Ketogeenisen ruokavalion vaikutukset sydämeen ja aivoihin

Tausta:

Ketogeenistä ruokavaliota on käytetty pitkään hoitoresistentin epilepsian hoidossa, koska sillä on selittämätön, mutta selvästi vähentävä vaikutus epilepsiatapausten määrään. Viime vuosina myös ketoaineiden potentiaaliin on kiinnitetty enemmän huomiota sydän- ja verisuonisairauksien hoidossa, mutta jatkuvasti kohonneen verenkierron ketoainepitoisuuden (ketoosin) vaikutusta ei ole selvitetty riittävästi. Ketonikappaleita tuotetaan maksassa korkeina rasvahappomäärinä, ja ne toimivat tärkeänä energialähteenä aivoille ja sydämelle paaston aikana. Ketoniaineenvaihdunnan energiantuotanto on vähemmän happiintensiivistä kuin sekä glukoosi- että rasvahappoaineenvaihdunta, ja ketoniaineet voivat siksi olla erittäin energiatehokas substraatti sydämelle. Insuliiniresistenteillä ja sydänsairauksia sairastavilla ihmisillä on vaikeuksia polttaa glukoosia sydämessä insuliiniresistenssin vuoksi ja siksi he ovat riippuvaisia ​​muista energialähteistä, kuten vapaista rasvahapoista ja ketoneista. Koska ketonit ovat happea säästäviä verrattuna rasvahappoihin, ketogeeninen ruokavalio voi mahdollisesti vähentää sydämen hapen tarvetta potilailla, joilla on kaventuneita sepelvaltimoita.

Tuore tutkimus on osoittanut, että ketoaineet imeytyvät tehokkaasti sydämeen huolimatta maksimaalisesta stimulaatiosta insuliinilla ja glukoosilla. Tutkimuksessa terveet koehenkilöt nostivat kiertävien ketoaineiden tason noin 4 millimolaariseksi (mM) jatkuvalla ketoni-infuusiolla, mikä johti 50 %:n laskuun sydämen glukoosin kulutuksessa. Koska vapaiden rasvahappojen kulutus kokeessa pysyi ennallaan ja sydämen kokonaistyö oli sama, ketokappaleet kattoivat jopa 50 % sydämen energiankulutuksesta. Lisäksi korkeat ketoaineiden tasot johtivat sydämen verenvirtauksen huomattavaan lisääntymiseen.

Klassinen ketogeeninen ruokavalio sisältää 3-4 kertaa niin monta grammaa rasvaa kuin hiilihydraattien ja proteiinien kokonaismäärä. Ketoniainetaso on noussut noin 7 mM:iin verrattuna ~ 0,1 mM:iin ihmisillä, jotka syövät "säännöllistä ruokavaliota". Valitettavasti ruokavalio vaatii täydellistä omistautumista ruokavaliosuunnitelmalle ja voi johtaa epämiellyttäviin maha-suolikanavan sivuvaikutuksiin, joten ruokavalion ylläpitämisessä on suuria haasteita ajan mittaan.

Modifioitu ketogeeninen ruokavalio on siksi erittäin kiinnostava, jossa rasvan osuus energian kokonaiskulutuksesta on noin 65 % ja verenkierrossa olevien ketoaineiden määrä kasvaa noin 0,4 mM:iin kolmen viikon ruokavalion jälkeen. Vielä ei tiedetä, kuinka korkeita ketonipitoisuuksia tarvitaan kliinisesti suojaavan vaikutuksen saavuttamiseksi elimistön elintärkeissä elimissä, mutta ketonipitoisuuksien odotetaan saavuttavan saman tason kuin potilailla, joita hoidetaan diabeteslääkkeillä, natrium-glukoosi-kotransportteri (SGLT)-2:lla. estäjät. SGLT-2:n esto on viimeaikaisissa tutkimuksissa osoittanut vaikuttavia sydän- ja verisuonitauteja ja munuaisia ​​suojaavia vaikutuksia tyypin 2 diabeetikoilla, minkä useat tutkijat ja lääkärit pitävät vaikutuksena verenkierron kohonneeseen ketoainetasoon. Ketoniaineiden lisääntymisen on myös osoitettu parantavan kognitiivisia toimintoja potilailla, joilla on heikentynyt kognitio tai lievä Alzheimerin tauti. Tämä voidaan mahdollisesti selittää lisääntyneellä perfuusiolla aivojen verisuonissa, mikä näkyy ketoosissa.

Positroniemissiotomografia (PET) yhdistettynä tietokonetomografiaan (CT) on ei-invasiivinen kuvantamismenetelmä, joka on vakiintunut onkologisessa staging- ja hoidon seurannassa. Tekniikka soveltuu myös aineenvaihduntatuotteiden kohtalon seurantaan, koska useimmat aineet tai aineenvaihduntatuotteet voidaan leimata sopivalla PET-isotoopilla. PET:llä on riittävä spatiaalinen ja ajallinen resoluutio mahdollistamaan mm. absorptio- ja hapettumisnopeudet, ja osastomme on käyttänyt sitä menestyksekkäästi sydämen tehokkuuden, hapenkulutuksen ja rasvahappojen aineenvaihdunnan arvioimiseen. Tutkijat kehittävät ja validoivat parhaillaan PET-merkkiainetta ketoaineille nimeltä 11C-hydroksibutyraatti (11C-3-OHB) ihmistutkimuksia varten. Kehittämisen jälkeen tutkijat pystyvät havaitsemaan muutoksia ketoaineiden biologisessa jakautumisessa ja kinetiikassa sekä ketogeenisen että tavallisen länsimaisen ruokavalion aikana.

Tarkoitus:

Hankkeen kokonaistavoitteena on selvittää, voiko suhteellisen yksinkertainen ja edullinen muunneltu ketogeeninen ruokavalio olla tehokas ei-lääkehoito tyypin 2 diabetekselle ja muille iskeemisen sydänsairauden riskiryhmille. PET:n non-invasiivisen kuvantamisen avulla tutkijat haluavat selvittää, muuttuuko ketonien ja rasvahappojen aineenvaihdunta sekä lisääntyykö verenkierto sydämessä ketoosin aikana. Veri- ja kudosnäytteitä luurankolihaksista ja rasvakudoksesta tutkitaan, jotta voidaan arvioida ketogeenisen ruokavalion vaikutusta näiden kudosten insuliiniherkkyyteen sekä veren lipidikoostumukseen. Lisäksi tutkijat selvittävät, johtuuko ketoosilla havaittu kognitiivisten toimintojen paraneminen aivojen lisääntyneestä perfuusiosta, joka voidaan havaita yhdistämällä 15O-vesi-PET magneettikuvaukseen (MR).

Tyypin 2 diabeteksen ja iskeemisen sydänsairauden nykyiseen hoitoon liittyy usein merkittäviä farmakologisia interventioita, ja osallistujilla on usein vaikeuksia noudattaa oikeaa hoitoa. Tämä voi johtua vaatimusten noudattamatta jättämisestä, mutta myös mahdollisista yhteisvaikutuksista ja sivuvaikutuksista, joita lääkehoito voi aiheuttaa, erityisesti vakavan sairauden tapauksessa.

Hankkeella tutkijat haluavat hyödyntää tieteen huipputason PET/CT-sydäntutkimuksia kliinisessä kontekstissa. Siksi tutkijat toivovat, että projekti tuo esiin mahdollisuuden, että suhteellisen yksinkertainen ketogeeninen ruokavalio voi olla tehokas ei-lääkehoito tyypin 2 diabetekselle tai muille sydänsairauksien riskiryhmille.

Menetelmät:

Tutkimus suoritetaan satunnaistettuna, lumekontrolloituna crossover-tutkimuksena 12 terveellä lihavilla osallistujalla (BMI: 28-40 kg/m2) ikäryhmässä 50-70 vuotta. Ennen osallistumista osallistujat kutsutaan tutkimukseen, joka sisältää keskustelun terveydestä, verikokeista, pituuden, painon, verenpaineen ja EKG:n mittaamisesta. Jokainen kokeeseen osallistuja käy läpi kaksi kolmen viikon koejaksoa, joiden aikana hänen on noudatettava ts. ketogeeninen ruokavalio / standardiruokavalio satunnaisessa järjestyksessä yhden viikon huuhtoutumisella koejaksojen välillä.

Osallistujiin ollaan molemmilla tutkimusjaksoilla yhteydessä noin kerran viikossa puhelimitse ruokavalion noudattamisen varmistamiseksi. Lisäksi osallistujat mittaavat ketoaineiden pitoisuutta kahdesti päivässä (klo 7 ja 19) ketoniliuskoilla kädessä pidettävällä glukoosimittarilla omassa kodissaan. Jos osallistujien ketoaineiden määrä lisääntyy alle 0,3 mM viikon ketogeenisen ruokavalion jälkeen, he putoavat tutkimuksesta ilman lisäseurantaa.

Jokaisen koejakson lopussa kokeeseen osallistujat kutsutaan PET-skannausten ja aineenvaihduntatutkimusten koepäivään. Koehenkilöitä pyydetään välttämään alkoholia ja raskasta fyysistä toimintaa 72 tunnin ajan testipäiviin asti. Heidän fyysistä aktiivisuuttaan seurataan aktiivisuusmittarilla sekä verenpainetta / verisuonten jäykkyyttä 24 tunnin verenpainemittarilla (24 tuntia). Lisäksi heitä pyydetään paastoamaan klo. 21 illalla ennen kaikkia koepäiviä. Jokaisen koejakson jälkeen osallistujille tehdään kaksoisenergiaröntgenabsorptiometria (DXA) ja MR-skannaus.