Come funziona la dieta chetogenica

Come funziona la dieta chetogenica? Semplicemente sfruttando certi meccanismi fisiologici che sono in genere poco o per nulla utilizzati, visto la grande disponibilità di alimenti ricchi di carboidrati nella tipica dieta del soggetto medio.

Il corpo umano è previdente: sa bene che la sopravvivenza dipende dalla capacità di ricavare energia da substrati diversi come glucosio, proteine, acidi grassi e chetoni. E sa ancora meglio che a volte queste sostanze non sono immediatamente disponibili, per cui ha imparato a metterle da parte  con grande efficienza. Il glucosio è accumulato nel fegato e nei muscoli sotto forma di glicogeno, gli acidi grassi sono immagazzinati in forma di trigliceridi nelle cellule adipose, mentre le proteine non sono accumulate, ma vanno semplicemente a costituire tessuti e muscoli.

In un uomo di circa settanta kg, con una percentuale di grasso corporeo intorno al 20%,  sono presenti 14 kg di grasso, pari a oltre 126.000 kcal. Le proteine a livello del muscolo sono circa 6 kg, per altre 24.000 kcal, mentre la riserva di carboidrati è più ridotta: cinque grammi di glucosio in circolo, circa 100-120 g nel fegato e 300-400 g nel muscolo, per un contributo di appena un migliaio di kcal.

Quando c’è un deficit calorico la quantità di zuccheri disponibile è sufficiente a garantire energia per poche ore, mentre l’utilizzo di proteine è limitato visto i gravi problemi che un’eccessiva perdita  può causare. In definitiva il carburante di riserva più abbondante e a buon mercato è il grasso corporeo. Nel soggetto tipo il grasso presente potrebbe fornire energia per qualche mese senza alcuna assunzione di cibo.

L’utilizzo di questi substrati dipende dallo stato metabolico dell’organismo. Se c’è una buona disponibilità di glucosio allora questo sarà il carburante d’elezione, ma quando i livelli di glucosio sono ridotti allora saranno i grassi e i chetoni ad essere bruciati. Il principio di base della dieta chetogenica è proprio questo: limitare la disponibilità di carboidrati per costringere il nostro corpo ad utilizzare i grassi come fonte d’energia principale .

La maggior parte dei tessuti e degli organi preferisce utilizzare glucosio per ricavare l’energia necessaria alle proprie funzioni, ad eccezione del cuore che lavora con una miscela di glucosio, acidi grassi e chetoni. Il glucosio utilizzato proviene soprattutto dai carboidrati consumati  con la dieta, ma una frazione più o meno importante può essere ricavato anche da altre sostanze, soprattutto alcuni aminoacidi come alanina e glutamina, grazie alla gluconeogenesi, un processo che avviene nei reni e nel fegato e il cui contributo, in condizioni normali, non è rilevante. Il contributo della gluconeogenesi diventa determinante quando  la disponibilità di glucosio è ridotta: in queste condizioni le proteine  muscolari vengono demolite per ricavarne  aminoacidi , utilizzati per produrre glucosio.

Quando il glucosio non è disponibile molti organi e tessuti riescono a ricavare energia dagli acidi grassi. Molti ma non tutti: il cervello, i globuli rossi, la midollare del surrene e il midollo osseo non possono utilizzare acidi grassi e necessitano comunque di glucosio per funzionare. In realtà il cervello non è così schizzinoso e riesce ad utilizzare anche i corpi chetonici: durante una dieta chetogenica può ricavare dai chetoni fino al 75% del proprio  fabbisogno energetico.

L’utilizzo dei chetoni come substrato energetico dipende dalla loro disponibilità: in condizioni normali la quantità disponibile è ridotta e il loro contributo è trascurabile. Quando la loro concentrazione sale molti tessuti cominciano a utilizzarli senza problemi. Unica eccezione il fegato, che non possiede gli enzimi necessari a metabolizzarli e utilizza invece acidi grassi. Dopo qualche giorno di dieta la maggior parte dell’energia necessaria alle funzioni dell’organismo proviene da acidi grassi e chetoni: dopo qualche settimana l’utilizzo dei corpi chetonici tende a ridursi, privilegiando quello degli acidi grassi. Unica eccezione il cervello, che continua a bruciare glucosio e chetoni.

Se pensiamo alla storia della nostra specie, alle condizioni di scarsità di cibo in cui ci siamo evoluti, appare evidente che la chetosi è una forma di adattamento che permette di ricavare nutrimento per il cervello quando i carboidrati non sono disponibili,  utilizzando il grasso accumulato nei rari momenti di abbondanza.

Contrariamente a quanto si pensa la dieta chetogenica non è una dieta iperproteica: il consumo di proteine in genere è vicino a quello indicato nelle linee guida. Sono i lipidi ad aumentare, mentre calano drasticamente i carboidrati.

Un ruolo importante nel regolare l’utilizzo dei nutrienti per produrre energia lo giocano gli ormoni, un gran numero di ormoni, e tra questi hanno  funzione centrale insulina e glucagone.

L’insulina è un ormone che il pancreas rilascia quando aumenta la presenza di glucosio nel sangue. La glicemia è mantenuta in un intervallo di valori strettamente controllato compreso tra 80 e 120 mg/dl (milligrammi per decilitro). Quando consumiamo un pasto ricco di carboidrati  la glicemia aumenta rapidamente  causando il rilascio di insulina. L’aumento dell’insulina è un segnale. In risposta  a questo segnale diversi organi e tessuti assorbono il glucosio in eccesso. Il glucosio assorbito viene convertito in glicogeno nel fegato e nel muscolo, mentre nel tessuto adiposo può essere utilizzato per produrre acidi grassi, a loro volta utilizzati per  produrre trigliceridi.L’insulina è essenzialmente un ormone anabolico rilasciato in presenza di abbondanti quantità di nutrienti (anche elevate concentrazioni di proteine, acidi grassi e addirittura corpi chetonici possono stimolare la secrezione dell’ormone), un segnale che indica ai vari tessuti che è il momento di accumulare e costruire.

Quando la glicemia cala, a causa dell’attività fisica, del digiuno o di una dieta povera di carboidrati, cala anche il livello dell’insulina mentre aumenta quello del glucagone. Anche questo ormone è prodotto dal pancreas ma ha effetti opposti a quelli dell’insulina stimolando la mobilitazione e il rilascio dei nutrienti accumulati in forma di trigliceridi, glicogeno e proteine. L’azione del glucagone riguarda soprattutto il fegato, con demolizione del glicogeno presente e rilascio di glucosio in circolo, ma in condizioni di ridotta disponibilità di carboidrati diventa apprezzabile anche a livello muscolare: il glucacone è un ormone catabolico.

Insulina e glucagone sono antagonisti e il loro rapporto a livello del circolo ha un ruolo importante nel determinare lo stato di chetosi. Durante la dieta chetogenica i livelli di questi ormoni primari, insieme alla disponibilità di nutrienti e altri fattori di stress, controllano i livelli e gli effetti di altri ormoni. Adrenalina e noradrenalina aumentano e stimolano il rilascio di acidi grassi dal tessuto adiposo. Aumentano anche il cortisolo, il testosterone e il GH (Ormone della crescita), con un effetto cumulativo complessivo che favorisce la mobilizzazione delle riserve energetiche.

Infine viene ridotta la conversione di T4, forma meno attiva degli ormoni tiroidei, in T3, forma più attiva, con l’effetto finale di ridurre il catabolismo delle proteine. L’azione sugli ormoni tiroidei è apprezzabile e molto importante ma, in assenza di patologie sottostanti, non dovrebbe causare il tanto temuto rallentamento del metabolismo.

Il fegato è organo chiave nei processi metabolici, la centrale alla  quale, in maniera diretta o indiretta, arrivano tutti i nutrienti consumati e assorbiti. Il glucosio è accumulato nel fegato sotto forma di glicogeno e la quantità di glicogeno presente – che può arrivare intorno ai 120 grammi in un adulto – è uno dei fattori che controlla il modo in cui i nutrienti vengono utilizzati. Quando le riserve di glicogeno del fegato sono piene la glicemia può essere mantenuta su livelli stabili e predominano i processi anabolici: il glucosio, gli aminoacidi e i grassi assorbiti vengono utilizzati per aumentare le scorte e per la sintesi di nuove strutture.

A causa di un’intensa attività fisica o nel corso di una dieta povera di carboidrati le riserve di glicogeno calano, con l’avvio di processi catabolici: i nutrienti accumulati a livello dei tessuti vengono nuovamente resi disponibili. Se la riduzione del glicogeno epatico è rilevante si ha un calo apprezzabile della glicemia: in queste condizioni il fegato comincia a produrre glucosio attraverso la gluconeogenesi, a partire da aminoacidi e glicerolo, utilizzando quindi proteine e lipidi.

La gluconeogenesi è un processo oneroso, in particolar modo problematico è l’utilizzo di proteine che a lungo andare può causare severi problemi. È come se, in pieno inverno, per scaldare la vostra casa, avendo esaurito tutta la legna da ardere (i carboidrati), vi trovaste  costretti a bruciare mobili di pregio, porte, finestre, perfino le travi che sorreggono il tetto (le preziose proteine). In queste condizioni inizia la produzione di corpi chetonici a partire dagli acidi grassi, combustili di riserva per tutti i tessuti caratterizzati da un’intensa attività metabolica.

Gli adipociti sono le cellule che costituiscono il tessuto adiposo, piccoli magazzini in cui i grassi sono accumulati in forma di trigliceridi. Quando l’insulina è elevata, come avviene dopo un pasto, gli adipociti assorbono glucosio e acidi grassi e li utilizzano per produrre trigliceridi: le scorte di grasso aumentano. Quando il livello di insulina cala, e sale invece quello di glucagone, adrenalina e noradrenalina, aumentano il processi lipolitici: i trigliceridi sono demoliti e il glicerolo e gli acidi grassi che li compongono sono riversati in circolo. Gli acidi grassi liberi, in realtà legati all’albumina, possono essere utilizzati da molti tessuti per la produzione di energia.

Una certa quota di acidi grassi raggiunge il fegato e qui, a seconda della disponibilità di glicogeno e del rapporto insulina/glucagone, verranno più o meno utilizzati per la produzione di corpi chetonici.

Un rapporto insulina/glucagone elevato indica che siamo ben nutriti: il fegato e vari tessuti  accumulano i nutrienti in eccesso. Quando la disponibilità di carboidrati si riduce, come avviene durante la dieta chetogenica, il rapporto si inverte e le scorte di glicogeno epatico si riducono. Cala anche il livello di una sostanza chiave, il malonil-CoA, un intermedio della sintesi degli acidi grassi, inibitore di un enzima, carnitina palmitoil transferasi 1 (CPT1), la cui attività è essenziale per il trasferimento degli acidi grassi a catena lunga all’interno del mitocondrio. Qui gli acidi grassi sono utilizzati per produrre energia attraverso un processo chiamato β-ossidazione che determina un forte accumulo di acetil-CoA.

Quando l’acetil-CoA è presente in grandi quantità viene utilizzato per la sintesi di corpi chetonici:

• acido acetacetico è il prodotto diretto dei processi che avvengono nel fegato. Puo essere convertito negli altri due composti;
• acetone: è prodotto per decarbossilazione dell’acetoacetato , può essere convertito a piruvato, lattato o aceto per produrre energia oppure può essere escreto attraverso le urine o, essendo molto volatile, attraverso il respiro. È il responsabile dell’odore fruttato tipico dei soggetti in chetosi.
• acido β-idrossibutirrico, formato per decarbossilazione dell’acetoacetato, è il più abbondante dei tre.

I corpi chetonici sono piccole molecole solubili in acqua che vengono riversate in circolo e possono essere utilizzate per produrre energia nella maggior parte dei tessuti. I chetoni possono attraversare senza difficoltà la barriera ematoencefalica e sono carburante indispensabile per le cellule del sistema nervoso quando la disponibilità di glucosio è ridotta. A livello dei tessuti, i corpi chetonici sono nuovamente convertiti in acetil-CoA e utilizzati come substrati nel ciclo di Krebs, ciclo metabolico fondamentale utilizzato dalle cellule per produrre energia in presenza di ossigeno.

In condizioni normali il fegato produce sempre una piccola quantità di corpi chetonici, con una concentrazione ematica  di circa 0,1 mmol/l (millimoli per litro). Quando la concentrazione sale intorno a 0,2 mmol/l si parla di chetosi. La chetosi può essere dovuta ad un intenso esercizio fisico: dopo un forte lavoro aerobico la concentrazione dei chetoni può arrivare a 1-2 mmol/l. Durante il digiuno o una dieta chetogenica il livello può salire fino a 5-8 mmol/l. Valore superiori a questa soglia indica una condizione differente, definita chetoacidosi. Soltanto in situazioni particolari, in soggetti  diabetici o alcolizzati, si possono raggiungere concentrazioni di 25 mmol/l: si parla di chetoacidosi diabetica o chetoacidosi alcolica, due complicanze metaboliche particolarmente pericolose, cui la dieta chetogenica deve la sua pessima fama in ambito medico, fama assolutamente ingiustificata.

In condizioni di digiuno o dieta chetogenica la concentrazione ematica dei corpi chetonici si stabilizza nel giro di qualche giorno. Una parte dei chetoni prodotti viene eliminata attraverso i reni, con comparsa di corpi chetonici nelle urine. La quantità di chetoni eliminata con le urine è pari al 10-20% della produzione totale, circa 10-20 grammi al giorno, con un picco di escrezione verso la mezzanotte, un minimo al mattino e valori variabili durante tutta la giornata. Il livello dei chetoni nelle urine, chetonuria, è una indicazione indiretta del livello ematico dei chetoni, chetonemia, ma non è particolarmente preciso: l’utilizzo di un ketostix è comunque un metodo rapido e semplice per verificare se si è effettivamente in chetosi.

un adeguato consumo di grassi è importante durante una dieta chetogenica: meglio se i grassi sono di buona qualità, magari dell’ottimo olio extravergine di oliva.

Il pH misura l’acidità di una soluzione acquosa. Un pH pari a 7 indica una soluzione neutra, un valore inferiore a 7 una soluzione acida, un valore superiore a 7 una soluzione basica. I processi metabolici sono influenzati dal pH del mezzo in cui avvengono. Un gran numero di processi regola il livello di acidità dell’organismo , in particolar modo il pH del sangue viene mantenuto in un ridottissimo intervallo di valori compresi tra 7,35 e 7, 45: il sangue è leggermente basico.

I corpi chetonici sono degli acidi e, nella prima fase della chetosi, possono provocare una leggera riduzione del pH ematico, che si stabilizza rapidamente e viene mantenuto su valori normali almeno fino a quando la concentrazione dei corpi chetonici non superi 10 mmol/l. La tanto temuta acidificazione del sangue che dovrebbe essere causata da una dieta chetogenica è quindi un effetto transitorio che non va assolutamente confuso con quanto accade in situazioni patologiche.

La dieta chetogenica ha come obiettivo quello di favorire l’utilizzo dei grassi come substrati energetici, sfruttando meccanismi fisiologici che probabilmente riflettono un adattamento che permette di mantenere il cervello ben nutrito quando i carboidrati non sono disponibili. Perché si possa instaurare una condizione di chetosi sono necessarie alcune condizioni:

• l’apporto di carboidrati con la dieta deve essere molto ridotto, inferiore ai 30 grammi al giorno, mentre è consigliabile che l’apporto di grassi aumenti, in modo da favorirne l’utilizzazione da parte dell’organsimo;
• in queste condizioni le scorte di glicogeno epatico si riducono notevolmente nel giro di una dozzina di ore;
• il rapporto insulina/glucagone si sposta decisamente a favore del secondo;
• gli acidi grassi vengono rilasciati dal tessuto adiposo;
• gli acidi grassi a livello del fegato sono convertiti in corpi chetonici;
• i corpi chetonici e gli acidi grassi divengono i substrati utilizzati dalla maggior parte dei tessuti;
• il fegato produce anche glucosio, attraverso un processo, la gluconeogenesi, che utilizza come substrati alcuni aminoacidi, il glicerolo e l’acido lattico. Il glucosio è destinato al cervello e a pochi altri tessuti che lo utilizzano in via preferenziale;
• dopo una ventina di giorni l’adattamento dell’organismo alla chetosi è massimo: muscoli e organi utilizzano soprattutto acidi grassi, mentre i corpi chetonici sono destinati soprattutto al cervello, assieme ad una modesta quota di glucosio ricavata tramite gluconeogenesi.

Durante una dieta chetogenica il nostro corpo brucia essenzialmente grassi, con contributi modesti degli altri substrati. Questo crea condizioni metaboliche particolari in molti tessuti che sono alla base dei diversi effetti osservati per questa dieta, dal dimagrimento alla riduzione della frequenza degli attacchi epilettici in pazienti pediatrici. La maggior efficienza nell’utilizzare grassi la rende anche adatta ad essere utilizzata nella fase di preparazione per diversi sport di endurance. [1, 2, 3, 4, 5]

Per saperne di più sulla dieta chetogenica:

• Dieta chetogenica, vantaggi e controindicazioni
• La dieta chetogenica negli sport di endurance