Mechanizmy kontrolujące ataki padaczki wykorzystują tzw. ciała ketonowe, czyli organiczne związki chemiczne, które powstają w wyniku utlenienia kwasów tłuszczowych jako podstawowe źródło energii metabolicznej. Kwasy tłuszczowe utleniane są w mitochondriach.

Proces ten  prowadzi do powstania dużych stężeń acetylo-CoA, który nie może być utleniony w cyklu Krebsa. Nadmiarowe ilości tego związku zostają zatem przekształcone do acetylooctanu, a następnie do acetonu i β-hydroksymaślanu. Powstałe ciała ketonowe pokonują barierę krew-mózg i są transportowane przez tzw. transportery kwasów monokarboksylowych do przestrzeni śródmiąższowej mózgu, gleju i neuronów. Tam z kolei wpływają na metabolizm energetyczny mózgu.

Doniesienia naukowe wskazują, że stosowanie diety ketogenicznej w przebiegu padaczki przynosi lepsze efekty u  dzieci niż w przypadku osób dorosłych. Fakt ten związany jest z obecnością wyższego poziomu określonych enzymów metabolizujących w mózgach dzieci, jak również z ich większą zdolnością do przemian ciał ketonowych. Ponadto, ilość transporterów kwasów monokarboksylowych zmniejsza się wraz z wiekiem i u osób dorosłych jest stosunkowo mała. Badania naukowe pokazują, że w przypadku cierpiących na padaczkę dzieci i młodzieży, stosowanie diety ketogenicznej ogranicza napady o ponad 50%, co jest pewnym precedensem z klinicznego punktu widzenia.

– Należy jednak pamiętać, że dietoterapia ta powinna być stosowana wyłącznie pod kontrolą specjalistów - mówi Dagmara Wójtowicz, dietetyk - W Polsce, najczęściej wprowadzana jest w warunkach szpitalnych, we współpracy lekarzy i dietetyków. Wymaga niezwykle dokładnego ustalenia stosunku ketogennego pomiędzy tłuszczami a sumą białek i węglowodanów w dziennym jadłospisie, biorąc pod uwagę wiek, wagę i wzrost dziecka. Terapia trwa około 24 miesiący, jednak już po 3 można zauważyć pierwsze efekty.

Wciąż nie do końca poznane są molekularne mechanizmy prowadzące do przeciwdrgawkowych efektów diety ketogenicznej. Wiadomo jednak, że produkcja ciał ketonowych związana jest z aktywnością przeciwutleniającą w mózgu, jak również z modulowaniem działania neurotransmiterów, co prowadzi m. in. do zmniejszenia zużycia glukozy. Badania wskazują, że dieta ketogeniczna związana jest ze zmianami w ilości takich neuroprzekaźników, jak glutaminian i GABA (kwas ϒ-aminomasłowy) oraz ich receptorów. Zwiększenie poziomu GABA, następujące przy udziale ciał ketonowych, stymuluje receptory, które stanowią kanały chlorkowe. Powoduje to napływ ujemnie naładowanych jonów do wnętrza komórek, co prowadzi do neuronalnej hiperpolaryzacji, a co za tym idzie - do hamowania aktywacji kanałów sodowych i wapniowych. Utrudnia to ponowne wywołanie impulsu nerwowego  w komórce.

Ciała ketonowe wpływają ponadto na aktywność kanałów potasowych zależnych od ATP. Zmiany na poziomie neuroprzekaźników oraz ich receptorów wyjaśniają zmniejszenie częstotliwości drgawek w przebiegu epilepsji. Ponadto, dieta ketogeniczna związana jest ze zmianami pH, które w sposób pośredni wpływają na aktywność kanałów jonowych. Wielu autorów wskazuje na korzystne efekty diety ketogenicznej w kontekście regulowania poziomu biogennych amin, z których wiele pełni rolę przekaźników i neuromodulatorów. Przykładem mogą być doniesienia związane ze zwiększeniem poziomu adenozyny, hamującej aktywność mózgu. Badania wskazują jednak, że skuteczność zwalczania napadów jest jednak zależna bezpośrednio od ekspresji A1R (receptory adenozyny A1).

W przypadku chorób o podłożu neuronalnym obserwuje się często zmniejszoną ilość ATP. W przypadku dłużej trwających napadów drgawkowych, chwilowy spadek stężenia tego składnika może prowadzić do śmierci komórki. ATP wytwarzane jest w mitochondriach, a zatem dysfunkcja tego organellum komórkowego może pełnić istotną rolę w stanach epileptogenicznych. Badania na myszach wykazały, że stosowanie diety ketogenicznej przyczynia się do zwiększonej biogenezy mitochondriów w hipokampie, jak również do stymulowania produkcji ATP.

Zaburzenie funkcji mitochondriów związane jest również ze zwiększeniem ilości reaktywnych form tlenu (ROS), co prowadzi do stresu oksydacyjnego. Ten niebezpieczny dla komórek stan  występuje również w czasie napadów drgawkowych. Doniesienia naukowe wskazują, że dieta ketogeniczna chroni przed stresem oksydacyjnym poprzez zmniejszenie stężenia ROS, a tym samym poprzez poprawienie status redox komórek.

Zaobserwowano również inne potencjalne mechanizmy, dzięki którym dieta ketogeniczna może prowadzić do zmniejszenia napadów drgawkowych w przebiegu padaczki. Można tu wymienić np. zwiększenie poziomu sirtuin, jak również kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK). Należy przy tym zwrócić uwagę, że stymulacja produkcji AMPK jest bezpośrednio związana z produkcją ATP.

Sirtuiny należą natomiast do deacylaz histonowych, których aktywność wpływa na proces utlenienia kwasów tłuszczowych, ale też zwiększa liczbę i rozmiar mitochondriów. Wskazuje się ponadto na zmniejszenie poziomu tzw. ssaczego celu dla rapamycyny (mTOR) w trakcie stosowania diety ketogenicznej. Choć wiadomo, że ta kinaza białkowa zaangażowana jest w liczne szlaki molekularne wpływające na układ nerwowy, to jednak dokładny mechanizm łączący wspomniane białko z ograniczeniem objawów epilepsji nie jest dokładnie poznany i wymaga dalszych badań.

– Prowadzone liczne badania na temat niekonwencjonalnych metod leczenia padaczki u dzieci potwierdzają, że prawidłowo ustalona dieta ketogenna przynosi spodziewane rezultaty, a co więcej w przypadku padaczki lekoopornej jest jedyną metodą zmniejszającą objawy, a nawet dającą szansę na całkowite wyleczenie - mówi Dagmara Wójtowicz.