Влияние кетогенной диеты на сердце и мозг

Фон:

Кетогенная диета уже давно используется при лечении резистентной к лечению эпилепсии из-за необъяснимого, но заметного снижения числа случаев эпилепсии. В последние годы также уделяется повышенное внимание потенциалу кетоновых тел в лечении сердечно-сосудистых заболеваний, однако эффект стойкого повышенного уровня циркулирующих кетоновых тел (кетоз) изучен недостаточно. Кетоновые тела вырабатываются в печени при высоком уровне жирных кислот и служат важным источником энергии для мозга и сердца во время голодания. Производство энергии при метаболизме кетонов требует меньше кислорода, чем при метаболизме глюкозы и жирных кислот, поэтому кетоновые вещества могут быть высокоэнергоэффективным субстратом для сердца. Людям с резистентностью к инсулину и людям с сердечными заболеваниями трудно сжигать глюкозу в сердце из-за резистентности к инсулину, и поэтому они зависят от других источников энергии, таких как свободные жирные кислоты и кетоны. Поскольку кетоны сберегают кислород по сравнению с жирными кислотами, кетогенная диета потенциально может снизить потребность сердца в кислороде у пациентов с суженными коронарными артериями.

Недавнее исследование показало, что кетоновые тела эффективно поглощаются сердцем, несмотря на максимальную стимуляцию инсулином и глюкозой. В исследовании здоровые субъекты увеличили уровень циркулирующих кетоновых тел примерно до 4 миллимолей (мМ) с помощью непрерывной инфузии кетона, что привело к 50%-ному снижению потребления глюкозы сердцем. Так как расход свободных жирных кислот в опыте не изменился и общая работа сердца была одинаковой, то до 50% расхода энергии сердца покрывалось, таким образом, за счет кетоновых тел. Кроме того, высокий уровень кетоновых тел приводил к заметному увеличению притока крови к сердцу.

Классические кетогенные диеты содержат в 3-4 раза больше граммов жира, чем общее количество углеводов и белков. Уровень кетонового вещества увеличивается примерно до 7 мМ по сравнению с ~ 0,1 мМ у людей, придерживающихся «обычной диеты». К сожалению, диета требует полной приверженности плану диеты и может привести к неприятным желудочно-кишечным побочным эффектам, поэтому соблюдение диеты с течением времени сопряжено с серьезными проблемами.

Поэтому большой интерес представляет модифицированная кетогенная диета, где жир составляет примерно 65% от общего количества потребляемой энергии, а циркулирующие кетоновые тела увеличиваются примерно до 0,4 мМ после трех недель диетического вмешательства. Пока неизвестно, насколько высокие уровни кетонов необходимы для достижения клинического защитного эффекта в жизненно важных органах организма, но ожидается, что уровни кетонов достигнут того же уровня, что и у пациентов, получающих противодиабетические препараты, котранспортер натрия-глюкозы (SGLT)-2. ингибиторы. Ингибирование SGLT-2 в недавних исследованиях показало впечатляющие сердечно-сосудистые и почечные защитные эффекты у диабетиков 2 типа, что ряд исследователей и клиницистов связывают с влиянием на повышенный уровень циркулирующих кетоновых тел. Также было показано, что повышенный уровень кетоновых тел улучшает когнитивные функции у пациентов с нарушением когнитивных функций или легкой формой болезни Альцгеймера. Потенциально это можно объяснить повышенной перфузией в кровеносных сосудах головного мозга, которая наблюдается при кетозе.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) в сочетании с компьютерной томографией (КТ) представляет собой неинвазивный метод визуализации, хорошо зарекомендовавший себя при определении стадии онкологического заболевания и мониторинге лечения. Этот метод также подходит для отслеживания судьбы метаболитов, поскольку большинство веществ или метаболитов можно пометить подходящим изотопом ПЭТ. ПЭТ имеет достаточное пространственное и временное разрешение для прямого количественного определения, например, скорости всасывания и окисления, и наш отдел успешно использовал его для оценки эффективности работы сердца, потребления кислорода и метаболизма жирных кислот. В настоящее время исследователи разрабатывают и проверяют ПЭТ-трассер для кетоновых тел под названием 11C-гидроксибутират (11C-3-OHB) для исследований на людях. После разработки исследователи смогут обнаруживать изменения в биораспределении и кинетике кетоновых тел как во время кетогенной, так и при стандартной западной диете.

Цель:

Общая цель проекта — выяснить, может ли относительно простая и недорогая модифицированная кетогенная диета быть эффективным немедикаментозным средством лечения диабета 2 типа и других людей с риском развития ишемической болезни сердца. Используя неинвазивную визуализацию при ПЭТ, исследователи хотят выяснить, изменяется ли метаболизм кетонов и жирных кислот, а также увеличивается ли кровоток в сердце во время кетоза. Будут исследованы образцы крови и тканей скелетных мышц и жировой ткани, чтобы оценить влияние кетогенной диеты на чувствительность к инсулину в этих тканях, а также липидный состав крови. Кроме того, исследователи изучат, связано ли улучшение когнитивной функции, наблюдаемое при кетозе, с усилением перфузии в головном мозге, которое можно обнаружить, объединив ПЭТ с 15O-водой и магнитно-резонансное (МР) сканирование.

Существующее лечение диабета 2 типа и ишемической болезни сердца часто включает значительное фармакологическое вмешательство, и участники часто испытывают трудности с соблюдением правильного лечения. Это может быть связано с несоблюдением режима лечения, а также с возможными взаимодействиями и побочными эффектами, которые может вызвать фармакологическое лечение, особенно в случае серьезного заболевания.

В рамках проекта исследователи хотят использовать современные исследования сердца ПЭТ/КТ в клиническом контексте. Поэтому исследователи надеются, что проект подчеркивает возможность того, что относительно простая кетогенная диета может быть эффективным немедикаментозным средством лечения диабета 2 типа или других людей с риском сердечно-сосудистых заболеваний.

Методы:

Исследование будет проводиться как рандомизированное плацебо-контролируемое перекрестное исследование с участием 12 здоровых участников с ожирением (ИМТ: 28–40 кг/м2) в возрастной группе 50–70 лет. Перед включением участников вызовут на исследование, которое включает в себя беседу о здоровье, анализы крови, измерение роста, веса, артериального давления и ЭКГ. Каждому участнику испытания предстоит пройти два испытательных периода по три недели, в течение которых они должны следовать соотв. кетогенная диета / стандартная диета в случайном порядке с одной неделей промывания между испытательными периодами.

С участниками примерно раз в неделю будут связываться по телефону в оба периода исследования для обеспечения соблюдения диеты. Кроме того, участники будут измерять концентрацию кетоновых тел два раза в день (7:00 и 19:00) с помощью кетоновых полосок на ручном глюкометре у себя дома. Если у участников возрастет <0,3 мМ кетоновых тел после одной недели кетогенной диеты, они выйдут из исследования без дальнейшего наблюдения.

В конце каждого испытательного периода участники испытания будут вызваны на пробный день сканирования ПЭТ и метаболических исследований. В течение 72 часов до тестовых дней испытуемых попросят избегать употребления алкоголя и тяжелых физических нагрузок. У них будет контролироваться их физическая активность с помощью измерителя активности, а также артериальное давление / жесткость сосудов с помощью 24-часового монитора артериального давления (24 часа). Кроме того, им будет предложено поститься с кл. 21 вечера перед всеми пробными днями. После каждого испытательного периода участники будут проходить двухэнергетическое рентгеновское абсорбциометрическое сканирование (DXA) и МРТ.