långvarig ketogen Diet inducerar metabolisk acidos, anemi och oxidativ Stress hos friska Wistar-råttor

Abstrakt

Bakgrund. Ketogen diet har använts som stödjande terapi i en rad tillstånd inklusive epilepsi, diabetes mellitus och cancer. Mål. Denna studie syftade till att undersöka effekterna av långvarig konsumtion av ketogen diet på blodgas, hematologiska profiler, organfunktioner och superoxiddismutasnivå i en råttmodell. Material och metoder. Femton manliga Wistar-råttor delades in i kontrollgrupper (n = 8) och ketogena (n = 7) grupper. Kontroller mottagna standarddiet innehöll 52,20% kolhydrater, 7,00% fett och 15,25% protein; under tiden fick den ketogena gruppen en diet med hög fetthalt och låg kolhydrat som innehöll 5,66% kolhydrat, 86,19% fett och 8,15% protein. Alla råttor kastades individuellt och fick 30 g av antingen standard-eller högfett-lågkolhydratpellets. Experimentet utfördes i 60 dagar innan blodproverna togs och analyserades för att erhålla blodgas, cellantal, organbiomarkörer och plasma antioxidant superoxiddismutas (SOD) nivåer. Resultat. Råttorna som utsattes för ketogen diet upplevde en markant minskning av kroppsvikt, blodsocker och ökade blodketoner (). Det genomsnittliga blodets pH var 7,36 0,02 0,02 och basöverskottet var -5,57 2,39 2,39 mOsm / l, vilket var signifikant lägre än kontroller (). Hematologisk analys visade signifikant lägre erytrocyt -, hemoglobin-och hematokritnivåer. Inga signifikanta förändringar hittades i alaninaminotransferas -, aspartataminotransferas -, urea-och kreatininnivåer, vilket indikerar normala lever-och njurfunktioner. Ändå minskade plasmakoncentrationen signifikant med ketogen diet. Slutsats. Långvarig ketogen diet inducerar metabolisk acidos, anemi och minskad antioxidantenzymnivå hos råttor efter 60 dagars konsumtion av hög fetthalt-lågkolhydratdiet.

1. Inledning

den ketogena dieten är en matregim som består av en hög koncentration av fett, med måttligt/lågt protein och mycket lågt kolhydratinnehåll. Denna typ av diet utlöser hög produktion av ketonkroppar som härrör från nedbrytningen av fett för att producera energi . Vissa studier visar att ketogen diet har terapeutiska fördelar i en rad sjukdomar. Det har rekommenderats som en kompletterande terapi för polycystiskt äggstockssyndrom, akne, cancer och andningsbesvär . Det är också fördelaktigt som antikonvulsiv terapi för att minska frekvensen av anfall hos personer med epilepsi . Ketogen diet kan också bidra till att minska HbA1c-nivåerna hos personer med typ 2-diabetes, upprätthålla humörstabilitet för personer med bipolär sjukdom och minska kolesterolnivåerna hos överviktiga patienter .

en klinisk studie har visat att en kortvarig ketogen diet i 14 dagar kan öka koncentrationen av ketonkroppar i blodet, men det förbättrade också antioxidantkapaciteten hos blodet som bidrar till minskad oxidativ stress . En annan klinisk studie har visat att konsumtion av ketogen diet i 20 dagar minskade signifikant koldioxidavlagringar i kroppen, vilket kan få klinisk nytta hos patienter med ökad PaCO2 på grund av andningssvikt .

trots sin populära användning uppstår vissa bekymmer om hur ketogen diet kommer att påverka hela kroppssystemet. Eftersom ketogen diet ersätter glukos med fett som huvudkälla till energi, tvingas kroppen att aktivera en serie fettmetaboliska processer för att förvärva energi . Fettmetaboliska processer bildar acetylkoenzym A (acetyl-CoA) som huvudprodukt, som sedan går in i citronsyracykeln och oxideras för att producera ATP . Acetyl-CoA som överstiger tillgängligheten av oxaloacetat och / eller citronsyracykelns aktivitet leder till en ökning av ketonkroppar (acetoacetat, XXL-hydroxibutyrat och aceton). Denna process kallas ketogenes . Ketonkropparna som bildas av ketogena dieter är sura; därför kan överdriven utsöndring av dessa syror genom njurar orsaka en minskning av alkaliska reserver eller bikarbonatjoner (HCO3-) . Som ett resultat minskade implikationen av ketogen diet blodets pH, vilket ledde till ketoacidos .

flera djurmodeller har använts för att lära sig om effekten av en fettrik diet på funktionen hos vitala organ, såsom njurar och lever . Diet med hög fetthalt är mer sannolikt att utlösa en minskning av mitokondriell kinonpool och är associerad med ökad bildning av mitokondriella reaktiva syrearter (ROS) i råttlever . En fettrik diet har visat sig inducera förändring i njurlipidmetabolism hos möss, särskilt balansen mellan lipogenes och lipolys, vilket leder till ackumulering av lipid i njurarna och följaktligen nedsatt njurfunktion .

för att få mer omfattande data om hur ketogen diet kan påverka hela kroppssystemet syftade denna nuvarande studie till att undersöka effekterna av långvarig konsumtion av ketogen diet på blodgasprofiler, hematologiska parametrar, organfunktioner och antioxidantnivå i en råttmodell.

2. Material och metoder

2.1. Beredning av Standard-och ketogen Diet

standardmat erhölls från en tillverkare som standardpellets för gnagare (AD2 msk, Indonesien), medan Ketogen mat bereddes i vårt laboratorium genom att involvera en nutritionist. De ketogena pelletsna innehåller 30% av icke-rent fett blandat med 70% getfett (Tabell 1), som är formulerat baserat på NutriSurvey bisexuell programvara för att beräkna kaloriintaget och procentandelen makro-och mikronäringsämnen per gram pellet. Alla ingredienser kondenserades och blandades med hjälp av en handblandare och frystes sedan i 24 timmar med temperaturen -20 C. Det stelnade materialet pulveriserades sedan och formades till pellets. Standard-och ketogenpellets undersöktes sedan för deras fett -, protein-och kolhydratinnehåll vid Laboratoriet för Djurmatkemi, fakulteten för Djurvetenskap, Universitas Hasanuddin.

2.2. Experimentella protokoll

manliga Wistar-råttor som väger 200-330 g ålder 3-4 månader (n = 15) acklimatiserades i 7 dagar i laboratoriet innan experimentet påbörjades. I detta skede fick alla råttor standardpellets och vatten ad libitum. Råttor vårdades enligt standarden för laboratoriedjurvård, och alla djurprotokoll har godkänts av medicinska fakultetens Djuretikutskott, Universitas Hasanuddin. Råttor delades in i två grupper. Den första gruppen (n = 8) fick en standarddiet, medan den andra gruppen fick ketogen diet i 60 dagar. Denna 60-dagarsperiod av vuxen råttliv motsvarar 4 år av mänskligt liv . Varje råtta kastades individuellt och erbjöd 30 g mat per dag Ad libitum och utsattes inte för kaloribegränsning. Den återstående maten vägdes varje morgon för att registrera kaloriintaget för varje råtta. Blodproverna drogs tillbaka efter 60 dagars behandlingar och bereddes för vidare analys.

2.3. Analys av blodgas, hematologiska parametrar, Organbiomarkörer och Superoxiddismutasnivå

blodgasanalysen utfördes på helblod från råtta omedelbart efter blodprovtagning med användning av i-Stat-analysatorn (Abbott-analysatorn). För hematologisk analys uppsamlades blodprover med användning av en BD-Slovaki-vacutainer med EDTA, centrifugerades i 20 minuter med en hastighet av 3000 rpm innan de analyserades med användning av en hematologianalysator (Thermo Scientific xhamster). Organbiomarkörerna, såsom alaninaminotransferas (ALT), aspartataminotransferas (AST), kreatinin och urea mättes med användning av Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic Hawaiian) enligt anvisningarna på reagenssatserna (Human Kazaki). För att mäta plasma superoxiddismutas (SOD) nivå bereddes plasman baserat på instruktion i Råttsod för ELISA-kit (Abbexa bisexuell) och analyserades med den enzymbundna immunosorbentanalysen (ELISA) läsare (Thermo Scientific bisexual).

2.4. Analys av Lipidperoxidationsaktivitet i lever-och njurvävnader

i slutet av experimentet bedövades råttor, euthaniserades och laparotomi utfördes. Råttans lever och njurar avlägsnades och nedsänktes omedelbart i flytande kväve. Organen vägdes 400 mg och homogeniserades innan de tillsattes 2 mL fosfatbuffertlösning pH 7.4. Blandningen centrifugeras vid 3000 rpm i 20 minuter. Supernatanten (0,5 mL) blandades med 1 mL 1% tiobarbitursyra och 1 mL 1% triklorättiksyra och upphettades till 100 kcal C i 20 minuter. Blandningen centrifugerades sedan vid 3000 rpm i 10 minuter för att separera återstoden. Organlipidperoxidation mättes som malondialdehyd (MDA)-nivå (Xiaomi = 530 nm) med användning av en UV-VIS-spektrofotometer (Agilent Xiaomi).

2.5. Statistisk analys

de erhållna data analyserades med hjälp av SPSS IBM 23-programvaran. Datadistribution undersöktes med Kolmogorov-Smirnov för att avgöra om uppgifterna normalt distribuerades eller inte. Data som normalt distribuerades analyserades därefter med hjälp av ett oberoende t-test, medan data som inte normalt distribuerades analyserades med Mann–Whitney U-testet. En signifikant skillnad uppnåddes om eller mycket signifikant skillnad om . Alla uppgifter presenterades i medelvärde för sem i genomsnitt.

3. Resultat

3.1. Långvarig ketogen Diet på råttor orsakar signifikant viktminskning, minskad blodsocker och ökade blodketonnivåer

livsmedelssammansättningen för den ketogena pelleten har mycket mindre kolhydrat (5,66% mot 52,20%) och mycket högre fettinnehåll (86.19% mot 7,00%) jämfört med standarddieten (Tabell 2). Kalori av standard chow är 5,85 kCal/g, medan den för den ketogena pelleten är 8,29 kCal / g. genomsnittet av det dagliga kaloriintaget per råtta i varje vecka visas i tabell 3. Det har visat sig att standardgruppen konsumerade mer mängd mat än den ketogena gruppen; följaktligen är kaloriintaget för båda grupperna ganska lika trots skillnaden i kalorier per gram mat.

skillnaden i dietkompositionen visade sig signifikant påverka kroppsvikt, blodsocker och blodketonnivåer hos hanråttorna efter 60-dagars intag. Tabell 4 visar effekten av ketogen diet på råttans kroppsvikt efter 60 dagar. Medan alla råttor som matades med standarddiet gick upp i vikt efter 2 månader (i genomsnitt 25% ökning från baslinjens vikt), upplevde de ketogenmatade råttorna en viktminskning med cirka 100 g från deras baslinjens kroppsvikt (40% förlust).

bortsett från viktminskning var blodsockernivån hos ketogenmatade råttor signifikant lägre jämfört med standarddietgruppen (Figur 1). I detta skede var värdet av blodglukos 57 5,69 mg/dl, vilket tyder på ett hypoglykemiskt tillstånd hos den ketogena dietgruppen. Samtidigt nivån av blod keton markant förhöjd i ketogen grupp, ca 8 gånger högre än de vanliga råttor (7,97 0,15 mot 0,34 0,02 mmol/l).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

nivån av blodglukos och blodketon hos råttor som konsumerar standard och ketogen diet i 60 dagar. Symbolen innebär en mycket signifikant skillnad () mellan grupper.

3.2. Långvarig ketogen Diet sänkte signifikant blodets pH och minskade Basöverskottsnivå

analysen av blodgasvärden visar att administreringen av ketogen diet i 60 dagar orsakar en signifikant förändring i blodgashomeostas (Tabell 5). Det visade sig att det var en mycket signifikant minskning av blodets pH hos råttor efter 2 månader av att ha en ketogen diet jämfört med de som matades med en vanlig diet (). Minskningen i blodets pH åtföljdes inte av signifikanta förändringar i koldioxidtryck (pCO2), syretryck (pO2), total koldioxid (TCO2) och hemoglobin syremättnad (SO2). Även om blodbikarbonatnivån () för den ketogena gruppen minskade obetydligt (19,74 2,54 22,75 2,79 mmol/l), fann man att gruppens basöverskottsnivå var signifikant lägre jämfört med standardgruppen ().

3.3. Långvarig ketogen Diet inducerar anemi hos hanråttor

resultatet av hematologisk analys efter att ha fått standard-och ketogen diet i 60 dagar presenteras i Tabell 6. Den ketogena gruppen verkar ha något lägre antal röda blodkroppar (RBC), signifikant lägre hemoglobin och hematokrit, liksom signifikant mindre medelkorpuskulär volym (MCV) och medelkorpuskulärt hemoglobin (MCH) index. Dessa hematologiska avvikelser indikerar att råttor som matades med ketogen diet var anemiska.

3.4. Långvarig ketogen Diet förändrar inte signifikant funktionerna hos lever och njure

denna studie mätte också effekten av en långvarig ketogen diet hos råttor på lever-och njurfunktioner. Resultatet presenteras i Figur 2. Från data avslöjas att nivåerna av leverbiomarkörer, alaninaminotransferas (ALT) och aspartataminotransferas (AST) inte var signifikant olika mellan standard-och ketogengrupperna. Vid jämförelse av njurfunktionstestet hittades emellertid en liten ökning av plasmakreatinin-och ureanivåerna i den ketogena gruppen jämfört med standard, även om skillnaden inte var statistiskt signifikant.

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Figur 2

nivån av aspartataminotransferas (a), alaninaminotransferas (b), plasmakreatinin (c) och plasmaurea (d) hos råttor som konsumerar standard och ketogen diet i 60 dagar.

3.5. Långvarig ketogen Diet ökar lipidperoxidering och minskar Antioxidantnivån

nivån av lipidperoxidation och antioxidantaktivitet kan vara en bra indikator för att avslöja oxidativ stressnivå i systemet. I denna studie fann man att ketogen diet hos råttor i 60 dagar kan inducera en ökning av malondialdehyd (MDA) nivå i lever och njure (Figur 3). Ökningen av MDA-nivån i båda vitala organen var mycket signifikant i ketogen grupp jämfört med standard (). Ökningen av MDA-nivån i den ketogena gruppen åtföljdes av en reducerad nivå av antioxidant superoxiddismutas (SOD), vilket var 80% lägre än i standard ().

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figur 3

nivån av levermalondialdehyd (a), renal malondialdehyd (b) och plasma superoxiddismutas (c) i standard-och ketogenmatade råttor. Symbolen innebär en mycket signifikant skillnad () mellan grupper.

4. Diskussion

den ketogena dieten har fått allmänhetens uppmärksamhet sedan den först introducerades som en alternativ terapi för farmakoresistent epilepsi . Numera har användningen av ketogen diet expanderat bortom epileptisk terapi; faktum är att dess användning hos friska individer har blivit mer populär, särskilt för dem som vill gå ner i vikt. Tyvärr kan fördelarna med ketogen diet komma med biverkningar. Denna studie undersökte de långsiktiga effekterna av ketogen diet i en hälsosam manlig råttmodell för att få mer information om de potentiella komplikationerna av denna typ av diet.

standardmat med högt kolhydratinnehåll gör att kroppen kan använda glukos som huvudkälla till energi. När kolhydratintaget är mer än tillräckligt för att tillgodose ATP: s behov, kommer kroppen fysiologiskt att omvandla glukos till glykogen som energilager i vävnader. Konsumtion av en diet rik på kolhydrater kommer också att orsaka en ökning av mängden fett som deponeras i fettvävnad under huden eller i bukhålan. Detta är den främsta orsaken till ökningen av kroppsvikt hos råttor som matas med en vanlig diet.

å andra sidan hade råttor som behandlades med ketogen diet en signifikant viktminskning som ett resultat av inducerad ketos. Ketogen diet med hög fetthalt, lågt protein och låg kolhydratkomposition gör att kroppen beror på processen med glukoneogenes, bildandet av icke-kolhydratglukos, för att producera energi . När fettsyrorna (fettinnehållet) huvudsakligen används för att producera energi, kommer det att inducera bildandet av ketonkroppar, såsom acetoacetat, beta-hydroxibutyrat och aceton. Förekomsten av ketos i den ketogena gruppen bekräftades av en signifikant högre nivå av blodketon (8 mmol/l i 8 mmol) och en signifikant låg blodsockernivå (<60 mg/dl). Förutom viktminskning upplever råttorna också en minskning av pH eller acidos, vilket uppstår som ett resultat av ökad blodketonnivå . Ketonkropparna är sura; således kan en ökning av ketonkroppar i omlopp inducera acidos .

anemi är inte ovanliga biverkningar av fettrik kost. Denna studie fann också reducerade hematologiska index, såsom RBC, hemoglobin, hematokrit, MCV och MCH hos råttor som matades med ketogen diet i 60 dagar. Studier på epileptiska barn har visat att ketogen diet är mer benägna att orsaka anemi, vilket kan uppstå på grund av kostbegränsning, vilket leder till kopparbrist . Emellertid kan denna komplikation av ketogen diet hanteras med koppartillskott.

i denna studie förändrade administreringen av ketogen diet hos råttor i 60 dagar inte signifikant lever-och njurefunktionen. Icke desto mindre var plasmakreatinin och urea hos de ketogenmatade råttorna något högre än standardmatade råttor, vilket kan föreslå en mindre effekt av ketogen diet på njurfunktionen. Denna effekt kan vara mer slående om varaktigheten av den ketogena dietadministrationen förlängs.

det är intressant att även om lever-och njurfunktionen inte förändrades signifikant ökade lipidperoxidationsaktiviteten i båda organen signifikant. Detta indikerades av en signifikant högre mda-nivå av lever-och njurvävnader hos ketogenmatade råttor jämfört med de med en standarddiet. Ökad aktivitet av lipidperoxidation kan utlösas av höjningen av reaktiva syrearter (ROS) i organen och oförmåga hos antioxidantenzymaktiviteten för att skydda cellmembran från ROS-inducerad skada. Detta resultat kan uppstå som ett potentiellt hot mot båda organen om kosten skulle upprätthållas längre än den undersökta perioden. I linje med detta minskade plasmakoncentrationen av superoxiddismutas (SOD) signifikant hos ketogenmatade djur (), vilket tyder på närvaron av oxidativ stress inducerad av långvarig ketogen diet hos råttor.

anledningen till att en ketogen diet kan inducera oxidativ stress har förklarats i flera studier. Ketonkroppar är kända för att stimulera mitokondrier att producera mer ATP jämfört med glukos . Fettmetabolism kräver emellertid mer komplexa processer, såsom reduktion, oxidation, hydroxylering och konjugering, vilket kan höja produktionen av reaktiva syrearter (ROS) i levercellerna . Om frisättningen av ROS är i balans med kroppens antioxidantaktiviteter kan förekomsten av oxidativ stress förhindras. Däremot, om ROS-bildning har överskridit antioxidantnivåer, kommer de fria radikalerna att attackera makromolekyler, såsom proteiner, polysackarider, DNA och cellmembran som innehåller fleromättade fettsyror, vilket leder till cellskada . Denna studie visar en ökning av lever-och njur-mda-nivåer, vilket åtföljs av en minskning av plasma-SOD efter 60-dagars konsumtion av ketogen diet. Detta kan innebära en försiktighet vid långvarig användning av ketogen diet.

5. Slutsatser

trots viktminskningen, lågt blodsocker och högt blodketon, hållbar konsumtion av ketodiet i 60 dagar hos råttor initierade också några om effekter som metabolisk acidos, anemi och minskande plasma antioxidant enzymnivå. Det är intressant att om än en signifikant ökning av lipidperoxidationsaktiviteten på levern och njuren, förblev båda organfunktionerna intakta, åtminstone under den undersökta perioden.

Datatillgänglighet