Ponieważ poziom ketozy maleje gwałtownie po spożyciu glukozy, stan ten można osiągnąć w sposób zamierzony poprzez zwiększenie ilości spożywanych tłuszczów kosztem węglowodanów [1]. To załozenie stanowi podstawę diety ketogennej, w której tłuszcze stanowią ok. 80-90% i są głównym źródłem energii dla tkanek. Ilość białka w niej zawarta jest wystarczająca do zapewnienia prawidłowego wzrostu, rozwoju i funkcjonowania organizmu. Ketoza żywieniowa jest wywołana długotrwałym brakiem węglowodanów w diecie oraz umiarkowaną podażą białka. Podstawowa różnica miedzy ketozą żywieniową a tradycyjnym modelem funkcjonowania organizmu polega na zmniejszonym zapotrzebowaniu na tlen i glukozę. Wynika to z faktu, że komórki wykorzystujące tłuszcz w procesie oddychania komórkowego potrzebują znacznie mniej glukozy i tlenu. Co istotne, większość komórek ludzkiego ciała ma możliwość pobierania energii zarówno z tłuszczu i ketonów, jak i z glukozy, a proporcje wykorzystania poszczególnych źródeł energii zależą od ich dostępności. Podsumowując, jest to stan osiągany wówczas kiedy efektywnie zachodzi spalanie tłuszczu. Organizm zaczyna spalać zapasy tłuszczu oraz własne białka, w zamian uzyskując energię. Natomiast o stanie ketozy możemy mówić wtedy, kiedy stężenie ciał ketonowych we krwi jest większe niż stężenie glukozy.

Wśród dobroczynnego działania diety ketogenicznej wymienia się oczywiście wpływ na utratę wagi. Samo przejście na ketozę sprawia, że ograniczamy podaż węglowodanów, nasz mózg jest odżywiany, a nasze ciało spala tkankę tłuszczową. Eliminacja węglowodanów z diety, nie powoduje wahań poziomu insuliny, co mogłoby wywoływać napady głodu. Ketoza jest adaptacją organizmu pozwalającą w czasie głodu wydajnie korzystać ze zgromadzonych zapasów. W czasie długotrwałych braków pożywienia ketony zmniejszają zapotrzebowanie na glukozę. Mniejsze zapotrzebowanie na glukozę powoduje wyhamowanie procesu glukoneogenezy, a to z kolei zmniejsza zapotrzebowanie na białko do produkcji glukozy. Dzięki temu organizm oszczędza mięśnie oraz inne tkanki i narządy. Podobny efekt można także osiągnąć przez zmniejszenie lub eliminację węglowodanów w pożywieniu jednocześnie ograniczając spożycie białka. Dodatkową korzyścią jest na pewno fakt, że dieta wysokotłuszczowa wpływa na szybszą regenerację mózgu. Ma to związek z większym wydzielaniem melatoniny przez ciała ketonowe. Zaobserwowano także wzrostu poziomu hormonu wzrostu, obniżony poziom trójglicerydów i złego cholesterolu LDL. Ponadto obniża się i normalizuje ciśnienie krwi, co przekłada się na mniejsze ryzyko wystąpienia chorób układu krwionośnego.

Stosowanie diety jest jedną z najstarszych form terapii, która jest znana ludzkości od początków medycyny. Nie mając do dyspozycji innych metod terapeutycznych zalecano ją również w przypadku padaczki. Przez setki lat obserwowano, że u chorych na padaczkę głodzenie zmniejsza ilość napadów drgawkowych. Hippokrates wysnuł pogląd, że organizm takiego chorego jest zatruty, a jedynym panaceum na jego dolegliwości jest oczyszczenie poprzez stosowanie diety. Początek XX wieku przyniósł pierwsze kliniczne doniesienia, że metaboliczne zmiany wywołane głodem i dietą ketogenną, która imituje głodzenie, powodują drastyczne zmniejszenie liczby napadów drgawkowych. Pierwsze współczesne naukowe dowody o wpływie głodzenia na przebieg padaczki pochodzą już z 1911 roku. Interesujące było spostrzeżenie, że w przeciwieństwie do stosowanego wówczas bromku potasu, głodówka nie zaburzała sprawności umysłowej pacjentów. Wyniki badań przeprowadzane w kolejnych latach wykazały, że utrzymanie ketozy w organizmie znacznie zmniejszyło pobudliwość drgawkową mózgu, doprowadzając do rzadszych i słabszych napadów padaczkowych [2].

Wpływ wysokiej podaży tłuszczów na funkcjonowanie mózgu wciąż inspiruje naukowców do podejmowania kolejnych badań a liczne doniesienie naukowe dowodzą, że ten sposób żywienia może być pomocny w leczeniu innych schorzeń neurodegeneracyjnych. Jak komentuje prof. Dariusz Włodarek, kierownik Zakładu Dietetyki Wydziału Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji z SGGW w Warszawie - Dane eksperymentalne, epidemiologiczne i kliniczne wyraźnie wskazują, że dieta ketogeniczna może być niezwykle istotna w zapobieganiu i leczeniu chorób neurodegeneracyjnych takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Dane kliniczne wykazują także jej pozytywne działanie w leczeniu uszkodzeń mózgu i udaru. Zmiany metaboliczne obserwowane w związku z dietą ketogeniczną to ketoza, znacznie obniżony poziom glukozy i co istotne, podwyższony poziom wolnych kwasów tłuszczowych, które to wykazują korzystne działanie na układ nerwowy.

Poziom nienasyconych kwasów tłuszczowych u ludzi oraz zwierząt na diecie ketogennej jest zwiększony zarówno w surowicy, jak i mózgu. Zauważono, że poziom kwasów tłuszczowych pozytywnie koreluje ze zmniejszoną aktywnością drgawkową pacjentów leczonych tą dietą. Nienasycone kwasy tłuszczowe, w przeciwieństwie do wymagających swoistych nośników kwasów nasyconych, przenikają swobodnie przez barierę krew-mózg i w ten sposób mogą bezpośrednio oddziaływać z szeregiem kanałów jonowych wpływając na pobudliwość komórek np. poprzez wpływ na kanały sodowe i kanały wapniowe, zmieniając kurczliwośćœ mięśnia sercowego i działając przeciwarytmicznie [3]. Udowodniono, że nienasycone kwasy tłuszczowe, wpływając na pobudliwość poprzez modulację funkcji kanałów błonowych, chronią przed drgawkami wywołanymi in vivo [4]. Hamują one funkcje zależne od napięcia kanałów sodowych i wapniowych, aktywują hiperpolaryzujące kanały K2P oraz zwiększają aktywność pompy sodowo-potasowej (NA+/K+ ATPazy) [5], co również powoduje hiperpolaryzację błony komórkowej i podnosi próg drgawkowy.

- Wyniki naszych badań także wykazują neuroprotekcyjne działanie diety ketogenicznej. Mechanizm molekularny dobroczynnego wpływu wysokotłuszczowej diety na neurony związany jest z jej wpływem na metabolizm, systemy GABA, śmierć komórek oraz jej antyoksydacyjny i przeciwzapalny charakter. Warto jednak podkreślić, że dieta ketogeniczna wiąże się również z ograniczonym zastosowaniem i skutkami ubocznymi jej stosowania, które uniemożliwiają jej wykorzystanie w szerszym aspekcie klinicznym – dodaje prof. Włodarek.

W związku z tym, że głównym składnikiem energetycznym tej diety jest tłuszcz, osobom które mają problemy z nerkami oraz wątrobą, odradza się ten rodzaj diety. Metabolizm ciał ketonowych może je niepotrzebnie obciążać, dlatego opcję takiego żywienia raczej powinny rozważać osoby zdrowe. Należy także dodać, że stosowanie diety ketogenicznej może wywoływać drażliwość w związku z ograniczeniem podaży węglowodanów. Może także pojawić się kwasica utajniona, hipoglikemia oraz niedobory składników mineralnych.

Zdaniem prof. Włodarka - Zidentyfikowanie związków, które mogą wywoływać efekt neuroprotekcyjny podobny do stosowania diety ketogenicznej, byłoby bez wątpienia bardzo istotne w tworzeniu nowych strategii terapeutycznych dla chorób neurodegeneracyjnych. Interesującymi związkami, które wykazują potencjał terapeutyczny są alternatywne produkty utleniania wolnych kwasów tłuszczowych w wątrobie – ciała ketonowe, a w szczególności β-hydroksymaślan. Wyniki badań wskazują, że działa on ochronnie na neurony, zapobiegając ich uszkodzeniom. Jest także związany z odpowiedzią mitochondrialną podobną do tej, która obserwowana jest podczas stosowania diety ketogenicznej i restrykcji kalorycznej.

Jednym z mechanizmów leżących u podstaw procesów zachodzących przy uszkodzeniu neuronów jest wzmożona pobudliwość. Zjawisko to polega na nadmiernym stymulowaniu receptorów przez aminokwasy pobudzające, głównie przez zwiększone stężenie zewnątrzkomórkowego glutaminianu [6]. Nadmierna pobudliwość jest z kolei zjawiskiem wtórnym do niedokrwienia i urazu. Co istotne, odgrywa ona również istotną rolę w patomechanizmie chorób przewlekłych przebiegających z neurodegeneracją, takich jak: choroba Parkinsona, choroba Alzheimera, choroba Huntingtona czy ALS [7]. Wykazano, że dodanie acetooctanu i ß- hydroksymaślanu do hodowli neuronów poddanych działaniu glutaminianu zmniejsza śmiertelność komórek poprzez zmniejszenie produkcji wolnych rodników tlenowych i zwiększenie utleniania NADH w łańcuchu oddechowym. Również sama dieta ketogenna działa ochronnie na apoptozę wywołaną aktywacją receptora glutaminowego [8]. W modelu choroby Alzheimera opartym na hodowli komórek inkubowanych z fragmentem ß-amyloidu, ß-hydroksymaślan zmniejsza ich śmiertelność wpływając również na zachowanie większej ilości dendrytów i długości neuronów [9]. 

Mimo bezspornej terapeutycznej skuteczności, mechanizm działania diety ketogennej nie został wyjaśniony. Wydaje się, że mechanizm jej działania jest unikalny i wynika z szeregu przewlekłych zmian metabolicznych oraz adaptacji w ośrodkowym układzie nerwowym zachodzących podczas przewlekłego jej stosowania. Najnowsze dane kliniczne oraz eksperymentalne sugerują, że dieta ketogenna ma istotne właściwości neuroprotekcyjne, a w dobie coraz większej świadomości dietetycznej może mieć to ogromne znaczenie już na etapie prewencji chorób neurodegeneracyjnych. Należy jednak pamiętać o ograniczeniach, jakie wiążą się ze stosowaniem diety wysokotłuszczowej. Jak wspominano wcześniej, dieta ta nie jest odpowiednia dla wszystkich i wiąże się z dość drastyczną zmianą nawyków żywieniowych, niosąc ze sobą szereg skutków ubocznych. Dlatego też tak ważne jest identyfikowanie i opracowywanie związków, które poprzez działania imitujące efekty wywowałne dietą ketogeniczną, z powodzeniem i bez tak dużych restrykcji będą mogły działać neuroprotekcyjnie.