MRIの分光学的およびトラクトグラフィーの研究は、長期的なケト原性食の結果を示している

MRI spectroscopic and tractography studies indicate consequences of long-term ketogenic diet.

• Kinga Gzieło
• Krzysztof Janeczko
• Władysław Węglarz
• Krzysztof Jasiński
• Krzysztof Kłodowski
• Zuzanna Setkowicz

抄録

成熟した脳は、その機能的な能力を維持するために、炭水化物の代謝で生成されたブドウ糖からエネルギーを得ています。炭水化物が食事から排除されると、エネルギーは脂肪酸の酸化から得られます。ケトーシスと呼ばれるこの代謝状態では、ケトン体が形成されます：β-ヒドロキシ酪酸（bHb）、アセトン、アセトアセテートが血液脳関門を通過しやすいエネルギーの代替源となります。ケトーシス状態は、カロリー制限、中鎖トリグリセリドの補充、激しい身体トレーニング、またはケトジェニックダイエット（KD）のような様々な戦略によって達成することができます。KDを使用して、薬剤耐性てんかんは、小児および成人で正常に治療されています。また、脳損傷、多形性膠芽腫、アルツハイマー病やパーキンソン病の場合にも神経保護効果を発揮します。KD活性のメカニズムについては多くの可能性が提案されていますが、研究の進展に伴って新しい仮説が浮上してきており、その多くは病理学的な条件ではなく、正常な条件での脳の特徴を示すものです。病態の違いによってKDの作用機序が異なる可能性があるため、正常な脳を対象とした追加研究が妥当であると考えられます。この目的のために、若年成人ラットに4ヶ月間持続するKDを投与した。その後、MRIによる構造測定、分光法、トラクトグラフィーを行った。その結果、グルタミン、グルタミン酸、グルタチオンおよびNAAの濃度が有意に増加し、線条体および海馬形成の神経細胞接続パターンの変化を伴っていることが明らかになった。このことは、KD適用後の脳の機能変化にこれらの構造が関与している可能性を示唆している。このように、正常な脳を対象とした研究は、病理学的な状態によって変化することなく、KDの効果の根底にあるメカニズムに関する重要な詳細を明らかにするものである。

To maintain its functional abilities, the mature brain obtains energy from glucose produced in carbohydrate metabolism. When carbohydrates are eliminated from the diet, the energy comes from the oxidation of fatty acids. In this metabolic state called ketosis, ketone bodies are formed: β-hydroxybutyric acid (bHb), acetone, and acetoacetate as alternative source of energy passing through the blood-brain barrier easily. The ketosis state can be achieved through various strategies like caloric restriction, supplementation with medium-chain triglycerides, intense physical training, or ketogenic diet (KD). Using KD, drug-resistant epilepsy has been successfully treated in children and adults. It can also exert neuroprotective influences in cases of brain damage, glioblastoma multiforme, and Alzheimer's or Parkinson's diseases. Although many possible mechanisms of KD activity have been proposed, newer hypotheses appear with the research progress, mostly characterizing the brain under pathological but not normal conditions. Since different pathological conditions may affect the mechanism of KD action differently, additional research on the normal brain appears reasonable. For this purpose, young adult rats were treated with 4-month-lasting KD. Then, MRI structural measurements, spectroscopy, and tractography were performed. The procedures revealed significant increases in the concentration of glutamine, glutamate, glutathione and NAA, accompanied by changes in the pattern of neuronal connections of the striatum and hippocampal formation. This implies a possible involvement of these structures in the functional changes occurring in the brain after KD application. Thus, the investigations on the normal brain add important details concerning mechanisms underlying KD effects without their possible modification by a pathological status.