ケトーシス

ケトーシス
その他の名前ケトン血症
ケトン体：アセトン、アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸
発音
専門内分泌学

ケトーシスは、血液または尿中のケトン体濃度の上昇を特徴とする代謝状態です。生理的ケトーシスは、低ブドウ糖利用に対する正常な反応です。生理的ケトーシスでは、血液中のケトン体はベースラインレベルよりも高くなりますが、体内の酸塩基恒常性は維持されます。これは、病的な状態で発生し、医学的緊急事態である代謝性アシドーシスを引き起こす、制御不能なケトン生成であるケトアシドーシスとは対照的です。ケトアシドーシスは、 1 型糖尿病または2 型糖尿病末期における完全なインスリン欠乏の結果として最も一般的に発生します。ケトン体は血液、尿、または呼気で測定でき、生理的ケトーシスでは通常 0.5 ～ 3.0ミリモル(mM) ですが、ケトアシドーシスでは血中濃度が 10 mM を超える場合があります。[ 1 ]

微量のケトン体は常に血液中に存在し、血糖貯蔵量が少なくなり、肝臓が主に炭水化物の代謝から脂肪酸の代謝に移行すると増加します。[ 2 ]これは、絶食、炭水化物制限、または長時間の運動など、脂肪酸の酸化が増加する状態で発生します。肝臓が脂肪酸を急速にアセチル CoAに代謝すると、一部のアセチル CoA 分子はケトン体（ピルビン酸、アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸、アセトン）に変換されます。[ 1 ] [ 2 ]これらのケトン体は、エネルギー源としてだけでなく、シグナル伝達分子としても機能します。[ 3 ]肝臓自体はこれらの分子をエネルギーとして利用できないため、ケトン体は脳を含む末梢組織で使用できるように血液中に放出されます。[ 2 ]

炭水化物制限によって誘発されるケトーシスは、栄養性ケトーシスと呼ばれることもあります。これは、減量やライフスタイル上の理由から、低炭水化物食として意図的に行われる場合もあります。また、小児の難治性てんかんや2型糖尿病の治療のためのケトジェニックダイエットのように、医学的に行われる場合もあります。[ 4 ]

定義

血清中のケトン体の正常値は0.5 mM未満です。高ケトン血症は通常、1 mMを超える値と定義されます。[ 1 ]

生理的ケトーシス

生理的ケトーシスとは、断食、長時間の運動、医療用ケトジェニックダイエットやライフスタイル「ケト」ダイエットなどの極度に低炭水化物の食事など、脂肪酸酸化が増加するあらゆる状態から生じる、病理学的ではない（正常な機能の）ケトン体の上昇である。[ 5 ]生理的ケトーシスでは、血清ケトン値は通常3 mM未満に留まる。[ 1 ]

ケトアシドーシス

ケトアシドーシスは、ケトン体の生産が制御不能となり代謝性アシドーシスに至る病的な状態であり、血清ケトン体濃度は通常3 mMを超えます。ケトアシドーシスは、1型糖尿病または2型糖尿病末期におけるインスリン欠乏によって最も一般的に引き起こされますが、慢性的な多量のアルコール摂取、サリチル酸中毒、またはイソプロピルアルコール摂取の結果であることもあります。[ 1 ] [ 2 ]ケトアシドーシスは重大な代謝異常を引き起こし、生命を脅かす医学的緊急事態です。[ 2 ]ケトアシドーシスは、ケトン体産生の正常な調節の破綻を必要とするため、生理的ケトーシスとは異なります。[ 6 ] [ 5 ]

原因

血中ケトン値の上昇は、ほとんどの場合、ケトン生成の加速によって引き起こされますが、外因性ケトンまたは前駆物質の摂取によっても引き起こされる可能性があります。

グリコーゲンと血糖の蓄えが少ない場合、脂肪酸をエネルギー源として利用できない脳のためにブドウ糖を節約するために代謝の変化が起こります。この変化には、脳だけでなく骨格筋、心臓、腎臓の代替エネルギー源として、脂肪酸の酸化と肝臓でのケトン体の産生の増加が含まれます。[ 2 ] [ 3 ]低レベルのケトン体は常に血中に存在し、ブドウ糖の利用可能性が低い状況では増加します。例えば、一晩の断食後、エネルギーの2～6%がケトン体から得られますが、3日間の断食後には30～40%に増加します。[ 1 ] [ 2 ]

ケトーシス状態を誘発するために必要な炭水化物制限の量は変動し、活動レベル、インスリン感受性、遺伝、年齢などの要因に依存しますが、ケトーシスは通常、少なくとも3日間、1日あたり50グラム未満の炭水化物を摂取すると発生します。[ 7 ] [ 8 ]

新生児、妊婦、授乳中の女性は、断食や病気などのエネルギー負荷への反応として、特に急速に生理的ケトーシスを発症する集団です。これは、病気の状況下ではケトアシドーシスへと進行する可能性がありますが、稀です。新生児におけるケトン体産生の傾向は、高脂肪の母乳食、不釣り合いに大きい中枢神経系、そして限られた肝グリコーゲンによって引き起こされます。[ 1 ] [ 9 ]

生化学

ケトン体の前駆体には、脂肪組織または食事由来の脂肪酸とケトン生成アミノ酸が含まれる。[ 10 ] [ 11 ]ケトン体の形成は、肝細胞の ミトコンドリアマトリックスにおけるケトン生成によって起こる。

脂肪酸は、高グルカゴンおよび高エピネフリンレベルと低インスリンレベルのアディポカインシグナル伝達によって脂肪組織から放出される。高グルカゴンおよび低インスリンは、空腹時などのブドウ糖の利用可能性が低い時期に対応する。 [ 12 ]補酵素Aに結合した脂肪酸はミトコンドリアへの浸透を可能にする。ミトコンドリア内に入ると、結合した脂肪酸は主にベータ酸化によって細胞内で燃料として使用され、アシルCoA分子から2つの炭素が切断されてアセチルCoAが形成される。アセチルCoAはクエン酸回路に入り、オキサロ酢酸とアルドール縮合してクエン酸を形成する。クエン酸は次にトリカルボン酸回路（TCA）に入り、元の脂肪酸の炭素あた​​り非常に高いエネルギー収量を得る。[ 13 ]

肝臓におけるケトン体の生化学的合成経路と臓器による利用
肝臓におけるケトン体の生化学的合成経路と臓器による利用

アセチルCoAはどの細胞でもTCA回路で代謝されますが、肝細胞のミトコンドリアではケトン体生成によっても代謝されます。[ 1 ]グルコースの利用可能性が低い場合、オキサロ酢酸はTCA回路から切り離され、代わりに糖新生によるグルコースの生成に利用されます。糖新生におけるオキサロ酢酸の利用により、アセチルCoAとの縮合が阻害され、TCA回路への進入が阻害されます。このシナリオでは、ケトン体生成を通じてアセチルCoAからエネルギーを得ることができます。

ケトン生成では、2つのアセチルCoA分子がチオラーゼを介して凝縮し、アセトアセチルCoAを形成する。アセトアセチルCoAは、HMG-CoAシンターゼを介して別のアセチルCoAと簡単に結合し、ヒドロキシ-β-メチルグルタリル-CoAを形成する。ヒドロキシ-β-メチルグルタリル-CoAは、HMG-CoAリアーゼを介してケトン体であるアセト酢酸を形成する。アセト酢酸は、その後、D-β-ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼを介して別のケトン体であるD-β-ヒドロキシ酪酸に可逆的に変換される。あるいは、アセト酢酸は、第3のケトン体（アセトン）と二酸化炭素に自発的に分解され、より高濃度のアセト酢酸とD-β-ヒドロキシ酪酸が生成される。生成されたケトン体は肝臓でエネルギーとして使用できないため、肝臓から輸送され、脳と末梢組織にエネルギーを供給します。

脂肪酸に加えて、脱アミノ化ケトン性アミノ酸もクエン酸回路の中間体に変換され、ケトン体を生成します。[ 11 ]

測定

ケトン値は尿、血液、呼気で測定できます。ただし、これらの方法は測定対象が異なるため、直接比較することには限界があります。

尿検査

バイエルケトスティックス試薬ストリップを用いたケトン尿症の検査

尿検査はケトン体の検査方法として最も一般的です。尿検査紙は、ニトロプルシドとアセト酢酸の反応を利用し、試験紙の色の変化に基づいて半定量的な測定値を提供します。血中ケトン体の主なものはβ-ヒドロキシ酪酸ですが、尿検査紙はアセト酢酸のみを測定します。腎臓からの排泄量の変動、水分補給状態、そして腎機能の影響により、尿中ケトン体は血清値と相関性が低いことがよくあります。[ 1 ] [ 8 ]

血清検査

指先穿刺式ケトンメーターは、グルコメーターと同様に、血中β-ヒドロキシ酪酸濃度を瞬時に測定することができます。また、血中β-ヒドロキシ酪酸濃度は検査室でも測定可能です。[ 1 ]

医療用途

てんかん

ケトン食によって誘発されるケトーシスは、難治性てんかんの治療法として長年受け入れられてきました。[ 14 ]

肥満とメタボリックシンドローム

ケトーシスは、血清トリグリセリド値の減少、高密度リポタンパク質（HDL）値の上昇、低密度リポタンパク質（LDL）粒子のサイズと体積の増加を通じて、メタボリックシンドロームのマーカーを改善する可能性があります。これらの変化は、総コレステロール値の潜在的な上昇にもかかわらず、脂質プロファイルの改善と一致しています。 [ 7 ] [ 15 ]

安全性

低炭水化物食によるケトーシスの安全性は、臨床医、研究者、メディアからしばしば疑問視されています。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]一般的な安全性の懸念は、生理的ケトーシスと病的なケトアシドーシスの違いが誤解されていることに起因しています。[ 6 ] [ 7 ]慢性ケトーシスが健康的な状態なのか、それとも避けるべきストレス要因なのかについても議論が続いています。人間はケトーシスを避けるように進化したため、長期間ケトーシス状態になるべきではないと主張する人もいます。[ 18 ]反論としては、十分なエネルギーが糖新生とケトン体生成によって無期限に生成できるため、食事中の炭水化物に生理的必要性はないというものです。[ 19 ]あるいは、ケトーシス状態と摂食状態の切り替えが代謝と神経系の健康に有益な効果をもたらすことが提案されています。[ 3 ]てんかんや2型糖尿病の治療のために厳格なケトジェニックダイエットを行っている人々を対象とした研究では、最大2年間ケトーシスを維持することによる効果が知られています。これらの効果には、潜在的な長期的影響につながる短期的な副作用が含まれています。[ 20 ]しかし、断続的なケトーシスの長期的な影響に関する文献は不足しています。[ 20 ]

投薬に関する考慮事項

一部の薬剤、特に糖尿病治療薬は、ケトーシス状態にある際に注意が必要です。SGLT2阻害薬は、正常血糖ケトアシドーシス（高ケトン体血症により血糖値が正常のまま代謝性アシドーシスを引き起こすまれな状態）との関連が報告されています。これは通常、インスリン投与の忘れ、病気、脱水症状、または薬剤服用中の低炭水化物食の遵守によって発生します。[ 21 ]さらに、インスリンやスルホニル尿素薬など、血糖値を直接下げる薬剤は、ケトーシスを引き起こす食事を開始する前に用量調整を行わないと低血糖を引き起こす可能性があります。[ 20 ]

副作用

糖代謝から脂肪代謝に切り替える際に副作用が起こる可能性があります。[ 22 ]ケトジェニックダイエットを開始してから最初の数日から数週間は、頭痛、疲労感、めまい、不眠症、運動耐容能の低下、便秘、吐き気などの副作用が現れることがあります。[ 20 ]アセトンは揮発性が高いため、呼気にアセトンが生成され、甘くフルーティーな風味になることがあります。[ 7 ]

長期ケトーシスの副作用の多くは小児において報告されています。これは、ケトーシスが小児てんかんの治療薬として長年認められてきたためです。これらの副作用には、骨の健康障害、発育障害、高脂血症、腎臓結石などがあります。[ 23 ]

禁忌

ケトジェニックダイエットによるケトーシス誘導は、食事中の脂肪含有量が高いため、膵炎患者には推奨されません。また、ピルビン酸カルボキシラーゼ欠損症、ポルフィリン症、その他の脂肪代謝に関する稀な遺伝性疾患にもケトーシスは禁忌です。[ 24 ]

獣医学

牛

乳牛では、子牛を出産後数週間にケトーシスがよく発生し、アセトン血症と呼ばれることもあります。これは、泌乳期の代謝需要の増加を補うだけのエネルギー摂取が不十分なためにエネルギー不足に陥った結果である可能性が高いと考えられます。[ 25 ] β-ヒドロキシ酪酸濃度の上昇は、糖新生、飼料摂取量、免疫系を抑制し、乳成分にも影響を及ぼす可能性があります。[ 26 ]牛のケトーシスのスクリーニングには、POC（ポイントオブケア）診断検査が有用です。[ 27 ]

羊

ヒツジでは、血中β-ヒドロキシ酪酸が0.7 mmol/Lを超える高ケトン血症で証明されるケトーシスは、妊娠中毒症と呼ばれています。[ 28 ] [ 29 ]これは、多胎妊娠の雌ヒツジで妊娠後期に発生することがあり、妊娠によるかなりの代謝要求と関連しています。[ 30 ] [ 31 ]反芻動物では、消化管内のほとんどのグルコースがルーメン細菌によって代謝されるため、グルコースは糖新生によって供給されなければなりません。[ 32 ]妊娠中毒症は、急速な胎児の成長による代謝要求のために妊娠後期に発生する可能性が高く、気象条件、ストレスなどの原因による飼料エネルギー摂取不足によって引き起こされる可能性があります。[ 29 ]自然分娩、帝王切開、または人工妊娠中絶によって速やかに回復する場合があります。妊娠中毒症の進行段階を治療するよりも、適切な栄養管理やその他の管理による予防の方が効果的である。[ 33 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h i j Laffel L (1999年11月). 「ケトン体：生理学、病態生理学、および糖尿病へのモニタリングの応用に関するレビュー」 . Diabetes/Metabolism Research and Reviews . 15 (6): 412– 426. doi : 10.1002/(SICI)1520-7560(199911/12)15:6<412::AID-DMRR72>3.0.CO;2-8 . PMID  10634967 .
  2. ^ a b c d e f g Ward C (2015). 「ケトン体代謝」 . Diapedia . doi : 10.14496/dia.51040851169.29 (2025年7月12日現在非アクティブ). 2018年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年9月30日閲覧。{{cite journal}}: CS1 maint: DOIは2025年7月時点で非アクティブです（リンク）
  3. ^ a b c Mattson MP, Moehl K, Ghena N, Schmaedick M, Cheng A (2018). 「断続的な代謝スイッチング、神経可塑性、そして脳の健康」 . Nature Reviews. Neuroscience . 19 (2): 63– 80. doi : 10.1038/nrn.2017.156 . PMC 5913738. PMID 29321682 .  
  4. ^ Westman EC, Tondt J, Maguire E, Yancy WS (2018年9月15日). 「2型糖尿病の管理における低炭水化物ケトジェニックダイエットの実施」Expert Review of Endocrinology & Metabolism . 13 (5): 263– 272. doi : 10.1080/17446651.2018.1523713 . PMID 30289048. S2CID 52920398 .  
  5. ^ a b Cahill GF (2006). 「飢餓状態における燃料代謝」. Annual Review of Nutrition . 26 (1): 1– 22. Bibcode : 2006ARNut..26....1C . doi : 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258 . PMID 16848698 . 
  6. ^ a b Krebs H (1966年1月). 「肝臓によるケトン体放出の調節」.酵素調節の進歩. 4 : 339–353 . doi : 10.1016/0065-2571(66)90027-6 . PMID 4865971 . 
  7. ^ a b c d Paoli A, Rubini A, Volek JS, Grimaldi KA (2013). 「減量を超えて：超低炭水化物（ケトジェニック）ダイエットの治療的利用のレビュー」 .ヨーロッパ臨床栄養学ジャーナル. 67 (8): 789–96 . doi : 10.1038 / ejcn.2013.116 . PMC 3826507. PMID 23801097 .  
  8. ^ a b Veech RL (2004). 「ケトン体の治療的意義：病態におけるケトン体の影響：ケトーシス、ケトン食、酸化還元状態、インスリン抵抗性、ミトコンドリア代謝」.プロスタグランジン、ロイコトリエン、必須脂肪酸. 70 (3): 309–19 . doi : 10.1016/j.plefa.2003.09.007 . PMID 14769489 . 
  9. ^ Fukao T, Mitchell G, Sass JO, Hori T, Orii K, Aoyama Y (2014). 「ケトン体代謝とその欠陥」. Journal of Inherited Metabolic Disease . 37 (4): 541– 51. doi : 10.1007/ s10545-014-9704-9 . PMID 24706027. S2CID 21840932 .  
  10. ^ Coelho M, Oliveira T, Fernandes R (2013). 「脂肪組織の生化学：内分泌器官」 . Archives of Medical Science . 9 (2): 191– 200. doi : 10.5114 / aoms.2013.33181 . PMC 3648822. PMID 23671428 .  
  11. ^ a b Kohlmeier M (2015-05-22).栄養代謝：構造、機能、遺伝子. エルゼビア・サイエンス. ISBN 978-0-12-387784-0. OCLC  913852019 .
  12. ^ Owen OE (2005年7月). 「飢餓時の脳の燃料としてのケトン体」 .生化学と分子生物学教育. 33 (4): 246– 251. doi : 10.1002/bmb.2005.49403304246 . S2CID 11278861 . 
  13. ^ Stryer L (1995).生化学（第4版）. ニューヨーク: WH Freeman and Company. pp.  510– 515, 581– 613, 775– 778. ISBN 0-7167-2009-4。
  14. ^ Hartman AL, Vining EP (2007). 「ケトジェニックダイエットの臨床的側面」.てんかん. 48 (1): 31– 42. doi : 10.1111/j.1528-1167.2007.00914.x . PMID 17241206 . 
  15. ^ Gershuni VM, Yan SL, Medici V (2018). 「体重管理とメタボリックシンドロームの回復のための栄養ケトーシス」 . Current Nutrition Reports . 7 (3): 97– 106. doi : 10.1007/s13668-018-0235-0 . PMC 6472268. PMID 30128963 .  
  16. ^ 「ケトダイエットは安全か？USCの専門家は深刻な懸念を抱いている」 USCニュース、2019年2月19日。 2019年10月3日閲覧。
  17. ^ 「ケトダイエットを始める7つの危険性」 Health.com 2019年10月3日閲覧。
  18. ^ a b Plaskett LG (2003年9月). 「食事性炭水化物の重要性について」. Journal of Nutritional & Environmental Medicine . 13 (3): 161– 168. doi : 10.1080/13590840310001619405 .
  19. ^ Manninen AH (2004). 「超低炭水化物食の代謝への影響：人間の代謝における誤解されている『悪役』」国際スポーツ栄養学会誌1 ( 2): 7– 11. doi : 10.1186/1550-2783-1-2-7 . PMC 2129159 . PMID 18500949 .  
  20. ^ a b c d Masood W, Uppaluri KR (2019). 「ケトジェニックダイエット」 . StatPearls . StatPearls Publishing. PM​​ID 29763005. 2019年10月3日閲覧。 
  21. ^ Goldenberg RM, Berard LD, Cheng AY, Gilbert JD, Verma S, Woo VC, et al. (2016). 「SGLT2阻害薬関連糖尿病性ケトアシドーシス：臨床レビューと予防・診断に関する推奨事項」Clinical Therapeutics . 38 (12): 2654–2664.e1. doi : 10.1016/j.clinthera.2016.11.002 . PMID 28003053 . 
  22. ^ Roberts V (2017年3月6日). 「ケトジェニックダイエットの副作用」 . PlanKetogenic.pro .
  23. ^ Kossoff EH, Zupec-Kania BA, Rho JM (2009) . 「ケトジェニックダイエット：小児神経科医のための最新情報」. Journal of Child Neurology . 24 (8): 979– 88. doi : 10.1177/0883073809337162 . PMID 19535814. S2CID 11618891 .  
  24. ^ Kossoff EH, Zupec-Kania BA, Amark PE, Ballaban-Gil KR, Christina Bergqvist AG, Blackford R, et al. (2009). 「ケトジェニックダイエットを受けている小児の最適な臨床管理：国際ケトジェニックダイエット研究グループの勧告」 . Epilepsia . 50 (2): 304– 317. doi : 10.1111/j.1528-1167.2008.01765.x . PMID 18823325 . 
  25. ^ McArt J. 「牛の高ケトン血症」 Merck Manual . 2025年10月2日閲覧。
  26. ^ Gross JJ, Bruckmaier RM (2019). 「レビュー：泌乳牛の代謝課題と乳中の既存および新規指標による評価」 . Animal . 13 (S1): s75– s81. Bibcode : 2019Anim...13..s75G . doi : 10.1017/S175173111800349X . PMID 31280745 . 
  27. ^ Tatone EH, Gordon JL, Hubbs J, LeBlanc SJ, DeVries TJ, Duffield TF (2016). 「乳牛における高ケトン血症の検出におけるPOC検査の診断精度に関する系統的レビューとメタアナリシス」. Preventive Veterinary Medicine . 130 : 18–32 . doi : 10.1016/j.prevetmed.2016.06.002 . PMID 27435643 . 
  28. ^ Pugh, DG 2002. 羊とヤギの医学. サンダース社, フィラデルフィア. 468 pp.
  29. ^ a b Kimberling, CV 1988. JensenとSwiftの羊の病気。第3版。Lea & Febiger、フィラデルフィア。394 pp.
  30. ^ Marteniuk JV, Herdt TH (1988). 「雌羊と雌ヤギの妊娠中毒症とケトーシス」.北米獣医クリニック. Food Animal Practice . 4 (2): 307–15 . doi : 10.1016/s0749-0720(15)31050-1 . PMID 3264753 . 
  31. ^ Reid RL (1960). 「羊の炭水化物代謝に関する研究 IX. 栄養不良の妊娠羊および妊娠中毒症の羊におけるグルコースとグリセロールの代謝への影響」.オーストラリア農業研究誌. 11 : 42–47 . doi : 10.1071/ar9600042 .
  32. ^ Van Soest, PJ 1994. 反芻動物の栄養生態学. 第2版. コーネル大学出版局. 476 pp.
  33. ^ Kahn CM編 (2005). Merck Veterinary Manual (第9版). Whitehouse Station: Merck & Co.

さらに読む

無料の辞書『ウィクショナリー』でケトーシスを調べてください。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ケトーシス&oldid= 1327603381」より取得