Werden wir alle auf dem Mars in freiwilliger Ketose sein?

Um zusammenzufassen, was Ketose ist, wie in der schönen Übersichtsgrafik gezeigt, die Sie beigefügt haben, gibt es 3 Haupttypen von Nährstoffen, die wir verwenden können: Kohlenhydrate, Fette und Proteine.

Kohlenhydrate können abgebaut und in Glukose umgewandelt werden (naja, nicht alle, wie viele der Ballaststoffe, da uns die Enzyme fehlen, um diese abzubauen. Wenn wir also Holz essen, das viel Zellulose enthält, werden wir bekommt eigentlich keine Nährstoffe davon). Für die Langzeitspeicherung können wir Glukose verwenden, um ein als Glykogen bekanntes Polymer zu erzeugen, das in der Leber gespeichert wird (aber nicht in anderen Organen, wie z. B. im Gehirn).

Fette werden hauptsächlich in Fettsäuren zerlegt, die weiter in ein Molekül namens Acetyl-CoA zerlegt werden können, das zur Energiegewinnung verwendet werden kann (tatsächlich müssen wir bei der Gewinnung von Energie aus Glukose auch den Zwischenschritt von durchlaufen Umwandlung in Acetyl-CoA). Zur Langzeitspeicherung werden Fettsäuren mit Glycerin zu Triglyceriden verschmolzen, die die Hauptspeicherform in Fettzellen darstellen. Auf diese Weise speichern wir tatsächlich den größten Teil der überschüssigen Energie, die aus den von uns aufgenommenen Nährstoffen stammt, und sie ist der Hauptbestandteil von „Körperfett“.

Ich denke, wir können Proteine ​​als Energiequelle für diese Diskussion (zumindest vorerst) außen vor lassen, da sie nicht über einen langen Zeitraum als Hauptenergiequelle verwendet werden können (wir müssten sehr viel verbrauchen). Proteinmengen, um den Energiebedarf nur aus Protein zu decken, und das würde zu Nieren- und Leberschäden führen). Der Hauptzweck des Verzehrs von Proteinen besteht darin, sie in Aminosäuren zu zerlegen, die wir dann zur Herstellung unserer eigenen Proteine ​​​​verwenden (im Grunde genommen ist fast jede funktionelle Sache in unseren Zellen ein Protein).

Unser Gehirn kann Fettsäuren nicht als Energiequelle verwenden, da Fettsäuren an die Organe zur Verwendung als Energiequelle geliefert werden, die an ein großes Molekül (ein Protein) namens Albumin gebunden sind. Der Grund dafür ist, dass sie durch Blut zugeführt werden müssen, aber Fettsäuren in wässrigen Lösungen nicht löslich sind (was Blut und das intrazelluläre Medium sind). Albumin ist jedoch in wässrigen Lösungen löslich, so dass wir durch die Bindung von Fettsäuren daran erzwingen können, dass sie löslich sind. Wenn nicht, würden die Fettsäuren einfach zusammenklumpen, wie wenn wir versuchen, Öl in Wasser aufzulösen.

Warum ist das wichtig? Nun, unser Gehirn ist ein besonderes Organ (!), und daher hat es viel mehr Schutzschichten als andere Organe. Zum Beispiel die sogenannte Blut-Hirn-Schranke. Dies ist im Grunde eine physische Schicht, die von einer bestimmten Art von Zellen gebildet wird, die streng kontrolliert (viel strenger als bei anderen Organen), was aus dem Blutstrom in das Gehirn gelangt. Das ist überlebenswichtig: Es hilft zum Beispiel, krankheitserregende Mikroorganismen vom Gehirn fernzuhalten. Aber es schafft auch Probleme, da es auch bedeutet, dass viele Moleküle (insbesondere große Moleküle), die andere Organe erreichen können, das Gehirn nicht erreichen können (tatsächlich ist dies eine der Hauptüberlegungen, die bei der Entwicklung von Arzneimitteln berücksichtigt werden müssen). auf das Gehirn gerichtet). Darunter ist Albumin, aber nicht Glukose.

Was also unter normalen Umständen passiert, ist, dass unser Gehirn durch die Glukose in der Nahrung, die wir essen, angetrieben wird. Wenn wir eine Weile nichts gegessen haben, baut unsere Leber das gespeicherte Glykogen (das Polymer von Glukose) ab, die resultierende Glukose gelangt in den Blutkreislauf und dann ins Gehirn. Auf diese Weise müssen wir nicht ständig Dinge essen, die Glukose enthalten, um unser Gehirn am Laufen zu halten.

Die Glykogenmengen, die wir speichern können, sind jedoch begrenzt und sie werden in ein paar Stunden aufgebraucht sein (kürzere Zeit, wenn Sie intensiv trainieren). Wir werden normalerweise nicht ohnmächtig, auch wenn wir in ein paar Tagen nichts essen, also was ist hier los? Sie könnten denken, dass wir Glukose aus den großen Triglyceridvorräten herstellen, die wir in unserem Körperfett haben. Aber Menschen können Glukose nicht aus Triglyceriden, Fettsäuren oder einem davon abgeleiteten Molekül herstellen (Pflanzen können dies beispielsweise). Stattdessen können wir die sogenannten Ketonkörper aus Acetyl-CoA (das leicht aus Fettsäuren gewonnen werden kann) herstellen. Ketonkörper sind tatsächlich eine Reihe von mehreren Molekülen, von denen die wichtigsten Aceton (ja, das gleiche wie das organische Lösungsmittel!), Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat sind. Diese Moleküle sind nicht die effizienteste Art, Energie zu speichern, aber sie haben einen Vorteil, Das heißt, sie können leicht in den Blutstrom gelangen und die Blut-Hirn-Schranke passieren. So können sie vom Gehirn als Energiequelle genutzt werden, und so überlebt unser Gehirn langfristig, wenn wir keine Nahrung zu uns nehmen.

Dieser Prozess zur Herstellung dieser Ketonkörper (ich mag den Namen übrigens nicht wirklich, weil er sich wie eine Art große Einschlüsse anhört, obwohl es sich nur um kleine Moleküle handelt, aber der Name ist weithin akzeptiert und verwendet) ist was man Ketose nennt . Sie haben vielleicht gelesen, dass Ketose gut für die Gewichtsabnahme ist, und der Grund dafür ist, dass, wenn unser Körper beginnt, diese Ketonkörper in großem Umfang zu produzieren, dies auf Kosten des Körperfetts geschieht.

Allerdings mit Folgen. Ernährungs-Websites nennen dies häufig „die Keto-Grippe“, weil einige der Symptome denen einer Grippe ähneln. Dazu gehören unter anderem Kopfschmerzen, erhöhte Reizbarkeit oder Stimmungsschwankungen, Störungen des Verdauungstraktes, Schwindel. Es ist wahr, dass diese bis zu einem gewissen Grad verschwinden können, aber das Ausmaß der Symptome, wie stark und wann sie verschwinden, variiert. Tatsächlich wird noch viel über die langfristigen Auswirkungen der Ketose geforscht, einige deuten sogar auf ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen hin .

Ich konnte (bei einer schnellen Suche) kein Papier finden, das direkt analysiert, ob Ketose normale Zellen widerstandsfähiger gegen ionisierende Strahlung machen kann, aber es scheint ziemlich viel Forschung zu den kombinierten Wirkungen von Ketose und Strahlentherapie auf Krebs zu geben Zellen. Siehe zum Beispiel diese , diese und diese aktuelle Bewertung. Diese Papiere scheinen darauf hinzudeuten, dass die Empfindlichkeit von Krebszellen gegenüber einer Strahlentherapie tatsächlich durch Ketose erhöht wird. Die Gründe scheinen unklar und könnten teilweise mit einer Wirkung der Ketose auf die Produktion/Eliminierung der sogenannten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zusammenhängen. ROS sind instabile, von molekularem Sauerstoff abgeleitete Moleküle, die für sich genommen ein ganz anderes Thema sind, aber kurz gesagt, sie sind an Alterung, Entzündungsprozessen, Mutationen im genetischen Material, die zu Krebs führen, und vielen anderen „schlechten“ Prozessen beteiligt. Fördert oder reduziert die Ketogenese also die Bildung solcher ROS? Nach meinem Verständnis ist es unklar. Zum Beispiel, Zitat aus der erwähnten Übersichtsarbeit:

Schließlich wurde die Antitumorwirkung der KD sowohl mit erhöhten als auch mit verringerten ROS-Spiegeln in Verbindung gebracht, was darauf hindeutet, dass die KD möglicherweise in das tumorerzeugende ROS-Gleichgewicht von Krebszellen eingreift

Wobei KD ketogene Ernährung bedeutet. Also im Grunde ist es nicht bekannt! Vielleicht ist die erhöhte Empfindlichkeit von Krebszellen gegenüber Strahlentherapie nur eine Kombination aus der Strahlentherapie selbst und den negativen Auswirkungen der Ketose auf Krebszellen und nicht unbedingt ein Zeichen dafür, dass sie Krebszellen strahlenempfindlicher macht ... Jedenfalls habe ich es keine starken Beweise dafür gefunden, dass Ketose Zellen empfindlicher oder widerstandsfähiger gegen Strahlung macht.

Auch eine ketoseinduzierende Ernährung (d.h. eine Ernährung mit weitgehendem Verzicht auf kohlenhydrathaltige Lebensmittel) muss sehr sorgfältig geplant werden, insbesondere wenn sie langfristig angelegt ist, da wir auch Vitamine und andere Mikronährstoffe (Nährstoffe) benötigen die wir in sehr geringen Mengen nicht für die Energiegewinnung, sondern für die Funktionsfähigkeit von Bestandteilen unserer Zellen benötigen). Indem wir Lebensmittel mit Kohlenhydraten (einschließlich Obst) strikt aus der Ernährung streichen, entfernen wir möglicherweise auch die Quellen dieser Mikronährstoffe. Natürlich bin ich mir sicher, dass, wenn eine ketogene Diät von irgendeiner Raumfahrtbehörde eingeführt würde, dies sicherlich in Betracht gezogen würde, aber ich fand es erwähnenswert, dass dies auch im Hinterkopf behalten werden muss, da es bedeuten könnte dass eine sehr strenge ketogene Ernährung auf Dauer nur schwer durchzuhalten ist.

Angesichts des Mangels an Beweisen für eine erhöhte Strahlenresistenz, des Vorhandenseins ziemlich negativer Nebenwirkungen und der Tatsache, dass die Ernährung zu einem Mangel an Mikronährstoffen führen kann, wenn sie sehr streng ketogen gehalten wird, halte ich dies nicht für eine sehr wahrscheinliche Wahl für Menschen, die möglicherweise auf dem Mars leben. Vor allem, da dies über einen relativ langen Zeitraum erfolgen würde. Und insbesondere in Anbetracht der Fähigkeit, kleinen Räumen standzuhalten, da Ketose zu Reizbarkeit und Stimmungsschwankungen führen kann, könnte es sogar das Gegenteil sein. Ein weiterer Nebeneffekt ist, dass wir bei Ketose die Ketonkörpermoleküle durch unseren Atem (einschließlich Aceton) ausatmen. Auf der Erde spielt dies keine große Rolle, da es sich nur in die Atmosphäre auflöst. Aber in geschlossenen Räumen immer größere Konzentrationen von Aceton und Säuremolekülen in der Luft zu haben, könnte ein Grund zur Sorge sein. Es wäre sicherlich eine Überlegung erforderlich. Als Nebenbemerkung habe ich kürzlich ein Produkt gesehen, das als tragbares Handgerät beworben wurde, mit dem Sie Ihren Stoffwechsel hacken können, indem Sie einfach Ihren Atem analysieren. Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies größtenteils einfach die Konzentration von Aceton oder anderen verwandten Molekülen in der Luft, die wir ausatmen, analysiert.

Scheint keine gute Idee zu sein...

Ich habe auch diesen (ziemlich langen) Bericht der NASA über die Besonderheiten der Ernährung in der Weltraumforschung gefunden . Ketose wird auf den Seiten 12 und 14 kurz erwähnt, und es sieht nicht so aus, als hielten sie es für eine großartige Idee. Zitat von Seite 12:

Der metabolische Zustand der Ketose, der voraussichtlich aus Hunger resultiert, hätte nicht nur metabolische Auswirkungen (einschließlich vermindertem Appetit), sondern könnte auch andere Aspekte der Mission beeinträchtigen (z. B. könnten die Lebenserhaltungssysteme dazu nicht in der Lage sein die Ketone aus der Luft entfernen). Ketoazidose kann offensichtlich negative Auswirkungen auf das Säure-Basen-Gleichgewicht haben, was wiederum Knochen, Muskeln und andere Systeme beeinträchtigen kann.

Und ab Seite 14:

Ein ketotischer Zustand würde wahrscheinlich die Leistung von Besatzungsmitgliedern beeinträchtigen, wie in Studien des Militärs festgestellt wurde (71), und das Risiko von Nierensteinen infolge eines reduzierten pH-Werts im Urin erhöhen (87-89). Andere Aspekte der Mission wären ebenfalls gefährdet (z. B. sind die Lebenserhaltungssysteme möglicherweise nicht in der Lage, ausgeatmete Ketone aus der Luft zu entfernen). Die Toxizität von Kohlenhydraten wurde nicht gut untersucht und wäre wahrscheinlich nur ein Problem, weil es andere Nährstoffe (Eiweiß und Fett) aus der Nahrung verdrängen würde.

Kann Ketose die Strahlentoleranz erhöhen?

Wahrscheinlich nicht.

Es lohnt sich auf jeden Fall, es zu studieren - in der Wissenschaft dreht sich alles darum, hirnrissige Ideen zu untersuchen! Aber ich erwarte nicht, dass sich das auszahlt.

Hintergrund: Ich war der Chemistry and Radiological Controls Officer auf einem Atom-U-Boot.

Arten von Schäden

Es gibt zwei große Kategorien von Strahlenschäden, um die wir uns kümmern: DNA-Schäden und Zellschäden. Grob gesagt bedeutet DNA-Schädigung Krebs und Zellschädigung bedeutet Strahlenvergiftung.

In einem Fall interagiert ein Ion mit der DNA einer Zelle, und im anderen interagiert das Ion mit einem anderen Teil der Zelle – einer Organelle, der Zellwand usw. In beiden Fällen hat die Zelle möglicherweise eine Chance zur Reparatur selbst.

Reparaturmechanismen

Die Zelle lässt eine Art Prüfsumme über ihre DNA laufen, um Veränderungen zu erkennen, und versucht, sie zu korrigieren. Ein völlig separater Prozess (von dem ich ehrlich gesagt nichts weiß) ermöglicht es der Zelle, fehlerhafte Operationen in Organellen zu identifizieren und zu versuchen, sie zu korrigieren.

Entzündung

Wissenschaftler haben festgestellt, dass Entzündungen negativ mit der Effizienz des DNA-Reparaturmechanismus korrelieren – eine höhere Entzündung bedeutet, dass die Prüfsumme weniger gut funktioniert. Ich glaube nicht, dass der kausale Mechanismus gut verstanden ist. (Deshalb hört man Leute über Antioxidantien sprechen: Sie sind mit einer geringeren Entzündung korreliert.)

Ketose-Effekt

Ketose scheint Entzündungen zu reduzieren, was theoretisch die Effizienz des DNA-Prüfsummenprozesses der Zellen verbessern sollte. Die ganze Frage "wird dies die Strahlungstoleranz erhöhen?" ist auf den ersten Blick nicht absurd.

Ausmaß und Vergiftung

Die zwei Hauptprobleme, die ich hier sehe, sind:

1. Wie groß ist der Effekt?
2. Was ist mit Strahlenvergiftung?

Im Allgemeinen führt eine gesunde Ernährung und Bewegung zu weniger Entzündungen. Dennoch bekommen Menschen mit gesundem Verhalten immer noch Krebs. Offensichtlich ist das DNA-Prüfsummenverfahren grundlegend unvollkommen. Ich bin sehr skeptisch, dass eine bestimmte Diät diese Prüfsummenleistung um einen signifikanten Betrag gegenüber dem verbessern wird, was Sie aus einem normalen, gesunden Lebensstil herausholen könnten.

Selbst wenn das Chucksum perfekt wäre, würde dies nicht vor Zellschäden an Nicht-DNA-Teilen der Zelle schützen. Jemand mit einer perfekten Prüfsumme wäre immun gegen Krebs, würde aber dennoch einen qualvollen Tod nach einer großen Strahlendosis sterben. ("Lustige" Tatsache - Ihr Verdauungstrakt ist sehr anfällig für Strahlenvergiftungen, die wahrscheinlich Ihre Fähigkeit beeinträchtigen werden, Ketose aufrechtzuerhalten!)

Nervenzellen teilen sich nach der Kindheit nie, daher führt eine längere Exposition gegenüber erhöhter Strahlung wahrscheinlich zu einem geistigen Verfall, selbst wenn Krebs völlig ausgeschlossen ist.

Abschirmung

Wenn wir unsere Astronauten vor Strahlung abschirmen, um sie vor dem Zusammenbruch des Verdauungstrakts und schwerem geistigem Verfall zu schützen, werden wir sie wahrscheinlich auch nur abschirmen, um sie vor Krebs zu schützen.

Aber noch einmal, ich bin dafür, die Wissenschaft zu betreiben, das Ausmaß des Effekts zu bestimmen und zu sehen, ob uns das erlaubt, das Gewicht der Abschirmung vielleicht ein wenig zu reduzieren ...

Aber ich halte nicht die Luft an.

Schlechte Idee.

Ketose führt zu Muskelatrophie (Schwund).

Glukose ist der Hauptbrennstoff für Herz und Gehirn. Kein Blutzucker = Tod. Ketone sind kein adäquater Ersatz für Glukose.

Normalerweise baut der Körper Kohlenhydrate aus der Nahrung ab, um Glukose bereitzustellen. Überschüssige Glukose wird als Fett gespeichert, aber Fett kann nicht wieder in Glukose umgewandelt werden.

Bei stark kohlenhydratreduzierten Diäten verwendet der Körper verfügbare Ressourcen, um Glukose in einem Prozess namens Glukoneogenese herzustellen. Dies erfordert Protein https://en.wikipedia.org/wiki/Gluconeogenesis . Die einzige große Proteinquelle, die einem hungernden Körper zur Verfügung steht, sind Muskeln.

Eine strenge ketotische Diät verursachte einen signifikanten, schnellen Muskelabbau. Dieses Nature-Papier zeigte einen Muskelmasseverlust von 16-28 % in einer Woche. https://www.nature.com/articles/s41598-019-56166-8 .

Die Diäten an der Supermarktkasse, die „14 Pfund in 14 Tagen abnehmen“ versprechen, sind richtig: 7 Pfund Muskeln und 7 Pfund Wasser.

Mikrogravitation verursacht bereits Muskelatrophie. Das Hinzufügen einer ketogenen Diät würde das Problem verschlimmern.

Die Zugabe von Protein, um den Verlust von Kohlenhydraten auszugleichen, würde bei der Muskelatrophie helfen, wäre aber eine zusätzliche Belastung für die Nieren, die bereits durch die Kalziumbelastung durch den Knochenverlust in der Mikrogravitation herausgefordert werden.

Der hippokratische Eid sagt: „Vor allem nichts schaden“. Wenn es keine Beweise (nicht Rationalisierung) für den Nettonutzen gibt, wäre es ein unkontrolliertes und unethisches menschliches Experimentieren, Marsforscher auf Keto-Diäten zu setzen.