長期ケトン食は、健康なWistarラットにおける代謝性アシドーシス、貧血、および酸化ストレスを誘導する

概要

背景。 Ketogenic食事療法は癲癇、糖尿病および癌を含む条件の範囲で支える療法として使用されました。 目的だ ラットモデルにおける血液ガス，血液学的プロファイル，臓器機能，およびスーパーオキシドジスムターゼレベルに対するケトン生成食の長期消費の影響を調べた。 材料および方法。 フィフティーン雄Wistarラットは、コントロール（n=8）とケトン原性（n=7）グループに分かれていた。 対照は、標準食には炭水化物52.20％、脂肪7.00％、タンパク質15.25％が含まれていたが、一方、ケトン生成群は、炭水化物5.66％、脂肪86.19％、タンパク質8.15％が含まれていた高脂肪-低炭水化物食を受けた。 すべてのラットを個別にケージし、標準または高脂肪-低炭水化物ペレットのいずれかの30gを受けた。 実験は、血液サンプルを採取し、血液ガス、細胞数、臓器バイオマーカー、および血漿抗酸化スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）レベルを得るために分析した前に60日間行 結果。 ケトン食を受けたラットは、体重、血糖、および血中ケトンの増加（）の著しい減少を経験した。 平均血液pHは7.36±0.02であり、塩基過剰は-5.57±2.39mOsm/Lであり、これは対照（）よりも有意に低かった。 血液学的分析では，赤血球，ヘモグロビン，ヘマトクリットレベルが有意に低かった。 アラニンアミノトランスフェラーゼ，アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ，尿素，クレアチニンレベルに有意な変化は認められず，正常な肝臓および腎臓機能を示した。 それにもかかわらず，血しょうＳＯＤレベルはケトン生成食で有意に減少した。 結論。 長期ketogenic食事療法は消費の高脂肪低炭水化物の食事療法の60日に続くラットの新陳代謝のアシドーシス、貧血症および減らされた酸化防止酵素のレベ

1. はじめに

ケトン食は、高濃度の脂肪で構成され、中程度/低タンパク質で非常に低い炭水化物含有量で構成される食品レジメンです。 このタイプの食事療法はエネルギーを作り出すために脂肪の故障から得られるケトンボディの高い生産を誘発します。 ある調査はketogenic食事療法に病気の範囲で治療上の利点があることを示します。 それはpolycystic卵巣シンドローム、アクネ、癌および呼吸の苦脳のための補足療法として推薦されました。 てんかんを持つ人々の発作の頻度を減らすために抗けいれん療法としても有益です。 Ketogenic食事療法はまた双極性障害の人々のための気分の安定性を維持し、肥満の患者のコレステロール値を減らすタイプ2の糖尿病を持つ人々のHba1cのレベ

ある臨床研究では、14日間の短期ケトン食は血液中のケトン体の濃度を増加させる可能性があることが実証されていますが、血液の抗酸化能も改善し、酸化ストレスの減少に寄与しています。 別の臨床試験では、ケトン食を20日間摂取すると体内の二酸化炭素沈着が有意に減少し、呼吸不全によるPaco2の増加を有する患者に臨床的利益を見

その一般的な使用にもかかわらず、ケトン食が全身系にどのように影響するかについていくつかの懸念が生じている。 ケトン食はグルコースを主なエネルギー源として脂肪に置き換えるので、体はエネルギーを獲得するために一連の脂肪代謝プロセスを活性化するこ 脂肪代謝プロセスはアセチル補酵素A（アセチルCoA）を主生成物として形成し、それがクエン酸サイクルに入り、酸化されてATPを生成する。 Oxaloacetateの利用可能性および/またはクエン酸サイクルの活性を超えるアセチルCoAは、ケトン体（アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸、およびアセトン）の増加をもたらす。 このプロセスはケトジェネシスと呼ばれています。 ケトン食から形成されるケトン体は酸性であるため、腎臓を介したこれらの酸の過剰な排泄は、アルカリ埋蔵量または重炭酸イオン（HCO3-）の減少を引き その結果、ケトゲン食の含意は血中pHを低下させ、ケトアシドーシスを引き起こした。

高脂肪食が腎臓や肝臓などの重要な器官の機能に及ぼす影響について、いくつかの動物モデルを用いて学習しています。 高脂肪の食事療法はmitochondrial quinoneのプールの減少を誘発してが本当らしく、ラットのレバーの高められたmitochondrial活性酸素種(ROS)の形成と関連付けられます。 高脂肪食は、マウスにおける腎脂質代謝の変化、特に脂肪形成と脂肪分解のバランスを誘導し、腎臓における脂質の蓄積およびその結果、腎機能障害を引

ケトゲン食が全身系にどのように影響するかに関するより包括的なデータを得るために、本研究は、ラットモデルにおける血液ガスプロファイル、血液学的パラメータ、臓器機能、および抗酸化レベルに対するケトゲン食の長期消費の影響を調査することを目的とした。

2. 材料および方法

2.1. 標準およびケトン食の調製

標準食品は、げっ歯類の標準ペレット（AD2®、インドネシア）として製造業者から得られたが、ケトン食は栄養士を含むことに Ketogenic餌はグラムの餌ごとのマクロおよび微量栄養素のカロリーの取入口そしてパーセントを計算するためにnutrisurvey®ソフトウェアに基づいて作り出されるヤギの脂肪（表1）の70%と混合されるnonpureの脂肪の30%を含んでいる。 すべての成分を液化し、ハンドミキサーを使用して混合し、次いで−２ ０℃の温度で２ ４時間凍結した。 次に、標準およびケトゲンペレットを、Hasanuddin大学動物科学学部動物食品化学研究所で、脂肪、タンパク質、および炭水化物含量について調べた。

2.2. 実験プロトコル

200-330g年齢3-4ヶ月（n=15）の重量を量る雄Wistarラットは、実験を開始する前に実験室で7日間順化しました。 この段階では、すべてのラットは、標準的なペレットと水ad libitumを受けました。 ラットを実験動物ケアのための標準に従って世話し、すべての動物プロトコルは、Ｔｈｅ Ａｎｉｍａｌ Ｅｔｈｉｃｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏ ｆ ｔｈｅ Ｆａｃｕｌｔｕｒｅ ｏ ｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｓｈａｓａｎｕｄｄｉｎによって承認されている。 ラットは二つのグループに分けられた。 最初のグループ（n=8）は標準的な食事を受け、第二のグループは60日間ケトン生成食を受けた。 この60日間の成体ラットの寿命は、4年以上の人間の寿命に相当します。 各ラットは個別にケージに入れられ、一日当たり30gの食物を提供し、カロリー制限を受けなかった。 残りの食物は、各ラットのカロリー摂取量を記録するために毎朝秤量された。 血液サンプルは、治療の60日後に回収され、さらなる分析のために調製された。

2.3. 血液ガス、血液学的パラメータ、臓器バイオマーカー、およびスーパーオキシドジスムターゼレベルの分析

血液ガス分析は、i-Stat®アナライザ（Abbott®）を使用して、血液サンプリング 血液学的分析のために、血液サンプルを、ＥＤＴＡを有するＢ Ｄ（登録商標）ｖａｃｕｔａｉｎｅｒを使用して収集し、３ ０ ０ ０ｒｐｍの速度で２ ０分間遠心分離してから、ｈｅｍａｔｏｌｏｇｙ ａｎａｌｙｚｅｒ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標））を使用して Ｈｕｍａｌｙｚｅｒ３ ５ ０ ０（Ｈｕｍａｎ Ｇｌｏｂａｌ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ（登録商標））を使用して、試薬キット（Ｈｕｍａｎ（登録商標））の説明書に従って測定した。 血漿スーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）レベルを測定するために、ｅｌｉｓａキット（Ａｂｂｅｘａ（登録商標））のためのラットＳＯＤの指示に基づいて血漿を調製し、ｅｎｚｙｍｅ−ｌｉｎｋｅｄ ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ ａｓｓａｙ（ＥＬＩＳＡ）ｒｅａｄｅｒ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標））

2.4. 肝臓および腎臓組織における脂質過酸化活性の分析

実験の終わりに、ラットを麻酔し、安楽死させ、開腹術を行った。 ラットの肝臓および腎臓を除去し、直ちに液体窒素に浸漬した。 臓器を400mg秤量し、2mLのリン酸緩衝液pH7.4を添加する前に均質化した。 この混合物を３ ０ ０ ０ｒｐｍで２ ０分間遠心分離する。 上清（0.5mL）を1mLの1％チオバルビツール酸および1mLの1％トリクロロ酢酸と混合し、100℃に20分間加熱した。 次いで、混合物を３ ０ ０ ０ｒｐｍで１ ０分間遠心分離し、残渣を分離した。 器官脂質過酸化を、ＵＶ−ＶＩＳ分光光度計（Ａｇｉｌｅｎｔ（登録商標））を使用して、マロンジアルデヒド（ｍｄａ）レベル（λ＝５ ３ ０ｎｍ）として測定した。

2.5. 統計分析

得られたデータは、SPSS IBM23ソフトウェアを使用して分析した。 データ分布は、データが正規分布していたかどうかを決定するためにKolmogorov–Smirnovを使用して調べた。 正規分布されたデータは、その後、独立したｔ検定を用いて分析され、正規分布されなかったデータは、Ｍａｎｎ−Ｗｈｉｔｎｅｙ Ｕ検定を用いて分析された。 有意差が達成された場合または非常に有意差が達成された場合。 全てのデータを平均±ＳＥＭで示した。

3. 結果

3.1. ラットの長期ケトン食は、有意な体重減少、血糖値の低下、および血中ケトンレベルの増加を引き起こす

ケトン食ペレットの食品組成は、炭水化物（5.66％対52.20％）19%vs7.00%)標準食と比較した(表2)。 標準的なchowのカロリーは5.85kCal/gであるが、ketogenic餌のそれは8.29kCal/gである。 標準的なグループがketogenicグループより食糧のより多くの量を消費したことが分りました;それ故に、両方のグループのカロリーの取入口はグラムの食糧ごとのカ

食事組成の違いは、60日間の摂取後の雄ラットの体重、血糖、および血中ケトンレベルに有意に影響することが判明した。 表4は、60日後のラット体重に対するケトゲン食の影響を示しています。 標準的な食事を与えられたすべてのラットが2か月後に重量を得た間（ベースライン重量からの平均≥25%の増加で）、ketogenic与えられたラットはベースライン体重（≥40%の損失）からのおよそ100gによって重量損失を経験した。

体重減少とは別に、ケトン原性給餌ラットの血糖値は、標準食群と比較して有意に低かった（図1）。 この段階では、血糖値は57±5.69mg/dlであり、ケトゲン食群の低血糖状態を示唆していた。 一方、血中ケトンのレベルは著しく、標準ラット（7.97±0.15対0.34±0.02ミリモル/L）よりも約8倍高いケトン生成群で上昇した。

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図1

標準食とケトン食を60日間消費するラットの血糖値と血中ケトンのレベル。 記号μは、群間の非常に有意な差（）を意味する。

3.2. 長期ケトゲン食は、血液pHを有意に低下させ、塩基過剰レベルを低下させた

血液ガス値の分析は、ケトゲン食を60日間投与すると、血液ガス恒常性に有意な変化を引き起こすことを示している(表5)。 それは標準的な食事療法と与えられるそれらと比較されるketogenic食事療法を持っていることの2か月に続くラットの血pHに非常に重要な減少があった 血液pHの低下は、二酸化炭素圧力（pco2）、酸素圧力（po2）、総二酸化炭素（TCO2）、およびヘモグロビン酸素飽和度（SO2）の有意な変化を伴わなかった。 ケトン生成群の血中重炭酸塩（）レベルは有意に減少したが（19.74±2.54対22.75±0.79mmol/L）、群の塩基過剰レベルは標準群（）と比較して有意に低かったことが分かった。

3.3. 長期ケトゲン食は雄ラットで貧血を誘発する

標準食およびケトゲン食を60日間受けた後の血液学的分析の結果を表6に示す。 ケトジェニック群は赤血球数がわずかに低く、ヘモグロビンとヘマトクリットが有意に低く、平均小体容積（MCV）と平均小体ヘモグロビン（MCH）指数が有意に小さいようである。 これらの血液学的異常は，ケトン原性食餌を与えたラットが貧血であったことを示している。

3.4. 長期ケトン食は肝臓および腎臓の機能を有意に変化させない

本研究では、ラットの長期ケトン食が肝臓および腎機能に及ぼす影響も測定した。 その結果を図2に示します。 このデータから，肝臓バイオマーカーであるアラニンアミノトランスフェラーゼ（ＡＬＴ）とアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（ＡＳＴ）のレベルは，標準群とケトン原性群の間で有意差がなかったことが明らかになった。 しかし，腎機能試験を比較すると，ケトン生成群では血しょうクレアチニンおよび尿素レベルのわずかな増加が標準と比較して認められたが，その差は統計的に有意ではなかった。

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図2

標準食およびケトン食を60日間摂取したラットにおけるアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(a)、アラニンアミノトランスフェラーゼ(b)、血漿クレアチニン(c)、および血漿尿素(d)のレベル。

3.5. 長期ケトン食は、脂質過酸化を増加させ、抗酸化レベルを低下させる

脂質過酸化および抗酸化活性のレベルは、システム内の酸化ストレスレベル この研究では、60日間のラットにおけるケトゲン食は、肝臓および腎臓におけるマロンジアルデヒド（MDA）レベルの増加を誘発する可能性があること 両重要臓器におけるＭＤＡレベルの増加は，ケトン生成群では標準（）と比較して非常に有意であった。 ケトン生成群におけるMDAレベルの増加は、標準（）のそれに比べて≥80％低かった抗酸化スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）のレベルの低下を伴っていた。

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図3

標準ラットおよびケトン原性ラットにおける肝臓マロンジアルデヒド(a)、腎マロンジアルデヒド(b)、血漿スーパーオキシドジスムターゼ(c)のレベル。 記号μは、群間の非常に有意な差（）を意味する。

4. ディスカッション

ケトン食は、薬物抵抗性てんかんの代替療法として初めて導入されて以来、世間の注目を集めています。 この頃は、ketogenic食事療法の使用はepileptic療法を越えて拡大しました;確かに、健康な個人の使用は重量を失いたい人により普及するように、特になりました。 残念ながら、ketogenic食事療法の利点は副作用と来るかもしれません。 本研究では、このタイプの食事の潜在的な合併症についてのより多くの情報を得るために、健康な雄ラットモデルにおけるケトゲン食の長期的な効果を検討した。

炭水化物含有量の高い標準的な食品は、身体がグルコースを主なエネルギー源として使用することを可能にする。 炭水化物摂取量がATPの必要性を満たすのに十分以上である場合、体は生理学的にグルコースを組織内のエネルギー貯蔵としてグリコーゲンに変換する。 炭水化物が豊富な食事の消費はまた、皮膚の下または腹腔内の脂肪組織に沈着した脂肪の量を増加させる。 これは、標準的な食事を与えられたラットの体重の増加の主な理由である。

一方、ケトゲン食で治療したラットは、誘導ケトーシスの結果として有意な体重減少を示した。 高脂肪、低タンパク質、および低炭水化物組成物とケトン食は、体がエネルギーを生成するために、糖新生、非炭水化物グルコースの形成のプロセスに依存 脂肪酸（脂肪分）が主にエネルギーを作り出すのに使用されている場合アセト酢酸、ベータhydroxybutyrateおよびアセトンのようなケトンボディの形成を、引き起こします。 ケトン生成群におけるケトーシスの存在は、有意に高いレベルの血中ケトン（≧8mmol/L）および有意に低い血糖値（<60mg/dl）によって確認された。 減量から離れて、ラットはまた高められた血のケトンのレベルの結果として起こるphまたはアシドーシスの減少を経験します。 ケトン体は酸性であるため、循環中のケトン体の増加はアシドーシスを誘発する可能性がある。

この研究はまた、60日間ケトン食を与えたラットにおけるRBC、ヘモグロビン、ヘマトクリット、MCV、およびMCHなどの血液学的指標の減少を発見した。 てんかん児の研究では、ケトン食は貧血を引き起こす可能性が高く、食事制限のために起こり、銅欠乏につながる可能性があることが明らかになっ しかし、ケトン食のこの合併症は、銅補給で管理することができます。

本研究では、ラットにケトゲン食を60日間投与しても、肝臓および腎臓の機能は有意に変化しなかった。 それにもかかわらず，ケトジェニック飼料ラットの血しょうクレアチニンおよび尿素は標準飼料ラットよりも幾分高く，腎機能に対するケトジェニック飼料の軽度の効果を示唆していた。 この効果はketogenic食事療法の管理の持続期間が延長されればより顕著であることができます。

興味深いことに、肝臓および腎機能は有意に変化しなかったが、両方の器官における脂質過酸化活性が有意に増加した。 これは、ケトン原性飼料ラットにおける肝臓および腎臓組織のMDAレベルが標準食と比較して有意に高いことによって示された。 脂質過酸化の活性の増加は、臓器における活性酸素種（ROS）の上昇およびros誘発損傷から細胞膜を保護するための抗酸化酵素活性の不能によって引き起こ この結果は、食事が調査された期間よりも長く持続されれば、両方の器官に対する潜在的な脅威として現れる可能性がある。 これに伴い，スーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）の血しょう濃度はケトン原性飼料動物（）で有意に減少し，ラットにおける長期ケトン原性飼料によって誘導される酸化ストレスの存在を示唆した。

ケトン食が酸化ストレスを誘発する理由は、いくつかの研究で説明されています。 ケトン体はミトコンドリアを刺激してグルコースと比較してより多くのATPを産生することが知られている。 しかし、脂肪代謝は、肝臓細胞における活性酸素種（ROS）の産生を高める可能性がある、還元、酸化、ヒドロキシル化、および抱合などのより複雑なプロセスを必 ROSの放出が身体の抗酸化活性とバランスが取れていれば、酸化ストレスの発生を防ぐことができます。 対照的に、ROS形成が抗酸化レベルを超えた場合、フリーラジカルは、多価不飽和脂肪酸を含むタンパク質、多糖類、DNA、および細胞膜などの高分子を攻撃し、細胞 この研究は、肝臓および腎臓のMDAレベルの増加を示し、これはケトン生成食の60日間の消費後の血漿SODの減少を伴う。 これはketogenic食事療法の長期使用の注意を含むかもしれません。

5. 結論

体重減少、低血糖、高血ケトンにもかかわらず、ラットにおける60日間のケト食の持続的な消費はまた、代謝性アシドーシス、貧血、および血漿抗酸化酵素 肝臓および腎臓の脂質過酸化活性の有意な増加にもかかわらず、両方の器官機能は、少なくとも調査期間中に無傷のままであったことは興味深い。