Un Régime Cétogène à Long Terme Induit une Acidose Métabolique, une Anémie et un Stress oxydatif chez des Rats Wistar en bonne santé

Résumé

Contexte. Le régime cétogène a été utilisé comme thérapie de soutien dans une gamme de conditions, y compris l’épilepsie, le diabète sucré et le cancer. Objectif. Cette étude visait à étudier les effets de la consommation à long terme de régime cétogène sur les gaz sanguins, les profils hématologiques, les fonctions des organes et le taux de superoxyde dismutase dans un modèle de rat. Matériaux et méthodes. Quinze rats Wistar mâles ont été divisés en groupes témoins (n = 8) et cétogènes (n= 7). Les témoins ont reçu un régime standard contenant 52,20% de glucides, 7,00% de matières grasses et 15,25% de protéines; pendant ce temps, le groupe cétogène a reçu un régime riche en lipides et faible en glucides contenant 5,66% de glucides, 86,19% de matières grasses et 8,15% de protéines. Tous les rats ont été mis en cage individuellement et ont reçu 30 g de granulés standard ou riches en graisses et faibles en glucides. L’expérience a été réalisée pendant 60 jours avant que les échantillons sanguins ne soient prélevés et analysés pour obtenir les gaz sanguins, le nombre de cellules, les biomarqueurs d’organes et les taux plasmatiques de superoxyde dismutase antioxydante (SOD). Résultat. Les rats soumis à un régime cétogène ont connu une diminution marquée du poids corporel, de la glycémie et une augmentation des cétones sanguines (). Le pH sanguin moyen était de 7,36 ± 0,02 et l’excès de base était de -5,57 ± 2,39 mOsm /L, ce qui était nettement inférieur à celui des témoins (). L’analyse hématologique a montré des taux d’érythrocytes, d’hémoglobine et d’hématocrite significativement plus bas. Aucun changement significatif n’a été constaté dans les taux d’alanine aminotransférase, d’aspartate aminotransférase, d’urée et de créatinine, indiquant des fonctions hépatiques et rénales normales. Néanmoins, le niveau de gazon plasmatique a considérablement diminué avec un régime cétogène. Conclusion. Un régime cétogène à long terme induit une acidose métabolique, une anémie et une réduction du niveau d’enzymes antioxydantes chez les rats après 60 jours de consommation d’un régime riche en graisses et pauvre en glucides.

1. Introduction

Le régime cétogène est un régime alimentaire qui consiste en une forte concentration de matières grasses, avec une teneur modérée / faible en protéines et une très faible teneur en glucides. Ce type de régime déclenche une production élevée de corps cétoniques dérivés de la dégradation des graisses pour produire de l’énergie. Certaines études montrent que le régime cétogène a des avantages thérapeutiques dans une gamme de maladies. Il a été recommandé comme traitement supplémentaire pour le syndrome des ovaires polykystiques, l’acné, le cancer et la détresse respiratoire. Il est également bénéfique en tant que traitement anticonvulsivant pour réduire la fréquence des crises chez les personnes épileptiques. Un régime cétogène peut également aider à réduire les taux d’HbA1c chez les personnes atteintes de diabète de type 2, à maintenir la stabilité de l’humeur chez les personnes atteintes de trouble bipolaire et à réduire le taux de cholestérol chez les patients obèses.

Une étude clinique a démontré qu’un régime cétogène à court terme pendant 14 jours pouvait augmenter la concentration de corps cétoniques dans le sang, mais il améliorait également la capacité antioxydante du sang qui contribue à réduire le stress oxydatif. Un autre essai clinique a montré que la consommation d’un régime cétogène pendant 20 jours réduisait considérablement les dépôts de dioxyde de carbone dans le corps, ce qui peut apporter des avantages cliniques chez les patients présentant une augmentation de la PaCO2 en raison d’une insuffisance respiratoire.

Malgré son utilisation populaire, certaines préoccupations se posent quant à la façon dont le régime cétogène affectera le système du corps entier. Étant donné que le régime cétogène remplace le glucose par les graisses comme principale source d’énergie, le corps est obligé d’activer une série de processus métaboliques des graisses pour acquérir de l’énergie. Les processus métaboliques des graisses forment l’acétylcoenzyme A (acétyl-CoA) comme produit principal, qui entre ensuite dans le cycle de l’acide citrique et est oxydé pour produire de l’ATP. L’acétyl-CoA qui dépasse la disponibilité de l’oxaloacétate et / ou l’activité du cycle de l’acide citrique entraîne une augmentation des corps cétoniques (acétoacétate, β-hydroxybutyrate et acétone). Ce processus est appelé cétogenèse. Les corps cétoniques formés à partir de régimes cétogènes sont acides; par conséquent, une excrétion excessive de ces acides par les reins peut entraîner une diminution des réserves alcalines ou des ions bicarbonate (HCO3-). En conséquence, l’implication du régime cétogène a réduit le pH sanguin, entraînant une acidocétose.

Plusieurs modèles animaux ont été utilisés pour en apprendre davantage sur l’effet d’un régime riche en graisses sur la fonction des organes vitaux, tels que les reins et le foie. Un régime riche en graisses est plus susceptible de déclencher une réduction du pool de quinones mitochondriales et est associé à une augmentation de la formation d’espèces réactives mitochondriales de l’oxygène (ROS) dans le foie du rat. Il a été démontré qu’un régime riche en graisses induit une altération du métabolisme des lipides rénaux chez la souris, en particulier l’équilibre entre la lipogenèse et la lipolyse, conduisant à l’accumulation de lipides dans les reins et, par conséquent, à un dysfonctionnement rénal.

Pour obtenir des données plus complètes sur la façon dont le régime cétogène peut affecter le système corporel entier, la présente étude visait à étudier les effets de la consommation à long terme de régime cétogène sur les profils de gaz sanguins, les paramètres hématologiques, les fonctions des organes et le niveau d’antioxydants dans un modèle de rat.

2. Matériaux et méthodes

2.1. Préparation d’un Régime Standard et Cétogène

Les aliments standard ont été obtenus auprès d’un fabricant sous forme de granulés standard pour rongeurs (AD2®, Indonésie), tandis que les aliments cétogènes ont été préparés dans notre laboratoire en impliquant un nutritionniste. Les granulés cétogènes contiennent 30% de graisse non pure mélangée à 70% de graisse de chèvre (tableau 1), qui est formulé sur la base du logiciel NutriSurvey® pour calculer l’apport calorique et le pourcentage de macro et micronutriments par granule de gramme. Tous les ingrédients ont été liquéfiés et mélangés à l’aide d’un mélangeur à main puis congelés pendant 24 heures à la température de -20 ° C. Le matériau solidifié a ensuite été pulvérisé et moulé en pastilles. Les granulés standard et cétogènes ont ensuite été examinés pour leur teneur en graisses, protéines et glucides au Laboratoire de Chimie des aliments pour animaux, Faculté des Sciences animales, Universitas Hasanuddin.

2.2. Protocoles expérimentaux

Des rats Wistar mâles pesant 200-330 g âgés de 3-4 mois (n = 15) ont été acclimatés pendant 7 jours en laboratoire avant de commencer l’expérience. À ce stade, tous les rats ont reçu des granulés standard et de l’eau ad libitum. Les rats ont été soignés selon la norme pour les soins aux animaux de laboratoire, et tous les protocoles animaux ont été approuvés par le Comité d’éthique animale de la Faculté de médecine, Universitas Hasanuddin. Les rats ont été divisés en deux groupes. Le premier groupe (n = 8) a reçu un régime standard, tandis que le deuxième groupe a reçu le régime cétogène pendant 60 jours. Cette période de 60 jours de vie de rat adulte équivaut à44 ans de vie humaine. Chaque rat a été mis en cage individuellement et a offert 30 g de nourriture par jour ad libitum et n’a pas été soumis à une restriction calorique. La nourriture restante était pesée tous les matins pour enregistrer l’apport calorique de chaque rat. Les échantillons de sang ont été prélevés après 60 jours de traitements et préparés pour une analyse plus approfondie.

2.3. Analyse des gaz sanguins, des Paramètres hématologiques, des Biomarqueurs organiques et du taux de superoxyde Dismutase

L’analyse des gaz sanguins a été réalisée sur du sang total de rat immédiatement après le prélèvement sanguin à l’aide de l’analyseur i-Stat® (Abbott®). Pour l’analyse hématologique, des échantillons de sang ont été prélevés à l’aide d’un vacutaineur BD® avec EDTA, centrifugés pendant 20 min à la vitesse de 3000 tr/min avant d’être analysés à l’aide d’un analyseur d’hématologie (Thermo Scientific®). Les biomarqueurs d’organes, tels que l’alanine aminotransférase (ALT), l’aspartate aminotransférase (AST), la créatinine et l’urée ont été mesurés à l’aide d’Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic®) selon les instructions sur les kits de réactifs (Human®). Pour mesurer le taux de superoxyde dismutase plasmatique (SOD), le plasma a été préparé sur la base des instructions du kit ELISA SOD for Rat (Abbexa®) et analysé avec le lecteur ELISA (Thermo Scientific®).

2.4. Analyse de l’activité de peroxydation lipidique dans les tissus hépatiques et rénaux

À la fin de l’expérience, des rats ont été anesthésiés, euthanasiés et une laparotomie a été réalisée. Le foie et les reins des rats ont été prélevés et immédiatement immergés dans de l’azote liquide. Les organes ont été pesés 400 mg et homogénéisés avant d’ajouter 2 mL de solution tampon phosphate pH 7,4. Le mélange est centrifugé à 3000 tr/min pendant 20 minutes. Le surnageant (0,5 mL) est mélangé avec 1 mL d’acide thiobarbiturique à 1% et 1 mL d’acide trichloroacétique à 1% et chauffé à 100°C pendant 20 minutes. Le mélange est ensuite centrifugé à 3000 tr/min pendant 10 minutes pour séparer le résidu. La peroxydation des lipides organiques a été mesurée sous forme de taux de malondialdéhyde (MDA) (λ = 530 nm) à l’aide d’un spectrophotomètre UV-VIS (Agilent®).

2.5. Analyse statistique

Les données obtenues ont été analysées à l’aide du logiciel SPSS IBM 23. La distribution des données a été examinée à l’aide de Kolmogorov–Smirnov pour déterminer si les données étaient normalement distribuées ou non. Les données qui étaient normalement distribuées ont ensuite été analysées à l’aide d’un test t indépendant, tandis que les données qui n’étaient pas normalement distribuées ont été analysées à l’aide du test U de Mann-Whitney. Une différence significative a été atteinte si ou une différence très significative si. Toutes les données ont été présentées en moyenne ± SEM.

3. Résultats

3.1. Un régime Cétogène à long terme sur des Rats Entraîne Une Perte de poids Significative, une glycémie Réduite et une Augmentation des Taux de cétone dans le Sang

La composition alimentaire du culot cétogène contient beaucoup moins de glucides (5,66% vs 52,20%) et une teneur en matières grasses beaucoup plus élevée (86.19% vs 7,00%) par rapport au régime alimentaire standard (tableau 2). La calorie de la chow standard est de 5,85 kCal / g, tandis que celle du culot cétogène est de 8,29 kCal / g. La moyenne de l’apport calorique quotidien par rat chaque semaine est représentée dans le tableau 3. On constate que le groupe standard a consommé plus de nourriture que le groupe cétogène; par conséquent, les apports caloriques des deux groupes sont assez similaires malgré la différence de calories par gramme d’aliment.

Il a été constaté que la différence dans la composition de l’alimentation affectait de manière significative le poids corporel, la glycémie et les taux de cétone dans le sang chez les rats mâles après une prise de 60 jours. Le tableau 4 montre l’impact du régime cétogène sur le poids corporel du rat après 60 jours. Alors que tous les rats nourris avec un régime alimentaire standard ont pris du poids après 2 mois (en moyenne une augmentation de 25% par rapport au poids de base), les rats nourris avec un régime cétogène ont perdu environ 100 g par rapport à leur poids corporel de base (perte de 40%).

Outre la perte de poids, le taux de glucose dans le sang des rats nourris avec des cétogènes était significativement plus faible que celui du groupe de régime standard (figure 1). À ce stade, la valeur de la glycémie était de 57 ± 5,69 mg / dl, suggérant une condition hypoglycémique du groupe de régime cétogène. Pendant ce temps, le taux de cétone sanguine est nettement élevé dans le groupe cétogène, environ 8 fois plus élevé que les rats standard (7,97 ± 0,15 vs 0,34 ± 0,02 mmol / L).

(a)

(d)

(a)
(b)

Figure 1

Le taux de glucose sanguin et de cétone sanguine des rats consommant un régime standard et cétogène pendant 60 jours. Le symbole ∗∗ implique une différence très significative () entre les groupes.

3.2. Le régime cétogène à Long terme A considérablement réduit le pH sanguin et Réduit l’excès de base

L’analyse des valeurs des gaz sanguins montre que l’administration du régime cétogène pendant 60 jours entraîne une altération significative de l’homéostasie des gaz sanguins (tableau 5). Il a été constaté une diminution très significative du pH sanguin des rats après 2 mois de régime cétogène par rapport à ceux nourris avec un régime standard (). La diminution du pH sanguin ne s’est pas accompagnée de changements significatifs de la pression de dioxyde de carbone (pCO2), de la pression d’oxygène (pO2), du dioxyde de carbone total (TCO2) et de la saturation en oxygène de l’hémoglobine (SO2). Bien que le taux sanguin de bicarbonate () du groupe cétogène ait diminué de manière insignifiante (19,74 ± 2,54 vs 22,75 ± 0,79 mmol / L), il a été constaté que l’excès de base du groupe était significativement plus faible par rapport au groupe standard ().

3.3. Le régime cétogène à long terme Induit une anémie chez les rats mâles

Le résultat de l’analyse hématologique après avoir reçu des régimes standard et cétogènes pendant 60 jours est présenté dans le tableau 6. Le groupe cétogène semble avoir un nombre de globules rouges (RBC) légèrement inférieur, une hémoglobine et un hématocrite significativement inférieurs, ainsi que des indices de volume corpusculaire moyen (MCV) et d’hémoglobine corpusculaire moyenne (MCH) significativement plus petits. Ces anomalies hématologiques indiquent que les rats nourris avec le régime cétogène étaient anémiques.

3.4. Le régime cétogène à long terme Ne modifie Pas de manière significative les fonctions du foie et des reins

Cette étude a également mesuré l’effet d’un régime cétogène à long terme chez le rat sur les fonctions hépatiques et rénales. Le résultat est présenté à la figure 2. D’après les données, il est révélé que les niveaux de biomarqueurs hépatiques, l’alanine aminotransférase (ALT) et l’aspartate aminotransférase (AST), n’étaient pas significativement différents entre les groupes standard et cétogènes. Cependant, en comparant le test de la fonction rénale, une légère augmentation des taux plasmatiques de créatinine et d’urée a été constatée dans le groupe cétogène par rapport à la norme, bien que la différence ne soit pas statistiquement significative.

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Figure 2

Le taux d’aspartate aminotransférase (a), d’alanine aminotransférase (b), de créatinine plasmatique (c) et d’urée plasmatique (d) chez les rats consommant un régime standard et cétogène pendant 60 jours.

3.5. Un régime cétogène à long terme Augmente la peroxydation lipidique et Réduit le Niveau d’antioxydant

Le niveau de peroxydation lipidique et d’activité antioxydante pourrait être un bon indicateur pour révéler le niveau de stress oxydatif dans le système. Dans cette étude, il a été constaté que le régime cétogène chez les rats pendant 60 jours peut induire une augmentation du taux de malondialdéhyde (MDA) dans le foie et les reins (figure 3). L’augmentation du taux de MDA dans les deux organes vitaux était très significative dans le groupe cétogène par rapport à la norme (). L’augmentation du taux de MDA dans le groupe cétogène s’est accompagnée d’une diminution du taux de superoxyde dismutase antioxydante (SOD), qui était inférieur de880% à celui de la norme ().

(a)

(d)

(c)

(a)
(b)
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Figure 3

Le taux de malondialdéhyde hépatique (a), de malondialdéhyde rénal (b) et de superoxyde dismutase plasmatique (c) chez des rats standard et nourris avec des cétogènes. Le symbole ∗∗ implique une différence très significative () entre les groupes.

4. Discussion

Le régime cétogène a attiré l’attention du public depuis son introduction comme traitement alternatif de l’épilepsie pharmacorésistante. De nos jours, l’utilisation du régime cétogène s’est étendue au-delà de la thérapie épileptique; en effet, son utilisation chez des personnes en bonne santé est devenue plus populaire, en particulier pour ceux qui souhaitent perdre du poids. Malheureusement, les avantages du régime cétogène peuvent avoir des effets secondaires. Cette étude a examiné les effets à long terme du régime cétogène chez un modèle de rat mâle en bonne santé pour obtenir plus d’informations sur les complications potentielles de ce type de régime.

La nourriture standard avec sa teneur élevée en glucides permet au corps d’utiliser le glucose comme principale source d’énergie. Lorsque l’apport en glucides est plus que suffisant pour répondre aux besoins en ATP, le corps convertit physiologiquement le glucose en glycogène sous forme de réserves d’énergie dans les tissus. La consommation d’un régime riche en glucides entraînera également une augmentation de la quantité de graisse déposée dans le tissu adipeux sous la peau ou dans la cavité abdominale. C’est la principale raison de l’augmentation du poids corporel des rats nourris avec un régime standard.

D’autre part, les rats traités avec le régime cétogène ont eu une perte de poids significative à la suite de la cétose induite. Régime cétogène avec une teneur élevée en matières grasses, une faible teneur en protéines et une faible composition en glucides rend le corps dépendant du processus de gluconéogenèse, la formation de glucose non carbohydraté, pour produire de l’énergie. Lorsque les acides gras (teneur en matières grasses) sont principalement utilisés pour produire de l’énergie, ils induisent la formation de corps cétoniques, tels que l’acétoacétate, le bêta-hydroxybutyrate et l’acétone. La présence de cétose dans le groupe cétogène a été confirmée par un taux significativement plus élevé de cétone dans le sang (∼ 8 mmol / L) et un taux de sucre dans le sang significativement bas (< 60 mg / dl). Outre la perte de poids, les rats subissent également une diminution du pH ou une acidose, qui se produit à la suite d’une augmentation du taux de cétone dans le sang. Les corps cétoniques sont acides; ainsi, une augmentation des corps cétoniques en circulation peut induire une acidose.

L’anémie n’est pas des effets secondaires rares des régimes riches en graisses. Cette étude a également révélé des indices hématologiques réduits, tels que le RBC, l’hémoglobine, l’hématocrite, le MCV et le MCH chez des rats nourris avec un régime cétogène pendant 60 jours. Des études sur des enfants épileptiques ont révélé que le régime cétogène est plus susceptible de provoquer une anémie, qui peut survenir en raison d’une restriction alimentaire, entraînant une carence en cuivre. Cependant, cette complication du régime cétogène peut être gérée avec une supplémentation en cuivre.

Dans cette étude, l’administration d’un régime cétogène chez des rats pendant 60 jours n’a pas modifié de manière significative la fonction hépatique et rénale. Néanmoins, la créatinine plasmatique et l’urée des rats nourris à l’alimentation cétogène étaient légèrement supérieures à celles des rats nourris à l’alimentation standard, ce qui peut suggérer un effet mineur du régime cétogène sur la fonction rénale. Cet effet pourrait être plus frappant si la durée de l’administration du régime cétogène est prolongée.

Il est intéressant de noter que bien que la fonction hépatique et rénale n’ait pas été significativement altérée, l’activité de peroxydation lipidique dans les deux organes a considérablement augmenté. Ceci a été indiqué par un taux significativement plus élevé de MDA dans les tissus hépatiques et rénaux chez les rats nourris à l’alimentation cétogène par rapport à ceux ayant un régime alimentaire standard. Une activité accrue de la peroxydation lipidique pourrait être déclenchée par l’élévation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les organes et l’incapacité de l’activité enzymatique antioxydante à protéger les membranes cellulaires des dommages induits par les ROS. Ce résultat pourrait apparaître comme une menace potentielle pour les deux organes si le régime alimentaire était maintenu plus longtemps que la période étudiée. Dans ce contexte, la concentration plasmatique de superoxyde dismutase (SOD) a considérablement diminué chez les animaux nourris avec des cétogènes (), suggérant la présence d’un stress oxydatif induit par un régime cétogène à long terme chez les rats.

La raison pour laquelle un régime cétogène peut induire un stress oxydatif a été expliquée dans plusieurs études. Les corps cétoniques sont connus pour stimuler les mitochondries à produire plus d’ATP par rapport au glucose. Cependant, le métabolisme des graisses nécessite des processus plus complexes, tels que la réduction, l’oxydation, l’hydroxylation et la conjugaison, qui peuvent augmenter la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules hépatiques. Si la libération de ROS est en équilibre avec les activités antioxydantes du corps, l’apparition d’un stress oxydatif peut être évitée. En revanche, si la formation de ROS a dépassé les niveaux d’antioxydants, les radicaux libres attaqueront les macromolécules, telles que les protéines, les polysaccharides, l’ADN et les membranes cellulaires contenant des acides gras polyinsaturés, entraînant des dommages cellulaires. Cette étude montre une augmentation des taux de MDA hépatique et rénale, qui s’accompagne d’une diminution de la SOD plasmatique après une consommation de 60 jours de régime cétogène. Cela pourrait impliquer une précaution sur l’utilisation à long terme du régime cétogène.

5. Conclusions

Malgré la perte de poids, l’hypoglycémie et l’hypoglycémie, la consommation durable d’un régime céto pendant 60 jours chez le rat a également provoqué des effets préoccupants tels que l’acidose métabolique, l’anémie et la diminution du taux d’enzymes antioxydantes plasmatiques. Il est intéressant de noter que malgré une augmentation significative de l’activité de peroxydation lipidique sur le foie et les reins, les deux fonctions organiques sont restées intactes, au moins pendant la période étudiée.

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