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2024年8月2日配信は『ケトン体の優れた役割』

ケトン体は飢餓状態や低糖質の食事によって産生されるエネルギー源で、狩猟採集生活の人間はケトン体を利用して生命活動を維持していました。ですが、現代の食生活では糖質が豊富に供給されるため、体内のケトン体の産生は制限される傾向にあります。近年ではケトン体を活用したダイエットや健康法が注目され、食生活やライフスタイルの見直しが一部で復活しています。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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紀元前から認められていたてんかんに対する治療効果

紀元前5世紀ごろには、ギリシャの医師たちはてんかん治療の一環として絶食を実施していました。絶食による体内変化、つまり体内のケトン体（β-ヒドロキシ酪酸、アセト酢酸、アセトンの総称）の濃度上昇というメカニズムが解き明かされていたわけではありませんが、経験的に絶食にてんかんの発作を抑制する効果があることを知っていたのです。

ケトジェニック療法

その後1920年代になって、アメリカ合衆国のメイヨー・クリニックの医師であるラッセル・モース・ワイルダーにより食事を節制するケトジェニック療法が開発されます。
ワイルダーは、当時求められていた薬物や手術以外のてんかん治療の可能性として、食事を通じた発作の抑制を試みました。

ケトン体がブドウ糖の代わりに

当時も、てんかんの発作を抑えるためには断食が効果的であることが分かっていました。しかし、断食は非常に困難であり、とくに子供にとっては負担が大きいものでした。そこで、ワイルダーは断食と同様の効果を持ちながらもより実施しやすい方法を探し始めました。
そして、炭水化物を制限し脂肪を摂取する食事により、肝臓は脂肪を効果的にケトン体に分解し、脳にエネルギー源として供給することをつきとめます。このようにして、ケトン体がブドウ糖の代わりに使用されることで、てんかんの症状を軽減するという効果が明らかにされました。

新しい抗てんかん薬の開発

この研究を基に、ケトジェニック療法はてんかん治療の一環として知られるようになりました。以降、この療法は10年以上にわたって広く使用されましたが、新しい抗てんかん薬の開発により薬物治療で発作を抑制できる患者も増え、ケトジェニック療法を必要とする患者は次第に減少していきました。

ケトジェニック療法の再評価

しかし近年では、複数の薬物治療が効果を示さない患者や子供のてんかん患者においてはケトジェニック療法が再評価されています。
とくに抗てんかん薬の効果が限定的な場合には、ケトジェニック療法が有効な治療手段として用いられています。

ケトジェニック療法の健康効果

ケトジェニック療法は、てんかん治療のみならず、近年ではその他の健康効果も注目されています。例えば、肥満や糖尿病の管理、エネルギー供給の安定、認知症の予防などにも効果があるとされています。

現在も様々な医学試験データが報告

また、最近の米国ルートヴィヒがん研究所による前臨床研究によれば、ケトジェニック療法（または高脂肪・中程度たんぱく質・極低炭水化物食療法）が膵管腺がん（PDAC）の化学療法における生存期間を延ばす可能性が示されています。この研究では、ケトン食療法と化学療法の相乗効果により、マウスモデルにおいて化学療法単独と比較して生存期間が3倍に延びることが報告されました。
現在、ケトジェニック療法はさまざまな研究や臨床でその効果が検証され、発展を続けています。将来的には、さらなる研究や治療法の進化により、ケトジェニック療法の有用性がより明確になることが期待されます。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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多くの現代人にとって大敵である肥満

体脂肪増加は肥満やメタボリックシンドロームなどのリスクを増加させ、心血管疾患、糖尿病、高血圧などの生活習慣病と関連し、健康状態および生活の質を低下させてしまいます。誰もがそのことを知っていながら、脂肪低減は容易ではありません。
天然由来ケトン体は、そんな現代人にとって福音となりそうです。

ケトン体を摂取した体内のメカニズム

そもそもケトン体は、厳密な糖質制限や低糖質ダイエットを行った際に体内で生成されます。これを体外から摂取することで、体内のエネルギー源が糖質からケトン体に切り替わり、脂肪からケトン体生産が促進され、脂肪の低減効果が期待できます。さらに、ケトン体摂取はインスリンの分泌を抑え、血糖値の上昇を抑制する効果もあります。これにより、血糖値のコントロールが容易になり、糖質からの脂肪合成、蓄積を防ぐことができます。

天然由来ケトン体摂取による脂肪低減効果

ケトン体の脂肪低減ならびにダイエット効果は、健康増進が期待される効果です。臨床試験でも、天然由来ケトン体の摂取により、期待を裏切らない結果が示されています。
朝食後にD-BHB約3グラムを摂取したグループ21名と、プラセボを同様に摂取したグループ21名の両方について12週間後に計測しました。その結果、プラセボグループに対してD-BHB摂取グループは体重とBMIに改善が見られ、さらに内臓脂肪は9.6平方cm、脂肪量は0.9kg減少しました。（下のグラフ参照）

脂肪低減で生活の質向上

脂肪低減は心臓や関節への負担を軽減し、身体の機能を改善する助けにもなります。それが空腹や食事制限に耐えることなく実現できるとしたら、QOL（生活の質）向上へのハードルはかなり下がるでしょう。

■ D-BHB摂取により、体重・BMIに改善が認められた

■ D-BHB摂取により、内臓脂肪面積・脂肪量に改善が認められた

D-BHB摂取が内臓脂肪に及ぼす影響（層別解析）

変化量＝摂取前ー摂取後の測定値で算出
グラフは平均値で示し、共分散分析で群間比較

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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摂取するだけで持久力や筋力アップの可能性

摂取するだけで持久力や筋力がアップする、天然由来ケトン体にはそんな夢のよう可能性があることが明らかにされました。坪田一男慶応大学名誉教授、家光素行立命館大学スポーツ健康科学部教授らにより、以下のような研究の成果が米科学雑誌「Medicine & Science in Sports & Exercise」（オンライン版/2023年2月24日）に掲載されました。
D-BHBをラットに投与したところ、摂取後速やかに体内に取り込まれ、筋力系パフォーマンスを約9％、短時間の最大運動系パフォーマンスを約60％向上させました。また、短時間の最大運動を繰り返す運動時の乳酸産生を17％低下させることも明らかになりました。

運動パフォーマンス向上

つまり、ケトン体のサプリメントや、ケトン食（ココナッツオイル、青魚、卵、きのこ類、野菜、海藻類などの糖質を控えて脂肪を増やす食事など）によって、筋トレなどの筋力系パフォーマンス、バスケットやサッカー、ラグビーなどで要する短時間最大運動パフォーマンスの両方を、一時的に向上することができるというのです。
さらに、この短時間最大運動系パフォーマンスの向上には、重要な組織である骨格筋のクレアチンリン酸とTCAサイクルの活性化が関与していることも明らかになりました。このエネルギー代謝の活性化は、ケトン体の摂取が広範な運動による健康維持・増進の効果をもたらせることを示しています。

天然由来ケトン体超高齢化社会を健康に過ごす

加齢とともに筋力や持久力は低下し身体機能の衰えが進むため、運動パフォーマンスの向上はアンチエイジングの観点からも非常に重要です。天然由来ケトン体は、超高齢化社会を健康に過ごす有力な手段のひとつとなるかもしれません。

■ ケトン体摂取が様々な運動パフォーマンスに短期間で効果を発揮することを証明

ケトン体（D-β-ヒドロキシ酪酸、D-BHB）を体内に投与することによって、運動パフォーマンスが高まることを動物実験にて明らかにしました。

異なる運動様式のパフォーマンスに対するケトン体投与の影響

Horii et al., medicine & Science in Sports & Exercise(2023)

Med Sci Sports Exerc. 2023 Feb 24.
DOI: 10.1249/MSS.0000000000003151
bio.nikkeibp.co.jp/atcl/release/
23/04/07/16252/(プレスリリース)

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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ケトン体を利用して生命活動を維持

狩猟採集生活時代、人間は食糧を求め、動物を狩り、野生の植物を採集して生活していました。この生活様式では、ケトン体が重要な役割を果たしていました。
ケトン体は飢餓状態や低糖質の食事によって産生されるエネルギー源で、狩猟採集生活の人間はケトン体を利用して生命活動を維持していたのです。

狩猟採集生活の食事の特徴

狩猟採集生活の食事は、動物の肉や内臓、野生の果実や堅果、根菜など多様な食材から成り立っていました。これらの食材からは、糖質摂取が制限され、代わりに脂肪やたんぱく質が摂取される傾向がありました。その結果、体内でケトン体が産生され、エネルギーとして利用されることが多かったのです。

狩猟採集生活でのケトン体の役割

ケトン体は脳のエネルギー源としても重要で、狩猟採集生活の人間は飢餓状態や長時間の運動などのストレス状況下でも脳機能を維持するためにケトン体を活用していました。また、ケトン体は脳のエネルギー源として機能するだけでなく、免疫系の調節や酸化ストレスの軽減など、さまざまな生理機能も持っていました。

人間の生存に不可欠

狩猟採集生活の人間は、ケトン体を介して食物由来のエネルギーを効率的に使い、食物の制約下でも生命を維持していました。そのため、ケトン体と狩猟採集生活下の人間との関係は密接であり、ケトン体は人間の生存に不可欠な役割を果たしていたのです。

現在はケトン体を重視した生活が復活

現代の食生活では糖質が豊富に供給されるため、体内のケトン体の産生は制限される傾向にあります。一方で、近年ではケトン体を活用したダイエットや健康法が注目されており、狩猟採集生活時代の人間と同じく、ケトン体を重視した食事やライフスタイルが一部で復活しています。

■ ケトン体中心から糖質中心へ変化した人類の食物

人類の歴史の大半は狩猟採集生活であり、エネルギーの主役はケトン体であった。
農耕の始まりから現代にかけて、主要エネルギー源はケトン体から糖質に変化してきた。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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糖質制限ダイエットとは

糖質制限ダイエットは、糖質の摂取量を極端に制限することで血液中のケトン体を増やし、体内にケトーシスと呼ばれる状態を作り出します。ケトーシス状態では脂肪が分解され、ケトン体が主なエネルギー源として利用されるため、ダイエット効果が期待されます。

体内の血糖値が低下し、ケトン体が生成

具体的には、糖質摂取量を制限（１日50グラム以下）することによって体内の血糖値が低下し、インスリンの分泌を抑制。これによって肝臓で脂肪が分解され、ケトン体が生成されます。ケトン体は脳や体のエネルギー源として利用されるため、糖質が不足している場合でも、活動に十分なエネルギー供給が行われます。

注目された理由

糖質制限によって体内の血糖値の上昇を抑え、脂肪燃焼を促進する効果が期待でき、また炭水化物に代わり、たんぱく質や脂質を摂ることで、満腹感を持続させることもできます。これらの効果により、糖質制限ダイエットは劇的に痩せるダイエット法として多くの注目を集めました。

ケトジェニックダイエット

さらに、その効果を高めるため、ケトジェニックダイエットというケトン体にエネルギー源の多くを集中させる方法も人気となりました。炭水化物の摂取量を極端に制限（1日20グラム以下）し、代わりに脂質摂取量を多くすることで体内の糖質代謝を急速に変化させます。

必ず専門家の指導を受けること

このようなダイエットブームによって、ケトン体に関する情報も次第に広まってきました。ただし、どちらのダイエット方法も正しい知識を持ち、計画的に取り組むことが重要です。とくにケトジェニックダイエットは一部の人には適さない場合もありますので、専門家の指導を受けることをおすすめします。

■ 糖質制限時のD-BHBの体内産生促進

ヒト体内で生じるケトン体には、D-β-ヒドロキシ酪酸(D-BHB)、アセト酢酸、アセトンがあります。体内のD-BHBとアセト酢酸の割合は、6:4～8:2で、相互に変換されます。そこで、体内の多くを占めるD-BHBをケトン体と称しています。また、アセトンは、呼気などとして体外へ排出され、ほとんど代謝には関与しません。糖質制限時において、体内脂肪の分解が促進され、肝臓でD-BHBに変換され、その後、血中に移行し、全身に運ばれてエネルギーに変換されます。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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河田 悦和 農学博士

天然由来ケトン体との違い

現在アメリカ市場で流通しているケトン体は、化学合成品です。それゆえ、日本では食品として販売が認められておらず、通販サイトなどから自己責任の個人輸入で手に入れるしかありません。加えて、天然由来ケトン体とのもっとも大きな違いは、有効性が50％しかないという点です。

■ 発酵品と化学合成品との比較

・日本で食品として認められるのは発酵法で製造したD-BHBのみ

D-BHBとL-BHB

BHBには有効成分であるD-BHBと、鏡像異性体であるL-BHBがあります。天然由来ケトン体はD-BHBが100％ですが、化学合成品にはD体とL体が半分ずつ含まれています。
L-BHBの代謝経路などに関する研究は限られており、その生理的効果や安全性についての情報が不足しています。そのため、予期しない副作用や健康リスクが存在する可能性があります。加えて、化石原料を用いて作られている点にも注意が必要でしょう。

■ 鏡像異性体

※アミノ酸や乳酸、カルニチンなどにもL体、D体の鏡像異性体の区別があります。

ほぼ100%まで純度が高められる

天然由来ケトン体は、遺伝子組換えでないハロモナス菌を用いて、ショ糖などの天然由来の原料から作られます。お酒のような形で発酵したのち、発酵液から不要物を除き、ほぼ１００％まで純度が高められます。いわば酢や醤油と同様、発酵食品となります。さらに、厚生労働省から食品（非医薬品リスト掲載）としての認定を受けています。そのため、健康系サプリメントや化粧品だけでなくドリンクやスナックなどの一般食品への応用が可能です。

天然由来ケトン体であることに大きな意味が

加えて、糖質制限などによるケトジェニックと比較して、天然由来ケトン体D-BHBを経口摂取することで、スムーズにケトジェニック状態へと移行し、D-BHBから直接エネルギーを得ることができます。誰もが、この天然由来ケトン体の働きを、日常生活に取り入れることで、手軽に、豊かで健康な暮らしを実現できることを、私たちは願っています。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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糖質制限ブームとケトン体

ケトン体市場

ケトン体が多くの健康需要に応える

現在までに、ケトジェニックによって、アンチエイジングや糖尿病、認知症の予防、改善に効果があることは知られています。それゆえ、継続が困難な糖質制限に頼ることなく、ケトジェニックを実現できるような機能性食品であれば、今後より多くの健康需要に応えることができるでしょう。

いまの状況に歯止めをかけられる可能性

農耕社会が糖質を大量生産するようになり、人間はケトン体を中心とした生活から糖質を中心とした生活へ、現在では精製食品に頼る生活へと移り変わっていきました。結果、体内では、脂肪からのケトン体の誘導が行われにくく、逆に糖質からの脂肪合成が盛んに行われ、結果、種々の疾患を招いている状況です。 ケトン体には、いまの状況に歯止めをかけられる可能性があります。私は、将来の健康寿命の延伸に貢献できることを信じ、現在の研究を進めていきます。

■ 世界に先駆けて開発した天然由来ケトン体

・天然由来原料から発酵法によりD-BHBを量産することに成功
・サプリメントや食品などさまざまな製品に使用可能

■ 天然由来ケトン体の特長

■ サプリメント、ドリンク、スナックなど、さまざまな製品に使用可能

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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当時バイオリファイナリーを作る研究

当時私は産業技術総合研究所に勤めていて、微細藻類のスピルリナを使って、バイオリファイナリー（バイオ化学品）を作るという研究に携わっていました。対象はバイオプラスチックPHB（ポリヒドロ酪酸/生分解性プラスチック）でしたが、なかなか生産効率が上がらない。そこで、光合成だけでなく、新たに炭素源として酢酸ナトリウムを入れ生育を試みました。
すると、緑色であった培養液が、コンタミ菌（実験汚染菌）の影響で、真っ白になりました。PHBの含有率は、1％以下だったものが、70％以上と高い含有量を示したのです。屋外培養するスピルリナの製造工程から考えて、こんな菌が潜んでいるとは夢にも思いません。分離、分析から、この菌をハロモナス属と同定し、Halomonas sp. KM-1 株と命名しました、2007年の話です。

ないはずのものが見えた瞬間

当時注目されていたバイオディーゼル副生グリセロールを、この菌は利用できることから研究費を得て、より効率的なPHB製造への端緒は整いました。しかし、アカデミアから社会実装を進めるには、障壁がありました。PHBでは事業優位性が乏しく、研究の投資価値がない問題です。
できることをやりつくし、諦めかけて休暇、休み明け廃棄予定のフラスコを振ったところ、菌は元気そうに見えました。そこで、ダメ元で、分析した上清に、菌体内のPHBのピークが出現します、ないはずのものが見えた瞬間です。微好気条件で、菌体内でポリマーPHBが分解し、モノマー３HB（３－ヒドロキシ酪酸）が生成、菌体外に分泌され、検出されました。その後、新たな研究協力、資金を得て、３HBの製造プロセスが発展していきました。しかし、３HBは化学分野のポリマー原料としてはコストが高く、またも研究継続の危機に瀕します。

3HBとD-BHB

さらに、あらたな偶然により研究継続の道が開けました。それは化学分野の３HBは、医療分野のD-BHB（D-β-ヒドロキシ酪酸＝ケトン体）と同じものだったということ。結果、対象を化学分野のポリマー原料3HBではなく、食品・医療分野のD-BHBとすることにより、事業可能性が見出されました。

天然由来ケトン体を世に送り出した３つの幸運運な偶然(セレンディピティ)

河田 悦和 (かわた よしかず)

農学博士
元国立研究開発法人産業技術総合研究所生命工学領域主任研究員

1985年　京都大学農学部食品工学科　卒業
1987年　京都大学大学院農学専攻修士課程修了
2006年　京都大学博士（農学）
1987年　不二製油入社
1989年　工業技術院大阪工業技術試験所入所
名称変更等により、
2022年　国立研究開発法人産業技術総合研究所　定年退職
その間、2003-2004年　内閣府総合科学技術会議事務局勤務

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-36 天然由来ケトン体の秘密』より

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