معلومة

عندما يكون إنتاج الجلوكوز منخفضًا ، يبدأ الدماغ في استخدام الأحماض الكيتونية كطاقة ... كيف يعمل ذلك؟


هل يمكن لشخص ما أن يصف بشكل عام كيف يستهلك الدماغ الأحماض الكيتونية / أجسام الكيتون عندما ينضب مستوى الجلوكوز في الدم تمامًا؟


جسم الإنسان عبارة عن آلة تعمل بالجلوكوز وتستهلك الكربوهيدرات وتتحول إلى جلوكوز. يتم إنتاج الطاقة من الجلوكوز ويتم تخزين الجلوكوز في صورة جليكوجين. عندما يتم تقليل تناول الكربوهيدرات بطريقة ما ، فإن الجسم سيغير آليته ويستخدم الأحماض الدهنية لإنتاج الطاقة. كيتونات تخليق الكبد من الأحماض الدهنية في نظامنا الغذائي أو من دهون الجسم. يتم إطلاق الكيتونات (الأسيتو أسيتات والأسيتون) في الدم ، والتي يمتصها الدماغ وتوليف الطاقة منه من خلال الميتوكوندريا الخاصة بهم.

يحصل الدماغ على جزء من طاقته من أجسام الكيتون عندما يكون الجلوكوز أقل توفرًا (على سبيل المثال ، أثناء الصيام ، وممارسة التمارين الرياضية الشاقة ، وانخفاض الكربوهيدرات ، والنظام الغذائي الكيتون وحديثي الولادة). في حالة انخفاض نسبة الجلوكوز في الدم ، تحتوي معظم الأنسجة الأخرى على مصادر طاقة إضافية إلى جانب أجسام الكيتون (مثل الأحماض الدهنية) ، ولكن الدماغ لديه متطلبات إلزامية لبعض الجلوكوز. بعد تغيير النظام الغذائي لخفض نسبة الجلوكوز في الدم لمدة 3 أيام ، يحصل الدماغ على 25٪ من طاقته من أجسام الكيتونات ، وبعد حوالي 4 أيام ترتفع هذه النسبة إلى 70٪ (خلال المراحل الأولى لا يحرق الدماغ الكيتونات ، منذ ذلك الحين هم ركيزة مهمة لتخليق الدهون في الدماغ). علاوة على ذلك ، فإن الكيتونات المنتجة من أحماض أوميغا 3 الدهنية قد تقلل من التدهور المعرفي في الشيخوخة. المرجعي

عندما يبدأ الجسم في استخدام الأحماض الدهنية لإنتاج الطاقة ، تظهر مشكلة واحدة في الدماغ وهي الحاجز الدموي الدماغي (الحاجز الذي يفصل الدم المنتشر عن السائل خارج الخلية في الجهاز العصبي المركزي) لا يمكن للدماغ استخدام سلسلة طويلة من الدهون. الأحماض لأنها لا تستطيع عبور الحاجز الدموي الدماغي بسبب ارتباطها بالألبومين. نظرًا لأن الكيتونات عبارة عن أحماض دهنية متوسطة السلسلة يمكنها عبور الحاجز بشكل فعال. لذلك يستخدم الدماغ الكيتونات لإنتاج الطاقة من خلال عملية تسمى الكيتوزية. يتم بعد ذلك دمج أجسام الكيتون في acetyl-CoA واستخدامها في دورة حمض الستريك.

دورة حمض الستريك - المعروفة أيضًا باسم دورة حمض الكربوكسيل (TCA) أو دورة كريبس - هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تستخدمها جميع الكائنات الهوائية لتوليد الطاقة من خلال أكسدة الأسيتات المشتقة من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات إلى ثاني أكسيد الكربون و طاقة كيميائية على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). المرجعي

مسارات التمثيل الغذائي لإنتاج الطاقة


في الواقع ، هناك نقل للأحماض الدهنية عبر BBB. ربما لا يكون معدل النقل هذا كافيًا ، لا أعرف ، أعتقد أنه لا يهم حقًا.

ما يحدث حقًا هنا ، أن الكبد يحضر الأحماض الدهنية ، بحيث يمكن للدماغ استخدامها بسهولة أكبر في شكل أحماض كيتونية لإنتاج الطاقة.

  • هدم الأحماض الدهنية المشتركة بين الكبد والدماغ - المرجع

عندما يكون إنتاج الجلوكوز منخفضًا ، يبدأ الدماغ في استخدام الأحماض الكيتونية كطاقة ... كيف يعمل ذلك؟ - مادة الاحياء

توازن الجلوكوز والمجاعة

توازن الجلوكوز: توازن الأنسولين والجلوكاجون للحفاظ على نسبة الجلوكوز في الدم.

الأنسولين: يفرز من البنكرياس استجابة لارتفاع جلوكوز الدم بعد تناول الطعام.

& # 9 الأنسولين يخفض نسبة الجلوكوز في الدم عن طريق زيادة امتصاص الجلوكوز في العضلات والأنسجة الدهنية و & # 9 من خلال تعزيز تحلل الجلوكوز وتكوين السكر في الكبد والعضلات.

الأنسولين: نسبة الجلوكاجون: كل ​​ما يحدث للجلوكوز والأحماض الأمينية والدهون في حالة التغذية الجيدة يعتمد على نسبة عالية من الأنسولين إلى الجلوكاجون.

جلوكاجون: يؤدي انخفاض نسبة الجلوكوز في الدم إلى زيادة إفراز الجلوكاجون من البنكرياس لتعزيز إنتاج الجلوكوز.

لل الجلوكوز: يقيِّم مدى السرعة التي يمكن للفرد أن يستعيد بها مستوى الجلوكوز في الدم إلى المستوى الطبيعي بعد تناول كمية كبيرة من الجلوكوز ، أي يقيس قدرة الفرد على الحفاظ على توازن الجلوكوز

مريض بالسكر: لا يستطيع إنتاج الأنسولين أو الاستجابة له ، وبالتالي فإن تحمل الجلوكوز منخفض جدًا

مسارات الجلوكوز والبروتين والدهون:

الأفراد الذين يعانون من السمنة المفرطة: حتى مع الصيام المطول تحت الإشراف الطبي ، فإن مستويات الجلوكوز في البلازما تظل ثابتة نسبيًا حتى بعد ثلاثة أشهر.

الجلوكوز / الأحماض الدهنية / دورة الجسم الكيتون:

& يشرح العلاقة المتبادلة بين أكسدة الجلوكوز مقابل الأحماض الدهنية أو أجسام الكيتون & quot

التأثيرات الهرمونية الرئيسية على دورة حمض الجلوكوز الدهني:

تحت ظروف ضغط CHO (نقص CHO's):

هناك استنفاد لمخازن الجليكوجين في الكبد

& # 9 يتم تعبئة الأحماض الدهنية من الدهون ويزداد معدل أكسدة العضلات ، مما يؤدي بدوره إلى تقليل استخدام الجلوكوز.

& # 9 الجلوكاجون يشير إلى تعبئة الدهون.

في ظل ظروف وفيرة من CHO:

& # 9 يتم تقليل إفراز الأحماض الدهنية عن طريق الأنسولين ، وبالتالي تقليل أكسدة الأحماض الدهنية.

& # 9 يزيد استخدام الجلوكوز في العضلات.

& # 9 هذه الاستجابات تعمل على استقرار نسبة الجلوكوز في الدم.

التأثير التنظيمي لأكسدة الأحماض الدهنية على استخدام الجلوكوز منطقي:

& # 9 1) الاحتياطيات الصغيرة من CHO في الجسم

& # 9 2) شرط إلزامي من قبل بعض الأنسجة (مثل المخ ، RBC) للجلوكوز

في العضلات: أكسدة الأحماض الدهنية تقلل من استخدام الجلوكوز من خلال التأثيرات السلبية على نقل الجلوكوز وكذلك على أنشطة هيكسوكيناز ، PFK-1 و بيروفات DH

تزيد المستويات المرتفعة من الأحماض الدهنية في البلازما من أكسدة العضلات لهذا الوقود.

الكيتونات: ينتج من الأحماض الدهنية الزائدة ، ويوفر وقودًا بديلاً ويحد من أكسدة الجلوكوز بطريقة مماثلة للدهون ، حتى في الدماغ.

الجلوكوز / الأحماض الدهنية / دورة الكيتون (البنكرياس والكبد والعضلات والدهون والدماغ):

FA = الأحماض الدهنية GLC = الجلوكوز KB = Ketone Body TG = Triacyglycerol

المراحل الأربع لاستتباب الجلوكوز:

التخلص من الجلوكوز والدهون بواسطة أنسجة مختلفة في الدولة ذات التغذية الجيدة (المرحلة الاولى):

تعمل حالة التغذية الجيدة أثناء امتصاص الطعام من الأمعاء.

تتأكسد CHO والدهون إلى CO2 و ح2O في الأنسجة المحيطية لدفع التفاعلات الاصطناعية والحفاظ على وظيفة الخلية.

بعد تناول الوجبة ، تعمل زيادة الجلوكوز في البلازما على تعزيز إفراز الأنسولين ويتم تحويل الوقود الفائض إلى الجليكوجين والدهون.

في الكبد ، يمكن تحويل الجلوكوز إلى الجليكوجين أو البيروفات ، أو البنتوز لتوليد NADPH للعمليات الاصطناعية.

يمكن استخدام البيروفات المشتقة من الجلوكوز في تكوين الدهون.

ينتقل الكثير من الجلوكوز الممتص إلى الأنسجة الأخرى.

يعتمد الدماغ على هدم الجلوكوز لإنتاجه من ATP.

يستخدم الكبد الجلوكوز ولا يشارك في تكوين الجلوكوز ، وبالتالي تنقطع دورة كوري.

يسمح الكبد بمرور معظم الأحماض الأمينية ، وهذا مهم بشكل خاص لبعض الأحماض الأمينية الأساسية التي تحتاجها جميع الأنسجة لتخليق البروتين.

يتم تحويل الأحماض الأمينية الزائدة غير الضرورية لتخليق البروتين إلى جلوكوز أو دهون ، مع انتقال النيتروجين الأميني إلى اليوريا.

في مرحلة ما بعد الامتصاص ، يوفر تحلل الجليكوجين في الكبد معظم الجلوكوز (75٪) مع استحداث السكر مع توفير الباقي (ألانين 5-10٪ لاكتات 10-15٪).

أصبحت دورة الجلوكوز ألانين نشطة.

يستهلك الدماغ 50-60٪ من الجلوكوز.

إنتاج الجلوكوز واستخدامه في المرحلة الثانية ، مرحلة ما بعد الامتصاص:

إنتاج الجلوكوز واستخدامه في حالة الصيام ، المرحلة الثالثة:

الجلوكونوجينيك (مبكرًا) مرحلة الجوع (المرحلة الثالثة):

تتميز هذه المرحلة بالأحداث التي تحدث بعد 24 إلى 72 ساعة من الوجبة الأخيرة.

لا يزال الدماغ يعتمد فقط على الجلوكوز ولكن الأنسجة الطرفية الأخرى تبدأ في التحول إلى الأحماض الدهنية.

بدأت دورة الأحماض الدهنية الجلوكوز في تحويل تركيزها إلى الأحماض الدهنية الحرة كوقود.

الوقود الغذائي غير متوفر ولا يبقى الجليكوجين في الكبد للحفاظ على نسبة الجلوكوز في الدم.

هناك اعتماد كامل على استحداث السكر في الكبد ، بشكل أساسي من اللاكتات والألانين.

لا يمكن استخدام الأحماض الدهنية للتخليق الصافي للجلوكوز.

لذلك يجب تحلل البروتينات داخل العضلات لإنتاج الأحماض الأمينية لتخليق الجلوكوز في الكبد.

مصير الأحماض الأمينية من انهيار بروتين العضلات في الجوع ، المرحلة الرابعة:

دور الهرمونات في الاستجابة للجوع والتوتر:

الجوع المطول ، المرحلة الرابعة:

تلعب الكيتونات دورًا رئيسيًا في الجوع لفترات طويلة ، حيث تحل محل الجلوكوز كوقود أساسي للدماغ وتشير إلى انخفاض تقويض البروتين وإنتاج الألانين من العضلات.

يتم الحفاظ على البروتين والحفاظ على توازن الجلوكوز.

إخلاء المسؤولية: الآراء والآراء الواردة في الصفحات غير الرسمية لجامعة ولاية كاليفورنيا أو أعضاء هيئة التدريس أو الموظفين أو الطلاب هي آراء مؤلفي الصفحة. لم تتم مراجعة محتوى هذه الصفحات أو الموافقة عليها من قبل جامعة ولاية كاليفورنيا ، دومينجيز هيلز.


أعتقد أن إجابة كريس دينيت مضللة بعض الشيء ، وأود أن أرى أقسامًا مقتبسة لمثل هذا السؤال المعقد بدلاً من بعض الروابط المنفردة. في رأيي ، هناك لا يوجد ارتباط مباشر بين إشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي والنشاط العصبي.

لقد بحثت عن بحث حول التغيرات في نشاط الدماغ (النوم والراحة والمهام المعرفية) واستهلاك الطاقة الكلي للدماغ. لقد وجدت مقالتين جيدتين تضعان سؤالك في صورة أكبر ، مكتوبة بشكل أكاديمي تمامًا ، لكنهما يركزان على البيانات المتعلقة باستهلاك الطاقة. تناقش المقالات أيضًا ما يمكن استخلاصه فعليًا من بيانات تصوير الدماغ (الرنين المغناطيسي الوظيفي ، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني) وكيف ترتبط وظائف الدماغ الواعية بالتغيرات الفسيولوجية التي يتم قياسها بواسطة هذه التقنيات.

الاستنتاج الأساسي هو أن لا يغير الدماغ استهلاكه للطاقة كثيرًا ، سواء أكان مستريحًا أو مكلفًا. في الواقع ، يحتاج إلى نشاط متوسط ​​عالٍ (التمثيل الغذائي العالي ، استهلاك الطاقة) لجعل وظائف محددة ممكنة على الإطلاق. لذلك فهو ليس مثل جهاز كمبيوتر حيث تبدأ برنامجًا (مشابهًا لوظيفة الدماغ الأكثر وعيًا ، مثل لعب الشطرنج) ثم يرتفع استهلاك المعالج والذاكرة. بدلاً من ذلك ، يكون استهلاك الطاقة بالفعل ومستمرًا على مستوى متوسط ​​مرتفع ، وإلا فلن يتمكن نظام التشغيل (الدماغ) من تشغيل برنامج (وظيفة) متميز على الإطلاق. **

لقد اقتبست أهم الأجزاء ، لكن كلا المقالين يقدمان نظرة عامة جيدة ويرسمان الصورة الأكبر حول سؤالك.


ما يجب أن يعرفه الجميع

يقول بينج إنه ليس فقط رياضيو التحمل هم من يجب أن يقلقوا بشأن نفاد الجليكوجين. لكن كيف يؤثر ذلك عليك يعتمد على مستوى لياقتك. إذا كنت & # 39 جديدًا في ممارسة الرياضة ، فيمكنك أن تنفد في غضون 5 أو 10 دقائق. إليك السبب: & quot ؛ يتطلب الأمر تدريبًا لعضلاتك لزيادة مخزون الجليكوجين ، لذلك من المحتمل أن يكون لدى الشخص الذي بدأ للتو القليل جدًا ، & quot ؛ كما يقول. & quot عندما تتدرب بانتظام ، ستتمتع بقدرة أكبر على التحمل & quot

& quot إذا نفد جسمك من الجليكوجين المخزن ، فسيحاول تكسير الخلايا الدهنية للحصول على الطاقة التي تحتاجها ، ويضيف بنغ. تسمى هذه العملية استحداث السكر ، أو تكوين الجلوكوز من مصادر جديدة. المشكلة هي أن هذا يستغرق وقتًا أطول من تحويل الجليكوجين. قد تنفد قوتك في منتصف التمرين وتشعر بالإرهاق ، وفقًا لتقرير فبراير 2018 في المجلة العناصر الغذائية. & quot؛ إذا كنت تتأرجح وتحصل في النهاية على ريح ثانية ، فمن المحتمل أنك & # 39 قد عالجت الدهون المخزنة ، لكنك في هذه الأثناء لن تعمل بكفاءة ، & quot؛ يقول بينج.

هناك أيضًا مصدر قلق أكثر خطورة. بين الوقت الذي ينضب فيه الجليكوجين ويبدأ استحداث السكر ، قد تواجه أعراض انخفاض نسبة السكر في الدم (نقص السكر في الدم). يمكن أن تشمل هذه الأعراض التعب الشديد والدوخة وفقدان شبه كامل للطاقة وعدم القدرة على التركيز والتفاعل مع الاتجاهات. ليس من غير المألوف الانهيار من التعب الشديد. يمكنك حتى تجربة الهلوسة في ظل هذه الظروف.


محتويات

يمكن تقسيم أعراض ومظاهر نقص السكر في الدم إلى تلك التي تنتجها الهرمونات المضادة للتنظيم (الأدرينالين / الأدرينالين والجلوكاجون) الناتجة عن انخفاض الجلوكوز ، والتأثيرات العصبية التي تنتج عن انخفاض السكر في الدماغ.

  • رعشة ، قلق ، عصبية ، عدم انتظام دقات القلب ، شعور بالدفء (مسكاريني متعاطف وليس أدرينالي) ، برودة ، ترقق (توسع حدقة العين) ، بوربوريغسموس ، قيء ، انزعاج بطني

تحرير الجهاز العصبي المركزي

  • تفكير غير طبيعي ، ضعف في الحكم
  • اضطراب مزاجي غير محدد ، مزاجية ، اكتئاب ، بكاء ، مخاوف مبالغ فيها
  • الشعور بالخدر والدبابيس والإبر (تنمل)
  • السلبية ، والتهيج ، والعداء ، والقتال ، وتغير الغضب ، والتوتر العاطفي ، والضعف ، واللامبالاة ، والخمول ، وأحلام اليقظة ، والنوم
  • الارتباك ، وفقدان الذاكرة ، والدوخة ، والهذيان
  • يحدق ، نظرة زجاجية ، رؤية مشوشة ، رؤية مزدوجة
  • ومضات ضوئية في مجال الرؤية
  • السلوك التلقائي ، المعروف أيضًا باسم الأتمتة
  • صعوبة في الكلام ، وتداخل في الكلام ، وعدم تناسق ، وأحيانًا يتم الخلط بينه وبين السكر
  • عجز حركي بؤري أو عام ، شلل ، شلل نصفي
  • صداع الراس
  • ذهول ، غيبوبة ، تنفس غير طبيعي
  • النوبات المعممة أو البؤرية

لا تحدث جميع المظاهر المذكورة أعلاه في كل حالة من حالات نقص السكر في الدم. لا يوجد ترتيب ثابت لظهور الأعراض ، حتى في حالة حدوث الأعراض. قد تختلف المظاهر المحددة أيضًا حسب العمر وشدة نقص السكر في الدم وسرعة الانخفاض. عند الأطفال الصغار ، يمكن أن يصاحب القيء أحيانًا نقص سكر الدم الصباحي مع الحالة الكيتونية. في الأطفال الأكبر سنًا والبالغين ، يمكن أن يشبه نقص السكر في الدم الحاد إلى حد ما الهوس أو المرض العقلي أو التسمم بالعقاقير أو السكر. في كبار السن ، يمكن أن يؤدي نقص السكر في الدم إلى تأثيرات شبيهة بالسكتة الدماغية أو الشعور بالضيق الذي يصعب تحديده. قد تكون أعراض شخص واحد متشابهة من حلقة إلى أخرى ، ولكنها ليست كذلك بالضرورة ، وقد تتأثر بالسرعة التي تنخفض بها مستويات الجلوكوز ، بالإضافة إلى الحوادث السابقة.

في الأطفال حديثي الولادة ، يمكن أن يؤدي نقص السكر في الدم إلى التهيج ، والتوتر ، والنفضات الرمع العضلي ، والزرقة ، وضيق التنفس ، ونوبات انقطاع النفس ، والتعرق ، وانخفاض درجة حرارة الجسم ، والنعاس ، ونقص التوتر ، ورفض التغذية ، والنوبات أو "نوبات". يمكن أن يشبه نقص السكر في الدم الاختناق أو نقص كالسيوم الدم أو تعفن الدم أو قصور القلب.

في كل من الشباب وكبار السن الذين يعانون من نقص السكر في الدم ، قد يتأقلم الدماغ على مستويات الجلوكوز المنخفضة ، مع انخفاض الأعراض الملحوظة على الرغم من ضعف سكر الدم العصبي. في مرضى السكري المعتمدين على الأنسولين ، تسمى هذه الظاهرة عدم الوعي بنقص السكر في الدم ، وهي مشكلة سريرية كبيرة عند محاولة تحسين التحكم في نسبة السكر في الدم. هناك جانب آخر من هذه الظاهرة يحدث في النوع الأول من تكوين الجليكوجين ، عندما يكون نقص السكر في الدم المزمن قبل التشخيص أكثر تحملاً من نقص السكر في الدم الحاد بعد العلاج.

يمكن أن تحدث أعراض نقص السكر في الدم أيضًا أثناء النوم. يمكن أن تشمل الأمثلة على الأعراض أثناء النوم ملاءات السرير الرطبة أو الملابس من العرق. قد تكون الكوابيس أو فعل الصراخ علامة على نقص السكر في الدم. بمجرد استيقاظ الأفراد ، قد يشعرون بالتعب أو الانفعال أو الارتباك وقد تكون هذه علامات على نقص السكر في الدم أيضًا. [10]

في جميع الحالات تقريبًا ، يمكن عكس حالة نقص السكر في الدم الشديد بما يكفي للتسبب في حدوث نوبات أو فقدان الوعي دون إلحاق ضرر واضح بالدماغ. عادةً ما تنطوي حالات الوفاة أو الضرر العصبي الدائم الذي يحدث مع نوبة واحدة على فقدان للوعي لفترات طويلة غير مُعالج أو تداخل مع التنفس أو مرض متزامن حاد أو نوع آخر من الضعف. ومع ذلك ، ينتج تلف الدماغ أو الوفاة أحيانًا عن نقص السكر في الدم الحاد.

تظهر الأبحاث التي أجريت على البالغين الأصحاء أن الكفاءة العقلية تنخفض بشكل طفيف ولكن يمكن قياسها حيث ينخفض ​​مستوى السكر في الدم إلى أقل من 3.6 مليمول / لتر (65 مجم / ديسيلتر). عادة ما يتم تنشيط آليات الدفاع الهرمونية (الأدرينالين والجلوكاجون) لأنها تنخفض إلى ما دون مستوى العتبة (حوالي 3.0 مليمول / لتر (55 مجم / ديسيلتر) لمعظم الناس) ، مما ينتج عنه أعراض نقص سكر الدم النموذجية للاهتزاز وخلل النطق. [11]: 1589 قد لا يحدث ضعف واضح حتى ينخفض ​​مستوى الجلوكوز إلى أقل من 2.2 مليمول / لتر (40 مجم / ديسيلتر) ، وقد يكون لدى العديد من الأشخاص الأصحاء أحيانًا مستويات جلوكوز أقل من 3.6 ملي مول / لتر (65 مجم / ديسيلتر) في الصباح بدون تأثيرات واضحة. نظرًا لأن تأثير نقص السكر في الدم على الدماغ ، والذي يُطلق عليه اسم الكريات البيض العصبي ، يحدد ما إذا كان انخفاض الجلوكوز المعطى يمثل "مشكلة" لهذا الشخص ، فإن معظم الأطباء يستخدمون مصطلح نقص السكر في الدم فقط عندما يكون مستوى السكر المنخفض بشكل معتدل مصحوبًا بأعراض أو تأثيرات دماغية.

إن تحديد وجود كلا الجزأين من هذا التعريف ليس دائمًا أمرًا سهلاً ، حيث أن أعراض نقص السكر في الدم وآثاره غامضة ويمكن أن تنتج عن حالات أخرى يمكن أن يفقد الأشخاص الذين يعانون من مستويات منخفضة من الجلوكوز بشكل متكرر أعراض العتبة الخاصة بهم بحيث يمكن أن يحدث ضعف شديد في سكر الدم دون سابق إنذار ، والعديد من طرق القياس (خاصة أجهزة قياس السكر) غير دقيقة عند المستويات المنخفضة.

قد يستغرق التعافي من نقص السكر في الدم الشديد مع فقدان الوعي أو النوبة حتى بعد استعادة مستوى الجلوكوز الطبيعي في الدم وقتًا أطول. عندما لا يكون الشخص فاقدًا للوعي ، فإن فشل الكربوهيدرات في عكس الأعراض خلال 10-15 دقيقة يزيد من احتمالية أن نقص السكر في الدم لم يكن سبب الأعراض. عندما يستمر نقص السكر في الدم الحاد لدى الشخص المقيم في المستشفى ، تصبح كمية الجلوكوز المطلوبة للحفاظ على مستويات مُرضية من الجلوكوز في الدم دليلًا مهمًا على السبب الأساسي. تعتبر متطلبات الجلوكوز التي تزيد عن 10 مجم / كجم / دقيقة عند الرضع ، أو 6 مجم / كجم / دقيقة عند الأطفال والبالغين دليلًا قويًا على فرط الأنسولين. في هذا السياق ، يشار إلى هذا بمعدل ضخ الجلوكوز. أخيرًا ، يمكن أن تساعد استجابة جلوكوز الدم للجلوكاجون عند انخفاض الجلوكوز في التمييز بين أنواع مختلفة من نقص السكر في الدم. يشير ارتفاع نسبة الجلوكوز في الدم بأكثر من 1.70 مليمول / لتر (30 ملجم / ديسيلتر) إلى أن زيادة الأنسولين هي السبب المحتمل لنقص السكر في الدم. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير التأثيرات طويلة المدى

يبدو أن نقص السكر في الدم الكبير يزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية. [12]

السبب الأكثر شيوعًا لنقص السكر في الدم هو الأدوية المستخدمة لعلاج داء السكري مثل الأنسولين والسلفونيل يوريا والبيجوانيدات. [2] [3] تزداد المخاطر لدى مرضى السكر الذين يتناولون كميات أقل من المعتاد ، أو يمارسون الرياضة أكثر من المعتاد ، أو يشربون الكحول. [1] تشمل الأسباب الأخرى لنقص السكر في الدم الفشل الكلوي ، وأورام معينة ، وأمراض الكبد ، وقصور الغدة الدرقية ، والمجاعة ، والأخطاء الفطرية في التمثيل الغذائي ، والعدوى الشديدة أو الإنتان ، ونقص السكر في الدم التفاعلي ، وعدد من الأدوية ، بما في ذلك الكحول. [1] [3] قد يحدث انخفاض في نسبة السكر في الدم عند الأطفال الذين يتمتعون بصحة جيدة والذين لم يأكلوا لبضع ساعات. [5] قد تتضمن الأخطاء الوراثية في عملية التمثيل الغذائي نقص إنزيم لصنع الجليكوجين (نوع تخزين الجليكوجين 0).

مرض خطير تحرير

قد يؤدي المرض الخطير إلى انخفاض نسبة السكر في الدم. [1] يمكن أن يتسبب المرض الشديد الذي يصيب جميع أجهزة الأعضاء الرئيسية تقريبًا في حدوث نقص السكر في الدم كمشكلة ثانوية. يمكن للأشخاص في المستشفى ، وخاصة في وحدات العناية المركزة أو أولئك الذين تم منعهم من تناول الطعام ، أن يصابوا بنقص السكر في الدم من مجموعة متنوعة من الظروف المتعلقة برعاية مرضهم الأساسي. غالبًا ما يكون نقص السكر في الدم في هذه الظروف متعدد العوامل أو ناجمًا عن الرعاية الصحية. بمجرد تحديد هذه الأنواع من نقص السكر في الدم يتم عكسها ومنعها بسهولة ، ويصبح المرض الأساسي هو المشكلة الأساسية.

تحرير نقص الهرمونات

يمكن أن يؤدي عدم وجود كمية كافية من الكورتيزول ، كما هو الحال في مرض أديسون ، أو نقص الجلوكاجون ، أو عدم كفاية الإبينفرين ، إلى انخفاض نسبة السكر في الدم. [1] هذا سبب أكثر شيوعًا عند الأطفال. [1]

مثل معظم الأنسجة الحيوانية ، يعتمد التمثيل الغذائي للدماغ بشكل أساسي على الجلوكوز كوقود في معظم الظروف. يمكن الحصول على كمية محدودة من الجلوكوز من الجليكوجين المخزن في الخلايا النجمية ، ولكن يتم استهلاكها في غضون دقائق. بالنسبة لمعظم الأغراض العملية ، يعتمد الدماغ على الإمداد المستمر للجلوكوز المنتشر من الدم إلى النسيج الخلالي داخل الجهاز العصبي المركزي وإلى الخلايا العصبية نفسها.

لذلك ، إذا انخفضت كمية الجلوكوز التي يوفرها الدم ، فإن الدماغ هو أحد الأعضاء الأولى التي تتأثر. في معظم الناس ، يمكن ملاحظة انخفاض طفيف في الكفاءة العقلية عندما ينخفض ​​الجلوكوز إلى أقل من 3.6 مليمول / لتر (65 مجم / ديسيلتر). عادة ما يصبح ضعف العمل والحكم واضحًا عند أقل من 2.2 مليمول / لتر (40 مجم / ديسيلتر). قد تحدث النوبات مع انخفاض الجلوكوز بشكل أكبر. نظرًا لانخفاض مستويات الجلوكوز في الدم عن 0.55 مليمول / لتر (10 ملجم / ديسيلتر) ، تصبح معظم الخلايا العصبية صامتة كهربائياً وغير وظيفية ، مما يؤدي إلى حدوث غيبوبة. يشار إلى تأثيرات الدماغ هذه مجتمعة باسم الكريات البيض العصبي.

تتضح أهمية إمداد الدماغ بالجلوكوز بشكل كافٍ من عدد الاستجابات العصبية والهرمونية والاستقلابية إلى انخفاض مستوى الجلوكوز. معظمها دفاعي أو تكيفي ، تميل إلى رفع نسبة السكر في الدم عن طريق تحلل الجليكوجين وتكوين السكر أو توفير أنواع وقود بديلة. إذا انخفض مستوى السكر في الدم بشكل كبير ، يقوم الكبد بتحويل مخزون الجليكوجين إلى جلوكوز ويطلقه في مجرى الدم ، لمنع دخول الشخص في غيبوبة السكري ، لفترة قصيرة.

لا ينتج عن نقص السكر في الدم القصير أو الخفيف أي آثار دائمة على الدماغ ، على الرغم من أنه يمكن أن يغير مؤقتًا استجابات الدماغ لنقص سكر الدم الإضافي. يمكن أن يؤدي نقص السكر في الدم الشديد لفترات طويلة إلى أضرار دائمة على نطاق واسع. يمكن أن يشمل ذلك ضعف الوظيفة الإدراكية أو التحكم في المحرك أو حتى الوعي. من الصعب تقدير احتمالية حدوث تلف دائم في الدماغ من أي حالة معينة من حالات نقص السكر في الدم الحاد ويعتمد على العديد من العوامل مثل العمر ، وتجربة الجلوكوز في الدم والدماغ مؤخرًا ، والمشاكل المتزامنة مثل نقص الأكسجة ، وتوافر الوقود البديل. كما أن نقص السكر في الدم السابق يحد من الاستجابة التنظيمية المضادة لنقص السكر في الدم في المستقبل. [13] في حين أن الآلية التي تؤدي إلى تنظيم مضاد غير معروف فقد تم اقتراح العديد منها. [14]

هؤلاء مرضى السكري من النوع الأول الذين يُعثر عليهم "ميتين في الفراش" في الصباح بعد الاشتباه بنقص سكر الدم الحاد ، غالبًا ما وُجد لديهم بعض أمراض الشريان التاجي الكامنة التي أدت إلى نوبة قلبية قاتلة. [15] في عام 2010 ، تم نشر تقرير حالة يوضح الحالة الأولى المعروفة لفرد تم العثور عليه "ميتًا في السرير" أثناء ارتداء جهاز مراقبة الجلوكوز المستمر ، والذي قدم تاريخًا لمستويات الجلوكوز قبل الحدث المميت الذي عانى الشخص من نقص سكر الدم الحاد حادثة ، وبينما وصف المؤلفون فقط "الحد الأدنى من الاستجابة التنظيمية المضادة" ، ذكروا عدم وجود "شذوذ تشريحي" لوحظ أثناء تشريح الجثة. [16]

الغالبية العظمى من نوبات نقص السكر في الدم المصحوبة بأعراض لا ينتج عنها ضرر دائم يمكن اكتشافه. [17]

مستوى الجلوكوز الذي يحدد نقص السكر في الدم متغير. بالنسبة لمرضى السكر ، يعتبر المستوى الذي يقل عن 3.9 ملي مول / لتر (70 مجم / ديسيلتر) تشخيصيًا. [1] في البالغين غير المصابين بداء السكري ، تؤكد الأعراض المتعلقة بانخفاض نسبة السكر في الدم ، وانخفاض نسبة السكر في الدم في وقت ظهور الأعراض ، والتحسن عند استعادة نسبة السكر في الدم إلى وضعها الطبيعي. [6] يُعرف هذا باسم ثالوث ويبل. [6] خلاف ذلك ، يمكن استخدام مستوى أقل من 2.8 ملي مول / لتر (50 مجم / ديسيلتر) بعد عدم تناول الطعام أو بعد ممارسة الرياضة. [1] في الأطفال حديثي الولادة ، يشير المستوى الذي يقل عن 2.2 ملي مول / لتر (40 مجم / ديسيلتر) أو أقل من 3.3 ملي مول / لتر (60 مجم / ديسيلتر) إذا ظهرت الأعراض إلى نقص السكر في الدم. [5] الاختبارات الأخرى التي قد تكون مفيدة في تحديد السبب تشمل الأنسولين ومستويات الببتيد C في الدم. [3] فرط سكر الدم ، وهو ارتفاع مستوى السكر في الدم ، هو الحالة المعاكسة.

طوال فترة 24 ساعة ، يتم الحفاظ على مستويات الجلوكوز في بلازما الدم بشكل عام بين 4 و 8 مليمول / لتر (72 و 144 مجم / ديسيلتر). [18]: 11 على الرغم من أن 3.3 أو 3.9 ملي مول / لتر (60 أو 70 مجم / ديسيلتر) يُشار إليها عادةً على أنها الحد الأدنى للجلوكوز الطبيعي ، إلا أن أعراض نقص السكر في الدم لا تحدث عادةً حتى 2.8 إلى 3.0 ملي مول / لتر (50 إلى 54 مجم) / دل). [19]

في حالات نقص السكر في الدم المتكرر المصحوب بأعراض حادة ، فإن أفضل طريقة لاستبعاد الحالات الخطرة غالبًا ما تكون الصيام التشخيصي. عادة ما يتم إجراء ذلك في المستشفى ، وتتوقف المدة على عمر الشخص واستجابته للصيام. يمكن للبالغين الأصحاء عادةً الحفاظ على مستوى الجلوكوز أعلى من 2.8 مليمول / لتر (50 مجم / ديسيلتر) لمدة 72 ساعة والطفل لمدة 36 ساعة والرضيع لمدة 24 ساعة. الغرض من الصيام هو تحديد ما إذا كان الشخص يستطيع الحفاظ على مستوى السكر في الدم طالما كان طبيعيًا ، ويمكنه الاستجابة للصيام بالتغيرات الأيضية المناسبة. في نهاية الصيام ، يجب أن يكون الأنسولين غير قابل للكشف تقريبًا ويجب أن تكون الحالة الكيتوزية كاملة. تتم مراقبة مستويات الجلوكوز في دم الشخص ويتم الحصول على عينة حرجة إذا انخفض الجلوكوز. على الرغم من عدم الراحة والتكلفة ، إلا أن الصوم التشخيصي قد يكون الطريقة الفعالة الوحيدة لتأكيد أو دحض عدد من أشكال نقص السكر في الدم ، خاصة تلك التي تنطوي على إفراط في الأنسولين.

يعتمد المستوى الدقيق للجلوكوز الذي يعتبر منخفضًا بدرجة كافية لتحديد نقص السكر في الدم على طريقة القياس وعمر الشخص ووجود أو عدم وجود تأثيرات والغرض من التعريف. على الرغم من عدم وجود خلاف حول المعدل الطبيعي لسكر الدم ، يستمر الجدل حول درجة نقص السكر في الدم التي تتطلب التقييم الطبي أو العلاج ، أو يمكن أن تسبب ضررًا. [20] [21] [22]

إن تحديد ما إذا كان جلوكوز الدم في النطاق الحدودي 2.5-4.2 مليمول / لتر (45-75 مجم / ديسيلتر) يمثل مشكلة سريرية نقص السكر في الدم ليس بالأمر السهل دائمًا. هذا يقود الناس إلى استخدام "مستويات قطع" مختلفة من الجلوكوز في سياقات مختلفة ولأغراض مختلفة. بسبب جميع الاختلافات ، توصي جمعية الغدد الصماء بأن يعتمد تشخيص نقص السكر في الدم كمشكلة للفرد على مزيج من انخفاض مستوى الجلوكوز وإثبات الآثار الضارة. [6]

يتم التعبير عن تركيزات الجلوكوز بالمللي مول لكل لتر (مليمول / لتر أو ملي مولار) في معظم أنحاء العالم ، وملليغرام لكل ديسيلتر (مجم / ديسيلتر أو مجم / 100 مل) في لبنان والولايات المتحدة واليابان والبرتغال وإسبانيا وفرنسا ، بلجيكا ومصر وتركيا والمملكة العربية السعودية وكولومبيا والهند وإسرائيل. [ بحاجة لمصدر ] يمكن تحويل تركيزات الجلوكوز المعبر عنها كمليغرام / ديسيلتر إلى مليمول / لتر بقسمة 18.0 جم / دي مول (الكتلة المولية للجلوكوز). على سبيل المثال ، تركيز الجلوكوز 90 مجم / ديسيلتر هو 5.0 ملي مول / لتر أو 5.0 ملي مولار.

توفر ظروف نقص السكر في الدم معظم القرائن للتشخيص. تشمل الظروف عمر الشخص ، والوقت من اليوم ، والوقت منذ الوجبة الأخيرة ، والنوبات السابقة ، والحالة التغذوية ، والنمو البدني والعقلي ، والعقاقير أو السموم (خاصة الأنسولين أو أدوية السكري الأخرى) ، وأمراض أجهزة الأعضاء الأخرى ، والتاريخ العائلي ، و استجابة للعلاج. عندما يحدث نقص السكر في الدم بشكل متكرر ، قد يكون من المفيد تسجيل أو "مذكرات" للنوبات على مدار عدة أشهر ، مع ملاحظة ظروف كل نوبة (الوقت من اليوم ، والعلاقة مع آخر وجبة ، وطبيعة الوجبة الأخيرة ، والاستجابة للكربوهيدرات ، وما إلى ذلك) في التعرف على طبيعة وسبب نقص السكر في الدم.

طريقة القياس تحرير

مستويات الجلوكوز في الدم التي نوقشت في هذه المقالة هي مستويات البلازما الوريدية أو المصل المقاسة بواسطة طرق أوكسيديز الجلوكوز الأوتوماتيكية القياسية المستخدمة في المختبرات الطبية. للأغراض السريرية ، تكون مستويات البلازما والمصل متشابهة بدرجة كافية لتكون قابلة للتبادل. مستويات البلازما أو المصل الشرياني أعلى قليلاً من المستويات الوريدية ، وعادة ما تكون مستويات الشعيرات الدموية بينهما. [23] هذا الاختلاف بين مستويات الشرايين والأوردة صغير في حالة الصيام ، ولكنه يتضخم ويمكن أن يكون أكبر من 10٪ في حالة ما بعد الأكل. [24] مستويات الجلوكوز في الدم (على سبيل المثال ، عن طريق أجهزة قياس الجلوكوز عن طريق بصمات الأصابع) ، تقل بحوالي 10-15٪ عن مستويات البلازما الوريدية. [23] علاوة على ذلك ، فإن أجهزة قياس الجلوكوز عبر وخز الإصبع المتاحة مضمونة فقط لتكون دقيقة في حدود 15٪ من القيمة المختبرية المتزامنة في ظل الظروف المثلى ، [ بحاجة لمصدر ] والاستخدام المنزلي في التحقيق في نقص السكر في الدم محفوف بأرقام منخفضة بشكل مضلل. [25] [26] بعبارة أخرى ، يمكن الحصول على قراءة مترية للجلوكوز تبلغ 39 مجم / ديسيلتر بشكل صحيح من شخص كان مستوى الجلوكوز في مصل الدم لديه 53 مجم / ديسيلتر حتى أن الاختلافات الأوسع يمكن أن تحدث مع الاستخدام المنزلي "الواقعي".

هناك عاملان آخران يؤثران بشكل كبير على قياس الجلوكوز: الهيماتوكريت والتأخير بعد سحب الدم. يكون التباين بين تركيزات الدم الوريدي والدم الكامل أكبر عندما يكون مستوى الهيماتوكريت مرتفعًا ، كما هو الحال عند الأطفال حديثي الولادة ، أو البالغين المصابين بكثرة الحمر. [24] من المرجح بشكل خاص أن يؤدي ارتفاع مستويات الهيماتوكوز لدى الأطفال حديثي الولادة إلى إرباك قياس الجلوكوز بالمتر. ثانيًا ، ما لم يتم سحب العينة في أنبوب فلوريد أو معالجتها على الفور لفصل المصل أو البلازما عن الخلايا ، فسيتم خفض الجلوكوز القابل للقياس تدريجيًا بواسطة في المختبر استقلاب الجلوكوز بمعدل حوالي 7 ملغ / ديسيلتر / ساعة ، أو حتى أكثر في وجود زيادة عدد الكريات البيضاء. [24] [27] [28] التأخير الذي يحدث عندما يتم سحب الدم من موقع القمر الصناعي ونقله إلى المختبر المركزي بعد ساعات للمعالجة الروتينية هو سبب شائع لمستويات الجلوكوز المنخفضة بشكل طفيف في لوحات الكيمياء العامة.

تعديل العمر

غالبًا ما تكون مستويات السكر في الدم لدى الأطفال أقل قليلاً من مستويات البالغين. تقل مستويات الجلوكوز أثناء الصيام بين عشية وضحاها عن 3.9 ملي مول / لتر (70 مجم / ديسيلتر) في 5٪ من البالغين الأصحاء ، ولكن يمكن أن يكون ما يصل إلى 5٪ من الأطفال أقل من 3.3 ملي مول / لتر (60 مجم / ديسيلتر) في حالة الصيام الصباحي. [29] مع إطالة مدة الصيام ، فإن نسبة عالية من الرضع والأطفال يعانون من انخفاض طفيف في مستويات الجلوكوز في البلازما ، وعادة بدون أعراض. لا يزال النطاق الطبيعي لسكريات دم حديثي الولادة محل نقاش. [20] [21] [22] يُعتقد أن أدمغة الأطفال حديثي الولادة قادرة على استخدام أنواع وقود بديلة عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة بسهولة أكبر من البالغين. يواصل الخبراء مناقشة أهمية ومخاطر مثل هذه المستويات ، على الرغم من أن الاتجاه هو التوصية بالحفاظ على مستويات الجلوكوز أعلى من 60-70 مجم / ديسيلتر في اليوم الأول بعد الولادة.

يمثل نقص السكر في الدم السكري حالة خاصة فيما يتعلق بالعلاقة بين قياس الجلوكوز وأعراض نقص السكر في الدم لعدة أسباب. أولاً ، على الرغم من أن قراءات جهاز قياس السكر في المنزل غالبًا ما تكون مضللة ، إلا أن احتمال أن تكون القراءة المنخفضة ، سواء كانت مصحوبة بأعراض أم لا ، تمثل نقص السكر في الدم الحقيقي أعلى بكثير لدى الشخص الذي يتناول الأنسولين مقارنة بشخص لا يتناوله. [30] [31]

اختبارات أخرى تحرير

فيما يلي قائمة مختصرة بالهرمونات والأيضات التي يمكن قياسها في عينة حرجة. لا يتم فحص جميع الاختبارات لكل شخص. قد تتضمن "النسخة الأساسية" الأنسولين والكورتيزول والإلكتروليتات ، مع ببتيد سي وفحص الأدوية للبالغين وهرمون النمو عند الأطفال. تعتمد قيمة الاختبارات المحددة الإضافية على التشخيصات الأكثر احتمالاً للفرد ، بناءً على الظروف الموضحة أعلاه. تتغير العديد من هذه المستويات في غضون دقائق ، خاصةً إذا تم إعطاء الجلوكوز ، ولا توجد قيمة في قياسها بعد عكس حالة نقص السكر في الدم. البعض الآخر ، وخاصة أولئك الذين هم في أدنى القائمة ، يظلون غير طبيعي حتى بعد عكس نقص السكر في الدم ، ويمكن قياسهم بشكل مفيد حتى إذا تم فقدان عينة حرجة.

قد يكون جزء من قيمة العينة الحرجة مجرد دليل على أن الأعراض ناتجة بالفعل عن نقص السكر في الدم. في كثير من الأحيان ، يشير قياس بعض الهرمونات والمستقلبات في وقت نقص السكر في الدم إلى الأعضاء وأجهزة الجسم التي تستجيب بشكل مناسب والتي تعمل بشكل غير طبيعي. على سبيل المثال ، عندما يكون مستوى الجلوكوز في الدم منخفضًا ، يجب أن ترتفع الهرمونات التي ترفع مستوى الجلوكوز ويجب قمع إفراز الأنسولين تمامًا.

تحرير التشخيص التفاضلي

يمكن أن يخطئ أيضًا في تسمم الكحول. [32]

تعتمد أكثر الطرق فعالية للوقاية من المزيد من نوبات نقص السكر في الدم على السبب.

The risk of further episodes of diabetic hypoglycemia can often be reduced by lowering the dose of insulin or other medications, or by more meticulous attention to blood-sugar balance during unusual hours, higher levels of exercise, or decreasing alcohol intake. A preservation of endogenous insulin levels above 0,12nmol/l in persons with type 1 diabetes has also proven to decrease the amount and severity of hypoglycemic events. [33] Many of the inborn errors of metabolism require avoidance or shortening of fasting intervals, or extra carbohydrates. For the more severe disorders, such as type 1 glycogen storage disease, this may be supplied in the form of cornstarch every few hours or by continuous gastric infusion.

Several treatments are used for hyperinsulinemic hypoglycemia, depending on the exact form and severity. Some forms of congenital hyperinsulinism respond to diazoxide or octreotide. Surgical removal of the overactive part of the pancreas is curative with minimal risk when hyperinsulinism is focal or due to a benign insulin-producing tumor of the pancreas. When congenital hyperinsulinism is diffuse and refractory to medications, near-total pancreatectomy may be the treatment of last resort, but is less consistently effective and fraught with more complications.

Hypoglycemia due to hormone deficiencies such as hypopituitarism or adrenal insufficiency usually ceases when the appropriate hormone is replaced.

Hypoglycemia due to dumping syndrome and other postsurgical conditions is best dealt with by altering diet. Including fat and protein with carbohydrates may slow digestion and reduce early insulin secretion. Some forms of this respond to treatment with an alpha-glucosidase inhibitor, which slows starch digestion.

Reactive hypoglycemia with demonstrably low blood-glucose levels is most often a predictable nuisance that can be avoided by consuming fat and protein with carbohydrates, by adding morning or afternoon snacks, and reducing alcohol intake.

Idiopathic postprandial syndrome without demonstrably low glucose levels at the time of symptoms can be more of a management challenge. Many people find improvement by changing eating patterns (smaller meals, avoiding excessive sugar, mixed meals rather than carbohydrates by themselves), reducing intake of stimulants such as caffeine, or by making lifestyle changes to reduce stress.

Treatment of some forms of hypoglycemia, such as in diabetes, involves immediately raising the blood sugar to normal through the eating of carbohydrates such as sugars, determining the cause, and taking measures to hopefully prevent future episodes. However, this treatment is not optimal in other forms, such as reactive hypoglycemia, where rapid carbohydrate ingestion may lead to a further hypoglycemic episode.

Blood glucose can be raised to normal within minutes by taking (or receiving) 10–20 g of carbohydrate. [34] It can be taken as food or drink if the person is conscious and able to swallow. This amount of carbohydrate is contained in about 3–4 ounces (100–120 ml) of orange, apple, or grape juice, although fruit juices contain a higher proportion of fructose, which is more slowly metabolized than pure dextrose. Alternatively, about 4–5 ounces (120–150 ml) of regular (not sugar-free) soda may also work, as will about one slice of bread, about four crackers, or about one serving of most starchy foods. Starch is quickly digested to glucose (unless the person is taking acarbose), but adding fat or protein retards digestion. Symptoms should begin to improve within 5 minutes, though full recovery may take 10–20 minutes. Overfeeding does not speed recovery, and if the person has diabetes, it will simply produce hyperglycemia afterwards. A mnemonic used by the American Diabetes Association and others is the "rule of 15" – consuming 15 grams of carbohydrate followed by a 15-minute wait, repeated if glucose remains low (variable by individual, sometimes 70 mg/dl). [35]

If a person has such severe effects of hypoglycemia that they cannot (due to combativeness) or should not (due to seizures or unconsciousness) be given anything by mouth, medical personnel such as paramedics, or in-hospital personnel can give intravenous dextrose, concentrations varying depending on age (infants are given 2 ml/kg dextrose 10%, children are given dextrose 25%, and adults are given dextrose 50%). Care must be taken in giving these solutions because they can cause skin necrosis if the IV is infiltrated, sclerosis of veins, and many other fluid and electrolyte disturbances if administered incorrectly. If IV access cannot be established, the person can be given 1 to 2 mg of glucagon in an intramuscular injection. If a person has less severe effects, and is conscious with the ability to swallow, medical personal may administer gelatinous oral glucose. The soft drink Lucozade has been used for hypoglycemia in the United Kingdom, but it has recently replaced much of its glucose with artificial sweeteners, which do not treat hypoglycemia. [36]

One situation where starch may be less effective than glucose or sucrose is when a person is taking acarbose. Since acarbose and other alpha-glucosidase inhibitors prevent starch and other sugars from being broken down into monosaccharides that can be absorbed by the body, people taking these medications should consume monosaccharide-containing foods such as glucose tablets, honey, or juice to reverse hypoglycemia.

Dasiglucagon was approved for medical use in the United States in March 2021, to treat severe hypoglycemia. [37]

Hypoglycemia was first discovered by James Collip when he was working with Frederick Banting on purifying insulin in 1922. Collip was asked to develop an assay to measure the activity of insulin. He first injected insulin into a rabbit, and then measured the reduction in blood-glucose levels. Measuring blood glucose was a time-consuming step. Collip observed that if he injected rabbits with a too large a dose of insulin, the rabbits began convulsing, went into a coma, and then died. This observation simplified his assay. He defined one unit of insulin as the amount necessary to induce this convulsing hypoglycemic reaction in a rabbit. Collip later found he could save money, and rabbits, by injecting them with glucose once they were convulsing. [38]

The word "hypoglycemia" is also spelled hypoglycaemia or hypoglycæmia. The term means low blood sugar in Greek, ὑπογλυκαιμία, from hypo-, glykys، و haima.


Rethinking the role of the brain in glucose homeostasis and diabetes pathogenesis

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]

Find articles by Brown, J. in: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 University of Washington Medicine Diabetes Institute, Department of Medicine, and

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]

Find articles by Scarlett, J. in: JCI | PubMed | منحة جوجل

1 University of Washington Medicine Diabetes Institute, Department of Medicine, and

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]gton.edu.

Find articles by Schwartz, M. in: JCI | PubMed | منحة جوجل

The brain plays a major role in homeostatic processes ranging from control of body temperature and fat mass to blood pressure and volume. Tight regulation of the circulating glucose level is similarly crucial for survival, and since the brain relies almost exclusively on glucose as a fuel source, it seems counterintuitive to think that the brain does not also play an important role in glucose homeostasis. Based on overwhelming evidence supporting the endocrine pancreas as the primary controller of the blood glucose (BG) level, however, the notion of a key role for the brain was discounted decades ago.

Yet recent findings are beginning to chip away at the foundation of the prevailing, islet-centered view of glucose homeostasis. This perceptual shift is being driven not by evidence against a role for the endocrine pancreas in glucose homeostasis, but by evidence that the endocrine pancreas is part of a larger regulatory system, the activity of which is integrated with other critical homeostatic control systems governed by the brain.

This countervailing narrative begins with recognition that the amount of insulin secreted in response to a glucose challenge can be dynamically regulated by both humoral and autonomic inputs. Pancreatic islets are richly innervated by both sympathetic and parasympathetic fibers, with the former capable of powerfully inhibiting glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and the latter having the opposite effect ( 1 , 2 ). More importantly, growing evidence that physiologically important changes in both insulin secretion and tissue glucose utilization can occur in the absence of any change in the BG level suggests that pancreatic β cell function can be regulated as part of a larger system for controlling glucose homeostasis.

For an illustration of this concept, consider that across much of the planet, mammals are confronted with swings in environmental temperature on a daily basis that pose a substantial homeostatic challenge. Meeting this challenge requires activation of diverse metabolic and autonomic responses involving three distinct homeostatic systems — glucose homeostasis, energy homeostasis, and thermoregulation — that must be integrated seamlessly if body temperature, body fat stores, and BG levels are to be maintained within narrow physiological limits.

In response to cold exposure, heat production must increase in a rapid and sustained manner if hypothermia is to be avoided, and the sympathetic nervous system (SNS) plays a key role in driving this process ( 3 , 4 ). Specifically, activation of SNS outflow to thermogenic tissues (e.g., brown and white adipose tissue, skeletal muscle), driven by thermoregulatory neurocircuits situated in the hypothalamic preoptic area, increases heat production via a mechanism that is highly reliant on oxidation of glucose as a substrate ( 3 , 4 ). Beyond preserving core temperature, two additional challenges thus confront the cold-exposed animal: (a) how to preserve energy balance in the face of markedly increased rates of energy expenditure and (b) how to preserve stable glycemia in the face of markedly increased rates of glucose utilization.

As a result of integration across these three regulatory systems, cold exposure increases food intake in a manner that — somehow — precisely offsets the increase in energy expenditure to preserve energy balance and body fat mass ( 5 ). At the same time, insulin secretion is reduced in a manner that precisely offsets the diversion of glucose into thermogenic tissues, thereby averting decreased BG levels ( 6 ). Consistent with a role for the brain in this effect, pharmacological blockade of α-adrenergic receptors rapidly reverses the cold-induced inhibition of β cell function ( 6 ), implying that reduced insulin secretion, like the thermogenic response to cold, is driven by SNS activation. Thus, the brain orchestrates highly coordinated changes across multiple homeostatic systems that collectively enable heightened thermogenic needs to be met while ensuring that body temperature, body fat mass ( 5 ), and BG levels remain virtually unchanged (ref. 6 and Figure 1).

Model for integrated central control of body temperature, fat mass, and blood glucose levels. (أ) Maintenance of body temperature, body fat stores, and blood glucose levels within narrow physiological limits requires seamless integration of systems governing thermoregulation, energy homeostasis, and glucose homeostasis. This integration is coordinated by the brain, and it is dependent upon accurate sensing by the brain of external temperature ( 1 ), body fat content ( 2 ), and the blood glucose level ( 3 ). (ب) During cold exposure, the increased demand for heat production is met through markedly increased rates of glucose utilization by thermogenic tissues. Energy homeostasis is preserved by a centrally mediated increase in food intake, while glucose homeostasis preserved by centrally mediated inhibition of insulin secretion (to avert hypoglycemia). Impaired sensing of the relevant afferent input results in a compensatory increase in the defended level of the regulated variable. In the case of T2D, impaired brain glucose sensing is hypothesized to raise the defended blood glucose level into the diabetic range, with inhibition of insulin secretion playing a key role.

Coordinated regulation of these homeostatic systems via a classical negative feedback loop seems improbable, since this would require temperature, fat mass, and BG level to change before adaptive responses could be mounted, and changes in these variables were not observed ( 5 , 6 ). An alternative possibility is that these responses are governed by feed-forward control mechanisms that can be engaged rapidly in anticipation of future need and thereby maintain homeostasis ( 7 ). To our knowledge, the capacity for this type of regulation is unique to the brain.

At least early in the development of type 2 diabetes (T2D), the BG level appears to be regulated in the usual manner, even as it rises out of the normal range ( 8 ). This type of regulatory defect is observed in both essential hypertension and obesity, in the sense that these diseases are characterized by elevated levels of blood pressure and body fat mass, respectively. What is distinctive about each of these disorders is that although there is an increase in the level of the regulated variable — blood glucose, blood pressure, or body fat mass — the underlying homeostatic control mechanisms appear to function normally. Since these three disorders cluster together as part of the metabolic syndrome, the possibility of a shared regulatory defect can be considered.

What mechanisms drive the defense of hyperglycemia in T2D? While β cell dysfunction clearly plays a role, an important unanswered question is whether this reflects a β cell–autonomous defect or is instead imposed upon β cells by the brain (analogous to the reduction in GSIS observed during cold exposure). Consistent with the latter notion is that sympathetic inhibition of insulin secretion is increased in patients with T2D ( 9 ).

Studies in mice have identified a distinct subset of neurons in the hypothalamic ventromedial nucleus (VMN) that, when activated, not only induce diabetes-range hyperglycemia, but also completely block GSIS ( 10 ). If the brain were to perceive the BG level to be lower than it truly is, it conceivably could mount responses (including GSIS inhibition) that raise the defended level of glycemia. Indeed, the response to experimentally induced neuroglucopenia establishes this to be the case. Neuroglucopenia is induced by administration of a nonmetabolizable glucose analog (e.g., 2-deoxy- d -glucose), which is transported into cells but cannot be metabolized further, thereby disrupting cellular glucose metabolism. In response, the brain rapidly raises the BG level, which serves as a readout for whether neuroglucopenia was in fact achieved ( 11 ). Moreover, the aforementioned VMN neurons are implicated as drivers of this hyperglycemic response ( 12 ). These observations collectively support a model whereby defective brain glucose sensing contributes to the pathogenesis of hyperglycemia in T2D, analogous to the effect of impaired leptin sensing in driving excessive accumulation of body fat.

The progressive nature of β cell dysfunction in T2D, culminating in overt β cell failure, would at first glance seem to challenge this model of disease pathogenesis, since it is not immediately clear how this progression might result from a defect that does not reside within the β cell itself. Despite a decades-long search, however, a cell-autonomous basis for progressive β cell failure remains to be identified. Moreover, most endocrine cell types become severely atrophic and dysfunctional if they are subjected to continuous inhibition over long time intervals. Investigation into the contribution to β cell dysfunction made by tonic inhibition arising from the brain, perhaps aggravated by worsening metabolic status (e.g., hyperglycemia and associated glucose toxicity) and/or genetic susceptibility, is a key priority for future study.

Does T2D pathogenesis involve aberrant activity of hypothalamic glucoregulatory neurocircuits, and is this capable of raising the defended level of glycemia? Although our understanding of glucoregulatory neurocircuitry is in its infancy, available evidence indicates that (i) fuel-sensing neurocircuits are concentrated in the mediobasal hypothalamus (MBH) and (ii) some of these circuits are overactive in rodent models of diabetes. Among these are GABAergic neurons situated in the arcuate nucleus that express both agouti-related peptide (Agrp) and neuropeptide Y (NPY) (referred to as Agrp neurons) ( 7 ). These neurons are physiologically important regulators of both food intake and glycemia, and they are tonically inhibited by humoral signals that convey information regarding the status of either stored fuel (e.g., leptin) or fuel available for immediate use (glucose) ( 13 , 14 ). Consequently, these neurons are activated by low plasma levels of either leptin or glucose, and in otherwise normal mice, this activation is sufficient to both stimulate food intake and elevate the BG level into the diabetic range, while conversely, silencing of these neurons is sufficient to ameliorate hyperglycemia in diabetic db/db mice ( 13 ). That these neurons are activated across rodent models of diabetes ( 15 – 17 ) makes them an attractive candidate mediator of the defense of hyperglycemia in T2D. The contribution made by other glucoregulatory neurons (e.g., in the VMN) to diabetic hyperglycemia is under active investigation.

Since Agrp neurons are activated by hypoglycemia/neuroglucopenia ( 18 ), it seems paradoxical that they should also be activated in diabetic, hyperglycemic animals, and yet this is clearly the case ( 15 – 17 ). To explain this paradox, we hypothesize that brain sensing of glucose and other fuels is impaired in T2D and that hypothalamic glucoregulatory neurocircuits are activated as part of a compensatory response that drives an increase in BG level (in part by inhibiting GSIS). This model of T2D pathogenesis predicts that correcting the underlying defect should normalize glycemia in diabetic animals. Notable in this regard is the sustained antidiabetic action induced by central administration of FGF1 ( 19 – 22 ). In rodent models of T2D, remission of hyperglycemia can be sustained for weeks or months following a single intracerebroventricular injection of FGF1. The underlying mechanism remains under active study, but instead of simply lowering the BG level, FGF1 appears to act on MBH neurocircuits to reset glycemia in the normal range. Such an effect would not seem possible unless (a) the brain plays a key role in establishing the BG level and (b) a defect in this system contributes to the pathogenesis of hyperglycemia in these animal models.

The notion that glucose homeostasis is governed primarily by the pancreas, rather than the brain, has come under increasing scrutiny in the wake of findings that simply cannot be explained by this model. Particularly noteworthy is evidence that in rodent models of T2D, BG can be restored to normal for weeks or months by targeting of brain systems controlling glucose homeostasis. Fortunately, recent advances in neuroscience offer an unprecedented ability to map and functionally characterize the relevant neurocircuits in rodent models ( 7 ). We should seize upon this opportunity to advance our understanding of how glucose homeostasis is regulated by the brain, identify the contribution made by defects in this regulatory system to the pathogenesis of T2D, determine whether such findings substantially translate to humans, and if so, investigate whether these insights offer novel approaches to more effective disease treatment.

This work was supported by National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases grants DK101997, DK083042, and DK035816 (to MWS) and DK114474 (to JMS). JMB is supported by National Heart, Lung, and Blood Institute T32 Training Grant HL007312 and by the University of Washington Diabetes Research Center Samuel and Althea Stroum Endowed Graduate Fellowship.

Conflict of interest: Funding in support of this work was provided to MWS by Novo Nordisk A/S (CMS-431104).


Other hormones that are involved in the regulation of blood glucose

Like most of the physiological processes, the regulation of blood glucose is complex and there are many other hormones beside insulin and glucagon that play an important function, such as somatostatin.

The role of somatostatin - This is released by the delta cells located in the pancreatic islets in response to a post-prandial increase in blood glucose and amino acids. It reduces gut motility and the further absorption of nutrients as well as inhibiting pancreatic exocrine secretions.

The function of gastrin and cholecystokinin - The gastrointestinal tract also releases hormones such as gastrin and cholecystokinin that stimulate the pancreas to secrete insulin in anticipation of the absorption of nutrients.

The role of stress hormones - When a person is experiencing stress, neuro-endocrine mechanisms cause the release of stress hormones such as adrenaline (epinephrine). These increase blood-glucose levels by mobilising glycogen and suppressing the release of insulin.

Other hormones such as amylin and pancreatic polypeptide (PP) are involved in glucose regulation but their roles are less well understood.

A summary of the principal hormones involved in glucose regulation is presented in Table 1.


Ketones

Ketones are alternative fuels that are produced by the liver from fats when sugar is in short supply.

When your body’s glycogen storage runs low, the body starts conserving the sugar supplies for the organs that always require sugar, including the brain, red blood cells and parts of the kidney. To supplement the limited sugar supply, the liver makes ketones in a process called ketogenesis

Ketones are burned as fuel by muscle and other organs in the body, and the sugar is saved for the organs that need it.

Like glucose, the production of ketones in the liver is controlled by the hormone glucagon.


What are ketones and why do I need to know about them?

Ketones and ketoacids are alternative fuels for the body that are made when glucose is in short supply. They are made in the liver from the breakdown of fats.

Ketones are formed when there is not enough sugar or glucose to supply the body’s fuel needs. This occurs overnight, and during dieting or fasting. During these periods, insulin levels are low, but glucagon and epinephrine levels are relatively normal. This combination of low insulin, and relatively normal glucagon and epinephrine levels causes fat to be released from the fat cells. The fats travel through the blood circulation to reach the liver where they are processed into ketone units. The ketone units then circulate back into the blood stream and are picked up by the muscle and other tissues to fuel your body’s metabolism. In a person without diabetes, ketone production is the body’s normal adaptation to starvation. Blood sugar levels never get too high, because the production is regulated by just the right balance of insulin, glucagon and other hormones.

However, in an individual with diabetes, dangerous and life-threatening levels of ketones can develop. When there is not enough insulin, the fat cells keep releasing fat into the circulation, and the liver keeps making more and more ketones and ketoacids. The rising ketoacid levels make the blood pH too low (acidotic/Diabetic Keto-Acidosis), which is an emergency medical situation and requires immediate medical attention.

Understanding ketoacidosis is very important for someone with Type 1 diabetes, because they have the highest risk of developing dangerous levels of ketones. However, ketoacidosis also can occur in someone with Type 2 diabetes if there is a major increase in insulin resistance (such as infection or treatment with steroids) or reduction in insulin release from the pancreas.

DIABETIC KETOACIDOSIS CAN OCCUR EVEN WHEN YOU HAVE TYPE 2 DIABETES, AND IS A MEDICAL EMERGENCY


How sugar may damage the brain

This guide is based on scientific evidence, following our policy for evidence-based guides. Click for more info.

Most people have heard that eating sugar is unhealthy, but how exactly can it work against your good mental health?

When you eat concentrated sources of rapidly-digestible carbohydrates such as sugar, flour, fruit juice, and processed cereal products, your blood sugar (glucose) can rise sharply. This triggers an equally strong rise in the hormone insulin in an effort to bring blood glucose back down to normal. 1

These glucose fluctuations occur inside the brain as well, because brain glucose typically rises and falls in proportion to blood glucose. 2

These steep glucose and insulin level changes can negatively affect your brain and body chemistry in three critical ways.

Refined carbohydrates can destabilize hormones and mood

The problem with unstable insulin levels is that insulin isn’t simply a blood sugar regulator it also acts as a signaling hormone that affects numerous other hormones throughout the body. Every time insulin rises and falls, these hormones may follow suit. 3

Let’s say you start off your morning with a food rich in refined carbohydrates — like orange juice, a bagel, or a bowl of corn flakes. Within half an hour, your blood sugar (glucose) rises, and your pancreas immediately releases insulin into your bloodstream to pull the extra sugar out of your blood and squirrel it away into your cells. About an hour or so later, as your blood sugar is dropping, you may feel tired, unfocused, and hungry. 4

The body perceives a rapid decrease in glucose as a potential emergency, so it releases a mixture of hormones to keep glucose from falling below normal. This mixture includes the main stress hormone cortisol and the “fight-or-flight” hormone adrenaline. 5

Many people consume refined carbohydrates at every meal and as snacks, which can place their hormones on a seesaw all day long and even well into the night. The resulting symptoms may include fluctuating energy levels, difficulty concentrating, mood swings, binge eating, irritability, anxiety attacks, and insomnia, depending on the individual. 6

Yet even if you aren’t aware of any symptoms on the outside, trouble may be brewing on the inside, as normal rhythms are disrupted in ways that can slowly, silently lead to health problems down the road. For more information, including graphs of sugar and hormone rollercoasters on different diets, read “Stabilize your mood with food.”

Refined carbohydrates can promote oxidation and inflammation

High blood sugar may lead to oxidation and inflammation, which are features of many chronic diseases, including psychiatric disorders. 7

What is oxidation?

The chemical reactions our cells rely upon to turn food into energy require oxygen molecules that can break apart into “free radicals” during digestion. Free radicals are like little bulls in a china shop. Left unchecked, they bump into and react with neighboring structures and DNA, potentially damaging cells from the inside out (oxidation). 8

Since some amount of oxidation is normal and necessary, Mother Nature has armed us with our very own internal antioxidants to mop up excess free radicals. Under normal circumstances, these built-in antioxidants are sufficient to keep oxidation and anti-oxidation forces in balance and prevent cellular damage. 9

The problem with high-sugar foods and beverages is that they provide too much glucose at once, generating more free radicals than our internal antioxidants can keep up with. 10 Depression, bipolar disorder, schizophrenia and obsessive-compulsive disorder are all potentially associated with excess oxidation. 11

We are often told that the solution to our oxidation problem is to consume colorful, antioxidant-rich fruits and vegetables to bring our systems back into balance. Yet most plant antioxidants, when consumed in their natural form, are poorly absorbed by the human body, and it’s still unclear whether or not they are of much use to us. 12

On the other hand, refined carbohydrates may deplete our natural antioxidants, making it appear as if we need more antioxidant power than we already have. Instead of buying antioxidants, wouldn’t it make a lot more sense to simply stop eating pro-oxidants? For more information about the pros and cons of antioxidants, read the “The antioxidant myth.”

What is inflammation?

Our immune system reacts to oxidative damage by mounting an inflammatory response. This isn’t the kind of inflammation that makes your brain swollen, red, or sore — it’s inflammation on a microscopic level. Multiple lines of evidence point to a connection between inflammation and many cases of depression, bipolar disorder, and schizophrenia. 13

When cells are in distress, they release tiny cries for help in the form of “inflammatory cytokines,” such as IL-6 and TNF-alpha, that can be measured in the blood. Levels of these molecules are often higher in people with mood and psychotic disorders. 14

You can read more about the potential causes and detrimental effects of inflammation in our expanded section on inflammation.

Inflammatory cytokines may trigger damage to nearby brain cells and cause chemical imbalances in the brain by disrupting normal production of serotonin, dopamine, and glutamate — key neurotransmitters involved in psychiatric disorders. 15 While we don’t yet have clinical studies showing a causal relationship, paths leading from sugar to oxidation to inflammation may help to connect the dots between modern diets and mental illnesses.

Mechanistic theories suggest that refined vegetable and seed oils like soybean and sunflower oil might contribute to excess inflammation. However, this is controversial, as a systematic review of randomized trials found no evidence that linoleic acid, the main omega-6 fatty acid in seed oils, increases inflammation, at least in healthy people. 16 These oils are found in all kinds of processed foods — from high-carbohydrate foods like chips and baked goods to popular low-carb foods like mayonnaise and salad dressings.

Omega-6 fatty acids are responsible for mounting the inflammatory response to oxidative damage, injuries and infections, whereas omega-3 fatty acids are responsible for helping resolve inflammation. 17

These two forces likely work best when they are roughly in balance. Unfortunately, modern diets are not only extremely high in omega-6 fatty acids, they are also often low in omega-3 fatty acids compared to our hunter-gatherer predecessors. 18 Imbalances in these essential fatty acids have been seen in many psychiatric disorders. 19

Numerous studies have tested whether anti-inflammatory drugs can be used to treat mood and psychotic disorders, and they do sometimes help to some extent. 20 But rather than taking drugs to simply mask symptoms — drugs which cost money and can cause side effects — why not start by eliminating highly processed foods instead?

Vegetable oils: What we know and what we don’t

Guide Vegetable oils have quickly become a major source of calories in our food supply. Is that a good thing? To find out, let’s review what we know, and what we don’t know.

Too much sugar contributes to insulin resistance

Insulin resistance is emerging as a potentially important factor in the development of most of the mental health problems we fear — from straightforward conditions such as depression to complex brain degeneration disorders like schizophrenia and Alzheimer’s disease. 21

As tragic as this may seem, understanding that insulin resistance strongly influences our risk for psychiatric disorders is tremendously empowering, because insulin resistance is a familiar beast we already know how to tame.

High-sugar diets may place too much pressure on the pancreas to produce high amounts of insulin to keep blood glucose under control. Over time, if exposed to elevated insulin levels too often, the receptors that transmit insulin’s instructions can become damaged and dwindle in number, making it increasingly difficult for cells to respond to insulin’s important messages. 22

In people with insulin resistance, the insulin receptors responsible for escorting insulin from the bloodstream into the brain’s interior can malfunction, restricting insulin flow into the brain. 23 If you have insulin resistance or type 2 diabetes, glucose may continue to easily enter the brain, but insulin will struggle to gain access. 24

Without adequate insulin, brain cells can’t process glucose properly, and will start to slow down. This sluggish glucose processing problem is called “cerebral glucose hypometabolism” and is a key feature of many brain disorders, particularly Alzheimer’s disease. 25

How low-carbohydrate diets can improve brain metabolism

If high blood sugar and insulin can jeopardize brain health through inflammation, oxidation, and insulin resistance, then we can hypothesize that reducing blood glucose and insulin levels could help improve brain health. A growing body of scientific literature supports the idea that ketogenic diets have the potential to address all of these underlying biochemical disturbances, and therefore hold great promise for the dietary treatment of psychiatric disorders. 26

Carbohydrates tend to raise glucose and insulin levels the most, whereas fats raise them the least. 27 So it stands to reason that a low-carb, high-fat diet could be one of the best ways to target these root causes of brain malfunction, improve brain metabolism, and protect the brain from further damage.

It has been known for nearly a century that ketogenic diets have the power to completely eliminate seizures in some children with epilepsy and significantly reduce the frequency of seizures in others. 28 Although the exact mechanism is not known, the findings certainly suggest that low-carbohydrate diets can beneficially impact brain chemistry.

The brain is a highly active organ that demands a constant supply of high-quality fuel. And while it’s true that some of its fuel must be in the form of glucose, that glucose does not need to come from carbohydrates in the diet.

The US Food and Nutrition Board acknowledges that “the lower limit of dietary carbohydrate compatible with life is apparently zero, provided that adequate amounts of protein and fat are consumed.” 29 Through a natural process called “gluconeogenesis,” the liver can make glucose and release it into the bloodstream for any cells that require it, including brain cells. 30

When carb intake is reduced, insulin levels decrease. 31 If insulin levels are sufficiently low, your body switches from primarily burning sugar to primarily burning fat. This shift is called ketosis, in which your liver releases fat-like compounds called ketones into the blood to provide fuel for your cells. You can test to see if you are generating ketones with a blood ketone meter.

Although muscle cells and most other cells in the body can use fatty acids for energy, brain cells can’t use them. 32 So, they use ketones instead. Ketones are an excellent fuel source for the brain. They seem to burn more efficiently than glucose, producing less oxidation and inflammation. 33

Although some rapid-fire brain cells always require some glucose (because it burns faster than ketones do), ketones can meet up to a remarkable two-thirds of the brain’s total energy requirements. 34 In fact, some data suggests most brain cells will burn ketones over glucose, making ketones the preferred energy source for large portions of the human brain. 35

Although insulin resistance of the brain makes it difficult for insulin to cross into the brain, it doesn’t interfere with the flow of ketones. 36 Therefore, the more ketones you have in your blood, the higher your brain ketone levels will be, and the more ketones your brain cells can absorb and use for energy. 37

As an added bonus, it just so happens that ketones burn well in a low-insulin environment, making ketones an ideal fuel source for the insulin-resistant brain.

The food-mood connection

From glucose and insulin fluctuations to oxidation, inflammation, and insulin resistance, a modern diet high in sugar and refined carbs can be a potential driver of psychological distress. For more details about how a whole-food, low-carb diet can help with specific psychiatric disorders, please visit our guide, The food-mood connection.

If you are struggling with mental health issues and taking medication, we have a lot more information on this topic in our guide, Low carb and mental health: Getting started and managing medications. We also have an FAQ that addresses many common questions and concerns about the links between diet and mental health.

Did you enjoy this guide?

We hope so. We want to take this opportunity to mention that Diet Doctor takes no money from ads, industry or product sales. Our revenues come solely from members who want to support our purpose of empowering people everywhere to dramatically improve their health.

Will you consider joining us as a member as we pursue our mission to make low carb simple?

Low carb and mental health: Getting started and managing medications

Guide If you are taking medication for mental health issues, you’ll need to do some planning before giving up your usual diet and easing into a low-carbohydrate eating plan. In this guide, we’ll cover how to prepare for the changes a low-carbohydrate eating pattern might make to your medications.

Low carb and mental health: The food-mood connection

Guide Eating a low-carbohydrate whole-foods diet appears to be a powerful strategy for protecting and improving the health of the body. Could this same nutritional strategy benefit the brain as well? Emerging science and clinical experience suggest that the answer is a resounding yes.

FAQ about low-carbohydrate diets and mental health

Guide Do you have questions about how adopting a low-carb lifestyle might affect your mood and psychological wellbeing? Well, we have answers! Check out some of the most common questions people with mental health issues ponder before beginning a low-carb diet in this guide.

Videos about low carb

These are just three examples of human clinical studies illustrating how blood sugar and insulin respond to high-carbohydrate foods. Many other examples exist.

A strong relationship between blood glucose and and brain glucose was shown in a large observational study of more than 19,000 children:

Although it is difficult to “prove” that the symptoms come from the rise and fall in blood sugar, clinical experience suggests that is the case. [clinical experience very weak evidence] &larrhk

This is based on consistent clinical experience [weak evidence]

And it is also backed by science, such as this study in which boys who drank a sweetened beverage experienced a four-fold increase in adrenaline 4-5 hours later, and they reported symptoms such as anxiety, shakiness, and difficulty concentrating: