Dieta Cetogênica de longo prazo induz acidose metabólica, Anemia e estresse oxidativo em ratos Wistar saudáveis

resumo

antecedentes. A dieta cetogênica tem sido usada como terapia de suporte em uma variedade de condições, incluindo epilepsia, diabetes mellitus e câncer. Objectivo. Este estudo teve como objetivo investigar os efeitos do consumo a longo prazo de dieta cetogênica em gases sanguíneos, perfis hematológicos, funções de órgãos e nível de superóxido dismutase em um modelo de rato. Materiais e métodos. Quinze ratos Wistar machos foram divididos em grupos controle (n = 8) e cetogênicos (n = 7). Controles receberam dieta padrão contido 52.20% de hidratos de carbono, 7.00% de gordura, e 15.25% de proteína; entretanto, o cetogênica grupo recebeu um alto-gordura, baixo teor de carboidratos da dieta que continha 5.66% de hidratos de carbono, 86.19% de gordura, e 8.15% de proteína. Todos os ratos foram enjaulados individualmente e receberam 30g de pellets padrão ou com alto teor de gordura e baixo teor de carboidratos. O experimento foi realizado por 60 dias antes que as amostras de sangue fossem coletadas e analisadas para obter os níveis de gás sanguíneo, Contagem de células, biomarcadores de órgãos e superóxido dismutase antioxidante plasmático (SOD). Resultado. Os ratos submetidos a dieta cetogênica experimentaram uma diminuição acentuada no peso corporal, açúcar no sangue e aumento das cetonas no sangue (). O pH médio do sangue foi de 7,36 ± 0,02 e o excesso de base foi de -5,57 ± 2,39 mOsm/l, que foram significativamente menores do que os controles (). A análise hematológica mostrou níveis significativamente mais baixos de eritrócitos, hemoglobina e hematócrito. Não foram encontradas alterações significativas nos níveis de alanina aminotransferase, aspartato aminotransferase, ureia e creatinina, indicando funções hepáticas e renais normais. No entanto, o nível de SOD plasmático reduziu significativamente com a dieta cetogênica. Conclusao. A dieta cetogênica de longo prazo induz acidose metabólica, anemia e redução do nível de enzima antioxidante em ratos após 60 dias de consumo de dieta rica em gordura e baixo teor de carboidratos.

1. Introdução

a dieta cetogênica é um regime alimentar que consiste em uma alta concentração de gordura, com moderado/baixo teor de proteínas e muito baixo teor de carboidratos. Este tipo de dieta desencadeia alta produção de corpos cetônicos derivados da quebra de gordura para produzir energia . Alguns estudos mostram que a dieta cetogênica tem benefícios terapêuticos em uma série de doenças. Tem sido recomendado como terapia suplementar para síndrome dos ovários policísticos, acne, câncer e dificuldade respiratória . Também é benéfico como terapia anticonvulsivante para reduzir a frequência de convulsões em pessoas com epilepsia . A dieta cetogênica também pode ajudar a reduzir os níveis de HbA1C em pessoas com diabetes tipo 2, mantendo a estabilidade do humor para pessoas com transtorno bipolar e reduzindo os níveis de colesterol em pacientes obesos .

Um estudo clínico demonstrou que um curto-prazo dieta cetogênica para 14 dias pode aumentar a concentração de corpos cetônicos no sangue, mas também melhorou a capacidade antioxidante do sangue que contribui para a redução do estresse oxidativo . Outro ensaio clínico mostrou que o consumo de dieta cetogênica por 20 dias reduziu significativamente os depósitos de dióxido de carbono no corpo, o que pode encontrar benefício clínico em pacientes com aumento da PaCO2 devido a insuficiência respiratória .

apesar de seu uso popular, surgem algumas preocupações sobre como a dieta cetogênica afetará o sistema de todo o corpo. Como a dieta cetogênica substitui a glicose pela gordura como principal fonte de energia, o corpo é forçado a ativar uma série de processos metabólicos de gordura para adquirir energia . Os processos metabólicos gordurosos formam a acetil coenzima a (acetil-CoA) como o principal produto, que então entra no ciclo do ácido cítrico e é oxidado para produzir ATP . Acetil-CoA que excede a disponibilidade de oxaloacetato e / ou a atividade do ciclo do ácido cítrico leva a um aumento nos corpos cetônicos (acetoacetato, β-hidroxibutirato e acetona). Esse processo é chamado de cetogênese . Os corpos cetônicos formados a partir de dietas cetogênicas são ácidos; portanto, a excreção excessiva desses ácidos pelos rins pode causar uma diminuição nas reservas alcalinas ou íons bicarbonato (HCO3-) . Como resultado, a implicação da dieta cetogênica reduziu o pH do sangue, levando à cetoacidose .

vários modelos animais foram usados para aprender sobre o efeito de uma dieta rica em gordura na função de órgãos vitais, como os rins e o fígado . A dieta rica em gordura é mais provável de desencadear uma redução no pool de quinona mitocondrial e está associada ao aumento da formação de espécies reativas de oxigênio mitocondrial (eros) no fígado de rato . Uma dieta rica em gordura demonstrou induzir alteração no metabolismo lipídico renal em camundongos, especialmente o equilíbrio entre lipogênese e lipólise, levando ao acúmulo de lipídios nos rins e, consequentemente, disfunção renal .

para obter dados mais abrangentes sobre como a dieta cetogênica pode afetar o sistema de todo o corpo, este presente estudo teve como objetivo investigar os efeitos do consumo prolongado de dieta cetogênica nos perfis de gases sanguíneos, parâmetros hematológicos, funções de órgãos e nível antioxidante em um modelo de rato.

2. Materiais e métodos

2.1. Preparação de dieta padrão e cetogênica

alimentos padrão foram obtidos de um fabricante Como pellets padrão para roedores (AD2®, Indonésia), enquanto o alimento cetogênico foi preparado em nosso laboratório envolvendo um nutricionista. Cetogênica pelotas conter 30% de nonpure gordura misturada com 70% de gordura de cabra (Tabela 1), que é formulada com base em NutriSurvey® software para calcular a ingestão de calorias e a porcentagem de macro e micronutrientes por grama de pelota. Todos os ingredientes foram liquefeitos e misturados usando um misturador manual e depois congelados por 24 horas com a temperatura de -20°C. O material solidificado foi então pulverizado e moldado em pellets. Os pellets padrão e cetogênicos foram então examinados quanto ao conteúdo de gordura, proteína e carboidratos no Laboratório de Química De Alimentos Para Animais, Faculdade de Ciências Animais, Universitas Hasanuddin.

2.2. Os protocolos experimentais

ratos Wistar machos pesando 200-330 g de idade 3-4 meses (n = 15) foram aclimatados por 7 dias no laboratório antes de iniciar o experimento. Nesta fase, todos os ratos receberam pellets padrão e água ad libitum. Os ratos foram tratados de acordo com o padrão de cuidados com animais de laboratório, e todos os protocolos animais foram aprovados pelo Comitê de Ética em animais da Faculdade de Medicina da Universitas Hasanuddin. Os ratos foram divididos em dois grupos. O primeiro grupo (n = 8) recebeu uma dieta padrão, enquanto o segundo grupo recebeu a dieta cetogênica por 60 dias. Este período de 60 dias de vida de ratos adultos é equivalente a ∼4 anos de vida humana . Cada rato foi enjaulado individualmente e ofereceu 30 g de alimento por dia ad libitum e não submetido a restrição calórica. O alimento restante era pesado todas as manhãs para registrar a ingestão calórica de cada rato. As amostras de sangue foram retiradas após 60 dias de tratamentos e preparadas para análise posterior.

2.3. Análise de gases sanguíneos, parâmetros hematológicos, biomarcadores de órgãos e nível de superóxido Dismutase

a análise de gases sanguíneos foi realizada em sangue total de ratos imediatamente após a amostragem de sangue com o uso do analisador I-Stat® (Abbott®). Para análise hematológica, foram coletadas amostras de sangue utilizando-se um BD®vacutainer com EDTA, centrifugado por 20 min com a taxa de 3000 rpm antes de ser analisado por meio de um analisador hematológico (Thermo Scientific®). Os biomarcadores de órgãos, como alanina aminotransferase (ALT), aspartato aminotransferase (AST), creatinina e uréia, foram medidos usando Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic®) de acordo com as instruções dos kits de reagentes (Human®). Para medir o nível de superóxido dismutase plasmático (SOD), o plasma foi preparado com base nas instruções em SOD de rato para ELISA kit (Abbexa®) e analisado com o leitor de ensaio imunoabsorvente ligado a enzima (Elisa) (Thermo Scientific®).

2.4. Análise da atividade de peroxidação lipídica em tecidos hepáticos e renais

no final do experimento, ratos foram anestesiados, eutanasiados e laparotomia foi realizada. O fígado e os rins dos ratos foram removidos e imediatamente imersos em nitrogênio líquido. Os órgãos foram pesados 400 mg e homogeneizados antes da adição de 2 mL de solução tampão fosfato pH 7,4. A mistura é centrifugada a 3000 rpm por 20 minutos. O sobrenadante (0,5 mL) foi misturado com 1 mL de ácido tiobarbitúrico a 1% e 1 mL de ácido tricloroacético a 1% e aquecido a 100°C por 20 minutos. A mistura foi então centrifugada a 3000 rpm por 10 minutos para separar o resíduo. A peroxidação lipídica de órgão foi medida como nível de malondialdeído (MDA) (λ = 530 nm) usando um espectrofotômetro UV-VIS (Agilent®).

2.5. Análise estatística

os dados obtidos foram analisados utilizando o software SPSS IBM 23. A distribuição dos dados foi examinada usando Kolmogorov–Smirnov para determinar se os dados foram normalmente distribuídos ou não. Os dados que foram normalmente distribuídos foram posteriormente analisados usando um teste t independente, enquanto os dados que não foram normalmente distribuídos foram analisados usando o teste U de Mann-Whitney. Uma diferença significativa foi alcançada se ou diferença muito significativa se . Todos os dados foram apresentados em média ± SEM.

3. Resultados

3.1. A dieta cetogênica a longo prazo em ratos causa perda de peso significativa, redução da glicose no sangue e aumento dos níveis de cetona no sangue

a composição alimentar do pellet cetogênico tem muito menos carboidratos (5,66% vs 52,20%) e muito maior teor de gordura (86.19% vs 7,00%) em comparação com a dieta padrão (Tabela 2). A caloria do chow padrão é de 5,85 kCal / g, enquanto a do pellet cetogênico é de 8,29 kCal / g. A média da ingestão diária de calorias por rato em cada semana é representada na Tabela 3. Verificou-se que o grupo padrão consumiu mais quantidade de alimentos do que o grupo cetogênico; portanto, a ingestão de calorias de ambos os grupos é bastante semelhante, apesar da diferença de calorias por grama de alimentos.

verificou-se que a diferença na composição da dieta afeta significativamente o peso corporal, a glicose no sangue e os níveis de cetona no sangue nos ratos machos após a ingestão de 60 dias. A tabela 4 mostra o impacto da dieta cetogênica no peso corporal dos ratos após 60 dias. Enquanto todos os ratos alimentados com dieta padrão ganharam peso após 2 meses (em média, aumento de ∼25% em relação ao peso basal), os ratos alimentados com cetogênico experimentaram uma perda de peso em cerca de 100 g em relação ao peso corporal basal (perda de 4 40%).

além da perda de peso, o nível de Glicose no sangue de ratos alimentados com cetogênico foi significativamente menor em comparação com o grupo de dieta padrão (Figura 1). Nesta fase, o valor da glicemia foi de 57 ± 5,69 mg/dl, sugerindo uma condição hipoglicêmica do grupo de dieta cetogênica. Enquanto isso, o nível de cetona no sangue acentuadamente elevado no grupo cetogênico, cerca de 8 vezes maior do que os ratos padrão (7,97 ± 0,15 vs 0,34 ± 0,02 mmol/L).

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Figura 1

O nível de glicose no sangue e sangue cetona de ratos consumir padrão e dieta cetogênica para 60 dias. O símbolo ∗ implica uma diferença muito significativa () entre os grupos.

3.2. A Dieta Cetogênica de longo prazo reduziu significativamente o pH do sangue e reduziu o nível de excesso de Base

a análise dos valores de gases no sangue demonstra que a administração da dieta cetogênica por 60 dias causa uma alteração significativa na homeostase dos gases no sangue (Tabela 5). Verificou-se que houve uma diminuição muito significativa no pH sanguíneo de ratos após 2 meses de ter uma dieta cetogênica em comparação com aqueles alimentados com uma dieta padrão (). A diminuição do pH do sangue não foi acompanhada por mudanças significativas na pressão do dióxido de carbono (pCO2), pressão de oxigênio (pO2), dióxido de carbono total (TCO2) e saturação de oxigênio da hemoglobina (SO2). Embora o sangue de bicarbonato () nível de cetogênica grupo insignificantly diminuiu (19.74 ± 2.54 vs 22.75 ± 0.79 mmol/L), verificou-se que o grupo do excesso de base foi significativamente menor em comparação com o padrão do grupo ().

3.3. A Dieta Cetogênica de longo prazo induz Anemia em ratos machos

o resultado da análise hematológica após receber dietas padrão e cetogênicas por 60 dias é apresentado na Tabela 6. O grupo cetogênico parece ter contagens de glóbulos vermelhos (RBC) ligeiramente mais baixas, hemoglobina significativamente mais baixa e hematócrito, bem como índices de volume corpuscular médio (MCV) e hemoglobina corpuscular média (MCH) significativamente menores. Essas anormalidades hematológicas indicam que os ratos alimentados com a dieta cetogênica eram anêmicos.

3.4. A Dieta Cetogênica de longo prazo não altera significativamente as funções do fígado e do rim

este estudo também mediu o efeito de uma dieta cetogênica de longo prazo em ratos nas funções hepática e renal. O resultado é apresentado na Figura 2. A partir dos dados, é revelado que os níveis de biomarcadores hepáticos, a alanina aminotransferase (ALT) e aspartato aminotransferase (AST), não foram significativamente diferentes entre os grupos padrão e cetogênico. No entanto, ao comparar o teste de função renal, um ligeiro aumento nos níveis plasmáticos de creatinina e uréia foi encontrado no grupo cetogênico em comparação com o padrão, embora a diferença não tenha sido estatisticamente significativa.

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Figura 2

O nível de aspartato aminotransferase (a), alanina aminotransferase (b), creatinina plasmática (c), de plasma e de uréia (d) em ratos consumir padrão e dieta cetogênica para 60 dias.

3.5. A dieta cetogênica a longo prazo aumenta a peroxidação lipídica e reduz o nível antioxidante

o nível de peroxidação lipídica e atividade antioxidante pode ser um bom indicador para revelar o nível de estresse oxidativo no sistema. Neste estudo, verificou-se que a dieta cetogênica em ratos por 60 dias pode induzir um aumento no nível de malondialdeído (MDA) no fígado e nos rins (Figura 3). O aumento do nível de MDA em ambos os órgãos vitais foi muito significativo no grupo cetogênico em comparação com o padrão (). O aumento do nível de MDA no grupo cetogênico foi acompanhado por um nível reduzido de superóxido dismutase antioxidante( SOD), que foi ∼80% menor em comparação com o padrão ().

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Figura 3

O nível de fígado malondialdehyde (a), renal malondialdehyde (b), plasma e superóxido dismutase (c) no padrão e cetogênica alimentados ratos. O símbolo ∗ implica uma diferença muito significativa () entre os grupos.

4. Discussão

a dieta cetogênica ganhou atenção do público desde que foi introduzida pela primeira vez como uma terapia alternativa para epilepsia farmacorresistente . Hoje em dia, o uso de dieta cetogênica se expandiu além da terapia epiléptica; de fato, seu uso em indivíduos saudáveis tornou-se mais popular, especialmente para aqueles que desejam perder peso. Infelizmente, os benefícios da dieta cetogênica podem vir com efeitos colaterais. Este estudo examinou os efeitos a longo prazo da dieta cetogênica em um modelo saudável de rato masculino para obter mais informações sobre as possíveis complicações desse tipo de dieta.

o alimento padrão com seu alto teor de carboidratos permite que o corpo use a glicose como principal fonte de energia. Quando a ingestão de carboidratos é mais do que suficiente para atender às necessidades de ATP, o corpo converterá fisiologicamente a glicose em glicogênio como reservas de energia nos tecidos. O consumo de uma dieta rica em carboidratos também causará um aumento na quantidade de gordura depositada no tecido adiposo sob a pele ou na cavidade abdominal. Esta é a principal razão para o aumento do peso corporal de ratos alimentados com uma dieta padrão.

por outro lado, os ratos tratados com a dieta cetogênica tiveram uma perda de peso significativa como resultado da cetose induzida. Dieta cetogênica com alto teor de gordura, baixa proteína e baixa composição de carboidratos torna o corpo depende do processo de gliconeogênese, a formação de glicose não-carboidratada, para produzir energia . Quando os ácidos graxos (teor de gordura) são usados principalmente para produzir energia, induzirá a formação de corpos cetônicos, como acetoacetato, beta-hidroxibutirato e acetona. A presença de cetose no grupo cetogênico foi confirmada por um nível significativamente maior de cetona no sangue (∼8 mmol/L) e um nível significativamente baixo de açúcar no sangue (<60 mg/dl). Além da perda de peso, os ratos também experimentam uma diminuição no pH ou acidose, que ocorre como resultado do aumento do nível de cetona no sangue . Os corpos cetônicos são ácidos; assim, um aumento nos corpos cetônicos em circulação pode induzir acidose .

a Anemia não é incomum efeitos colaterais de dietas ricas em gordura. Este estudo também encontrou índices hematológicos reduzidos, como RBC, hemoglobina, hematócrito, MCV e MCH em ratos alimentados com dieta cetogênica por 60 dias. Estudos em crianças epilépticas revelaram que a dieta cetogênica tem maior probabilidade de causar anemia, o que pode ocorrer devido à restrição alimentar, levando à deficiência de cobre . No entanto, essa complicação da dieta cetogênica pode ser tratada com suplementação de cobre.

neste estudo, a administração de dieta cetogênica em ratos por 60 dias não alterou significativamente a função hepática e renal. No entanto, a creatinina plasmática e a ureia dos ratos alimentados com cetogênico eram um pouco mais altas do que os ratos alimentados com padrão, o que pode sugerir um efeito menor da dieta cetogênica na função renal. Este efeito pode ser mais impressionante se a duração da administração da dieta cetogênica for prolongada.

é interessante que, embora o fígado e a função renal não tenham sido significativamente alterados, a atividade de peroxidação lipídica em ambos os órgãos aumentou significativamente. Isso foi indicado por um nível significativamente maior de MDA de tecidos hepáticos e renais em ratos alimentados com cetogênico em comparação com aqueles com uma dieta padrão. O aumento da atividade da peroxidação lipídica pode ser desencadeado pela elevação de espécies reativas de oxigênio (ROS) nos órgãos e incapacidade da atividade enzimática antioxidante para proteger as membranas celulares dos danos induzidos por ROS. Esse resultado pode emergir como uma ameaça potencial para ambos os órgãos se a dieta for mantida por mais tempo do que o período investigado. Em consonância com isso, a concentração plasmática de superóxido dismutase (SOD) reduziu significativamente em animais alimentados com cetogênico (), sugerindo a presença de estresse oxidativo induzido por dieta cetogênica de longo prazo em ratos.

a razão pela qual uma dieta cetogênica pode induzir o estresse oxidativo foi explicada em vários estudos. Sabe-se que os corpos cetônicos estimulam as mitocôndrias a produzir mais ATP em comparação com a glicose . No entanto, o metabolismo da gordura requer processos mais complexos, como redução, oxidação, hidroxilação e conjugação, o que pode elevar a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) nas células do fígado . Se a liberação de ROS estiver em equilíbrio com as atividades antioxidantes do corpo, a ocorrência de estresse oxidativo pode ser evitada. Em contraste, se ROS formação excedeu os níveis de antioxidantes, os radicais livres atacam macromoléculas, como proteínas, polissacarídeos, DNA e membranas celulares, que contêm ácidos graxos poliinsaturados, levando a danos celulares . Este estudo mostra um aumento nos níveis de MDA hepática e renal, que é acompanhado por uma diminuição na SOD plasmática após o consumo de 60 dias de dieta cetogênica. Isso pode implicar uma precaução no uso a longo prazo da dieta cetogênica.

5. Conclusões

apesar da perda de peso, baixo nível de açúcar no sangue e alta cetona no sangue, o consumo sustentável de dieta cetônica por 60 dias em ratos também instigou alguns efeitos preocupantes, como acidose metabólica, anemia e diminuição do nível de enzima antioxidante plasmática. É interessante que, embora um aumento significativo na atividade de peroxidação lipídica no fígado e nos rins, ambas as funções dos órgãos permaneceram intactas, pelo menos durante o período investigado.

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