La dieta chetogenica (parte 2): Basi teoriche e adattamento alla chetosi

Nella prima parte sono state fatte delle premesse ed è stata introdotta la dieta chetogenica più che altro dal punto di vista della sua genesi e la sua diffusione. In questa seconda parte vedremo quali sono le basi teoriche della dieta chetogenica, della chetogenesi e della chetosi fisiologica, ed infine alcuni dati utili per la sua implementazione.

Fisiologia del digiuno

Poiché una dieta impostata in modo da ottenere la produzione di corpi chetonici superiore a quella che si ha in una dieta “normale” si può considerare un digiuno “meno intenso”, vediamo cosa accade all’organismo durante l’assenza totale di nutrienti.

I cambiamenti metabolici che avvengono durante il digiuno ci permettono di poterne identificare 5 fasi distinte secondo quanto era stato stabilito dagli storici studi del compianto George F. Cahill Jr. tra gli anni sessanta e ottanta.

• Fase I: è praticamente la fase post-prandiale. In questa fase l’organismo assorbe ed utilizza i nutrienti dell’ultimo pasto, fino ad 8 h da esso, ed entro una decina di ore il suo metabolismo energetico è affidato per circa il 50% agli acidi grassi liberi (FFA);
• Fase II: costituisce i primi giorni di digiuno, in cui l’organismo utilizza FFA e glicogeno epatico per soddisfare le richieste energetiche;
• Fase III: della durata di una settimana, questa fase è caratterizzata dal massiccio aumento della produzione di glucosio a partire da substrati non glucidici, come le proteine, il lattato, il piruvato ed il glicerolo, fenomeno che prende il nome di gluconeogenesi (produzione di glucosio ex novo). Poiché il maggiore utilizzatore di glucosio è il cervello, l’organismo cerca di renderglielo quanto più possibile disponibile: l’adattamento che attua per fare in modo che questo avvenga, è indurre gli altri organi ad utilizzare meno glucosio e più FFA e corpi chetonici;
• Fase IV: è definita con la chetosi fisiologica (condizione in cui la produzione di corpi chetonici aumenta in modo cospicuo), che si instaura al terzo o quarto giorno di digiuno e continua fintanto che i carboidrati dietetici sono mantenuti bassi. In questa fase il cervello si trova in una fase di transizione, dall’utilizzo prevalente di glucosio all’utilizzo prevalente di corpi chetonici, per le sue attività metaboliche;
• Fase V: in questa fase, il cui inizio può considerarsi coincidente con la fine della seconda settimana di digiuno, il cervello utilizza quasi esclusivamente corpi chetonici per il suo sostentamento, dunque il catabolismo proteico (da cui in fase III veniva ricavato gran parte del glucosio) diminuisce sensibilmente;

Chetosi fisiologica

Finora ho parlato solo in termini generici dei corpi chetonici, senza effettivamente dire cosa siano. I tre corpi chetonici prodotti dall’organismo, in particolare nel fegato, sono tre:

• Acetoacetato (AcAc);
• Beta-idrossibutirrato (BHB);
• Acetone;

L’AcAc è in parte convertito spontaneamente in acetone, che viene eliminato tramite il respiro, le urine ed il sudore. L’acetone è il responsabile del tipico odore che si riscontra in soggetti che sono stati a digiuno a lungo o nei bambini in stati febbrili e/o influenzali.; un indicatore dell’escrezione di acetone un alito “fruttato”. Questo composto è inoltre la sostanza rilevata nelle urine dai Ketostix®, molto utili per capire se la chetosi si è instaurata, anche se (per motivi su cui non mi dilungo) a volte è possibile ottenere risultati non veritieri.

Quando la produzione di corpi chetonici diventa consistente e i chetoni raggiungono la concentrazione di 0.2 mmol/dl, in ambito clinico si parla già di chetosi fisiologica. Una dieta chetogenica eleva la concentrazione dei chetoni a 5-6 mmol/dl, mentre la condizione in cui i corpi chetonici diventano pericolosi, la chetoacidosi, si definisce invece per valori superiori a 25 mmol/dl.

Come già detto nella prima parte, quest’ultima condizione si verifica solo in persone con diabete di tipo 1, in cui la totale assenza di produzione insulinica non “difende” contro l’eccessiva chetogenesi.

Chetogenesi

La produzione di corpi chetonici (chetogenesi) avviene nel fegato e parte dalla condensazione di due molecole di acetil-CoA, proveniente dalla beta-ossidazione (impiego energetico) degli acidi grassi. La quantità di chetoni prodotta è regolata dalla disponibilità di glucosio, o meglio di glicogeno epatico: quando il glucosio nel fegato scarseggia, allora scarseggia anche l’ossalacetato, per cui meno acetil-CoA derivato dagli acidi grassi può procedere verso il ciclo di Krebs per produrre ATP.

Come accennato nella prima parte, i grassi vengono comunque ossidati per produrre corpi chetonici, che saranno utilizzati altrove per ricavarne energia. Quindi a monte deve essere presente acetil-CoA, e dunque avvenire la beta-ossidazione. Fattore fondamentale per cui questa abbia luogo è che gli enzimi mitocondriali possano ‘attaccare’ gli acidi grassi, dunque questi ultimi devono entrare in qualche modo nel mitocondrio.

Senza entrare troppo nel dettaglio, fondamentali nel trasporto degli acidi grassi all’interno del mitocondrio sono gli enzimi carinitina palmitoil-transferasi I e II (CPT-1 e 2). Dei due, la CPT-1 è inibita dal malonil-CoA, la cui concentrazione dipende, nel fegato, dalla quantità di glicogeno e nei muscoli da questa e dalla contrazione: durante l’esercizio fisico, il malonil-CoA diminuisce anche se il glicogeno è elevato (fattore per cui la contrazione muscolare aumenta l’attività della CPT-1 a prescindere dai livelli di glicogeno).

Keto-adaptation: cenni generali sull’adattamento chetotico

Scopriamo ora in che modo vengono utilizzati i substrati energetici nelle fasi principali di una dieta chetogenica e da dove deriva il suo tipico effetto anti-catabolico (protein sparing effect). Faccio qui notare che, se in altri tempi la chetosi veniva sfrenatamente ricercata proprio per questo effetto di risparmio proteico, in realtà non sembra avere un vero e proprio vantaggio in questo senso.

Ma cosa accade seguendo una dieta chetogenica? Poiché questo tipo di alimentazione è assimilabile al digiuno per i suoi effetti sull’utilizzo dei substrati energetici, si possono considerare proprio gli adattamenti metabolici dell’organismo durante un digiuno protratto (in inglese starvation) sopra descritti. Sia il digiuno a lungo termine (starvation) che la dieta chetogenica cronica infatti instaurano un adattamento metabolico chiamato keto-adaptation, traducibile come adattamento chetotico.

Nei primi giorni il cervello utilizza circa 100 g di glucosio per il suo sostentamento, al pari di quanto accade in una dieta normale mista. Poiché questo glucosio deve essere in qualche modo disponibile, durante il digiuno l’organismo lo ricava da substrati non glucidici (gluconeogenesi). Dei 100 g di glucosio necessari, il 75-80% circa deriva dalla degradazione degli aminoacidi costituenti le proteine, il 15-18% dal glicerolo ottenuto dalla degradazione degli acidi grassi, ed il restante da altri substrati, come piruvato e lattato.

Quando la chetosi si è solidamente instaurata, intorno alla terza settimana dall’inizio del digiuno, il cervello si adatta all’utilizzo dei corpi chetonici abbassando le richieste di glucosio a circa 40 g/die: questi provengono per circa il 50% dalla degradazione delle proteine, per il 40-45% dalla conversione del glicerolo e per la restante parte da altri substrati.

Rapporto chetogenico e degradazione proteica

Come ho spiegato nella prima parte, uno dei primi utilizzi della dieta chetogenica è nato in ambito clinico per controllare l’epilessia. Per ottenere gli effetti anti-convulsionanti la dieta deve rispettare una particolare condizione: avere un certo rapporto chetogenico, piuttosto elevato. Il rapporto chetogenico si definisce con la formula seguente:

I coefficienti riflettono il fatto che i carboidrati sono anti-chetogenici per il 100%, le proteine sono anti-chetogeniche per il 58% (la percentuale convertita in glucosio), per il 46% chetogeniche e i grassi sono per il 10% anti-chetogenici (per via del glucosio ricavato dal glicerolo) e per il 90% chetogenici. In merito al controllo dell’epilessia, l’effetto anticonvulsivante si ottiene con un rapporto chetogenico di almeno 1.5, vale a dire che per ogni g di proteine/carboidrati ingerito bisognerebbe assumere 4 g di grassi.

Prima dell’adattamento (prime tre settimane), assumendo un apporto glucidico pari a zero, è stato stimato un apporto ottimale di proteine di circa 1.75 g/kg di peso ideale o almeno 150 g di proteine/die. In questo modo è garantito l’apporto per il normale turnover proteico nonché quello per sopperire alla mancanza di glucosio. Come abbiamo detto, infatti, circa 75-80 g di glucosio nelle prime tre settimane derivano dalle proteine, e questo fabbisogno è ‘coperto’ dalle quantità indicate (utilizzando il coefficiente di conversione estrapolabile dal rapporto chetogenico, 150 g di proteine possono essere convertite in 150 x 0.58 = 87 grammi di glucosio).

Precisazioni sul rapporto chetogenico

Su rapporto chetogenico è necessario fare qualche importante precisazione. In primo luogo per una dieta chetogenica rivolta ai soggetti sani o non-epilettici non occorre badare al rapporto chetogenico. Soprattutto per quanto riguarda le proteine, sarà utile semplicemente calcolare l’apporto proteico ottimale per bilanciare il catabolismo aminoacidico e prevenire quindi il catabolismo muscolare.

In secondo luogo, le quantità appena indicate sono state calcolate per apporti glucidici nulli. Quando sono presenti minime quantità di carboidrati, come avviene tipicamente in questa dieta (20-50 g/die), meno proteine vengono convertite a glucosio per rifornire il sistema nervoso centrale. Utilizzando sempre il fattore 0.58, ogni grammo di carboidrati assunto permette il ‘risparmio’ teorico di poco più di mezzo grammo di proteine.

Passate tre settimane le richieste di glucosio da parte del sistema nervoso centrale diminuiscono in maniera importante, di conseguenza si riduce la produzione di glucosio a partire dalle proteine. Quindi dopo l’adattamento le proteine potrebbero essere leggermente ridotte, anche se questo non è necessario. Le soglie minime di proteine ottimali cambiano in caso di attività fisica ed in dipendenza dal livello di quest’ultima, ma il discorso sarà oggetto della terza parte.

Riferimenti essenziali:

• Cahill G. President’s address: Starvation. Trans Am Clin Climatol Assoc. 1982 94: 1-21.
• Zilberter T, Zilberter Y. Ketogenic ratio determines metabolic effects of macronutrients and prevents interpretive bias. Front Nutr. 2018 Aug 30;5:75.
• McDonald L. The Ketogenic Diet: A Complete Guide for the Dieter and Practitioner. Lyle McDonald, 1998.

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