Pentylenetetrazole-유발 발작에 대한 케톤생성식이요법의 효과

Effects of Ketogenic Diet on Pentylenetetrazole-Induced Seizure

목적: 오랜 기간 임상에서 간질 치료에 사용되어 왔음에도 불구하고 케톤생성식이요법의 항간질 기전은 아직까지 밝혀져 있지 않으며 이러한 작용 기전이나 심지어 항간질효과가 실제 있는지를 밝히기 위한 실험연구 보고조차 최근까지는 드물었다. 이에 본 연구에서는 케톤생성식이요법의 항간질효과를 PTZ-유발 발작 동물모델을 이용하여 조사하였다. 방법: 22일령 수컷 Sprague-Dawley 쥐 38마리를 각 19마리씩 케톤생성식이요법 치료군과 표준사료를 먹이는 대조군의 2군으로 나누었다. 치료군의 쥐들에게는 치료 첫날은 금식시키고 이후 26일 동안 [지방]:[단백질+탄수화물]이 4.3:1의 비율로 구성된 실험동물용 케톤생성식이사료를 먹였으며, 대조군에는 치료기간인 27일 동안 표준 사료를 먹였다. 치료 시작 직전인 실험 제 0일 및 제 20일, 24일에 혈중 β-OHB 농도를 측정하여 비교하였다. 치료 시작 후 실험 제 22일과 27일 사이에 RTZ를 체중 ㎏당 60㎎의 용량으로 치료군과 대조군의 실험동물에 복강내 주사하여 발작을 유발시키고 발작행동점수를 측정하여 상호 비교하였다. 결과: 치료시작 직전의 혈중 β-OHB 농도는 케톤생성식이요법 치료군과 대조군에서 모두 0.3mM 이하로 낮았으며 양 군간의 유의한 차이도 없었다. 그러나 치료 시작 후 실험 제 20일과 24일에 측정한 혈중 β-OHB 농도는 치료군이 대조군보다 유의하게(P,0.001) 높게 측정되어 케토시스가 발생한 것을 확인하였다. PTZ-유발 발작의 발작행동점수는 치료군이 대조군에 비하여 유의하게(p<0.05) 낮게 관찰되었다. 결론: 최근의 다른 실험연구들이 주로 발작 역치를 측정하여 발작 감수성 혹은 저항성을 평가한데 반하여, 본 연구에서는 발작행동을 점수화하여 발작의 심한 정도를 평가함으로써 케톤생성식이요법이 PTZ-유발 발작에 대한 저항성의 증가뿐만 아니라 발작행동도 약화시킨다는 것을 발견하였다. 본 연구 결과는 PTZ-유발 발작 동물모델에서 케톤생성식이요법이 항 간질 효과가 있음을 의미하므로 장차 케톤생성식이요법의 항간질기전을 연구하는데에 이 모델이 유용할 것임을 시사한다.

Purpose: Despite decades of clinical experience with the ketogenic diet(KD), its efficacy and mechanisms of action have been examined in few animal studies. The present study was designed to investigate the effects the KD in Pentylenetetrazole(PTZ)-induced seizure severity in rats. Methods: Thirty-eight male Spragu-Dawley rats were divided in to two equal groups. Dietary treatment was initiated at P22. The KD group was fasted for a day and then fed a KD consisting of a [fat]:protein+carbohydrate] ratio of 4.3 : 1 for 26 days, while the control group was fed a standard rodent chow. Blood β-hydroxyhutyrate(β-OHB) levels were assayed on treatment days 0, 20, and 24. Seizures were chemically induced by intraperitoneal injection of PTZ(60㎎/㎏ of body weight) between treatment days 22 and 27. Seizure severity was evaluated by using a scoring system of seizure behaviors: 0, no seizure severity; 0.5, abnormal behavior; 1, myoclonic jerk; 2, myoclonic jerk with jumping; 3, forelimb clonus with preserving righting reflex; 4, generalized clonic seizure with brief loss of righting reflex; 5, generalized tonic seizure; 6, expire. A greater score represents a more severe seizure. Results: Blood levels of β-OHB were low(<0.3mM) and showed no significant differences in both groups on day 0. Rats fed the KD developed an increased level of ketosis that was significantly above the levels found in th control group in days 20 and 24(P<0.001). The KD group(2.37±0.27) exhibited significantly(P<0.05) lower seizure score than the control group(3.37±0.35). Conclusion: The KD was previously reported to increase RTZ-induced seizure thresholds in rats. In our study, rats fed the KD exhibited significantly decreased PTZ-induced seizure scores relative to controls. This suggests that the KD can not only increase the resistance to seizure but also decrease the severity of seizure induced by PTZ.