Langsiktig Ketogen Diett Induserer Metabolsk Acidose, Anemi Og Oksidativt Stress Hos Friske Wistar Rotter

Abstrakt

Bakgrunn. Ketogen diett har blitt brukt som støttende terapi i en rekke forhold, inkludert epilepsi, diabetes mellitus og kreft. Mål. Denne studien tok sikte på å undersøke effekten av langvarig forbruk av ketogent diett på blodgass, hematologiske profiler, organfunksjoner og superoksiddismutasenivå i en rottemodell. Materialer Og Metoder. Femten Mannlige wistarrotter ble delt inn i kontrollgrupper (n = 8) og ketogene grupper (n = 7). Kontroller mottatt standard diett inneholdt 52,20% karbohydrater, 7,00% fett og 15,25% protein; i mellomtiden fikk den ketogene gruppen et høyt fett-lavt karbohydrat diett som inneholdt 5,66% karbohydrat, 86,19% fett og 8,15% protein. Alle rotter ble caged individuelt og mottatt 30g av enten standard eller høy-fett-lav-karbohydrat pellets. Forsøket ble utført i 60 dager før blodprøvene ble tatt og analysert for å oppnå blodgass, celletall, organbiomarkører og plasma-antioksidant superoksiddismutase (SOD) nivåer. Resultat. Rottene som ble utsatt for ketogen diett opplevde en markert reduksjon i kroppsvekt, blodsukker og økte blodketoner (). Gjennomsnittlig ph i blodet var 7.36 ± 0.02 og basisoverskuddet var -5.57 ± 2.39 mOsm / L, som var signifikant lavere enn kontrollene (). Hematologisk analyse viste signifikant lavere erytrocyt -, hemoglobin-og hematokritnivåer. Ingen signifikante endringer ble funnet i alaninaminotransferase -, aspartataminotransferase -, urea-og kreatininnivåer, noe som indikerer normale lever-og nyrefunksjoner. Likevel, plasma TORV nivå betydelig redusert med ketogen diett. Konklusjon. Langsiktig ketogen diett induserer metabolsk acidose, anemi og redusert antioksidant enzymnivå hos rotter etter 60 dager med å konsumere høyt fett-lavt karbohydrat diett.

1. Innledning

ketogen diett er en diett som består av en høy konsentrasjon av fett, med moderat / lavt protein og svært lavt karbohydratinnhold. Denne typen diett utløser høy produksjon av ketonlegemer avledet fra nedbrytning av fett for å produsere energi . Noen studier viser at ketogen diett har terapeutiske fordeler i en rekke sykdommer. Det har blitt anbefalt som en supplerende terapi for polycystisk ovariesyndrom, akne, kreft og respiratorisk nød . Det er også gunstig som antikonvulsiv terapi for å redusere hyppigheten av anfall hos personer med epilepsi . Ketogen diett kan også bidra til å redusere hba1c nivåer hos personer med type 2 diabetes, opprettholde stemningsstabilitet for personer med bipolar lidelse, og redusere kolesterolnivået hos overvektige pasienter .

en klinisk studie har vist at et kortsiktig ketogent diett i 14 dager kan øke konsentrasjonen av ketonlegemer i blodet, men det forbedret også blodets antioksidantkapasitet som bidrar til redusert oksidativt stress . En annen klinisk studie har vist at inntak av ketogen diett i 20 dager signifikant reduserte karbondioksidavsetninger i kroppen, noe som kan finne klinisk fordel hos pasienter med økt PaCO2 på grunn av respiratorisk svikt .

Til tross for den populære bruken, oppstår det noen bekymringer om hvordan ketogen diett vil påvirke hele kroppssystemet. Siden ketogen diett erstatter glukose med fett som hovedkilden til energi, er kroppen tvunget til å aktivere en rekke fettmetabolske prosesser for å skaffe seg energi . Fettmetabolske prosesser danner acetylkoenzym A (acetyl-CoA) som hovedprodukt, som deretter går inn i sitronsyresyklusen og oksyderes for å produsere ATP . Acetyl-CoA som overstiger tilgjengeligheten av oksaloacetat og / eller aktiviteten til sitronsyresyklusen fører til økning i ketonlegemer (acetoacetat, β-hydroksybutyrat og aceton). Denne prosessen kalles ketogenese . Ketonlegemer dannet fra ketogene dietter er sure; derfor kan overdreven utskillelse av disse syrer gjennom nyrene føre til en reduksjon i alkaliske reserver eller bikarbonationer (HCO3-) . Som et resultat reduserte implikasjonen av ketogen diett blodets pH, noe som førte til ketoacidose .

Flere dyremodeller har blitt brukt til å lære om effekten av et fettrikt kosthold på funksjonen til vitale organer, som nyrer og lever . Høyt fett diett er mer sannsynlig å utløse en reduksjon i mitokondriell kinonbasseng og er forbundet med økt mitokondriell reaktiv oksygenart (ROS) dannelse i rottelever . Et fettrikt kosthold har vist seg å indusere endring i renal lipidmetabolisme hos mus, spesielt balansen mellom lipogenese og lipolyse, noe som fører til akkumulering av lipid i nyrene og følgelig nyresvikt .

for å få mer omfattende data om hvordan ketogen diett kan påvirke hele kroppens system, forsøkte denne studien å undersøke effekten av langvarig forbruk av ketogen diett på blodgassprofiler, hematologiske parametere, organfunksjoner og antioksidantnivå i en rottemodell.

2. Materialer og Metoder

2.1. Tilberedning Av Standard Og Ketogen Diett

standard mat ble hentet fra en produsent som standard pellets for gnagere (AD2®, Indonesia), mens ketogen mat ble tilberedt i vårt laboratorium ved å involvere en ernæringsfysiolog. Ketogene pellets inneholder 30% ikke-rent fett blandet med 70% geitfett (Tabell 1), som er formulert basert På NutriSurvey® – programvare for å beregne kaloriinntaket og prosentandelen av makro-og mikronæringsstoffer per grampellet. Alle ingrediensene ble flytende og blandet ved hjelp av en håndblander og deretter frosset i 24 timer med temperaturen på -20°C. det størknede materialet ble deretter pulverisert og støpt til pellets. Standard-og ketogene pellets ble deretter undersøkt for deres fett -, protein-og karbohydratinnhold ved Laboratoriet For Animalsk Matkjemi, Fakultet For Dyrevitenskap, Universitas Hasanuddin.

2.2. Eksperimentelle Protokoller

Mannlige wistar-rotter som veide 200-330 g alder 3-4 måneder (n = 15) ble akklimatisert i 7 dager i laboratoriet før forsøket startet. På dette stadiet mottok alle rotter standardpellets og vann ad libitum. Rotter ble tatt vare på i henhold til standarden for forsøksdyrpleie, og alle dyreprotokoller er godkjent av Animal Ethics Committee Ved Det Medisinske Fakultet, Universitas Hasanuddin. Rotter ble delt inn i to grupper. Den første gruppen (n = 8) fikk en standard diett, mens den andre gruppen fikk ketogen diett i 60 dager. Denne 60-dagers perioden med voksen rotteliv er ekvivalent med ∼4 års menneskeliv . Hver rotte ble bur individuelt og tilbudt 30 g mat per dag ad libitum og ikke utsatt for kaloribegrensning. Den gjenværende maten ble veid hver morgen for å registrere kaloriinntaket til hver rotte. Blodprøvene ble trukket tilbake etter 60 dagers behandling og forberedt for videre analyse.

2.3. Analyse Av Blodgass, Hematologiske Parametere, Organbiomarkører Og Superoksiddismutasenivå

blodgassanalysen Ble utført På rotteblod umiddelbart etter blodprøvetaking ved bruk Av I-Stat® analysatoren (Abbott®). For hematologisk analyse ble blodprøver tatt ved BRUK AV EN bd® vacutainer MED EDTA, sentrifugert i 20 min med en hastighet på 3000 rpm før de ble analysert ved bruk av en hematologisk analysator (Thermo Scientific®). Organbiomarkørene, slik som alaninaminotransferase (ALAT), aspartataminotransferase (ASAT), kreatinin og urea, ble målt ved Bruk Av Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic hryvnias) i henhold til instruksjonene på reagenssettene (Human®). For å måle plasmanivået av superoksiddismutase (TORV) ble plasmaet utarbeidet basert på instruksjon i ROTTESOD for ELISA-sett (Abbexa®) og analysert med den enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) reader (Thermo Scientific®).

2.4. Analyse Av Lipidperoksydasjonsaktivitet I Lever Og Nyrevev

ved slutten av forsøket ble rotter bedøvet, euthanisert og laparotomi ble utført. Leveren og nyrene til rottene ble fjernet og umiddelbart nedsenket i flytende nitrogen. Organene ble veid 400 mg og homogenisert før det ble tilsatt 2 mL fosfatbufferoppløsning pH 7,4. Blandingen sentrifugeres ved 3000 rpm i 20 minutter. Supernatanten (0,5 mL) ble blandet med 1 mL 1% tiobarbitursyre og 1 mL 1% trikloreddiksyre og oppvarmet til 100°C i 20 minutter. Blandingen ble deretter sentrifugert ved 3000 rpm i 10 minutter for å skille resten. Organlipidperoksydasjon ble målt som malondialdehyd (MDA) nivå (λ = 530 nm) ved BRUK AV ET UV-VIS spektrofotometer (Agilent®).

2.5. Statistisk Analyse

dataene som ble oppnådd ble analysert ved HJELP AV SPSS IBM 23-programvaren. Datadistribusjon ble undersøkt Ved Hjelp Av Kolmogorov-Smirnov for å avgjøre om dataene var normalfordelt eller ikke. Dataene som ble normalfordelt ble deretter analysert ved hjelp av en uavhengig t-test, mens data som ikke ble normalfordelt ble analysert Ved Hjelp Av Mann-Whitney u test. En signifikant forskjell ble oppnådd hvis eller svært signifikant forskjell hvis . Alle data ble presentert i gjennomsnittlig ± SEM.

3. Resultater

3.1. Langsiktig Ketogen Diett På Rotter Forårsaker Betydelig Vekttap, Redusert Blodsukker Og Økte Blodketonnivåer

matsammensetningen av den ketogene pelleten Har langt mindre karbohydrat (5,66% vs 52,20%) og mye høyere fettinnhold (86.19% vs 7,00%) sammenlignet med standard diett (Tabell 2). Kalorien til standard chow er 5,85 kCal/g, mens den ketogene pelleten er 8,29 kCal / g. gjennomsnittet av daglig kaloriinntak per rotte i hver uke er avbildet i Tabell 3. Det er funnet at standardgruppen forbrukte mer mengde mat enn den ketogene gruppen; derfor er kaloriinntaket i begge gruppene ganske like til tross for forskjellen i kalorier per gram mat.

forskjellen i diettblandingen ble funnet å påvirke kroppsvekten, blodglukosen og blodketonnivåene i hannrottene betydelig etter 60-dagers inntak. Tabell 4 viser effekten av ketogen diett på rottens kroppsvekt etter 60 dager. Mens alle rotter som ble matet med standard diett, gikk opp i vekt etter 2 måneder (gjennomsnittlig ∼25% økning fra baseline vekt), opplevde de ketogene rottene et vekttap på rundt 100 g fra baseline kroppsvekt (∼40% tap).

Bortsett fra vekttap var blodsukkernivået av ketogenmatede rotter signifikant lavere sammenlignet med standard diettgruppen (Figur 1). På dette stadiet var verdien av blodsukker 57 ± 5,69 mg / dl, noe som tyder på en hypoglykemisk tilstand hos den ketogene diettgruppen. I mellomtiden, nivået av blod keton markert forhøyet i ketogen gruppen, ca 8 ganger høyere enn standard rotter (7.97 ± 0.15 vs 0.34 ± 0.02 mmol/L).

(a)

(b)

(a)
(b))

Figur 1

nivået av blodsukker og blodketon hos rotter som bruker standard og ketogen diett i 60 dager. Symbolet ∗ ∗ innebærer en svært betydelig forskjell () mellom grupper.

3.2. Langsiktig Ketogen Diett Signifikant Senket Blod pH Og Redusert Base Overflødig Nivå

analysen av blodgassverdier viser at administrasjonen av ketogen diett i 60 dager forårsaker en signifikant endring i blodgasshomeostase (Tabell 5). Det ble funnet at det var en svært signifikant reduksjon i blodets pH hos rotter etter 2 måneder med å ha et ketogent diett sammenlignet med de som ble matet med en standard diett (). Reduksjonen i blodets pH var ikke ledsaget av signifikante endringer i karbondioksidtrykk (pCO2), oksygentrykk (pO2), totalt karbondioksid (TCO2) og hemoglobin oksygenmetning (SO2). Selv om nivået av bikarbonat i blodet () i den ketogene gruppen ble ubetydelig redusert (19.74 ± 2.54 vs 22.75 ± 0.79 mmol/L), ble det funnet at gruppens basisoverskuddsnivå var signifikant lavere sammenlignet med standardgruppen ().

3.3. Langsiktig Ketogen Diett Induserer Anemi Hos Hannrotter

resultatet av hematologisk analyse etter å ha mottatt standard og ketogen diett i 60 dager er presentert i Tabell 6. Den ketogene gruppen ser ut til å ha noe lavere antall røde blodlegemer (RBC), signifikant lavere hemoglobin og hematokrit, samt betydelig mindre gjennomsnittlig corpuskulært volum (MCV) og gjennomsnittlig corpuskulært hemoglobin (MCH) indekser. Disse hematologiske abnormiteter indikerer at rotter matet med ketogen diett var anemiske.

3.4. Langsiktig Ketogen Diett Endrer Ikke Signifikant Funksjonene Til Lever Og Nyre

denne studien målte også effekten av et langsiktig ketogent diett hos rotter på lever-og nyrefunksjoner. Resultatet er presentert I Figur 2. Fra dataene er det avslørt at nivåene av leverbiomarkører, alaninaminotransferasen (ALT) og aspartataminotransferasen (AST) ikke var signifikant forskjellige mellom standard-og ketogene grupper. Ved sammenligning av nyrefunksjonstesten ble det imidlertid funnet en liten økning i plasmakreatinin og urea nivåer i ketogengruppen sammenlignet med standard, selv om forskjellen ikke var statistisk signifikant.

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Figur 2

nivået av aspartataminotransferase (a), alaninaminotransferase (b), plasmakreatinin (c) og plasma urea (d) hos rotter som bruker standard og ketogent diett i 60 dager.

3.5. Langsiktig Ketogen Diett Øker Lipidperoksydasjon Og Reduserer Antioksidantnivået

nivået av lipidperoksydasjon og antioksidantaktivitet kan være en god indikator for å avsløre oksidativt stressnivå i systemet. I denne studien ble det funnet at ketogen diett hos rotter i 60 dager kan indusere en økning i malondialdehyd (MDA) nivå i lever og nyre (Figur 3). Økningen AV MDA-nivå i begge vitale organer var svært signifikant i ketogengruppen sammenlignet med standard (). Økningen AV MDA-nivå i ketogengruppen ble ledsaget av et redusert nivå av antioksidant superoksiddismutase (SOD), som var ∼80% lavere sammenlignet med standard ().

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c))

Figur 3

nivået av levermalondialdehyd (a), renal malondialdehyd (b) og plasma-superoksiddismutase (c) i standard-og ketogenmatede rotter. Symbolet ∗ ∗ innebærer en svært betydelig forskjell () mellom grupper.

4. Diskusjon

det ketogene dietten har fått offentlig oppmerksomhet siden det først ble introdusert som en alternativ terapi for farmakoresistent epilepsi . I dag har bruken av ketogen diett utvidet seg utover epileptisk terapi; faktisk har bruken hos friske personer blitt mer populær, spesielt for de som ønsker å gå ned i vekt. Dessverre kan fordelene med ketogen diett komme med bivirkninger. Denne studien undersøkte de langsiktige effektene av ketogen diett i en sunn mannlig rottemodell for å få mer informasjon om de potensielle komplikasjonene av denne typen diett.

Standardmat med høyt karbohydratinnhold gjør at kroppen kan bruke glukose som hovedkilden til energi. Når karbohydratinntaket er mer enn tilstrekkelig TIL Å møte BEHOVENE TIL ATP, vil kroppen fysiologisk omdanne glukose til glykogen som energilagre i vev. Forbruk av en diett rik på karbohydrater vil også føre til en økning i mengden fett deponert i fettvev under huden eller i bukhulen. Dette er hovedårsaken til økningen i kroppsvekt av rotter matet med en standard diett.

på den annen side hadde rotter behandlet med ketogen diett et betydelig vekttap som følge av indusert ketose. Ketogen diett med høyt fett, lavt protein og lavt karbohydratsammensetning gjør at kroppen avhenger av prosessen med glukoneogenese, dannelsen av ikke-karbohydratglukose, for å produsere energi . Når fettsyrene (fettinnholdet) hovedsakelig brukes til å produsere energi, vil det indusere dannelsen av ketonlegemer, som acetoacetat, beta-hydroksybutyrat og aceton. Tilstedeværelsen av ketose i den ketogene gruppen ble bekreftet av et signifikant høyere nivå av blodketon (∼8 mmol / L) og et signifikant lavt blodsukkernivå (<60 mg/dl). Bortsett fra vekttap, opplever rottene også en reduksjon i pH eller acidose, som oppstår som følge av økt blodketonnivå . Ketonlegemene er sure; dermed kan en økning i ketonlegemer i omløp indusere acidose .

Anemi Er ikke uvanlig bivirkninger av høy-fett dietter. Denne studien fant også reduserte hematologiske indekser, SOM RBC, hemoglobin, hematokrit, MCV og MCH hos rotter matet med ketogent diett i 60 dager. Studier på epileptiske barn har vist at ketogen diett er mer sannsynlig å forårsake anemi, noe som kan oppstå på grunn av diettbegrensning, noe som fører til kobbermangel . Imidlertid kan denne komplikasjonen av ketogen diett styres med kobbertilskudd.

i denne studien endret ikke administrasjon av ketogent diett hos rotter i 60 dager signifikant lever-og nyrefunksjon. Likevel var plasmakreatinin og urea hos de ketogenmatede rottene noe høyere enn hos standardmatede rotter, noe som kan tyde på en mindre effekt av det ketogene dietten på nyrefunksjonen. Denne effekten kan være mer slående hvis varigheten av ketogen diettadministrasjonen forlenges.

det er interessant at selv om lever-og nyrefunksjonen ikke ble signifikant endret, økte lipidperoksydasjonsaktiviteten i begge organene betydelig. Dette ble indikert av et signifikant høyere MDA-nivå av lever og nyrevev i ketogenmatede rotter sammenlignet med de med en standard diett. Økt aktivitet av lipidperoksydasjon kan utløses av heving av reaktive oksygenarter (ROS) i organene og manglende evne til antioksidant enzymaktiviteten for å beskytte cellemembraner fra ROS-indusert skade. Dette resultatet kan fremstå som en potensiell trussel mot begge organene dersom dietten opprettholdes lenger enn den undersøkte perioden. I tråd med dette ble plasmakonsentrasjonen av superoksiddismutase (SOD) betydelig redusert hos ketogenmatede dyr (), noe som tyder på tilstedeværelse av oksidativt stress indusert av langvarig ketogent diett hos rotter.

årsaken til at et ketogent diett kan indusere oksidativt stress har blitt forklart i flere studier. Ketonlegemer er kjent for å stimulere mitokondriene til å produsere MER ATP sammenlignet med glukose . Imidlertid krever fettmetabolismen mer komplekse prosesser, som reduksjon, oksidasjon, hydroksylering og konjugering, noe som kan øke produksjonen av reaktive oksygenarter (ROS) i leverceller . Hvis utgivelsen AV ROS er i balanse med kroppens antioksidantaktiviteter, kan forekomsten av oksidativt stress forebygges. I kontrast, hvis ROS-formasjonen har overskredet antioksidantnivåer, vil de frie radikaler angripe makromolekyler, som proteiner, polysakkarider, DNA og cellemembraner som inneholder flerumettede fettsyrer, noe som fører til cellulær skade . Denne studien viser en økning i lever og nyre mda nivåer, som er ledsaget av en reduksjon i plasma SOD etter 60-dagers forbruk av ketogen diett. Dette kan innebære en forholdsregel på langvarig bruk av ketogen diett.

5. Konklusjoner

til Tross for vekttap, lavt blodsukker, og høyt blod keton, bærekraftig forbruk av keto diett for 60 dager i rotter også igangsatt noen om effekter som metabolsk acidose, anemi, og redusere plasma antioksidant enzym nivå. Det er interessant at om enn en signifikant økning i lipidperoksydasjonsaktivitet på lever og nyre, ble begge organfunksjonene forblitt intakte, i hvert fall i den undersøkte perioden.

Datatilgjengelighet