흰쥐에서 케톤생성식이요법에 의해 유발된 간독성에 대한 연구

A Study on the Liver Toxicity Induced by Ketogenic Diet in Rats

목 적 : 케톤생성식이요법은 오랜 역사를 가진 난치성 간질의 치료법으로서 최근 몇 년 사이에 그 우수한 치료 효과를 증명하는 임상 연구 결과들이 계속 발표되면서 점점 그 사용이 확대되어가고 있는 재발견된 항간질치료법이다. 우수한 성적으로 치료법의 임상적 사용이 광범위하게 확대되어가는 상황에서도 항간질 기전에 대한 이해는 극히 미미한 실정이고, 특히 발생가능한 부작용에 대한 체계적인 연구보고는 없었다. 따라서 저자들은 쥐에 대한 실험을 통하여 케톤생성식이요법의 부작용에 대하여 알아보고자 하였다. 방 법 : 수컷 Sprague-Dawley 흰쥐를 사용하여 치료군은 첫날에 금식시키고 이후 치료기간 동안에 실험동물용 케톤생성식 사료를 먹었으며, 대조군에는 표준사료를 먹였다. 치료군과 대조군을 각각 3주(치료군 5마리, 대조군 4마리)와 5주(치료군 4마리, 대조군 5마리) 동안 먹였으며, 수분은 양 군 모두에서 특별한 제한을 두지 않고 자유롭게 섭취하도록 하였다. 치료 종료일인 실험 제21일과 제35일에 모든 실험 동물에 대하여 혈중 beta-hydroxy-butyrate(BHB)를 측정하였으며, 이후 간 및 혈액 채취를 하였다. 간은 지방간 변화를 검사기 위하여 oil red O를 사용하여 특수염색을 하였으며, 혈중 AST, ALT 등을 측정하였다. 결 과 : 치료 종료일에 측정한 혈중 BHB의 농도는 케토생성식이요법 3주 치료군과 5주 치료군에서 각각 5.9(±0.1) mM, 4.1(±0.3) mM로 나타나, 대조군에서 보인 0.6(±0.1) mM, 0.4(±0.1) mM 보다 모두 유의하게(P<0.001) 높게 측정되어 케토시스가 발생한 것을 확인하였다. 케톤생성식이요법을 3주나 5주 치료받은 모든 흰쥐의 간에서 현미경적인 지방간 변화가 관찰되었다. 조직 검사상에서 만성 염증을 시사하는 섬유화나 세포의 공포화 등은 관찰되지 않았다. 혈중 ALT 값은 케톤생성식이요법 3주 치료군과 5주 치료군에서 각각 87.6(±12.1) IU/L, 118.5(±2.9) IU/L로 나타나, 대조군에서 보인 37.0(±3.7) IU/L, 31.6(±2.6) IU/L보다 모두 유의하게 (3주 P<0.01, 5주 P<0.001)높게 측정되었다. 혈중 AST값은 케톤생성식이요법 5주 치료군에서 205.0(±29.5) IU/L로 나타나 대조군에서 보인 99.2(±5.4) IU/L보다 높게 측정되어 유의한 차이를 보였지만(P<0.01), 3주 치료에서는 두 군간에 통게적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(133.2±11.7 vs. 122.8±13.1 IU/L, P>0.5). 케톤생성식이요법 치료군과 대조군 간에 다른 생화학적 검사 지표들은 의미있는 차이가 없었다. 결 론 : 본 실험 결과로 케톤생성식이요법이 흰쥐에서 간기능과 간조직에 부작용을 유발함을 확인하였다. 향후에 보다 장기적인 동물 실험 연구와 환자에서의 연구가 병행되어야 한다.

Purpose : Ketogenic diet(KD) remains a therapy in search of explanation although it is an established treatment for patients with intractable epilepsy. The mechanisms underlying its anticonvulsant action remain poorly understood. Furthermore, its possible side effects have not been investigated systematically. The present study was designed to investigate untoward side effects of KD on liver in rats. Methods : A KD([fat]:[protein+carbohydrate] ratio of 4.3:1) was administered to male Sprague-Dawley rats, while control animals were fed a standard rodent chow for treatment period of either 3(KD n=5 vs. control n=4) or 4.3:1) was administered to male Sprague-Dawley rats, while control animals were fed a standard rodent chow for treatment period of either 3(KD n=5 vs. control n=4) or 5(KD n=4 vs. control n=5) weeks. Dietary treatment was initiated at postnatal 3 weeks. At the end of treatment, blood beta-hydroxybutyrate(BHB) was assayed and then the animals were sacrificed for liver and blood sampling. Their livers were examined to evaluate fatty changes using oil red O technique, Serum levels of AST, ALT, alkaline phosphatase, and total bilirubin were assayed. Results : The mean(±SEM) blood BHB levels in the KD group were significantly higher than those of the control group in animals treated for 3(5.9±0.1 vs. 0.6±0.1 mM, P<0.001) or 5(4.1±0.3 vs. 0.4±0.1 mM, P<0.001) weeks. Very distinct fatty changes were noticed microscopically in liver specimens of all rats treated with KD for either 3 or 5 weeks. Serum ALT levels were also significantly higher in the KD group than in the control in both 3(87.6±12.1 vs. 37.0±37 IU/L, P<0.01) and 5(118.5±2.9 vs. 31.6±2.6 IU/L, P<0.001) weeks treatment periods. In animals treated for 5 weeks, serum AST levels were also significantly(P<0.01) higher in the KD group(205.0±29.5) IU/L) than in the control(99.2±5.4 IU/L), whereas in animals treated for 3 weeks, no significant differences were noticed in AST levels between the two group(133.2±11.7 vs. 122.8±13.1 IU/L, P>0.5). Other biochemical assay results showed no significant differences. Conclusion : This study demonstrates that KD causes some significant changes in the hepatic function and morphology at least in rats. It is well known that KD produces ketosis, ie. elevated blood levels of ketone bodies, which are generated mainly in the liver. Thus, some changes in the liver, either harmful or beneficial, may easily be suspected. Further basic and/or clinical studies on this issue should be performed in a near future.