本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
免责声明：首先，请注意，我绝不认可营养性酮症作为药物的补充或替代。正如您将在下面看到的那样，探索酮症
潜在的神经保护作用的数据仍然稀少，我们还不了解长期生酮饮食的副作用。这篇文章讨论的是酮症背后的科学，绝不意味着任何医疗建议。
生酮饮食是营养师的噩梦。高饱和脂肪和极低的碳水化合物，“酮”被越来越多的人采用，以矛盾地促进减肥和心理健康。喝加黄油的咖啡？吃一块奶油奶酪？几乎不吃水果？对于不了解的人来说，生酮饮食违背了所有常识，让怀疑者将其视为不自然的“培根和牛排”时尚饮食而嗤之以鼻。
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然而，自 20 世纪 20 年代以来，生酮饮食的变体已被成功用于治疗儿童的耐药性癫痫——甚至可能早在圣经时代。来自动物模型和临床试验的新证据表明，酮类可能在许多其他神经系统疾病中具有治疗用途，包括头痛、神经退行性疾病、睡眠障碍、双相情感障碍、自闭症和脑癌。没有明显的副作用。
听起来好得难以置信？我理解！这些神经保护作用来自哪里？生酮饮食对大脑有什么影响？
简而言之，酮症
本质上，生酮饮食模仿饥饿，使身体进入一种称为酮症（key-tow-sis）的代谢状态。通常，人体是糖驱动的机器：摄入的碳水化合物分解为葡萄糖，主要被运输并用作能量或以肝糖原的形式储存在肝脏和肌肉组织中。当缺乏膳食碳水化合物（通常低于 50 克/天）时，肝脏成为唯一向饥饿的器官提供葡萄糖的来源——尤其是大脑，这是一个特别贪婪的实体，占总能量消耗的约 20%。大脑不能直接利用脂肪作为能量。一旦肝糖原耗尽，如果没有备用能量来源，人类早就消失在漫长的进化长河中了。
备用物是肝脏主要从饮食或身体脂肪中的脂肪酸中获得的酮体。这些酮类——β-羟基丁酸 (BHB)、乙酰乙酸和丙酮——被释放到血液中，被大脑和其他器官吸收，被运送到“能量工厂”线粒体并用作燃料。多余的 BHB 和乙酰乙酸从尿液中排出，而丙酮由于其挥发性，会通过呼吸排出（因此有特征性的甜味“酮呼吸”）。同时，由于来自某些氨基酸和脂肪酸分解的葡萄糖，血糖保持在生理正常水平——瞧，避免了低血糖！
酮类对大脑的作用：能量、氧化和炎症
因此，大脑很高兴地从酮类中获取能量——当然，但为什么这会对多种脑部疾病起到保护作用呢？
一个答案可能是能量。尽管表面差异很大，但许多神经系统疾病都有一个主要问题——能量产生不足。在代谢压力期间，酮类充当替代能量来源，以维持正常的脑细胞代谢。事实上，BHB（一种主要的酮）可能比葡萄糖更有效的燃料，每单位氧气使用可提供更多能量。生酮饮食还会增加脑细胞中线粒体的数量，线粒体被称为“能量工厂”。最近的一项研究发现，在海马体中，编码线粒体酶和能量代谢的基因表达增强，海马体是大脑中对学习和记忆很重要的部分。海马细胞通常在与年龄相关的脑部疾病中退化，导致认知功能障碍和记忆丧失。随着能量储备的增加，神经元可能能够抵御通常会耗尽并杀死细胞的疾病压力源。
生酮饮食也可能通过——像蓝莓一样——直接抑制神经元压力的一个主要来源。活性氧物种是细胞代谢的不幸副产品。与气体氧气不同，这些“氧化剂”具有一个单一的电子，这使得它们具有高度的反应活性，轰击蛋白质和膜并破坏它们的结构。氧化剂的增加是衰老、中风和神经退化的标志。
酮类直接抑制这些剧烈分子的产生，并通过增加谷胱甘肽过氧化物酶（我们先天抗氧化系统的一部分）的活性来增强它们的分解。低碳水化合物的摄入量也直接减少了葡萄糖氧化（称为“糖酵解”）。使用类似葡萄糖的非代谢类似物，一项研究发现，神经元激活应激蛋白以降低氧化剂水平并稳定线粒体。
由于其高脂肪的性质，生酮饮食增加了多不饱和脂肪酸（PUFA，如 DHA 和 EPA，两者均作为“大脑健康”补充剂在非处方药店出售），这反过来又减少了氧化剂的产生和炎症。炎症压力是另一个“万恶之源”，PUFA 通过抑制编码促炎因子的基因的表达来针对炎症压力。
酮类对神经元的作用：抑制那种兴奋！
兴奋的神经元传递信号，处理信息，并构成功能性大脑的基础。过度兴奋的神经元往往会死亡。
大脑通过两种主要神经递质——兴奋性谷氨酸和抑制性 GABA——在兴奋和抑制之间保持平衡。将天平向谷氨酸倾斜，这种情况发生在卒中、癫痫发作和神经退行性疾病中，您会得到兴奋性毒性。换句话说，过度活跃是有毒的。
早在 20 世纪 30 年代，研究人员发现，直接将各种酮体注射到兔子体内可通过抑制谷氨酸释放来预防化学诱发的癫痫发作，但具体机制尚不清楚。最近一项关于海马神经元的研究表明，酮类直接抑制神经元“装载”谷氨酸的能力——也就是说，递质不能被包装到囊泡中并释放出来——从而减少了兴奋性传递。在利用与谷氨酸相似的化学物质诱导损伤的癫痫模型中，该饮食通过抑制促死亡信号分子保护小鼠免受海马体中的细胞死亡。在兴奋-抑制平衡的另一端，酮类增加了大鼠突触（神经递质释放的位置）中以及一些（但不是全部）癫痫患者大脑中的 GABA。抑制作用的增加可能产生抗癫痫发作作用和神经保护作用，尽管数据仍然很少。
还有一些边缘假说。酮的酸性可能会降低某些大脑微区的 pH 值，这可能是酮类对 II 型双相情感障碍产生积极影响的机制（我知道有很多可能）。由于生酮饮食影响全身，卡路里限制和饱腹感激素瘦素的调节引起的全身性变化必然会改变大脑功能，并发挥附带作用。
神经保护？给我看证据！
所有这些分子变化表明，生酮饮食可以防止脑损伤。但是有任何真正的证据吗？
一项针对 23 名轻度认知障碍老年人的研究表明，与标准的碳水化合物饮食相比，生酮饮食在 6 周后改善了他们的言语记忆表现。在一项双盲、安慰剂对照研究中，152 名患有轻度至中度阿尔茨海默病的患者在维持正常饮食的同时，接受了生酮制剂或安慰剂。90 天后，与安慰剂相比，那些接受药物治疗的患者的认知能力得到显着改善，这与血液中酮的水平相关。
在一项针对 7 名帕金森病患者的初步研究中，5 名患者能够在 28 天内坚持饮食，并且他们的身体症状明显减轻。在肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 的动物模型中，生酮饮食也导致运动神经元死亡延迟，并在组织学和功能上有所改善，尽管它没有延长寿命；临床试验正在进行中。
值得注意的是，长期生酮饮食似乎与严重的副作用无关，尽管便秘、脱水以及电解质和微量营养素缺乏是常见的抱怨。更严重的并发症包括增加患肾结石、胆囊问题和骨折的风险，尤其是在儿童中。女性经常会出现月经不规律，可能对生育能力产生影响。尽管过去曾提出酮酸中毒（由于病理水平的酮类导致血液酸化）是一种副作用，但营养性酮症根本无法达到诱发这种危及生命的状态所需的酮类水平。然而，目前还没有直接监测酮症副作用的研究，因此现在就断定这种饮食对每个人都完全安全还为时过早。
大脑 <3 培根？
尽管前景广阔，但在患有神经系统疾病的患者中仍然缺乏大规模的安慰剂对照临床试验。需要仔细解释现有数据，以避免产生虚假的希望或鼓励患者“为了饮食放弃药物”。尽管如此，我们能够通过改变饮食结构来减少无法治疗的神经系统疾病的症状的可能性是相当令人难以置信的；生酮饮食可能有益于健康人的身体和认知表现，这是一个更诱人的想法。
随着这种古老饮食疗法背后的科学逐渐浮出水面，低依从性和公众偏见等社会问题将需要得到解决。与此同时，对于那些有兴趣研究酮类的神经科学家：把培根给我，我自愿参加！
最后一点：在让您离开之前，我想再次强调，在没有咨询医生的情况下，酮类饮食不是尝试的东西，也不是药物的替代品。无论是在其有效性还是副作用方面，都没有足够的证据。尽管如此，这是一个值得关注的有趣的研究领域！
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