Inverse Beziehung zwischen Gehirn-Glukose und Ketontoffwechsel bei Erwachsenen während kurzfristiger moderater diätetischer Ketose: Eine duale Tracer quantitative Positronen-Emissions-Tomographie-Studie

Ketone (hauptsächlich β-Hydroxybutyrat und Acetoacetat (AcAc)) sind ein wichtiger alternativer Brennstoff zur Glukose für das menschliche Gehirn, aber ihre Nutzung durch das Gehirn ist bisher wenig verstanden. Unser Ziel war es, die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zu nutzen, um die Auswirkungen einer diätetisch induzierten moderaten Ketose auf die zerebrale Stoffwechselrate von Acetoacetat (CMRa) und Glukose (CMRglc) bei gesunden Erwachsenen zu bewerten. Zehn Teilnehmer (35 ± 15 Jahre) erhielten eine sehr fettreiche ketogene Diät (KD) (4.5:1; Lipid:Protein plus Kohlenhydrate) für vier Tage. CMRa und CMRglc wurden durch PET vor und nach der KD mit den Tracern 11C-AcAc und 18F-Fluor-Deoxyglukose (18F-FDG) quantifiziert. Während der KD stiegen die Plasmaketone um das 8-Fache (p = 0.005), während die Plasmakonzentration von Glukose um 24 % (p = 0.005) fiel. CMRa erhöhte sich um das 6-Fache (p = 0.005), während CMRglc um 20 % (p = 0.014) zurückging während der KD. Plasmaketone korrelierten positiv mit CMRa (r = 0.93; p < 0.0001). Nach vier Tagen auf der KD machte CMRa 17 % der gesamten Energiebedarfe des Gehirns bei gesunden Erwachsenen aus, mit einem 2-fachen Unterschied zwischen den Gehirnregionen (12–24 %). Die CMR von Ketonen (AcAc und β-Hydroxybutyrat kombiniert) während der KD wurde auf etwa 33 % des Energiebedarfs des Gehirns geschätzt, was ungefähr dem doppelten CMRa entspricht. Ob eine erhöhte Verfügbarkeit von Ketonen die CMR von Ketonen im gleichen Maße bei älteren Menschen erhöht, wie hier beobachtet, oder unter Bedingungen, in denen eine chronische Hypometabolismus von Gehirn-Glukose vorliegt, bleibt noch zu bestimmen.