D. Brozić*, H. Hajdin, N. Maćešić, M. Samardžija i H. Valpotić
Dr. sc. Diana BROZIĆ* (dopisni autor, e-mail: diana.brozic@vef.hr), dr. med. vet., docentica, dr. sc. Hrvoje VALPOTIĆ, dr. med. vet., izvanredni profesor, dr. sc. Nino MAĆEŠIĆ, dr. med. vet., izvanredni profesor, dr. sc. Marko SAMARDŽIJA, dr. med. vet., redoviti profesor, Veterinarski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Hrvatska; Helena HAJDIN, dr. med. vet., Varaždin, Hrvatska
SažetakUvodMetabolizam ketonskih tijelaKorištenje ketogene dijete kao potporne terapijeKetogena dijeta na temelju dugolančanih trigliceridaKetogena dijeta na temelju srednjelančanih trigliceridaMetabolizam u tumorskim stanicamaMakronutrijenti u prehrani pasa i mačaka s tumoromIndividualna prilagodba obrokaTumorska kaheksijaZaključna razmatranjaLiteraturaAbstract
Sažetak
I straživanja ukazuju da je metabolizam stanica tumora obilježen promjenama u proizvodnji energije putem oksidativne fosforilacije i fermentacije te se smatra kako je moguće kontrolirati rast i razvoj tumora promjenom energetskog supstrata. Tumorske stanice pokazuju povećanu potrošnju glukoze, čak i u aerobnim uvjetima, što se događa zbog poremećaja u mitohondrijskom staničnom disanju pri čemu pojačana glikoliza predstavlja kompenzatorni odgovor. Stoga bi promjene u prehrani, poput ketogene dijete s visokim udjelom masti, umjerenim udjelom bjelančevina i niskim udjelom ugljikohidrata, koje potiču oksidativni metabolizam mitohondrija, istovremeno limitirajući potrošnju glukoze, predstavljale mogući nutritivni pristup selektivnom metaboličkom stresu tumorskih stanica.
Iako je primjena ketogene dijete, kao potporne terapije tumora opetovano dokazana u humanim istraživanjima do danas nije provedeno istraživanje koje bi potvrdilo pozitivne učinke u pasa i mačaka s tumorima.
No, korištenje MCT dijete u pasa s epilepsijom dalo je obećavajuće rezultate. Metaboličke specifičnosti prisutne u pasa i mačaka poput učinkovitog iskorištavanja ketogenih tijela od strane perifernih tkiva te prilagodba visokom udjelu masti u obroku, pod uvjetom da je zadovoljen glukoneogenetski kapacitet, ukazuju da postoje temelji za primjenu ketogene dijete u onkoloških pacijenata, no bez istraživanja koje bi navedeno potvrdila nije moguće tvrditi kako je korištenje ketogene dijete bez rizika. Prema trenutnim smjernicama, pri izradi prehrambenog plana kod onkoloških pacijenata ključno je prilagoditi oblik hranidbenog režima svakom pacijentu pojedinačno, uzimajući pritom u obzir kliničku sliku, prognozu i prisutnost ostalih patologija koje će uvjetovati prilagodbu obroka.
Ključne riječi: ketogena dijeta, tumori, pas, mačka
Uvod
Stoga bi promjene u prehrani, poput ketogene dijete s visokim udjelom masti i niskim udjelom ugljikohidrata, koje potiču oksidativni metabolizam mitohondrija, istovremeno limitirajući potrošnju glukoze, predstavljale mogući nutritivni pristup selektivnom metaboličkom stresu tumorskih stanica.
Opisana su dva osnovna tipa ketogenih dijeta: ketogena dijeta na temelju dugolančanih triglicerida (engl. long chain triglycerides, LCT) i ketogena dijeta na temelju srednjelančanih triglicerida (engl. medium chain triglycerides, MCT), od kojih je MCT dijeta jedina koja se primjenjuje u veterinarskoj medicini dok je korištenje LCT dijete opisano tek u vidu mnogobrojnih znanstveno nepotvrđenih iskustava vlasnika koji su samoinicijativno koristili ovaj hranidbeni režim promoviran putem nerecenzirane literature: knjiga i članaka. Dodatno, primjena ketogene dijete u pasa i mačaka u vidu hranidbenog režima tijekom liječenja ili oporavka, u onkoloških pacijenata, u postojećoj veterinarskoj znanstvenoj literaturi nije opisana, za razliku od humane medicine gdje postoji znatan broj istraživanja koja ukazuju na primjenu u onkološkom liječenju (Poff i sur., 2014.). Stoga je cilj ovog rada dati pregled dosadašnjih istraživanja iz područja dijetetike onkoloških pacijenata u veterinarskoj medicini, primjenu ketogene dijete u navedenom slučaju i ukazati na moguće nedostatke ovakvog vida hranjenja u pasa i mačaka.
Metabolizam ketonskih tijela
U pasa, za razliku od ljudi i nakon dugoročnog posta ne dolazi do razvoja značajne ketonemije, a izlučivanje ketonskih tijela urinom ne prelazi više od 1 % (De Bruijne i sur., 1981.). U odnosu na tjelesnu masu, razina pretvorbe ketonskih tijela tijekom noćnog posta dvostruko je veća u ljudi nego u pasa, dok je koncentracija ketonskih tijela najmanje deset puta veća u ljudi (De Bruijne i sur., 1981.). Spomenuti podatci upućuju na to da psi iskorištavaju ketonska tijela daleko učinkovitije od ljudi te je dokazano kako je niska koncentracija ketonskih tijela u pasa tijekom gladovanja posljedica učinkovitog perifernog iskorištavanja, a ne smanjene hepatičke proizvodnje (De Brujine i Van Den Brom, 1985.). Izrazita sklonost mačaka hepatičkoj lipidozi razlog je nemogućnosti provođenja istraživanja metabolizma ketonskih tijela uslijed gladovanja (Blanchard i sur., 2002.). Međutim, smatra se kako mačke, poput pasa, posjeduju učinkovite mehanizme iskorištavanja ketonskih tijela pod uvjetom da je glukoneogeni kapacitet zadovoljen. Smatra se da razina masti u obroku mačaka od 40-45 % na bazi suhe tvari (ST), ako je razina bjelančevina prisutna u istom ili višem udjelu, može smatrati sigurnom zbog brze adaptacije metabolizma u vidu korištenja masti kao primarnog energetskog supstrata bez negativnih posljedica: hipertrigliceridemija i hiperkolesterolemija (Lester i sur., 1999., Butt erwick i sur., 2012.). Dodatno, obrok koji se sastojao od 29,9 % sirove bjelančevine (SB) i 62,7 % masti na bazi ST nije doveo do promjene u razini glukoze, inzulina i leptina, iako je zabilježena značajno viša razina slobodnih masnih kiselina i triglicerida neposredno nakon obroka (Keller i sur., 2017.). No bitno je istaknuti kako su provedena istraživanja koristila obroke s visokim udjelom masti kroz relativno kratko razdoblje (6, 4 i 1 tjedan), stoga je potrebno potvrditi sigurnost obroka s visokim udjelom masti u mačaka kroz istraživanja koja bi obuhvatila dulji vremenski period uz praćenje koncentracije ketonskih tijela u krvi i urinu. U mačaka je ustvrđeno kako razina ketonskih tijela u cirkulaciji ne prelazi razinu od 1 mmol/L ni nakon 4 tjedna gladovanja, ukoliko je u obroku dostatna koncentracija karnitina, što ukazuje na učinkovito iskorištavanje ketonskih tijela kao energetskog supstrata od strane perifernih tkiva (Blanchard i sur., 2002.). Dodatno, u pasa i mačaka zabilježena je sposobnost održavanja normoglikemije i stabilne razine inzulina i u trenutcima kada masti postaju dominantan energetski supstrat uz optimalnu koncentraciju bjelančevina u obroku, pri čemu glukoneogeneza postaje dominantni metabolički put sinteze glukoze za periferna tkiva (Kronfeld i sur., 1977., De Bruijne i sur., 1981., Keller i sur., 2017.).
Korištenje ketogene dijete kao potporne terapije
Primjena prekursora ketonskih tijela s ciljem izazivanja ketoze u pasa nije bila učinkovita budući da se prekursori očito iskoriste unutar nekoliko sati od same aplikacije (Puchowicz i sur., 2000.). Ipak istraživanja novijeg datuma ukazala su na obećavajuće rezultate kod primjene MCT dijete u epileptičnih pasa (Law i sur., 2015.). Naime, ustvrđeno je kako je učestalost napadaja značajno manja kod pasa hranjenih MCT dijetom. Primjena MCT dijete rezultirala je i značajnim porastom β-hidroksibutirata u krvi u usporedbi s kontrolnim obrokom, pri čemu nije bilo značajnih promjena u koncentraciji glukoze u krvi i tjelesne težine (Law i sur., 2015.). U mačaka nije zabilježeno korištenje ketogene dijete kroz znanstvena istraživanja. Dodatno, mačke su obvezni mesojedi čija se izvorna prehrana sastoji od obroka s visokim udjelom bjelančevina, umjerenim udjelom masti i niskim udjelom ugljikohidrata, stoga se metabolički oslanjaju na glukoneogenezu kako bi sintetizirali dostatnu koncentraciju glukoze (Eisert, 2011.). Međutim, ustvrđeno je kako se mačke lako metabolički mogu prilagoditi znatno višem udjelu masti (37-47 % na bazi ST) u obroku bez negativnih posljedica na homeostazu, uz uvjet da su potrebe za glukoneogenim kapacitetom i esencijalnim hranjivim tvarima zadovoljene (Lester i sur., 1999.). Međutim, dugotrajna primjena obroka s visokim udjelom masti kao i rizik od razvoja hepatičke lipidoze tijekom njegove primjene, u mačaka, nije istražena.
Ketogena dijeta na temelju dugolančanih triglicerida
Ketogena dijeta na temelju srednjelančanih triglicerida
Također, manji udio masti i samim time veći udio bjelančevina i ugljikohidrata doprinosi većoj palatabilnosti obroka (Giordano i sur., 2014.).
Metabolizam u tumorskim stanicama
Zdrave stanice u mitohondrijima metaboliziraju piruvat dobiven glikolizom putem ciklusa limunske kiseline. Suprotno tome, tumorske stanice uglavnom koriste piruvat za nastanak laktata, putem mliječno-kiselog vrenja.
Na taj način nastaje više ugljikovih spojeva, koji se kasnije koriste za sintezu makromolekula i pospješuju proliferaciju tumora (Van Der Heiden i sur., 2009.). Dodatno, zaobilazi se oksidativni metabolizam u mitohondrijima i nastanak reaktivnih vrsta kisika (ROS).
Time se pospješuje preživljavanje tumorskih stanica, budući da su one u odnosu na zdrave stanice osjetljivije na medijatore koji aktiviraju apoptozu posredovanu reaktivnim vrstama kisika.
Na kraju, pojačanim iskorištavanjem glukoze nastaje kisela sredina koja pospješuje invazivnost i prodiranje tumorskih stanica u okolno tkivo (Peppicelli i sur., 2014.). Otto Warburg prvi je pretpostavio da tumori nastaju kao posljedica nedostatnog staničnog disanja, tj. oštećenog metabolizma mitohondrija (Pedersen, 2007.). Taj neprirodan oblik bioenergetike i ovisnost o glukozi postali su obilježje karcinoma. Konverzija piruvata u laktat stvara kisele uvjete u mikrookolišu tumora i tako olakšava invaziju i metastaziranje (Stern i sur., 2002.). Iz navedenog proizlazi da rast, proliferacija, tvorba energije i transformacija tumorskih stanica uvelike ovise o dostupnosti glukoze. Osnovna pretpostavka primjene ketogene dijete kod onkoloških pacijenata je da zbog specifičnosti metabolizma tumorskih stanica te njihove nemogućnosti prilagodbe i genomske nestabilnosti, ketogena dijeta omogućuje njihovo selektivno izgladnjivanje u odnosu na zdrave stanice koje mogu metabolizirati ketonska tijela (Seyfried i sur., 2014.).
Osim glukoze, glutamin je prepoznat kao značajan izvor energije mnogih tumorskih stanica (Seyfried i sur. 2014.). Dodatno, utvrđeno je kako je obilježje svih tumorskih stanica njihova mitohondrijska abnormalnost čime se remeti metabolički put dobivanja energije kroz proces oksidativne fosforilacije (Seyfried i sur., 2014.). Naime, struktura mitohondrija usko je povezana s njihovom funkcijom te je dokazano kako se ultrastruktura mitohondrija u tumorskim stanicama znatno razlikuje od one u zdravim stanicama (Seyfried i sur., 2014.). U tumorima visokog stupnja malignosti u glodavaca i in vitro staničnim kulturama, smanjeno je iskorištavanje masnih kiselina do 85 % (Ristow, 2006.).
Makronutrijenti u prehrani pasa i mačaka s tumorom
Individualna prilagodba obroka
Međutim, iako se u dijetetici životinja s neoplazijama možemo ravnati prema smjernicama bitno je uzeti u obzir razliku između vrsta, dobi, kliničkoj slici i prognozi te pojedinim specifičnostima poput preferencije pacijenta i mogućnost vlasnika da provodi pojedini hranidbeni režim.
Stoga nije moguće preporučiti istovjetan obrok ili tip obroka koji bi pružio optimalnu prehranu u svim slučajevima (Mauldin, 2012.). Svaka životinja treba proći temeljitu i standardiziranu nutritivnu procjenu nakon čega se daju individualne hranidbene preporuke. Hranjenje obrokom pripremljenim kod kuće, dobar je izbor u slučaju gdje je prisutno odbijanje komercijalnog obroka i nedostatan dnevni kalorijski unos pri čemu je cilj povećati palatabilnost i unos hrane. Vlasnicima su dostupni su brojni nerecenzirani izvori koji sadrže objavljene recepture za izradu obroka, no vrlo je bitno naglasiti da obroci pripremljeni kod kuće moraju biti usklađeni sa smjernicama izdanim od strane NRC-a i prilagođeni kliničkoj slici i hranidbenom statusu životinje (NRC, 2006.).
Tumorska kaheksija
Zaključna razmatranja
Naime, razlika među vrstama, pas i čovjek, vidljiva je u brzini razvoja i intenzitetu ketonemije, koja se u ljudi javlja znatno brže i dostiže značajno više vrijednosti u usporedbi s psima, no nije dokazana razlika u metabolizmu ketonskih tijela u pasa i ljudi (Crandall, 1940.). Dodatno, izrazita sposobnost iskorištavanja ketonskih tijela u pasa otežava praćenje rezultata istraživanja.
Međutim, obećavajući rezultati postignuti korištenjem MCT ketogene dijete u pasa s epilepsijom ukazuju kako postoje temelji za provedbu istraživanja kojima bi se ustvrdila učinkovitost u onkoloških pacijenata: pasa i mačaka (Larsen i sur., 2014., Law i sur., 2015.). Iako je primjena ketogene dijete kao potporne terapije tumora te važnost metabolizma u progresiji tumora, opetovano je dokazana u humanim istraživanjima do danas nije provedeno istraživanje koje bi potvrdilo blagotvorne učinke u pasa i mačaka s neoplazijama (Woolf i Scheck, 2015.). Pri izradi prehrambenog plana u onkoloških pacijenata ključno je prilagoditi oblik hranidbenog režima svakom pacijentu pojedinačno, uzimajući pritom u obzir kliničku sliku, prognozu i prisutnost ostalih patologija koje će uvjetovati prilagodbe obroka.
Literatura [… prikaži]
Ketogenic diet in small animal oncology patients
Diana BROZIĆ, DVM, PhD, Assistant Professor, Hrvoje VALPOTIĆ, DVM, PhD, Associate Professor, Nino MAĆEŠIĆ, DVM, PhD, Associate Professor, Marko SAMARDŽIJA, DVM, PhD, Full Professor, Faculty of Veterinary Medicine, Croatia; Helena HAJDIN, DVM, Varaždin, Croatia
R ecent studies indicate that the metabolism of tumour cells is characterized by changes in energy production through oxidative phosphorylation and fermentation, and it is presumed that their growth and development can be controlled by altering the energy substrate. Tumour cells have increased glucose consumption, even in aerobic conditions, most likely due to mitochondrial dysfunction, with increased glycolysis as a compensatory response. Therefore, dietary changes, such as a ketogenic high fat, medium protein and low carbohydrate diet, which induces oxidative metabolism while limiting glucose consumption, represents a possible nutritional approach causing selective metabolic stress of tumour cells. Nonetheless, the use of the ketogenic diet in human research has repeatedly proven to have beneficial effects.
However, the use of a ketogenic diet in dogs and cats as in nutritional management during treatment or recovery in tumour patients has not been described in the existing veterinary scientific literature. The use of the MCT diet in epileptic dogs provided promising results.
Adaptive metabolic mechanisms in cats and dogs through the effective clearance of ketone bodies and fast adaptation to fatty acids as the main energy substrate implies that there is a basis for the use of the ketogenic diet in small animal oncology patients.
Nevertheless, without research to support this, it is presumptive to claim that the use of a ketogenic diet is without risk. According to the existing guidelines, the dietary plan for small animal oncology patients should include an individually adapted nutrition plan, with consideration of the clinical symptoms, prognosis, and concurrent pathologies.
Key words: ketogenic diet; tumour; dog; cat