar resten av kroppen. Elegant genomförda studier där man mätte glukos- och ketonnivåerna i artärblodet som går in i hjärnan jämfört med dessa bränslen i halsvenen som kommer ut ur hjärnan, visade att ketoner faktiskt kan tillhandahålla den stora majoriteten av hjärnans energi. Men eftersom inte ens långvarig svält sänker blodglukosnivån under det ”låga normala” intervallet, bevisade dessa observationer inte att det inte finns ett litet men betydande glukosbehov för den ketoanpassade hjärnan.

Denna fråga togs upp direkt för många decennier sedan när två framstående forskargrupper genomförde liknande experiment för att utvärdera den mentala funktionen hos svältanpassade patienter vars blodsocker sänktes till mycket låga nivåer genom en infusion av insulin⁶,⁷.

Båda studierna omfattade svårt överviktiga patienter som hade hållit totalfasta under kontinuerlig observation på sjukhus i mellan 30 och 60 dagar. I studien av Drenick et al. fick 9 deltagare med BOHB (betahydroxybutyrat) i blodet i intervallet 7-8 mM en enda bolus av insulin som var tillräcklig för att tillfälligt driva ner blodglukosvärdena till ett medelvärde på 36 mg/dl (där vissa patienters värden gick så lågt som 9 mg/dl). Trots att de orsakade djup hypoglykemi till nivåer som normalt förknippas med koma eller död upplevde ingen av dessa patienter några symtom i samband med hypoglykemi. Dessutom var mätningar av katekolaminer i urinen, som indikerar kroppens kontra-regulatoriska stressreaktion på hypoglykemi, inte förhöjda, trots dessa korta men djupt låga blodglukosvärden.

I den andra studien som rapporterades av Cahill och Aoki⁷ fick tre överviktiga män som anpassats till långvarig fasta insulin via en långsam konstant infusion under 24 timmar. I detta fall sjönk blodglukosnivåerna gradvis, men nådde så småningom ett medelvärde på 25 mg/dl, medan BOHB i blodet stannade i intervallet 4-6 mM. Med denna metod för insulinadministration upprätthölls blodglukosvärden under 36 mg/dl i 10-12 timmar, men återigen uppvisade patienterna inga kliniska tecken på hypoglykemi eller ett motreglerande hormonellt svar.

Vad dessa två dramatiska (men riskfyllda) studier visade är tydliga bevis för normal hjärnfunktion i den virtuella frånvaron av glukos när tillräckliga ketoner är tillgängliga. Detta ger oss det unika perspektivet att när man äter en kolhydratrik kost är den dominerande bränslekällan för hjärnan glukos; inte för att det behövs utan för att den andra naturliga och mycket effektiva energikällan för hjärnan har stängts av. Men under förhållanden med konsekvent näringsmässig ketos anpassar sig hjärnan till förekomsten av ketoner genom att öka deras upptag och oxidation, vilket skyddar kognitiva och CNS-funktioner⁶.

Det bör noteras att dessa studier som visar ett potent neuroskydd av ketoner under förhållanden med djup hypoglykemi involverade små grupper av patienter med ketoner i blodet i intervallet 4-8 mM, medan värden för nutritionell ketos tenderar att vara lägre – dvs, i intervallet 1-4 mM. Vi har inga resultat från liknande studier på människor med avsiktligt framkallad hypoglykemi, och moderna etiska normer förhindrar lämpligen sådan forskning. Vid handläggning av många patienter med typ 2-diabetes som tar hypoglykemiska läkemedel har vi dock observerat många fall av måttlig hypoglykemi utan de förväntade symtomen när BOHB-värdena i blodet ligger inom området för näringsmässig ketos. Det är också värt att notera att hjärnan föredrar ketoner framför glukos, vilket framgår av att den föredrar upptag av ketoner även när glukoshalten är förhöjd⁸. Detta verkar också vara fallet i hjärtat.

Essentials of Keto-Adaptation-Glucose Conservation and Salvage

Det är viktigt att komma ihåg att bara för att man inte konsumerar kolhydrater via kosten betyder det inte att kroppen helt saknar glukos. Oavsett om man fastar totalt i veckor⁶,⁷ eller följer en ketogen diet med enbart kött och fett i en månad⁹,¹⁰, förblir blodglukosvärdena inom det normala intervallet både i vila och under träning. Detta beror på att kroppen är fullt kapabel att syntetisera all den glukos den behöver från olika glukoneogena prekursorer, samtidigt som den strikt begränsar sin kolhydratoxidationshastighet.Det finns minst fem källor till dessa glukosprekursorer:

1. nedbrytning av muskler för att tillföra aminosyror till glukoneogenesen,
2. nedbrytning av kostprotein för att tillföra aminosyror till glukoneogenesen,
3. glycerol som frigörs från hydrolys av triglycerid från fettvävnad eller triglycerid från kosten;
4. återvinning av laktat och pyruvat från glykolysen, och
5. aceton som produceras genom spontan nedbrytning av acetoacetat till aceton och som kan användas för glukoneogenes.

Denna sista källa är lite överraskande, eftersom det faktiskt är en liten men betydande väg för produktion av glukos från fettsyror¹¹. Villkoren för och mängderna som tillhandahålls av dessa olika källor till glukoneogenes visas i följande tabell.

Vad denna tabell tydligt visar är att oavsett om det är under en totalfasta eller en ketogen diet utan kolhydratinnehållande livsmedel, så ger nya eller återvunna glukoneogena substrat upphov till generering av någonstans mellan 100-200 g/d av glukos. Lägg till detta upp till 50 g/d kolhydrater i kosten som en del av en välformulerad ketogen kost, och det blir tydligt varför näringsmässig ketos tolereras väl under en rad olika utmanande förhållanden.

Den obligatoriska andra halvan av denna balanserande ekvation är kroppens förmåga att strikt begränsa sin nettoanvändning av glukos som oxidativt bränsle. Omfattningen av detta bevarande kan uppskattas från indirekta kalorimetridata från keto-anpassade vuxna i vila och under uthållighetsträning. Hos både otränade och högt tränade individer visar denna indikator på kroppens totala bränsleförbrukning att cirka 90 % av kroppens energi tillförs av fett eller ketoner som härrör från fett⁵,⁹,¹⁰.

Lärdomar från idrottare med låg kolhydrathalt

Den situation som kanske upplevs som mest utmanande för någon som följer en ketogen kost är förmågan att bibehålla glukos/glykogenreserverna vid långvarig, högintensiv träning. Under större delen av det senaste århundradet har det accepterade paradigmet varit att ens initiala muskelglykogen är positivt korrelerat med förmågan att upprätthålla uthållighetsprestanda under träning med måttlig till hög intensitet¹²,¹³. Med tanke på att en uthållighetsidrottare även med ”optimerat” muskelglykogen som erhållits genom att använda en kolhydratladdande dietstrategi, har en uthållighetsidrottare ett toppvärde för det totala glykogeninnehållet i kroppen på endast cirka 2 000 kcal. Att samtidigt försöka träna musklerna att använda mer fett och minska sitt beroende av glykogen för att förlänga prestationen skapar något av en metabolisk oxymoron. Detta beror på att mycket höga insulinnivåer som induceras av kolhydratbelastning faktiskt undertrycker fettfettsyrafrisättning och oxidation.

För att utforska detta ytterligare och bedöma gränserna för mänsklig fettoxidation under träning studerade ett forskarlag från Nederländerna 300 vuxna och undersökte deras maximala fettoxidation under träning¹⁴. De rapporterade att den maximala fettoxidationshastigheten för den bästa individuella fettförbrännaren i denna grupp (som innehöll ett antal högt tränade idrottsmän) var 0,99 gram fett per minut. Långt tidigare rapporterade dock en av oss att cykelryttare som var keto-anpassade i bara fyra veckor kunde förbränna fett med 1,5 gram fett per minut¹⁰. Baserat på de muskelbiopsier före och efter som togs i den här studien kunde dessa cykellöpare efter keto-anpassning utföra samma mängd arbete samtidigt som de bara använde en fjärdedel av mängden muskelglykogen. Detta var den första studien som tydligt kopplade bort muskelglykogen från uthållighetsprestanda hos keto-anpassade idrottare.

Den bästa demonstrationen av denna bortkoppling publicerades dock nyligen av Jeff Voleks grupp⁵. Vi rekryterade 20 konkurrenskraftiga ultralöpare, varav 10 följde en traditionell kost med högt kolhydratinnehåll och de andra 10 hade följt en ketogen kost i minst 6 månader (genomsnittlig kosttid 22 månader). Gruppen med ketogen kost rapporterade ett genomsnittligt dagligt kolhydratintag på 64 gram och hade ett genomsnittligt fastande serum BOHB på 0,6 mM.

Efter baslinjetestning ombads dessa löpare att genomföra en 3 timmars löptur i tävlingslokal på ett löpband – i stort sett ett inomhusmaraton. Överraskande nog hade båda grupperna liknande muskelglykogennivåer före löpningen, och de mobiliserade också båda liknande mängder (ca 80 %) av sitt glykogen under 3 timmar på löpbandet. Men tester med indirekt kalorimetri (som mäter 02-förbrukning och CO2-produktion) visade att nästan 90 % av den ketogena löparens nettoenergianvändning kom från fett. Detta resultat är en tydlig indikation på att glykogenmobilisering inte är lika med kolhydratoxidation i det keto-anpassade tillståndet. Snarare kan glykogenlagren optimeras och vara tillgängliga för anaerob (aka glykolytisk) muskelfunktion och sedan kvantitativt återvinnas tillbaka till glukos av levern. Ett ännu mer häpnadsväckande exempel på att man kan bibehålla normalt muskelglykogen samtidigt som man konsumerar mycket lite kolhydrater under upprepade dagar av utmattande träning har rapporterats hos tränade slädhundar¹⁵,¹⁶.

Varför vissa experter fortfarande hävdar att vi behöver kolhydrater i kosten

Inteftersom de vanligt förekommande men bristfälliga argumenten för kolhydrater i kosten som vi har behandlat ovan-i.e, att hjärnan och vissa andra vävnader är obligatoriska kolhydratförbrännare och att kolhydrater krävs för träning – finns det ett antal andra skäl som ofta används för att stödja idén att vi behöver konsumera kolhydrater över de nivåer som underlättar näringsmässig ketos.

Debaclet med flytande proteinkost. I och med att boken ”The Last Chance Diet” publicerades 1976, marknadsfördes en djupt bristfällig diet med uppenbara elektrolyt- och mineralbrister till allmänheten, vilket resulterade i över 60 fall av plötslig död som rapporterades till CDC under de följande åren. I stället för att faktiskt identifiera den verkliga bakomliggande orsaken var expertutlåtandet att ketoner var giftiga för hjärtat¹⁷,¹⁸. Trots att vi har publicerat flera rigorösa studier som visar att hjärtats rytm och funktion bibehålls utmärkt när tillräckliga elektrolyter och mineraler tillförs under näringsmässig ketos⁵,⁹,¹⁰,¹⁹ är denna felaktiga slutsats fortfarande vanligt förekommande bland många läkare och vetenskapsmän än idag. Trots detta finns det absolut ingen vetenskaplig grund för påståendet att kolhydrater i kosten är nödvändiga för att förhindra uppbyggnaden av skadliga nivåer av ketoner (AKA ”giftiga biprodukter från fettmetabolismen”).

Myten om binjureutmattning. I både allmän klinisk erfarenhet och i viss publicerad forskning har man förstått att dåligt utformade lågkolhydratkoster kan orsaka huvudvärk, trötthet, träningsintolerans (även kallad ”keto-influensa”) och adrenergisk utarmning (20). Denna studie av DeHaven – The Yale Turkey Study – har diskuterats i vårt tidigare blogginlägg. I korthet administrerade de en proteinbaserad diet till överviktiga kvinnor i 4-6 veckor som innehöll kraftigt begränsade mängder natrium och kalium. Den försämrade proteinmetabolismen och den djupa hypotoni som följde berodde på uppenbara elektrolytbrister, inte på näringsmässig ketos som författarna hävdar. Dessa och andra resultat som presenterats där försökspersonerna inte fick adekvata elektrolytersättningar har använts för att måla upp en bild av fysiologisk stress som kan orsakas av en ketogen kost, trots att många studier visar att det inte finns något ökat katekolaminsvar hos ketoadapterade försökspersoner⁶,⁷.

Tyroideafunktionsstörningar som är sekundära till näringsmässig ketos. I samband med den vanliga observationen av försämrad energi- och motionstolerans när näringsmässig ketos kombineras med otillräckligt intag av elektrolyter är det frestande att skylla detta på försämrad sköldkörtelfunktion. Denna vanliga slutsats håller dock inte för en grundläggande vetenskaplig granskning. Ja, blodnivån av det aktiva sköldkörtelhormonet T3 sjunker vanligtvis med 30-40 procent under de första veckorna av en välformulerad ketogen kost, men detta åtföljs inte av några tecken eller symtom på klinisk hypotyreos. Som vi diskuterade i vårt tidigare blogginlägg Does Your Thyroid Need Dietary Carbohydrates? beror denna förändring på en markant minskning av sköldkörtelhormonresistensen (liknande den samtidigt förbättrade insulinresistensen) under näringsmässig ketos. Därför är detta en hälsosam reaktion och inte ett tecken på endokrin dysfunktion.

Sömnmönster störs av en ketogen kost. Många människor rapporterar att de sover mindre när de befinner sig i näringsmässig ketos. Vi har nyligen behandlat denna fråga i en studie av våra patienter i Indiana University Health-studien. Vi fann att den globala sömnkvaliteten, sömnstörningar och parametrar för dysfunktion under dagen alla förbättrades avsevärt. Dessutom minskade andelen patienter som rapporterade dålig sömn signifikant efter 1 år²¹. En delförklaring till mekanismen för dessa fördelar kan vara att hjärnans andningsreaktion på koldioxiduppbyggnad förbättras under näringsmässig ketos²².

Vi behöver mer kostfiber än vad som är möjligt med en ketogen kost. Förutom att främja kolonhälsan finns det nu starka bevis för att kortkedjiga fettsyror (SCFA) som produceras från kolonens fermentering av fibrer också förbättrar hjärnans hälsa. Och det är verkligen sant att kombinationen av ett mycket högt fiberintag plus tillräcklig kolhydratrestriktion för att upprätthålla näringsmässig ketos är svår att uppnå utan användning av renade fibertillskott. Men vad vi påpekar i vårt blogginlägg om fiber är att produktionen av beta-hydroxybutyrat kan ge hjärnan mångdubbelt fler SCFA:er än en kost med mycket hög fiberhalt i kombination med ett optimerat mikrobiom. Således bör den måttliga fibernivå som man kan uppnå med en riktig mat välformulerad ketogen kost vara mer än tillräcklig för att upprätthålla organhälsa i hela kroppen.

Slutsatser

Behovet av kolhydrater i kosten är ofta ett ämne för missförstånd och felaktig information. Även om vissa specifika vävnader i kroppen har vissa glukosbehov kan dessa behov lätt tillgodoses av glukoneogena källor i kroppen utan behov av intag av kolhydrater via kosten. Det finns också en del människor som hävdar ett beteendemässigt ”behov” av bröd, men detta går snart över efter några veckors keto-anpassning. Den trötthet, stress, försämrad kognition och minskad prestationsförmåga som ofta används för att argumentera för behovet av kolhydrater kan snarare tillskrivas ett felaktigt genomförande av en välformulerad ketogen kost, otillräckligt elektrolytbyte och/eller otillräcklig tid för keto-anpassning. När den används på rätt sätt kan en ketogen diet vara ett säkert och hållbart terapeutiskt verktyg samt ett medel för att bidra till att främja välbefinnande och prestation.

Informationen som vi tillhandahåller på virtahealth.com och blog.virtahealth.com är inte medicinsk rådgivning och är inte heller avsedd att ersätta en konsultation med en läkare. Informera din läkare om alla förändringar du gör i din kost eller livsstil och diskutera dessa förändringar med honom eller henne. Om du har frågor eller funderingar om eventuella medicinska tillstånd som du kan ha, vänligen kontakta din läkare.