งานวิจัย: Intermittent metabolic switching, neuroplasticity and brain health

• Liver contain glycogen 700-900 kcal, which will last 10-14 hours in individual who are not exercising.
• Exercise accelerate depletion of glycogen in liver. Eg. By running 1 hours(600kcal), it will hasten the G-to-K switch for 4 hrs.

กลไก: การอดอาหารสลับกิน อาจส่งผลดีต่อระบบประสาท ทั้งตอนอดและตอนกลับมากิน

ตอนอด(อาจรวมการออกกำลังกาย, การกิน ketogenic diet, ฯลฯ ที่ทำให้เกิดการ burn ไขมัน จนเกิด ketone body)

• ในขณะอดอาหาร หรือ ออกกำลังกาย อย่างเหมาะสม ร่างกายจะเกิดการเผาผลาญไขมันเป็น ketone bodies(B-Hydroxybutyrate: BHB) ซึ่งใช้เป็นพลังงานของเซลล์ประสาทได้
  โดย mitochondria สามารถนำไปใช้สร้างได้ทั้ง ATP และ electron reducing agent(ตัวรับอนุมูลอิสระ e-) = AcetylCoA ในกระบวนการ electron transport chain จึงจัดว่าเป็นพลังงานสะอาดกว่า glucose
• ketone สามารถส่งเข้าสู่สมองโดย monocarboxylic acid transporters
• ketone ทำให้เกิดการ upregulate การ expression ของ BDNF(Brain-derived neurotrophic factor), และ อาจกระตุ้นการสร้าง mitochondria(biogenesis), synaptic plasticity, เพิ่ม cellular stress resistance
• เซลล์ Astrocyte ในสมอง ก็สร้าง ketone ได้เช่นกัน(ketogenesis) อาจเป็น local source ของ ketone ในสมอง
• การสลับโหลดพลังงาน(intermittent metabolic switching) ทำให้เกิด insulin sensitivity สูงขึ้น ทำให้เซลล์ประสาท นำ glucose ไปใช้ได้ดีขึ้นด้วย

ตอนกลับมากิน

• หลังจากอด/ออกกำลังกาย เมื่อลำไส้ กลับมาเจอ carbohydrate, glucose จะเกิดการหลั่งฮอร์โมน GLP1(glucagon-like peptide 1) โดย enteroendocrine cells ออกสู่กระแสเลือด
  • GLP1 สามารถกระตุ้น pancreas ให้หลั่ง insulin มากขึ้นได้ รวมถึงกระตุ้น insulin sensitivity ในเซลล์ร่างกาย ทำให้จัดการ glucose ได้ดีขึ้น
  • GLP1 สามารถผ่าน blood brain barrier เข้าสู่สมองได้ และ มีผลกับ neuron โดยตรง โดยเพิ่ม synaptic plasticity(ความยืดหยุ่นในการเชื่อมโยงของใยประสาท), เพิ่ม cognition, cellular stress resistance.

ผลการทดลอง

⚠️ข้อสังเกต

• ใน paper นี้ ศึกษาการอดในระยะสั้นเท่านั้น ซึ่งจะไม่เหมือนกับการอดอาหารต่อเนื่องยาวนาน(อดต่อเนื่องนานเป็นสัปดาห์หรือมากกว่า) ที่จะมีผลทำให้เกิดการสลายมวลกล้ามเนื้อ(muscle mass)
• ในเรื่องของ Metabolic switching, paper นี้ คัดเฉพาะ งานวิจัยที่มีการวัดความเข้มข้น ketone ในกระแสเลือดขณะอด หรือ งานวิจัยที่ใช้วิธีการที่ทำให้แน่ใจว่าเกิด ketone ในกระแสเลือดเท่านั้น(บางงานวิจัย แค่ทดลอง ทำ IF เฉยๆ แต่ไม่ได้ วัด ketone)
  • การทดลองส่วนใหญ่ในหนู จะเป็นการอดอาหารและวัด ketone แต่ไม่ค่อยมีการทดลองเกี่ยวกับออกกำลังกายกับ ketone มากนัก แต่ก็มีบางงานวิจัยที่พบว่า การออกกำลังกายความเข้มข้นสูง(vigorous exercise)ในหนู ทำให้เกิด ketone ได้เช่นกัน
• หนู มีอัตรา metabolism ที่สูงกว่ามนุษย์มาก ในมนุษย์อาจต้องมีการอดที่นานขึ้น หรือมีการออกกำลังกายร่วมด้วย จึงจะได้ความเข้มข้นเท่ากัน

ผลของ Intermittent metabolic switching กับ ระบบประสาท [Neuronal adaptation to IMS]

ด้านพฤติกรรม(Behavioral adaptation)

• ทดลองในหนู โดยลดปริมาณอาหารลง(Caloric restriction:CR)เหลือ 60% ของปริมาณปกติต่อวันที่หนูกินอย่างไม่จำกัด(Ad libitum) และ จำกัดเวลากินในช่วง 4 ชม(Time restricted fasting) พบว่า มี ketone เกิดขึ้น
• หนูที่มีการอดตั้งแต่ในช่วงอายุวัยรุ่นไปจนถึงวัยชรา ไม่พบความถดถอยตามอายุในการเรียนรู้หรือความจำ และประสิทธิภาพการเคลื่อนไหว-ความคล่องแคล่ว(locomotor) ดีกว่าแม้อายุจะมากขึ้น เมื่อเทียบกับหนูที่กินอย่างไม่จำกัดตามต้องการ นอกจากนี้พฤติกรรมที่แสดงความวิตกกังวล(anxiety-liked behaviour)ก็ลดลงด้วย
• หนูวัยกลางคน(middle age) จำกัดอาหารด้วย calories ต่ำมาก 4 วันต่อเนื่องทุกสัปดาห์ เป็นเวลา 7 เดือน พบว่า สามารถจดจำทิศทาง(spatial memory) ในการทดลองเขาวงกต, การจดจำสัญลักษณ์พิเศษ(novel object recognition) ได้ดีกว่าหนูที่กินไม่จำกัดที่อายุเท่ากันอย่างมีนัยสำคัญ
• การออกกำลังกายและมีการใช้ความคิดไปด้วย หรือ มีการทำแบบฝึกสมองทันทีหลังออกกำลังกาย ให้ผลดีในการพัฒนาสมอง มากกว่าการออกกำลังกายอย่างเดียว(ที่ให้ผลรองลงมา) หรือ ทำแบบฝึกสมองเพียงอย่างเดียว(ที่ให้ผลต่ำสุด) ซึ่งอาจแสดงถึงการที่เมื่อมีการประสบภาวะอดอาหาร หรือออกกำลังกายเพื่อหาแหล่งอาหาร/ล่า ธรรมชาติมีความจำเป็นที่จะต้องทำให้สมองดีขึ้น เพื่อความอยู่รอด

ด้านการสร้างเซลล์ประสาทและแขนงประสาทใหม่(Neuronal network activity, synaptic plasticity and neurogenesis.)

• ในโรคลมชัก พบว่าหนูที่มีการอดอาหารข้ามวัน(Alternate day fasting) มีความทนทานของเซลล์ประสาทในสมองส่วน Hippocampus ต่ออาการชักได้ดีกว่า(เสียหายน้อยกว่า) และ มีการเกิดภาวะสมองเสื่อมน้อยกว่า(cognitive impairment), รวมถึงในมนุษย์ พบว่าผู้ป่วยเด็ก ที่ไม่ตอบสนองต่ออาหาร keto เมื่อทำ IF ก็มีความถี่ในการชักลดลง
• ในหนูทดลองที่ทำ IF มีการเกิดการเชื่อมโยงเซลล์ประสาท(synapse) ที่แข็งแรง(longterm potentiation) ในระหว่างเรียนรู้สิ่งใหม่ได้เร็วกว่า หนูที่กินแบบไม่มีการอด(ad libitum)

ใส่ pdf ไว้ใน folder แล้ว เดี๋ยวจะมาทยอยเพิ่ม list ให้ครับ

การทดลองกับตัวเองที่เคยทำ คือ Prolonged fasting 3 วัน(84 ชม.) + ออกกำลังกาย High intensity
ผลคือ ความจำดีขึ้นมาก สามารถอ่าน rust บทที่สองจบในวันเดียว(เป็นบทเรียน programming ที่มีเนื้อหาเชื่อมโยงหลายอย่างในบทเดียว) แล้วมาเขียน code เองทั้งหมดจากความจำและความเข้าใจ จนสำเร็จ โดยแทบไม่เปิดหนังสือ ซึ่งแสดงถึงสุขภาพสมองที่ดีขึ้นจริง

note: เรื่องต่อไปคือ dopamine fasting