The ketogenic diet is high fat, low carbohidrate and protein. This kind of diet is used to treatment of a lot of disease, especially epilepsy, because their ability to interfere on body metabolism and cerebral excitability. This work contains two articles. The first one is a review of the molecular and cellular mechanisms of action of the ketogenic diet on the reduction of cerebral electrical activity to improve the seizures. The second one is an experimental study which aims to analyze the interference of two kinds of ketogenic diet on the cerebral excitability. One of diets used was the classical ketogenic diet, composed by long chain triglycerides with polyunsaturated fatty acids, soy oil, widely used to treatment of epilepsy; the other one was composed by triglycerides of the enantic acid, seven molecules of carbon, the triheptanoin, which is metabolized faster and well accepted by the organism, used to clinical treatment of disorders of pyruvate carboxilase enzyme and long chain fatty acid oxidation. In order to analyze the cerebral electric activity we used the Spreading Depression feature. The Spreading Depression is a phenomenon that occurs in the nervous system and when trigged at cerebral cortex leads to a reduction of neuronal activity which spreads slowly, with velocity of 2-5 mm/min, to all regions of the cerebral cortex. A burst of neuronal electrical activity similar to that found in epileptic EEG occurs during the initial phase of spreading depression. Because theirs characteristics this phenomenon had been widely used to study brain functionality. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A dieta cetogênica é caracterizada por altos níveis de lipídios e baixos níveis de proteínas e de carboidratos. Devido à sua grande interferência no metabolismo corporal, em especial na excitabilidade cerebral, este tipo de dieta tem sido utilizado para o tratamento de diversas doenças, em destaque a epilepsia. Este trabalho é composto por dois artigos. O primeiro artigo é uma revisão dos mecanismos moleculares e celulares pelos quais a dieta cetogênica poderia interferir no metabolismo cerebral causando uma redução da atividade elétrica cerebral, e assim, uma melhora das crises convulsivas. O segundo artigo trata da análise da influência de dois tipos de dietas cetogênicas na excitabilidade cerebral em ratos. Uma das dietas utilizadas foi a dieta cetogênica clássica, composta por triacilgliceróis com ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa, o óleo de soja, mais utilizada para tratamento clínico da epilepsia; o segundo tipo de dieta utilizado é constituído por triacilgliceróis derivados do ácido graxo enântico, a trienantina, mais rapidamente metabolizada pelo organismo e bem tolerada pelo mesmo, clinicamente utilizada para tratamento de deficiência da enzima piruvato carboxilase e deficiência na oxidação de ácidos graxos de cadeia longa. Para análise da atividade elétrica cerebral utilizou-se o modelo da Depressão Alastrante. A Depressão Alastrante é um fenômeno que ocorre no tecido nervoso e quando deflagrada no córtex cerebral, causa uma redução da atividade elétrica cortical que se propaga lentamente, com velocidade de 2-5 mm/min, por todas as regiões do córtex cerebral, e em cuja fase inicial encontrase um surto de atividade elétrica neuronal semelhante às ondas cerebrais características da epilepsia. Devido às suas características esse fenômeno tem sido amplamente utilizado para estudo da funcionalidade cerebral.

The classic ketogenic diet, rich in long chain triacylglycerols (LCT), is characterised by a high concentration of lipids and a low concentation of carbohydrates and proteins, promoting ketonemia and ketonuria, a property used in the treatment of disorders that affect cerebral metabolism and function, for example epilepsy resistant to medication. Medium chain triacylglycerols (MCT) are considered alternative substrates to LCT in the production of this diet, to promote a more rapid increase in the levels of the body´s blood ketones. Trienantin, a medium chain triacyglycerol from enantic fatty acid (7:0), has been used with success with children suffering hereditary metabolic syndromes, but has had few studies about its toxicological effects. The objective of this dissertation was to evaluate the toxicity of a subchronic consumption of a ketogenic diet with a trienantin base on young rats, and is submitted in the form of two articles. The first, under the name of: Substitution of LCT with MCT in nutritional therapy: an emphasis on ketogenic therapy presents a revision of the ketogenic diet, comparing the data of LCT and MCT in animal and clinical studies. The more rapid ketonemia promoted by MCT allows a lower quantity of lipids and a greater proportion of proteins and carbohydrates, enhancing the palatability of the diet. The effect of replacing LCT with MCT on physiological parameters, such as serum lipid profile, remains controversial and requires additional studies to comprehend the repercussions of this class of lipids on human health. The second article entitled: Toxicological evaluation of a subchronic ketogenic diet based upon trienantin in young rats deals with an experimental study of male Wistar rats in which 3 groups (n=10), named according to their received diet: Control (diet pattern AIN-93) KetoTAGC7 (ketogenic based upon AIN-93G: modified to contain 4% soy oil, 25.79% trienantin and 40% margarine) and Keto TAGsoy (ketogenic based upon soya: AIN-93G modified to contain 29.79% soya oil and 40% margarine). The proportion of lipid:carbohydrate+protein in the ketogenic diets was 3.5:1 (control diet, 1:11.8) and the experimental duration was 6 weeks. Triacylglycerols, total cholesterol, HDLc, VLDLc and LDLc, in addition tests for hepatic and renal function and injury, were performed from serum obtained, and samples of liver,stomach, kidney and small intestine were collected for histological analysis. It was verified that the energy value of the portions of rations ingested did not differ amongst the three groups during the experimental period, however the animals submitted to the ketogenic diets had ingested a similar quantity of rations within the group, but less than (p=0.005) the control group. The ketogenic diet promoted similar weight gain amongst the group and only the animals in group KetoTAGC7 exhibited weight gain less than that of the control group (p=0.004) between the second and fifth weeks of the experiment. At the end of the study, all groups presented equivalent weights. There were no significant viii differences between the three groups as to the lipid profile, serum glucose and of the markers for hepatic function and injury. Histological analysis of samples from the small intestine, stomach and kidney did not show any significant morphological alteration and the presence of lipid infiltration within hepatocytes was detected in the same manner amongst the three groups. A ketogenic diet with a trienantin base did not promote toxic effects, under the conditions of this study, indicating the possibility that MCT could be administered to patients suffering neurological and metabolic defects, as part of ketogenic diet. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A dieta cetogênica clássica, rica em triacilgliceróis de cadeia longa (TCL), é caracterizada por uma alta concentração de lipídeos e, ao mesmo tempo, por uma baixa concentração de carboidratos e proteínas para promover cetonemia/cetonúria, propriedade utilizada no tratamento de várias desordens que afetam o metabolismo e a função cerebral, a exemplo da epilepsia resistente ao uso de medicamentos. Os triacilgliceróis de cadeia média (TCM) são considerados um substrato alternativo aos TCL na elaboração desta dieta, por promoverem um aumento mais rápido nos níveis dos corpos cetônicos sanguíneos. A trienantina é um triacilglicerol de cadeia média do ácido graxo enântico (7:0), utilizada com sucesso em crianças portadoras de síndromes metabólicas herdadas, havendo poucos estudos sobre seus efeitos toxicológicos. A presente dissertação teve como objetivo avaliar a toxicidade do consumo subcrônico da dieta cetogênica à base de trienantina em ratos jovens, sendo desenvolvida na forma de dois artigos. No primeiro, denominado Substituição de TCL por TCM na terapia nutricional: uma ênfase no tratamento cetogênico, apresenta-se uma revisão sobre a dieta cetogênica, confrontando-se dados sobre os efeitos dos TCL e dos TCM, em experimentos animais e ensaios clínicos. A mais rápida cetonemia promovida pelos TCM permite utilizar uma menor quantidade de lipídios e maior de proteínas e de carboidratos, aumentando a palatabilidade da dieta. O efeito da substituição de TCL por TCM sobre parâmetros fisiológicos, como o perfil lipídico sérico, é controverso, necessitando-se de pesquisas adicionais para entendimento da repercussão dessa classe de lipídios sobre a saúde humana. O segundo artigo, intitulado Avaliação toxicológica subcrônica de dieta cetogênica à base de trienantina em ratos jovens, trata do estudo experimental realizado em ratos Wistar, em que foram estabelecidos 3 grupos (n=10), denominados, segundo a dieta recebida, em Controle (dieta padrão AIN-93G), CetoTAGC7 (cetogênico à base de trienantina; AIN-93G modificada para conter 4% de óleo de soja, 25,79% de trienantina e 40% de margarina) e CetoTAGsoja (cetogênico à base de soja; AIN-93G modificada para conter 29,79% de óleo de soja e 40% de margarina). A proporção lipídeos:carboidratos+proteína das dietas cetogênicas foi de 3,5:1 (dieta controle, 1:11,8) e o período experimental totalizou 6 semanas. Triacilgliceróis, colesterol total, HDLc, VLDLc e LDLc, além de provas de função e lesão hepática e renal, foram medidos nas amostras de soro obtidas e fragmentos de fígado, estômago, rim e intestino delgado foram coletados para a análise histológica. Verificou-se que o valor energético da cota de ração ingerida pelos três grupos, no período experimental, não foi diferente, embora os animais submetidos às dietas cetogênicas tenham ingerido uma quantidade de ração semelhante entre si, mas inferior (P<0,005) aos do grupo controle. As dietas cetogênicas promoveram ganho de peso vi semelhante entre si e apenas os animais do grupo CetoTAGC7 exibiram ganho de peso inferior (P=0,004) em relação aos do grupo controle, entre a 2ª e a 5ª semana de experimento. Ao final do estudo, todos os grupos apresentaram pesos equivalentes. Não houve diferenças significativas entre os três grupos quanto ao perfil lipídico e glicose séricos e aos marcadores de função e lesão hepática e renal. A análise histológica dos fragmentos de intestino delgado, estômago e rim não evidenciou qualquer alteração morfológica importante e a presença de infiltração lipídica nos hepatócitos foi detectada de maneira semelhante para os três grupos. A dieta cetogênica à base de trienantina não promoveu efeitos tóxicos, nas condições do presente estudo, indicando a possibilidade deste TCM ser administrado em pacientes portadores de desordens neurológicas e defeitos metabólicos, inclusive, em concentrações cetogênicas.

Medium chain triacylglycerols (MCT), as found in milk fat and coconut and palm oil, are recommended as a source of rapidly available energy for pre- and postchirurgical patients, and for those with burns, cancers or presenting disorders associated with the absorption and/or metabolism of long chain triacylglycerols. Typically, however, short and medium chain fatty acids contribute only ca. 3% of the total daily dietary intake of lipids. Synthetic MCT have been obtained from glycerol and medium chain fatty acids by esterification or trans-esterification either chemically or enzimatically. The aim of the present study was chemically to synthesize esters of glycerol with enantic acid, and evaluate the possible toxic effects of the long term consumption of these esters on growth, lipid metabolism, and the integrity of the tissues of the liver, kidney and small intestine of rats. For the esterification reaction, glycerol (365 mmol) and enantic acid (1415 mmol) were mixed continuously for 100h in a round bottom flask held at 130°C under vacuum (10 mmHg). The product thus obtained was alkali-refined by the addition of aqueous sodium carbonate solution (5%) followed by extraction with dichloromethane. The esters were characterized by infra-red, 1H- and 13C-NMR spectroscopy and mass spectrometry. The yield of the esterification reaction was 65%, and the product oil (TAGC7) contained 2% of monoacylglycerol, 34% of diacylglycerol and 64% of triacylglycerol; NMR data indicated that the diacyl product was 1,3-dienantin. For the biological study, 30 newly weaned male Wistar rats were divided into 3 groups of 10 animals. Over a 9 month period, the control group received a diet containing soya oil as lipid source, whilst the two experimental groups (TAGC7 30% and TAGC7 50%) received diets in which either 30 or 50%, respectively, of the soya oil was substituted with the oil product TAGC7. A fourth group of 7 animals, each being 10 months old and with the same provenance and characteristics as the previous groups, was used as a further control in order to verify the biochemical and histological results. For the evaluation of growth, protein efficiency ratio and feed efficiency were determined during the first 28 days of experimentation. The coefficient of lipid digestibility was assessed during the period of growth and in the adult animals. For the evaluation of hepatic and renal function and the profile of circulating lipids, serum biochemical proofs of aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, alkaline phosphatase, γ-glutamyl transferase, albumin, total protein, urea, creatinin, uric acid, triacylglycerides, total cholesterol, high-density lipoprotein cholesterol, low-density lipoprotein cholesterol, very low-density lipoprotein cholesterol, glucose and total iron were determined. For this purpose, blood was collected from the retro-orbital plexus at the end of the experimental period. Histological analyses of the liver, kidney and small intestine were made using the light microscope. The null hypothesis (that all diets were equal) was tested statistically at p<0.05 using analyses of variance, Tukey and Kruskal-Wallis tests, method of the multiple comparisons, test for rations, coefficients of correlation and Student’s test. All diets were equally efficient in the promotion of growth in young rats, but in the adult phase the coefficient of lipid digestibility for TAGC7 50% diet was significantly greater than that of the control diet. Long term consumption of the experimental oil, as substituted for soya oil at the levels employed in this study, did not induce significant differences in the biochemical parameters analyzed in relation to the control group. All animals in the control and experimental groups presented some degree of liver steatosis but, since the TAGC7 50% group showed a smaller number of serious cases compared with the control group (p<0.05). However, the experimental oil exerts a hepatoprotective effect. Hyaline-type material was observed in the lumen of the glomerular tubules in all animals, and this was compatible with the physiological proteinuria associated with this species. Abnormalities observed in the small intestine, ie atrophy or hyperplasia of the villus, and non-specific alterations in the duodenum were similarly distributed in all of the groups. Such alterations were not related to the presence of the experimental oil in the diet and their cause remains obscure. It is concluded that the long term consumption of the experimental oil, under the conditions employed in the present study, did not exert any toxic effect in rats. / Os triacilgliceróis de cadeia média (TCM) são recomendados como fonte de energia rapidamente oxidável para pacientes nos períodos pré- e pós-operatório, queimados e portadores de câncer, além daqueles que apresentam desordens da absorção e/ou metabolismo dos triacilgliceróis de cadeia longa. Os TCM são encontrados na gordura do leite e nos óleos de coco e palma. Ácidos graxos de cadeia curta e média contribuem com aproximadamente 3% da ingestão total diária de lipídios dietéticos. Os TCM têm sido sintetizados a partir do glicerol e de ácidos graxos de cadeia média, em reações de esterificação ou interesterificação química ou enzimática. Este trabalho teve por objetivo sintetizar ésteres do glicerol com o ácido graxo enântico, por via química, e avaliar o potencial tóxico do consumo crônico desses ésteres sobre o crescimento, metabolismo lipídico e integridade dos tecidos hepático, renal e do intestino delgado, em ratos. Para a reação de esterificação, 365 mmol de glicerol e 1415 mmol de ácido enântico foram misturados num balão de fundo redondo e mantidos a 10 mmHg, 130°C e agitação contínua, por 100 horas. O produto obtido foi submetido à extração por solvente e marcha química com diclorometano e carbonato de sódio a 5% e denominado óleo experimental. Os ésteres foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de 1H e de 13C (RMN 1H e RMN 13C) e por espectrometria de massas. Para o estudo biológico, 30 ratos machos da linhagem Wistar, recém-desmamados, foram distribuídos em 3 grupos com 10 animais cada. Um grupo recebeu a dieta controle, cuja fonte de lipídios foi o óleo de soja; um segundo grupo recebeu a dieta experimental TAGC7 30%, cujo conteúdo em óleo foi substituído em 30% pelo óleo experimental, e um terceiro grupo recebeu a dieta TAGC7 50%, cujo conteúdo em óleo foi substituído em 50% pelo óleo experimental, durante 9 meses. Os grupos foram identificados pela dieta a que estavam submetidos. Foram tomados mais 7 animais aos 10 meses de idade, com as mesmas características e procedência dos demais, para auxiliar na discussão dos achados bioquímicos e histológicos. Para a avaliação do crescimento, foram realizados ensaios de coeficiente de eficiência protéica (CEP) e coeficiente de eficiência alimentar (CEA), nos primeiros 28 dias de experimentação. Foi determinado o coeficiente de digestibilidade lipídica aparente no período de crescimento e na idade adulta dos animais. Realizou-se coleta de sangue do plexo vascular retro-orbital para obtenção do soro dos animais, ao final do período de experimentação. Para a avaliação das funções hepática e renal e do perfil lipídico sérico foram feitas dosagens bioquímicas de AST (aspartato aminotransferase), ALT (alanina aminotransferase), FA (fosfatase alcalina), γ-GT (γ-glutamiltransferase), albumina, proteínas totais, uréia, creatinina, ácido úrico, triacilgliceróis, colesterol total, HDLc (high density lipoprotein cholesterol), VLDLc (very low density lipoprotein cholesterol), LDLc (low density lipoprotein cholesterol), glicose e ferro. Realizaram-se exames histológicos à microscopia ótica do fígado, rim e intestino delgado. Aplicaram-se os testes estatísticos ANOVA, Tukey, Kruskal-Wallis, método das comparações múltiplas, teste para proporções, coeficiente de correlação e teste t, como teste de hipótese para correlação (p<0,05). O rendimento da reação de esterificação foi de 65%. O óleo experimental era constituído por 2% do monoacilglicerol, 34% do diacilglicerol e 64% do triacilglicerol. Os dados de RMN 1H e de 13C indicaram a estrutura 1,3-dienantina para o diacilglicerol obtido. Todas as dietas foram igualmente eficazes na promoção do crescimento de ratos jovens. Na idade adulta dos animais, a digestibilidade lipídica da dieta TAGC7 50% foi significativamente maior que a da dieta controle (p<0,05). O consumo prolongado do óleo experimental, nos níveis de substituição do óleo de soja aqui empregados, não induziu diferenças significativas nos diferentes parâmetros bioquímicos analisados, em relação ao grupo controle. Os animais dos grupos controle, TAGC7 30% e TAGC7 50% apresentaram esteatose hepática. O óleo experimental exerceu efeito hepatoprotetor, pois o grupo TAGC7 50% apresentou menor número de casos graves que o grupo controle (p<0,05). Observou-se a presença de material hialino na luz dos túbulos renais em todos os animais, compatível com a proteinúria fisiológica da espécie. As anormalidades observadas no intestino delgado, atrofia ou hiperplasia das vilosidades em todos os segmentos e alterações inespecíficas no duodeno, apresentaram distribuição similar entre todos os grupos. Portanto, tais alterações não tiveram qualquer relação com o óleo experimental; suas causas permanecem obscuras. Os resultados permitem concluir pela ausência de efeito tóxico do óleo experimental, neste estudo, ao mesmo tempo em que contribuem para o estabelecimento do uso da trienantina na prática clínica.

The main importance of temporal lobe epilepsy due to its high prevalence and high proportion of patients with refractory epilepsy to treatment, making it necessary in this case, the use of alternative therapies, such as the ketogenic diet. This diet is rich in fat, low in carbohydrates and proteins, and since 1921 has been used for patients unresponsive to medical therapy. This dissertation deals with the investigation of the effects of the ketogenic diet based on triheptanoin in epileptic seizures in rats and was developed in the form of two articles. The first article, The role of the ketogenic diet on oxidative stress occurring in epilepsy, presents a review of the relationship between oxidative stress and epilepsy, highlighting the possible beneficial effect of ketogenic diet in this context. Several results show that, in fact, this dietary method reduces oxidative stress markers. The second article, entitled Effects of ketogenic diet based on triheptanoin in seizures of rats with epilepsy induced by pilocarpine, describes the experimental study conducted in Wistar rats were divided into three groups, named according to the diet received, in control (standard diet AIN-93G), CetoTAGC7 (ketogenic based in triheptanoin; AIN-93G diet modified to contain 4% soybean oil, 25.79% of triheptanoin and 40% margarine) and CetoTAGsoja (ketogenic based in soybean; AIN-93G diet modified to contain 29.79% of soybean oil margarine and 40%). The ratio lipid: carbohydrate + protein ketogenic diets was 3.5:1 (control diet, 1:11,8) and experimental period lasted 19 days. It was found that the energy value of the share of feed intake and weight gain made by the three groups during the experimental period were not different (P> 0.05). There was no significant difference among the three groups regarding the ratio of feed efficiency (P> 0.05). The behavioral analysis showed no difference for the variable frequency of spontaneous recurrent seizures, however the duration of the attacks of animals belonging to the group triheptanoin was lower in the last experimental day. Future additional research are encouraged, therefore, the results of this study indicate, however modestly, to a potential beneficial effect of triheptanoin to control seizures, which could be investigated under different conditions, like a period longer than is tested by this protocol. / A principal importância da epilepsia do lobo temporal decorre de sua alta prevalência e elevada proporção de pacientes com crises epilépticas refratárias ao tratamento medicamentoso, fazendo-se necessário, neste caso, o uso de terapias alternativas, como a dieta cetogênica. Esta dieta é rica em lipídeos, pobre em carboidratos e proteínas e desde 1921 tem sido utilizada para pacientes não responsivos à terapia medicamentosa. A presente dissertação trata da investigação dos efeitos da dieta cetogênica à base de trienantina nos episódios convulsivos de ratos epilépticos e foi desenvolvida na forma de dois artigos. O primeiro artigo, O papel da dieta cetogênica no estresse oxidativo presente na epilepsia, apresenta uma revisão sobre a relação existente entre o estresse oxidativo e a epilepsia, destacando o possível efeito benéfico da dieta cetogênica neste contexto. Vários resultados atestam que, de fato, esta modalidade dietética diminui os marcadores de estresse oxidativo.O segundo artigo, intitulado Efeitos da dieta cetogênica à base de trienantina nos episódios convulsivos de ratos portadores de epilepsia induzida por pilocarpina, descreve o estudo experimental, realizado em ratos Wistar, subdivididos em três grupos, denominados, segundo a dieta recebida, em Controle (dieta padrão AIN-93G), CetoTAGC7 (cetogênico à base de trienantina; AIN-93G modificada para conter 4% de óleo de soja, 25,79% de trienantina e 40% de margarina) e CetoTAGsoja (cetogênico à base de soja; AIN-93G modificada para conter 29,79% de óleo de soja e 40% de margarina). A proporção lipídeos:carboidratos+proteína das dietas cetogênicas foi de 3,5:1 (dieta controle, 1:11,8) e o período experimental totalizou 19 dias. Verificou-se que o valor energético da cota de ração ingerida e o ganho de peso apresentado pelos três grupos, no período experimental, não foram diferentes (P>0,05). Não houve diferença significativa entre os três grupos, quanto ao coeficiente de eficiência alimentar (P>0,05). As análises comportamentais demonstraram que não houve diferença para a variável frequência de crises recorrentes espontâneas, entretanto a duração das crises dos animais pertencentes ao grupo da trienantina foi menor no último dia experimental. Pesquisas adicionais futuras são encorajadas, pois, os resultados do presente estudo apontam, ainda que modestamente, para um potencial efeito benéfico da trienantina no controle de crises epilépticas, que poderia ser investigado em condições diferentes, a exemplo de um período de tempo superior ao testado pelo presente protocolo de pesquisa.