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1. Auflage 2009
© 2009 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen Printed in Germany
ISBN 978-3-941703-10-0
Verlag: DVG Service GmbH Friedrichstraße 17
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Tierärztliche Hochschule Hannover
Effekte der Kombination eines Multienzymproduktes porciner Herkunft mit einer mikrobiell erzeugten
Lipase auf die Nährstoffverdaulichkeit (praecaecal / in toto) beim pankreasgangligierten,
ileocaecal fistulierten Miniaturschwein
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von Katharina Kalla
Bonn
Hannover 2009
Wissenschaftliche Betreuung: Univ. Prof. Dr. J. Kamphues Institut für Tierernährung
1. Gutachter: Univ. Prof. Dr. J. Kamphues 2. Gutachter: Univ. Prof. Dr. M. Wendt
Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2009
Meiner Familie
Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung ... 1
2. Schrifttum ... 3
2.1 Die chronische exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) bei Mensch und Tier ... 3
2.1.1 Ätiologie... 3
2.1.2 Pathogenese und klinische Symptome ... 5
2.1.3 Diagnostik ...13
2.1.4 Exokrine Pankreasinsuffizienz und Mukoviszidose (cystische Fibrose, CF)...15
2.2 Die Behandlung der chronischen exokrinen Pankreasinsuffizienz ....18
2.2.1 Substitutionstherapie mit Pankreasenzymen ...18
2.2.1.1 Multienzymprodukte tierischen Ursprungs...20
2.2.1.2 Enzymprodukte nicht-tierischen Ursprungs ...22
2.2.1.3 Anwendung in der Praxis...24
2.2.1.4 Entwicklungstrends ...25
2.2.2 Diätetik ...27
2.3 Die Fettqualität in Chymus und Faeces ...28
2.3.1 Einfluss der EPI auf die Fettqualität in Chymus und Faeces ...30
2.3.2 Einfluss der Dickdarmflora auf die Fettqualität in der Faeces...33
2.4 Das Schwein als Modelltier für die Verdauung beim Menschen ...35
2.5 Vorteile der Kombination eines Multienzymproduktes porciner Herkunft mit einer mikrobiell synthetisierten Lipase ...39
3. Eigene Untersuchungen ... 42
3.1 Material und Methoden ...42
3.1.1 Versuchsziel ...42
3.1.2 Versuchstiere ...43
3.1.3 Haltung der Versuchstiere ...45
3.1.4 Fütterung ...45
3.1.4.1 Enzymprodukte ...47
3.1.5 Versuchsplan ...48
3.1.6 Probengewinnung und -sammlung ...51
3.1.7 Probenaufbereitung ...51
3.1.8 Untersuchungsmethoden ...53
3.1.9 Berechnungsformeln ...58
3.1.9.1 Berechnung der scheinbaren Verdaulichkeit ...59
3.1.9.2 Berechnungen der Übereinstimmungsrate zwischen angefluteter Rohfettmenge und der Summe der analysierten Fettsäuren (FS) ...60
3.1.10 Statistische Methoden ...60
3.2 Ergebnisse ...61
3.2.1 Praecaecale Anflutungen ...63
3.2.1.1 Absolute Chymusmengen (g uS / 12 h) am terminalen Ileum ...63
3.2.1.2 TS-Gehalte des ilealen Chymus (g / kg uS) ...64
3.2.1.3 Absolute Chymusmengen (g TS / 12 h) am terminalen Ileum ...65
3.2.1.4 Absolute Rfe-Anflutung (g / 12 h) am terminalen Ileum ...66
3.2.1.5 Absolute Rp-Anflutung (g / 12 h) am terminalen Ileum ...67
3.2.1.6 Absolute Stärke-Anflutung (g / 12 h) am terminalen Ileum ...68
3.2.1.7 Absolute Cr2O3-Anflutung (g / 12 h) am terminalen Ileum ...68
3.2.1.8 Nährstoff- und Cr2O3-Anflutungen am terminalen Ileum (Relativwerte) ...69
3.2.1.9 Zusammenfassung ...70
3.2.2 Praecaecale Verdaulichkeit der Rohnährstoffe ...71
3.2.2.1 Scheinbare praecaecale TS-Verdaulichkeit (%) ...71
3.2.2.2 Scheinbare praecaecale Rfe-Verdaulichkeit (%) ...72
3.2.2.3 Scheinbare praecaecale Rp-Verdaulichkeit (%) ...73
3.2.2.4 Praecaecale Stärke-Verdaulichkeit (%) ...74
3.2.2.5 Cr2O3-Wiederfindung (%) am terminalen Ileum ...75
3.2.2.6 Praecaecale Verdaulichkeiten der Nährstoffe (Relativwerte) ...75
3.2.2.7 Zusammenfassung ...77
3.2.3 Faecale Ausscheidung (Kotmengen und -inhaltsstoffe) ...78
3.2.3.1 Absolute Kotmengen (g uS / 24 h) ...78
3.2.3.2 TS-Gehalt im Kot (g / kg uS) ...79
3.2.3.3 Kotmengen (g TS / 24 h) ...80
3.2.3.4 Faecale Rfe-Ausscheidung (g / 24 h) ...81
3.2.3.5 Faecale Rp-Ausscheidung (g / 24 h) ...82
3.2.3.6 Faecale Cr2O3-Ausscheidung (g / 24 h) ...83
3.2.3.7 Faecale Nährstoff- und Cr2O3-Ausscheidung (Relativwerte) ...83
3.2.3.8 Zusammenfassung ...85
3.2.4 Nährstoff-Verdaulichkeit der Rohnährstoffe über den gesamten Magen-Darm-Trakt ...86
3.2.4.1 TS-Verdaulichkeit (%) über den gesamten Verdauungstrakt...86
3.2.4.2 Rfe-Verdaulichkeit (%) über den gesamten Verdauungstrakt ...87
3.2.4.3 Rp-Verdaulichkeit (%) über den gesamten Verdauungstrakt...87
3.2.4.4 Cr2O3-Wiederfindung (%) im Kot ...88
3.2.4.5 Nährstoffverdaulichkeiten über den gesamten Magen-Darm-Trakt (Relativwerte) ...89
3.2.4.6 Zusammenfassung ...91
3.2.5 Fettsäuren ...92
3.2.5.1 FS-Muster im Chymus am terminalen Ileum (%) ...92
3.2.5.2 Anteile gesättigter und ungesättigter Fettsäuren in Chymus ...94
3.2.5.3 Praecaecal „verschwundene“ FS-Mengen (g / 24 h) und FS- Verschwindensraten (%) ...95
3.2.5.4 FS-Muster im Kot (%) ...100
3.2.5.5 Anteile gesättigter und ungesättigter Fettsäuren in Kot ...102
3.2.5.6 Über den gesamten Magen-Darm-Trakt „verschwundene“ FS-Mengen (g / 24 h) und FS-Verschwindensraten (%) ...104
3.2.5.7 Zusammenfassung ...109
4. Diskussion ... 111
4.1 Kritik der Methoden ...112
4.1.1 Anzahl der verwendeten Tiere ...112
4.1.2 Dauer der Anfütterung bei den Untersuchungen zur praecaecalen Verdaulichkeit ...113
4.1.3 Vielfalt der eingesetzten Enzymdosierungen...115
4.1.4 Vorgehen bei der Kotkollektion ...116
4.1.5 Bestimmung des FS-Musters im Futter, Chymus und Kot ...117
4.1.6 Beurteilung der Nährstoffanflutung am terminalen Ileum und der faecalen Nährstoffausscheidung ...118
4.2 Erörterung der eigenen Ergebnisse ...118
4.2.1 Eingesetzte Diät ...118
4.2.2 Bedeutung der Tierzahl für die Bewertung der Ergebnisse ...121
4.2.3 Vergleich praecaecal und über den gesamten Magen-Darm-Trakt
verdauter Nährstoffmengen ...124
4.2.4 Anteil gesättigter und ungesättigter Fettsäuren in Chymus und Kot ...128
4.2.5 Praecaecal und über den gesamten Magen-Darm Trakt „verschwundene“ FS-Mengen ...132
4.2.6 Ist die Kombination einer mikrobiell erzeugten Lipase mit einem MEP porciner Herkunft eine Alternative zur herkömmlichen Therapie der EPI? ...140
4.2.6.1 Kommt es durch Neben- bzw. Synergieeffekte einer Kombination von MEP + L zu einer höheren Verdaulichkeit anderer Nährstoffe? ...144
4.3 Schlussfolgerungen ...146
5. Zusammenfassung ... 149
6. Summary ... 152
7. Literaturverzeichnis ... 155
8. Tabellenanhang ... 181
Abkürzungsverzeichnis
® eingetragenes Warenzeichen
Σ Summe
Abb. Abbildung
Anfl. Anflutung
appl. appliziert
C12:0 Laurinsäure
C13:0 Tridecansäure
C14:0 Myristinsäure
C15:0 Heptadecansäure
C16:0 Palmitinsäure
C16:1 Palmitoleinsäure
C17:0 Margarinsäure
C18:0 Stearinsäure
C18:1 Ölsäure
C18:2 Linolsäure
C18:3 Linolensäure
C20:0 Arachinsäure
C20:1 Eicosaensäure
C20:4 Arachidonsäure
C22:0 Behensäure
C24:0 Lignocerinsäure
CS Chymussammlung
EPI chronische exokrine Pankreasinsuffizienz
et al. et alii
FIP Fédération Internationale Pharmaceutique
FS Fettsäure(n)
g Zentrifugenbeschleunigung
ges. gesamt
GC Gas-Liquid-Chromatographie
GmbH Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Hrsg. Herausgeber
I.E. Internationale Einheiten
K Kontroll-
KBE Kolonie-bildende Einheiten
KM Körpermasse
KT Kontrolltiere
KTS Kotsammlung
L mikrobiell erzeugte Lipase
L 70 70.000 Einheiten der Lipase L L 270 270.000 Einheiten der Lipase L L 100 100.000 Einheiten der Lipase L L 750 750.000 Einheiten der Lipase L
lipolyt. lipolytische
log dekadischer Logarithmus
MCT medium chain triglycerides (mittelkettige Fettsäuren)
MDT Magen-Darm-Trakt
MEP Multienzymprodukt
MEP 30 30.000 lipolytische Einheiten des Multienzymproduktes MEP 300 300.000 lipolytische Einheiten des Multienzymproduktes
mval Milliäquivalent
MW arithmetischer Mittelwert
n Tieranzahl
NBT-PABA N-Benzoyl-L-Tyrosil-Paraaminobenzoesäure
n.n. nicht nachweisbar
OP Operation
oS organische Substanz
p Irrtumswahrscheinlichkeit
PEG perkutane endoskopische Gastrostomie
pH Potentia hydrogenii
PL-Tiere pankreasgangligierte Tiere
PL-0 pankreasgangligierte Tiere ohne Enzymzulage
prc. praecaecal
sV scheinbare Verdaulichkeit
Ra Rohasche
rel. relativ
Rfa Rohfaser
Rfe Rohfett
Rp Rohprotein
STABW Standardabweichung
Tab. Tabelle
TS Trockensubstanz
unges. ungesättigt
uS ursprüngliche Substanz
VDLUFA Verband deutscher landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten
Verd. Verdaulichkeit
VQ Verdaulichkeitsquotient
vs. versus
Wdf. Wiederfindung
1. Einleitung
Das pankreasgangligierte Miniaturschwein ist ein seit vielen Jahren etabliertes Mo- delltier zur Erforschung von Auswirkungen einer chronischen exokrinen Pankreasin- suffizienz des Menschen. Die vorliegende Arbeit setzt eine Reihe vorangegangener Untersuchungen des Projektes „Studien am pankreasgangligierten Miniatur- schwein“ fort (TABELING 1998; FASSMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003; KAMMLOTT 2003; KARTHOFF 2004; BECKER 2005;
ZANTZ 2006; CLASSEN 2008). Während erste Studien (TABELING 1998) zunächst zum Ziel hatten, die Auswirkungen der Pankreasgangligatur beim Miniaturschwein auf die Verdaulichkeit der Nährstoffe über den praecaecalen und den gesamten Gastrointestinaltrakt ohne und mit Substitution der fehlenden Pankreasenzyme zu bestimmen, wurden in nachfolgenden Untersuchungen auch weitergehende metho- dische Fragestellungen bearbeitet. Zur Quantifizierung der Effekte unterschiedlicher Enzymgaben auf die Nährstoffverdaulichkeit wurden ergänzend auch verschiedene Blutparameter bestimmt (KARTHOFF 2004), die direkt oder indirekt Informationen über die Nährstoffverdauung und -absorption liefern sollten.
Durch die Möglichkeit der mikrobiellen Produktion von Enzymen und deren gezielter Modifikation (WEETE 2002) steht in jüngerer Zeit eine Vielzahl mikrobieller Monoen- zympräparate zur Verfügung, welche in Ergänzung zu den etablierten Produkten, sowie als Einzelprodukte zum Einsatz kommen.
In der vorliegenden Arbeit sollen die Effekte der Kombination einer mikrobiell erzeug- ten Lipase mit einem bereits seit mehreren Jahren in der Behandlung der exokrinen Pankreasinsuffizienz erfolgreich eingesetzten Multienzymprodukt porcinen Ur- sprungs untersucht werden. Von herausragender Bedeutung ist in diesem Versuchs- ansatz die Lösung von dem fixen Enzymverhältnis in Produkten tierischen Ursprungs durch das Hinzufügen einer frei wählbaren Dosierung mikrobiell erzeugter Lipase.
Eine höhere Lipaseaktivität ist aufgrund der partiellen Inaktivierung der Lipase nach oraler Aufnahme (LAYER u. HOLTMANN 1994) sowie wegen der folgenschweren klinischen Auswirkungen einer Fettmalabsorption bei exokriner Pankreasinsuffizienz (VERMEULEN et al. 1943; KALSER et al. 1968) erstrebenswert.
Mikrobiell erzeugte Lipasen bieten hierbei prinzipiell folgende Vorteile:
- höhere spezifische Aktivität als Lipasen tierischen Ursprungs (ermöglicht nie- drigere Dosierung; DOMINGUEZ-MUNOZ 2007)
- höhere Stabilität gegenüber Säuren und proteolytisch wirkenden Enzymen (DOMINGUEZ-MUNOZ 2007)
- keine Aktivierung durch Co-Lipase notwendig (VERGER 1984)
- Wirkungsbeginn bereits im Magen (bei säurestabilen Lipasen; ZENTLER- MUNRO et al. 1992)
- Möglichkeit der gezielten Modifikation der Enzyme (WEETE 2002)
Da das Verhältnis von lipolytischer zu proteolytischer und amylolytischer Aktivität in Multienzymprodukten tierischen Ursprungs für den Einsatz in der Substitutionsthera- pie oftmals unbefriedigend ist, soll also durch die Ergänzung mit Monoenzymproduk- ten mikrobiellen Ursprungs eine effizientere Behandlung der exokrinen Pankreasin- suffizienz möglich werden (DOMINGUEZ-MUNOZ 2007).
2. Schrifttum
Im Folgenden wird auf einige wichtige Aspekte der Ätiologie, Pathologie und Behand- lung der exokrinen Pankreasinsuffizienz (EPI) eingegangen. Der Fokus liegt hierbei auf der Verdauung von Rohfett durch pankreatische und nicht-pankreatische Lipasen.
Des Weiteren wird die Synthese von Lipasen durch Mikroorganismen und die Ver- wendung dieser Produkte in der Therapie der EPI behandelt. Schwerpunkt ist dabei generell der Mensch. Da jedoch in vielen Studien, deren Durchführbarkeit am Men- schen praktisch oder ethisch nicht zu vertreten ist, das Schwein als Modelltier ver- wendet wird, werden gelegentlich auch an Schweinen erhobene Daten hinzugezogen sowie eine kurze Übersicht über die Verwendung des Schweines als Modelltier für Untersuchungen der Verdauungsprozesse beim Menschen gegeben.
2.1 Die chronische exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) bei Mensch und Tier
2.1.1 Ätiologie Definition:
Als exokrine Pankreasinsuffizienz bezeichnet man das klinische Bild, das sich bei einer hochgradig verminderten Sekretion von Pankreasenzymen und bicarbonathal- tigem Pankreassaft einstellt.
Vorkommen und Ursachen:
In der Veterinärmedizin ist dieses Krankheitsbild vor allem beim Hund (Deutscher Schäferhund, Collie; LEIDINGER 1997) und seltener bei der Katze (Siamkatze;
HERMANNS 1999) sowie einigen anderen Tierarten, unter anderem Wellensittich (HASHOLT 1972), Gelbnackenamazone (RITCHEY et al. 1997), Wanderfalke (SA- MOUR u. NALDO 2002) und Giraffe (LECHOWSKI et al. 1991) beschrieben. Beim Menschen wird das Krankheitsbild der EPI in den meisten Fällen durch eine alkohol-
bedingte chronische Pankreatitis (LAYER et al. 2003), cystische Fibrose oder Pank- reaskarzinome hervorgerufen. In 25% der Fälle wird eine idiopathische Genese be- obachtet (LAYER et al. 1994). Des Weiteren existiert eine erbliche Form der exokri- nen Pankreasinsuffizienz (COMFORT et al. 1952).
Bei der chronischen Pankreatitis des Menschen ist die Ursache zu 70 bis 90% Alko- holabusus. Das relative Erkrankungsrisiko steigt linear mit der Höhe des Alkoholkon- sums, die Prävalenz der chronischen Pankreatitis korreliert positiv mit der Alkohol- aufnahme einer definierten Population (WHITCOMB 2003).
Seltenere Ursachen einer chronischen Pankreatitis sind der Hyperparathyreoidismus, eine Obstruktion des Pankreasganges, Analgetikaabusus, Traumata sowie ein Pan- creas divisum (SINGER u. MÜLLER 1995). Die mittlere Prävalenz der chronischen Bauchspeicheldrüsenentzündung in der europäischen Bevölkerung beträgt etwa 0,01 bis 0,15 Promille, mit einer jährlichen Inzidenzratio von 0,035 bis 0,04 Promille, wo- bei auch regionale Unterschiede vorhanden sind (ETEMAD u. WHITCOMB 2001;
TANDON et al. 2002).
Von cystischer Fibrose (CF) ist jedes 2.000ste bis 3000ste europäische Neugebore- ne betroffen (JANY 1995; s. Kap. 2.1.4). Hier variiert die Ausprägung der Pankreas- insuffizienz zwischen einer geringgradigen Funktionseinschränkung des Pankreas und einem kompletten Funktionsverlust.
Die angeborene, autosomal-dominant vererbte Form der Bauchspeicheldrüsenent- zündung (COMFORT et al. 1952) ist eng assoziiert mit einer Mutation des Trypsino- gen-Genes (WHITCOMB et al. 1996). Das Risiko, ein Pankreaskarzinom zu entwi- ckeln ist dabei um den Faktor 50 bis 60 erhöht (LERCH et al. 1999). In der Regel manifestieren sich Symptome in frühester Kindheit. Von den Patienten mit hereditä- rer Pankreatitis sind 16,7 bis 25,9% Träger des Cystic-Fibrosis-Transmembrane- Conductance-Regulator (CFTR)-Gens, wobei sorgfältig zwischen einer CF-bedingten Pankreasinsuffizienz und einer Pankreatitis unterschieden werden muss (COHN et al.
1998).
2.1.2 Pathogenese und klinische Symptome
Das Krankheitsbild der exokrinen Pankreasinsuffizienz, das erst ab einem Ausfall von 90 % des Drüsengewebes auftritt (DIMAGNO et al. 1973) ist in 80% der Fälle durch Gewichtsverlust, bei 50% der Patienten durch Steatorrhoe sowie Diarrhoe und Schwäche bei gesteigerter Nahrungsaufnahme gekennzeichnet. Bei 80 bis 95% der an chronischer Pankreatitis erkrankten Patienten treten zudem als zusätzliches oder ausschließliches Symptom Schmerzen auf (AMMANN u. MUELLHAUPT 1999). Ur- sache dieser Symptome ist im Wesentlichen die durch Ausfall der pankreatischen Lipase bedingte beeinträchtigte Fettverdauung (VERMEULEN et al. 1942; KALSER et al. 1968). Weniger stark ausgeprägt sind hingegen die Symptome der reduzierten praecaecalen Protein- und Stärkeverdauung, welche nachfolgend von Meteorismus aufgrund eines „bacterial-overgrowth“ durch die fehlende bakterizide Wirkung der Pankreasenzyme und die hohe Nährstoffdichte im Darmlumen begleitet werden. Des Weiteren entwickeln sich häufig durch einen, aufgrund einer verringerten Bicarbonat- sekretion durch das Pankreas, niedrigen intraluminalen pH-Wert (LAYER u. HOLT- MANN 1994) Magen-Darm-Ulzera.
Aus den genannten Gründen kommt der Funktion der Lipase, im Vergleich zu den übrigen Verdauungsenzymen pankreatischen Ursprungs, eine primäre Bedeutung zu (NASSIF et al. 1981).
Auswirkungen der EPI auf die Fettverdauung:
Die Bedeutung von Inhaltsstoffen des Pankreassekretes für die Verdauung von Fet- ten wurde bereits 1856 von Claude BERNARD erkannt: Er wies nach, dass nach In- kubation von Öl, Butter oder Schmalz mit Pankreassaft freie Fettsäuren und Glycerin entstehen. Lipasen sind Katalysatoren dieser Reaktion mit essentieller Bedeutung für die Verdauung von Nahrungslipiden (GARGOURI et al. 1989). Sie setzen die Aktivie- rungsenergie einer angestrebten Reaktion herab (PENZLIN 1996), indem sie mit dem Substrat einen besonders reaktionsfähigen Komplex bilden. Ihre Biosynthese wird durch den Zellkern reguliert und ist von der Ernährung und funktionellen Bean- spruchung abhängig (PAVLOV 1897; HEE et al. 1988; KOLB 2000). Somit ist es dem
gesunden Organismus möglich, auf eine wechselnde Zusammensetzung der Inhalt- stoffe Fett, Protein und Kohlenhydrate in der Nahrung durch Regulation der Produk- tion der Verdauungsenzyme zu reagieren (FLORES et al. 1988).
Fällt aufgrund einer chronischen exokrinen Pankreasinsuffizienz die Pankreasen- zymsekretion auf unter 5% des Normalwertes ab, so bewirkt dies beim Menschen lediglich eine Malabsorption von zirka 20% der Kohlenhydrate und Proteine, aber von 80% der Fette (LAYER et al. 2001). Bei pankreasgangligierten Schweinen beobach- tete TABELING (1998) ebenfalls eine Malabsorption von über 70% des aufgenom- menen Fettes. Der Verlust der Aktivität der pankreatischen Lipase kann, im Gegen- satz zu dem von Proteasen und Amylasen, nicht effektiv kompensiert werden (LAYER u. HOLTMANN 1994). Grund dafür ist die geringe Aktivität der lingualen bzw.
gastralen Lipase im Vergleich zur lipolytischen Gesamtaktivität (STERNBY et al.
1992), die Inaktivierung eventuell noch vorhandener Anteile aktiver pankreatischer Lipase bei saurem pH-Wert, der durch eine, mit exokriner Pankreasinsuffizienz ein- hergehende, verminderte Bicarbonatsekretion hervorgerufen wird (DIMAGNO et al.
1977), sowie die Empfindlichkeit der Lipase gegenüber proteolytischer Inaktivierung (LAYER u. HOLTMANN 1994).
BOROVICKA et al. (2000) konnten zeigen, dass ein indirekter Zusammenhang zwi- schen dem Maß der Lipaseaktivität und der postprandialen Sekretion von Magensäu- re und somit der pH-Wert-Regulation durch den Einfluss lipolytischer Spaltprodukte besteht. Bei gesunden Probanden wurde die Lipaseaktivität mittels Orlistat (einem Derivat des Lipstatin mit Lipase-hemmenden Eigenschaften) unterbunden und auf diese Weise der Zustand eines EPI-induzierten Lipasemangels imitiert, was eine Re- duktion des intragastralen pH-Wertes von im Mittel 3,3 auf 2,7 zur Folge hatte. Auf- grund der -nicht erreichten- pH-Optima für die Aktivität der pankreatischen und nicht- pankreatischen Verdauungsenzyme führte dies zu einer Verringerung der Nährstoff- resorption.
Eine wesentliche Rolle beim Verlust an lipolytischer Aktivität spielt die Inaktivierung durch Proteasen (LAYER u. HOLTMANN 1994). In-vitro-Studien lassen vermuten, dass insbesondere Chymotrypsin die lipolytische Aktivität verringert (THIRUVENGA- DAM u. DIMAGNO 1988). Diese Hypothese wird durch Untersuchungen am gesun-
den Menschen unterstützt, bei denen das Maß der Trypsin- und Chymotrypsinaktiviät mit der lipolytischen Aktivität negativ korreliert: LAYER et al. (1990 a) konnten zeigen, dass die gleichzeitige Hemmung von Chymotrypsin und Trypsin eine deutlich verlän- gerte lipolytische Aktivität im Dünndarm bewirkt: Bei einer Hemmung von Chymo- trypsin und gleichzeitiger wiederholter Gabe von Trypsin kommt es zu einem deutli- chen Abfall der lipolytischen Aktivität, wohingegen eine Hemmung von Trypsin auf- grund der unterbundenen Aktivierung des Chymotrypsinogens die Lipase vor einer Inaktivierung durch Chymotrypsin schützt. Auch die Aktivitäten der lingualen Lipase der Ratte (ROBERTS 1985) und der pankreatischen Lipase des Schweines (BOUS- SET-RISSO et al. 1985) werden durch die Gabe von Chymotrypsin stärker gehemmt, als durch Applikation von Trypsin. In zahlreichen Studien wurde diskutiert, ob die bei Hemmung der intraluminalen Proteaseaktivität beobachteten erhöhten lipolytischen und amylolytischen Gesamtaktivitäten auf einen Protease-bedingten negativen Feedback-Mechanismus zurückzuführen sind, in dessen Folge es zu einer Stimulati- on der Pankreassekretion kommt (SLAFF et al. 1984; OLSEN et al. 1988; LAYER et al. 1990 c). Durch eine Erhöhung der lipolytischen Aktivität und eine Minderung des Proteasenanteils in Enzympräparaten durch Kombination von Multienzymprodukten mit fixer Enzymkombination mit mikrobiell erzeugten Lipasen, könnten die Effekte einer Inaktivierung von Lipasen durch Proteasen eventuell reduziert werden.
Durch die vergleichsweise schnelle Inaktivierung der Lipase entgeht auch unter phy- siologischen Bedingungen ein geringer Anteil des Nahrungsfettes der Hydrolyse (LAYER u. HOLTMANN 1994). Als pathologisch wird erst eine faecale Ausscheidung von mehr als 15 g Fett pro Tag angesehen (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Steatorrhoe mit nachfolgendem Gewichtsverlust tritt auf, wenn die postprandiale Lipaseaktivität um mehr als 90% vermindert ist, da die mit der Nahrung aufgenommenen Lipide nicht ausreichend resorbiert werden, deshalb vermehrt in das Caecum und das an- schließende Kolon übertreten (DIMAGNO et al. 1973) und danach vollständig mit der Faeces ausgeschieden werden (MÖSSELER et al. 2007). Sekundäre Effekte der Fettmalabsorption sind nicht zuletzt Symptome eines Mangels an fettlöslichen Vita- minen (LAYER et al. 2003) sowie eine Vitamin-B12 -Malabsorption (JØRGENSEN et
al. 1991) und eine verminderte Calcium- und Magnesiumresorption (KAMMLOTT et al. 2004).
Auch die Sekretion der pankreatischen Co-Lipase ist bei Vorliegen einer EPI einge- schränkt: Das im Chymus vorhandene Fett bildet lediglich bei Anwesenheit konju- gierter Gallensäuren Mizellen, deren Existenz eine Voraussetzung für die Resorption der Fette ist. Um die Bindung der Lipase an die Mizellen zu ermöglichen, wird die -in ihrer inaktiven Form, der Pro-Co-Lipase, sezernierte- Co-Lipase benötigt (GABERT u.
HEDEMANN 1999), so dass die daraufhin im Dünndarmlumen in mizellärer Lösung vorliegenden Fettsäuren und Monoglyceride per diffusionem in der proximalen Dünndarmhälfte durch die Bürstensaummembran in das Zottenepithel gelangen kön- nen (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). CHOW et al. (1990) wiesen jedoch in ei- nem in vivo Versuch an Ratten nach, dass mittelkettige Fettsäuren (C6 bis C12) -im Gegensatz zu langkettigen- aufgrund ihrer höheren Wasserlöslichkeit auch ohne Anwesenheit von Lipase bzw. Co-Lipase durch die Darmwand absorbiert werden können.
Neben den Lipasen pankreatischen Ursprungs findet sich bei Menschen und einigen Tierarten -unabhängig von der Funktion des Pankreas- noch eine Reihe körpereige- ner Lipasen von untergeordneter Bedeutung: Linguale und gastrale Lipasen (AB- RAMS et al. 1986) -wobei linguale Lipasen beim häufig als Modelltier für die men- schliche Verdauung verwendeten Schwein jedoch nicht vorkommen- sowie intestina- le Lipasen (DINELLA et al. 1959). Ob die humane linguale und gastrale Lipase iden- tische Enzyme sind, ist in der Literatur umstritten. Einige Autoren (GARGOURI et al.
1989) fassen beide unter der Bezeichnung „Säure-Lipasen“ zusammen und weisen damit auf die überwiegende Aktivität im Magen bei niedrigem pH-Wert hin. Andere (ABRAMS et al. 1986) differenzieren hingegen zwischen beiden Substanzen. Etwa 10-30 % der mit der Nahrung aufgenommenen Triacylglycerine werden bereits im Magen durch die gastrische Lipase hydrolysiert (HAMOSH 1986; GABERT u. HE- DEMANN 1999), deren Sekretion durch die Nahrungsaufnahme stimuliert wird. Distal der Einmündung des Ausführungsganges des Pankreas in das Duodenum wird die Triglyceridverdauung -bei intaktem Pankreas- durch die pankreatische Lipase fortge-
setzt. Hierbei werden Di- und Triglyceride zu β-Monoglyceriden und freien Fettsäuren hydrolysiert (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005).
Bei Patienten mit einer durch chronischen Alkoholmissbrauch bedingten exokrinen Pankreasinsuffizienz (EPI) konnte eine signifikante Erhöhung der absoluten nicht- pankreatischen, lipolytischen Aktivität im Magen-Darm-Trakt nachgewiesen werden (ABRAMS et al. 1986). Dies wird bei EPI-Patienten mit der fehlenden Inaktivierung der lingualen bzw. gastralen Lipasen durch Trypsin in Zusammenhang gebracht (LEVY et al. 1982): Praeduodenale Lipasen werden im pankreasgesunden Organis- mus im Dünndarm durch pankreatische Proteasen inaktiviert (BERNBÄCK et al.
1987). Proximal der Einmündung des pankreatischen Ausführungsganges ist die gastrische Lipase im Duodenum in der Lage, weitere 7,5% der mit der Nahrung auf- genommenen Triglyceride zu hydrolysieren (CARRIÈRE et al. 1993; SCHARRER u.
WOLFFRAM 2005).
Die Aktivität der pankreatischen Lipase nimmt unter physiologischen Bedingungen über das Jejunum bis zum terminalen Ileum um 98 – 99% ab (LAYER et al. 1990).
Berücksichtigt man die Tatsache, dass Proteasen im terminalen Ileum noch 20-30%
ihrer ursprünglichen Aktivität vorweisen und bis zu 74% der Amylasen in aktiver Form das terminale Ileum erreichen (LAYER et al. 1986 a), wird deutlich, dass die Lipase hinsichtlich der Inaktivierung bereits im gesunden Organismus das empfind- lichste Enzym ist (LAYER et al. 2002). Sie ist das Enzym, dessen Aktivitätsverlust am wenigsten kompensiert werden kann, dessen Produktion und Sekretion am ehes- ten verringert wird (LAYER u. HOLTMANN 1994) und dessen intraluminale Bestän- digkeit im Vergleich zu Proteasen und Amylasen am kürzesten ist. Dies führt zu der bedeutenden Rolle der Pankreaslipase für die Verdauung und folglich auch zu der herausragenden Bedeutung der Substitution lipolytischer Enzyme für die Therapie der exokrinen Pankreasinsuffizienz.
Auswirkungen der EPI auf die Proteinverdauung:
Auch das Fehlen der pankreatischen Proteasen kann der Organismus, trotz Aktivität gastraler und intestinaler Proteasen und Peptidasen, nicht vollständig kompensieren (LAYER et al. 2001). Die Gesamtverdaulichkeit von Proteinen beträgt jedoch, im Ge-
gensatz zur Fettverdauung, die bei einer 95%igen Einschränkung der Pankreassek- retion auf 20% zurückgeht, auch bei Ausfall der Funktion des exokrinen Pankreas, 80% des Normalwertes (LAYER et al. 2001), was auf die hohe Kapazität der intra- gastralen Proteolyse sowie auf die Aktivität der Amino- und Dipeptidasen des Muko- sa-Bürstensaums zurückzuführen ist (LAYER et al. 1999). Erst bei pH-Werten von 7 bis 8 im Dünndarmchymus werden die Proteasen inaktiviert (SILBERNAGEL u.
DESPOPOULOS 2001). Des Weiteren werden proteolytische Enzyme in inaktiver Form sezerniert, was neben dem Schutz des Pankreas vor Selbstverdauung auch dem Schutz vor dem frühzeitigen Abbau durch andere Enzyme dient. Zu einer Azo- torrhoe infolge exokriner Pankreasinsuffizienz kommt es daher selten (ZENTLER- MUNRO u. NORTHFIELD 1987).
Als Endprodukte der Proteolyse fallen bei intakter Pankreasfunktion Spaltprodukte unterschiedlicher Länge sowie freie Aminosäuren an (KOLB u. GÜRTLER 2000), die gegen ein Konzentrationsgefälle durch die Bürstensaummembran des Dünndarms, insbesondere des Ileums (WÜNSCHE et al. 1979), aufgenommen werden (SCHAR- RER u. WOLFFRAM 2005).
Im Gegensatz zu der Verdauung von Fetten besteht für Proteine zudem die begrenz- te Möglichkeit der postilealen Verdauung: Schweine mit intaktem Pankreas zeigen eine um 25 % höhere relative postileale Verdaulichkeit von Rohprotein als pankreas- insuffiziente Schweine ohne Enzymgabe (TABELING 1998), was auf einer Fixierung von Stickstoff durch die höhere Bakterienzahl im Dickdarm der insuffizienten Tiere beruht. Zusammen mit dem Kot werden die Bakterien und somit der gebundene Stickstoff ausgeschieden. Im gesunden Organismus werden etwa 38% des das Ileum passierenden Stickstoffs und 47% des α-Amino-Stickstoffes nicht mit den Fae- ces ausgeschieden (MASON u. JUST 1976) und gehen im Wesentlichen als Ammo- niak durch die Dickdarmwand in den Körper über. Je nach Menge des aufgenomme- nen Rohproteins sind dies 3-30% des insgesamt absorbierten Stickstoffs (DROCH- NER u. MEYER 1991). GRAHAM et al. (1988) weisen darauf hin, dass der Vergleich zwischen ilealer und fäkaler Verdaulichkeit von Rohprotein häufig durch das Auftre- ten von Proteinen endogener und mikrobieller Herkunft erschwert wird. KAMPHUES (1987) konnte zeigen, dass, ähnlich den Kohlenhydraten, die N-Fraktion im geringen
Umfang auch praecaecal durch Mikroorganismen abgebaut werden kann. Ca. 25%
des im Ileum anflutenden und 45% des im Kot vorhandenen Stickstoffs sind mikrobi- ell gebunden (DIERICK et al. 1990).
Bei Vorliegen einer EPI besteht demnach -im Gegensatz zur Fettverdauung- bei der Proteinverdauung begrenzt die Möglichkeit einer Kompensation der fehlenden pank- reatischen Proteasen durch extrapankreatischen Proteasen sowie durch die Auf- nahme von durch mikrobiellen Abbau entstandenen Ammoniaks über den Dickdarm.
Auswirkungen der EPI auf die Kohlenhydratverdauung:
Auf die Verdaulichkeit von Kohlenhydraten hat das Fehlen von Pankreasenzymen -im Vergleich zu der Verdaulichkeit anderer Nährstoffe- den geringsten Einfluss. Im Gegensatz zu der bei Ausfall der pankreatischen Lipasen stark eingeschränkten Ge- samtverdaulichkeit von Rohfett, ist beim Verlust der Aktivität der pankreatischen Amylase die Verdaulichkeit der Kohlenhydrate zu maximal 20% (LAYER et al. 2001;
MANDISCHER 2002; KAMMLOTT 2003) beeinträchtigt. Bei pankreasintakten Schweinen konnte in den vorangegangenen Studien dieses Projektes stets eine praecaecale Stärkeverdaulichkeit von 90-100% beobachtet werden (TABELING 1998;
FASSMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; KAMMLOTT 2003; CLAS- SEN 2008). Bei pankreasgangligierten Schweinen, denen eine stärkereiche Diät (Stärkeanteil ca. 60%) ohne Enzymzusatz gefüttert wurde, berichtet TABELING (1998) von einer praecaecalen Stärkeverdaulichkeit von 57 - 68% sowie einer 60 - 72%igen praecaecalen Zuckerverdaulichkeit. Dies ist auf die Kompensation der feh- lenden Pankreasamylasen durch die Speichelamylasen und intestinalen, bürsten- saumständigen Amylasen zurückzuführen (LAYER et al. 1986 b). Im Speichel ist Amylase jedoch nur beim Menschen (LAYER 1986 b) und wenigen Tierarten (Prima- ten, Schwein und Gans) vorhanden. Beim Schwein beträgt die amylolytische Ge- samtaktivität der Speichelamylase nur etwa 1% von der im menschlichen Speichel (KOLB und SCHWEIGERT 2000). Die Kohlenhydratverdauung wird demnach in der Mundhöhle durch die α-Amylase Ptyalin eingeleitet, die bei neutralem pH-Wert Stär- ke zu Oligosacchariden spaltet (SILBERNAGEL u. DESPOPOULOS 2001). Im Ein- gangsbereich des Magens hält die Wirkung der Speichelamylase noch an, was durch
die Schichtung des Mageninhaltes ermöglicht wird (PÜSCHNER u. SIMON 1988). Im distalen Magenbereich wird die Speichelamylase infolge der Durchmischung der In- gesta mit dem sauren Magensaft inaktiviert. Bei intakter Pankreasfunktion gelangt dann die α-Amylase pankreatischen Ursprungs in den Chymus, übernimmt hier die Aufgaben der Speichelamylase und setzt die Polysaccharid- (d.h. Stärke-) verdauung bis zur Stufe der Oligosaccharide fort. Die Bürstensaumenzyme Maltase und Isomal- tase, die von der Funktion des exokrinen Pankreas unabhängig sind, hydrolysieren anschließend die Oligosaccharide zu Monosacchariden, welche über die Darmwand absorbiert werden (KIDDER u. MANNERS 1978). Sowohl im gesunden, als auch im pankreasinsuffizienten Organismus können Stärke und Zucker in geringem Umfang auch praecaecal durch Mikroorganismen gespalten werden. Dabei entstehen über- wiegend Laktat, Propionat, Pyruvat, α-Ketoglutarat und α-Hydroxybutyrat (DEETJEN u.
SPECKMANN 1999). Stärke und Zucker, die praecaecal nicht verdaut wurden und aus diesem Grund in den Dickdarm gelangen, können dort in der Regel durch fer- mentative Prozesse vollständig abgebaut werden (KAMPHUES 1987), was zu posti- lealen Stärke- beziehungsweise Zucker-Verdaulichkeitsraten von 99-100% führt (TABELING 1998). Diese Prozesse können allerdings, in Folge der erhöhten intesti- nalen Gasproduktion, von Flatulenz und Meteorismus begleitet sein (LAYER et al.
2002) und gehen mit Verlusten an nutzbarer Energie einher. Die Verminderung der energetischen Effizienz beträgt gegenüber dem praecaecalen enzymatischen Koh- lenhydrat-Abbau etwa 15% und ist auf den Energieverlust über Fermentationswärme (BLAXTER 1962) sowie die Bildung von Methan (RIJNEN 2003) zurückzuführen.
Laut DROCHNER und MEYER (1991) muss bezüglich der Verdaulichkeit jedoch zwischen der Art und Darreichungsform der Kohlenhydrate unterschieden werden.
Während Zucker und die Stärke gekochter Kartoffeln beim Schwein nahezu komplett postileal abgebaut werden können, wird bei roher Kartoffelstärke postileal lediglich eine Verdaulichkeit von 80 – 85% erreicht.
Ein Ausfall der pankreatischen Enzymsekretion ist folglich, verglichen mit den Aus- wirkungen auf die Fettverdauung, für die Verdauung von Kohlenhydraten mit gerin- geren stofflichen und energetischen Verlusten über den Kot verbunden.
2.1.3 Diagnostik
Anamnestisch gelten Gewichtsverlust, Malnutrition, Bauchschmerzen, Meteorismus, Durchfall und Steatorrhoe als Hinweis auf eine EPI. Die Diagnose einer therapiebe- dürftigen chronischen exokrinen Pankreasinsuffizienz beruht in der Regel auf der Beobachtung mindestens eines dieser Symptome in Verbindung mit sonographi- schen oder radiologischen Hinweisen (Verkalkungen, Gangdilatation etc.) oder dem Nachweis einer erniedrigten Konzentration von Chymotrypsin oder Elastase-1 im Stuhl (HAMMER et al. 2006). Neben der Elastase- und Chymotrypsinbestimmung im Stuhl zur indirekten Pankreasfunktions-Diagnostik galt lange Zeit der Pancreolauryl- Test (Urin- und Serumtest) als bester indirekter Pankreasfunktionstest (LANKISCH u.
SCHMIDT 1999); dieser wird aber mehr und mehr von der Elastase-1-Bestimmung abgelöst, die den Vorteil bietet, dass Pankreasenzyme porciner Herkunft vor dem Test nicht abgesetzt werden müssen, da spezifisch die humane Elastase-1 erfasst wird. Eine schwere exokrine Pankreasinsuffizienz kann mit dieser Methode mit einer Sensitivität von 73 bis 100% erfasst werden (AMANN et al. 1996; GLASBRENNER et al. 1996).
Eine weitere Möglichkeit, eine exokrine Pankreasinsuffizienz nachzuweisen, sind die als Goldstandard geltenden, sogenannten invasiven Stimulationstests, wie zum Bei- spiel der Sekretin-Pankreozymin-Test (HAMMER et al. 2006), die jedoch in der Pra- xis aufgrund des Aufwandes und des invasiven Vorgehens nur selten durchgeführt werden. So wird zum Beispiel der Lundh-Test, bei dem Pankreassekret über eine Duodenalsonde gesammelt wird, heutzutage nicht mehr angewandt, da mit indirek- ten, weniger aufwendige Methoden eine ähnliche Sensitivität und Spezifität erreicht werden kann (NIEDERAU u. GRENDELL 1985). Zu den ebenfalls verfügbaren Me- thoden zur Überprüfung der Pankreasfunktion zählen orale Funktionstests, Serum- diagnostik, Atemtests sowie Aminosäuren-Absorptionstests (s. Tab. 1a; MALFER- THEINER u. GLASBRENNER 1995). Als bildgebende Verfahren werden neben (en- do-) sonographischen Verfahren auch endoskopische Methoden sowie Computer- und Magnetresonanztomographie eingesetzt (MÖSSNER 1995).
Auch in der Kleintiermedizin werden indirekte Methoden zur Pankreasfunktionsdiag- nostik herangezogen. Beim Hund kommen die Chymotrypsinmessung im Kot sowie
Tab. 1a: Übersicht zu indirekten Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik
Test Vorteile Voraussetzungen / Nachteile
Pankreolauryltest nicht invasiv, Test selbst wenig belastend
Absetzen der Enzyme drei Tage vor Testbeginn Chymotrypsingehalt
im Stuhl
nicht invasiv, geringer Aufwand
einmalige Bestimmung reicht nicht aus, Absetzen der Enzy- me 3 Tage vor Testbeginn Fäkale Elastase I -
Nachweis
nicht invasiv, einfach,
sensitiv -
13C-Triglycerid-
Atemtest nicht invasiv Verwendung radioaktiven Materials Serum-
Konzentration der Lipase und α-Amylase
Blutprobe zur Diagnostik ausreichend
Enzyme sind nicht pankreas- spezifisch, Einzelwertbestimmung nicht
aussagekräftig Malabsorptions-
Blut-Test
Blutprobe zur Diagnostik ausreichend
vorheriges Absetzen der Enzyme; nur Bestimmung der
lipolytischen Aktivität Röntgen /
Ultraschall
nicht invasiv, einfach durchführbar
keine / eingeschränkte Beurtei- lung der Funktion möglich Bestimmung der
Verdaulichkeit
nicht invasiv, hohe Sensitivität
und Spezifität
aufwendig
Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit invasiv Stuhlfett-Messung nicht invasiv
erst ab einem Ausfall von > 90% des Drüsengewebes
aussagekräftig, aufwendig NBT-PABA-Test nicht invasiv hoher Aufwand, große
individuelle Unterschiede der PABA-Test zum Einsatz (GERHARDT u. NOLTE 2003). Bei der Katze sind diese Verfahren hingegen nicht zur Diagnosestellung geeignet. Bei dieser Tierart ergibt die Messung der proteolytischen Aktivität im Kot an drei aufeinander folgenden Tagen verwertbare Ergebnisse (WILLIAMS u. REED 1990). Andere Autoren (SPILLMANN 2003) sehen in der Nutzung bildgebender Verfahren sowie der Laparoskopie bzw.
Laparotomie mit Pankreasbiopsie die einzige Möglichkeit einer sicheren Diagnostik der chronischen EPI beim Kleintier. Eine Übersicht über mögliche Verfahren zur Diagnose der exokrinen Pankreasinsuffizienz geben Tabelle 1a und 1b.
Tab. 1b: Übersicht zu direkten Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik
Test Vorteile Voraussetzungen / Nachteile
Sekretin- Pankreozymin-Test
hohe Sensitivität und Spezifität
„Goldstandard“
invasiv, aufwendig, Absetzen der Enzyme vor Testbeginn Lundh-Test hohe Sensitivität und
Spezifität
invasiv
(wird nicht mehr durchgeführt) Pankreasbiopsie direkte Untersuchung des
betroffenen Organes invasiv, aufwendig Bestimmung der
synthetischen Kapazität des
Pankreas
- aufwendig, geringere Sensitivi- tät als Pankreozymin-Test
2.1.4 Exokrine Pankreasinsuffizienz und Mukoviszidose (cystische Fibrose, CF)
Die Mukoviszidose ist die häufigste letal verlaufende autosomal-rezessive Erbkrank- heit in der weißen Bevölkerung Mittel- und Westeuropas. Ursache ist die Mutation eines für ein Chloridionen-Transportprotein codierenden Gens. Etwa 5% der Bevöl- kerung sind heterozygote Träger dieses CFTR- (Cystic-Fibrosis-Transmembrane- Conductance-Regulator-) Gens (JANY 1995). Die häufigste Mutation Delta F508 fin- det sich bei etwa 70% der CF-Allele.
Die Mukoviszidose ist eine Multisystemerkrankung, bei der unterschiedlicher Organe betroffen sein können. Die meisten Patienten leiden unter einer progredienten Lun- generkrankung und einer exokrinen Pankreasinsuffizienz mit daraus resultierender Malabsorption. Entscheidend für die Prognose ist das Maß der chronischen Lungen- erkrankung. 2004 betrug der Median des Überlebens 36,8 Jahre (STERN u. WIE- DEMANN 2004). Homozygote Patienten für Delta F508 weisen in der Regel ein schwereres Krankheitsbild auf (JANY 1995).
Während bestimmte CF-Genotypen ausschließlich mit dem Merkmal „Pankreasinsuf- fizienz“ assoziiert sind, besteht bei anderen wiederum grundsätzlich eine Verbindung mit dem Merkmal „intakte Pankreasfunktion“ (KRISTIDIS et al. 1992). Die Erstmani- festation von CF ist bei 7-10% der erkrankten Neugeborenen ein Mekonium-Ileus. In
der Regel liegt bei diesen Patienten bereits eine Pankreasinsuffizienz vor (JANY 1995). Unter Steatorrhoe als klinisch erkennbarem Zeichen der Pankreasverände- rungen leiden 85% aller Mukoviszidosepatienten bereits im Kindesalter (PARK u.
GRAND 1981). Aus diesem Grund stellten frühe Beschreibungen des Krankheits- komplexes Mukoviszidose in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Beteiligung des Pankreas zunächst in den Vordergrund (FANCONI et al. 1938; ANDERSEN 1938).
Durch den genetischen Defekt der Chlorid-Transportproteine kommt es zu einer er- höhten Viskosität der Körpersekrete infolge der osmotisch bedingten geringen Volu- mina der Sekrete. Im Magen-Darm-Trakt tritt eine muköse Obstruktion von Dünn- darm, Appendix, ableitenden Gallenwegen und Vas deferens des Pankreas auf (JA- NY 1995). Folglich verlangsamt sich der Fluss der Körpersekrete durch die Ausfüh- rungsgänge, es kommt zur Stase und zur Zerstörung der Organe (KOPELMAN et al.
1988). Das Pankreassekret zeigt einen verminderten Natrium-, Hydrogencarbonat- und Chloridgehalt (KOPELMANN et al. 1988) sowie einen erhöhten Gehalt an Pro- tein (KOPELMANN et al. 1985). Klinisch treten häufig voluminöse, übelriechende Stühle und in unbehandelten Fällen bei 25% der Patienten ein Rektumprolaps sowie Untergewicht und Vitamin A-, D-, E-, K-, Eisen-, Zink- und Selen Mangelerscheinun- gen auf.
Im Vergleich zur EPI anderer Genese spielt bei der Mukoviszidose, neben der man- gelnden Sekretion von Lipase, eine ungenügende intraluminale Lösung in Kombina- tion mit einer verringerten mucosalen Aufnahme der langkettigen Fettsäuren bei der Entstehung der Steatorrhoe eine bedeutende Rolle (KALIVIANAKIS et al. 1999).
Die Diagnostik der CF erfolgt über einen „Schweißtest“, der zum Teil als „Neugebo- renen-Screening“ routinemäßig durchgeführt wird. Beim Vorliegen klinischer Symp- tome sind reproduzierbar hohe Chloridkonzentrationen im Schweiß von über 60 mval / l beweisend für die Erkrankung (TAUSSIG 1984). Die Diagnostik der exok- rinen Pankreasinsuffizienz entspricht dem Vorgehen bei nicht an CF erkrankten Pa- tienten (s. Kapitel 2.1.3). Bei Verwendung des Pankreozymin-Sekretin-Tests lässt sich zusätzlich eine Gruppe von Patienten erkennen, die zwar zunächst noch pan-
kreassuffizient ist, jedoch ein sehr hohes Risiko hat, später an einer exokrinen Insuf- fizienz zu erkranken (COUPER et al. 1992).
Die Therapie der exokrinen Pankreasinsuffizienz entspricht in ihrem Grundsatz der Behandlung insuffizienter Patienten ohne CF (s. Kapitel 2.2). Eine Malnutrition kann, ebenso wie bei der EPI anderer Genese, durch hochdosierte Enzymsubstitution nicht vollständig korrigiert werden (BOUQUET et al. 1988; KALIVIANAKIS et al. 1999). Als Reaktion auf eine hohe Enzymdosierung wurde bei an Mukoviszidose erkrankten Kindern eine Verdickung der Colonwand nachgewiesen (MAC SWEENEY et al.
1995), was als Reaktion auf die hohe intraluminale proteolytische Aktivität gedeutet wird. Auch ein Einfluss der beim Coating verwendeten Hilfsstoffe wird in der Literatur diskutiert (MAC SWEENEY et al. 1995; VAN VELZEN et al. 1996). Insbesondere in diesen Fällen ist eine Reduktion der benötigten Gesamtdosis des Multienzymproduk- tes, zum Beispiel durch gezielte Kombination von Multienzymprodukten mit mikrobiell synthetisierten Lipasen, wünschenswert.
Sowohl im Magen (ROBINSON et al. 1990) als auch im Jejunum (ZENTLER- MUNRO et al. 1983) lässt sich bei Mukoviszidosekranken ein verminderter pH-Wert nachweisen, der zu einer Inaktivierung der säuresensitiven Verdauungsenzyme führt (HEIZER et al. 1965). Aus diesem Grund kann die Malabsorption durch zusätzliche Gabe von Antacida verringert werden (HEIJERMANN et al. 1991; ZENTLER- MUNRO et al. 1983).
Ebenso von Bedeutung ist die Aufnahme einer hochkalorischen Diät (REINHARDT 2001), beispielsweise anhand speziell hierfür entwickelter „Drinks“ und Nahrungser- gänzungsmittel. Dieses große Menge an Kalorien in der Diät kann insbesondere durch einen hohen Fettanteil erreicht werden, so dass wiederum eine ausreichende Lipaseaktivität im Dünndarm entscheidend für die Effektivität dieser diätetischen Maßnahmen ist. Bei stark untergewichtigen Patienten kann zusätzlich ohne wesentli- che Komplikationen eine nächtliche Nahrungszufuhr über eine PEG (perkutane en- doskopische Gastrostomie) -Sonde erfolgen, mit der Konsequenz einer signifikanten Verbesserung sowohl des Ernährungszustandes als auch der Lungenfunktion (STEINKAMP et al. 1994).
2.2 Die Behandlung der chronischen exokrinen Pankreas- insuffizienz
Bei der Behandlung der chronischen exokrinen Pankreasinsuffizienz ist zwischen einer kausal orientierten Vorgehensweise, die -soweit möglich- die Beseitigung der Erkrankungsursachen (wie z.B. Alkoholismus; Pankreasgangobstruktion) anstrebt, und einer symptomatischen Therapie zu unterschieden (MÖSSNER 1995). Im Vor- dergrund steht hierbei die Substitution der Pankreasenzyme, insbesondere der Lipa- se, wobei weitere diätetische Maßnahmen zum Teil ergänzend angewandt werden.
2.2.1 Substitutionstherapie mit Pankreasenzymen
Indikation:
Die Indikation für eine Substitutionstherapie mit Pankreasenzymen besteht bei Pa- tienten mit einer täglichen faecalen Fettausscheidung von über 15 g (eine mittlere Fettaufnahme von zirka 100 g pro Tag vorausgesetzt) und bei EPI-Patienten mit Ge- wichtsverlust (DOBRILLA 1989; DOMINGUEZ-MUNOZ 2007), Meteorismus oder Diarrhoe (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Auch zur Linderung der durch die akute exokri- ne Pankreasinsuffizienz bedingten Schmerzen ist der Einsatz von Enzymen indiziert (LÖSER u. FÖLSCH 1991; LAYER 1994).
Ziel:
Wichtigstes Ziel bei der Substitution von Pankreasenzymen ist das Erreichen einer ausreichenden Lipaseaktivität in Magen und Dünndarm (LÖSER u. FÖLSCH 1995;
MÖSSNER 1995). Lipasen stellen wegen ihrer möglichen Inaktivierung durch Pro- teasen und bei saurem pH-Wert sowie ihrer besonderen klinischen Relevanz den limitierenden Faktor bei der Nährstoffverdauung dar (LAYER u. GRÖGER 1993). Aus diesem Grund richtet sich die Dosierung der eingesetzten Multienzymprodukte nach der Gesamtaktivität der enthaltenen Lipase.
Ansprüche an verwendete Enzyme aus klinischer Sicht:
Es wird angestrebt, die physiologischen Verdauungsvorgänge möglichst genau zu imitieren (LAYER et al. 2003). Daraus resultieren wesentliche Anforderungen an die eingesetzten Enzympräparate (LÖSER u. FÖLSCH 1995):
- Stabilität gegenüber Säureeinwirkungen und Spaltung durch Proteasen - Adäquate Partikelgröße, um eine ausreichende Durchmischung mit der Inges-
ta und einen synchronen Transport von Substrat und Enzym zu gewährleisten (LÖSER u. FÖLSCH 1995)
- Schnelle Freisetzung der Enzyme am Wirkungsort
- Ausreichend hohe spezifische Lipaseaktivität sowie ausreichend hohe Ge- samtaktivität der Lipase im Magen-Darm-Trakt
In jüngerer Zeit hat sich die Verwendung sogenannter „gecoateter“ (mit einem säure- festen Überzug versehener) und somit säurestabiler Lipasen etabliert (LAYER u.
KELLER 2003). Durch die Entwicklung mikrosphärisch verkapselter Pellets wurde das Problem der Entmischung von Nahrungsbrei und Enzym überwunden (LÖSER u.
FÖLSCH 1991): Zuvor verblieben die im Durchmesser über 2 mm großen Enzym- Partikel zunächst im Magen und wurden erst in einer späten Phase der Verdauung ins Duodenum entleert. Die Folge war eine Entmischung von Präparat und Nährstof- fen (LAYER et al. 2003). Durch den Einsatz der kleineren Mikropellets wird ein ge- wünschter synchroner Transport von Nahrungsbrei und Enzymen gewährleistet.
Voraussetzung für die Wirkung gecoateter Enzyme ist ein pH-Wert unter 5 im Magen und über 5,5 im Duodenum (LÖSER u. FÖLSCH 1995), da die Freisetzung pH- abhängig erfolgt (ROBINSON et al. 1990); ein höherer pH-Wert im Magen führte zu einem frühzeitigen Auflösen des Coatings und infolge zu einer schnellen Inaktivie- rung der säurelabilen Lipasen. Um eine Aktivierung der Lipasen auch bei dem bei EPI-Patienten niedrigen pH-Wert im Dünndarm zu erreichen, besteht die Möglichkeit des zeitgleichen Einsatzes von säurehemmenden Präparaten wie H2-Blockern (LAYER u. KELLER 1999) oder dem Protonenpumpenhemmer Omeprazol (HEI- JERMAN et al. 1993; LAYER u. KELLER 1999).
2.2.1.1 Multienzymprodukte tierischen Ursprungs
Der derzeit in der Therapie der EPI eingesetzte Extrakt aus dem Pankreas von Schlachtschweinen wurde erstmals im Jahr 1859 durch Claude Bernard und seinen Kollegen Lucien Corvisart isoliert und von ihnen als „Pankreatin“ bezeichnet. Nahezu zeitgleich wurde erstmalig ein EPI-Patient erfolgreich mit Extrakten aus dem Pan- kreas von Kälbern therapiert (FLES 1864). Heute sind Pankreasenzyme porcinen Ursprungs in den Konfektionierungen Pulver, Granulat, Tabletten, Mikrosphären und Minimikrosphären sowohl in gecoateter als auch in ungecoateter Form kommerziell erhältlich (DOMINGUEZ-MUNOZ 2007). Sie können die Verdaulichkeit der Nährstof- fe verbessern, das Niveau pankreasgesunder Individuen wird jedoch weder beim Menschen (BOUQUET et al. 1988; KALIVIANAKIS et al. 1999) noch beim Schwein (TABELING et al. 1999) erreicht. Von Vorteil bei mikrosphärischen Präparaten ist die geringe Partikelgröße (DOBRILLA 1989; LEBENTHAL et al. 1994; DOMINGUEZ- MUNOZ 2007), die aufgrund der besseren Durchmischung mit dem Nahrungsbrei bereits ein hohes Maß an Lipolyse im Duodenum ermöglicht (ADLER et al. 1994), sowie die Säureresistenz. Nachteile bestehen in einer Inaktivierung der Lipasen durch die ebenfalls im Produkt vorhandenen Proteasen (PAP u. VARRÓ 1984;
MOESSNER 1995) und in dem fixen Verhältnis von Lipasen, Proteasen und Amyla- sen zueinander. Während zunächst angestrebt wurde, mit Einsatz der Produkte por- cinen Ursprungs ein möglichst „physiologisches Verhältnis“ von Proteasen zu Lipa- sen zu bewahren (PAP u. VARRÒ 1988), gehen aktuelle Entwicklungen in Richtung einer im Verhältnis zu Amylasen und Proteasen deutlich erhöhten Lipasedosierung (LÖSER u. FÖLSCH 1995), was mit dem fixen Enzymverhältnis in Produkten tieri- scher Herkunft nicht zu verwirklichen ist.
Des Weiteren werden die beim Coating verwendeten Hilfsstoffe der derzeit in der Praxis angewandten Multienzymprodukte sowie die relativ hohe eingesetzte Dosis der Präparate mit der, bei Mukoviszidose-bedingter EPI nach hohen Enzymdosie- rungen beobachteten, Colonfibrosierung in Zusammenhang gebracht (MAC SWEE- NEY et al. 1995; VAN VELZEN et al. 1996). Mukoviszidose-Patienten, die eine sehr hohe Lipasedosierung erhalten, haben ein 200fach höheres Risiko, an einer fibrosie- renden Colonopathie zu erkranken als Patienten, die nur geringe Enzymmengen ein-
nehmen müssen. Es wird vermutet, dass dabei der aufgenommene Anteil an Protea- sen eine ursächliche Bedeutung hat (LAYER u. KELLER 1999).
Als Nebenwirkungen der Therapie treten unter anderem häufig Diarrhoe, abdomina- ler Schmerz, Hyperuricämie sowie -gelegentlich- allergische Reaktionen auf das Schweineprotein auf (LEBENTHAL et al. 1994). Diese sind jedoch, verglichen mit dem Nutzen der Enzympräparate, nicht von wesentlicher Bedeutung; im Allgemeinen können Pankreasenzymprodukte als sehr gut verträglich eingestuft werden (ANTHONY et al. 2002).
Einige Bevölkerungsgruppen lehnen die Verwendung porciner Produkte aus religiö- sen oder ethischen Gründen ab. Dennoch ist der Einsatz dieser Produkte sowohl in der jüdischen als auch in der islamischen Religion bei medizinischer Indikation er- laubt (LAYER u. KELLER 2003). Insbesondere hier bietet sich als Alternative der Einsatz mikrobiell erzeugter Enzyme (s. Kapitel 2.6.1.2) oder Multienzymprodukte boviner Herkunft an.
Tab. 2: Übersicht zu Enzympräparaten tierischen Ursprungs Produkt Darreichungs-
form Vorteile Nachteile
Enzyme porcinen Ursprungs
ungecoatet
preiswert, keine Nebenwirkungen
durch die Coating-Substanz
Inaktivierung der Lipasen durch Magensäure und
Proteasen
gecoatete Tabletten und
Kapseln
magensäureresistent
aufgrund der Partikelgröße mangelhafter paralleler
Fluss mit der Nahrung
gecoatete Mikrosphären
magensäureresistent, paralleler Fluss mit
der Nahrung
nur wirksam bei intragas- tralem pH < 5 und intraduodenalem pH > 5,5
Enzyme bovinen Ursprungs
ungecoatet/
gecoatet
auch im Islam und Judentum akzeptiert
geringere spezifische lipolytische Aktivität
Bovine Lipase ähnelt in ihren Eigenschaften der Milchlipase; diese ist in der Lage, sehr unspezifisch die am häufigsten in der Humanernährung verwendeten Speiseöle und -fette, sowie verschiedene synthetische Mono-, Di- und Triglyceride zu spalten (CHANDAN et al. 1976). Aufgrund der herbivoren Ernährungsweise der Rinder be- stehen jedoch deutliche Unterschiede zwischen boviner und porciner Lipase. So er- reicht die lipolytische Gesamtaktivität bovinen Pankreassekretes nur etwa 25 Prozent der Aktivität porcinen Pankreatins. Genau wie bei der Anwendung porciner Produkte, kann auch bei Einsatz boviner Lipase die Übertragung von Pathogenen, wie bei- spielsweise den Erregern der Maul-und-Klauen-Seuche oder transmissibler spongi- former Enzephalopathien nicht ausgeschlossen werden (LAYER u. KELLER 2003).
Eine Übersicht über die verschiedenen Enzympräparate und Darreichungsformen ist Tabelle 2 zu entnehmen.
2.2.1.2 Enzymprodukte nicht-tierischen Ursprungs
Als Enzyme mikrobieller Herkunft stehen Lipasen, Proteasen und Amylasen zur Ver- fügung. Einige vielversprechende Produkte wurden bereits in Versuchen mit pan- kreasgangligierten Schweinen überprüft (BECKER 2005; ZANTZ 2006; CLASSEN 2008). Da das primäre Ziel der Behandlung der exokrinen Pankreasinsuffizienz eine Verbesserung der Fettverdauung und in Folge eine Verminderung der Steatorrhoe und eine Gewichtszunahme des Patienten ist, steht bei der Entwicklung neuer En- zympräparate insbesondere die lipolytische Aktivität im Vordergrund (LÖSER u.
FÖLSCH 1995). Um das Verhältnis der lipolytischen zur amylolytischen und proteoly- tischen Aktivität variieren zu können, wird langfristig der Einsatz mikrobiell erzeugter Monoenzymprodukte angestrebt (DOMINGUEZ-MUNOZ 2007). Hierbei spielen Lipa- sen bakteriellen und fungalen Ursprungs die bedeutendste Rolle. Bei beiden sind zudem die definierten Produktionsbedingungen, die geringe Gefahr einer Kontamina- tion mit pathogenen Keimen, die gezielte Modifikation sowie die Unabhängigkeit von der Aktivierung durch eine Co-Lipase von Vorteil. In einer Studie von HOU und JOHNSTON (1992) waren 25% aller getesteten Bakterien, Pilze, Hefen und Aktino-
myceten Lipase-positiv, das heißt, eine Vielzahl der Mikroorganismen ist in der Lage, Lipasen zu synthetisieren.
Bakterielle Lipasen
Die Entwicklung bakterieller Lipasen für den kommerziellen Gebrauch ist aufgrund der Diversität und schnellen Verfügbarkeit von potentiell geeigneten Bakterien sowie der -im Vergleich zu Produkten tierischen Ursprungs- kostengünstigeren Produktion von Interesse (WEETE 2002). Die zur Therapie benötigten Mengen sind, aufgrund der höheren spezifischen Aktivität, geringer als bei Produkten tierischen Ursprungs (LAYER u. KELLER 2003). Um eine Steatorrhoe zu beheben, wird bei Anwendung mikrobieller Lipasen lediglich 1/75 der bei Einsatz porciner Produkte verwendeten Dosis benötigt (SUZUKI et al. 1999). Dies lässt sich mit der im Vergleich zu Lipasen tierischen Ursprungs allgemein höheren Widerstandsfähigkeit der mikrobiellen Lipa- sen gegenüber den schädigenden Milieubedingungen im Gastrointestinaltrakt erklä- ren (RAIMONDO u. DIMAGNO 1994). Zudem besteht die Möglichkeit einer gezielten Modifikation der Enzyme: Bei Enzymen von Pseudomonas glumae konnte zum Bei- spiel durch den Austausch zweier Aminosäuren eine Stabilität gegenüber proteolyti- scher Inaktivierung erreicht werden (FRENKEN et al. 1993). Neben dem Aminosäu- renmuster von P. glumae sind unter anderem auch die Nukleotid- und Aminosäure- sequenzen der Lipasen von P. fragi (AOYAMA et al. 1988), P. cepacia (JØRGEN- SEN et al. 1991), Staph. hyicus (GÖTZ et al. 1985) und Staph. aureus (LEE u. IAN- DOLO 1986) bekannt. Auch einige Burkholderia- (LAYER u. KELLER 2003) und Ba- cillus-Species sind für die Lipaseproduktion geeignet. MISSET et al. (1994) gelang es, aus einem speziell konstruierten Lipase-produzierenden Bacillus-subtilis- Stammes eine qualitativ hochwertige Lipase gewinnen.
Zusammenfassend haben einige potentiell für die Therapie der EPI geeignete bakte- rielle Lipasen eine hohe spezifische Aktivität, eine hohe Resistenz gegenüber Ma- gensäure und der Inaktivierung durch Proteasen und Gallensäuren und versprechen bezüglich der Fettverdauung den porcinen Lipasen gegenüber eine überlegene Wir- kung (DOMINGUEZ-MUNOZ 2007).
Fungale Lipasen
Ähnlich den oben genannten bakteriellen Lipasen variieren Lipasen fungalen Ur- sprungs sehr stark in ihrer Spezifität, spezifischen Aktivität und Temperaturstabilität (WEETE 2002). Sie haben gegenüber Lipasen tierischer Herkunft den Vorteil einer höheren Säurestabilität (POINTER u. FLEGEL 1975; LÖSER u. FÖLSCH 1995), der eine säurefeste Ummantelung der Produkte unnötig macht und behalten ihre Aktivität auch bei großen Unterschieden im pH-Wert des Chymus (POINTER u. FLEGEL 1975; LEBENTHAL et al. 1994). Eine Inaktivierung erfolgt jedoch grundsätzlich schnell durch Gallensäuren (LÖSER u. FÖLSCH 1995) und Proteasen (MOREAU et al. 1988). Infolge dessen können die Lipasen ihre Wirksamkeit im Duodenum, wo die Absorption der Lipolyseprodukte maximal ausgeprägt ist (LAYER u. KELLER 2003), nicht optimal entfalten. In vivo-Versuche mit 75.000 Desnuelle-Einheiten der Lipase von Rhizopus arrhizus zeigten bei EPI-Patienten eine Verringerung der Stuhlmenge um fast die Hälfte und eine Abnahme der Fettausscheidung um 57% (verglichen mit unbehandelten Patienten; POINTER u. FLEGEL 1975). Im Vergleich mit Lipasen porciner Herkunft zeigt sie bezüglich der Stuhlmenge und Fettausscheidung gleiche (GRIFFIN et al. 1989) bzw. schlechtere Ergebnisse (MOREAU et al. 1988). Auch weitere Rhizopus-Spezies, verschiedene Neurospora- und Penicillium-Spezies, Can- dida parapsilosis und Fusarium heterosporium kommen für die Synthese fungaler Lipasen in Frage (WEETE 2002).
Zusammenfassend ist jedoch festzustellen, dass Lipasen fungaler Herkunft aufgrund ihrer schnellen Inaktivierung durch Gallensäuren und Proteasen bisher nur von ge- ringem klinischem Wert sind (LAYER u. KELLER 2003).
2.2.1.3 Anwendung in der Praxis
Die derzeit üblicherweise klinisch angewendeten Multienzymprodukte werden aus dem Pankreas von Schlachtschweinen gewonnen und als mikrosphärische, gecoate- te Präparate mit einer Lipase-Dosis von 25.000 bis 40.000 I.E. FIP pro Mahlzeit dar- gereicht (LÖSER u. FÖLSCH 1995; LAYER u. KELLER 2003). Pro Gramm Nah- rungsfett werden 1.000 - 2.000 I.E. FIP Lipase benötigt. Bei Verwendung des Präpa-
rates Kreon 10.000® müssen somit 2-4 Kapseln pro Mahlzeit eingenommen werden.
Dies liegt weit unter den physiologischerweise mit einer Mahlzeit sezernierten 600.000 bis 750.000 I.E. FIP Enzymaktivität, so dass es zwar zu einer ausreichen- den, aber nicht vollständigen Substitution der lipolytischen Gesamtaktivität kommt (OPEKUM et al. 1997). Es liegt demnach beim gesunden Pankreas keine „physiolo- gische Hypersekretion“ vor; vielmehr zeigt sich bei Hemmung der humanen pankrea- tischen Lipase eine exakte Korrelation zwischen den duodenal gemessenen lipolyti- schen Aktivitäten und der jeweiligen Fettexkretion (CARRIERE et al. 2001). In einer Studie mit pankreasgangligierten Miniaturschweinen mussten bei Fütterung einer Fettdiät (75 g Fett/Mahlzeit bzw. 150 g Fett/Tag) fast 100% der physiologisch sezer- nierten Menge pankreatischer Lipase zugeführt werden, um eine Normalisierung der Fettverdauung zu erreichen (GREGORY et al. 2002). Durch die fixe Enzymkombina- tion in den verabreichten Produkten porciner Herkunft ist es nicht möglich, ein indivi- duell optimales Verhältnis von Lipase-, Protease- und Amylasemenge zu erreichen.
Hier hätte die Kombination dieser Produkte mit mikrobiell synthetisierten Monoen- zymprodukten Vorteile. Bei Applikation von Produkten mit verhältnismäßig hohem Lipase-Gehalt konnten in verschiedenen Studien (MALESCI et al. 1994; GULLO 2000) bessere Ergebnisse bezüglich der Fettverdauung erreicht werden. Aufgrund ihrer schnellen Inaktivierung und der geringen spezifischen Aktivität gegenüber Tri- glyceriden der Nahrung (CARRIÈRE et al. 2005) muss 5- bis 10-mal mehr Lipase zugeführt werden, als bei einer physiologischen Funktion des Pankreas zur Fettver- dauung benötigt wird (LAYER u. KELLER 1999).
Eine mikrobielle Synthese von Monoenzymprodukten in kommerziellem Umfang und der Einsatz dieser Produkte mit frei wählbarem Lipase-Protease-Amylase-Verhältnis in der Praxis werden angestrebt.
2.2.1.4 Entwicklungstrends
Neben bakteriellen und fungalen Enzymen, stehen auch Lipasen anderer Herkunft im Fokus des Interesses für zukünftige klinisch einsetzbare Enzympräparate:
Bisher untersucht wurde die Möglichkeit des Einsatzes humaner Lipasen, wie der Lipoproteinlipase, der hepatischen Lipase (CLARK u. LABODA 1991) und der Milch- lipase aus Muttermilch (BABA et al. 1991), die sich jedoch in ihren Eigenschaften teilweise stark von der humanen pankreatischen Lipase unterscheiden. BODMER et al. (1987) gelang nach Klonierung der cDNA für humane gastrale Lipase deren Ein- bau in ein Plasmid, welches anschließend auf Hefen übertragen wurde. Die Hefen waren daraufhin in der Lage, humane Lipase zu synthetisieren, welche im Gegensatz zu humaner pankreatischer Lipase auch bei pH 1 bis 3 im Magen stabil ist, während die pankreatische Lipase bereits bei einem pH unter 5 ihre enzymatische Aktivität verliert (VERGER 1984; GARGOURI et al. 1989). Des Weiteren benötigt die humane gastrische Lipase keine Aktivierung durch Co-Lipase (VERGER 1984). Gastrische und pankreatische Lipase unterscheiden sich jedoch in ihrer Stereoselektivität (CARRIÈRE et al. 1997). Erstere haben eine dreifach höhere Präferenz für die Fett- säuren, die sich an der Position 3 der Triglyceride befinden.
Vielversprechend erscheint die Synthese einer humanen pankreatischen Lipase mi- thilfe menschlicher Epithelzellen (LAYER u. HOLTMANN 1994). Die entsprechenden Gene wurden bei in-vitro-Versuchen erfolgreich in ein rekombinantes Adenovirus übertragen und mit diesem menschliches Gallenblasenepithel infiziert (MAEDA et al.
1994). In der sezernierten Gallenflüssigkeit fanden sich daraufhin hohe Lipasekon- zentrationen. Die Übertragung des Virus mit anschließender Lipasesynthese im Epi- thel der Gallenblase gelang ebenso in vivo in der Gallenblase von Ratten (KUHEL et al. 2000).
Innerhalb der Lipasen pflanzlichen Ursprungs sind die in der Gruppe der Ölsamen enthaltenen Lipasen von größtem Interesse (WEETE 2002). Wie alle pflanzlichen Lipasen sind sie jedoch in ihrer Aktivität sehr spezifisch für die Lipolyse von Triacyl- glycerolen der eigenen Spezies. Denkbar ist auch der Einsatz gentechnisch verän- derter Pflanzen für die Enzymproduktion. Die Möglichkeit dieser Art der Produktion einer -allerdings noch nicht für den Handel zugelassenen- gastrischen Lipase wurde bereits durch das französische Unternehmen Meristem Therapeutics (Clermont- Ferrand, Frankreich) genutzt (SAUTER 2005). Unter den verwendeten Pflanzenarten dominieren Mais sowie Tabak, gefolgt von Raps und Soja.
Neben der individuellen Kombination eines porcinen Multienzymproduktes mit ein- zelnen Monoenzymprodukten mikrobiellen Ursprungs u.a. zur Optimierung der lipoly- tischen Aktivität und zur Verringerung der eingesetzten Enzymmenge, könnte in Zu- kunft auch die Kombination mehrerer mikrobiell synthetisierter Enzyme eine bedeu- tende Rolle spielen (CLASSEN 2008).
2.2.2 Diätetik
Patienten mit EPI wird empfohlen, mehrmals am Tag kleinere Mahlzeiten zu sich zu nehmen (LAYER u. KELLER 2003), um die Spaltung der Triglyceride zu optimieren.
Gleichzeitig sollte lediglich eine moderate Rohfettmenge von max. 70 g pro Tag auf- genommen werden (MÖSSNER 1995; DOMINGUEZ-MUNOZ 2007). Bei leichten Erkrankungsformen kann ein rein diätetisch orientierter Behandlungsansatz für eine ausreichende Verdauungsleistung in Erwägung gezogen werden. Vorzugsweise soll- ten leichtverdauliche Fette (kurz- und mittelkettige Fettsäuren) zum Einsatz kommen (RADUN u. MALFERTHEINER 1996). Diesbezüglich bewährt hat sich die Kombina- tion von 1/3 handelsüblicher Margarine oder Butter mit 2/3 MCT-Margarine oder –öl (WILLIG 2008). Des Weiteren ist auf eine ausreichende Zufuhr hochwertigen Pro- teins zu achten. Einem trotz Substitutionstherapie weiterhin bestehenden Mangel an fettlöslichen Vitaminen kann durch orale Einnahme von Vitaminpräparaten oder re- gelmäßige intramuskuläre Injektionen vorgebeugt werden. Injektionen im Abstand von vier Wochen sowie zusätzliche Injektionen des wasserlöslichen Vitamin B12 in dreimonatigem Abstand haben sich hier bewährt. Zusätzlich sollten bei Bedarf Cal- cium-, Magnesium- und Eisenpräparate eingenommen werden (WILLIG 2008).
Wichtig ist, insbesondere bei alkoholinduzierter EPI, das Einhalten einer Alkohol- abstinenz (MÖSSNER 1995).
