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为健康的大脑提供能量

由Raphael Sirtoli,M.Sc.,科学作家
5月20日,2021年
halfpoint / unsplash.com.
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人类的大脑非常复杂。即使在今天,科学家对我们的大脑如何工作也只有最基本的知识。在许多有待回答的问题中,最值得关注的是哪种燃料是最好的:葡萄糖?答案并不简单。

由于我们接触大脑的能力有限,我们对大脑的知识仅限于解剖结构和基本代谢活动。我们必须使用间接的方法,如电化学电流或氧通量。

可用的工具帮助我们了解大脑新陈代谢,这是适当地为健康的大脑提供能量的关键。这也是发现各种疾病有效解决方案的关键,特别是像老年痴呆症,癫痫和帕金森病。

在我们深入研究大脑新陈代谢之前,让我们回顾一下过去,更好地了解我们的大脑是如何进化的。

大脑大不需要碳水化合物
由Loren Cordain,Ph.D.

人脑的演变

人类的大脑相对于其他物种来说是比较大的。科学家们用“脑化”这个术语来描述动物大脑的大小相对于其物种的预期大小。它以商(EQ)的形式给出,1是平均值。

人类的EQ最高,在7.4到7.8之间。第二大EQ属于瓶子鼻子海豚,5.3。[1]绝对术语,只有杀手鲸,蓝鲸,精子鲸,一些小海豚和非洲大象的大脑比我们更大。那么我们的发展是如此大的?这仍然是一个开放的问题,但有一些关键的线索。

来源:Wikimedia.org.
来源:Wikimedia.org.

我们进化祖先的大脑,homo habilis,大约是我们人类大脑的一半。然后,人们已经能够使用石刀来清除其他动物无法获得的猎物的部分,即大脑和骨髓。因此,我们的祖先以这种方式获得了更多的热量,尤其是脂肪。这在我们的道路上开始了我们作为“胖猎人的男人”。[2这是一个早期的迹象,表明一个正在成长的大脑和含有脂肪的新陈代谢共同进化。

随着武器和包装狩猎的出现,我们的祖先演变成了从大型游戏专家 - 过度消耗70%的动物的高速公主。这在整个石头上的大部分时间为2,600,000到11,000年前发生了。[3.]

这也表明了脂肪代谢。然而,其他人认为卡路里密度的增加可能主要来自烹饪块茎,这将表明更多的葡萄糖代谢。[4.然而,这一假设似乎没有得到时间轴的支持控制火灾使用.[5.]

人Zeb2基因的外观解锁了比灵长类动物更大的前脑的演变。[6.换句话说,我们变得更聪明。但是,我们的扩张大脑具有更高的能源需求。为了适应这一点,我们的肠道萎缩,从而降低了能源需求。他们演变成了一个消化系统更适合营养和热量的食物,具有高疾病的饮食。[7.]

我们已经描述了有关大脑如何发展的一些线索,进化地说话,以及可能会推动它的食物的证据。现在,了解脑能经济学将进一步帮助我们了解我们是否希望更多地运行更多的基于脂肪/酮的新陈代谢或基于葡萄糖的新陈代谢。

大脑的能量需求

新生的大脑负责其基础(休息)新陈代谢的60%,其大部分能量需求。[8.随着其他器官的生长,这个百分比会下降。一般成年人的大脑负责大约20%的基础代谢,尽管它只占身体质量的2%。

大脑总是活跃。其能量需求非常稳定,与精神或运动活动的变化无关。大脑必须从葡萄糖那里得到大约35%的总能量。[9.]剩余的65%的能量可以通过酮提供。酮可以按比例备用脑葡萄糖利用,并且较多的是,一个人的越来越久是酮。[10]

在标准的美国饮食(或简单地,不在酮饮食)上,我们的大脑在清醒时从葡萄糖接近它们的100%。

只要酮生产就足够了,它已经通过实验证明,当血糖下降至9mg / dl时没有急性不利症状(0.5mmol / L)。[11]这大约比健康的空腹血糖水平低10倍。

相比之下,在一个标准美国饮食(或,简单地,不在酮饮食上)我们的大脑在清醒时从葡萄糖接近它们的100%。[12供给大脑的葡萄糖来自饮食中的碳水化合物和糖异生。

糖异生是你的身体用氨基酸(蛋白质)和甘油(脂肪)制造葡萄糖的方式。糖异生,加上我们庞大的脂肪储备,使人类能够以零碳水化合物饮食——或简单禁食几天,几周,甚至一年或更久——获得足够的体脂。[13在没有饮食中的碳水化合物的情况下,大脑将从糖异生中获得所需的葡萄糖。

健康老化:研究表明高碳水化合物饮食促进痴呆症
由大卫怀珀德

什么燃料脑细胞?

虽然至少35%的大脑能量必须来自线粒体中以丙酮酸形式代谢的葡萄糖,但线粒体在代谢上仍然非常灵活。它可以从多种其他来源获得能量,包括乳酸,酮和脂肪酸

一个能够在不同燃料类型之间有效切换的大脑是非常理想的。

丙酮酸和乳酸是葡萄糖代谢的产物,脂肪酸可以变成酮。虽然葡萄糖可以提供所有大脑的能量(ATP)需求,如已经陈述,酮可以提供约65%的乳液,乳酸可以提供约27%。[14]

乳酸盐也是一种代谢的支点 - 它在产生它的细胞之间穿梭和可以消耗它的细胞。[15例如,在剧烈运动期间,心脏细胞几乎完全依赖乳酸作为燃料。这里的要点是,拥有一个能够在不同燃料类型之间有效切换的大脑是非常可取的。

那么,脑细胞呢?脑细胞可以被严重分为神经元和星形胶质细胞,至少对于大脑的外层(皮质)。星形胶质细胞是胶质细胞的亚型,是小凝胶和少曲线细胞。哪种细胞使用哪种燃料仍然是一个热烈讨论的问题。它变得更加难以解决,几乎所有神经科学研究都注册了大脑在没有酮旁边消耗的主体,从而歪曲了进化规范。

考虑到这一点,高层次的观点是神经元主要是氧化的,星形胶质细胞主要是糖酵解的。氧化细胞利用氧气与上述任何一种燃料结合产生能量,包括葡萄糖的最终产物乳酸或丙酮酸、酮或醋酸盐(一种脂肪酸)。糖酵解产生的能量有或无氧使用任一葡萄糖产品(乳酸或丙酮酸)。

关键的结论是,大脑有许多可用的燃料。在这种情况下,它的新陈代谢是灵活的,这取决于它的状态。例如,在非快速眼动睡眠中,大脑燃烧的脂肪多了5%,而血酮和脂肪酸浓度分别增加了20%和50%。[16]

这种代谢柔韧性反映在大脑的多燃料使用中,并能够在葡萄糖,酮和乳酸之间无缝切换。

使用饮食来维持健康的大脑

像辉瑞这样的制药公司已停止研究药物老年痴呆症和帕金森病由于低盈利能力。[17治疗这些神经退行性疾病的药物的成功率只有治疗其他疾病的药物的一半(6.2%),而其他疾病的成功率已经很低了(13.3%)。[18]

平均开发脑疾病的治疗也需要18%的时间才能产生18%。鉴于它们的1药物-1-target方法来修复地球上最复杂的生理系统,公司的失败并不令人惊讶。但是,还有其他途径探索。

来自人类对照试验的最科学证据支持脑疾病的饮食是酮味的饮食。

来自人类对照试验的最科学证据支持脑疾病的饮食是酮味的饮食。没有其他饮食已经被广泛或严格地测试过。其对大脑的有益效果包括但不限于降低兴奋性阈值(↓GABA/谷氨酸比),增加细胞抗氧化能力(↑星形胶质细胞甲基乙二醛排毒),并使氧化还原状态(↑NAD / NADH)标准化。[1920.21]

把氧化还原状态想象成电池充电并为机器提供能量的能力。癫痫一个多世纪以来,生酮饮食经常被成功治疗,从那时起,生酮饮食在大脑疾病中的应用已经发展到包括创伤性脑损伤、阿尔茨海默氏症相关的记忆问题、情绪障碍、酒精脱瘾等。[2223242526]

底线

葡萄糖提供大脑所需能量的三分之一;剩下的部分不用它也能很好地补充燃料。与葡萄糖代谢相比,以脂肪为基础的代谢(即使用生酮饮食)在全球氧化还原状态(“电荷”)、代谢灵活性、能量效率和氧化应激缓冲能力方面显得更为有利。

是否更以葡萄糖为基础的新陈代谢非致酮古模T能否提供同样的好处仍然是一个值得探索的开放式问题。

来自我们进化过去的线索与来自研究的最新证据相结合,提高了我们对大脑新陈代谢的理解,并表明脂肪的新陈代谢可能对大脑有益。

有待待观察的是理想的脑健康和预防或治疗脑疾病的理想饮食。幸运的是,正在调查并显示出巨大的承诺,甘蔗饮食和此前未提及的过度的干预措施。

使用布莱德森方案逆转认知衰退
由大卫怀珀德

参考

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  2. Ben-Dor M,Gopher A,Hershkovitz I,Barkai R.胖猎人的人:在更新世中期(约400年)直立人的死亡和一个新的人族谱系的出现可以)黎凡特。《公共科学图书馆•综合》(互联网)。6(12):e28689。可从:https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0028689.
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