비만은 체내에 지방이 과도하게 축적된 상태의 만성질환으로 세계보건기구에 따르면 신체 활동량 감소, 고지방 및 고당질 식품 섭취의 증가로 인해 비만의 유병률이 지속해서 증가하고 있다. 비만은 신경퇴행성 질환 발생의 위험인자로 체내 염증 수준이 증가함에 따라 인지기능 손상을 초래한다. 케톤식은 지방의 함량을 늘리고 탄수화물과 단백질의 함량은 극히 줄인 식사로 보편적으로 지방 대 탄수화물과 단백질의 중량 비율이 4:1이라는 특징을 나타내고 있다. 케톤식은 다른 식사와는 다르게 전체적인 열량의 제한 없이 체중감량에 도움이 될 수 있는 식사로 비만 환자들도 어려움 없이 섭취할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 케톤식은 체내 항산화 효소의 발현 수준을 높임으로써 활성산소종의 생성으로 인해 발생하는 신경 염증 및 신경 세포 사멸을 억제할 수 있다. 열량제한식은 전체적인 열량을 줄인 식사로 체중감량, 항노화 작용, 수명연장에 효과적이다. 특히 열량제한식은 항산화 효소의 발현을 높임으로써 신경 염증 및 신경 세포 사멸의 발생을 줄일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고지방식으로 비만을 유도한 동물모델에 케톤식, 열량제한식, 그리고 열량제한케톤식을 공급한 후 체중 및 체지방 감량 및 인지기능 개선에 가장 효과적인 식사는 무엇인지 확인했다.
실험은 14주 동안 수행되었으며, 60%의 고지방식을 동물모델에 8주동안 공급함으로써 비만을 유도했다. 비만은 대조군과의 유의적인 체중 차이로 입증했다. 비만이 유도된 동물모델에 6주 동안 케톤식, 열량제한식, 열량제한케톤식이 각각 공급되었으며, 마지막 주 차에 혈중 케톤 농도를 측정하여 혈중 케토시스 상태를 확인했다. 부검 전에는 체중 및 인지기능을 측정했고, 부검 후에 뇌 무게 측정, 뇌의 조직학적 변화를 확인하기 위한 H&E 염색법, 그리고 유전자 발현분석을 진행했다.
체중 및 체지방 감량에 가장 효과적인 식사는 열량제한케톤식이었다. 또한, 열량제한케톤식을 섭취한 그룹에서의 혈중 케톤체 농도가 가장 높았으며, 뇌의 위축이 가장 효과적으로 개선되었다. 그리고, 인지기능 측정 및 뇌의 조직학적 분석 결과를 통해 열량제한케톤식이 인지기능 손상을 개선하고, 해마의 신경세포 구조의 파괴를 막을 수 있다는 것을 확인했다. 마지막으로 뇌의 유전자 발현분석을 통해 열량제한케톤식을 섭취한 그룹에서 활성산소종의 생성이 낮아져 전염증성사이토카인 및 세포사멸 수준이 감소하는 것을 알 수 있었다.
따라서 본 연구 결과를 통해 고지방식으로 비만을 유도한 동물모델에서 열량제한케톤식의 공급은 체중 및 체지방 감소에 가장 효과적인 것을 알 수 있었다. 또한, 열량제한케톤식은 활성산소종의 생성 수준을 감소시키고 전염증성사이토카인과 세포사멸 표지자의 발현을 억제함으로써 인지기능 손상 및 뇌 위축을 개선할 수 있다는 것을 확인했다. 본 연구는 케톤식, 열량제한식, 그리고 열량제한케톤식의 섭취에 따른 체중 및 체지방량 감소, 인지기능 개선 효과를 모두 확인했다는 점에서 의의가 있으며, 연구 결과를 통해 열량제한케톤식이 비만 환자들을 대상으로 체중 및 체지방 감소와 인지기능 손상의 개선 목적으로 활용될 수 있음을 시사한다. 하지만 본 연구는 14주 동안이라는 짧은 기간에 진행되었으므로 추후 장기간 연구의 진행이 필요한 것으로 보인다. 더불어, 열량제한케톤식을 사람에게 보편적으로 제공하기 위해서는 열량제한케톤식 섭취의 안정성을 검증할 필요가 있으며, 장기간 열량제한케톤식 섭취에 따른 건강상 문제점에 대한 연구가 필요한 것으로 보인다.