低碳水饮食对大脑健康的影响

　　顾名思义，低碳水饮食的核心要素就是降低膳食中碳水化合物的总量。时下流行的生酮饮食、地中海饮食以及阿特金斯饮食都属于广义低碳水饮食。它会使人体代谢系统逐渐从糖酵解产能转向寻求从膳食脂肪和人体脂肪中获取能量。

　　在这一过程中，酮体水平作为替代葡萄糖的能量形式显著提升，血糖波动与胰岛素刺激显著降低，从而产生一系列多通路生化反应，而越来越多的研究认为，这些反应所带来的效果对人体有益。

　　当碳水摄入不足，同时糖原分解以及糖异生产生的血糖也不足以维持能量供给时，身体会开始分解脂肪形成甘油与游离脂肪酸，后者在肝脏中通过生酮作用转化成乙酰辅酶A这一三大营养物质的代谢中间产物，而后进一步形成三种酮体供能予包括大脑细胞在内的其它细胞。

　　纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University) 教授、主要作者Lilianne R. Mujica-Parodi 博士利用神经成像技术领导了一项研究，发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS) 上。该研究显示，与衰老相关的神经生物学变化出现的时间比预期要早得多——在不到50 岁即出现了。然而，这项研究也表明，这一过程可以通过饮食上的改变来预防或逆转，这些改变包括尽量减少简单碳水化合物的摄入。

　　为了更好地理解饮食如何影响大脑老化，研究小组把重点放在症状前时期，在此期间预防可能是最有效的。在题为“饮食调节年轻人大脑网络的稳定性，一种大脑老化的生物标记”（Diet modulates brain network stability, a biomarker for brain aging, in young adults）的文章中，他们使用大规模的生命期神经成像数据集显示，大脑区域之间的功能交流随着年龄的增长而不稳定，典型的是在40 多岁时，这种不稳定与较差的认知相关，并随着胰岛素抵抗而加速。

　　然后，有针对性的实验表明，大脑老化的生物标记物可以随着不同燃料（饮食）来源的消耗而被可靠地调节：通过减少葡萄糖、增加酮来增强大脑网络的稳定性。这种效应在饮食总量的改变和摄入与燃料特定的卡路里匹配的补充剂后都得到了验证。

　　石溪大学工程与应用科学学院及复兴医学院生物医学工程系教授Mujica-Parodi 表示：“我们通过这些实验发现的结果既有坏消息也有好消息。坏消息是，我们发现大脑老化的最初迹象要比之前想象的早得多。不过，好消息是，我们可以通过饮食来预防或逆转这些影响，通过将葡萄糖换成酮类作为神经元的燃料来减轻侵蚀代谢减退的影响。”

　　研究人员通过对大脑的神经成像发现，大脑区域之间的交流在早期就已经中断(“网络稳定性”)。

　　Mujica-Parodi 说：“我们认为，随着人们年龄的增长，他们的大脑开始失去有效代谢葡萄糖的能力，导致神经元慢慢饿死，大脑网络开始不稳定。因此，我们测试了以酮类的形式给大脑提供更有效的能量来源，无论是通过低碳水化合物饮食还是饮用酮类补充剂，是否能给大脑提供更多的能量。即使在较年轻的个体中，这也增加了能量，进一步稳定了大脑网络。

　　为了进行他们的实验，研究人员使用了两个大规模的脑神经成像(fMRI) 数据集，将大脑网络稳定性作为衰老的生物标志物，这两个数据集总计近1000人，年龄在18 至88 岁之间。大脑网络的不稳定与认知能力受损有关，并在2 型糖尿病中加速，2 型糖尿病会阻碍神经元有效代谢葡萄糖的能力。为了确定这一机制是特定于能量供应的，研究人员随后保持年龄不变，并用fMRI 扫描另外42 名50 岁以下的成年人。这使他们能够直接观察葡萄糖和酮对每个人大脑的影响。

　　大脑对饮食的反应以两种方式进行了测试。第一个是整体的，比较参与者在一个星期的标准( 无限制) 饮食和低碳水化合物(例如：肉或鱼加沙拉，但不加糖、谷物、大米、淀粉类蔬菜) 饮食后大脑网络的稳定性。在标准饮食中，主要代谢的燃料是葡萄糖，而在低碳水化合物饮食中，主要代谢的燃料是酮。然而，饮食习惯之间可能还存在其他差异，导致了观察到的影响。因此，为了将葡萄糖和酮作为两种饮食之间的关键区别分离出来，一组独立的参与者在一天摄入小剂量葡萄糖之前和之后进行了扫描，另一天摄入酮，这两种燃料分别以体重和热量相匹配。重复的结果表明，不同饮食之间的差异可以归因于它们提供给大脑的燃料类型。

　　该研究的其他发现包括：大脑老化的影响在47 岁时出现，最快速的退化发生在60 岁。即使在50 岁以下的年轻人中，饮食酮症(无论是在改变饮食一周后还是在服用酮30分钟后出现) 都会增加大脑的整体活动，稳定大脑的功能网络。这被认为是由于酮比葡萄糖提供更多的能量给细胞，即使燃料的热量是匹配的。这一益处之前已经在心脏上得到了证实，但目前的一系列实验为大脑的同等功效提供了第一个证据。

　　“这种影响很重要，因为大脑老化，特别是痴呆，与’代谢减退’（hypometabolism）有关，即神经元逐渐丧失有效利用葡萄糖作为燃料的能力。因此，如果我们能通过使用不同的燃料（饮食）来增加大脑可利用的能量，希望我们能使大脑恢复更年轻的功能。为了解决这个问题，我们目前正在与麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的Eva Ratai博士合作，将我们的研究扩展到老年人群，” Mujica-Parodi 说。