1 Катедра по физиология, Медицински факултет, Университет Хасанудин, Макасар, Индонезия

дългосрочната

2 Програма за изучаване на биомедицински науки, следдипломно училище, Университет Хасанудин, Макасар, Индонезия

3 Катедра по физиотерапия, Факултет по здравни науки, Университет Мухаммадия Маланг, Маланг, Индонезия

4 Катедра по хранене, Медицински факултет, Университет Хасанудин, Макасар, Индонезия

5 Катедра по биохимия, Медицински факултет, Университет Хасанудин, Макасар, Индонезия

6 Лаборатория по клинична фармация, Фармацевтичен факултет, Университет Хасанудин, Макасар, Индонезия

Резюме

Заден план. Кетогенната диета се използва като поддържаща терапия в редица състояния, включително епилепсия, захарен диабет и рак. Обективен. Това проучване има за цел да изследва ефектите от продължителната консумация на кетогенна диета върху кръвните газове, хематологичните профили, функциите на органите и нивото на супероксиддисмутаза при модел на плъх. Материали и методи. Петнадесет мъжки плъхове Wistar бяха разделени на контролни (н = 8) и кетогенни (н = 7) групи. Контроли, получени стандартна диета, съдържаща 52,20% въглехидрати, 7,00% мазнини и 15,25% протеини; междувременно кетогенната група получава диета с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати, която съдържа 5,66% въглехидрати, 86,19% мазнини и 8,15% протеини. Всички плъхове се поставят в клетки индивидуално и получават 30 g или стандартни, или гранули с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати. Експериментът е проведен в продължение на 60 дни, преди да бъдат взети и анализирани кръвни проби, за да се получат кръвни газове, брой клетки, биомаркери на органи и плазмени нива на антиоксидант супероксид дисмутаза (SOD). Резултати. При плъховете, подложени на кетогенна диета, се наблюдава значително намаляване на телесното тегло, кръвната захар и повишените кетони в кръвта (

). Средното рН на кръвта е 7,36 ± 0,02, а излишъкът от основата е -5,57 ± 2,39 mOsm/L, които са значително по-ниски от контролите (). Хематологичният анализ показва значително по-ниски нива на еритроцити, хемоглобин и хематокрит. Не са открити значителни промени в нивата на аланин аминотрансфераза, аспартат аминотрансфераза, урея и креатинин, което показва нормални чернодробни и бъбречни функции. Независимо от това, нивото на SOD в плазмата значително намалява с кетогенна диета. Заключение. Дългосрочната кетогенна диета предизвиква метаболитна ацидоза, анемия и намалено ниво на антиоксидантни ензими при плъхове след 60 дни консумация на диета с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати.

1. Въведение

Кетогенната диета е хранителен режим, който се състои от висока концентрация на мазнини, с умерено/ниско съдържание на протеини и много ниско съдържание на въглехидрати. Този тип диета предизвиква високо производство на кетонни тела, получени от разграждането на мазнините за производство на енергия [1]. Някои изследвания показват, че кетогенната диета има терапевтични ползи при редица заболявания. Препоръчва се като допълнителна терапия при синдром на поликистозните яйчници, акне, рак и дихателен дистрес [2]. Също така е полезно като антиконвулсантна терапия за намаляване на честотата на гърчовете при хора с епилепсия [3, 4]. Кетогенната диета може също да помогне за намаляване на нивата на HbA1C при хора с диабет тип 2, поддържане на стабилността на настроението за хора с биполярно разстройство и намаляване на нивата на холестерол при пациенти със затлъстяване [5].

Клинично проучване демонстрира, че краткосрочната кетогенна диета в продължение на 14 дни може да увеличи концентрацията на кетонни тела в кръвта, но също така е подобрила антиоксидантния капацитет на кръвта, който допринася за намален оксидативен стрес [6]. Друго клинично проучване показа, че консумацията на кетогенна диета в продължение на 20 дни значително намалява отлаганията на въглероден диоксид в тялото, което може да намери клинична полза при пациенти с повишен PaCO2 поради дихателна недостатъчност [2].

Въпреки популярната му употреба, възникват някои опасения за това как кетогенната диета ще повлияе на системата на цялото тяло. Тъй като кетогенната диета замества глюкозата с мазнини като основен източник на енергия, тялото е принудено да активира редица метаболитни процеси на мазнини, за да придобие енергия [7]. Мастните метаболитни процеси образуват ацетил коензим А (ацетил-КоА) като основен продукт, който след това навлиза в цикъла на лимонената киселина и се окислява, за да произведе АТФ [8]. Ацетил-КоА, което надвишава наличността на оксалоацетат и/или активността на цикъла на лимонената киселина, води до увеличаване на кетонните тела (ацетоацетат, β-хидроксибутират и ацетон). Този процес се нарича кетогенеза [9]. Кетонните тела, образувани от кетогенни диети, са кисели; следователно, прекомерната екскреция на тези киселини през бъбреците може да причини намаляване на алкалните резерви или бикарбонатни йони (HCO3 -) [10]. В резултат на това въздействието на кетогенната диета намалява рН на кръвта, което води до кетоацидоза [11].

Няколко животински модела са използвани, за да научат за ефекта от диетата с високо съдържание на мазнини върху функцията на жизненоважни органи, като бъбреците и черния дроб [12, 13]. Диетата с високо съдържание на мазнини е по-вероятно да предизвика намаляване на митохондриалния хинонов пул и е свързана с повишено образуване на митохондриални реактивни кислородни видове (ROS) в черния дроб на плъх [14]. Доказано е, че диетата с високо съдържание на мазнини предизвиква промяна в бъбречния липиден метаболизъм при мишки, особено баланса между липогенезата и липолизата, което води до натрупване на липиди в бъбреците и вследствие на това бъбречна дисфункция [15].

За да се получат по-изчерпателни данни за това как кетогенната диета може да повлияе на системата на цялото тяло, настоящото проучване има за цел да изследва ефектите от продължителната консумация на кетогенна диета върху газовите профили на кръвта, хематологичните параметри, функциите на органи и нивото на антиоксидант при плъхове модел.

2. Материали и методи

2.1. Приготвяне на стандартна и кетогенна диета

Стандартна храна е получена от производител като стандартни гранули за гризачи (AD2®, Индонезия), докато кетогенната храна е приготвена в нашата лаборатория с участието на диетолог. Кетогенните гранули съдържат 30% нечиста мазнина, смесена със 70% козя мазнина (Таблица 1), която е формулирана на базата на софтуера NutriSurvey® за изчисляване на приема на калории и процента на макро и микроелементи на грам гранула. Всички съставки бяха втечнени и смесени с помощта на ръчен миксер и след това замразени в продължение на 24 часа с температура -20 ° C. След това втвърденият материал се пулверизира и формова в гранули. След това стандартните и кетогенни пелети бяха изследвани за съдържанието на мазнини, протеини и въглехидрати в Лабораторията по химия на животните храни, Факултет по животновъдни науки, Университет Хасанудин.

2.2. Експериментални протоколи

Мъжки плъхове Wistar с тегло 200–330 g на възраст 3-4 месеца (н = 15) се аклиматизират в продължение на 7 дни в лабораторията преди започване на експеримента. На този етап всички плъхове получиха стандартни пелети и вода ad libitum. Грижи за плъховете са в съответствие със стандарта за лабораторни грижи за животните и всички протоколи за животни са одобрени от Комитета по етика на животните към Медицинския факултет, Universitas Hasanuddin. Плъховете бяха разделени на две групи. Първата група (н = 8) са получили стандартна диета, докато втората група е получавала кетогенна диета за 60 дни. Този 60-дневен период от живота на възрастни плъхове е еквивалентен на ∼4 години човешки живот [17]. Всеки плъх се поставя в клетка поотделно и се предлагат 30 g храна на ден ad libitum и не са подложени на ограничаване на калориите. Останалата храна се претегля всяка сутрин, за да се запише приема на калории на всеки плъх. Кръвните проби бяха взети след 60-дневно лечение и подготвени за по-нататъшен анализ.

2.3. Анализ на кръвни газове, хематологични параметри, биомаркери на органи и ниво на супероксиддисмутаза

Анализът на кръвните газове се извършва върху пълнокръвна кръв на плъх непосредствено след вземане на кръвна проба с помощта на i-Stat® анализатора (Abbott®). За хематологичен анализ се вземат кръвни проби с помощта на BD® вакуунт с EDTA, центрофугирани в продължение на 20 минути със скорост 3000 rpm преди анализиране с помощта на хематологичен анализатор (Thermo Scientific®). Биомаркерите на органите, като аланин аминотрансфераза (ALT), аспартат аминотрансфераза (AST), креатинин и урея бяха измерени с помощта на Humalyzer 3500 (Human Global Diagnostic®), съгласно инструкциите на комплектите реактиви (Human®). За измерване на нивото на плазмената супероксиддисмутаза (SOD) плазмата се приготвя въз основа на инструкции в комплект SOD за плъх за ELISA комплект (Abbexa®) и се анализира с ензимно свързан имуносорбентен тест (ELISA) четец (Thermo Scientific®).

2.4. Анализ на липидната пероксидационна активност в чернодробните и бъбречните тъкани

В края на експеримента плъховете се упояват, евтаназират и се извършва лапаротомия. Черният дроб и бъбреците на плъховете бяха отстранени и незабавно потопени в течен азот. Органите се претеглят 400 mg и се хомогенизират, преди да се добавят 2 ml фосфатен буферен разтвор, рН 7,4. Сместа се центрофугира при 3000 rpm в продължение на 20 минути. Супернатантата (0,5 ml) се смесва с 1 ml 1% тиобарбитурова киселина и 1 ml 1% трихлороцетна киселина и се загрява до 100 ° С в продължение на 20 минути. След това сместа се центрофугира при 3000 rpm за 10 минути, за да се отдели остатъкът. Пероксидацията на липиди в органи е измерена като ниво на малондиалдехид (MDA) (λ = 530 nm) с помощта на UV-VIS спектрофотометър (Agilent®).

2.5. Статистически анализ

Получените данни бяха анализирани с помощта на софтуера SPSS IBM 23. Разпределението на данните беше изследвано с помощта на Колмогоров – Смирнов, за да се определи дали данните са нормално разпределени или не. Данните, които обикновено бяха разпределени, бяха впоследствие анализирани с помощта на независим т-тест, докато данните, които обикновено не са били разпределени, са анализирани с помощта на Mann-Whitney U тест. Постигната е значителна разлика ако или много значителна разлика ако

. Всички данни бяха представени в средна стойност ± SEM.

3. Резултати

3.1. Дългосрочната кетогенна диета при плъхове причинява значителна загуба на тегло, намалена кръвна глюкоза и повишени нива на кетон в кръвта

Съставът на храната на кетогенните гранули има много по-малко въглехидрати (5,66% срещу 52,20%) и много по-високо съдържание на мазнини (86,19% срещу 7,00%) в сравнение със стандартната диета (Таблица 2). Калорията на стандартната чау е 5,85 kCal/g, докато тази на кетогенните пелети е 8,29 kCal/g. Средният дневен прием на калории на плъх за всяка седмица е показан в Таблица 3. Установено е, че стандартната група е консумирала повече количество храна, отколкото кетогенната група; следователно приемът на калории и от двете групи е доста сходен въпреки разликата в калориите на грам храна.