Ketojenik diyet ve kalori kısıtlı diyetin anti-inflamatuvar etkilerinin incelenmesi
Investigation of anti-inflammatory effects of ketogenic diet and calori restricted diet
Yazar: ŞEYDA KARABULUT
Danışman: PROF. DR. DİLŞAD TÜRKDOĞAN
Marmara Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2019
Konu: Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları = Child Health and Diseases
Dizin: Antioksidanlar = Antioxidants ; Bellek = Memory ; Diyet = Diet ; Kalori kısıtlaması = Caloric restriction ; Ketoz = Ketosis ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
Giriş ve Amaç: Diyet uygulamaları epilepsi tedavisinde, cerrahi tedavi ve yeni antiepileptik ilaçların (AEİ) artan sayısına rağmen son zamanlarda tekrar güncellik kazandığı için ketojenik diyetler ve kalorisi kısıtlanmış standart diyetler (açlık) yeniden kullanılmaya başlanmışır. Bu diyetlerin faydalı sonuçları genellikle ketozise bağlanmaktadır. Ketojenik diyette yüksek yağ, düşük protein ve karbonhidratların aynen açlıkta olduğu gibi ketozise neden olduğu öne sürülmüştür. Bu diyetler ile lipit metabolizmasının arttığı ve inflamatuar hastalıkların azaldığı düşünülür. Ketozis yapan bu diyetlerle immün sistem düşük glukoz düzeylerine adapte olur ve metabolizma mitokondriyal yağ asiti oksidasyonu, ketogenezis ve ketolizis yönüne doğru kayarak inflamasyonu azaltır. Ancak kritik hastalığı olanlarda diyetle doku tiplerine ve enfeksiyon çeşitlerine göre akut inflamasyon cevabı artmış ya da azalmış şekilde gerçekleşebilir. Bu cevabın değişiminde postprandiyal veya postabsortif zamanlarında etkisinin olduğu çok yeni literatürlerde dikkat çekmeye başlamıştır. Kliniğimizde diyet terapileri nöbet kontrolü için sıkça uygulanmaktadır. Bu diyetlerin hastalarımızda immunoglobulin seviyelerinde değişiklik yapmadan ağır enfeksiyonlara yatkınlık oranını arttırdığını gözlemlediğimiz için kullanılan diyet terapilerinin akut inflamasyona cevaplarını çalışmamızda karşılaştırmak istedik.
Ketojenik diyetin ve KKD'nin epilepsili hastalara mevcut nöbetleri azaltmasıyla bilişsel fonksiyonları düzelttiği de düşünülür şeklinde veriler vardır. Diyet terapilerinin epilepsi dışında kanser, otizm gibi hastalıklarda da kullanımı gündemdedir; ancak bu konudaki veriler azdır. Bu amaçla gündemde olan bu diyet terapilerinin sağlıklı yavru sıçanlarda bilişsel fonksiyonlar üzerindeki etkisini kıyaslamak istedik.
Standart diyetin (SD), KD'in, kalorisi kısıtlanmış ketojenik diyetin (KKKD) ve KKD'in, inflamatuar sitokinler (IL-1, IL-6, TNF-a) ve süperoksit dismutaz (SOD) düzeyleri üzerindeki etkisini kıyaslayarak akut inflamasyon ilişkili hastalıklara sahip olanlarda, kişiye en uygun diyet şeklinin seçilebilmesine aracılık etmek ve bellek üzerine etkilerini anlayabilmek çalışmamızda hedeflenmektedir. 
Yöntem:  Çalışmada 54 tane 6 haftalık Winstar tipi dişi rat kullanıldı. Ratlar 5 gruba ayrıldı. Tüm ratların bazal tartısı alındıktan sonra gruplara 7 haftalık süre ile SD (n=12) ad libidum, KD (n=15) ad libidum, KKKD (n=15) ve KKD (n=12) verildi. Su tüm gruplara ad libidum şeklinde verildi. Tüm gruplar iki haftada bir tartıldı. Glikoz ve β-hidroksibutirat (BOHB), deneyin 2. haftasında ketozisin kontrolu amacı ile oftalmik ven kullanılarak kandan glikoz ve keton stripleri ile Optimum Xeed  marka ölçüm cihazı kullanılarak ölçüldü (Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois). 6. haftanın sonunda diyet terapilerinin uzun ve kısa dönem bellek üzerine etkilerini kıyaslayabilmek için KD (n=10), KKKD (n=10), KKD (n=10) ve SD (n=10) alan  ratlara  Morris su labirenti testi ve yeni obje tanıma testi uygulandı. 7. haftanın sonunda SD alan altı rata intraperitoneal (ip) salin, diğer tüm ratlara ip LPS (lipopolisakkarit) (150 mcg/kg) yapılarak akut inflamasyon oluşturuldu. Sonra tüm gruplardan intrakardiyak kan alınıp serumda BOHB, akut  inflamatuar sitokinlerden  IL-1, IL-6, TNF-a ve antioksidan olarak SOD düzeylerine ELISA yöntemi ile  bakıldı. İstatistiksel analizler SPSS versiyon 17.0 programı yardımıyla gerçekleştirildi.
Bulgular: Çalışmada 54 tane 6 haftalık Winstar tipi dişi rat kullanılmıştır. Ağırlık değişimleri diyet gruplarına göre karşılaştırılmış ve anlamlı ilişki olduğu saptanmıştır (p<0,001). SD+SDLPS grubundaki 7 haftalık tartı değişim yüzdesi (%36,19±8,73), KD grubuna (%14,53±8,43), KKKD grubuna (%5,01±12,14) ve KKD grubuna (% -9,36±8,88) göre daha fazladır. Ölçülen glikoz değerlerindeki değişimin gruplar arasında karşılaştırılması sonucu anlamlı ilişki bulunamamıştır (p=0,828). BOHB değerleri gruplar arasında karşılaştırılmıştır.  KD(59,40±5,56 umol/L), KKKD (60,24±4,62 umol/L), KKD (61,75±3,85 umol/L) gruplarının BOHB değerleri SDLPS (50,69±2,82 umol/L), SD (46,65±4,38 umol/L)  gruplarına göre daha yüksek bulunmuştur (p<0,001). SOD düzeyleri gruplara göre karşılaştırılmıştır. Buna göre KD (11,00±5,44U/ml), KKKD(14,51±4,47U/ml), KKD (12,49±6,07U/ml) gruplarının SOD değeri benzer; ama SDLPS(6,86±2,19U/ml) ve SD (6,39±3,86U/ml) gruplarına göre daha yüksektir (p=0,007). IL-1 (p=0,087) ve TNF-a (p=0.077) değerleri gruplar arasında karşılaştırıldığında anlamlı ilişki saptanamamıştır. IL-6 gruplar arasında karşılaştırıldığında; KKD grubunun IL-6 değerinin diğer gruplara göre daha düşük olduğu gözlenmiştir (p=0,004). Sağlıklı, dişi, yavru, ratlar üzerinde uygulanan diyet terapilerinin uzun ve kısa bellek üzerine etkileri kıyaslanmış ancak aralarında anlamlı bir fark saptanmamıştır. 
Sonuç ve Tartışma: Ketozis anti-inflamatuar yanıtta anlamlı değişiklik yapmamıştır; IL-6 sadece KKD ile belirgin azalmıştır. Bu diyet terapileri anti-inflamatuar etkiler açısından kıyaslandığında belirlenemeyen bir nedenle IL-6'yı sadece KKD azaltmıştır. TNF-a ve IL-1 düzeyleri tüm diyet terapilerinde SDLPS grubundaki gibi yükselmiştir. Ancak bu durumda kanların postprandiyal ve postabsortif fazda alınması gibi saatin önemi olabilir. Literatürde sitokin düzeylerinin postabsortif fazda azaldığı belirtilmiştir; ancak bizim numune toplama zamanımız postprandiyal zamana denk gelmektedir. Ya da diğer deneylerden farklı olarak bizim deneyimizde sağlıklı dişi yavru ratlar kullanılmıştır, bu durum stres yanıtının fazla olmasına neden olmuş olabilir. Verilerimize bakıldığında SD ve KD'lere göre KKD'de IL-6 yanıtı düşüktür. IL-6 hem proinflamatuar hem de anti-inflamatuar etkisi olan bir sitokindir. KKD'de IL-6'ın anti-inflamatuar faza geçtiği düşünülmüştür. Sağlıklı dişi ratlarda diyet terapilerinin uzun ve kısa bellek fonksiyonları üzerine etkisinin olmadığı çalışmamızda gösterilmiştir.

Abstract:
Introduction and Purpose: Despite the increasing number of new antiepileptic drugs (AEDs) and surgical treatment, various dietary practices in the treatment of epilepsy have recently been updated again. While the beneficial results of fasting are attributed to ketosis, it has been suggested that high fat, low protein and carbohydrates in the diet cause ketosis just as fasting. For this purpose, ketogenic diet (KD) and calorie restricted diet (CR) used in antiepileptic treatment have been shown to have therapeutic effects in neurological diseases both in clinical studies and animal experiments. There are also studies advocating that KD increases or decreases cognitive functions. It is thought that KD and CR reduce seizures by reducing seizures. In addition, dietary treatments change the response to acute inflammation in critically ill patients. In caloric restriction (CR) and fasting, the immune system adapts to low glucose levels and the metabolism shifts towards mitochondrial fatty acid oxidation, ketogenesis and ketolysis, reducing inflammation. We also observed improvement in cognitive functions in patients using these dietary therapies independent of seizure control in our clinic. Therefore, we aimed to compare the responses of dietary treatments to acute inflammation and their effects on memory. We compared the effect of the standard diet (SD) on the calorie-restricted ketogenic diet (CRKD) and CR on the levels of inflammatory cytokines (IL-1, IL-6, TNF-a) and superoxide dismutase (SOD).  The aim of this study is to compare the effects of diet on memory and mediate the selection of the most appropriate diet in patients with acute inflammation-related diseases.
Method: 54 Winstar type 6 weeks old female rats were used in this study. Rats were divided into 5 groups. After basal weighing of all rats, CD (n = 12) ad libidum, KD (n = 15) ad libidum, CRKD (n = 15) and CR (n = 12) were given to the groups for 7 weeks. Water was given to all groups as ad libidum. All groups were weighed every two weeks. Glucose and β-hydroxybutyrate (BOHB) were measured using blood glucose and ketone strips from the ophthalmic vein using the Optimum Xeed brand device (Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois) to control ketosis at week 2 of the experiment.At the end of the 6th week, Morris' water maze experiment and new object recognition test were applied to rats to compare the effects of diet therapies on long and short term memory. (KD (n=10), CRKD (n=10), CR (n=10) and CD (n=10)). At the end of the 7th week, 6 rats receiving CD were given intraperitoneal (ip) saline and ip rats (lipopolysaccharide) (150 mcg/kg) for acute inflammation. Then, intracardiac blood was collected from all groups and serum levels of BODB, IL-1, IL-6, TNF-α and acute antioxidant SOD levels were measured by ELISA. Statistical analysis was performed using of SPSS version 17.0.
Results: 54 female 6 weeks old Winstar rats were used in this study. Weight changes were compared according to diet groups and a significant relationship was found (p <0.001). The 7-week weight change percentage in the CD+CDLPS group (%36,19±8,73) was higher than in the KD (%14,53±8,43) CRKD (%5,01±12,14) and CR(%-9,36±8,88) group. No significant relationship was found between the groups as a result of comparison of the changes in the measured glucose levels (p=0.828). BOHB levels were compared between the groups. CD (46.65 ± 4.38) group's BOHB level (umol/L) was lower than the other groups. SOD levels (U/ml) were compared according to groups. According to this, SOD levels of KD (11,00 ± 5,44), CRKD (14,51 ± 4,47) and CR (12,49 ± 6,07) groups were similar. but it was higher than CDLPS (6.86 ± 2.19) and CD (6.39 ± 3.86) groups (p = 0.007). IL-1 (p = 0.087) and TNF-α (p = 0.077) levels were compared between the groups, no significant relationship was found. IL-6 levels were compared between the groups; IL-6 levels of CR were lower than the other groups (p = 0.004). The effects of dietary therapies on long and short memory of healthy female rats were compared but no significant difference was found between them.
Ketosis did not significantly alter the anti-inflammatory response; however, IL-6 decreased markedly in KKD. Only CR reduced IL-6. TNF-α and IL-1 levels were increased in all dietary therapies as in the CDLPS group. In this case, however, time can be of importance as blood is collected in the postprandial and postabsortive phase. It has been reported in the literature that cytokine levels decrease in the postabsortive phase. However, our sample collection time corresponds to the postprandial time. Or, unlike other experiments, female rats have been used in our experience, which may have caused a high stress response. According to the data, In CR, there is a low IL-6 response compared to SD and KD. IL-6 is a proinflammatory and anti-inflammatory cytokine. IL-6 was considered to have entered the anti-inflammatory phase in KKD. It has been shown that dietary therapies have no effect on long and short memory functions in healthy female rats.