a hosszú távú ketogén étrend metabolikus acidózist, vérszegénységet és oxidatív stresszt okoz egészséges Wistar patkányokban

absztrakt

háttér. A ketogén étrendet támogató terápiaként alkalmazták számos betegségben, beleértve az epilepsziát, a cukorbetegséget és a rákot. Objektív. A tanulmány célja A ketogén étrend hosszú távú fogyasztásának a vérgázra, hematológiai profilokra, szervfunkciókra és szuperoxid-diszmutáz szintre gyakorolt hatásainak vizsgálata patkánymodellben. Anyagok és módszerek. Tizenöt hím Wistar patkányt kontroll (n = 8) és ketogén (N = 7) csoportokra osztottak. A kontrollcsoport 52,20% szénhidrátot, 7,00% zsírt és 15,25% fehérjét tartalmazott, míg a ketogén csoport 5,66% szénhidrátot, 86,19% zsírt és 8,15% fehérjét tartalmazott. Minden patkányt külön-külön ketrecbe zártak, és 30 g standard vagy magas zsírtartalmú-alacsony szénhidráttartalmú pelletet kaptak. A kísérletet 60 napig végezték, mielőtt a vérmintákat vették és elemezték a vérgáz, a sejtszám, a szerv biomarkerek és a plazma antioxidáns szuperoxid-diszmutáz (sod) szintjét. Eredmények. A ketogén étrendnek alávetett patkányok jelentősen csökkentették a testsúlyt, a vércukorszintet és a vér ketonjainak növekedését (). A vér átlagos pH-ja 7,36 0,02, a bázisfelesleg pedig -5,57 2,39 mOsm/L volt, ami szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kontrolloké (). A hematológiai elemzés szignifikánsan alacsonyabb eritrocita, hemoglobin, hematokrit szintet mutatott. Az alanin-aminotranszferáz, az aszpartát-aminotranszferáz, a karbamid és a kreatinin szintje nem mutatott szignifikáns változást, ami normális máj-és vesefunkcióra utal. Mindazonáltal, plazma SOD szint jelentősen csökkent ketogén diéta. Következtetés. A hosszú távú ketogén étrend metabolikus acidózist, vérszegénységet és csökkent antioxidáns enzimszintet indukál patkányokban 60 napos magas zsírtartalmú-alacsony szénhidráttartalmú étrend után.

1. Bevezetés

a ketogén étrend olyan étrend, amely magas zsírkoncentrációból áll, közepes/alacsony fehérjetartalommal és nagyon alacsony szénhidráttartalommal. Ez a fajta étrend kiváltja a ketontestek magas termelését, amelyek a zsír lebontásából származnak, hogy energiát termeljenek . Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy a ketogén étrend számos betegség esetén terápiás előnyökkel jár. Kiegészítő terápiaként javasolták a policisztás ovárium szindróma, akne, rák és légzési distressz kezelésére . Antikonvulzív terápiaként is előnyös az epilepsziában szenvedő emberek rohamainak gyakoriságának csökkentése . A ketogén étrend segíthet a HbA1C szint csökkentésében a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedőknél, a bipoláris zavarban szenvedők hangulati stabilitásának fenntartásában és az elhízott betegek koleszterinszintjének csökkentésében .

egy klinikai vizsgálat kimutatta, hogy egy rövid távú ketogén étrend 14 napig növelheti a ketontestek koncentrációját a vérben, de javította a vér antioxidáns kapacitását is, ami hozzájárul az oxidatív stressz csökkentéséhez . Egy másik klinikai vizsgálat kimutatta, hogy a ketogén étrend 20 napig történő fogyasztása jelentősen csökkentette a szén-dioxid-lerakódásokat a szervezetben, ami klinikai előnyökkel járhat azoknál a betegeknél, akiknél a légzési elégtelenség miatt megnövekedett PaCO2 van .

népszerű használata ellenére néhány aggodalom merül fel azzal kapcsolatban, hogy a ketogén étrend hogyan befolyásolja az egész test rendszerét. Mivel a ketogén étrend a glükózt zsírral helyettesíti, mint fő energiaforrást, a test kénytelen aktiválni egy sor zsíranyagcsere-folyamatot, hogy energiát szerezzen . A zsíranyagcsere-folyamatok fő termékként acetil-koenzim A-t (acetil-CoA) képeznek, amely ezután belép a citromsavciklusba, és oxidálódik ATP előállítására . Az acetil-CoA, amely meghaladja az oxaloacetát rendelkezésre állását és / vagy a citromsavciklus aktivitását, a ketontestek (acetoacetát, Anavar-hidroxi-butirát és aceton) növekedéséhez vezet. Ezt a folyamatot ketogenezisnek nevezik . A ketogén étrendből képződő ketontestek savasak; ezért ezeknek a savaknak a vesén keresztül történő túlzott kiválasztása az alkáli tartalékok vagy a bikarbonát-ionok (HCO3 -) csökkenését okozhatja . Ennek eredményeként a ketogén étrend következménye csökkentette a vér pH-ját, ami ketoacidózishoz vezetett .

számos állatmodellt használtak arra, hogy megismerjék a magas zsírtartalmú étrend hatását a létfontosságú szervek, például a vesék és a máj működésére . A magas zsírtartalmú étrend nagyobb valószínűséggel váltja ki a mitokondriális kinonkészlet csökkenését, és a patkánymájban megnövekedett mitokondriális reaktív oxigénfajok (ROS) képződésével jár . Kimutatták, hogy a magas zsírtartalmú étrend megváltoztatja a vese lipid metabolizmusát egerekben, különösen a lipogenezis és a lipolízis egyensúlyát, ami a lipid felhalmozódásához vezet a vesékben, következésképpen veseműködési zavarhoz .

ahhoz, hogy átfogóbb adatokat kapjunk arról, hogy a ketogén étrend hogyan befolyásolhatja az egész test rendszerét, jelen tanulmány célja A ketogén étrend hosszú távú fogyasztásának a vérgáz profilokra, hematológiai paraméterekre, szervfunkciókra és antioxidáns szintre gyakorolt hatásainak vizsgálata patkánymodellben.

2. Anyagok és módszerek

2.1. A Standard és ketogén étrend elkészítése

a Standard ételeket egy gyártótól szereztük be rágcsálóknak szánt standard pelletként (ad2 Anavar, Indonézia), míg a ketogén ételeket laboratóriumunkban készítettük táplálkozási szakember bevonásával. A ketogén pelletek 30% tiszta zsírt és 70% kecskeszsírt tartalmaznak (1. táblázat), amely a nutrisurvey (nutrisurvey) szoftver alapján készült, hogy kiszámítsa a kalóriabevitelt és a makro-és mikrotápanyagok százalékos arányát gramm pelletenként. Az összes összetevőt cseppfolyósítottuk és kézi keverővel összekevertük, majd 24 órán át fagyasztottuk -20 kb C. a megszilárdult anyagot ezután porítottuk és pelletekké formáltuk. A standard és ketogén pelleteket ezután megvizsgálták zsír -, fehérje-és szénhidráttartalmuk szempontjából az Animal Food Chemistry laboratóriumában, az Universitas Hasanuddin Állattudományi Karán.

2.2. Kísérleti protokollok

200-330 g súlyú, 3-4 hónapos (n = 15) korú hím Wistar patkányokat a kísérlet megkezdése előtt 7 napig akklimatizáltuk a laboratóriumban. Ebben a szakaszban minden patkány standard pelletet és vizet kapott ad libitum. A patkányokat a laboratóriumi állatgondozási szabványnak megfelelően gondozták, és az összes állati protokollt az Universitas Hasanuddin Orvostudományi Kar Állatetikai Bizottsága hagyta jóvá. A patkányokat két csoportra osztottuk. Az első csoport (n = 8) standard étrendet kapott, míg a második csoport 60 napig ketogén étrendet kapott. A kifejlett patkányok életének ez a 60 napos időszaka egyenértékű az emberi élet 4 évével. Mindegyik patkányt külön-külön ketrecbe helyezték, és napi 30 g ételt kínáltak libitumként, és nem vetették alá kalóriakorlátozásnak. A fennmaradó ételt minden reggel lemértük, hogy rögzítsük az egyes patkányok kalóriabevitelét. A vérmintákat 60 napos kezelés után visszavonták, és előkészítették további elemzésre.

2.3. Vérgáz, hematológiai paraméterek, szerv biomarkerek és szuperoxid-diszmutáz szint elemzése

a vérgáz analízist patkány teljes vérén végeztük közvetlenül a vérvételt követően, az I-Stat (Abbott) analizátor alkalmazásával. A hematológiai elemzéshez vérmintákat vettünk egy EDTA-val ellátott bd 6 vacutainer segítségével, 20 percig centrifugálva, 3000 fordulat / perc sebességgel, mielőtt hematológiai analizátorral (termo Scientific) elemeztük volna. A szerv biomarkereit, mint például az alanin-aminotranszferázt (ALT), az aszpartát-aminotranszferázt (AST), a kreatinint és a karbamidot a humalyzer 3500 (humán globális diagnosztika) segítségével mértük a reagenskészletekre vonatkozó utasításoknak megfelelően (humán^). A plazma szuperoxid-diszmutáz (sod) szintjének mérésére a plazmát patkány SOD-ban az ELISA kit-re (Abbexa ons) vonatkozó utasítások alapján állítottuk elő, és az enzimhez kapcsolt immunszorbens assay (Elisa) olvasóval (Thermo Scientific ons) elemeztük.

2.4. A Lipid peroxidációs aktivitás elemzése a máj és a vese szöveteiben

a kísérlet végén patkányokat érzéstelenítettünk, eutanizáltunk és laparotómiát végeztünk. A patkányok máját és veséjét eltávolították, és azonnal folyékony nitrogénbe merítették. A szerveket 400 mg-mal megmérjük és homogenizáljuk, mielőtt 2 mL foszfát pufferoldatot adunk hozzá pH 7,4. Az elegyet 3000 fordulat / perc sebességgel 20 percig centrifugáljuk. A felülúszót (0,5 mL) 1 mL 1% – os tiobarbitursavval és 1 mL 1% – os triklór-ecetsavval elegyítettük, és 100 KB-ra hevítettük 20 percig. Az elegyet ezután 3000 fordulat / perc sebességgel 10 percig centrifugáltuk a maradék elválasztására. A szervi lipidperoxidációt malondialdehid (MDA) szintként mértük (6-530 nm) UV-VIS spektrofotométerrel (Agilent).

2.5. Statisztikai elemzés

a kapott adatokat az SPSS IBM 23 szoftver segítségével elemeztük. Az adatok eloszlását Kolmogorov-Smirnov segítségével vizsgáltuk annak meghatározására, hogy az adatok általában eloszlottak-e vagy sem. A normálisan elosztott adatokat ezt követően független t-teszt segítségével elemeztük,míg a normálisan nem elosztott adatokat a Mann-Whitney U teszt. Jelentős különbséget értek el, ha vagy nagyon jelentős különbséget, ha . Minden adatot átlagban mutattunk be.

3. Eredmények

3.1. A patkányok hosszú távú ketogén étrendje jelentős súlycsökkenést, csökkent vércukorszintet és megnövekedett vér ketonszintet okoz

a ketogén pellet élelmiszer-összetétele sokkal kevesebb szénhidrátot (5,66% vs 52,20%) és sokkal magasabb zsírtartalmat (86.19% vs 7,00%) a szokásos étrendhez képest (2.táblázat). A standard chow kalóriája 5,85 kCal/g, míg a ketogén pelleté 8,29 kCal / g. a patkányonkénti napi kalóriabevitel átlagát minden héten a 3.táblázat mutatja. Megállapítást nyert, hogy a standard csoport több mennyiségű ételt fogyasztott, mint a ketogén csoport; ezért mindkét csoport kalóriabevitele meglehetősen hasonló, annak ellenére, hogy az étel grammonkénti kalóriája eltér.

az étrend-összetétel különbsége szignifikánsan befolyásolta a testtömeget, a vércukorszintet és a vér ketonszintjét a hím patkányokban 60 napos bevitel után. A 4. táblázat bemutatja a ketogén étrend hatását a patkány testtömegére 60 nap után. Míg a szokásos étrenddel táplált összes patkány 2 hónap elteltével hízott (átlagosan 25% – os növekedés a kiindulási súlyhoz képest), a ketogénnel táplált patkányok körülbelül 100 g-os súlycsökkenést tapasztaltak a kiindulási testtömegükhöz képest (40% – os veszteség).

a testsúlycsökkenésen kívül a ketogén táplálékkal táplált patkányok vércukorszintje szignifikánsan alacsonyabb volt a standard étrendhez képest (1.ábra). Ebben a szakaszban a vércukor értéke 57 5,69 mg/dl volt, ami a ketogén étrendcsoport hipoglikémiás állapotára utal. Eközben a vér keton szintje jelentősen emelkedett a ketogén csoportban, körülbelül 8-szor magasabb, mint a standard patkányok (7,97 0,15 vs 0,34 0,02 mmol/l).

(a)

(b)

a)
b)

1. ábra

a normál és ketogén étrendet 60 napig fogyasztó patkányok vércukorszintje és vér-ketonja. A szimbólum a csoportok között igen jelentős különbséget () jelent.

3.2. A hosszú távú ketogén étrend jelentősen csökkentette a vér pH-ját és csökkentette a Bázisfelesleget

a vérgáz értékek elemzése azt mutatja, hogy a ketogén étrend 60 napig történő alkalmazása jelentősen megváltoztatja a vérgáz homeosztázisát (5.táblázat). Megállapították, hogy a patkányok vérének pH-ja nagyon jelentősen csökkent 2 hónapos ketogén étrend után, összehasonlítva a szokásos étrenddel tápláltakkal (). A vér pH-értékének csökkenését nem kísérte jelentős változás a szén-dioxid nyomásában (pCO2), az oxigénnyomásban (pO2), a teljes szén-dioxidban (TCO2) és a hemoglobin oxigéntelítettségében (SO2). Bár a ketogén csoport vér-bikarbonát () szintje jelentéktelen mértékben csökkent (19,74 ~ 2,54 vs.22,75 ~ 0,79 mmol/L), azt találtuk, hogy a csoport alapfeleslege szignifikánsan alacsonyabb volt a standard csoporthoz képest ().

3.3. A hosszú távú ketogén étrend vérszegénységet okoz hím patkányokban

a hematológiai elemzés eredményét a standard és ketogén étrend 60 napig történő bevétele után a 6.táblázat mutatja be. Úgy tűnik, hogy a ketogén csoport valamivel alacsonyabb vörösvérsejtszámmal (RBC), szignifikánsan alacsonyabb hemoglobinnal és hematokritmal, valamint szignifikánsan kisebb átlagos corpuscularis térfogattal (MCV) és átlagos corpuscularis hemoglobin (MCH) indexekkel rendelkezik. Ezek a hematológiai rendellenességek azt mutatják, hogy a ketogén étrenddel táplált patkányok vérszegények voltak.

3.4. A hosszú távú ketogén étrend nem változtatja meg szignifikánsan a máj-és vesefunkciókat

ez a vizsgálat patkányoknál a hosszú távú ketogén étrendnek a máj-és vesefunkciókra gyakorolt hatását is mérte. Az eredményt a 2. ábra mutatja be. Az adatokból kiderült, hogy a máj biomarkerek, az alanin-aminotranszferáz (ALT) és az aszpartát-aminotranszferáz (AST) szintje nem különbözött szignifikánsan a standard és a ketogén csoportok között. A vesefunkciós teszt összehasonlításakor azonban a plazma kreatinin-és karbamidszintjének enyhe emelkedését találták a ketogén csoportban a standardhoz képest, bár a különbség statisztikailag nem volt szignifikáns.

(a)

(b)

(c)

(d)

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

2. ábra

az aszpartát-aminotranszferáz (a), az alanin-aminotranszferáz (b), a plazma kreatinin (c) és a plazma karbamid (d) szintje 60 napig standard és ketogén étrendet fogyasztó patkányokban.

3.5. A hosszú távú ketogén étrend növeli a Lipid peroxidációt és csökkenti az antioxidáns szintet

a lipid peroxidáció és az antioxidáns aktivitás szintje jó indikátor lehet az oxidatív stressz szintjének feltárására a rendszerben. Ebben a vizsgálatban azt találták, hogy a ketogén étrend patkányokban 60 napig növelheti a malondialdehid (MDA) szintjét a májban és a vesében (3.ábra). Az MDA szint növekedése mindkét létfontosságú szervben nagyon jelentős volt a ketogén csoportban a standardhoz képest (). Az MDA szint emelkedését a ketogén csoportban az antioxidáns szuperoxid-diszmutáz (SOD) csökkent szintje kísérte, amely 80% – kal alacsonyabb volt a standardhoz képest ().

(a)

(b)

(c)

a)
b)
c)

3. ábra

a máj malondialdehid (a), vese malondialdehid (b) és plazma szuperoxid-diszmutáz (c) szintje standard és ketogén táplálékú patkányokban. A szimbólum a csoportok között igen jelentős különbséget () jelent.

4. Vita

a ketogén étrend a közvélemény figyelmét felkeltette, mivel először a farmakorezisztens epilepszia alternatív terápiájaként vezették be . Napjainkban a ketogén étrend alkalmazása az epilepsziás terápián túl is kiterjedt; sőt, egészséges egyénekben való alkalmazása egyre népszerűbb, különösen azok számára, akik fogyni akarnak. Sajnos a ketogén étrend előnyei mellékhatásokkal járhatnak. Ez a tanulmány megvizsgálta a ketogén étrend hosszú távú hatásait egy egészséges hím patkánymodellben, hogy több információt szerezzen az ilyen típusú étrend lehetséges szövődményeiről.

a magas szénhidráttartalmú Standard élelmiszer lehetővé teszi a szervezet számára, hogy a glükózt fő energiaforrásként használja. Ha a szénhidrátbevitel több mint elegendő az ATP igényeinek kielégítéséhez, a test fiziológiailag átalakítja a glükózt glikogénné, mint a szövetek energiatárolói. A szénhidrátban gazdag étrend fogyasztása növeli a zsírszövetben a bőr alatt vagy a hasüregben lerakódott zsír mennyiségét is. Ez a fő oka a szokásos étrenddel táplált patkányok testtömegének növekedésének.

másrészt a ketogén étrenddel kezelt patkányok jelentős súlycsökkenést mutattak az indukált ketózis következtében. A ketogén étrend magas zsírtartalommal, alacsony fehérjetartalmú, alacsony szénhidrát összetételű teszi, hogy a szervezet függ a folyamat a glükoneogenezis, a nem szénhidrát glükóz képződését, hogy energiát. Amikor a zsírsavakat (zsírtartalmat) főleg energiatermelésre használják, ketontestek képződését indukálja, mint például az acetoacetát, a béta-hidroxi-butirát és az aceton. A ketózis jelenlétét a ketogén csoportban szignifikánsan magasabb vér ketonszint (8 mmol/l) és szignifikánsan alacsony vércukorszint (<60 mg/dl) igazolta. A testsúlycsökkenésen kívül a patkányok a pH vagy az acidózis csökkenését is tapasztalják, ami a vér ketonszintjének emelkedése következtében jelentkezik . A ketontestek savasak; így a keringésben lévő ketontestek növekedése acidózist válthat ki .

a vérszegénység nem ritka a magas zsírtartalmú étrend mellékhatásai. Ez a tanulmány csökkentette a hematológiai indexeket is, mint például az RBC, a hemoglobin, a hematokrit, az MCV és az MCH ketogén étrenddel táplált patkányokban 60 napig. Az epilepsziás gyermekeken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a ketogén étrend nagyobb valószínűséggel okoz vérszegénységet, amely az étrend korlátozása miatt fordulhat elő, ami rézhiányhoz vezet . A ketogén étrend ezen komplikációja azonban rézpótlással kezelhető.

ebben a vizsgálatban patkányok ketogén étrendjének 60 napig történő alkalmazása nem változtatta meg szignifikánsan a máj-és vesefunkciót. Mindazonáltal a ketogén táplálékkal táplált patkányok plazma kreatinin-és karbamidszintje valamivel magasabb volt, mint a standard táplálékkal táplált patkányoké, ami arra utalhat, hogy a ketogén étrend kismértékben befolyásolja a vesefunkciót. Ez a hatás szembetűnőbb lehet, ha a ketogén étrend beadásának időtartama meghosszabbodik.

érdekes, hogy bár a máj és a vesefunkció nem változott jelentősen, a lipid peroxidációs aktivitás mindkét szervben jelentősen megnőtt. Ezt a máj és a vese szöveteinek szignifikánsan magasabb MDA-szintje jelezte ketogén táplálékkal táplált patkányokban, mint a szokásos étrendben. A lipidperoxidáció fokozott aktivitását kiválthatja a reaktív oxigénfajok (ROS) emelkedése a szervekben, valamint az antioxidáns enzimaktivitás képtelensége, hogy megvédje a sejtmembránokat a Ros által kiváltott károsodástól. Ez az eredmény potenciális veszélyt jelenthet mindkét szervre, ha az étrendet hosszabb ideig tartják fenn, mint a vizsgált időszak. Ezzel összhangban a szuperoxid-diszmutáz (sod) plazmakoncentrációja jelentősen csökkent a ketogénnel táplált állatokban (), ami patkányokban a hosszú távú ketogén étrend által kiváltott oxidatív stressz jelenlétére utal.

a ketogén étrend oxidatív stresszt okozhat számos tanulmányban. A ketontestekről ismert, hogy stimulálják a mitokondriumokat, hogy több ATP-t termeljenek a glükózhoz képest . A zsíranyagcsere azonban összetettebb folyamatokat igényel, mint például redukció, oxidáció, hidroxilezés és konjugáció, ami növelheti a reaktív oxigénfajok (ROS) termelését a májsejtekben . Ha a ROS felszabadulása egyensúlyban van a szervezet antioxidáns aktivitásával, megelőzhető az oxidatív stressz előfordulása. Ezzel szemben, ha a ROS képződés meghaladja az antioxidáns szintet, a szabad gyökök megtámadják a makromolekulákat, például a fehérjéket, a poliszacharidokat, a DNS-t és a többszörösen telítetlen zsírsavakat tartalmazó sejtmembránokat, ami sejtkárosodáshoz vezet . Ez a tanulmány a máj és a vese MDA szintjének növekedését mutatja, amelyet a plazma SOD csökkenése kísér a ketogén étrend 60 napos fogyasztása után. Ez elővigyázatosságot vonhat maga után a ketogén étrend hosszú távú alkalmazásával kapcsolatban.

5. Következtetések

annak ellenére, hogy a fogyás, az alacsony vércukorszint, és a magas vér keton, fenntartható fogyasztása keto diéta 60 napig patkányokban is indított néhány vonatkozó hatások, mint a metabolikus acidózis, vérszegénység, és csökkenő plazma antioxidáns enzim szintje. Érdekes, hogy bár a máj és a vese lipidperoxidációs aktivitása jelentősen megnőtt, mindkét szervfunkció érintetlen maradt, legalábbis a vizsgált időszakban.

Adatok Rendelkezésre Állása