Nekateri zagovorniki prehrane, ki vsebuje velik delež ogljikovih hidratov in zelo nizek delež maščob trdijo, da je glukoza tako superioren substrat oziroma »gorivo« za naše celice, da jo telo najraje izkorišča, medtem ko so maščobe »slabe« in jih zato telo nikoli ne uporabi, če ima na voljo glukozo. Na drugi strani nekateri zagovorniki prehrane z nizkim deležem ogljikovih hidratov (t.i. low-carb diet) trdijo, da je vse, kar vsebuje več kakor čajno žličko sladkorja, za naše telo tako toksično, da se telo glukoze takoj znebi in jo pokuri. Po njihovi hipotezi naše celice vedno raje uporabljajo maščobne kisline oziroma ketonska telesca kot vir energije. Kdo ima torej prav?

Na celičnem nivoju, kjer je hormonska signalizacija nemotena, je to vprašanje brezpredmetno, saj bodo celice uporabljale tisto, kar jim bo na voljo v danem trenutku omogočalo, da bodo zadovoljile svoje potrebe glede na hitrost in kapaciteto nastanke biološko uporabne oblike energije (resinteze ATP). To je ena izmed osnovnih definicij presnovne oziroma metabolne fleksibilnosti.

Glukoza je majhna molekula, ki spada med heksoze, to je sladkorje s 6 ogljikovimi atomi. Kadar jo raztopimo v vodni raztopini, se vzpostavi ravnotežje med alfa in beta anomeroma v ciklični obliki, le majhen delež (< 1%) pa se nahaja v odprti, aciklični in zato bolj reaktivni obliki, ki je odgovorana za t.i. glikacijo. Glikacija je spontan ali pa encimsko kataliziran proces, pri katerem se sladkoriji kovalentno vežejo na beljakovine, lipide ali nukleinske kisline in s tem spremenijo njihovo funkcijo in strukturo, kar lahko vodi do patologij (spomnite se na glikiran hemoglobin HbA1c, ki dober marker za spremljanje regulacije krvnega sladkorja). V kemijski vezi med atomi ogljika, vodika in kisika se v obliki potencialne energije skladišči energija, ki se v procesih presnove pretvori v biološko uporabno obliko energije (molekulo ATP). Prvi del katabolizma glukoze, ki ga poznamo kot Embdner-Meyerhof-Parnasovo pot oziroma glikoliza lahko poteka v vseh celicah, ki gradijo naš organizem, zato je glukoza univerzalni in najbolj raznolik substrat. V celicah, ki imajo mitohondrije, se lahko glukoza v prisotnosti kisika popolnoma oksidira do končnih produktov metabolizma, to sta ogljikov dioksid in voda.  Poleg glukoze se v teh celicah kot substrat za tvorbo ATP-ja lahko uporabjajo tudi maščobne kisline in njihovi stranski produkti presnove, to so ketonska telesca. Presnovne pretvorbe so daljše in zato energija nastaja počasneje in za popolno oksidacijo je potrebnega več kisika kakor pri popolni oksidaciji glukoze, kar lahko v laboratoriju merimo s t.i. respiratornim količnikom. Zaradi tega je glukoza najhitrejši in glede na porabo kisika tudi najučinkovitejši vir energije za naše celice. Vsa ta biokemijska dejstva vodijo do zaključka, da je glukoza v splošnem »boljši« vir energije kakor maščobne kisline, kadar imamo opravka z normalno fiziologijo. Kljub temu pa obstaja situacija, ko so maščobe oziroma njihove strukturne enote- maščobne kisline bolj primeren vir energije kakor ogljikovi hidrati.

Kdaj so torej maščobe bolj primeren substrat za izkoriščanje energije kakor ogljikovi hidrati? Odgovor je, kadar imamo poškodbe respiratornega sistema. Zakaj? V procesu oksidativnega metabolizma, ki omogoča nastanek več kot 90 % vse biološko uporabne oblike energije v telesu kot ekvivalent molekule adenozin trifosfata (ATP), se makrohranila (predvsem ogljikovi hidrati in maščobe) oksidirajo do dveh preprostih molekul, to sta voda (H₂O) in ogljikov dioksid (CO₂). Pri oksidaciji glukoze in drugih metabolizirajočih oglijkovih hidratov, se tvori 50 % več CO₂ in porabi 50 % več H₂O, kakor pri beta oksidaciji maščobnih kislin, saj se mora piruvat, molekula s 3 oglijkovimi atomi (3C), pretvoriti v acetat oz. acetil CoA (molekulo z 2C) na encimskem kompleksu imenovanem piruvat dehidrogeneza (glej sliko spodaj). Ta korak pri metabolizmu maščob ni potreben in molekula z 2C nastane direktno na mitohondrijskem trifunkcionalem proteinskem kompleksu, kjer encimi skrajšajo maščobne kisline do iste molekule z 2 oglijkovima atomoma, se pa pri aktivaciji maščobnih kislin tvori H₂O. Od tukaj dalje je metabolizem sladkorjev in maščob identičen.

Zakaj je to pomembno? CO₂ v vodi daje kislo reakcijo in zato pH v krvi pade. Slednje zazna naš živčni sistem in poveča hitrost izločanja CO₂ skozi pljuča, da pH krvi ostane konstanten. Če imamo poškodovana pljuča, seveda to ni zaželeno in presnova sladkorjev povzroča večji stres na pljuča kakor presnova maščob. Kaj pa, kadar so naša pljuča zdrava? Takrat je oksidativen metabolizem glukoze lahko prednost zaradi fenomena, ki ga poznamo kot Bohrov efekt, ki nam razloži alosterično inducirano sproščanje kisika s hemoglobina in s tem večjo oksigenazijo tkiv; predvsem je to koristno za naše mišice pri višjih intenzivnostih vadbe.

Ta enostaven biokemijski mehanizem je seveda relevanten tudi v praksi, kar so potrdile intervencijske klinične študije (1,2, 3).

Literatura:

1. al-Saady, N. M., Blackmore, C. M., & Bennett, E. D. (1989). High fat, low carbohydrate, enteral feeding lowers PaCO2 and reduces the period of ventilation in artificially ventilated patients. Intensive care medicine, 15(5), 290–295. https://doi.org/10.1007/BF00263863
2. Rubini, A., Bosco, G., Lodi, A., Cenci, L., Parmagnani, A., Grimaldi, K., Zhongjin, Y., & Paoli, A. (2015). Effects of Twenty Days of the Ketogenic Diet on Metabolic and Respiratory Parameters in Healthy Subjects. Lung, 193(6), 939–945. https://doi.org/10.1007/s00408-015-9806-7
3. Kwan, R. M., Thomas, S., & Mir, M. A. (1986). Effects of a low carbohydrate isoenergetic diet on sleep behavior and pulmonary functions in healthy female adult humans. The Journal of nutrition, 116(12), 2393–2402. https://doi.org/10.1093/jn/116.12.2393
4. Gangitano, E., Tozzi, R., Mariani, S., Lenzi, A., Gnessi, L., & Lubrano, C. (2021). Ketogenic Diet for Obese COVID-19 Patients: Is Respiratory Disease a Contraindication? A Narrative Review of the Literature on Ketogenic Diet and Respiratory Function. Frontiers in nutrition, 8, 771047. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.771047