Im Zuge der kohlenhydratarmen Ernährung haben die Wörter „Keto“, „Ketone“ und „Ketose“ an Bekanntheit gewonnen. Allerdings werden diese Begriffe häufig etwas durcheinander geworfen, weshalb ich heute versuchen möchte etwas Klarheit in den Dschungel zu bringen. Was eine ketogene Ernährung ist und warum sie ursprünglich entwickelt wurde, habe ich bereits in diesem Artikel beschrieben. Heute möchte ich etwas genauer auf den Stoffwechsel eingehen.
Was sind Ketone? Was sind Ketonkörper? Was haben sie mit der Ketose zu tun und wie werden sie gebildet?
Was sind Ketone?
links: Aldehyd, rechts: Keton
Beginnen wir mit der chemischen Definition: Ketone sind, ebenso wie Aldehyde, Carbonylverbindungen (-C=O) und besitzen gegenüber diesen in ihrer Struktur einen einzigen Unterschied: während Aldehyde immer an einer Bindung der Carbonylgruppe ein Wasserstoffatom besitzen müssen (da dies Teil ihrer Definition ist), so müssen bei Ketonen zu beiden Seiten der Carbonylgruppe Kohlenwasserstoffreste vorliegen, ihr Kohlenstoffatom muss also sekundär sein.
Ketone sind nicht gleich Ketonkörper
Wenn von Ketonen im Zusammenhang mit dem Fettstoffwechsel des Menschen die Rede ist, dann sind meist die Nebenprodukte des Fettstoffwechsels gemeint. In diesem Zusammenhang fällt auch gerne mal der Begriff „Ketonkörper“. Der menschliche Körper bildet drei verschiedene Ketonkörper: Aceton, Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat.
Ketonkörper sind eine natürliche Energiequelle
β-Hydroxybutyrat ist chemisch gesehen kein Keton, da die Ketogruppe zu einer Hydroxygruppe reduziert (umgewandelt) wurde. Trotzdem wird es zu den Ketonkörpern gezählt, da es vergleichbare Eigenschaften im Körper hat. Zudem ist es der bedeutendste Ketonkörper im Stoffwechsel.
Merke: Ketonkörper sind Ketone, aber nicht alle Ketone sind Ketonkörper. So sind zum Beispiel auch die Geschlechtshormone Testosteron und Progesteron Ketone, aber keine Ketonkörper.
Wann produziert der Körper Ketonkörper?
Ketonkörper werden in geringen Mengen ständig gebildet und können im Urin oder im Blut immer nachgewiesen werden. Sie sind eine natürliche Energiequelle, welche allerdings kaum genutzt wird, solange Glukose vorhanden ist.
In einer herkömmlichen, vollwertigen Ernährungsweise bezieht unser Körper grundsätzlich seine Energie aus Kohlenhydraten. Diese werden im Stoffwechsel zu Glukose (Einfachzucker) abgebaut und dienen als Energiequelle. Fallen die Kohlenhydrate weg, zum Beispiel durch den bewussten Verzicht auf kohlenhydrathaltige Lebensmittel oder durch Fasten, muss der Körper eine andere Energiequelle nutzen: dann beginnt er Ketonkörper zu bilden. Diesen Stoffwechselzustand nennt man Ketogenese.
Nach einer Fastenperiode von 12 bis 16 Stunden ist bereits ein Anstieg der Ketonkörper zu verzeichnen1.
Das Ziel der Ketogenese ist es den Körper mit einer alternativen, effizienten Energiequelle zu versorgen und das aufbrechen wertvoller, körpereigener Proteine wie Muskeln (zur Energiegewinnung), zu verhindern1.
Eine Ketose, also der Zustand, wenn nahezu alle Zellen auf Ketonkörper als Energiequelle zurückgreifen, tritt beim Menschen ein, wenn er weniger als 50 g Kohlenhydrate pro Tag zu sich nimmt. Zusätzlich darf nur so viel Protein gegessen werden, wie auch verbraucht wird. Daher ist körperliche Aktivität ebenfalls sehr wichtig2.
Zur Info: Eine low carb Diät (mit wenigen Kohlenhydraten) ist nicht zwangsläufig eine ketogene Diät, da auch der Proteingehalt der Nahrung den Ketosestoffwechselzustand verhindern kann2.
Wie entstehen Ketonkörper?
Während Kohlenhydrate noch vorhanden sind, ist der Körper damit beschäftigt diese für den Aufbau von Proteinen zu verwenden, den überschüssigen Anteil als Fett zu speichern und im Allgemeinen zu wachsen.
Beim Fasten oder im Hungerzustand sinkt der Blutzuckerspiegel, wodurch der Körper das Signal bekommt zuerst die Kohlenhydratspeicher zu leeren (Glykogen) und wenn diese abgebaut sind wird vermehrt das eingespeicherte Fett mobilisiert.
Fettsäuren können jedoch nicht als Energiequelle genutzt werden, Ketonkörper jedoch schon. Deshalb werden die Fettsäuren in der Leber, genauer gesagt in den Mitochondrien der Leberzellen, zu Ketonkörpern umgewandelt.
Über den Blutkreislauf werden die Ketonkörper zu allen Geweben im Körper transportiert. Mit wenigen Ausnahmen können alle Zellen im Körper Ketonkörper und Fettsäuren zur Energiegewinnung nutzen.
Zu den Ausnahmen gehört unter anderem das Gehirn: dies kann im Hungerzustand auf Ketonkörper umstellen und somit einen Großteil seines Bedarfs denken, aber nicht alles. Der restliche Bedarf muss weiterhin von Glukose gedeckt werden, was jedoch über die Glukoneogenese gesichert wird. Dabei wird Glukose aus Triglyceriden und Aminosäuren hergestellt. Auch die Eryrthrozyten (roten Blutkörperchen) sind auf Glukose angewiesen und werden über die Glukoneogenese versorgt.2
Wie schon erwähnt, gibt es drei Ketonkörper, die dabei anfallen: Aceton, Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat.
β-Hydroxybutyrat ist das bedeutendste Keton im Körper. Die enzymatische Umwandlung von Acetoacetat zu β-Hydroxybutyrat dient der Energiekonservierung, denn β-Hydroxybutyrat kann nicht mehr spontan zu Aceton zerfallen.
Aceton entsteht durch spontanen Zerfall von Acetoacetat, ohne Enzyme. Es ist flüchtig und wird im Stoffwechsel so gut wie nicht weiterverwendet. Stattdessen wird es über den Urin, aber vor allem über die Lunge bei der Ausatmung abgegeben. Dies ist für den typischen Mundgeruch verantwortlich, den man bei der Ketose häufig wahrnehmen kann.
Warum produziert der Körper aufwendig Ketonkörper und verbraucht nicht einfach die Fettsäuren?
Die Frage warum der Körper aus den Fettsäuren Ketonkörper produziert und als Energiequelle verwendet und nicht einfach die Fettsäuren zur Energiegewinnung verwendet ist eine berechtigte Frage. Ketonkörper haben einige Vorteile für den Körper.
- Ketonkörper sind wasserlöslich und können somit einfach und schnell im Blut transportiert werden.
Fettsäuren müssen erst gebunden werden damit sie im Blut transportiert werden können.
- Ketonkörper können ohne Hilfe (ohne Transportmechanismus) in die Mitochondrien diffundieren, dort umgewandelt werden und anschließend in den Citrat-Zyklus eingeschleust werden.
Fettsäuren brauchen ein spezielles Transportsystem um die Mitochondrien-Membran passieren zu können.
- Ketonkörper können die Blut-Hirn Schranke überwinden und das Gehirn mit Energie versorgen. Triglyceride können dies nicht.
Fazit
Es ist immer wieder spannend zu sehen was der Körper alles leisten kann. Wenn man an die Sammler- und Jägerzeit zurück denkt, war es überlebenswichtig auch in Hungerzeiten das Gehirn und die restlichen Organe zu versorgen. Ich möchte nochmal darauf hinweisen, dass eine ketogene Ernährung für einen gesunden Menschen ungefährlich ist – man fällt normalerweise nicht in die befürchtete diabetische Ketoazidose (mehr dazu HIER).
Manche Wissenschaftler sind der Meinung, dass der Zustand der Ketose viel effektiver wäre und dass dieser Stoffwechselzustand eigentlich „normal“ sein sollte. Da gibt es jedoch noch großen Diskussions- und Forschungsbedarf. So lange sollte jeder selbst entscheiden, was für ihn passt.
Ich wünsche dir einen schönen Start in die Woche!
Quellen
1Veech, R. L., Chance, B., Kashiwaya, Y., Lardy, H. A., & Cahill Jr, G. F. (2001). Ketone bodies, potential therapeutic uses. IUBMB life, 51(4), 241-247.
2VanItallie, T. B., & Nufert, T. H. (2003). Ketones: metabolism’s ugly duckling. Nutrition Reviews, 61(10), 327-341.
Newman, J. C., & Verdin, E. (2014). Ketone bodies as signaling metabolites. Trends in Endocrinology & Metabolism, 25(1), 42-52.
Ein wirklich super Artikel der Licht ins Dunkel bringt. Vielen Dank. Würde mich freuen wenn man sich mal austauschen könnte und das Thema der endogene und auch exogenen Ketone genauer unter die Lupe nimmt.