- Resumen
- 1. Introducción
- 2. Materiales y Métodos
- 2.1. Preparación de la Dieta Estándar y Cetogénica
- 2.2. Protocolos experimentales
- 2.3. Análisis de Gasometría sanguínea, Parámetros Hematológicos, Biomarcadores de Órganos y Nivel de Superóxido Dismutasa
- 2.4. Análisis de la Actividad de Peroxidación Lipídica en Tejidos Hepáticos y Renales
- 2.5. Análisis estadístico
- 3. Resultados
- 3.1. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo en Ratas Causa Una Pérdida de Peso Significativa, Una Reducción de la Glucosa en Sangre y un aumento de los Niveles de Cetonas en Sangre
- 3.2. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo Redujo Significativamente el pH Sanguíneo y Redujo el Nivel de Exceso de Base
- 3.3. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo Induce Anemia en Ratas Macho
- 3.4. La Dieta Cetogénica a largo Plazo No Altera Significativamente las Funciones del Hígado y los Riñones
- 3.5. La Dieta Cetogénica a largo Plazo Aumenta la Peroxidación de lípidos y Reduce el Nivel de antioxidantes
- 4. Discusión
- 5. Conclusiones
- Disponibilidad de datos
Resumen
Antecedentes. La dieta cetogénica se ha utilizado como terapia de apoyo en una variedad de afecciones, incluidas la epilepsia, la diabetes mellitus y el cáncer. Objetivo. Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos del consumo a largo plazo de dieta cetogénica en los gases sanguíneos, los perfiles hematológicos, las funciones orgánicas y el nivel de superóxido dismutasa en un modelo de rata. Materiales y Métodos. Quince ratas Wistar macho se dividieron en grupos control (n = 8) y cetogénicos (n = 7). Los controles recibieron una dieta estándar que contenía 52,20% de carbohidratos, 7,00% de grasas y 15,25% de proteínas; mientras tanto, el grupo cetogénico recibió una dieta alta en grasas y baja en carbohidratos que contenía 5,66% de carbohidratos, 86,19% de grasas y 8,15% de proteínas. Todas las ratas fueron enjauladas individualmente y recibieron 30 g de gránulos estándar o altos en grasa y bajos en carbohidratos. El experimento se llevó a cabo durante 60 días antes de que se tomaran muestras de sangre y se analizaran para obtener gases sanguíneos, recuentos celulares, biomarcadores de órganos y niveles plasmáticos de superóxido dismutasa antioxidante (SOD). Resultado. Las ratas sometidas a dieta cetogénica experimentaron una marcada disminución en el peso corporal, el azúcar en la sangre y un aumento de cetonas en la sangre (). El pH promedio de la sangre fue de 7,36 ± 0,02 y el exceso de base fue de -5,57 ± 2,39 mOsm/L, que fueron significativamente inferiores a los controles (). El análisis hematológico mostró niveles significativamente más bajos de eritrocitos, hemoglobina y hematocrito. No se encontraron cambios significativos en los niveles de alanina aminotransferasa, aspartato aminotransferasa, urea y creatinina, indicando funciones hepáticas y renales normales. Sin embargo, el nivel de SOD en plasma se redujo significativamente con la dieta cetogénica. Conclusion. La dieta cetogénica a largo plazo induce acidosis metabólica, anemia y reducción del nivel de enzimas antioxidantes en ratas después de 60 días de consumir una dieta alta en grasas y baja en carbohidratos.
1. Introducción
La dieta cetogénica es un régimen alimenticio que consiste en una alta concentración de grasa, con contenido moderado/bajo de proteínas y muy bajo de carbohidratos. Este tipo de dieta desencadena una alta producción de cuerpos cetónicos derivados de la descomposición de la grasa para producir energía . Algunos estudios muestran que la dieta cetogénica tiene beneficios terapéuticos en una variedad de enfermedades. Se ha recomendado como terapia complementaria para el síndrome de ovario poliquístico, el acné, el cáncer y la dificultad respiratoria . También es beneficioso como terapia anticonvulsiva para reducir la frecuencia de convulsiones en personas con epilepsia . La dieta cetogénica también puede ayudar a reducir los niveles de HbA1c en personas con diabetes tipo 2, mantener la estabilidad del estado de ánimo en personas con trastorno bipolar y reducir los niveles de colesterol en pacientes obesos .
Un estudio clínico ha demostrado que una dieta cetogénica a corto plazo durante 14 días podría aumentar la concentración de cuerpos cetónicos en la sangre, pero también mejoró la capacidad antioxidante de la sangre que contribuye a reducir el estrés oxidativo . Otro ensayo clínico ha demostrado que consumir dieta cetogénica durante 20 días redujo significativamente los depósitos de dióxido de carbono en el cuerpo, lo que puede encontrar beneficios clínicos en pacientes con aumento de PaCO2 debido a insuficiencia respiratoria .
A pesar de su uso popular, surgen algunas preocupaciones sobre cómo la dieta cetogénica afectará el sistema de todo el cuerpo. Dado que la dieta cetogénica reemplaza la glucosa con grasa como fuente principal de energía, el cuerpo se ve obligado a activar una serie de procesos metabólicos de grasas para adquirir energía . Los procesos metabólicos de las grasas forman la acetil coenzima A (acetil-CoA) como producto principal, que luego entra en el ciclo del ácido cítrico y se oxida para producir ATP . Acetil-CoA que excede la disponibilidad de oxaloacetato y / o la actividad del ciclo del ácido cítrico conduce a un aumento en los cuerpos cetónicos (acetoacetato, β-hidroxibutirato y acetona). Este proceso se llama cetogénesis . Los cuerpos cetónicos formados a partir de dietas cetogénicas son ácidos; por lo tanto, la excreción excesiva de estos ácidos a través de los riñones puede causar una disminución de las reservas alcalinas o de los iones de bicarbonato (HCO3-) . Como resultado, la implicación de la dieta cetogénica redujo el pH de la sangre, lo que llevó a la cetoacidosis .
Se han utilizado varios modelos animales para aprender sobre el efecto de una dieta alta en grasas en la función de órganos vitales, como los riñones y el hígado . La dieta alta en grasas es más probable que desencadene una reducción en la quinona mitocondrial y se asocia con un aumento de la formación de especies reactivas de oxígeno mitocondriales (ROS) en el hígado de rata . Se ha demostrado que una dieta rica en grasas induce alteraciones en el metabolismo lipídico renal en ratones, especialmente el equilibrio entre lipogénesis y lipólisis, lo que conduce a la acumulación de lípidos en los riñones y, en consecuencia, a la disfunción renal .
Para obtener datos más completos sobre cómo la dieta cetogénica puede afectar el sistema de todo el cuerpo, este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos del consumo a largo plazo de la dieta cetogénica en los perfiles de gases sanguíneos, los parámetros hematológicos, las funciones orgánicas y el nivel de antioxidantes en un modelo de rata.
2. Materiales y Métodos
2.1. Preparación de la Dieta Estándar y Cetogénica
El alimento estándar se obtuvo de un fabricante como pellets estándar para roedores (AD2®, Indonesia), mientras que el alimento cetogénico se preparó en nuestro laboratorio con la participación de un nutricionista. Los gránulos cetogénicos contienen un 30% de grasa no pura mezclada con un 70% de grasa de cabra (Tabla 1), que está formulada en base al software NutriSurvey® para calcular la ingesta calórica y el porcentaje de macro y micronutrientes por gránulo. Todos los ingredientes se licuaron y mezclaron con una batidora de mano y luego se congelaron durante 24 horas a una temperatura de -20°C. El material solidificado se pulverizó y moldeó en pellets. Los gránulos estándar y cetogénicos se examinaron para determinar su contenido de grasas, proteínas y carbohidratos en el Laboratorio de Química de Alimentos para Animales de la Facultad de Ciencias Animales de Universitas Hasanuddin.
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aFormula se obtiene a partir de los roedores comercial chow etiqueta. bFormula se prepara a base de dieta cetogénica para ratas, con una proporción de 8,6: 1 porción de grasa: (carbohidratos + proteínas).
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2.2. Protocolos experimentales
Ratas Wistar macho de 200-330 g de edad de 3-4 meses (n = 15) se aclimataron durante 7 días en el laboratorio antes de comenzar el experimento. En esta etapa, todas las ratas recibieron gránulos estándar y agua ad libitum. Las ratas fueron atendidas de acuerdo con la norma para el cuidado de animales de laboratorio, y todos los protocolos para animales han sido aprobados por el Comité de Ética Animal de la Facultad de Medicina, Universitas Hasanuddin. Las ratas se dividieron en dos grupos. El primer grupo (n = 8) recibió una dieta estándar, mientras que el segundo grupo recibió la dieta cetogénica durante 60 días. Este período de 60 días de vida de rata adulta equivale a 4 4 años de vida humana . Cada rata fue enjaulada individualmente y se le ofrecieron 30 g de alimento al día ad libitum y sin restricción calórica. El alimento restante se pesaba cada mañana para registrar la ingesta calórica de cada rata. Las muestras de sangre se extrajeron después de 60 días de tratamiento y se prepararon para un análisis posterior.
2.3. Análisis de Gasometría sanguínea, Parámetros Hematológicos, Biomarcadores de Órganos y Nivel de Superóxido Dismutasa
El análisis de gasometría sanguínea se realizó en sangre completa de rata inmediatamente después de la toma de muestras de sangre con el uso del analizador i-Stat® (Abbott®). Para el análisis hematológico, se recolectaron muestras de sangre con un vacutainer BD® con EDTA, centrifugadas durante 20 min con una velocidad de 3000 rpm antes de analizarse con un analizador hematológico (Thermo Scientific®). Los biomarcadores de órganos, como la alanina aminotransferasa (ALT), la aspartato aminotransferasa (AST), la creatinina y la urea, se midieron con Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic®) de acuerdo con las instrucciones de los kits de reactivos (Human®). Para medir el nivel de superóxido dismutasa (SOD) en plasma, el plasma se preparó según las instrucciones en el kit de SOD de rata para ELISA (Abbexa®) y se analizó con el lector de ensayo de inmunoabsorción ligada a enzimas (ELISA) (Thermo Scientific®).
2.4. Análisis de la Actividad de Peroxidación Lipídica en Tejidos Hepáticos y Renales
Al final del experimento, los ratones fueron anestesiados, sacrificados y se realizó laparotomía. El hígado y los riñones de las ratas fueron removidos e inmediatamente sumergidos en nitrógeno líquido. Los órganos se pesaron 400 mg y se homogeneizaron antes de añadir 2 ml de solución tampón de fosfato pH 7,4. La mezcla se centrifuga a 3000 rpm durante 20 minutos. El sobrenadante (0,5 ml) se mezcló con 1 mL de ácido tiobarbitúrico al 1% y 1 mL de ácido tricloroacético al 1% y se calentó a 100°C durante 20 minutos. La mezcla se centrifugó a 3000 rpm durante 10 minutos para separar el residuo. La peroxidación de lípidos de órganos se midió como nivel de malondialdehído (MDA) (λ = 530 nm) utilizando un espectrofotómetro UV-VIS (Agilent®).
2.5. Análisis estadístico
Los datos obtenidos se analizaron con el software SPSS IBM 23. La distribución de los datos se examinó utilizando Kolmogorov-Smirnov para determinar si los datos se distribuían normalmente o no. Los datos que se distribuían normalmente se analizaron posteriormente mediante una prueba t independiente, mientras que los datos que no se distribuían normalmente se analizaron mediante la prueba U de Mann-Whitney. Se logró una diferencia significativa si o una diferencia muy significativa si . Todos los datos se presentaron en media ± MEM.
3. Resultados
3.1. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo en Ratas Causa Una Pérdida de Peso Significativa, Una Reducción de la Glucosa en Sangre y un aumento de los Niveles de Cetonas en Sangre
La composición de los alimentos del pellet cetogénico tiene mucho menos carbohidratos (5.66% vs 52.20%) y un contenido de grasa mucho más alto (86.19% frente a 7,00%) en comparación con la dieta estándar (Tabla 2). La caloría de la comida estándar es de 5,85 kCal/g, mientras que la del pellet cetogénico es de 8,29 kCal / g. El promedio de ingesta calórica diaria por rata en cada semana se muestra en la Tabla 3. Se encontró que el grupo estándar consumía más cantidad de alimentos que el grupo cetogénico; por lo tanto, las ingestas de calorías de ambos grupos son bastante similares a pesar de la diferencia en calorías por gramo de alimento.
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Se encontró que la diferencia en la composición de la dieta afectaba significativamente el peso corporal, la glucosa en sangre y los niveles de cetonas en sangre en las ratas macho después de la ingesta de 60 días. La tabla 4 muestra el impacto de la dieta cetogénica en el peso corporal de la rata después de 60 días. Mientras que todas las ratas alimentadas con dieta estándar aumentaron de peso después de 2 meses (en promedio, un aumento del 25% con respecto al peso basal), las ratas alimentadas con cetogénica experimentaron una pérdida de peso de alrededor de 100 g con respecto a su peso corporal basal (pérdida del 40% con respecto al peso basal).
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Aparte de la pérdida de peso, el nivel de glucosa en sangre de las ratas alimentadas con cetogénica fue significativamente menor en comparación con el grupo de dieta estándar (Figura 1). En esta etapa, el valor de glucosa en sangre fue de 57 ± 5,69 mg/dl, lo que sugiere una condición hipoglucémica del grupo de dieta cetogénica. Mientras tanto, el nivel de cetona en sangre se elevó marcadamente en el grupo cetogénico, aproximadamente 8 veces más alto que en las ratas estándar (7,97 ± 0,15 vs 0,34 ± 0,02 mmol/L).
(un)
(b)
(a)
(b)
3.2. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo Redujo Significativamente el pH Sanguíneo y Redujo el Nivel de Exceso de Base
El análisis de los valores de gas en sangre demuestra que la administración de la dieta cetogénica durante 60 días causa una alteración significativa en la homeostasis de los gases en sangre (Tabla 5). Se encontró que hubo una disminución muy significativa en el pH sanguíneo de las ratas después de 2 meses de tener una dieta cetogénica en comparación con las que se alimentaron con una dieta estándar (). La disminución del pH sanguíneo no se acompañó de cambios significativos en la presión de dióxido de carbono (pCO2), la presión de oxígeno (pO2), el dióxido de carbono total (TCO2) y la saturación de oxígeno de hemoglobina (SO2). Aunque el nivel de bicarbonato () en sangre del grupo cetogénico disminuyó de manera insignificante (19,74 ± 2,54 vs 22,75 ± 0,79 mmol / L), se encontró que el nivel de exceso de base del grupo fue significativamente menor en comparación con el grupo estándar ().
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3.3. La Dieta Cetogénica a Largo Plazo Induce Anemia en Ratas Macho
El resultado del análisis hematológico después de recibir dietas estándar y cetogénicas durante 60 días se presenta en la Tabla 6. El grupo cetogénico parece tener recuentos de glóbulos rojos ligeramente más bajos, hemoglobina y hematocrito significativamente más bajos, así como índices de volumen corpuscular medio (VCM) y hemoglobina corpuscular media (HCM) significativamente más pequeños. Estas anomalías hematológicas indican que las ratas alimentadas con la dieta cetogénica eran anémicas.
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3.4. La Dieta Cetogénica a largo Plazo No Altera Significativamente las Funciones del Hígado y los Riñones
Este estudio también midió el efecto de una dieta cetogénica a largo plazo en ratas sobre las funciones hepática y renal. El resultado se presenta en la Figura 2. A partir de los datos, se revela que los niveles de biomarcadores hepáticos, la alanina aminotransferasa (ALT) y la aspartato aminotransferasa (AST), no fueron significativamente diferentes entre los grupos estándar y cetogénicos. Sin embargo, al comparar la prueba de función renal, se encontró un ligero aumento de los niveles plasmáticos de creatinina y urea en el grupo cetogénico en comparación con el estándar, aunque la diferencia no fue estadísticamente significativa.
(un)
(b)
(c)
d)
(a)
(b)
(c)
d)
3.5. La Dieta Cetogénica a largo Plazo Aumenta la Peroxidación de lípidos y Reduce el Nivel de antioxidantes
El nivel de peroxidación de lípidos y actividad antioxidante podría ser un buen indicador para revelar el nivel de estrés oxidativo en el sistema. En este estudio, se encontró que la dieta cetogénica en ratas durante 60 días puede inducir un aumento en el nivel de malondialdehído (MDA) en el hígado y los riñones (Figura 3). El aumento del nivel de MDA en ambos órganos vitales fue muy significativo en el grupo cetogénico en comparación con el estándar (). El aumento del nivel de MDA en el grupo cetogénico se acompañó de un nivel reducido de superóxido dismutasa antioxidante (SOD), que fue 8 80% menor en comparación con el estándar ().
(un)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
4. Discusión
La dieta cetogénica ha ganado la atención del público desde que se introdujo por primera vez como terapia alternativa para la epilepsia farmacorresistente . Hoy en día, el uso de la dieta cetogénica se ha expandido más allá de la terapia epiléptica; de hecho, su uso en personas sanas se ha vuelto más popular, especialmente para aquellos que desean perder peso. Desafortunadamente, los beneficios de la dieta cetogénica pueden venir con efectos secundarios. Este estudio examinó los efectos a largo plazo de la dieta cetogénica en un modelo de rata macho saludable para obtener más información sobre las posibles complicaciones de este tipo de dieta.
Los alimentos estándar con su alto contenido de carbohidratos permiten que el cuerpo use la glucosa como fuente principal de energía. Cuando la ingesta de carbohidratos es más que suficiente para satisfacer las necesidades de ATP, el cuerpo convertirá fisiológicamente la glucosa en glucógeno como reservas de energía en los tejidos. El consumo de una dieta rica en carbohidratos también causará un aumento en la cantidad de grasa depositada en el tejido adiposo debajo de la piel o en la cavidad abdominal. Esta es la razón principal del aumento del peso corporal de las ratas alimentadas con una dieta estándar.
Por otro lado, las ratas tratadas con la dieta cetogénica tuvieron una pérdida de peso significativa como resultado de la cetosis inducida. La dieta cetogénica con una composición alta en grasas, baja en proteínas y baja en carbohidratos hace que el cuerpo dependa del proceso de gluconeogénesis, la formación de glucosa no carbohidratada, para producir energía . Cuando los ácidos grasos (contenido de grasa) se utilizan principalmente para producir energía, inducirá la formación de cuerpos cetónicos, como acetoacetato, beta-hidroxibutirato y acetona. La presencia de cetosis en el grupo cetogénico fue confirmada por un nivel significativamente más alto de cetona en sangre (∼8 mmol/L) y un nivel significativamente bajo de azúcar en sangre (<60 mg/dl). Aparte de la pérdida de peso, las ratas también experimentan una disminución del pH o acidosis, que ocurre como resultado del aumento del nivel de cetonas en la sangre . Los cuerpos cetónicos son ácidos; por lo tanto, un aumento en los cuerpos cetónicos en circulación puede inducir acidosis .
La anemia no es un efecto secundario infrecuente de las dietas altas en grasas. Este estudio también encontró índices hematológicos reducidos, como glóbulos rojos, hemoglobina, hematocrito, VCM y HCM en ratas alimentadas con dieta cetogénica durante 60 días. Los estudios en niños epilépticos han revelado que la dieta cetogénica es más propensa a causar anemia, que puede ocurrir debido a la restricción dietética, lo que conduce a la deficiencia de cobre . Sin embargo, esta complicación de la dieta cetogénica se puede manejar con suplementos de cobre.
En este estudio, la administración de dieta cetogénica en ratas durante 60 días no alteró significativamente la función hepática y renal. Sin embargo, la creatinina plasmática y la urea de las ratas alimentadas con cetogénica fueron algo más altas que las ratas alimentadas de forma estándar, lo que puede sugerir un efecto menor de la dieta cetogénica sobre la función renal. Este efecto podría ser más llamativo si se prolonga la duración de la administración de la dieta cetogénica.
Es interesante que, aunque la función hepática y renal no se alteraron significativamente, la actividad de peroxidación lipídica en ambos órganos aumentó significativamente. Esto fue indicado por un nivel significativamente más alto de MDA en los tejidos hepáticos y renales en ratas alimentadas con cetogénica en comparación con aquellas con una dieta estándar. El aumento de la actividad de la peroxidación lipídica podría desencadenarse por la elevación de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en los órganos y la incapacidad de la actividad enzimática antioxidante para proteger las membranas celulares del daño inducido por ROS. Este resultado podría surgir como una amenaza potencial para ambos órganos si la dieta se mantuviera más tiempo que el período investigado. En línea con esto, la concentración plasmática de superóxido dismutasa (SOD) se redujo significativamente en animales alimentados con cetogénica (), lo que sugiere la presencia de estrés oxidativo inducido por la dieta cetogénica a largo plazo en ratas.
La razón por la que una dieta cetogénica puede inducir estrés oxidativo se ha explicado en varios estudios. Se sabe que los cuerpos cetónicos estimulan las mitocondrias para producir más ATP en comparación con la glucosa . Sin embargo, el metabolismo de las grasas requiere procesos más complejos, como la reducción, oxidación, hidroxilación y conjugación, lo que puede elevar la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las células hepáticas . Si la liberación de ROS está en equilibrio con las actividades antioxidantes del cuerpo, se puede prevenir la aparición de estrés oxidativo. Por el contrario, si la formación de ROS ha excedido los niveles de antioxidantes, los radicales libres atacarán macromoléculas, como proteínas, polisacáridos, ADN y membranas celulares que contienen ácidos grasos poliinsaturados, lo que provocará daño celular . Este estudio muestra un aumento en los niveles hepáticos y renales de MDA, que se acompaña de una disminución en el SOD plasmático después de 60 días de consumo de dieta cetogénica. Esto podría implicar una precaución en el uso a largo plazo de la dieta cetogénica.
5. Conclusiones
A pesar de la pérdida de peso, el bajo nivel de azúcar en sangre y el alto nivel de cetonas en sangre, el consumo sostenible de la dieta cetogénica durante 60 días en ratas también provocó algunos efectos preocupantes, como acidosis metabólica, anemia y disminución del nivel de enzimas antioxidantes en plasma. Es interesante que, a pesar de un aumento significativo de la actividad de peroxidación lipídica en el hígado y el riñón, ambas funciones orgánicas se mantuvieron intactas, al menos durante el período investigado.
