Il programma di ricerca "Mediterranean Diet for Human Health Lab" (MeDiHealthLab) ha come obiettivo principale migliorare la salute umana attraverso la promozione della dieta mediterranea, sfruttando metodologie innovative e un approccio integrato. Tra gli obiettivi specifici del progetto vi è la creazione di una rete nazionale per il programma di azione per combattere la malnutrizione dall'infanzia alla vecchiaia, dotata di una biobanca.
Le Diete Chetogeniche: Principi Biochimici e Fisiologici
Le diete chetogeniche (KDs) sono diete in cui l’introito netto di carboidrati, calcolato sottraendo la quantità di fibre dai carboidrati totali, è tra 20 e 50 g/gg (<10% dell’apporto energetico totale) con una proporzione variabile di proteine e grassi (Noakes, Windt 2017). In queste condizioni le riserve di glicogeno sono esaurite (Paoli, Canato et al. 2011), il livello di insulina è basso e il metabolismo energetico dipende prevalentemente dall’ossidazione dei grassi.
Le diete chetogeniche portano un aumento significativo dei livelli circolanti dei corpi chetonici β-idrossibutirrato, acetoacetato e acetone (Veldhorst, Westerterp et al. 2010). Mentre sia l’acetoacetato che il β-idrossibutirrato vengono utilizzati come energia, l’acetone è volatile ed è eliminato attraverso l’espirazione, dando all’alito quella nota “fruttata” tipica della chetosi, oppure attraverso i reni (Paoli, Canato et al. 2011).
La concentrazione ematica dei corpi chetonici in individui sani che seguono una dieta costituita prevalentemente da carboidrati è 0,1 mmol/L e può salire fino a 0,3 mmol/L dopo il digiuno notturno, ma dopo venti giorni di digiuno il livello di corpi chetonici può salire oltre 10 mmol/L. Una dieta è considerata “chetogenica” quando produce un aumento del livello di β-idrossibutirrato superiore a 0,6 mmol/L (Wiggam, O'Kane et al. 1997) oppure se il rapporto molare tra il glucosio e il β-idrossibutirrato ematici è uguale o minore di 1 (Meidenbauer, Mukherjee et al. 2015).
Dato che i chetoni acetoacetato e β-idrossibutirrato sono acidi, lo stato di chetosi implica una condizione di acidosi. Siccome il pH del sangue è 7,4 e la pKa dell’acetoacetato è 3,8 e quella del β-idrossibutirrato è 4,8, questi acidi circolano nel sangue in forma dissociata e sono eliminati insieme agli ioni sodio e potassio (Siliprandi & Tettamanti 2011). Questa perdita di cationi porta una diminuzione del pH che viene normalmente tamponata dal corpo tranne quando l’assunzione di sodio e potassio è impedita (Phinney 2004) oppure in caso di diabete scompensato, quando c’è una sovrapproduzione di corpi chetonici con livelli superiori a 20 mmol/L e conseguente riduzione del pH.
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Il biochimico Hans Krebs fu il primo a distinguere la chetosi fisiologica da quella patologica (Krebs 1966). Per i muscoli scheletrici e cardiaco, che utilizzano normalmente i grassi, l’utilizzo dei corpi chetonici a scopo energetico è un vantaggio relativo, mentre per il sistema nervoso centrale, in cui l’accesso degli acidi grassi è impedito dalla barriera ematoencefalica, la disponibilità dei corpi chetonici è un importante surrogato del glucosio, che è il substrato abituale dei neuroni.
Durante il digiuno, in dieta chetogenica e nei neonati, il cervello utilizza i corpi chetonici come combustibili principali al posto del glucosio (Laeger, Metges et al. 2010), proporzionalmente al grado di chetosi (Hartman, Gasior et al.). Il β-idrossibutirrato è il principale corpo chetonico circolante e il suo trasporto attraverso la barriera ematoencefalica avviene sia mediante diffusione che attraverso i trasportatori MCT1 e MCT2, dei quali i primi aumentano durante una dieta chetogenica (Newman, Verdin 2014).
Studi e Ricerche sulle Diete Chetogeniche
1. Mantenimento del Peso Perso Dopo una Dieta Chetogenica
Il mantenimento del peso perso a lungo nel tempo è impegnativo e la paura di ritornare velocemente al peso iniziale è comune, tanto che questo fenomeno viene chiamato “effetto yo-yo". A questo proposito, le diete a basso contenuto di carboidrati sono note per portare risultati migliori rispetto alle diete a basso contenuto di grassi in termini di perdita di peso (Shai, Schwarzfuchs et al. 2008c), ma non di “compliance” (adesione al protocollo) (Greenberg, Stampfer et al. 2009). Recentemente, Sumithran e collaboratori hanno dimostrato che l'aumento dei livelli circolanti di grelina e del livello di appetito tipici di una dieta ipocalorica erano minori durante un protocollo chetogenico (Sumithran, Prendergast et al. 2013).
Abbiamo quindi ipotizzato che alcuni aspetti della dieta chetogenica come il mantenimento della massa muscolare, del metabolismo energetico basale e la stabilità del principale ormone oressigenico (grelina) combinati con gli effetti benefici della nutrizione tradizionale mediterranea, potessero favorire la perdita di peso a lungo nel tempo.
Lo scopo del nostro studio è stato quindi quello di indagare l'effetto sul peso e sulla composizione corporea di due brevi periodi di una dieta chetogenica modificata, cioè una dieta fitochetogenica mediterranea (KEMEPHY) (Paoli, Cenci et al. 2010a, Paoli 2011, Paoli 2012) intervallata da 2 periodi più lunghi di dieta di mantenimento basata sulla dieta mediterranea tradizionale per un periodo totale di 12 mesi. I soggetti reclutati erano obesi o in sovrappeso e lo studio è stato retrospettivo. Abbiamo analizzato 89 soggetti (uomini e donne) di età compresa tra i 25 e i 65 anni che erano in uno stato di buona salute generale benchè fossero obesi (IMC medio 35.82 ± 4.11 kg/m2).
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I risultati di questo studio hanno dimostrato che la maggioranza dei soggetti ha ottenuto una significativa perdita di peso (10%) a seguito delle due fasi di dieta chetogenica e l’aderenza al protocollo è stata alta sia durante i sei mesi di perdita di peso sia nei successivi sei mesi di mantenimento, senza riacquisto del peso. Inoltre, il protocollo proposto ha portato miglioramenti nella maggior parte dei soggetti dei livelli di parametri importanti per la salute (colesterolo totale, colesterolo LDL, trigliceridi e livelli di glucosio).
2. Formulazione di Nuovi Prodotti a Basso Contenuto di Carboidrati
Un aspetto delle diete chetogeniche difficile da tollerare è la mancanza del sapore dolce, che potrebbe essere difficile da sostenere per lunghi periodi, soprattutto per le persone con un'alta preferenza per i cibi dolci. Durante il consumo di una KD, è obbligatorio mantenere un basso livello di glicemia (circa 80-90 mg/dL) per evitare picchi di insulina (Paoli, Canato et al. 2011). Questa condizione consente ai soggetti di migliorare la loro ossidazione dei grassi come dimostrato da Paoli et al. (Paoli, Grimaldi et al. 2012) e da Tagliabue et al. (Tagliabue, Bertoli et al. 2012).
Oggi la nuova tecnologia alimentare, che è in grado di costruire prodotti ultra-processati molto poveri di zuccheri e ricchi di proteine e fibre, può aiutare a risolvere questo problema, formulando prodotti con un'alta appetibilità e un formato pronto al consumo, utili sia in chetosi che in diete low carb più semplici.
Di solito, i prodotti ultra-processati mancano di proteine e fibre e producono picchi postprandiali di glucosio e insulina (PAHO WHO 2015). Questo effetto è noto per suscitare voglie di cibo e sovralimentazione, con una preferenza per i carboidrati ad alto indice glicemico (CHO ad alto indice glicemico) (Lennerz, Alsop et al. 2013), un fenomeno definito come effetto di brama di CHO (Ventura, Santander et al. 2014).
Al fine di analizzare l'effetto di 10 diversi alimenti proprietari ad alto contenuto proteico e basso contenuto di CHO sulla glicemia, abbiamo reclutato 14 donne sane, che sono state testate per la loro risposta glicemica attraverso il metodo del punteggio glicemico (GS). Tutti gli alimenti testati, rispetto al glucosio, hanno prodotto una risposta glicemica significativamente inferiore e il loro GS è risultato inferiore a 25 (rispetto al valore GS di riferimento del glucosio che è 100).
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3. Effetto delle Diete Chetogeniche sulle Funzioni Cognitive
L'intervallo di variazione del glucosio e dei corpi chetonici (KBs) nel sangue di individui non diabetici è ampio ed entrambi possono essere utilizzati come energia dal cervello. I dati sugli effetti della glicemia e della chetonemia sulle funzioni cognitive su esseri umani sani che seguono diete diverse sono scarsi. Lo scopo di questo studio era quindi quello di confrontare gli effetti della variazione della glicemia e della chetonemia dopo dieci giorni di due diverse diete chetogeniche e una dieta mediterranea (MD) a calorie limitate sulla memoria di lavoro e sulle funzioni esecutive in 63 giovani donne sedentarie sane in sovrappeso (BMI>25) (età: 20-35), che sono state reclutate nell'area universitaria.
I soggetti sono stati divisi in gruppi in base al giorno dell'inizio della loro fase follicolare al fine di minimizzare gli effetti ormonali sull'umore e sono venuti per le misurazioni basali cinque giorni prima dell'inizio del protocollo dietetico. I seguenti controlli sono stati impostati il giorno di inizio della dieta (t1), il terzo (t3), il quinto (t5), il settimo (t7) e l'ultimo giorno (t10). Il giorno del controllo basale, è stato misurato il peso dei soggetti ed è stata eseguita un'analisi dell'impedenza corporea. I soggetti hanno fatto una colazione standard ad alto contenuto di carboidrati e successivamente hanno completato i test psicologici. A t1, t3, t5, t7 e t10 sono stati misurati i livelli di corpi chetonici e la glicemia, così come i livelli di appetito. L'ultimo giorno di controllo (t10) i soggetti hanno ripetuto l'analisi dell'impedenza corporea, la misurazione del peso corporeo e, dopo la colazione (ogni gruppo ha fatto una colazione diversa secondo la dieta prescritta), i test psicologici.
I test psicologici consistevano in un test dell'umore, due compiti cognitivi, uno per indagare la memoria di lavoro (n back visuo-spaziale) e il secondo per stressare le funzioni esecutive (compito di controllo inibitorio) e in una scala VAS per testare il livello di appetito.
45 soggetti hanno completato lo studio. Considerando tutti i partecipanti insieme, i livelli di glucosio pre-dieta erano positivamente correlati con il tempo di reazione nel go-trial del test della funzione esecutiva (r(43) = 0.358, p = 0.018), ma questa relazione non è stata trovata nella misura post-dieta sia quando i soggetti sono stati analizzati tutti insieme sia quando i soggetti sono stati divisi in base al tipo di dieta seguita. Nello stesso test psicologico, nella misura post-dieta la chetonemia ha mostrato una correlazione negativa con l'accuratezza delle prove no-go (r(29) = -0.455, p = 0.027).
Possiamo concludere che i giovani soggetti sani in sovrappeso con glicemia a digiuno al di sotto del livello di prediabete sono stati influenzati negativamente da una colazione ad alto contenuto di carboidrati durante un test della funzione esecutiva.
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