The Effect of Ketosis Induced by Medium Chain Triglycerides on Intracellular pH of Mouse Brain

Summary Ketosis was induced in mice in acute and chronic regimens with the use of medium chain triglycerides (MCT). Plasma levels of y3-hydroxybutyrate and acetoace-tate were measured. Intracellular pH (pHj) of brain was calculated from the distribution of 5,5-dimethyl-2,4-oxazolidinedione-,4C (DMO-,4C). When mice fed a normal diet and starved overnight were given a large dose of MCT by stomach tube, plasma levels of the ketone bodies rose and blood pH and brain pHs fell significantly. Chronic ketosis was produced by feeding ad libitum a diet high in MCT and supplementing it with two daily intragastric doses of MCT. Although elevated levels of ketone bodies were maintained throughout the day, only for short periods after the supplemental doses of MCT were blood pH and brain pHj significantly lowered. This gives evidence, consonant with the work of others, of a compensatory mechanism opposing change of brain pHj that can in effect pump hydrogen ions out of the cell when acid has entered. It is suggested that the antiepileptic effect of ketosis may depend not so much on an actual lowering of brain pHi as on the imposition of an additional demand on the proton-pumping mechanism maintaining pHj. RESUME Une cetose est provoquee, chez la souris, par l' administration aigue ou chronique d'un regime riche en triglycerides a chaine moyenne (MCT). Les taux plasmatiques de beta–hydroxybutyrate et d'aceto-acetate sont determines. Le pH intracellulaire (pH|) du cerveau est calcule a partir de la distribution de la 5,5– dimethyl–2,4–oxazolidinedione–14 C (DMO-14C). Lorsque les souris soumises a un regime normal sont privees de nourriture durant toute la nuit, l'administration de forte dose de MCT par sonde gastrique provoque une elevation du taux plasmatique des corps cetoniques alors que le pH sanguin et le pH[cerebral decroissent de facon significative. La cetose chronique est provoquee par l'absorption ad libitum d'un regime riche en MCT complete par l'administration intra-gastrique biquotidienne de MCT. Dans ces conditions, bien que des taux dleves de corps cetoniques soient maintenus pendant toute la journee, l'abaissement significatif du pH sanguin et du pHi cerebral ne s'observe que pendant de breves periodes apres l'administration supplemental de MCT. De telles observations s'accordent avec celles d'autres auteurs pour faire admettre I'existence d'un mecanisme com-pensateur s'opposant aux modifications du pHt du cerveau en chassant les ions H + hors de la cellule lors de l'entree des acides. On emet l'hypothese que l'effet anti-epileptique de la cetose est moins dependant de l'abaissement reel du pHj creAebral que d'un mecanisme additionnel de pompage destind a maintenir ce pHi. RESUMEN Mediante regimenes cronicos a base de trigliceridos de cadenas medias (MCT) se indujo una situacion de cetosis en ratones. Se midieron los niveles plasmaticos de β-hidroxibutirato y acetoacetato. Se calculo el pH intracelular (pH1) del cerebro a partir de la distribucion del 5,5-dimetil-2,4-oxazolidinediona-14C (DMO-14C). Cuando, tras una dieta normal y un ayuno total durante una noche, se administraron altas dosis de MCT a traves de una intubacion gastrica, se elevaron los niveles plasmaticos de los cuerpos cetenicos y se redujeron significativamente el pH sanguineo y el pHi cerebral. Se consiguio una cetosis cronica mediante la alimentacion ad libitum con una dieta con alto con-tenido de MCT y suplementandola con dos dosis intragastricas de MCT por dia. A pesar de que se mantuvieron niveles elevados de cuerpos cetenicos durante todo el dia, los valores de pH sanguineo y pH; “erebral, solamente se redujeron durante breves (jeriodos de tiempo despues de administrar dosis suplementarias de MCT. Este hallazgo ofrece evi-dencia, coincidente con otros trabajos, en favor de mecanismos compensatorios que, oponiendose a los cambios del pH( cerebral, pueden, en efecto, bombear iones de hidregeno fuera de la celula cuando entra un acido. Se sugiere que los efectos antiepilepticos de la cetosis pueden depender, no tanto en una real reduction del pHj cerebral como en la imposition de una demanda adicional sobre el mecanismo de bombeo de protones que mantiene el pH,. ZUSAMMENFASSUNG Die Ketose wurde bei Mausen im akuten und chronischen Versuch mit mittelkettigen Triglyceriden (MCT) erzeugt. Plasmaspiegel von Beta-hydroxybut-tersaure und Acetessigsaure wurden gemessen. Das intracellulare pH (pHJ des Gehirns wurde aus der Verteilung des 5,5-Dimethyl- 2,4-Oxazolidindion-14C (DMO-14C) berechnet. Wenn Mause nach normaler Diat und Nahrungskarenz iiber Nacht eine hohe Dosis von MCT durch die Magensonde erhielten, stieg der Plasmaspiegel der Ketonkorper wahrend das Blut-pH und das Hirn pHi signifikant sanken. Eine chronische Ketose wurde hervorgerufen durch das freie Fressen einer an MCT reichen Diat und durch zusatzliche tagliche Gaben von MCT uber die Magensonde. Obwohl die erhohten Spiegel der Ketonkorper wahrend des Tages aufrechter-halten werden konnten, wurden nur fur kurze Perioden– nach der zusatzlichen Gabe des MCT–die Blut-pH-und Hirn-pHi-Werte signifikant gesenkt. Diese Daten weisen darauf hin, das in Ubereinstimmung mit den Ergebnissen anderer, ein kompensatorischer Mecha-nismus existiert, der den Veranderungen des Hirn-pH, entgegenwirkt und Wasserstoff-ionen aus der Zelle pumpen kann, wenn Saure eingestromt ist. Es wird vermutet, das der antiepileptische Effekt der Ketose nicht so sehr auf der aktuellen Senkung des Hirn-pH! beruht, als vielmehr auf den zusatzlichen Anforderun-gen, die an den Protonenpumpmechanismus gestellt werden, das pH, aufrechtzuerhalten.