ケトジェニック・ダイエット
1960年代には、「中鎖中性脂肪」(Medium-Chain Triglyceride,MCT)には、多くの脂肪分に含まれる「長鎖中性脂肪」(Long-Chain Triglycerides, LCT)に比べてケトン体の産生量がエネルギー単位で多いことが判明した。MCTは体内に効率良く吸収され、リンパ系(Lymphatic System)ではなく肝門脈系(Hepatic Portal System)を経由して肝臓に迅速に輸送されていく。1971年、小児神経内科医のピーター・ホトゥンロハー(Peter Huttenlocher, 1931~2013)は、エネルギーの60%をMCTから摂取するケトン食を考案した。MCTオイルの2倍の量の脱脂粉乳と混ぜて冷やし、少しずつ飲んだり、食べ物に加える。子供と青少年12人にこのケトン食を試したところ、発作の抑制と注意力の改善の両方が見られ、本来のケトン食を処方したときに近い結果となった。患者の1人が消化管の不調を訴え、途中で食事を止めたが、それ以外の患者には受け入れられた。MCTを組み込んだ食事療法は、多くの病院で本来のケトン食に代わって処方されたが、この2つを組み合わせた食事も考案された。
ケトン食を処方された患者の半数は、癲癇発作が発生する頻度が半減し、患者全体の三分の一は、9割の確率で発作の頻度が低下する。
難治性癲癇を患っている小児の場合、抗癲癇薬よりもケトン食を処方するほうが恩恵を受けられる可能性は高くなる。青少年や成人であっても、この食事による恩恵を得られる可能性があることを示す証拠もある。
子供の四分の三は2週間以内に好反応を見せる。ケトン食の専門家は、「効果が無い」と決めてかかる前に、少なくとも3か月は続けることを推奨している。
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。
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。
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元々は、アメリカ合衆国ミネソタ州ロチェスター市にあるメイヨー・クリニック(Mayo Clinic)の医師、ラッセル・モース・ワイルダー(Russell Morse Wilder, 1885~1959)が癲癇(てんかん)を治療する目的で1920年代前半に開発した食事法である。
通常、炭水化物を摂取すると、体内でブドウ糖に合成され、全身の細胞に運ばれて消費される。一方、炭水化物をほとんど含まず、脂肪分が豊富な食事を摂ると、肝臓は脂肪を脂肪酸(Fatty Acids)とケトン体(Ketone Bodies)に分解する。ケトン体は脳に入り、ブドウ糖に代わるエネルギー源として消費される。血中のケトン体濃度の上昇は「ケトーシス」(Ketosis)と呼ばれ、この状態になると、癲癇の発作の頻度を低下させる。なお、この「ケトーシス」と「糖尿病性ケトアシドーシス」(Diabetic Ketoacidosis)は別物であり、両者は明確に区別される。この食事法の潜在的副作用としては、便秘(Constipation)、成長の遅延、高コレステロール血症(Hypercholesterolemia)、腎臓結石(Kidney Stone)がある。
砂糖、甘い果物全般、デンプンが豊富なもの全般を避け、各種ナッツ、生クリーム、バターの摂取を増やす。
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」(en: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」(en: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」(en: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。
1921年、内分泌学者のヘンリー・ロウル・ガイエレン(Henry Rawle Geyelin,1883~1942)は、アメリカ医師会(American Medical Association)が開催した定期学術集会に出席し、自身の経験を報告した。ガイエレンは、コンクリンによる癲癇治療の成功を目の当たりにしたことで、自身の患者36人で試した。短期間ではあったが、同様の結果になったという。1920年代に行われた更なる研究では、癲癇の発作は断食後に再発することがあるという。
コンクリンによる絶食療法で癲癇治療に成功した患者の1人で、ニューヨークの顧問弁護士、チャールズ・プレンティス・ハウランド(Charles Prentice Howland, 1869~1932)は、自身の弟、ジョン・エライアス・ハウランド(John Elias Howland. 1873~1926)に、『The Ketosis of Starvation』(『絶食状態におけるケトーシス』)を研究する資金として5000ドルを贈った。ジョンズ・ホプキンス病院(Johns Hopkins Hospital)の小児科の教授でもあったジョンは、兄から贈られた資金を、神経内科医のスタンリー・カブ(en:Stanley Cobb, 1887~1968)とその助手、ウィリアム・ゴードン・レノックス(en:William Gordon Lennox, 1884~1960)が行っていた研究のために提供した。
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。
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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。
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。
「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(en: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。