Ketonkörper (β-Hydroxybutyrat, Acetoacetat) werden aus Fettsäuren in den Mitochondrien der Leber gebildet. Sie stellen einen wasserlöslichen Energieträger dar, der über das Blut in periphere Gewebe transportiert wird. In den Mitochondrien extrahepatischer Gewebe wird daraus Energie in Form von ATP gewonnen. Die Verstoffwechslung von Ketonkörpern geht mit einer vergleichsweise geringen Bildung von Sauerstoffradikalen einher. Es konnte ebenfalls eine verbesserte Atmungskettenfunktion (OXPHOS) sowie eine Erhöhung der Spiegel des Redoxpuffers Glutathion (GSH) aufgezeigt werden. Glutathion spielt eine zentrale Rolle bei der Entgiftung von Peroxid. Die bei der oxidativen Phosphorylierung entstehenden Superoxidradikale werden durch zink- und manganabhängige Superoxiddismutasen in Wasserstoffperoxid (H2O2) umgewandelt. Dieses wird durch das selenabhängige Enzym Glutathionperoxidase zu Wasser abgebaut. Reduziertes Glutathion wird dabei oxidiert. Oxidiertes Glutathion kann durch das riboflavinabhängige Enzym Glutathionreduktase reduziert werden. Hohe Peroxid-Konzentrationen sind vor allem deshalb gefährlich, da durch die eisenabhängige Fenton-Reaktion Hydroxylradikale entstehen können. Hydroxylradikale oxidieren Lipide und tragen in erheblichem Ausmaß zur Entstehung von Membranschäden bei.
Bei einer ketogenen Ernährung wird der Energiebedarf durch die Zufuhr größerer Mengen an Fett gedeckt. Auf Kohlenhydrate wird dabei weitgehend verzichtet. Die drastische Reduktion von Kohlenhydraten führt eine dem Fasten ähnliche Stoffwechsellage herbei. Dabei werden in den Mitochondrien der Leberzellen vermehrt Ketonkörper gebildet, die eine wasserlösliche Energiequelle darstellen. Von extrahepatischen Geweben können diese verwertet werden. Bei Diabetes mellitus Typ 2 wurden günstige Effekte auf verschiedene Stoffwechselparameter nachgewiesen. Eine ketogene Ernährung ist jedoch mit einer verringerten Zufuhr beziehungsweise mit Veränderungen des Stoffwechsels verschiedener Mikronährstoffe assoziiert, die entsprechend supplementiert werden sollten.
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