Keto-Diät für die intubierte Intensivpflege COVID-19 (KICC-COVID19)

Die Coronavirus-Krankheit (COVID-2019) ist eine verheerende Viruserkrankung, die Ende 2019 in Wuhan, China, ihren Ursprung hatte. Die Zahl der bestätigten Fälle weltweit hat fast 2 Millionen erreicht und mehr als 125.000 Menschen sind gestorben. Frühe Studien aus Wuhan berichteten von einer Sterblichkeitsrate von 2-3 % mit niedrigeren Raten in den umliegenden Provinzen, als sich die Krankheit ausbreitete (näher an 0,7 % der bestätigten Fälle). Eine hypothetische Ursache für die höhere Sterblichkeitsrate in Wuhan im Vergleich zu den umliegenden Regionen war der schnelle „Anstieg“ von COVID-19-Infektionen, bevor die Krankheit erkannt und soziale Distanzierung eingeführt wurde. Kritisch kranke Patienten entwickelten ein akutes Atemnotsyndrom mit entzündlichem Lungenödem und lebensbedrohlicher Hypoxämie, die eine mechanische Beatmung erforderte. Dies führte zu einer erheblichen Belastung der Ressourcen des Gesundheitswesens, wie z. B. der Verfügbarkeit mechanischer Beatmungsgeräte zur Behandlung von Patienten mit akutem Atemversagen. Da sich die Krankheit weltweit ausbreitet, könnten Strategien zur Verkürzung der Dauer der Beatmungsunterstützung bei Patienten mit COVID-19 die Morbidität und Mortalität dieser Personen und zukünftiger Patienten, die diese stark begrenzte lebensrettende Ressource benötigen, erheblich reduzieren.

Änderungen der Makronährstoffzusammensetzung können genutzt werden, um die Belüftung und Entzündung bei COVID-19-Patienten zu verbessern. Die ketogene Diät ist eine fettreiche, kohlenhydratarme, adäquate Proteindiät, die die Ketonkörperproduktion durch den Leberstoffwechsel von Fettsäuren fördert. Es hat sich gezeigt, dass fettreiche, kohlenhydratarme Diäten die Dauer der Beatmungsunterstützung und den Kohlendioxid-Partialdruck bei Patienten mit akuter Ateminsuffizienz reduzieren. Das Umschalten von Glukose- auf Fettoxidation senkt den respiratorischen Quotienten, wodurch die Menge an produziertem Kohlendioxid reduziert wird. Dies reduziert die Anforderungen an das Beatmungsgerät und kann die Oxygenierung verbessern, indem der Kohlendioxidgehalt in den Alveolen gesenkt wird, wodurch letztendlich die Dauer der mechanischen Beatmung verkürzt wird. Eine 1989 veröffentlichte Studie verglich 10 Teilnehmer, die wegen akuter Ateminsuffizienz intubiert und randomisiert einer fettreichen, kohlenhydratarmen Diät unterzogen wurden, mit 10 Teilnehmern, die eine isokalorische, isonitrogene Standarddiät erhielten, und zeigte eine Abnahme des Kohlendioxid-Partialdrucks um 16 % ketogene Ernährungsgruppe im Vergleich zu einem Anstieg von 4 % in der Standard-Ernährungsgruppe (p = 0,003). Die Patienten in der fettreichen Ernährungsgruppe mussten im Vergleich zur Kontrollgruppe im Mittel 62 Stunden weniger beatmet werden (p = 0,006).

Die in der Studie verwendete fettreiche Ernährung hatte ein Verhältnis von 1,2:1 Fett zu Protein und Kohlenhydraten kombiniert in Gramm. Die ketogene Diät, die seit fast einem Jahrhundert sicher und effektiv bei Patienten mit chronischer Epilepsie und in jüngerer Zeit bei kritisch kranken, intubierten Patienten zur Behandlung des refraktären und superrefraktären Status epilepticus angewendet wird, hat ein Verhältnis von 4:1 (90 % Fett Kilokalorien). Während eine Diät mit einem Verhältnis von 1:1 einen Zustand einer leichten metabolischen Ketose hervorrufen kann (typischerweise ~ 1 mmol/L des Ketonkörpers Betahydroxybutyrat, gemessen im Serum), kann eine ketogene Diät mit einem höheren Verhältnis von 4:1 höhere Betahydroxybutyratspiegel des Ketonkörpers und mehr erzeugen schnell (bis zu 2 mmol/l innerhalb von 24 Stunden nach Behandlungsbeginn). Eine Studie mit fettleibigen Patienten, die mit einer ketogenen Diät behandelt wurden, berichtete, dass eine Zunahme der Ketonkörperproduktion mit einem niedrigeren Kohlendioxid-Partialdruck korreliert. Eine neuere Studie zeigte, dass Patienten mit refraktärer Epilepsie bei chronischer Anwendung der ketogenen Diät eine Verringerung des respiratorischen Quotienten und eine erhöhte Fettsäureoxidation ohne Veränderung des respiratorischen Energieumsatzes aufwiesen. Diese Ergebnisse wurden bei gesunden Probanden mit ketogener Ernährung im Vergleich zu einer Kontrollgruppe repliziert, und Patienten mit ketogener Ernährung wiesen auch eine signifikante Verringerung des Kohlendioxidausstoßes und des Kohlendioxidpartialdrucks auf. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass eine ketogene Ernährung die Kohlendioxidspeicher im Körper verringern kann und dass die Anwendung einer ketogenen Ernährung für Patienten mit Atemversagen von Vorteil sein kann. Selbst bei Patienten ohne Hyperkapnie (hauptsächlich hypoxische Ateminsuffizienz) ermöglicht die Verringerung der Kohlendioxidproduktion eine Verringerung des Atemzugvolumens – ein Eckpfeiler der Behandlung des akuten Atemnotsyndroms.

Neben der Reduzierung des Partialdrucks von Kohlendioxid reduziert die metabolische Ketose systemische Entzündungen. Dieser Mechanismus könnte genutzt werden, um den für eine COVID-19-Infektion charakteristischen Zytokinsturm zu stoppen. Mehrere Studien belegen, dass die entzündungsfördernde Zytokinproduktion bei Tieren, die mit einer ketogenen Diät gefüttert wurden, in einer Vielzahl von Krankheitsmodellen signifikant reduziert ist. In einem Nagetiermodell der Parkinson-Krankheit wurde festgestellt, dass Mäuse nach einer einwöchigen Behandlung mit einer ketogenen Diät signifikant verringerte Spiegel der entzündungsfördernden, von Makrophagen ausgeschiedenen Zytokine Interleukin-1β, Interleukin-6 und Tumor-Nekrose-Faktor-Alpha aufwiesen. Ebenso erfuhren Ratten, die vor der Injektion mit Lipopolysaccharid zur Fieberinduktion mit einer ketogenen Diät vorbehandelt wurden, keinen Anstieg der Körpertemperatur oder von Interleukin-1β, während bei Kontrolltieren, die nicht mit einer ketogenen Diät vorbehandelt wurden, signifikante Anstiege beobachtet wurden. In einem Mausmodell von NLRP3-vermittelten Krankheiten sowie menschlichen Monozyten hemmte der Ketonkörper Beta-Hydroxybutyrat die NLRP3-Inflammasom-vermittelte Produktion von Interleukin-1β und Interleukin-18. Diese Ergebnisse wurden in mehreren neueren Tierstudien und Vorstudien am Menschen repliziert. Die Hypothese dieser Studie ist, dass eine ketogene Ernährung durch Induktion einer metabolischen Ketose in Kombination mit Kohlenhydratrestriktion vor dem Zytokinsturm bei COVID-19 schützt. Mit ihren kohlendioxidsenkenden und entzündungshemmenden Eigenschaften kann eine ketogene Ernährung zu einem wichtigen Bestandteil des Arsenals des akuten Atemnotsyndroms mit unmittelbarer Relevanz für die aktuelle COVID-19-Pandemie werden.