生酮飲食的歷史及其簡易科學原理


生酮飲食的歷史
生酮飲食要從1910年代的幾位醫生讓病人「挨餓」後,有效改善癲癇症狀開始說起,這些醫生發現,在挨餓三、四天後,癲癇病人的大腦狀況會得到改善。而在1920年代Dr. Woodyatt & Wilder則進一步發現,攝取極低的碳水化合物、搭配高比例的脂肪,不僅可以得到類似的效果,因為病人可以進食,還可以大幅提升療程的持續時間,比單純的「挨餓療法」來得更好用,這便是「生酮飲食」的由來。



生酮飲食此後受到廣泛歡迎,在1940-1980年代達到巔峰,當時更有一個調查結果指出,在1000位使用生酮飲食的癲癇兒童中,52%完全康復、27%得到相當的改善。此後,生酮飲食正式被列為治療癲癇的療法之一,幾乎所有與兒童癲癇有關的教科書,都會花上一整個章節來討論生酮飲食。


可惜自1970年代開始,當治療幼兒癲癇的藥物陸續問世,實行不易、需要營養師精算的生酮飲食療法就慢慢沒落了。然而,NBC的一部紀錄片,又再度燃起了科學界對於生酮飲食的研究,這部影集是敘述一位罹患癲癇的兩歲男孩的人生轉折、一個普通家庭如何因為癲癇以及拜金主義的醫療制度而陷入絕境、最終父母拒絕手術、採用生酮飲食後卻得到意想不到的治療效果。該片大受歡迎,後來甚至還由這位男孩的父親執導,在1997年拍攝了梅莉史崔普飾演的「不要傷害我小孩 (First Do No Harm)」



至近代,因為廣泛的研究,生酮飲食已被列為治療神經退化性疾病(例如阿茲海默症、帕金森氏症、多發性硬化等)、創傷性腦部受損(例如腦震盪)甚至是癌症的療法之一。


而生酮飲食約在1990年代開始受到健美運動員的關注,這群人在乎的當然不是生酮飲食對於大腦的影響,而是生酮飲食的副作用:降低體脂肪。


想想看, 餐餐大吃牛排、起司、奶油、橄欖油,卻能同時擁有線條分明的腹肌?也太不科學了吧!


有許多健美運動員都為生酮飲食「降低體脂肪」的副作用深深著迷,自然也陸續有商人打著「教學」的口號,販售生酮飲食的指導。


時至今日,這套神奇的飲食方法又得到了更大量的關注,除了想練更大、練壯的健美先生之外,想提升表現的運動員、想減脂的人們,都把眼光放到了這套飲食系統上。生酮飲食可以讓我跑得更快嗎?可以改善家中長輩的病嗎?可以讓我擁有一個完美的Beach-body嗎?


答案是:真的不一定,看情況。


什麼啊?你講了這麼多,結果到頭來還是「不一定」?


對啦!怎樣?打我啊! 因為生酮飲食大幅度地改變了身體的運作模式,並不是三言兩語就可以解釋清楚的,而且在不同的變因(如運動、蛋白質攝取量等)下會有不同的效果,如果我隨便就下結論,那就太不負責任了,就讓我向各位娓娓道來…


首先,我們需要了解的的就是生酮飲食的科學原理。


生酮飲食的簡易科學原理

大腦是人體中數一數二重要的器官,消耗的能量也特別大,但因為脂肪分子過大、無法穿越血管障蔽至大腦利用,大腦別無選擇,只能成為「葡萄糖」的狂熱粉絲。正常狀況下體內60-70%的葡萄糖都會優先供應給大腦作為主要燃料。


但人體儲存「葡萄糖」的能力相當差,多餘的醣類都會被轉化成「肝醣」儲存,但肝醣當然可以再轉回變成葡萄糖,所以正常狀況下,當體內葡萄糖濃度過低、大腦沒燃料可以燒的時候,只要跟肝臟說一聲,肝醣轉換一下、新的葡萄糖就會運過來了。



(身體儲存的肝醣與脂肪相比,是「相對」重的,就是儲存能量的CP值比較低,所以人體儲存碳水化合物的能力比脂肪低很多,大概是1000大卡對上150,000大卡的差距)

但當我們飢餓、體內的葡萄糖跟肝醣都消耗殆盡的時候(約二至三天),你就會因為大腦沒有能量變成腦殘了。


Google “idiot” 後看到滿滿都是Trump的照片… (在此聲明我沒有政治立場XD)

恩,當然…….不是! 如果好幾天沒吃東西就變成腦殘,那人類怎麼可能在古代激烈的生存競爭中存活下來?


快摸摸肚子上那一圈又一圈的肉吧!難道他們是裝飾用的嗎?脂肪的角色就是在身體沒有食物時的能量來源。但是我們剛剛有講到,脂肪分子太大進不了大腦、而大腦愛吃的葡萄糖偏偏又不夠用,那怎麼辦?


身體有個很聰明的機制,基本上一個人餓超過72小時不吃東西,體內的葡萄糖、肝醣耗竭、又沒有辦法透過食物補充的時候,肝臟可以透過生酮作用(Ketogenesis) 將脂肪轉換成「酮體」 (Ketone body) ,並將你的身體轉變為「酮症」 (Ketosis) 狀態。大腦可以改用這些酮體作為主要燃料、並降低葡萄糖的使用量,同時身體其他部位也會改以大量燃燒脂肪作為能量來源。(註)


在正常狀況下大腦都是使用葡萄糖作為能量來源。但在飢餓時,大腦可以改使用酮體、並減少葡萄糖的消耗。來源:Ketosis proportionately spares glucose utilization in the brain (Zhang et al., 2013)


我們可以把「酮症狀態」看成是人體能量系統的緊急方案,可以讓人體在很長一段的時間不進食後,依然能夠維持大腦正常運作。


至於要挨餓多久才可以進入酮症狀態,速度因人而異,不過相比於其他哺乳類動物,人類因為需要把接近20%攝取的總能量供應給大腦,因此有著最快速的酮症反應,以應付龐大的大腦能量需求。頭佔身體比例最高的小嬰兒,甚至可以在幾個小時沒有進食後就達到酮症狀態;但對健康的成人來說,若要進入酮症,可能要挨餓好幾天、甚至一個禮拜。


挨餓好幾天後進入「酮症」狀態對多數人來說不僅相當痛苦,也很不划算。目前已有大量研究指出,挨餓所減輕的體重會伴隨著可觀的肌肉流失(約是減輕的體重的25%),因此,在多數情況下,「挨餓」來進入「酮症」並不會被採用。


延伸閱讀:酮症與酮酸中毒的差別?
請注意,在閱讀各類文獻時,別把ketosis跟ketoacidosis搞混。酮症 (Ketosis) 泛指血液中的酮體高於正常數值時,而酮酸中毒(ketoacidosis)發生在當血液中的酮體高到無法控制並損害正常機能的時候。正常人的身體自我調節能力非常強,當血液偏酸的時候,身體可以藉著產生更多的生物鹼來吸收氫離子以緩衝(高中的緩衝溶液概念)、或者讓腎臟來幫忙。但在某些情況下,當身體緩衝的能力不足以應付過高濃度的氫離子,血液的pH值低於7.35的時候,麻煩就大了,這個才叫做酮酸中毒。酮酸中毒較常發生在代謝系統出問題的人身上,對於身體健康的一般人而言,就算施行生酮飲食,也很難真的「一下就把身體給吃壞」。
對這個議題有興趣的朋友,可以參考史考特的一分鐘教室這篇文章


生酮飲食:不用挨餓、卻一樣可以達到「酮症」的效果
由於「酮症」需要長時間的飢餓後才會產生,現實生活中施行不易,所以科學家觀察到另外一個方法,也就是使用「生酮飲食」。


這種方法不用真的餓肚子,只要大幅降低碳水化合物的攝取量,並將不足的熱量缺口用額外的脂肪與蛋白質補足,身體就會產生類似「饑荒」的反應、並進入「酮症」狀態,開始大量燃燒脂肪供應身體能量需求。


哇!聽起來合情合理耶!而且看起來生酮飲食在科學的解釋上面也沒有什麼瑕疵,所以我只要馬上開始吃,就會變瘦嗎?!

可惜的是,世界沒有這麼美好。除了身體運作的機制超乎想像的複雜之外,生酮飲食對一般人而言實施起來也很不容易。這也是為什麼大部分人的生酮飲食計劃,都會以失敗收場…


下一篇文章,我們將會探討
生酮飲食要怎麼吃?又要如何才能達到理想效果?


註:(延伸閱讀)「酮體」是由一群特定結構的化學物質的通稱,最早約在1950年代德國化學家Gmelin所命名。人體可以利用的酮體有兩種,分別是acetoacetate以及D-β-hydroxybutyrate,而身體產生酮體的方式相當複雜,簡而言之就是在特定情境之下(例如飢餓狀態、或者是刻意降低碳水化合物的攝取時),體內會有下列反應:


脂肪組織釋放脂肪酸->脂肪酸進入細胞中⇢脂肪酸與co-enzyme A形成 acetyl-Co-A chain並進入肝臟細胞的粒線體⇢ β-Oxidation 後的產物形成acetyl-Co-A⇢經過一系列酵素轉換後生成前述的兩種酮體、以及Acetone ⇢ 酮體進入血液中⇢ 需要能量的細胞便可以使用這些酮體作為能量來源。



有些人會把酮體比喻為除了碳水化合物、脂肪與蛋白質之外的「第四種」能量系統,我認為這比喻算是滿貼切的。(不過,酮體就如酒精一樣,人體雖然可以分解利用並產生能量,但這並不代表我們就應該使用它們為主要能量來源)


肝臟還有另一個自己合成葡萄糖的機制稱為醣質新生(gluconeogenesis),可以把體內的氨基酸以及其他物質轉化成葡萄糖供大腦使用。


這兩個機制就是人類就算好幾天沒吃東西,也不會因為醣類用光就變腦殘的原因。(如果對以上兩個反應途徑有興趣的朋友,可以至史考特醫生的一分鐘健身教室這篇文章、還有這篇文章看看)


Reference:


Wheless, J. W. (2008), History of the ketogenic diet. Epilepsia, 49: 3–5. doi:10.1111/j.1528-1167.2008.01821.x


文章來源:http://martinlifenyc.blogspot.tw/

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