¿Estaremos todos en cetosis voluntaria en Marte?

Para resumir qué es la cetosis, como se muestra en el bonito gráfico de resumen que incluiste, hay 3 tipos principales de nutrientes que podemos usar: carbohidratos, grasas y proteínas.

Los carbohidratos se pueden descomponer y convertir en glucosa (bueno, no todos, como muchos de los componentes de la fibra dietética, ya que carecemos de las enzimas para descomponerlos. Por eso, si comemos madera, que contiene mucha celulosa, en realidad no obtienen ningún nutriente de él). Para el almacenamiento a largo plazo, podemos utilizar la glucosa para generar un polímero conocido como glucógeno, que se almacena en el hígado (pero no en otros órganos, como el cerebro).

Las grasas se descomponen principalmente en ácidos grasos, que se pueden descomponer aún más en una molécula llamada acetil-CoA, que se puede utilizar para obtener energía (de hecho, al obtener energía de la glucosa, también debemos pasar por el paso intermedio de conversión a acetil-CoA). Para el almacenamiento a largo plazo, los ácidos grasos se fusionan con el glicerol para formar triglicéridos, que son la principal forma de almacenamiento en las células grasas. De hecho, así es como almacenamos la mayor parte del exceso de energía proveniente de los nutrientes que consumimos, y es el principal constituyente de la "grasa corporal".

Para esta discusión, creo que podemos dejar de lado las proteínas como fuente de energía (al menos por el momento), ya que no se pueden usar como fuente principal de energía durante un largo período de tiempo (necesitaríamos consumir cantidades muy grandes de energía). cantidades de proteína para cubrir las necesidades energéticas solo a partir de proteína, y eso conduciría a daño renal y hepático). El propósito principal de comer proteínas es descomponerse en aminoácidos, que luego usamos para producir nuestras propias proteínas (básicamente, casi todo lo que funciona dentro de nuestras células es una proteína).

Nuestro cerebro no puede utilizar los ácidos grasos como fuente de energía, porque los ácidos grasos se envían a los órganos para su uso como fuente de energía unidos a una molécula grande (una proteína) llamada albúmina. La razón es que deben administrarse a través de la sangre, pero los ácidos grasos no son solubles en soluciones acuosas (como lo son la sangre y el medio intracelular). La albúmina, sin embargo, es soluble en soluciones acuosas, por lo que al unirle ácidos grasos, podemos forzarlos a que sean solubles. Si no, los ácidos grasos simplemente se agruparían, como cuando tratamos de disolver aceite en agua.

¿Por qué importa esto? Bueno, nuestro cerebro es un órgano especial (!), y por lo tanto tiene muchas más capas de protección que otros órganos. Por ejemplo, la llamada barrera hematoencefálica. Esta es básicamente una capa física formada por un tipo específico de células que controla estrechamente (mucho más estrictamente que lo que sucede con otros órganos) lo que pasa del torrente sanguíneo al cerebro. Esto es esencial para nuestra supervivencia: por ejemplo, ayuda a mantener los microorganismos patógenos alejados del cerebro. Pero también crea problemas, ya que también significa que muchas moléculas (especialmente moléculas grandes) que pueden llegar a otros órganos, no pueden llegar al cerebro (de hecho, es una de las principales consideraciones a tener en cuenta al diseñar medicamentos que son dirigida al cerebro). Entre estos se encuentra la albúmina, pero no la glucosa.

Entonces, lo que sucede en circunstancias normales es que nuestro cerebro se alimenta de la glucosa en los alimentos que comemos. Si no hemos comido por un tiempo, nuestro hígado descompone el glucógeno almacenado (el polímero de la glucosa), la glucosa resultante pasa al torrente sanguíneo y luego al cerebro. Al hacerlo, no necesitamos comer constantemente cosas que tienen glucosa para que nuestro cerebro siga funcionando.

Sin embargo, las cantidades de glucógeno que podemos almacenar son limitadas, y se agotarán en unas pocas horas (menor tiempo si haces ejercicio intenso). Por lo general, no nos desmayamos incluso si no comemos en unos días, entonces, ¿qué está pasando aquí? Podrías pensar que tal vez estamos produciendo glucosa a partir de las grandes reservas de triglicéridos que tenemos en nuestra grasa corporal. Pero los humanos no pueden producir glucosa a partir de triglicéridos, ácidos grasos o cualquier molécula derivada (las plantas, por ejemplo, sí pueden hacerlo). En cambio, lo que podemos hacer es producir los llamados cuerpos cetónicos a partir de acetil-CoA (que puede derivarse fácilmente de los ácidos grasos). Los cuerpos cetónicos son, de hecho, una gama de varias moléculas, siendo las principales la acetona (sí, ¡lo mismo que el disolvente orgánico!), el acetoacetato y el 3-hidroxibutirato. Estas moléculas no son la forma más eficiente de almacenar energía, pero tienen una ventaja, que es que pueden entrar fácilmente en el torrente sanguíneo y cruzar la barrera hematoencefálica. Entonces pueden ser utilizados por el cerebro como fuente de energía, y así es como nuestro cerebro sobrevive a largo plazo si no consumimos ningún alimento.

Este proceso de producir estos cuerpos cetónicos (por cierto, no me gusta mucho el nombre, porque suena como una especie de inclusiones de gran tamaño, mientras que son solo moléculas pequeñas, pero el nombre es ampliamente aceptado y utilizado) es lo que se llama cetosis . Es posible que haya leído que la cetosis es buena para perder peso, y la razón es que si nuestro cuerpo comienza a producir estos cuerpos cetónicos a gran escala, lo está haciendo a expensas de la grasa corporal.

Sin embargo, viene con consecuencias. Los sitios web de nutrición frecuentemente llaman a esto "la gripe cetogénica", porque algunos de los síntomas son similares a los de la gripe. Estos incluyen dolores de cabeza, aumento de la irritabilidad o cambios de humor, trastornos del tracto digestivo, mareos, entre otros. Es cierto que estos pueden desaparecer hasta cierto punto, pero la magnitud de los síntomas, cuánto y cuándo desaparecen varía. De hecho, todavía se están realizando muchas investigaciones sobre los efectos a largo plazo de la cetosis, y algunas sugieren incluso un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular .

No he podido encontrar (en una búsqueda rápida) un artículo que analice directamente si la cetosis puede hacer que las células normales sean más resistentes a la radiación ionizante, pero parece haber bastante investigación sobre los efectos combinados de la cetosis y la radioterapia en el cáncer. células. Ver por ejemplo this , this y this reciente revisión. Estos documentos parecen sugerir que la cetosis aumenta la sensibilidad de las células cancerosas a la radioterapia. Las razones parecen no estar claras y podrían estar parcialmente relacionadas con un efecto de la cetosis en la producción/eliminación de las llamadas especies reactivas de oxígeno (ROS). Las ROS son moléculas inestables derivadas del oxígeno molecular que son un tema completamente diferente por sí mismas, pero en resumen, están involucradas en el envejecimiento, los procesos inflamatorios, las mutaciones en el material genético que conducen al cáncer y muchos otros procesos "malos". Entonces, ¿la cetogénesis promueve o reduce la generación de tales ROS? Según tengo entendido, no está claro. Por ejemplo, citando la revisión mencionada, artículo:

Finalmente, el efecto antitumoral de la KD se ha asociado con niveles de ROS aumentados y reducidos, lo que indica que la KD interfiere potencialmente con el equilibrio tumorigénico de ROS de las células cancerosas.

Donde KD significa dieta cetogénica. ¡Así que básicamente no se sabe! Tal vez el aumento de la sensibilidad de las células cancerosas a la radioterapia es solo una combinación de la propia radioterapia y los efectos negativos de la cetosis en las células cancerosas, y no necesariamente una señal de que hace que las células cancerosas sean más sensibles a la radiación... En cualquier caso, tengo No se encontró ninguna evidencia sólida que sugiera que la cetosis hace que las células sean más sensibles o más resistentes a la radiación.

Una dieta que induce la cetosis (es decir, aquella en la que se eliminan en gran medida los alimentos con hidratos de carbono) también debe planificarse con mucho cuidado, sobre todo si se pretende que se mantenga a largo plazo, ya que también necesitamos vitaminas y otros micronutrientes (nutrientes que necesitamos en cantidades muy pequeñas, no para la producción de energía, pero sí para que los componentes de nuestras células sean funcionales). Al eliminar estrictamente los alimentos con carbohidratos (incluidas las frutas) de la dieta, también podríamos estar eliminando fuentes de dichos micronutrientes. Por supuesto, estoy seguro de que si alguna agencia espacial fuera a implementar una dieta cetogénica, esto sin duda se tendría en cuenta, pero pensé que valía la pena mencionar que esto también debe tenerse en cuenta, ya que podría significar que una dieta cetogénica muy estricta es difícil de mantener a largo plazo.

Entonces, dada la falta de evidencia para respaldar una mayor resistencia a la radiación, la presencia de efectos secundarios bastante negativos y el hecho de que la dieta podría conducir a deficiencias de micronutrientes si se mantiene estrictamente cetogénica, no creo que suene como una opción muy probable. para las personas que potencialmente viven en Marte. Especialmente dado que esto sería durante un período de tiempo relativamente largo. Y particularmente, teniendo en cuenta la capacidad de soportar espacios pequeños, dado que la cetosis puede provocar irritabilidad y cambios de humor, incluso podría ser lo contrario. Otro efecto secundario es que cuando ocurre la cetosis, exhalamos las moléculas de cuerpos cetónicos a través de la respiración (incluida la acetona). En la Tierra, esto no importa mucho, ya que simplemente se disipa en la atmósfera. Pero en espacios cerrados, Tener concentraciones cada vez más grandes de acetona y moléculas de ácido en el aire podría ser motivo de preocupación. Ciertamente requeriría consideración. Como nota al margen, recientemente vi un producto que se anunciaba como un dispositivo portátil de mano capaz de permitirle piratear su metabolismo simplemente analizando su aliento; Estoy bastante seguro de que, en gran medida, se trata simplemente de analizar la concentración de acetona u otras moléculas relacionadas en el aire que exhalamos.

No parece buena idea...

También he encontrado este informe (bastante largo) de la NASA sobre las particularidades de la nutrición en la exploración espacial . La cetosis se menciona brevemente en las páginas 12 y 14, y no parece que pensaran en ella como una gran idea. Citando de la página 12:

La condición metabólica de la cetosis, que se esperaría que resulte de la inanición, no solo tendría efectos metabólicos (incluida la disminución del apetito), sino que también podría afectar otros aspectos de la misión (por ejemplo, los sistemas de soporte vital podrían no ser capaces de eliminar las cetonas del aire). Obviamente, la cetoacidosis puede tener efectos negativos en el equilibrio ácido-base, lo que a su vez puede afectar los huesos, los músculos y otros sistemas.

Y de la página 14:

Un estado cetósico probablemente afectaría el desempeño de los miembros de la tripulación, como se vio en estudios realizados por militares (71), así como también aumentaría el riesgo de cálculos renales como consecuencia de un pH urinario reducido (87-89). Otros aspectos de la misión también estarían en riesgo (por ejemplo, es posible que los sistemas de soporte vital no puedan eliminar las cetonas exhaladas del aire). La toxicidad de los carbohidratos no ha sido bien estudiada y probablemente sería un problema solo porque desplazaría a otros nutrientes (proteínas y grasas) de la dieta.

¿Puede la cetosis aumentar la tolerancia a la radiación?

Probablemente no.

Ciertamente es algo que vale la pena estudiar: ¡la ciencia se trata de investigar ideas descabelladas! Pero no espero que esto funcione.

Antecedentes: Yo era el Oficial de Control Químico y Radiológico en un submarino nuclear.

Tipos de daños

Hay dos categorías amplias de daños por radiación que nos preocupan: daños en el ADN y daños en las células. Aproximadamente, el daño en el ADN significa cáncer y el daño celular significa envenenamiento por radiación.

En un caso, el ion interactúa con el ADN de una célula y, en el otro, el ion interactúa con alguna otra parte de la célula: un orgánulo, la pared celular, etc. En ambos casos, la célula tiene la posibilidad potencial de repararse. sí mismo.

Mecanismos de Reparación

La célula ejecuta una especie de suma de verificación en su ADN para identificar cambios e intenta corregirlos. Un proceso completamente separado (del que francamente no sé nada) permite que la célula identifique las operaciones defectuosas en los orgánulos e intente corregirlas.

Inflamación

Los científicos han determinado que la inflamación se correlaciona negativamente con la eficiencia del mecanismo de reparación del ADN: una mayor inflamación significa que la suma de comprobación funciona peor. No creo que el mecanismo causal se entienda bien. (Esta es la razón por la que escuchas a la gente hablar sobre los antioxidantes: están relacionados con una menor inflamación).

Efecto de cetosis

La cetosis parece reducir la inflamación, lo que teóricamente debería mejorar la eficiencia del proceso de suma de comprobación del ADN de las células. Entonces, toda la cuestión de "¿aumentará esto la tolerancia a la radiación?" no es absurdo a primera vista.

Magnitud y envenenamiento

Los dos problemas principales que veo aquí son:

1. ¿Cuál es la magnitud del efecto?
2. ¿Qué pasa con el envenenamiento por radiación?

En general, comer una dieta saludable y hacer ejercicio conduce a una menor inflamación. Sin embargo, las personas con comportamientos saludables aún contraen cáncer. Obviamente, el procedimiento de suma de comprobación de ADN es fundamentalmente imperfecto. Soy muy escéptico de que alguna dieta específica mejore el rendimiento de la suma de verificación en una cantidad significativa sobre lo que podría obtener de un estilo de vida normal y saludable.

Incluso si el chucksum fuera perfecto, eso no protegería contra el daño celular a las porciones de la célula que no son de ADN. Alguien con una suma de verificación perfecta sería inmune al cáncer, pero aun así moriría de una muerte dolorosa después de una gran dosis de radiación. (Dato "divertido": su tracto digestivo es altamente susceptible al envenenamiento por radiación, ¡lo que probablemente afectará su capacidad para mantener la cetosis!)

Las células nerviosas nunca se dividen después de la niñez, por lo que la exposición prolongada a radiación elevada probablemente conducirá a un deterioro mental, incluso si el cáncer está completamente fuera de la ecuación.

Blindaje

Si tenemos el escudo de nuestros astronautas de la radiación para protegerlos del colapso del tracto digestivo y el deterioro mental severo, probablemente también usaremos el escudo para protegerlos del cáncer.

Pero, de nuevo, estoy a favor de hacer ciencia, determinar la magnitud del efecto y ver si eso nos permite tal vez reducir un poco el peso del blindaje...

Pero no estoy conteniendo la respiración.

Mala idea.

La cetosis produce atrofia muscular (desgaste).

La glucosa es el principal combustible del corazón y el cerebro. Sin glucosa en sangre = muerte. Las cetonas no son un sustituto adecuado de la glucosa.

Normalmente, el cuerpo descompone los carbohidratos de la dieta para proporcionar glucosa. La glucosa extra se almacena como grasa, pero la grasa no se puede volver a convertir en glucosa.

En dietas severamente restringidas en carbohidratos, el cuerpo usa los recursos disponibles para fabricar glucosa en un proceso llamado gluconeogénesis. Esto requiere proteína https://en.wikipedia.org/wiki/Gluconeogenesis . La única fuente a granel de proteínas disponible para un cuerpo hambriento es el músculo.

Una dieta cetósica estricta provocó una pérdida muscular rápida y significativa. Este artículo de Nature mostró una pérdida de masa muscular del 16-28% en 1 semana. https://www.nature.com/articles/s41598-019-56166-8 .

Esas dietas que se venden en los supermercados y que prometen "Perder 14 libras en 14 días" son correctas: 7 libras de músculo y 7 libras de agua.

La microgravedad ya provoca atrofia muscular. Agregar una dieta cetogénica agravaría el problema.

Agregar proteínas para compensar la pérdida de carbohidratos en la dieta ayudaría con la atrofia muscular, pero sería una carga adicional para los riñones, que ya están desafiados por la carga de calcio de la pérdida ósea por microgravedad.

El juramento hipocrático dice, "por encima de todo, no hagas daño". A menos que haya evidencia (no racionalización) de un beneficio neto, poner a los exploradores de Marte en dietas cetogénicas sería una experimentación humana descontrolada y poco ética.