ケトジェニック・ダイエット
2005年にアメリカの医師88人に対して行われた調査では、3つ以上の薬剤を投与しても効果が出ない場合は食事療法に切り替えるようにした医師は36%、最終手段として食事療法を処方した医師は24%、「まれに」食事療法を処方した医師は24%、食事療法をまったく処方しなかった医師は16%であったという。研究で得られた医学的根拠と実際の臨床診療の現場におけるこの乖離については、説明が可能な要因がある。1つには、ケトジェニック療法を組み込んだ治療計画を実践するために十分な訓練を受けた栄養士が不足している点が挙げられる。ケトジェニック療法は、身体の代謝を変化させる目的で処方される食事療法であり、ピルビン酸脱水素酵素(Pyruvate Dehydrogenase)とブドウ糖輸送体1の欠損症(Glucose Transporter 1 deficiency)といった、一部の先天性の代謝性疾患を患っている小児患者に対しては真っ先に処方される重要な治療法である。身体は炭水化物ではなく、脂肪および脂肪を消費して合成するケトン体を常に燃料にする体質になる。ケトン食療法は、これらの疾患の発作や他の症状に治療に対しても非常に有益な効果をもたらす確かな治療法である。
ただし、「ピルビン酸カルボキシ基転移酵素欠損症」(Pyruvate carboxylase deficiencyPyruvate Carboxylase Deficiency)、ポルフィリン症(Pophyria)、「脂質代謝における先天性の代謝異常」(Inborn errors of lipid metabolism)を患っている場合、ケトン食は決して処方してはならない。脂肪酸の酸化の不全を惹き起こしている患者の体内では、炭水化物を脂肪に置き換えたところで脂肪代謝ができなくなっており、身体は貯蔵しておいたタンパク質を消費し、「ケトアシドーシス」(Ketoacidosis, 通常のケトーシスとは異なる代謝面での異常な状態)を発症して昏睡状態に陥り、死に至ることがある。
ケトジェニック療法は、抗癲癇薬による投薬療法との組み合わせで処方されるが、ケトン食の効果が表れた場合、薬剤投与は中止となる場合がある。迷走神経刺激装置(Nagus Nerve Stimulator)か、ゾニサミド(Zonisamide)と併用した場合、相乗効果(Synergistic Benefits)の発現が確認されているが、フェノバルビタール(Phenobarbital)を投与された小児患者には、ケトン食の効果が薄れる可能性がある。
ケトジェニック療法は、万能薬というわけではない。薬物療法と同様に、合併症を惹き起こす場合もあるが、抗癲癇薬による副作用や手術に伴う合併症に比べれば、そこまで重篤ではなく、頻度も少ない。短期間でしばしば見られる副作用としては、便秘、軽度の酸血症(Acidosis)、絶食を開始して間もないころに起こる低血糖症(Hypoglycaemia)が挙げられる。血中の脂質の濃度の上昇は、子供の場合、60%が何らかの形で影響を受け、血中のコレステロール値は30%上昇する可能性がある。変化が見られない場合、摂取する脂肪を飽和脂肪酸(Saturated Fats)から多価不飽和脂肪酸(Polynsaturated Fats)に変え、ケトン体の産生比率を下げることで治療できるようになる。ビタミンやミネラルのような微量栄養素の不足が見られる場合は、それへの対処手段としてサプリメントの服用も許される。
小児患者に対してかなりの長期間に亘ってケトン食を処方し続けていると、成長・発育不全、骨折、腎臓結石を惹き起こすリスクが増加し、身体の成長に重要なホルモンとなるインスリン様成長因子1(Insulin-like Growth Factor 1)の濃度を低下させる場合もある。多くの抗癲癇薬と同様に、長期に亘るケトン食の処方は骨の健康に悪影響を及ぼす場合がある。軽度の酸血症の発現や成長ホルモンの抑制といった他の要因が絡む可能性がある。
ケトン食の処方を受け続けている子供の約20人に1人は、腎臓結石を発症する可能性がある(一般人口では数千人に1人)。「炭酸脱水酵素阻害剤」(トピラマート、ゾニサミド、いずれも抗癲癇薬)として知られるこれらの薬剤の類は、腎臓結石を発症する危険を高めるが、ケトン食と組み合わせた場合、ケトン食のみを処方した場合に起こり得るリスクよりも低い場合がある。だが腎臓結石は治療が可能な病気であり、腎臓結石を発症したからといってケトン食をすぐに中止すべき根拠にはならない。ジョンズ・ホプキンス病院では、ケトジェニック療法を処方されている患者全員に、経口クエン酸カリウムのサプリメントを提供しており、腎臓結石を発症するリスクを七分の一に抑えている。
しかしながら、この経験的治療法は、将来を見据えた形での対照実験では検証がなされていない。腎結石症は、以下の4つの要因が関わってくる。
高カルシウム尿症(Hypercalciuria)・・・尿中に過剰な量のカルシウムが流出する。これは酸血症に伴う骨の脱灰(Demineralisation)の頻度が上昇していることを意味する。骨は主にリン酸カルシウムで構成されており、リン酸は酸と作用しあい、腎臓からのカルシウムの排出を促す
低クエン酸尿症(Hypocitraturia)・・・尿のクエン酸濃度が異常に低く、遊離カルシウム(Free Calcium)の溶解を促す
尿のpH値(水素イオン指数。その液体が酸性か、アルカリ性かの度合いを示す)は低く、尿酸の溶解は止まり、カルシウム結石の形成の病巣と化し、結石の原因となる
かつては多くの施設で、1日に必要な水分の摂取量を80%に制限するよう患者に勧告していたが、もはやこれは奨励されてはいない
青少年および成人の患者に見られる副作用は、男性では体重減少・便秘・脂質異常症(Dyslipidemia)、女性では月経困難症(Dysmenorrhea, 月経の際に強い痛みが起こる)が一般的である。
ケトジェニック療法は、さまざまな学問分野からの参加者が関与する医学的栄養療法(Medical Nutrition Therapy)である。食事計画の調整を担当する公認の小児栄養士も含まれる。これはケトン食を提供した経験を持つ神経内科医であり、小児癲癇に精通した登録看護師が担当する。追加支援については、その患者の家族と一緒にいる医療ソーシャルワーカー(Medical Social Worker)と、食べ物に含まれる炭水化物の含有量についての助言ができるほどの知識を持つ薬剤師が挙げられる。患者の両親と介護士は、この食事療法を実践するにあたって多くの知識を身に付けねばならない。食事計画とその調整の関与に時間を注ぎ込むことになり、患者と介護士は大変な苦労を味わう可能性がある。予定外の食事は、身体に必要な栄養バランスを破壊する可能性があり、困難であるが続けるだけの価値があるこの食事療法を維持できるようにするための訓練を受ける者もいる。この食事療法を「厳し過ぎる」と感じた場合、修正アトキンス・ダイエットやグリセミック指数(Glycemic Index, その食べ物を摂取したあとに血糖値がどれほど上昇するかの度合いを示した大まかな指標 )の低い食べ物の摂取に切り替えるか、あるいはこの食事療法そのものを止める者もいる。
ケトジェニック療法を導入するにあたっては、ジョンズ・ホプキンス病院が発表した診療指針が採用されている。患者と介護士に対して、短期間の入院に備えての話し合いが必要になる。ケトジェニック療法を続けている最中に合併症が発生するリスクに備えて、大抵の医療施設では、医師による厳重な監理下でケトン食療法を開始する。最初に診察を受ける際、患者はケトジェニック療法を実践して問題ないかどうかの検査を受ける。患者が今まで食べてきたものや、どのような食事がいかなる影響を及ぼすのかについて念入りに調べる(タンパク質と炭水化物に対するケトン産生比率に関わる脂肪の摂取量、水分の摂取量)。入院する前日の患者は、炭水化物の摂取比率が減少する可能性があり、夕食後に空腹を覚えることが多い。入院中は、カロリーが無く、カフェインも含まない飲み物は自由に飲んで構わない。夕食の際には、特製のエッグノッグ(Eggnog)が提供される。ケトーシス状態に誘導するために摂取するエッグノッグは、「脂肪分を48%以上含むホイップクリーム」(Heavy Whipping Cream)を60g、低温殺菌した生卵を25g、カロリーがゼロの甘味料、わずかな量のバニラ香料を加えて作る。砂糖は使わない。このエッグノッグの栄養素の構成比率は、「脂肪(4):タンパク質と炭水化物(1)」であり、脂肪が24g、タンパク質が4g、炭水化物が2gとなる(24:6 = 4:1)。このエッグノッグは、カスタードやアイスクリームの材料にもなり、冷凍保存する。翌日の夕食では、最初に出された時よりも量を増やしたエッグノッグが提供され、3日目までは一般的なケトン食が提供される。4日目の朝にケトン食を摂ってから、患者は退院する。可能であれば、患者が服用している薬は炭水化物を含まないものに変更される。入院中の患者の血糖値の測定は1日を通して複数回行なわれ、酸血症の兆候を示さないかどうか検査される。エネルギー不足と倦怠感がしばしば見られるが、それらは2週間以内に解消される。患者の家族は、栄養管理、食事療法のやり繰り、各食事の準備、病気への処置、砂糖をいかに避けるかについて、まる3日間の講義に出席する。患者の両親に要求されるケトジェニック療法の実践に必要な知識と献身の水準は、投薬治療におけるそれよりも遥かに高くなる。
ジョンズ・ホプキンス病院が公表しているケトジェニック療法は、方式は複数あれど診療における大まかな点は共通している。ケトン食療法を開始するにあたっては、必ずしも入院の必要は無く、外来通院しながらでも実行可能である。一部の医療施設では、最初の3日間では食事の摂取量は維持するが、「脂肪:タンパク質・炭水化物」の摂取比率を「2:1」から「4:1」に変更する。ケトン食の恩恵を得ている患者であれば、開始して5日以内に発作の頻度が低下(1~2日間の絶食を組み合わせた場合)し、患者の四分の三は2週間以内に、23日も経過すれば患者の90%は発作の頻度が低下する。絶食を取り入れない場合、症状の改善が見られるまで時間(2週間)がかかるが、長期に亘っての発作の減少率には影響しない。患者の両親は、ケトン食療法の効能について最終的な結論を下すまで、少なくとも3か月はこの食事療法を続けることを推奨される。
ケトジェニック療法を開始したら、定期的に通院し、神経内科医と栄養士による診断と精密な検査を受ける。検査は最初の1年間で3か月ごとに1度、その後は半年に1度の間隔で行われる。1歳未満の乳児の場合は2~4週間に一度の間隔で通院し、何度となく検査を行う。一定状態のケトーシスを維持しても問題のない状態にし、患者の身体がこの食事に適応できるようにするため、食事の微調整を行う期間が必要になる。この微調整は、大抵は病院にいる栄養士と電話しながら行われる。摂取カロリーやケトン体産生比率を変更したり、MCTオイルやココナッツオイルの摂取の追加も含まれる。ケトン体の濃度は、癲癇による痙攣発作を抑える効果とは相関しないが、ケトーシスになっているかどうか、患者が毎日この食事法を続けているかどうかを確認するため、尿中のケトン体の濃度を毎日検査する。尿中のケトン体を検出する際には、専用のディップスティック(Dipstick)である「尿中ケトン体試験紙」を用いて行い、試験紙の色が「淡黄色」(薄い黄色に茶色が少し混ざったような色)から「エビ茶色」(赤みと紫を帯びた薄い茶色)に変化した場合、ケトン体が尿中に出ている証拠となる。これは無機化合物の1つでケトン体検出薬としても用いられているニトロプルシド(Nitroprusside)が、尿中のアセト酢酸(Acetoacetic Acid, ケトン体の一種)に反応して変色するためである。
病気を患っている間や、ケトン体の濃度の変動が起こっているときには、発作の頻度が一時的に増加する可能性がある。発作を起こす頻度が高いままであったり、患者の体重が減少している場合、食事の内容を少し変えることもある。
なお、予期せぬ要因から、発作が制御不能に陥ることがある。「無糖」とされている食べ物であっても、マルトデキストリン(Maltodextrin)、ソルビトール(Sorbitol)、デンプン(Starch)、果糖(Fructose)といった糖分を含んでいる場合がある。日焼け止め化粧水や肌荒れを防ぐ製品に含有されるソルビトールが皮膚を通して体内に吸収され、これによってケトーシス状態を台無しにするだけの十分な潜在能力を秘めている。
ケトン食療法を続ける小児患者の20%は発作が無くなり、患者の多くは抗癲癇薬の投与を減らすか、あるいは薬が完全に不要となる。通常、ケトン食療法を開始して2年が経過するか、もしくは発作が見られなくなってから半年が経ったころに、2~3か月かけて、ケトン食を徐々に中止していく。尿からケトン体が検出されなくなるまでケトン体の産生比率を下げていき、摂取エネルギーの制限をやめていく。ケトン食をやめるべき時宜とその方法については、抗癲癇薬による投薬療法で発作が無くなった子供に対する場合とよく似ている。特定の代謝性疾患を治療する際にケトン食の処方が必要だと判断された場合、ケトン食の続行は延長される。ケトン食療法をいつまで続けるかは、ケトン食療法に取り組む医療側と、患者の両親次第である。ケトン食を12年間続けた研究では、有益な結果をもたらしている。
発作が消えてからケトン食をやめた場合、発作が再発する可能性は約20%である。再発するまでの期間については大いにばらつきがあるが、平均すると2年である。再発の可能性については、脳の一部を切除する手術を受けた場合は10%、抗癲癇薬による投薬療法をやめた場合は30~50%にまでなる。発作が再発した患者の半数以上は、抗癲癇薬の投与、もしくはケトン食療法を再開することで発作が消える可能性が出てくる。発作が起こっていない状態で脳波に癲癇スパイク(Epileptiform Spike)が見られる場合、脳内で癲癇活動 (Epileptiform Activity)が起こっており、再発しやすくなる。結節性硬化症(Tuberous Sclerosis Complex)を患っている子供が「MRI」(Magnetic Resonance Imaging, 核磁気共鳴画像法)による精密検査で病巣の異常が見付かった場合も再発の可能性が高まる。そのような場合は、ケトン食療法を続けることで発作が消える可能性があり、結節性硬化症を患っている子供で発作が消えたあとも無期限に続けられる。
ケトン食は、患者の食事を担当する栄養士が1人1人計画する。年齢、身長、体重、日々の身体活動水準、患者の文化的背景、食べ物への嗜好、これらの要素はすべて食事計画に影響を及ぼす。
1日の摂取エネルギーは、患者の年齢を考慮したうえで、普段の80~90%に設定する(高脂肪食は、高糖質食に比べて、身体がそれを処理するのに必要なエネルギー量が少なくてすむ)。活動量の多い子供や、筋肉の痙縮が見られる子供の場合は、摂取エネルギーをより多くする必要がある。
食事における栄養素の摂取比率は、通常は「脂肪:タンパク質・炭水化物」で「4:1」となる。生後18か月未満、12歳以上、もしくは肥満体の子供の場合、比率は「3:1」で開始する。脂肪の摂取量は、1日の摂取エネルギーおよびケトン体産生比率から計算する。タンパク質の摂取量は、体重1kgにつき、1gとなる。薬剤やサプリメントに含まれる炭水化物は、ここから差し引かねばならない。脂肪:タンパク質・炭水化物の摂取の比率は、1日を通して順守する。ケトン食のレシピは、「ケト・キャルキュレーター』(『KetoCalculator』)を使うことで作成可能。
ケトン食は、食べられるものがかなり制限される。
肉、魚、卵、バター、チーズ、脂肪の含有量が多いホイップクリーム、アボカド、各種ナッツ、脂肪分が豊富で炭水化物が少ない食べ物全般、緑色野菜全般、食物繊維
砂糖、炭水化物が豊富なもの全般、トランス脂肪酸、甘みの強い果物全般
電子計測器で計る際には、1g単位での正確さが要求される。
出されたものは残さず食べきること。1日を通して、間食も組み込む。MCTオイルを摂取することで便秘の改善やケトーシスを促進する。患者の年齢に合わせて、各種ビタミンを無糖のサプリメントで摂取する。
1日を通してのケトン食は、以下の表を参考にされたし。
食べ物に含まれる脂肪分は、「長鎖中性脂肪」((Long-Chain Triglycerides, LCT)と呼ばれる分子で構成されるが、このLCTよりも短い炭素鎖からなる「中鎖中性脂肪」(Medium-Chain Triglycerides, MCT)は、ケトン体の産生量を増やすため、MCTが豊富なココナッツオイルを摂取する場合もある。これらの脂肪を摂取しつつ、タンパク質の摂取を増やしたり、食事における一人前の分量を増やすことも可能。ピーター・ホトゥンロハー(Peter Huttenlocher)が1970年代に開発したMCTオイルを組み込んだケトン食では、全エネルギーの60%をMCTオイルから摂取する。この量のMCTオイルを摂取したのち、腹痛、下痢、嘔吐に見舞われた小児患者も出た。脂肪の摂取エネルギーを45%にした場合、良好なケトーシス状態に誘導できるだけでなく、消化管の不調も最小限に抑えられる。脂肪の摂取比率が90%に及ぶ本来のケトン食、MCTオイルを組み込んだケトン食、どちらも同じように効果的であり、「どちらのほうが続けやすいか」といった議論は問題にならない。
なお、MCTオイルを使ったケトン食は、アメリカ合衆国ではあまり人気が無いようである。MCTオイル自体が他の脂肪分に比べて高価であり、保険も適用されない。
2003年に、アトキンス・ダイエットを少し変更した食事法で癲癇を治療する、という報告がなされている。患者と患者の両親が、アトキンス・ダイエットを開始してケトーシスに誘導する時期に発作の抑制が見られたことに気付いたのが契機となり、この考えが浮かんだという。ジョンズ・ホプキンス病院のケトン食療養チームは、目標を「体重を減らす」ことではなく、ケトーシスを無期限に延長し、脂肪代謝を促進することにした。ケトジェニック療法に比べると、修正アトキンス・ダイエットは、脂肪はおろか、タンパク質の摂取量と食べる量にも制限は設けず、1日を通してケトン体産生比率を維持する必要も無い。入院する必要も、絶食状態から始める必要も無く、栄養士による支援も少なくてすむ。炭水化物の1日の摂取量は、子供なら10g以内に、成人であれば20g以内に制限され、発作の抑制の具合に応じて、摂取量を微調整する。本来のケトジェニック療法と同じく、ビタミンとミネラルのサプリメントを用意し、患者の容態を外来通院で注意深く見極める。修正アトキンス・ダイエットを続けることで、患者の43%は発作の頻度が半減し、27%は9割の確率で発作が減少する。長期的な研究は行われていないが、副作用については報告されていない。より小さな規模でひとまとまりのデータ(5つの医療施設で、11件の研究から、対象人数126人、2009年)ではあるが、本来のケトン食と比べても、良好な結果であった。
グリセミック指数(Glycemic Index, その食べ物を摂取したあとに血糖値がどれほど上昇するかの度合いを示した大まかな指標)に基づき、血糖値の上昇が緩やかになる食べ物を中心に摂取する。これは低グリセミック指数治療(The Low Glycemic Index Treatment, LGIT)と呼ばれる。ケトン食を実践しているときと同様に、血糖値を安定させることを目的とするが、ケトン食療法やアトキンス・ダイエットに比べると、食べ物の制限は緩やかになる。血糖値を安定させることで、ケトン体を産生する機序と同じ効果が得られる可能性がある、という仮説が出ている。炭水化物を制限したうえで高脂肪な食事を摂ると、身体への吸収や血糖値の上昇が穏やかになり、ケトーシス誘導に寄与する。基本的には高脂肪食(脂肪による摂取エネルギーが約60%)であるが、炭水化物の1日の摂取量が40~60gとなっており、ケトジェニック療法やアトキンス・ダイエットに比べると、摂取制限は緩い。ただし、口にできるものは血糖指数50未満のものに限られる。低GI食治療は、外来通院でも可能であり、食べる量の綿密な計算や、栄養士による支援は必要ない。ケトジェニック療法を処方している医療施設ではこれも処方されており、青少年の患者にはとくに重要な食事療法として処方している医療施設もある。
短期間の研究であるが、患者全体の約半数が、癲癇の発作頻度が50%以上に減り、血液検査の数値も、ケトン食を摂っている患者のそれに近い結果が出た。2009年までの時点で、ある医療施設にいた76人の子供から得られたデータでは、ケトン食に比べると副作用は少なく、美味しさも同時に味わえたことで、より受け入れられたという。
経管栄養(Tube-Fed)を受けている患者に対しても、ケトン食は処方可能である。ケトン食用の粉末を液体に混ぜて流動食にし、チューブを通して与える。市販されているものでは『ケトカル』(『KetoCal』)がある。胃瘻管(Gastrostomy)による人工的な栄養補給法は、患者の食べ物への嗜好を考慮する必要は無くなり、哺乳瓶で育った乳児はケトン食を容易に受け入れるようになる。一部では、固形のケトン食よりもこの流動食のほうが、総コレステロール値が低いことと関連していることが分かっている研究結果もある。ケトカルは、アミノ酸、脂肪、微量の炭水化物、ビタミン、ミネラル、微量元素(Trace Elements)、乳タンパクを含む完全食である。1年以上に亘り、本来のケトン食に相当する栄養を処方するために用いられる。「脂肪:タンパク質・炭水化物」の比率は「3:1」か「4:1」で、味付けをしないバニラ香料(もしくはゼロカロリーの甘味料で甘くする)のケトン食を処方し、経口投与する。ケトカル以外のケトン食用粉末には、『ケトヴォルヴ』(『Ketovolve』)、『ケトニア』(『Ketonia』)がある。もしくは、『マイクロリピッド』(『Microlipid』)と『ポリコース』(『Polycose』)を混ぜて作る『ロス・カーボハイドレート・フリー・ソイ・フォーミュラ』(『Ross Carbohydrate Free Soy Formula』)を処方する。
理論的には、ケトン食はどこでも実行可能であり、抗癲癇薬よりも費用は掛からない。しかしながら、ケトン食を始めるにあたって、絶食を取り入れたり、食事を変化させることについては、宗教的及び文化的問題の影響を受けることになる。祖父母が料理を用意したり、何らかの助けを得る必要がある文化のもとでは、周りの人間にこの食事法について知ってもらう必要が出てくる。家族と一緒に食事を摂り、同じものを食べている場合、1人だけケトン食を実践するのは困難になる。大抵の国では、ある食品に各栄養素がどれほど含有されているかを明記する義務は無いため、炭水化物・タンパク質・脂肪の摂取量の計算は不可能に近い。糖分を含まない医薬品やサプリメントを見付けたり、電子計測器やMCTオイルを購入すること自体が困難な国もある。
アジア圏においては、日常の食事における食べ物は米と麺類で占められており、それらの排除は不可能に近い。とくにインドにおいては、食生活に対して宗教が強い影響を及ぼすだけでなく、子供に断食をやらせるのは奨励されていない。高糖質・低脂肪な食事であれば、ケトン食に比べて脂肪の摂取比率はかなり低くなる。だが、やり方次第ではケトン食と同じぐらい効果的なようである。大抵の発展途上国では、肉や乳製品の値段は、穀物、野菜、果物のそれよりも高い。だが、ケトン食に費用がかかる国々では修正アトキンス・ダイエットが推奨されており、食事における原理や準備は難しくはなく、栄養士による支援を必要としない。
ヒトの脳は、神経インパルス(Nerve Impulses, 「impulse」は「ほんの短い時間だけ発生する電流」のこと)を伝播する形で脳内に信号を伝達していくニューロン(Neurons, 神経組織を構成する1つ1つの細胞)による網状回線網で構成されている。あるニューロンから別のニューロンへ信号が伝播されていくとき、通常は神経伝達物質(Neurotransmitters)がそれを制御する役割を果たすが、一部のニューロン間においては電気経路も存在する。神経伝達物質は、神経インパルスが発火するのを抑制する。γ-アミノ酪酸(Gamma-Aminobutyric Acid, 「GABA」と呼ばれる)がその役目を果たすが、逆に、ニューロンを興奮させ、発火させる作用を持つグルタミン酸(Glutamic Acid)もある。末端から抑制性神経伝達物質を分泌するニューロンは「抑制性ニューロン」(Inhibitory Neuron)と呼ばれ、興奮性神経伝達物質(Excitatory Neurotransmitters)を分泌するニューロンは「興奮性ニューロン」(Excitatory Neuron)と呼ばれる。興奮と抑制のバランスが取れているのなら正常な状態であるが、そのバランスが脳内の一部、もしくは脳内全体で激しく崩れるとき、発作が起こる可能性がある。GABA(γ-アミノ酪酸)の産生量の増加とその分解の抑制、あるいはニューロンに直接与える影響がより強化される、といった要素は、発作の抑制につながり、抗癲癇薬はGABAの組織系統に強く作用する。神経インパルスは、ニューロンの表面を覆う細胞膜(Cell Membrane)の内部にある神経経路を通り抜けていくナトリウムイオン(Sodium Ions)の大量流入、それに続く形で他の神経経路の内部を通り抜けていくカリウムイオン(Potassium Ions)の流出を特徴とする。
ニューロンは、活性化が起こらない不応期(Refractory Period)が訪れている間は発火できず、これは別にあるカリウム・チャネル(Potassium Channel)が媒介するのが原因である。これらのイオン・チャネル(Ion channels, イオンを膜の内外に透過させる際に必要なタンパク質の一種)の流動を制御するのは、電圧の変化や、リガンド(Ligand, 神経伝達物質の一種)と呼ばれる化学伝達物質(Chemical Messenger)によって開放される「関門」である。抗癲癇薬は、これらの神経経路にも作用する。
病態生理学(Pathological Physiology)における癲癇発作の発生例としては、以下の症例が挙げられる。
脳内の神経細胞において、興奮状態が異常なまでに長時間持続する
ニューロンの構造が普通ではなくなる→電流の変化をもたらす
シナプス(Synapse, 神経細胞同士を繋ぎ合わせる部位)の発達が未熟なまま
ケトジェニック療法が身体に作用する際の機序について説明している仮説が数多く出ているが、検証されてはおらず、不明な点も多い。全身で起こっているケトアシドーシス、電解質の変化、低血糖症が挙げられるが、これらはいずれも反証されている。ケトン食を摂取しているヒトの脳内では数多くの生化学的な変化が起こっていることが確認されているが、いずれの作用が癲癇発作を抑制しているのかについてまでは分かっていない。抗癲癇薬が脳に及ぼす機序の解明についても類似している。
ケトジェニック療法では炭水化物の摂取を厳格に制限する代わりに脂肪の摂取は制限しないため、身体は脂肪酸を主要な燃料源として消費するようになる。脂肪酸は、細胞のミトコンドリア(Mitochondria)による酸化作用を通して消費される。これをβ酸化(Beta Oxidation)と呼ぶ。人体には糖新生(Gluconeogenesis)と呼ばれる経路があり、炭水化物や砂糖を食べずともブドウ糖を自ら生産する機能が備わっている。アミノ酸も糖新生の材料として使われるが、脂肪酸は材料にできない。