目前對生酮飲食的作用機制尚不完全清楚。從食物吸收形式看,碳水化合物在腸道內主要是以葡萄糖的形式吸收,而生酮飲食主要是以甘油三酯和蛋白質的形式吸收,不是葡萄糖。而血糖水平的升高主要取決於腸道吸收葡萄糖的速度和量,以及葡萄糖進入循環的利用或儲存速率。所以,高碳水化合物飲食比生酮飲食更易升血糖。生酮飲食從基於葡萄糖的能量代謝過程轉變為基於脂肪的能量代謝過程,即利用脂肪來代替碳水化合物合成腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)。在通常情況下,機體將食物中的碳水化合物轉變成葡萄糖,並通過血液循環運送至全身以提供能量需要。但當食物中碳水化合物很少而脂肪充足時,人體肝臟組織則通過脂肪代謝氧化反應將脂肪酸氧化成乙醯輔酶A後縮合生成酮體。酮體是一種小分子脂類衍生物,包括乙醯乙酸、β-羥基丁酸和丙酮,其中前兩者幾乎占酮體總量的98%。酮體是肝臟快速輸出能源的一種方式,正常人的酮體濃度基本穩定,尿酮一般為陰性。機體在採用高脂低碳飲食、長時間運動、禁食或處於糖尿病等病理狀態下可以產生大量酮體,這些酮體可以作為循環的能量物質,通過血液進入包括腦在內的多種組織,並轉化為乙醯輔酶A,參與檸檬酸循環,即代替葡萄糖維持機體能量代謝。酮體對於腦組織而言更為重要,因為腦組織有完善的血腦屏障,除葡萄糖和酮體以外的其他物質很難進入腦中,在飢餓狀態下腦組織25%~75%的能量是來源於酮體。
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