Keto-dieet voor geïntubeerde kritieke zorg COVID-19 (KICC-COVID19)

Coronavirusziekte (COVID-2019) is een verwoestende virale ziekte die eind 2019 in Wuhan, China is ontstaan. Het aantal bevestigde gevallen wereldwijd heeft bijna 2 miljoen bereikt en meer dan 125.000 mensen zijn overleden. Vroege studies uit Wuhan meldden een sterftecijfer van 2-3% met lagere percentages in omliggende provincies naarmate de ziekte zich verspreidde (dichter bij 0,7% van de bevestigde gevallen). Een veronderstelde oorzaak voor het hogere sterftecijfer in Wuhan in vergelijking met de omliggende regio's was de snelle "golf" van COVID-19-infecties voordat de ziekte werd geïdentificeerd en sociale afstand werd ingevoerd. Kritiek zieke patiënten ontwikkelden acuut respiratory distress syndrome met inflammatoir longoedeem en levensbedreigende hypoxemie waarvoor mechanische beademing nodig was. Dit resulteerde in een aanzienlijke druk op de middelen voor de gezondheidszorg, zoals de beschikbaarheid van mechanische ventilatoren om patiënten met acute respiratoire insufficiëntie te behandelen. Naarmate de ziekte zich wereldwijd verspreidt, kunnen strategieën voor het verkorten van de duur van beademingsondersteuning bij patiënten met COVID-19 de morbiditeit en mortaliteit van deze personen en toekomstige patiënten die deze zeer beperkte levensreddende hulpbron nodig hebben, aanzienlijk verminderen.

Veranderingen in de samenstelling van macronutriënten kunnen worden gebruikt om de ventilatie en ontsteking bij COVID-19-patiënten te verbeteren. Het ketogene dieet is een vetrijk, koolhydraatarm, voldoende eiwitdieet dat de productie van ketonen door het levermetabolisme van vetzuren bevordert. Van vetrijke, koolhydraatarme diëten is aangetoond dat ze de duur van de beademingsondersteuning en de partiële kooldioxidedruk verminderen bij patiënten met acute respiratoire insufficiëntie. Overschakelen van glucose- naar vetoxidatie verlaagt het ademhalingsquotiënt, waardoor de hoeveelheid geproduceerd kooldioxide wordt verminderd. Dit vermindert de vraag naar ventilatoren en kan de oxygenatie verbeteren door het alveolaire kooldioxidegehalte te verlagen, waardoor uiteindelijk de tijd voor mechanische beademing wordt verkort. Een in 1989 gepubliceerde studie vergeleek 10 deelnemers die waren geïntubeerd wegens acute respiratoire insufficiëntie en gerandomiseerd naar een vetrijk, koolhydraatarm dieet en 10 deelnemers die een standaard isocalorisch, isonitrogeen dieet kregen, en toonde een afname van de partiële druk van kooldioxide met 16% in de ketogene dieetgroep vergeleken met een toename van 4% in de standaarddieetgroep (p=0,003). De patiënten in de vetrijke dieetgroep hadden gemiddeld 62 uur minder aan een beademingsapparaat (p = 0,006) in vergelijking met de controlegroep.

Het vetrijke dieet dat in het onderzoek werd gebruikt, had een verhouding van 1,2:1 vet tot eiwit en koolhydraten gecombineerd in grammen. Het ketogeen dieet, dat al bijna een eeuw veilig en effectief wordt gebruikt bij patiënten met chronische epilepsie en meer recentelijk bij ernstig zieke, geïntubeerde patiënten voor de behandeling van refractaire en superrefractaire status epilepticus, heeft een verhouding van 4:1 (90% vet kilocalorieën). Terwijl een dieet met een verhouding van 1:1 een staat van milde metabole ketose kan veroorzaken (meestal ~ 1 mmol/L van het ketonlichaam betahydroxybutyraat, gemeten in serum), kan een ketogeen dieet met een hogere verhouding van 4:1 hogere ketonlichaam betahydroxybutyraatniveaus produceren en meer snel (tot 2 mmol/L binnen 24 uur na aanvang). Een studie van zwaarlijvige patiënten die met een ketogeen dieet werden behandeld, meldde dat een toename van de ketonlichaamproductie correleerde met een lagere partiële druk van het kooldioxidegehalte. Een recentere studie toonde aan dat patiënten met refractaire epilepsie een verlaging van het ademhalingsquotiënt en een verhoogde vetzuuroxidatie hadden zonder een verandering in het ademhalingsenergieverbruik bij chronisch gebruik van het ketogene dieet. Deze bevindingen werden gerepliceerd bij gezonde proefpersonen op een ketogeen dieet in vergelijking met een controlegroep en patiënten op een ketogeen dieet hadden ook een significante vermindering van de kooldioxideproductie en de partiële kooldioxidedruk. De auteurs concludeerden dat een ketogeen dieet de kooldioxide-opslag in het lichaam kan verminderen en dat het gebruik van een ketogeen dieet gunstig kan zijn voor patiënten met respiratoire insufficiëntie. Zelfs bij patiënten zonder hypercapnie (voornamelijk hypoxische respiratoire insufficiëntie) maakt het verlagen van de kooldioxideproductie het mogelijk om de teugvolumes te verlagen - een hoeksteen van de behandeling van acute respiratory distress syndrome.

Naast het verminderen van de partiële kooldioxidedruk, vermindert metabole ketose systemische ontsteking. Dit mechanisme zou kunnen worden gebruikt om de cytokinestorm die kenmerkend is voor een COVID-19-infectie een halt toe te roepen. Verschillende onderzoeken leveren bewijs dat de pro-inflammatoire cytokineproductie aanzienlijk is verminderd bij dieren die een ketogeen dieet krijgen in verschillende ziektemodellen. In een knaagdiermodel van de ziekte van Parkinson bleken muizen significant verlaagde niveaus van pro-inflammatoire, door macrofagen uitgescheiden cytokines interleukine-1β, interleukine-6 ​​en tumornecrosefactor-alfa te hebben na 1 week behandeling met een ketogeen dieet. Evenzo ervoeren ratten die waren voorbehandeld met een ketogeen dieet voorafgaand aan injectie met lipopolysaccharide om koorts op te wekken geen verhoging van de lichaamstemperatuur of interleukine-1β, terwijl significante toenames werden waargenomen bij controledieren die niet waren voorbehandeld met een ketogeen dieet. In een muismodel van NLRP3-gemedieerde ziekten evenals menselijke monocyten, remde het ketonlichaam beta-hydroxybutyraat de NLRP3-inflammasoom-gemedieerde productie van interleukine-1β en interleukine-18. Deze bevindingen zijn gerepliceerd in verschillende recente dierstudies en voorbereidende studies bij mensen. De hypothese van deze studie is dat een ketogeen dieet door inductie van metabole ketose in combinatie met koolhydraatbeperking bescherming biedt tegen de cytokinestorm in COVID-19. Met zijn koolstofdioxideverlagende en ontstekingsremmende eigenschappen kan een ketogeen dieet een belangrijk onderdeel worden van het arsenaal aan acute respiratory distress syndrome, met onmiddellijke relevantie voor de huidige COVID-19-pandemie.