dieta ketogenică pe termen lung induce acidoză metabolică, anemie și stres oxidativ la șobolanii Wistar sănătoși

rezumat

fundal. Dieta ketogenică a fost utilizată ca terapie de susținere într-o serie de afecțiuni, inclusiv epilepsie, diabet zaharat și cancer. Obiectiv. Acest studiu a urmărit să investigheze efectele consumului pe termen lung al dietei ketogenice asupra gazelor din sânge, profilurilor hematologice, funcțiilor organelor și nivelului de superoxid dismutază într-un model de șobolan. Materiale și metode. Cincisprezece șobolani masculi Wistar au fost împărțiți în grupuri de control (n = 8) și ketogenice (n = 7). Controalele primite dieta standard conținea 52,20% carbohidrați, 7,00% grăsimi și 15,25% proteine; între timp, grupul ketogenic a primit o dietă bogată în grăsimi-cu conținut scăzut de carbohidrați, care conținea 5,66% carbohidrați, 86,19% grăsimi și 8,15% proteine. Toți șobolanii au fost plasați în cuști individual și au primit 30g de pelete standard sau bogate în grăsimi-cu conținut scăzut de carbohidrați. Experimentul a fost efectuat timp de 60 de zile înainte ca probele de sânge să fie prelevate și analizate pentru a obține gaze din sânge, număr de celule, biomarkeri de organe și niveluri de superoxid dismutază antioxidantă plasmatică (SOD). Rezultate. Șobolanii supuși dietei ketogenice au prezentat o scădere semnificativă a greutății corporale, a zahărului din sânge și creșterea cetonelor din sânge (). PH-ul mediu al sângelui a fost de 7,36 0,02, iar excesul de bază a fost de -5,57 2,39 mOsm/l, care au fost semnificativ mai mici decât controalele (). Analiza hematologică a arătat niveluri semnificativ mai scăzute de eritrocite, hemoglobină și hematocrit. Nu s-au constatat modificări semnificative ale nivelurilor de alanin aminotransferază, aspartat aminotransferază, uree și creatinină, indicând funcții normale ale ficatului și rinichilor. Cu toate acestea, nivelul plasmatic SOD redus semnificativ cu dieta ketogenica. Concluzie. Dieta ketogenică pe termen lung induce acidoză metabolică, anemie și nivel redus de enzime antioxidante la șobolani după 60 de zile de consumare a unei diete bogate în grăsimi și cu conținut scăzut de carbohidrați.

1. Introducere

dieta ketogenică este un regim alimentar care constă într-o concentrație mare de grăsimi, cu conținut moderat/scăzut de proteine și foarte scăzut de carbohidrați. Acest tip de dietă declanșează o producție ridicată de corpuri cetonice derivate din descompunerea grăsimilor pentru a produce energie . Unele studii arată că dieta ketogenică are beneficii terapeutice într-o serie de boli. A fost recomandat ca terapie suplimentară pentru sindromul ovarului polichistic, acnee, cancer și detresă respiratorie . De asemenea, este benefic ca terapie anticonvulsivantă pentru a reduce frecvența convulsiilor la persoanele cu epilepsie . Dieta ketogenică poate ajuta, de asemenea, la reducerea nivelului de HbA1C la persoanele cu diabet zaharat de tip 2, menținerea stabilității dispoziției pentru persoanele cu tulburare bipolară și reducerea nivelului de colesterol la pacienții obezi .

un studiu clinic a demonstrat că o dietă ketogenică pe termen scurt timp de 14 zile ar putea crește concentrația corpurilor cetonice din sânge, dar a îmbunătățit și capacitatea antioxidantă a sângelui care contribuie la reducerea stresului oxidativ . Un alt studiu clinic a arătat că consumul de dietă ketogenică timp de 20 de zile a redus semnificativ depozitele de dioxid de carbon în organism, ceea ce poate găsi beneficii clinice la pacienții cu PaCO2 crescut din cauza insuficienței respiratorii .

în ciuda utilizării sale populare, apar unele îngrijorări cu privire la modul în care dieta ketogenică va afecta sistemul întregului corp. Deoarece dieta ketogenică înlocuiește glucoza cu grăsime ca sursă principală de energie, organismul este forțat să activeze o serie de procese metabolice ale grăsimilor pentru a dobândi energie . Procesele metabolice grase formează acetil coenzima A (acetil-CoA) ca produs principal, care apoi intră în ciclul acidului citric și este oxidat pentru a produce ATP . Acetil-CoA care depășește disponibilitatea oxaloacetatului și / sau activitatea ciclului acidului citric conduce la o creștere a corpurilor cetonice (acetoacetat, hidroxibutirat de oxalat și acetonă). Acest proces se numește ketogeneză . Corpurile cetonice formate din dietele ketogenice sunt acide; prin urmare, excreția excesivă a acestor acizi prin rinichi poate determina o scădere a rezervelor alcaline sau a ionilor bicarbonați (HCO3-) . Ca urmare, implicația dietei ketogenice a redus pH-ul sângelui, ducând la cetoacidoză .

mai multe modele animale au fost folosite pentru a afla despre efectul unei diete bogate în grăsimi asupra funcției organelor vitale, cum ar fi rinichii și ficatul . Dieta bogată în grăsimi este mai probabil să declanșeze o reducere a bazinului de chinone mitocondriale și este asociată cu formarea crescută a speciilor reactive de oxigen mitocondrial (ROS) în ficatul de șobolan . S-a demonstrat că o dietă bogată în grăsimi induce alterarea metabolismului lipidic renal la șoareci, în special echilibrul dintre lipogeneză și lipoliză, ducând la acumularea de lipide în rinichi și, în consecință, la disfuncția renală .

pentru a obține date mai cuprinzătoare despre modul în care dieta ketogenică poate afecta sistemul întregului corp, acest studiu de față a urmărit să investigheze efectele consumului pe termen lung al dietei ketogenice asupra profilurilor gazelor din sânge, parametrilor hematologici, funcțiilor organelor și nivelului antioxidant într-un model de șobolan.

2. Materiale și metode

2.1. Pregătirea dietei standard și ketogenice

alimentele Standard au fost obținute de la un producător ca pelete standard pentru rozătoare (AD2, Indonezia), în timp ce alimentele ketogenice au fost preparate în laboratorul nostru prin implicarea unui nutriționist. Peletele ketogenice conțin 30% grăsime nepură amestecată cu 70% grăsime de capră (Tabelul 1), Care este formulată pe baza Software-ului NutriSurvey pentru a calcula aportul caloric și procentul de macro și micronutrienți pe gram peletă. Toate ingredientele au fost lichefiate și amestecate cu ajutorul unui mixer de mână și apoi congelate timp de 24 de ore cu temperatura de -20 centi C. Materialul solidificat a fost apoi pulverizat și turnat în pelete. Peletele standard și ketogenice au fost apoi examinate pentru conținutul lor de grăsimi, proteine și carbohidrați la laboratorul de Chimie Alimentară animală, Facultatea de științe animale, Universitas Hasanuddin.

2.2. Protocoalele experimentale

șobolanii masculi Wistar cântărind 200-330 g cu vârsta cuprinsă între 3-4 luni (n = 15) au fost aclimatizați timp de 7 zile în laborator înainte de începerea experimentului. În acest stadiu, toți șobolanii au primit pelete standard și apă ad libitum. Șobolanii au fost îngrijiți în conformitate cu standardul pentru îngrijirea animalelor de laborator, iar toate protocoalele animalelor au fost aprobate de Comitetul de etică a animalelor al Facultății de Medicină, Universitas Hasanuddin. Șobolanii au fost împărțiți în două grupuri. Primul grup (n = 8) a primit o dietă standard, în timp ce al doilea grup a primit dieta ketogenică timp de 60 de zile. Această perioadă de 60 de zile de viață a șobolanilor adulți este echivalentă cu 4 ani de viață umană . Fiecare șobolan a fost închis individual și i s-au oferit 30 g de alimente pe zi ad libitum și nu au fost supuse restricțiilor calorice. Mâncarea rămasă a fost cântărită în fiecare dimineață pentru a înregistra aportul caloric al fiecărui șobolan. Probele de sânge au fost retrase după 60 de zile de tratamente și pregătite pentru analize suplimentare.

2.3. Analiza gazelor din sânge, a parametrilor hematologici, a biomarkerilor de organe și a nivelului de superoxid dismutază

analiza gazelor din sânge a fost efectuată pe sânge integral de șobolan imediat după prelevarea de probe de sânge cu ajutorul analizorului i-stat de la clasa I (Abbott de la clasa a VIII-a). Pentru analiza hematologică s-au recoltat probe de sânge cu ajutorul unui vacutainer bd cu EDTA, centrifugat timp de 20 min cu viteza de 3000 rpm, înainte de a fi analizat cu ajutorul unui analizor de Hematologie (termo-științific cu ecartament îngust). Biomarkerii de organe, cum ar fi alanin aminotransferaza (ALT), aspartat aminotransferaza (AST), creatinina și ureea, au fost măsurați cu ajutorul Humalyzer 3500 (human global diagnostic int) conform instrucțiunilor privind kiturile de reactivi (human int). Pentru a măsura nivelul de superoxid dismutază plasmatică (SOD), plasma a fost preparată pe baza instrucțiunii în SOD de șobolan pentru kitul ELISA (Abbexa inkt) și analizată cu cititorul de teste imunosorbente enzimatice (Elisa) (Thermo Scientific inkt).

2.4. Analiza activității de peroxidare a lipidelor în țesuturile hepatice și renale

la sfârșitul experimentului, șobolanii au fost anesteziați, eutanasiați și a fost efectuată laparotomia. Ficatul și rinichii șobolanilor au fost îndepărtați și imediat scufundați în azot lichid. Organele au fost cântărite 400 mg și omogenizate înainte de a adăuga 2 mL de soluție tampon fosfat pH 7,4. Amestecul este centrifugat la 3000 rpm timp de 20 de minute. Supernatantul (0,5 mL) a fost amestecat cu 1 mL de acid tiobarbituric 1% și 1 mL de acid tricloroacetic 1% și încălzit la 100 centimetric C timp de 20 minute. Amestecul a fost apoi centrifugat la 3000 rpm timp de 10 minute pentru a separa reziduul. Peroxidarea lipidică a organelor a fost măsurată ca nivel de malondialdehidă (MDA) (hectolitru = 530 nm) utilizând un spectrofotometru UV-VIS (Agilent hectolitru).

2.5. Analiza statistică

datele obținute au fost analizate utilizând software-ul SPSS IBM 23. Distribuția datelor a fost examinată folosind Kolmogorov-Smirnov pentru a determina dacă datele au fost distribuite în mod normal sau nu. Datele care au fost distribuite în mod normal au fost ulterior analizate folosind un test t independent, în timp ce datele care nu au fost distribuite în mod normal au fost analizate folosind testul U Mann-Whitney. O diferență semnificativă a fost realizată dacă sau o diferență foarte semnificativă dacă . Toate datele au fost prezentate în medie la SEM în valoare de un mie.

3. Rezultate

3.1. Dieta ketogenică pe termen lung la șobolani determină o pierdere semnificativă în greutate, scăderea glicemiei și creșterea nivelului de cetonă din sânge

compoziția alimentară a peletei ketogenice are mult mai puțini carbohidrați (5,66% față de 52,20%) și un conținut mult mai mare de grăsimi (86.19% vs 7,00%) comparativ cu dieta standard (Tabelul 2). CALORIA chow standard este de 5,85 kCal/g, în timp ce cea a peletei ketogenice este de 8,29 kCal / g. media aportului zilnic de calorii pe șobolan în fiecare săptămână este prezentată în tabelul 3. Se constată că grupul standard a consumat mai multă cantitate de alimente decât grupul ketogenic; prin urmare, aporturile de calorii ale ambelor grupuri sunt destul de similare, în ciuda diferenței de calorii pe gram de alimente.

s-a constatat că diferența în compoziția dietei afectează în mod semnificativ greutatea corporală, glicemia și nivelurile de cetonă din sânge la șobolanii masculi după aportul de 60 de zile. Tabelul 4 prezintă impactul dietei ketogenice asupra greutății corporale a șobolanului după 60 de zile. În timp ce toți șobolanii hrăniți cu dietă standard s-au îngrășat după 2 luni (în medie, o creștere de 25% față de greutatea inițială), șobolanii hrăniți cu ketogen au înregistrat o scădere în greutate cu aproximativ 100 g față de greutatea corporală inițială (pierdere de 40%).

în afară de pierderea în greutate, nivelul glicemiei șobolanilor hrăniți cu ketogen a fost semnificativ mai mic comparativ cu grupul de dietă standard (Figura 1). În acest stadiu, valoarea glicemiei a fost de 57 de 5,69 mg/dl, sugerând o stare hipoglicemică a grupului de dietă ketogenică. Între timp, nivelul cetonei din sânge a crescut semnificativ în grupul ketogenic, de aproximativ 8 ori mai mare decât șobolanii standard (7,97 0,15 vs 0,34 0,02 mmol/l).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figura 1

nivelul de glucoză din sânge și cetonă din sânge la șobolani care consumă dietă standard și ketogenică timp de 60 de zile. Simbolul XV implică o diferență foarte semnificativă () între grupuri.

3.2. Dieta ketogenică pe termen lung a scăzut semnificativ pH-ul sângelui și a redus nivelul excesului de bază

analiza valorilor gazelor din sânge demonstrează că administrarea dietei ketogenice timp de 60 de zile determină o modificare semnificativă a homeostaziei gazelor din sânge (Tabelul 5). S-a constatat că a existat o scădere foarte semnificativă a pH-ului sanguin al șobolanilor după 2 luni de dietă ketogenică, comparativ cu cei hrăniți cu o dietă standard (). Scăderea pH-ului sanguin nu a fost însoțită de modificări semnificative ale presiunii dioxidului de carbon (pCO2), presiunii oxigenului (pO2), dioxidului de carbon total (TCO2) și saturației oxigenului hemoglobinei (SO2). Deși nivelul bicarbonatului de sânge () al lotului ketogenic a scăzut nesemnificativ (19,74 int 2,54 vs 22,75 int 0,79 mmol/L), S-a constatat că nivelul excesului de bază al lotului a fost semnificativ mai mic comparativ cu grupul standard ().

3.3. Dieta ketogenică pe termen lung induce Anemia la șobolanii masculi

rezultatul analizei hematologice după primirea dietelor standard și ketogenice timp de 60 de zile este prezentat în Tabelul 6. Grupul ketogenic pare să aibă un număr ușor mai mic de globule roșii (RBC), hemoglobină semnificativ mai mică și hematocrit, precum și indici semnificativ mai mici ai volumului corpuscular mediu (MCV) și ai hemoglobinei corpusculare medii (MCH). Aceste anomalii hematologice indică faptul că șobolanii hrăniți cu dieta ketogenică au fost anemici.

3.4. Dieta ketogenică pe termen lung nu modifică semnificativ funcțiile ficatului și rinichilor

acest studiu a măsurat, de asemenea, efectul unei diete ketogenice pe termen lung la șobolani asupra funcțiilor hepatice și renale. Rezultatul este prezentat în Figura 2. Din date, se constată că nivelurile biomarkerilor hepatici, alanin aminotransferaza (ALT) și aspartat aminotransferaza (AST), nu au fost semnificativ diferite între grupurile standard și ketogenice. Cu toate acestea, atunci când se compară testul funcției renale, s-a constatat o ușoară creștere a nivelului creatininei plasmatice și a ureei în grupul ketogenic comparativ cu standardul, deși diferența nu a fost semnificativă statistic.

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Figura 2

nivelul aspartat aminotransferazei (a), alanin aminotransferazei (b), creatininei plasmatice (c) și ureei plasmatice (d) la șobolani care consumă dietă standard și ketogenică timp de 60 de zile.

3.5. Dieta ketogenică pe termen lung crește peroxidarea lipidelor și reduce nivelul Antioxidant

nivelul de peroxidare a lipidelor și activitatea antioxidantă ar putea fi un bun indicator pentru a dezvălui nivelul de stres oxidativ în sistem. În acest studiu, sa constatat că dieta ketogenică la șobolani timp de 60 de zile poate induce o creștere a nivelului de malondialdehidă (MDA) în ficat și rinichi (Figura 3). Creșterea nivelului de MDA în ambele organe vitale a fost foarte semnificativă în grupul ketogenic comparativ cu standardul (). Creșterea nivelului de MDA în lotul ketogenic a fost însoțită de un nivel redus de superoxid dismutază antioxidantă (SOD), care a fost cu 80% mai mic comparativ cu cel al standardului ().

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figura 3

nivelul malondialdehidei hepatice (a), malondialdehidei renale (b) și superoxid dismutazei plasmatice (c) la șobolanii hrăniți standard și ketogenici. Simbolul XV implică o diferență foarte semnificativă () între grupuri.

4. Discuție

dieta ketogenică a câștigat atenția publicului de când este introdusă pentru prima dată ca terapie alternativă pentru epilepsia farmacorezistentă . În zilele noastre, utilizarea dietei ketogenice s-a extins dincolo de terapia epileptică; într-adevăr, utilizarea sa la persoanele sănătoase a devenit mai populară, în special pentru cei care doresc să slăbească. Din păcate, beneficiile dietei ketogenice pot veni cu efecte secundare. Acest studiu a examinat efectele pe termen lung ale dietei ketogenice într-un model sănătos de șobolan masculin pentru a obține mai multe informații despre potențialele complicații ale acestui tip de dietă.

alimentele Standard cu conținutul ridicat de carbohidrați permit organismului să utilizeze glucoza ca sursă principală de energie. Când aportul de carbohidrați este mai mult decât suficient pentru a satisface nevoile ATP, organismul va transforma fiziologic glucoza în glicogen ca depozite de energie în țesuturi. Consumul unei diete bogate în carbohidrați va determina, de asemenea, o creștere a cantității de grăsime depusă în țesutul adipos sub piele sau în cavitatea abdominală. Acesta este principalul motiv pentru creșterea greutății corporale a șobolanilor hrăniți cu o dietă standard.

pe de altă parte, șobolanii tratați cu dieta ketogenică au avut o pierdere semnificativă în greutate ca urmare a cetozei induse. Dieta ketogenică cu conținut ridicat de grăsimi, proteine scăzute și compoziție scăzută de carbohidrați face ca organismul să depindă de procesul de gluconeogeneză, formarea glucozei noncarbohidrate, pentru a produce energie . Când acizii grași (conținutul de grăsimi) sunt utilizați în principal pentru a produce energie, aceasta va induce formarea de corpuri cetonice, cum ar fi acetoacetat, beta-hidroxibutirat și acetonă. Prezența cetozei în grupul ketogenic a fost confirmată de un nivel semnificativ mai mare de cetonă din sânge (8 mmol/l) și de un nivel semnificativ scăzut de zahăr din sânge (<60 mg/dl). În afară de pierderea în greutate, șobolanii prezintă, de asemenea, o scădere a pH-ului sau a acidozei, care apare ca urmare a creșterii nivelului de cetonă din sânge . Corpurile cetonice sunt acide; astfel, o creștere a corpurilor cetonice în circulație poate induce acidoză .

Anemia nu este efecte secundare mai puțin frecvente ale dietelor bogate în grăsimi. Acest studiu a constatat, de asemenea, indici hematologici reduși, cum ar fi RBC, hemoglobină, hematocrit, MCV și MCH la șobolanii hrăniți cu dietă ketogenică timp de 60 de zile. Studiile asupra copiilor epileptici au arătat că dieta ketogenică este mai probabil să provoace anemie, care poate apărea din cauza restricțiilor alimentare, ceea ce duce la deficit de cupru . Cu toate acestea, această complicație a dietei ketogenice poate fi gestionată cu suplimentarea cu cupru.

în acest studiu, administrarea dietei ketogenice la șobolani timp de 60 de zile nu a modificat semnificativ funcția hepatică și renală. Cu toate acestea, creatinina plasmatică și ureea șobolanilor hrăniți cu ketogen au fost ceva mai mari decât șobolanii hrăniți standard, ceea ce poate sugera un efect minor al dietei ketogenice asupra funcției renale. Acest efect ar putea fi mai izbitor dacă durata administrării dietei ketogenice este prelungită.

este interesant faptul că, deși funcția hepatică și renală nu au fost modificate semnificativ, activitatea de peroxidare a lipidelor în ambele organe a crescut semnificativ. Acest lucru a fost indicat de un nivel semnificativ mai mare de MDA al țesuturilor hepatice și renale la șobolanii hrăniți cu ketogen, comparativ cu cei cu o dietă standard. Activitatea crescută a peroxidării lipidelor ar putea fi declanșată de creșterea speciilor reactive de oxigen (ROS) în organe și de incapacitatea activității enzimei antioxidante de a proteja membranele celulare de deteriorarea indusă de ROS. Acest rezultat ar putea apărea ca o amenințare potențială pentru ambele organe în cazul în care dieta ar fi susținută mai mult decât perioada investigată. În concordanță cu aceasta, concentrația plasmatică a superoxid dismutazei (SOD) s-a redus semnificativ la animalele hrănite cu ketogen (), sugerând prezența stresului oxidativ indus de dieta ketogenică pe termen lung la șobolani.

motivul pentru care o dietă ketogenică poate induce stresul oxidativ a fost explicat în mai multe studii. Corpurile cetonice sunt cunoscute pentru a stimula mitocondriile pentru a produce mai mult ATP în comparație cu glucoza . Cu toate acestea, metabolismul grăsimilor necesită procese mai complexe, cum ar fi reducerea, oxidarea, hidroxilarea și conjugarea, care pot ridica producția de specii reactive de oxigen (ROS) în celulele hepatice . Dacă eliberarea ROS este în echilibru cu activitățile antioxidante ale organismului, apariția stresului oxidativ poate fi prevenită. În schimb, dacă formarea ROS a depășit nivelurile antioxidante, radicalii liberi vor ataca macromoleculele, cum ar fi proteinele, polizaharidele, ADN-ul și membranele celulare care conțin acizi grași polinesaturați, ducând la deteriorarea celulară . Acest studiu arată o creștere a nivelului MDA hepatic și renal, care este însoțită de o scădere a SOD-ului plasmatic după consumul de 60 de zile de dietă ketogenică. Acest lucru ar putea implica o precauție privind utilizarea pe termen lung a dietei ketogenice.

5. Concluzii

în ciuda pierderii în greutate, a glicemiei scăzute și a cetonei ridicate din sânge, consumul durabil de dietă ceto timp de 60 de zile la șobolani a instigat, de asemenea, unele efecte privind acidoza metabolică, anemia și scăderea nivelului enzimei antioxidante plasmatice. Este interesant faptul că, deși o creștere semnificativă a activității de peroxidare a lipidelor pe ficat și rinichi, ambele funcții ale organelor au rămas intacte, cel puțin în perioada investigată.

Disponibilitatea Datelor