langvarig ketogen diæt inducerer metabolisk acidose, anæmi og Iltningsstress hos raske rotter

abstrakt

baggrund. Ketogen diæt er blevet brugt som understøttende terapi under en række tilstande, herunder epilepsi, diabetes mellitus og kræft. Mål. Denne undersøgelse havde til formål at undersøge virkningerne af langvarigt forbrug af ketogen diæt på blodgas, hæmatologiske profiler, organfunktioner og superkilte-dismutaseniveau i en rottemodel. Materialer og metoder. Femten hanrotter blev opdelt i kontrolgrupper (n = 8) og ketogene (n = 7). Kontroller modtaget standard diæt indeholdt 52,20% kulhydrater, 7,00% fedt og 15,25% protein; i mellemtiden modtog den ketogene gruppe en diæt med højt fedtindhold og lavt kulhydratindhold, der indeholdt 5,66% kulhydrat, 86,19% fedt og 8,15% protein. Alle rotter blev buret individuelt og modtog 30 g af enten standard-eller højfedt-lavt kulhydratpiller. Eksperimentet blev udført i 60 dage, før blodprøverne blev taget og analyseret for at opnå blodgas, celletællinger, organbiomarkører og plasma-antioksidant-dismutase (SOD) niveauer. Resultat. Rotterne, der blev udsat for ketogen diæt, oplevede et markant fald i kropsvægt, blodsukker og øgede blodketoner (). Den gennemsnitlige pH i blodet var 7,36 liter 0,02 og baseoverskud var -5,57 liter 2,39 mOsm/L, hvilket var signifikant lavere end kontroller (). Hæmatologisk analyse viste signifikant lavere erythrocyt -, hæmoglobin-og hæmatokritniveauer. Der blev ikke fundet signifikante ændringer i alaninaminotransferase, aspartataminotransferase, urinstof og kreatininniveauer, hvilket indikerer normale lever-og nyrefunktioner. Ikke desto mindre plasma SOD niveau signifikant reduceret med ketogen diæt. Konklusion. Langvarig ketogen diæt inducerer metabolisk acidose, anæmi og reduceret antioksidantniveau hos rotter efter 60 dages indtagelse af diæt med højt fedtindhold og lavt kulhydratindhold.

1. Introduktion

den ketogene diæt er et madregime, der består af en høj koncentration af fedt med moderat/lavt proteinindhold og meget lavt kulhydratindhold. Denne type diæt udløser Høj produktion af ketonlegemer afledt af nedbrydning af fedt for at producere energi . Nogle undersøgelser viser, at den ketogene diæt har terapeutiske fordele ved en række sygdomme. Det er blevet anbefalet som en supplerende behandling for polycystisk ovariesyndrom, acne, kræft og åndedrætsbesvær . Det er også gavnligt som antikonvulsiv terapi for at reducere hyppigheden af anfald hos personer med epilepsi . Ketogen diæt kan også hjælpe med at reducere HbA1c-niveauer hos mennesker med type 2-diabetes, opretholde humørstabilitet for mennesker med bipolar lidelse og reducere kolesterolniveauer hos overvægtige patienter .

en klinisk undersøgelse har vist, at en kortvarig ketogen diæt i 14 dage kan øge koncentrationen af ketonlegemer i blodet, men det forbedrede også blodets antioksidantkapacitet, der bidrager til reduceret oksidativ stress . Et andet klinisk forsøg har vist, at indtagelse af ketogen diæt i 20 dage signifikant reducerede kulstofaflejringer i kroppen, hvilket kan finde klinisk fordel hos patienter med øget PaCO2 på grund af åndedrætssvigt .

på trods af sin populære anvendelse opstår der nogle bekymringer om, hvordan ketogen diæt vil påvirke hele kroppens system. Da ketogen diæt erstatter glukose med fedt som den vigtigste energikilde, er kroppen tvunget til at aktivere en række fedtmetabolske processer for at erhverve energi . Fedtmetabolske processer danner acetyl-CoA (acetyl-CoA) som hovedprodukt, som derefter går ind i citronsyrecyklussen og iltes for at producere ATP . Acetyl-CoA, der overstiger tilgængeligheden af oksaloacetat og / eller aktiviteten af citronsyrecyklussen, fører til en stigning i ketonlegemer (acetoacetat, vandhydroksybutyrat og acetone). Denne proces kaldes ketogenese . Ketonlegemerne dannet af ketogene diæter er sure; derfor kan overdreven udskillelse af disse syrer gennem nyrer forårsage et fald i alkaliske reserver eller bicarbonationer (HCO3-) . Som et resultat reducerede implikationen af ketogen diæt pH i blodet, hvilket førte til ketoacidose .

flere dyremodeller er blevet brugt til at lære om effekten af en fedtfattig diæt på funktionen af vitale organer, såsom nyrer og lever . Højt fedtindhold kost er mere tilbøjelige til at udløse en reduktion i mitokondrie kinon pool og er forbundet med øget mitokondrie reaktive ilt arter (ROS) dannelse i rotte leveren . En fedtfattig diæt har vist sig at inducere ændring i renal lipidmetabolisme hos mus, især balancen mellem lipogenese og lipolyse, hvilket fører til ophobning af lipid i nyrerne og følgelig nyresvigt .

for at få mere omfattende data om, hvordan ketogen diæt kan påvirke hele kropssystemet, havde denne nuværende undersøgelse til formål at undersøge virkningerne af langvarigt forbrug af ketogen diæt på blodgasprofiler, hæmatologiske parametre, organfunktioner og antioksidantniveau i en rottemodel.

2. Materialer og metoder

2.1. Fremstilling af Standard-og ketogen diæt

standardfødevarer blev opnået fra en producent som standardpiller til gnavere (AD2-kalk, Indonesien), mens den ketogene mad blev tilberedt i vores laboratorium ved at involvere en ernæringsfysiolog. De ketogene pellets indeholder 30% nonpure fedt blandet med 70% gedefedt (tabel 1), som er formuleret baseret på NutriSurvey-programmet til beregning af kalorieindtag og procentdelen af makro-og mikronæringsstoffer pr. Alle ingredienser blev flydende og blandet ved hjælp af en håndmikser og derefter frosset i 24 timer med temperaturen på -20 liter C. Det størknede materiale blev derefter pulveriseret og støbt til pellets. Standard-og ketogene pellets blev derefter undersøgt for deres fedt -, protein-og kulhydratindhold på laboratoriet for Dyrefoderkemi, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Universitas Hasanuddin.

2.2. Eksperimentelle protokoller

hanrotter, der vejer 200-330 g i alderen 3-4 måneder (n = 15), blev akklimatiseret i 7 dage i laboratoriet, inden eksperimentet startede. På dette stadium modtog alle rotter standardpiller og vand ad libitum. Rotter blev plejet i henhold til standarden for laboratoriedyrpleje, og alle dyreprotokoller er godkendt af Animal Ethics Committee fra Det Medicinske Fakultet, Universitas Hasanuddin. Rotter blev opdelt i to grupper. Den første gruppe (n = 8) modtog en standard diæt, mens den anden gruppe modtog den ketogene diæt i 60 dage. Denne 60-dages periode med voksen rotte liv svarer til kr. 4 års menneskeliv . Hver rotte blev buret individuelt og tilbød 30 g mad pr.dag ad libitum og ikke underkastet kaloriebegrænsning. Den resterende mad blev vejet hver morgen for at registrere kalorieindtaget for hver rotte. Blodprøverne blev trukket tilbage efter 60 dages behandling og forberedt til yderligere analyse.

2.3. Analyse af blodgas, hæmatologiske parametre, Organbiomarkører og Superkilte-Dismutaseniveau

blodgasanalysen blev udført på rotte fuldblod umiddelbart efter blodprøveudtagning ved brug af i-Stat-karrisanalysatoren (Abbott-Karri). Til hæmatologisk analyse blev blodprøver opsamlet under anvendelse af en BD-Kurt-vacutainer med EDTA, centrifugeret i 20 minutter med en hastighed på 3000 o / min, før de blev analyseret ved hjælp af en hæmatologianalysator (Thermo Scientific larrus). Organbiomarkørerne, såsom alaninaminotransferase (ALT), aspartataminotransferase (AST), kreatinin og urinstof blev målt ved anvendelse af Humalysator 3500 (Human Global Diagnostic larrus) i henhold til instruktionen på reagenssættene (Human larrus). For at måle niveauet af sod blev plasmaet fremstillet på basis af instruktion i Rottesod til ELISA-kit (Abbeksa-Karr) og analyseret med det immunosorberende assay (ELISA) – læser (Thermo Scientific Karr).

2.4. Analyse af Lipid-Peroksidationsaktivitet i lever-og nyrevæv

ved afslutningen af eksperimentet blev rotter bedøvet, euthaniseret, og laparotomi blev udført. Rotternes lever og nyrer blev fjernet og straks nedsænket i flydende nitrogen. Organer blev vejet 400 mg og homogeniseret, før der blev tilsat 2 mL phosphatbufferopløsning pH 7,4. Blandingen centrifugeres ved 3000 omdr. / min.i 20 minutter. Supernatanten (0,5 mL) blev blandet med 1 mL 1% thiobarbitursyre og 1 mL 1% trichloreddikesyre og opvarmet til 100 liter C i 20 minutter. Blandingen blev derefter centrifugeret ved 3000 o / min i 10 minutter for at adskille remanensen. Lipid-peroksidering af organer blev målt som malondialdehyd (MDA)-niveau (kar = 530 nm) ved anvendelse af et UV-VIS-spektrofotometer (Agilent kar).

2.5. Statistisk analyse

de opnåede data blev analyseret ved hjælp af SPSS IBM 23-programmet. Datadistribution blev undersøgt ved hjælp af Kolmogorov-Smirnov for at afgøre, om dataene normalt blev distribueret eller ej. De data, der normalt blev distribueret, blev efterfølgende analyseret ved hjælp af en uafhængig t-test, mens data, der ikke blev distribueret normalt, blev analyseret ved hjælp af Mann–Hvidney U-testen. En signifikant forskel blev opnået, hvis eller meget signifikant forskel, hvis . Alle data blev præsenteret i middelkurs sem.

3. Resultater

3.1. Langsigtet ketogen diæt på rotter forårsager betydeligt vægttab, nedsat blodsukker og forhøjede Blodketonniveauer

fødevaresammensætningen af den ketogene pellet har langt mindre kulhydrat (5,66% mod 52,20%) og meget højere fedtindhold (86.19% mod 7,00%) sammenlignet med standarddiet (tabel 2). Kalorieindholdet i standardkoge er 5,85 kCal/g, mens den for den ketogene pellet er 8,29 kCal/g. gennemsnittet af det daglige kalorieindtag pr. Det konstateres, at standardgruppen indtog mere mængde mad end den ketogene gruppe; derfor er kalorieindtagene i begge grupper ret ens på trods af forskellen i kalorier pr.

forskellen i diætsammensætningen viste sig at påvirke kroppens vægt, blodsukker og blodketonniveauer signifikant hos hanrotterne efter 60-dages indtagelse. Tabel 4 viser virkningen af ketogen diæt på rotte kropsvægt efter 60 dage. Mens alle rotter, der blev fodret med standarddiæt, steg i vægt efter 2 måneder (i gennemsnit en stigning på 25% i forhold til baseline-vægten), oplevede de ketogene fodrede rotter et vægttab med omkring 100 g fra deres baseline-kropsvægt (tab på 40% i forhold til baseline).

bortset fra vægttab var blodglukoseniveauet hos ketogene fodrede rotter signifikant lavere sammenlignet med standarddietgruppen (Figur 1). På dette stadium var værdien af blodglukose 57 liter 5,69 mg/dl, hvilket tyder på en hypoglykæmisk tilstand af den ketogene diætgruppe. I mellemtiden er niveauet af blodketon markant forhøjet i den ketogene gruppe, cirka 8 gange højere end standardrotterne (7,97 liter 0,15 vs 0,34 liter 0,02 mmol/L).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

niveauet af blodsukker og blodketon hos rotter, der indtager standard og ketogen diæt i 60 dage. Symbolet Kris indebærer en meget betydelig forskel () mellem grupper.

3.2. Langsigtet ketogen diæt sænkede signifikant blodets pH og reduceret Baseoverskudsniveau

analysen af blodgasværdier viser, at administrationen af den ketogene diæt i 60 dage forårsager en signifikant ændring i blodgashomeostase (tabel 5). Det blev fundet, at der var et meget signifikant fald i pH i blodet hos rotter efter 2 måneders ketogen diæt sammenlignet med dem, der blev fodret med en standard diæt (). Faldet i blodets pH var ikke ledsaget af signifikante ændringer i kulsyre tryk (pCO2), ilt tryk (pO2), total kulsyre (TCO2) og hæmoglobin iltmætning (SO2). Selvom blodhydrogencarbonat () – niveauet for den ketogene gruppe ubetydeligt faldt (19,74 liter 2,54 vs 22,75 liter 0,79 mmol/L), blev det fundet, at gruppens basisoverskudsniveau var signifikant lavere sammenlignet med standardgruppen ().

3.3. Langsigtet ketogen diæt inducerer anæmi hos hanrotter

resultatet af hæmatologisk analyse efter modtagelse af standard-og ketogene diæter i 60 dage er vist i tabel 6. Den ketogene gruppe ser ud til at have lidt lavere antal røde blodlegemer (RBC), signifikant lavere hæmoglobin og hæmatokrit samt signifikant mindre middelkorpuskulært volumen (MCV) og middelkorpuskulært hæmoglobin (MCH) indekser. Disse hæmatologiske abnormiteter indikerer, at rotter fodret med den ketogene diæt var anæmiske.

3.4. Langsigtet ketogen diæt ændrer ikke signifikant funktionerne i lever og nyre

denne undersøgelse målte også effekten af en langvarig ketogen diæt hos rotter på lever-og nyrefunktioner. Resultatet er vist i figur 2. Fra dataene afsløres det, at niveauerne af leverbiomarkører, alaninaminotransferase (ALT) og aspartataminotransferase (AST) ikke var signifikant forskellige mellem standard-og ketogene grupper. Ved sammenligning af nyrefunktionstesten blev der imidlertid fundet en lille stigning i plasmakreatinin og urinstofniveauer i den ketogene gruppe sammenlignet med standard, skønt forskellen ikke var statistisk signifikant.

(a)

(b)

(c)

(d)

(a)
(b)
(c)
(d)

figur 2

niveauet af aspartataminotransferase (a), alaninaminotransferase (b), plasmakreatinin (c) og plasma-urinstof (d) hos rotter, der indtager standard-og ketogen diæt i 60 dage.

3.5. Langsigtet ketogen diæt øger Lipid Peroksidering og reducerer niveauet af Antioksidant

niveauet af lipid peroksidering og antioksidant aktivitet kan være en god indikator for at afsløre iltning stressniveau i systemet. I denne undersøgelse blev det fundet, at den ketogene diæt hos rotter i 60 dage kan inducere en stigning i malondialdehyd (MDA) niveau i lever og nyre (figur 3). Stigningen af MDA-niveau i begge vitale organer var meget signifikant i den ketogene gruppe sammenlignet med standard (). Stigningen i MDA-niveauet i den ketogene gruppe blev ledsaget af et reduceret niveau af antioksidant superkildedismutase (SOD), som var 80% lavere sammenlignet med niveauet for standard ().

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

figur 3

niveauet af levermalondialdehyd (a), renal malondialdehyd (b) og plasmadesimutase (c) hos standard-og ketogenfodrede rotter. Symbolet Kris indebærer en meget betydelig forskel () mellem grupper.

4. Diskussion

den ketogene diæt har fået offentlig opmærksomhed, siden den først introduceres som en alternativ terapi til farmakoresistent epilepsi . I dag er brugen af ketogen diæt udvidet ud over epileptisk terapi; faktisk er brugen hos raske individer blevet mere populær, især for dem, der ønsker at tabe sig. Desværre kan fordelene ved ketogen diæt komme med bivirkninger. Denne undersøgelse undersøgte de langsigtede virkninger af ketogen diæt i en sund mandlig rottemodel for at få mere information om de potentielle komplikationer ved denne type diæt.

Standard mad med højt kulhydratindhold gør det muligt for kroppen at bruge glukose som den vigtigste energikilde. Når kulhydratindtag er mere end tilstrækkeligt til at imødekomme ATP ‘ s behov, vil kroppen fysiologisk omdanne glukose til glykogen som energilagre i væv. Forbrug af en diæt rig på kulhydrater vil også medføre en stigning i mængden af fedt deponeret i fedtvæv under huden eller i bukhulen. Dette er hovedårsagen til stigningen i kropsvægt af rotter fodret med en standard kost.

på den anden side havde rotter behandlet med den ketogene diæt et signifikant vægttab som følge af induceret ketose. Ketogen diæt med højt fedtindhold, lavt protein og lavt kulhydratsammensætning gør kroppen afhængig af processen med glukoneogenese, dannelsen af noncarbohydrat glucose, for at producere energi . Når fedtsyrerne (fedtindholdet) hovedsageligt bruges til at producere energi, vil det inducere dannelsen af ketonlegemer, såsom acetoacetat, beta-hydroksybutyrat og acetone. Tilstedeværelsen af ketose i den ketogene gruppe blev bekræftet af et signifikant højere niveau af blodketonindhold (lut8 mmol/L) og et signifikant lavt blodsukkerniveau (<60 mg/dl). Bortset fra vægttab oplever rotterne også et fald i pH eller acidose, som opstår som følge af forhøjet blodketonniveau . Ketonlegemerne er sure; således kan en stigning i ketonlegemer i omløb inducere acidose .

anæmi er ikke ualmindelige bivirkninger af fedtfattige kostvaner. Denne undersøgelse fandt også reducerede hæmatologiske indekser, såsom RBC, hæmoglobin, hæmatokrit, MCV og MCH hos rotter fodret med ketogen diæt i 60 dage. Undersøgelser af epileptiske børn har afsløret, at ketogen diæt er mere tilbøjelig til at forårsage anæmi, hvilket kan forekomme på grund af diætbegrænsning, hvilket fører til kobbermangel . Imidlertid kan denne komplikation af den ketogene diæt styres med kobbertilskud.

i denne undersøgelse ændrede administrationen af ketogen diæt hos rotter i 60 dage ikke signifikant lever-og nyrefunktion. Ikke desto mindre var plasmakreatinin og urinstof hos de ketogene fodrede rotter noget højere end standardfodrede rotter, hvilket kan antyde en mindre effekt af den ketogene diæt på nyrefunktionen. Denne effekt kan være mere slående, hvis varigheden af den ketogene diætadministration forlænges.

det er interessant, at selv om lever-og nyrefunktionen ikke blev signifikant ændret, steg lipidforekomstaktiviteten i begge organer signifikant. Dette blev indikeret ved et signifikant højere MDA-niveau af lever-og nyrevæv hos ketogene fodrede rotter sammenlignet med dem med en standard diæt. Øget aktivitet af lipid peroksidering kan udløses ved forhøjelse af reaktive iltarter (ROS) i organerne og uarbejdsdygtighed af antioksidant aktivitet for at beskytte cellemembraner mod ROS-induceret skade. Dette resultat kan fremstå som en potentiel trussel mod begge organer, hvis kosten opretholdes længere end den undersøgte periode. I overensstemmelse med dette blev plasmakoncentrationen af superkildesimutase (SOD) signifikant reduceret hos ketogenfodrede dyr (), hvilket antyder tilstedeværelsen af oksidativ stress induceret af langvarig ketogen diæt hos rotter.

årsagen til, at en ketogen diæt kan fremkalde oksidativ stress, er blevet forklaret i flere undersøgelser. Ketonlegemer er kendt for at stimulere mitokondrierne til at producere mere ATP sammenlignet med glukose . Imidlertid kræver fedtstofskifte mere komplekse processer, såsom reduktion, iltning, hydroksylering og konjugation, hvilket kan øge produktionen af reaktive iltarter (ROS) i levercellerne . Hvis frigivelsen af ROS er i balance med kroppens antioksidante aktiviteter, kan forekomsten af oksidativ stress forhindres. I modsætning hertil vil de frie radikaler angribe makromolekyler, såsom proteiner, polysaccharider, DNA og cellemembraner, der indeholder flerumættede fedtsyrer, hvilket fører til cellulær skade . Denne undersøgelse viser en stigning i lever-og nyre-MDA-niveauer, som ledsages af et fald i plasma SOD efter 60-dages forbrug af ketogen diæt. Dette kan indebære en forholdsregel for langvarig brug af den ketogene diæt.

5. Konklusioner

på trods af vægttab, lavt blodsukker og højt blodketon indledte bæredygtigt forbrug af keto-diæt i 60 dage hos rotter også nogle med hensyn til effekter såsom metabolisk acidose, anæmi og faldende niveau af plasma. Det er interessant, at selv om en signifikant stigning i lipid peroksidering aktivitet på lever og nyre, begge organfunktioner forblev intakt, i det mindste i den undersøgte periode.

Data Tilgængelighed