Gli effetti della dieta chetogenica sul cuore e sul cervello

Sfondo:

La dieta chetogenica è stata a lungo utilizzata nel trattamento dell'epilessia resistente al trattamento a causa di un effetto inspiegabile ma marcatamente riducente sul numero di casi epilettici. Negli ultimi anni, c'è stata anche una maggiore attenzione sul potenziale dei corpi chetonici nel trattamento delle malattie cardiovascolari, tuttavia, l'effetto di un livello persistentemente elevato di corpi chetonici circolanti (chetosi) non è stato sufficientemente chiarito. I corpi chetonici sono prodotti nel fegato ad alti livelli di acidi grassi e agiscono come un'importante fonte di energia per il cervello e il cuore durante il digiuno. La produzione di energia da parte del metabolismo dei chetoni richiede meno ossigeno rispetto al metabolismo del glucosio e degli acidi grassi e le sostanze chetoniche possono quindi essere un substrato ad alta efficienza energetica per il cuore. Gli individui insulino-resistenti e le persone con malattie cardiache hanno difficoltà a bruciare il glucosio nel cuore a causa della condizione di insulino-resistenza e dipendono quindi da altre fonti di energia come acidi grassi liberi e chetoni. Poiché i chetoni risparmiano ossigeno rispetto agli acidi grassi, una dieta chetogenica può potenzialmente ridurre il bisogno di ossigeno del cuore nei pazienti con arterie coronarie ristrette.

Uno studio recente ha dimostrato che i corpi chetonici vengono assorbiti efficacemente dal cuore nonostante la massima stimolazione con insulina e glucosio. Nello studio, soggetti sani hanno aumentato il livello di corpi chetonici circolanti a circa 4 millimolari (mM) con un'infusione continua di chetoni, che ha portato a una riduzione del 50% del consumo di glucosio cardiaco. Poiché il consumo di acidi grassi liberi nell'esperimento è rimasto invariato e il lavoro complessivo del cuore è stato lo stesso, fino al 50% del consumo energetico del cuore è stato quindi coperto da corpi chetonici. Inoltre, gli alti livelli di corpi chetonici hanno portato a un marcato aumento del flusso sanguigno al cuore.

Le diete chetogeniche classiche contengono 3-4 volte più grammi di grassi rispetto alla quantità totale di carboidrati e proteine. Il livello di sostanza chetonica è aumentato a circa 7 mM rispetto a ~ 0,1 mM nelle persone che seguono una "dieta regolare". Sfortunatamente, la dieta richiede una dedizione completa al programma dietetico e può portare a spiacevoli effetti collaterali gastrointestinali, quindi ci sono grandi sfide nel mantenere la dieta nel tempo.

Una dieta chetogenica modificata è quindi di grande interesse, in cui il grasso contribuisce per circa il 65% della quantità totale di energia consumata e i corpi chetonici circolanti sono aumentati a circa 0,4 mM dopo tre settimane di intervento dietetico. Non è ancora noto quanti livelli elevati di chetoni siano necessari per ottenere un effetto clinicamente protettivo negli organi vitali del corpo, ma si prevede che i livelli di chetoni raggiungano lo stesso livello dei pazienti trattati con farmaci antidiabetici, il cotrasportatore sodio-glucosio (SGLT)-2 inibitori. L'inibizione dell'SGLT-2 in studi recenti ha mostrato impressionanti effetti protettivi cardiovascolari e renali nei diabetici di tipo 2, attribuiti da un certo numero di ricercatori e clinici all'effetto sul livello elevato di corpi chetonici circolanti. È stato anche dimostrato che un aumento del livello di corpi chetonici migliora la funzione cognitiva nei pazienti con disturbi cognitivi o lieve malattia di Alzheimer. Ciò può potenzialmente essere spiegato da un'aumentata perfusione nei vasi sanguigni del cervello, che si osserva nella chetosi.

La tomografia a emissione di positroni (PET) combinata con una tomografia computerizzata (TC) è una modalità di imaging non invasiva ben consolidata nella stadiazione oncologica e nel monitoraggio del trattamento. La tecnica è adatta anche per tracciare il destino dei metaboliti, poiché la maggior parte delle sostanze o dei metaboliti può essere etichettata da un isotopo PET adatto. La PET ha una risoluzione spaziale e temporale sufficiente per consentire la quantificazione diretta, ad es. tassi di assorbimento e ossidazione, ed è stato utilizzato con successo dal nostro dipartimento per valutare l'efficienza cardiaca, il consumo di ossigeno e il metabolismo degli acidi grassi. I ricercatori stanno attualmente sviluppando e convalidando un tracciante PET per corpi chetonici chiamato 11C-idrossibutirrato (11C-3-OHB) per studi sull'uomo. Una volta sviluppati, i ricercatori saranno in grado di rilevare i cambiamenti nella biodistribuzione e nella cinetica dei corpi chetonici durante una dieta chetogenica e una dieta occidentale standard.

Scopo:

Lo scopo generale del progetto è indagare se una dieta chetogenica modificata relativamente semplice ed economica possa essere un efficace trattamento non farmacologico del diabete di tipo 2 e di altre persone a rischio di cardiopatia ischemica. Usando l'imaging non invasivo alla PET, i ricercatori vogliono indagare se il metabolismo dei chetoni e degli acidi grassi cambia e se il flusso sanguigno aumenta nel cuore durante la chetosi. Saranno esaminati campioni di sangue e tessuto dal muscolo scheletrico e dal tessuto adiposo per valutare l'effetto della dieta chetogenica sulla sensibilità all'insulina in questi tessuti e sulla composizione lipidica nel sangue. Inoltre, i ricercatori indagheranno se il miglioramento della funzione cognitiva osservato con la chetosi sia dovuto a un'aumentata perfusione nel cervello, che può essere rilevata combinando la PET con 15O-acqua con una risonanza magnetica (MR).

Il trattamento esistente per il diabete di tipo 2 e la cardiopatia ischemica comporta spesso un intervento farmacologico significativo, con i partecipanti che spesso hanno difficoltà ad aderire al trattamento corretto. Ciò può essere dovuto alla non compliance, ma anche alle possibili interazioni ed effetti collaterali che il trattamento farmacologico può provocare, soprattutto in caso di malattia grave.

Con il progetto, i ricercatori vogliono utilizzare esami cardiaci PET/TC all'avanguardia in un contesto clinico. I ricercatori sperano quindi che il progetto evidenzi la possibilità che una dieta chetogenica relativamente semplice possa essere un efficace trattamento non farmacologico del diabete di tipo 2 o di altri individui a rischio di malattie cardiache.

Metodi:

Lo studio sarà condotto come studio crossover randomizzato, controllato con placebo su 12 partecipanti sani obesi (BMI: 28-40 kg / m2) nella fascia di età 50-70 anni. Prima dell'inclusione, i partecipanti saranno chiamati per uno studio, che include una conversazione su salute, esami del sangue, misurazione di altezza, peso, pressione sanguigna ed ECG. Ogni partecipante alla prova sarà sottoposto a due periodi di prova di tre settimane, durante i quali dovrà seguire resp. una dieta chetogenica / dieta standard in ordine casuale con una settimana di lisciviazione tra i periodi di prova.

I partecipanti saranno contattati telefonicamente circa una volta alla settimana in entrambi i periodi di studio per garantire il rispetto della dieta. Inoltre, la concentrazione di corpi chetonici sarà misurata dai partecipanti due volte al giorno (7:00 e 19:00) con strisce chetoniche su un glucometro portatile a casa propria. Se i partecipanti aumentano di <0,3 mM nei corpi chetonici dopo una settimana di dieta chetogenica, abbandoneranno lo studio senza ulteriore follow-up.

Alla fine di ogni periodo di prova, i partecipanti alla sperimentazione saranno chiamati a una giornata di prova di scansioni PET e studi metabolici. Per 72 ore fino ai giorni del test, ai soggetti verrà chiesto di evitare alcol e attività fisica intensa. Avranno la loro attività fisica monitorata con un misuratore di attività e la pressione sanguigna / rigidità vascolare con un monitor della pressione sanguigna di 24 ore (24 ore). Inoltre, verrà chiesto loro di digiunare da kl. 21 di sera prima di tutti i giorni di prova. Dopo ogni periodo di prova, i partecipanti riceveranno una scansione di assorbimetria a raggi X a doppia energia (DXA) e una scansione RM.