langdurig ketogeen dieet induceert metabole acidose, anemie en oxidatieve Stress bij gezonde Wistar-ratten

Abstract

Achtergrond. Het Ketogenic dieet is gebruikt als ondersteunende therapie in een waaier van voorwaarden met inbegrip van epilepsie, diabetes mellitus, en kanker. Doelstelling. Deze studie was gericht op het onderzoeken van de effecten van langdurige consumptie van ketogeen dieet op bloedgas, hematologische profielen, orgaanfuncties, en superoxide dismutase niveau in een rat model. Materialen en methoden. Vijftien mannelijke wistarratten werden verdeeld in controlegroepen (n = 8) en ketogene groepen (n = 7). De controles ontvingen standaarddieet met 52,20% koolhydraten, 7,00% vet en 15,25% eiwit; ondertussen ontving de ketogene groep een vetrijk-koolhydraatarm dieet dat 5,66% koolhydraten, 86,19% vet en 8,15% eiwit bevatte. Alle ratten werden individueel gekooid en kregen 30 g standaard-of vetarme-koolhydraatarme pellets. Het experiment werd uitgevoerd 60 dagen voordat de bloedmonsters werden genomen en geanalyseerd om bloedgas, celtellingen, orgaanbiomerkers, en plasma antioxidant superoxide dismutase (SOD) niveaus te verkrijgen. Resultaat. De ratten onderworpen aan ketogeen dieet ervaren een duidelijke daling van lichaamsgewicht, bloedsuiker, en verhoogde bloed ketonen (). De gemiddelde pH van het bloed was 7,36 ± 0,02 en de base excess was -5,57 ± 2,39 mOsm/ L, die significant lager waren dan de controles (). Hematologische analyse toonde beduidend lagere erythrocyt, hemoglobine, en hematocriet niveaus. Er werden geen significante veranderingen gevonden in de alanineaminotransferase -, aspartaataminotransferase -, ureum-en creatininespiegels, wat wijst op normale lever-en nierfuncties. Niettemin, plasma SOD niveau aanzienlijk verminderd met ketogeen dieet. Conclusie. Het ketogenic dieet op lange termijn veroorzaakt metabolische acidose, bloedarmoede, en verminderd antioxidantenzymniveau in ratten na 60 dagen van het consumeren hoog-vet-laag-koolhydraatdieet.

1. Inleiding

het ketogene dieet is een voedselregime dat bestaat uit een hoge vetconcentratie, met een matig/laag eiwitgehalte en een zeer laag koolhydraatgehalte. Dit soort dieet veroorzaakt hoge productie van ketonlichamen afgeleid van de afbraak van vet om energie te produceren . Sommige studies tonen aan dat het ketogene dieet therapeutische voordelen in een waaier van ziekten heeft. Het is geadviseerd als aanvullende therapie voor polycystic ovariumsyndroom, acne, kanker, en ademhalingsnood . Het is ook gunstig als anticonvulsieve therapie om de frequentie van aanvallen bij mensen met epilepsie te verminderen . Ketogeen dieet kan ook helpen om HbA1c-niveaus in mensen met type 2 diabetes te verminderen, het handhaven van stemmingsstabiliteit voor mensen met bipolaire stoornis, en het verminderen van cholesterolniveaus in zwaarlijvige patiënten .

een klinische studie heeft aangetoond dat een kortdurend ketogeen dieet gedurende 14 dagen de concentratie van ketonlichamen in het bloed kan verhogen, maar het verbetert ook het antioxidantvermogen van het bloed dat bijdraagt tot verminderde oxidatieve stress . Een andere klinische studie heeft aangetoond dat het consumeren van ketogeen dieet gedurende 20 dagen aanzienlijk verminderde kooldioxide afzettingen in het lichaam, die klinisch voordeel kan vinden bij patiënten met een verhoogde PaCO2 als gevolg van respiratoire falen .

ondanks het populaire Gebruik doen zich enkele zorgen voor over hoe ketogeen dieet het hele lichaamssysteem zal beïnvloeden. Aangezien ketogeen dieet glucose vervangt door vet als de belangrijkste energiebron, wordt het lichaam gedwongen om een reeks vet metabolische processen te activeren om energie te verwerven . De vette metabolische processen vormen acetyl coenzyme a (acetyl-CoA) als hoofdproduct, dat dan de citroenzuurcyclus ingaat en wordt geoxideerd om ATP te produceren . Acetyl-CoA dat de beschikbaarheid van oxaloacetaat en/of de activiteit van de citroenzuurcyclus overschrijdt, leidt tot een toename van ketonlichamen (acetoacetaat, β-hydroxybutyraat en aceton). Dit proces wordt genoemd ketogenese . De ketonlichamen gevormd uit ketogene diëten zijn zuur; daarom kan overmatige uitscheiding van deze zuren via de nieren leiden tot een afname van alkalische reserves of bicarbonaationen (HCO3-) . Dientengevolge, verminderde de implicatie van ketogenic dieet bloed pH, leidend tot ketoacidose .

verschillende diermodellen zijn gebruikt om te leren over het effect van een vetrijk dieet op de functie van vitale organen, zoals de nieren en de lever . Hoog-vet dieet is meer kans om een vermindering van mitochondriale quinone zwembad veroorzaken en wordt geassocieerd met verhoogde mitochondriale reactieve zuurstof species (ROS) vorming in de lever van de rat . Een vetrijk dieet is getoond om verandering in nierlipidemetabolisme in muizen te veroorzaken, met name het evenwicht tussen lipogenesis en lipolyse, leidend tot de accumulatie van lipide in de nieren en, bijgevolg, nierdisfunctie .

om uitgebreidere gegevens te verkrijgen over de wijze waarop ketogeen dieet het gehele lichaamssysteem kan beïnvloeden, was deze studie gericht op het onderzoeken van de effecten van langdurige consumptie van ketogeen dieet op bloedgasprofielen, hematologische parameters, orgaanfuncties en antioxidantniveau in een rattenmodel.

2. Materialen en methoden

2.1. Bereiding van standaard-en ketogene voeding

standaardvoeding werd verkregen van een fabrikant als standaard pellets voor knaagdieren (AD2®, Indonesië), terwijl het ketogene voedsel in ons laboratorium werd bereid door een voedingsdeskundige. De ketogene pellets bevatten 30% niet-puur vet gemengd met 70% geitenvet (Tabel 1), dat is samengesteld op basis van NutriSurvey® software om de calorie-inname en het percentage macro-en micronutriënten per gram pellet te berekenen. Alle ingrediënten werden vloeibaar gemaakt en gemengd met een handmenger en vervolgens gedurende 24 uur ingevroren met een temperatuur van -20°C. Het gestolde materiaal werd vervolgens verpulverd en in pellets gegoten. De standaard en ketogene pellets werden vervolgens onderzocht op hun vet -, eiwit-en koolhydraatgehalte in het laboratorium van Animal Food Chemistry, Faculteit Dierwetenschappen, Universitas Hasanuddin.

2.2. Experimentele protocollen

mannelijke wistarratten met een gewicht van 200-330 g en een leeftijd van 3-4 maanden (n = 15) werden gedurende 7 dagen in het laboratorium geacclimatiseerd voordat met het experiment werd begonnen. In dit stadium kregen alle ratten standaard pellets en water ad libitum. Ratten werden verzorgd volgens de standaard voor proefdierverzorging, en alle dierlijke protocollen zijn goedgekeurd door de Animal Ethics Committee van de Faculteit Geneeskunde, Universitas Hasanuddin. Ratten werden in twee groepen verdeeld. De eerste groep (n = 8) kreeg een standaarddieet, terwijl de tweede groep het ketogene dieet gedurende 60 dagen ontving. Deze periode van 60 dagen van volwassen rattenleven is gelijk aan ∼4 jaren van menselijk leven . Elke rat werd individueel gekooid en bood 30 g voedsel per dag ad libitum en niet onderworpen aan caloriebeperking. Het resterende voedsel werd elke ochtend gewogen om de calorie-inname van elke rat te registreren. De bloedmonsters werden na 60 dagen behandeling afgenomen en voorbereid voor verdere analyse.

2.3. Analyse van bloedgas, hematologische Parameters, Orgaanbiomerkers en Superoxide Dismutaseniveau

de bloedgasanalyse werd uitgevoerd op volbloed van ratten onmiddellijk na het nemen van bloedmonsters met behulp van de I-Stat® analyzer (Abbott®). Voor hematologische analyse werden bloedmonsters verzameld met behulp van een BD®vacutainer met EDTA, gecentrifugeerd gedurende 20 minuten met de snelheid van 3000 rpm voordat geanalyseerd met behulp van een hematologie analyzer (Thermo Scientific®). De biomarkers van het orgaan, zoals alanineaminotransferase (ALT), aspartaataminotransferase (AST), creatinine en ureum werden gemeten met behulp van Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic®) volgens de instructies op de reagenskits (Human®). Om het plasmasuperoxide dismutase (SOD) niveau te meten, werd het plasma bereid op basis van instructie in Rat SOD voor ELISA kit (Abbexa®) en geanalyseerd met de enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) reader (Thermo Scientific®).

2.4. Analyse van de Peroxidatieactiviteit van lipiden in lever-en nierweefsels

aan het einde van het experiment werden ratten verdoofd, geëuthanaseerd en laparotomie uitgevoerd. De lever en de nieren van de ratten werden verwijderd en onmiddellijk ondergedompeld in vloeibare stikstof. Organen werden gewogen 400 mg en gehomogeniseerd alvorens 2 mL fosfaatbufferoplossing pH 7,4 toe te voegen. Het mengsel wordt gedurende 20 minuten gecentrifugeerd bij 3000 rpm. Het supernatant (0,5 mL) werd gemengd met 1 mL 1% thiobarbituurzuur en 1 mL 1% trichloorazijnzuur en gedurende 20 minuten verhit tot 100°C. Het mengsel werd vervolgens gedurende 10 minuten bij 3000 rpm gecentrifugeerd om het residu te scheiden. De peroxidatie van orgaanlipiden werd gemeten als malondialdehyde (MDA) niveau (λ = 530 nm) met behulp van een UV-VIS spectrofotometer (Agilent®).

2.5. Statistische analyse

de verkregen gegevens werden geanalyseerd met behulp van de SPSS IBM 23-software. De gegevensdistributie werd onderzocht met behulp van Kolmogorov–Smirnov om te bepalen of de gegevens normaal werden gedistribueerd of niet. De gegevens die normaal werden verspreid werden vervolgens geanalyseerd met behulp van een onafhankelijke t-test, terwijl gegevens die normaal niet werden verspreid werden geanalyseerd met behulp van de Mann–Whitney U-test. Een significant verschil werd bereikt als of zeer significant verschil als . Alle gegevens werden gepresenteerd in gemiddelde ± SEM.

3. Resultaten

3.1. Lange termijn ketogeen dieet bij ratten veroorzaakt Significant gewichtsverlies, verlaagde bloedglucose, en verhoogde bloed ketonspiegels

de samenstelling van het voedsel van de ketogene pellet heeft veel minder koolhydraten (5,66% Versus 52,20%) en veel hoger vetgehalte (86.19% vs 7,00%) vergeleken met het standaarddieet (Tabel 2). De calorie van het standaardvoer bedraagt 5,85 kCal/g, terwijl die van de ketogene pellet 8,29 kcal/g is. het gemiddelde van de dagelijkse calorie-inname per rat in elke week is weergegeven in Tabel 3. Het blijkt dat de standaardgroep meer hoeveelheid voedsel verbruikt dan de ketogene groep; vandaar, zijn de calorieinname van beide groepen vrij gelijkaardig ondanks het verschil in calorieën per gram voedsel.

het verschil in de voedingssamenstelling bleek het lichaamsgewicht, bloedglucose en ketonspiegels in het bloed bij mannelijke ratten significant te beïnvloeden na 60-dagen inname. Tabel 4 toont het effect van ketogeen dieet op het lichaamsgewicht van de rat na 60 dagen. Terwijl alle ratten die met een standaarddieet werden gevoed, na 2 maanden in gewicht toenamen (gemiddeld ∼25% toename ten opzichte van het baseline gewicht), ervoeren de ketogene gevoede ratten een gewichtsverlies van ongeveer 100 g ten opzichte van hun baseline lichaamsgewicht (∼40% verlies).

afgezien van gewichtsverlies was de bloedglucosespiegel van ketogeen gevoede ratten significant lager in vergelijking met de standaarddieetgroep (figuur 1). In dit stadium, was de waarde van bloedglucose 57 ± 5,69 mg/dl, die een hypoglykemie van de ketogenic dieetgroep suggereren. Ondertussen, het niveau van het bloed keton aanzienlijk verhoogd in de ketogene groep, ongeveer 8 keer hoger dan de standaard ratten (7,97 ± 0,15 vs 0,34 ± 0,02 mmol/L).

(een)

b)

(a)
b)

Figuur 1

Het niveau van bloed glucose en bloed ketone van ratten consumeren standaard en ketogeen dieet voor 60 dagen. Het symbool ∗∗ impliceert een zeer significant verschil () tussen groepen.

3.2. Langdurige ketogene voeding verlaagde significant de pH van het bloed en verlaagde een basale overmaat

de analyse van bloedgaswaarden toont aan dat de toediening van het ketogene dieet gedurende 60 dagen een significante verandering in de homeostase van het bloedgas veroorzaakt (Tabel 5). Er werd vastgesteld dat er een zeer significante daling van de pH van het bloed van ratten was na 2 maanden van het hebben van een ketogeen dieet in vergelijking met die gevoed met een standaarddieet (). De daling van de pH van het bloed ging niet gepaard met significante veranderingen in de koolstofdioxidedruk (pCO2), zuurstofdruk (pO2), totaal kooldioxide (tco2) en hemoglobine zuurstofverzadiging (SO2). Hoewel het bicarbonaatgehalte in het bloed van de ketogene groep onbeduidend daalde (19,74 ± 2,54 vs 22,75 ± 0,79 mmol/l), bleek het basisovermaatniveau van de groep significant lager te zijn dan dat van de standaardgroep ().

3.3. Langetermijn ketogeen dieet veroorzaakt bloedarmoede bij mannelijke ratten

het resultaat van hematologische analyse na het ontvangen van standaard en ketogeen dieet gedurende 60 dagen wordt weergegeven in Tabel 6. De ketogene groep lijkt iets lagere rode bloedcellen (RBC) tellingen, significant lagere hemoglobine, en hematocriet, evenals significant kleinere gemiddelde corpusculaire volume (MCV) en gemiddelde corpusculaire hemoglobine (MCH) indices. Deze hematologische afwijkingen geven aan dat ratten gevoed met het ketogene dieet bloedarmoede waren.

3.4. Lange termijn ketogeen dieet verandert niet significant de functies van lever en nieren

in deze studie werd ook het effect gemeten van een lange termijn ketogeen dieet bij ratten op de lever-en nierfuncties. Het resultaat is weergegeven in Figuur 2. Uit de gegevens blijkt dat de niveaus van leverbiomarkers, de alanineaminotransferase (ALT) en aspartaataminotransferase (AST), niet significant verschilden tussen de standaard-en ketogene groepen. Bij vergelijking van de nierfunctietest werd in de ketogene groep echter een lichte stijging van de creatinine-en ureumspiegels in het plasma waargenomen ten opzichte van de standaardwaarden, hoewel het verschil niet statistisch significant was.

(een)

b)

c)

d)

(a)
b)
c)
d)

Figuur 2

Het niveau van aspartaat aminotransferase (a), alanine-aminotransferase (b), plasma creatinine (c), en een plasma-ureum (d) in ratten consumeren standaard en ketogeen dieet voor 60 dagen.

3.5. Ketogeen dieet op lange termijn verhoogt de peroxidatie van lipiden en verlaagt het antioxidantgehalte

het niveau van de peroxidatie van lipiden en de antioxidantactiviteit zou een goede indicator kunnen zijn om het niveau van oxidatieve stress in het systeem aan het licht te brengen. In deze studie werd gevonden dat het ketogene dieet bij ratten gedurende 60 dagen een verhoging van malondialdehyde (MDA) niveau in de lever en de nieren kan veroorzaken (Figuur 3). De verhoging van MDA niveau in beide vitale organen was zeer significant in de ketogenic groep in vergelijking met standaard (). De verhoging van het MDA-niveau in de ketogene groep ging gepaard met een verlaagd niveau van antioxidant superoxide dismutase (SOD), dat ∼80% lager was in vergelijking met dat van standaard ().

(een)

b)

c)

(a)
b)
c)

Figuur 3

het niveau van De lever malondialdehyde (a), nier-en malondialdehyde (b), en een plasma-superoxide dismutase (c) in de standaard en het ketogeen gevoede ratten. Het symbool ∗∗ impliceert een zeer significant verschil () tussen groepen.

4. Discussie

het ketogene dieet heeft de aandacht van het publiek getrokken sinds het voor het eerst werd geïntroduceerd als een alternatieve therapie voor farmacoresistente epilepsie . Tegenwoordig is het gebruik van ketogeen dieet uitgebreid voorbij epileptische therapie; inderdaad, het gebruik ervan in gezonde individuen is populairder geworden, vooral voor degenen die willen afvallen. Helaas, de voordelen van ketogeen dieet kan komen met bijwerkingen. Deze studie onderzocht de lange termijn effecten van ketogeen dieet in een gezonde mannelijke rat model om meer informatie over de mogelijke complicaties van dit type dieet te verkrijgen.

standaardvoeding met een hoog koolhydraatgehalte stelt het lichaam in staat om glucose als belangrijkste energiebron te gebruiken. Wanneer de inname van koolhydraten meer dan voldoende is om aan de behoeften van ATP te voldoen, zal het lichaam fysiologisch glucose omzetten in glycogeen als energieopslag in weefsels. Consumptie van een dieet rijk aan koolhydraten zal ook leiden tot een toename van de hoeveelheid vet afgezet in vetweefsel onder de huid of in de buikholte. Dit is de belangrijkste reden voor de toename van het lichaamsgewicht van ratten gevoed met een standaard dieet.

aan de andere kant vertoonden ratten die met het ketogene dieet werden behandeld een significant gewichtsverlies als gevolg van geïnduceerde ketose. Ketogeen dieet met hoog vet, laag eiwit en lage koolhydraatsamenstelling maakt het lichaam afhankelijk van het proces van gluconeogenese, de vorming van niet-koolhydraat glucose, om energie te produceren . Wanneer de vetzuren (vetgehalte) hoofdzakelijk worden gebruikt om energie te produceren, zal het de vorming van ketonlichamen, zoals acetoacetaat, bèta-hydroxybutyraat, en aceton veroorzaken. De aanwezigheid van ketose in de ketogene groep werd bevestigd door een significant hoger ketongehalte in het bloed (∼8 mmol/L) en een significant lage bloedsuikerspiegel (<60 mg/dl). Naast gewichtsverlies ervaren de ratten ook een daling van de pH of acidose, die optreedt als gevolg van verhoogde ketonspiegel in het bloed . De ketonlichamen zijn zuur; daarom kan een toename van ketonlichamen in circulatie acidose veroorzaken .

bloedarmoede is geen zeldzame bijwerking van vetrijke diëten. Deze studie vond ook verminderde hematologische indices, zoals RBC, hemoglobine, hematocriet, MCV, en MCH in ratten gevoed met ketogeen dieet 60 dagen. Studies over epileptische kinderen hebben aangetoond dat ketogeen dieet is meer kans om bloedarmoede veroorzaken, die kan optreden als gevolg van dieetbeperking, wat leidt tot koper deficiëntie . Echter, deze complicatie van het ketogene dieet kan worden beheerd met koper suppletie.

in deze studie veranderde de toediening van ketogeen dieet aan ratten gedurende 60 dagen de lever-en nierfunctie niet significant. Niettemin waren de plasma creatinine en ureum van de ketogeen gevoede ratten iets hoger dan de standaard gevoede ratten, wat kan wijzen op een gering effect van het ketogeen dieet op de nierfunctie. Dit effect kan opvallender zijn als de duur van het ketogene dieet wordt verlengd.

het is interessant dat, hoewel de lever en de nierfunctie niet significant veranderd waren, de peroxidatieactiviteit van lipiden in beide organen significant toenam. Dit werd aangetoond door een significant hoger MDA-niveau van lever-en nierweefsels bij ketogeen gevoede ratten in vergelijking met die met een standaarddieet. De verhoogde activiteit van lipideperoxidatie zou door de verhoging van reactieve zuurstofspecies (ROS) in de organen en onbekwaamheid van de antioxidantenzym activiteit kunnen worden teweeggebracht om celmembranen tegen ROS-veroorzaakte schade te beschermen. Dit resultaat kan zich voordoen als een potentiële bedreiging voor beide organen als het dieet langer dan de onderzochte periode wordt gehandhaafd. In overeenstemming hiermee verminderde de plasmaconcentratie van superoxide dismutase (SOD) significant bij ketogeen gevoede dieren (), wat wijst op de aanwezigheid van oxidatieve stress veroorzaakt door langdurig ketogeen dieet bij ratten.

de reden waarom een ketogeen dieet oxidatieve stress kan veroorzaken, is in verschillende studies uitgelegd. Ketonlichamen zijn gekend om mitochondria te bevorderen om meer ATP in vergelijking met glucose te produceren . Nochtans, vereist het vette metabolisme complexere processen, zoals vermindering, oxidatie, hydroxylation, en vervoeging, die de productie van reactieve zuurstofspecies (ROS) in de levercellen kunnen verheffen . Als de afgifte van ROS in evenwicht is met de antioxidantactiviteiten van het lichaam, kan het optreden van oxidatieve stress worden voorkomen. In tegenstelling, als de vorming van ROS antioxidant niveaus heeft overschreden, zullen de vrije radicalen macromoleculen, zoals, proteã nen, polysaccharides, DNA, en celmembranen aanvallen die meervoudig onverzadigde vetzuren bevatten, die tot cellulaire schade leiden . Deze studie toont een verhoging van lever en nier MDA niveaus, die gepaard gaat met een daling van plasma SOD na 60-dagen consumptie van ketogeen dieet. Dit kan een voorzorgsmaatregel impliceren bij het langdurig gebruik van het ketogene dieet.

5. Conclusies

ondanks het gewichtsverlies, het lage bloedsuikergehalte en het hoge ketongehalte in het bloed leidde de duurzame consumptie van keto dieet gedurende 60 dagen bij ratten ook tot een aantal met betrekking tot effecten zoals metabole acidose, bloedarmoede en een daling van de plasmaspiegel van antioxidanten enzymenspiegels. Het is interessant dat, hoewel een significante toename van lipide peroxidatie activiteit op de lever en de nieren, beide orgaanfuncties intact bleven, althans tijdens de onderzochte periode.

Beschikbaarheid Van Gegevens