Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Tierernährung
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Entwicklung eines Screening-Verfahrens zur Wirksamkeitsprüfung von Multi-Enzymprodukten
an pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschweinen
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von
Jessamyn Claßen
aus Glandorf-Schwege
Hannover 2008
1. Gutachter: Univ.- Prof. Dr. J. Kamphues
2. Gutachter: Univ.- Prof. Dr. B. Schröder
Tag der mündlichen Prüfung: 28. Mai 2008
Meiner Familie
Inhaltsverzeichnis
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
12 Schrifttum
32. 1 Vorbemerkung 3
2. 2 Bedeutung der Pankreasenzyme für die Verdauung 4
2. 2. 1 Funktionsmechanismus von Enzymen 4
2. 2. 2 Allgemeines zu Verdauungsenzymen 4
2. 2. 3 Proteasen 6
2. 2. 4 Lipasen 9
2. 2. 5 Amylasen 12
2. 3 Synthese und Sekretion pankreatischer Enzyme und
Einwirkungen auf die enzymatische Aktivität 15
2. 3. 1 Pankreasenzyme im gesunden Individuum 15
2. 3. 2 Exokrine Pankreasinsuffizienz und pankreatische Enzyme 22 2. 3. 3 Anforderungen an Präparate zur Enzymsupplementation 28 2 . 4 Multienzymprodukte tierischen Ursprungs mit einem
fixen Verhältnis von Protease, Lipase und Amylase 30 2. 4. 1 Darreichungsformen und Eigenschaften kommerzieller
Multienzymprodukte 30
2. 4. 2 Nachteile von Multienzymprodukten porcinen und bovinen
Ursprungs 33
2. 5 Enzyme mikrobiellen Ursprungs 36
2. 5. 1 Eigenschaften fungaler Lipasen 37
2. 5. 2 Eigenschaften bakterieller Lipasen 38
2. 6 Alternativen zur Enzymsubstitution:
Zukünftige Entwicklungen 39
2. 6. 1 Ektopische Expression humaner pankreatischer Lipase 39
2. 6. 2 Humane gastrale Lipase 40
2. 7 Ausblick 41
3 Eigene Untersuchungen
433. 1 Material und Methoden 43
3. 1. 1 Versuchsziel 43
3. 1. 2 Versuchstiere 46
3. 1. 3 Aufstallung und Haltung 48
3. 1. 4 Versuchsdurchführung 48
3. 1. 4. 1 Versuchsplan 48
3. 1. 4. 2 Versuchsdesign 52
3. 1. 5 Probenaufbereitung und Probenanalyse 67
3. 1. 5. 1 Probenaufbereitung 67
3. 1. 5. 2 Probenanalyse 68
3. 1. 6 Berechnungsformeln 72
3. 1. 6. 1 Berechnung der Anflutung von TS, Nährstoffen und Chromoxid 72 3. 1. 6. 2 Berechnung der Verschwindensraten von TS und Nährstoffen und
Berechnung der Chromoxid- Wiederfindung 73
3. 1. 7 Statistische Methoden 75
3. 2 Ergebnisse 76
3. 2. 1 Vorversuch zur Entwicklung einer Kombi-Testmahlzeit 79 3. 2. 1. 1 Absolute Anflutung (g/8h) von Nährstoffen und Chromoxidam
terminalen Ileum 80
3. 2. 1. 2 Mittlere Verschwindensraten der Nährstoffe (%) sowie Chromoxid-
Wiederfindung (%/8h) 81
3. 2. 2 Screening-Tests bei Einsatz der neu entwickelten Kombi-
Testmahlzeit 82
3. 2. 2. 1 Absolute Chymusflussmenge (g TS/8h) am terminalen Ileum 82 3. 2. 2. 2 Absolute Rp-Anflutung (g/8h) am terminalen Ileum 84 3. 2. 2. 3 Absolute Rfe-Anflutung (g/8h) am terminalen Ileum 86 3. 2. 2. 4 Absolute Stärke-Anflutung (g/8h) am terminalen Ileum 87
3. 2. 2. 5 Zusammenfassung 89
3. 2. 2. 6 Absolute Anflutung von Chromoxid(g/8h) am terminalen Ileum 90
3. 2. 2. 7 Chromoxid-Wiederfindung (%/8h) 91
3. 2. 2. 8 Scheinbare praecaecale Trockensubstanz-Verschwindensrate (%) 92 3. 2. 2. 9 Scheinbare praecaecale Rohprotein-Verschwindensrate (%) 94 3. 2. 2. 10 Scheinbare praecaecale Rohfett-Verschwindensrate (%) 95 3. 2. 2. 11 Praecaecale Stärke-Verschwindensrate (%) 97
3. 2. 2. 12 Zusammenfassung 98
3. 2. 3 Klassische praecaecale Verdaulichkeitsuntersuchungen bei Einsatz
der Kombi-Testmahlzeit 99
3. 2. 3. 1 Mittlere Nährstoff-Anflutung (g/12h) am terminalen Ileum 99 3. 2. 3. 2 Mittlere Anflutung von Chromoxid(g/12h) und Chromoxid–
Wiederfindung (%/12h) 102
3. 2. 3. 3 Mittlere Nährstoff-Verdaulichkeit (%) im praecaecalen Bereich 102
3. 2. 3. 4 Zusammenfassung 103
Inhaltsverzeichnis
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3. 2. 4 Klassische praecaecale Verdaulichkeitsuntersuchungen bei Einsatz
der Humandiät 105
3. 2. 4. 1 Mittlere Nährstoff-Anflutung (g/12h) am terminalen Ileum bei
Einsatz von MEP1 105
3. 2. 4. 2 Mittlere Nährstoff-Anflutung (g/12h) am terminalen Ileum bei
Einsatz von MEP2 107
3. 2. 4. 3 Mittlere Anflutung (g/12h) von Chromoxidam terminalen Ileum
und Chromoxid–Wiederfindung (%/12h) bei Einsatz von MEP1 110 3. 2. 4. 4 Mittlere Anflutung (g/12h) von Chromoxidam terminalen Ileum
und Chromoxid–Wiederfindung (%/12h) bei Einsatz von MEP2 110 3. 2. 4. 5 Mittlere Nährstoff-Verdaulichkeit (%) im praecaecalen Bereich bei
Einsatz von MEP1 111
3. 2. 4. 6 Mittlere Nährstoff-Verdaulichkeit (%) im praecaecalen Bereich bei
Einsatz von MEP2 113
3. 2. 4. 7 Zusammenfassung 115
3. 2. 5 Klassische Gesamtverdaulichkeitsuntersuchungen bei Einsatz der
Humandiät 116
3. 2. 5. 1 Mittlere Nährstoff-Ausscheidung (g/5d) über den Kot bei Einsatz
von MEP1 116
3. 2. 5. 2 Mittlere Nährstoff-Ausscheidung (g/5d) über den Kot bei Einsatz
von MEP2 118
3. 2. 5. 3 Mittlere Chromoxid-Ausscheidung (g/5d) über den Kotund
Chromoxid–Wiederfindung (%) bei Einsatz von MEP1 121 3. 2. 5. 4 Mittlere Chromoxid-Ausscheidung (g/5d) über den Kot und
Chromoxid–Wiederfindung (%) bei Einsatz von MEP2 122 3. 2. 5. 5 Mittlere Gesamtverdaulichkeit der Nährstoffe (%) bei Einsatz von
MEP1 122
3. 2. 5. 6 Mittlere Gesamtverdaulichkeit der Nährstoffe (%) bei Einsatz von
MEP2 124
3. 2. 5. 7 Zusammenfassung 127
4 Diskussion
1284. 1 Kritik der Methoden 130
4. 1. 1 Anzahl der eingesetzten Tiere 130
4. 1. 2 Verzicht auf eine Kollektion des „braunen Chymus“ 131 4. 1. 3 Dauer der Anfütterung in den klassischen praecaecalen
Verdaulichkeitsuntersuchungen 131
4. 1. 4 Umfang der klassischen Verdaulichkeitsuntersuchungen mit der neu
entwickelten Kombi-Testmahlzeit 132
4. 1. 5 Hintergrund der Vielfalt an eingesetzten Enzymdosierungen 134
4. 2 Erörterung der eigenen Ergebnisse 137 4. 2. 1 Wie muss eine Testmahlzeit beschaffen sein, mit der Proteasen,
Lipasen und Amylasen parallel in einem Schnelltest geprüft werden
können? 137
4. 2. 2 Bewertung der Ergebnisse aus den Schnelltests mit der Kombi-
Testmahlzeit 146
4. 2. 2. 1 Vergleichbarkeit der Ergebnisse von Kontrolltieren (KT) und PL- Tieren ohne Enzymzulage (PL-0-Phase) aus Mono- und Multi-
Enzym-Schnelltests 146
4. 2. 2. 2 Übereinstimmung der praecaecalen Nährstoff-Verschwindensraten in Mono- und Multi-Enzym-Screenings bei Kontroll- und PL-Tieren
ohne Enzymzulage (PL-0-Phase) 147
4. 2. 2. 3 Auftreten dosisabhängiger Effekte im Kombi-Schnelltest 149 4. 2. 2. 4 Vergleichende Beurteilung der beiden Multienzymprodukte MEP1
und MEP2 (Basis: Ergebnisse des Kombi-Schnelltests) 150 4. 3 Vergleich der Ergebnisse aus den Schnelltests und aus
klassischen Verdaulichkeitsuntersuchungen
(praecaecal/gesamter GIT) 151
4. 3. 1 Klassische Untersuchungen zur praecaecalen Verdaulichkeit der
neuen Kombi-Testmahlzeit 151
4. 3. 2 Klassische Verdaulichkeitsstudien mit der Humandiät 155 4. 3. 2. 1 Vergleichende Betrachtung der klassischen praecaecalen
Verdaulichkeitsstudien bei Einsatz der beiden verschiedenen Diäten
(Kombi-Testmahlzeit und Humandiät) 156
4. 3. 2. 2 Klassische Gesamtverdaulichkeitsuntersuchungen mit der
Humandiät 159
4. 5 Schlussfolgerungen 165
5 Zusammenfassung
1686 Summary
1717 Literaturverzeichnis
1748 Tabellenanhang
199Abkürzungsverzeichnis
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Abkürzungsverzeichnis
® eingetragenes Warenzeichen
Ø Durchschnitt
% Prozent
° C Grad Celsius
Abb. Abbildung
Anf. Anfütterung
Anfl. Anflutung
ATP Adenosintriphosphat CCK Cholecystokinin
CF Cystische Fibrose
C-Human Chymussammlung Humandiät
C-Kombi Chymussammlung Kombinationstestmahlzeit
Cl Chlorid
cm Zentimeter
Cr2O3 Chromoxid
d Tag
D1 Dosierung 1: 2.500 lipolytische Einheiten D2 Dosierung 2: 5.000 lipolytische Einheiten D3 Dosierung 3: 20.000 lipolytische Einheiten D4 Dosierung 4: 28.000 lipolytische Einheiten D5 Dosierung 5: 75.000 lipolytische Einheiten D6 Dosierung 6: 112.000 lipolytische Einheiten D7 Dosierung 7: 140.000 lipolytische Einheiten D8 Dosierung 8: 336.000 lipolytische Einheiten D9 Dosierung 9: 560.000 lipolytische Einheiten D10 Dosierung 10: 1.680.000 lipolytische Einheiten
d.h. das heißt
E. Escherichia
EPI Exokrine Pankreasinsuffizienz et al. et alii
etc. et cetera
Fa. Firma
FIP Fèdèration Internationale Pharmaceutique
g Gramm
ges. gesamt
h Stunde
HCl Salzsäure
H-Milch homogenisierte Milch Hrsg. Herausgeber
I. E. Internationale Einheiten I.U. International Units
K Kalium
k.A. keine Angabe
kg Kilogramm
K-Human Kotsammlung Humandiät
Kh Kohlenhydrate
KJ Kilojoule
klass. klassisch
KM Körpermasse
KT Kontrolltier
l Liter
LPS Lipopolysaccharide
m 2 Quadratmeter
max. maximal
MEP1 Multienzymprodukt 1 (Kreon®) MEP2 Multienzymprodukt 2
mEq Milliäquivalent
mg Milligramm
µg Mikrogramm
min Minute
MKS Maul- und Klauenseuche
ml Milliliter
mm Millimeter
modif. modifiziert
MW arithmetischer Mittelwert
N Stickstoff
Na Natrium
NfE Stickstoff- freie Extraktstoffe
n Anzahl
nm Nanometer
Nr. Nummer
OP Operation
oS organische Substanz p Irrtumswahrscheinlichkeit pH Potentia hydrogenii PL pankreasgangligiert
PL-0 PL-Tier ohne Enzymsupplementierung
ppr postprandial
prc. praecaecal
Ra Rohasche
rel. relativ
Rfa Rohfaser
Rfe Rohfett
Rp Rohprotein
s. siehe
s.o. siehe oben
S-Kombi Screening- Test Kombinationstestmahlzeit STABW Standardabweichung
sV scheinbare Verdaulichkeit
Abkürzungsverzeichnis
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TS Trockensubstanz
TSE Transmissible spongiforme Enzephalopathie
U Unit
U/mg Einheiten pro Milligramm U/min Umdrehungen pro Minute uS ursprüngliche Substanz V-Dauer Versuchsdauer
VDLUFA Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten
V-Kombi Vorversuch Kombinationstestmahlzeit
VQ Verdaulichkeit
VR Verschwindensrate
vs. versus
Wdf. Wiederfindung
z.B. zum Beispiel
Einleitung
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1 Einleitung
In der Therapie der exokrinen Pankreasinsuffizienz (EPI) ist die orale Substitution der fehlenden Pankreasenzyme nach wie vor das Mittel der Wahl (LAYER u. KELLER 2003).
Bisher kamen zu diesem Zweck vor allem pankreatische Produkte porcinen Ursprungs mit einem fixen Verhältnis von proteolytischer, lipolytischer und amylolytischer Aktivität zum Einsatz (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Im Hinblick auf die Fettverdauung ist bei Verwendung dieser Produkte nicht immer ein entsprechender therapeutischer Erfolg zu beobachten (DOMINGUEZ-MUNOZ et al. 2006). Dies kann verschiedene Ursachen haben: Die enthaltene Lipase zeichnet sich im Vergleich zu den anderen beiden Enzymtypen durch eine höhere Empfindlichkeit für eine Inaktivierung im sauren Milieu aus (DIMAGNO et al. 1977) und verliert - im Gegensatz zur Amylase - in Gegenwart proteolytischer Enzyme sehr schnell ihre enzymatische Aktivität (LAYER et al. 1986 a; LAYER et al. 1990 a; HOLTMANN et al.
1991; LAYER et al. 1992 a). Zudem kann das Fehlen der pankreatischen Lipase im Vergleich zur proteolytischen und amylolytischen Aktivität pankreatischen Ursprungs kaum durch extrapankreatisch sezernierte Enzyme kompensiert werden (STERNBY et al. 1986;
ABRAMS et al. 1987; LAYER u. HOLTMANN 1994). Gegenwärtige und künftige Bemühungen zielen auf einen Ersatz der Enzyme tierischen Ursprungs durch mikrobielle Enzymprodukte mit einem frei wählbaren Protease-Lipase-Amylase-Verhältnis. Die kombinierbaren mikrobiellen Monoenzyme haben zahlreiche weitere vorteilhafte Eigenschaften wie z.B. zusätzliche pH-Optima im sauren Bereich. Eine gezielte Modifikation und Weiterentwicklung der mikrobiellen Monoenzyme sowie ihre standardisierte Produktion sind möglich, weiterhin kann die Übertragung von Krankheiten ausgeschlossen werden;
WEETE 1997; DOMINGUEZ-MUNOZ 2007).
Aufgrund der Vielzahl möglicher Kombinationen (von Monoenzymprodukten und ihrer Dosierung) ist die Zahl der klinisch interessanten Ansätze entsprechend hoch. Im Hinblick auf die angesprochenen Wechselwirkungen der kombinierten Enzymtypen untereinander sowie auf die bei einer exokrinen Pankreasinsuffizienz besonderen Milieubedingungen im Gastrointestinaltrakt sollte – im Sinne der Ersparnis von Kosten und Arbeitsaufwand - eine erste In-vivo-Wirksamkeitsprüfung von in vitro vielversprechenden Produkte in einem möglichst frühen Entwicklungsstadium erfolgen. Zur In-vivo-Prüfung von Enzymprodukten
erwies sich in zahlreichen vorangegangenen Arbeiten des Projektes (TABELING 1998;
FASSMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003;
KAMMLOTT 2003; KARTHOFF 2004; BECKER 2005; ZANTZ 2006) das
„pankreasgangligierte, ileocaecal-fistulierte Miniaturschwein“ als geeignetes Modelltier für den Menschen. Im Verlauf der letzten Studien wurde dabei das Ziel verfolgt, die mit hohem Arbeits-, Kosten- und Zeitaufwand verbundenen klassischen Verdaulichkeitsuntersuchungen - die zudem eine im frühen Entwicklungsstadium nicht verfügbare Menge an Enzym erfordern - durch Schnelltests zu ersetzen, die eine erste Einschätzung der Wirksamkeit erlauben.
Die Etablierung eines Schnelltests zur In-vivo-Wirksamkeitsprüfung von Amylasen und Proteasen gelang BECKER (2005), ein entsprechendes Screening-Verfahren für Lipasen wurde von ZANTZ (2006) entwickelt. Die erarbeiteten Screening-Verfahren ermöglichen eine erste Einschätzung und Rangierung der In-vivo-Effizienz bisher ungeprüfter Enzymprodukte und die Möglichkeit einer ersten Beurteilung der Korrelation von In-vitro- und In-vivo-Testergebnissen, welche erfahrungsgemäß oftmals nicht übereinstimmen.
Die bisher entwickelten Screening-Verfahren erlaubten aufgrund ihrer spezifischen Testmahlzeiten nur die Prüfung von Monoenzymprodukten, so dass in der vorliegenden Arbeit folgende Fragen geklärt werden sollten:
• Ist es möglich, eine Testmahlzeit für die zeitgleiche Überprüfung verschiedener Enzymtypen im Procedere eines Schnelltests zu entwickeln?
• Ermöglicht das Verfahren die Beurteilung der Effektivität zweier Enzymprodukte unterschiedlichen Ursprungs (pankreatisch/mikrobiell)?
• Korrelieren die im Schnelltest ermittelten Ergebnisse mit denen aus entsprechenden klassischen Verdaulichkeitsuntersuchungen?
• Inwieweit haben die Ergebnisse aus den Untersuchungen neuer Enzymprodukte zukünftig eventuell eine Bedeutung für die Substitutionstherapie bei EPI- Patienten?
Schrifttum
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2 Schrifttum
2. 1 Vorbemerkung
Die im Rahmen der vorliegenden Dissertation durchgeführten Untersuchungen am pankreasgangligierten Miniaturschwein als Modelltier für die humane exokrine Pankreasinsuffizienz setzen eine Reihe vorangegangener Studien fort.
Während die früheren Arbeiten des Projektes die Etablierung des pankreasgangligierten Miniaturschweins als Modelltier für den an exokriner Pankreasinsuffizienz erkrankten Menschen zum Ziel hatten und sich schwerpunktmäßig mit den Auswirkungen der Pankreasgangligatur auf Nährstoffverdauung und Milieubedingungen im Magen-Darm-Trakt beschäftigten (TABELING 1998; FASSMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002;
FUENTE- DEGE 2003; KAMMLOTT 2003), behandelten die späteren Studien überwiegend methodische Fragestellungen und alternative Untersuchungsmethoden zur Beurteilung der Effizienz substituierend eingesetzter Enzyme (KARTHOFF 2004; BECKER 2005; ZANTZ 2006).
In den beiden letztgenannten Arbeiten gelang die Etablierung eines In-vivo-Schnelltests für Monoenzymprodukte. BECKER (2005) entwickelte ein Screening-Verfahren für die Beurteilung der In-vivo-Effektivität von Amylasen und Proteasen, die Etablierung eines Schnelltest-Verfahrens zur Effektivitätsbeurteilung von Lipasen gelang ZANTZ (2006).
In der Therapie spielen Multienzymprodukte nach wie vor die tragende Rolle, ein Schnelltest für derartige Produkte steht derzeit allerdings noch aus. Entsprechend hatten die eigenen Versuche die Entwicklung eines Screening-Verfahrens für - aus verschiedenen Enzymtypen zusammengesetzte- Multienzymprodukte zum Ziel. Daher wurde der Schwerpunkt in diesem Kapitel wie folgt gesetzt: Neben der therapeutischen Wirkung von Multienzymprodukten im oberen Gastrointestinaltrakt sowie nichtenzymatischen Einwirkungen auf diese Produkte wird vor allem auf mögliche Interaktionen zwischen den verschiedenen, zeitgleich eingesetzten Enzymtypen eingegangen. Besondere Beachtung wird dabei der in der Literatur (THIRUVENGADAM u. DIMAGNO 1988; LAYER et al. 1990 a) beschriebenen Inaktivierung von Lipasen durch Proteasen geschenkt. Neben Interaktionen zwischen den substitutiv eingesetzten Enzymen ist auch an Wechselwirkungen mit körpereigenen Enzymen zu denken. Zudem ist der Einfluss der Milieubedingungen im Gastrointestinaltrakt gesunder
Individuen oder bei Kranken mit exokriner Pankreasinsuffizienz auf körpereigene sowie substituierte Enzyme zu beachten.
Zunächst werden die jeweiligen Charakteristika der pankreatischen Enzyme dargestellt, dann erfolgt eine kurze Darstellung ihrer Bedeutung für die Verdauung der verschiedenen Rohnährstoffe. Weiterhin werden Sekretion und Aktivitätsverlust pankreatischer Enzyme im gesunden Individuum sowie bei Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz beschrieben.
Neben den enzymatischen Interaktionen wird auch auf physiologische sowie pathophysiologische Prozesse im praecaecalen Gastrointestinaltrakt eingegangen, um eine Bewertung der Interaktionen zwischen den Enzymtypen im Kontext zu ermöglichen. Nach Schilderung der Interaktionen körpereigener Pankreasenzyme wird auf die entsprechenden Vorgänge bei substituierten Enzymen und die daraus erwachsenden Anforderungen an solche Produkte eingegangen.
2. 2 Bedeutung der Pankreasenzyme für die Verdauung
2. 2. 1 Funktionsmechanismus von Enzymen
Die Vielzahl der im Körper ablaufenden biochemischen Reaktionen wird durch den steuernden Eingriff zahlreicher Katalysatoren ermöglicht. Ein Katalysator lenkt chemische Reaktionen oder Reaktionsfolgen in eine bestimmte Richtung ohne selbst verbraucht zu werden oder im Endprodukt zu erscheinen. Die im Organismus wirksamen
„Biokatalysatoren“ bezeichnet man als Enzyme. Die katalytische Wirkung der Enzyme beruht auf ihrer Fähigkeit, die Aktivierungsenergie der betreffenden Reaktion herabzusetzen (PENZLIN 1996). Die im Rahmen der Verdauung von Rohnährstoffen stattfindende enzymatische Spaltung von Proteinen, Fetten und Stärke ist also aus energetischer Sicht für den Organismus sehr vorteilhaft. Auf die hierfür erforderlichen Proteasen, Lipasen und Amylasen sind die folgenden Darlegungen fokussiert.
2. 2. 2 Allgemeines zu Verdauungsenzymen
Der Abbau von Rohnährstoffen in vom Körper resorbierbare Produkte und deren Resorption findet vorwiegend im Dünndarm statt, Wasser und Elektrolyte werden hingegen hauptsächlich im Dickdarm resorbiert (HICK 2000). Die Dauer der Dünndarmpassage spielt
Schrifttum
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somit eine wesentliche Rolle für den Aufschluss und die Resorption der Nährstoffe. Durch eine Feedback-Regulation werden sowohl die Magenentleerung als auch die Motorik und damit der Chymustransport im Dünndarm gesteuert. In distalen Darmbereichen vorhandene Nährstoffe verringern den Nährstofffluss in den jeweils proximalen Darmabschnitten (EHRLEIN 2000). Die Verweildauer des Chymus im Dünndarmbereich ist verhältnismäßig kurz, beim Menschen beträgt die durchschnittliche Passagegeschwindigkeit zwischen 1 und 4 cm/min (HICK 2000). Kohlenhydratreiche Nahrung wird am schnellsten, proteinreiche mit einer mittleren Passagegeschwindigkeit und fettreiche Nahrung am langsamsten transportiert (HICK 2000). Verdauungsenzyme unterschiedlichen Ursprungs (lingual, gastral, pankreatisch, duodenal) gewährleisten den für die Resorption erforderlichen Aufschluss der Makromoleküle in resorbierbare Einheiten.
Abb. 1: Schematische Darstellung der im Gastrointestinaltrakt des Schweines vorkommenden Verdauungsenzyme und Lokalisationen der Probenentnahme
Speicheldrüsen
Linguale Lipase
Α- Amylase Ptyalin
Magen
Pepsin
Gastrische Lipase
Dünndarm (Bürstensaummembran)
Carboxypeptidase, Aminopeptidase, α- Glutamyl- Transpeptidase,Dipeptidylpeptidase
Maltase, Saccharase, Laktase
Pankreas
Trypsin, Chymotrypsin, Elastase, Carboxypeptidase A + B
Pankreaslipase
α- Amylase
Ligatur des Pankreasganges
Dickdarm mikrobielle Fermentation
Entnahme von Chymusproben
Sammlung von Kotproben
Sowohl im Speichel als auch im Magensaft sind Verdauungsenzyme enthalten und auch die Bürstensaummembran des Dünndarms sezerniert proteolytische und amylolytische Enzyme.
Der überwiegende und wichtigste Teil der Verdauungsenzyme entstammt jedoch dem exokrinen Pankreas (s. Abb.).
In den folgenden Abschnitten werden daher die Wirkungsweise der pankreatischen und extrapankreatischen Enzyme sowie ihre Bedeutung für die Verdauung im gesunden Organismus dargelegt. Im Anschluss wird auf krankheitsbedingte Veränderungen bei Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz eingegangen.
2. 2. 3 Proteasen
Funktionsmechanismus
Proteasen hydrolysieren die Peptid (Amid)-Bindungen von Proteinen und Peptiden, d.h. N- haltigen Verbindungen (PSCHYREMBEL 2002). Eine Differenzierung innerhalb dieser Enzymgruppe ist zum einen hinsichtlich des Ursprungs der Protease (gastrisch, pankreatisch, intestinal, mikrobiell) und zum anderen bezüglich ihrer Funktionsweise möglich:
Endopeptidasen spalten Peptidbindungen durch Hydrolyse vor allem im mittleren Bereich der Proteinmoleküle, Exopeptidasen hydrolysieren hingegen endständige Aminosäuren der Proteinmoleküle. Spaltet eine Exopeptidase eine endständige Aminosäure mit freier Carboxylgruppe ab, so bezeichnet man sie als Carboxypeptidase. Die Bezeichnung Aminopeptidase erhält das Enzym, wenn die abgespaltene endständige Aminosäure eine freie Aminogruppe trägt (SCHARRER u. WOLFFRAM 2000).
Proteasen pankreatischen Ursprungs
• Trypsin und Chymotrypsin
Trypsin und Chymotrypsin spalten Proteine in Oligopeptide (KREUTZIG 2000). Während basische Reste von Proteinen und Polypeptiden den Angriffspunkt von Trypsin bilden, greift Chymotrypsin aromatische Reste an (HICK 2000). Beide Enzyme gehören zur Gruppe der Endopeptidasen.
Schrifttum
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• Elastase
Elastase spaltet Elastin und Kollagen (KREUTZIG 2000), Angriffspunkt sind die hydrophoben Reste von Elastin (HICK 2000). Elastase ist ebenfalls eine Endopeptidase.
• Carboxypeptidase A und B
Diese Exopeptidasen spalten C-terminale Aminosäuren der Proteine ab (SILK et al. 1985;
RINDERKNECHT 1986; KREUTZIG 2000).
Aktivierung der Zymogene/Proenzyme
Die in den Acinuszellen des Pankreas gebildeten pankreatischen Proteasen werden zum Schutz vor der Selbstverdauung des Organs in Form der enzymatisch inaktiven Zymogene/Proenzyme Trypsinogen, Chymotrypsinogen und Proelastase in das Duodenum sezerniert. Da jede der pankreatischen Proteasen substratspezifisch ist, bedarf die Proteinverdauung im Dünndarm der gemeinsamen Einwirkung der proteolytischen Enzyme.
Die zeitgleiche Aktivierung der Zymogene ist daher erforderlich (STRYER 1996) und erfolgt durch Trypsin als gemeinsamem Aktivator. Hierzu hydrolysiert das bürstensaummembranständige Enzym Enteropeptidase hochspezifisch eine einzige Lysin- Isoleucin-Peptidbindung im Trypsinogen sobald dieses ins Duodenum übertritt (LOUVARD et al. 1973; HERMON- TAYLOR et al. 1977; STRYER 1996). Das auf diese Weise aktivierte Trypsin aktiviert dann die übrigen sezernierten Zymogene (RINDERKNECHT 1986;
STRYER 1996).
Die Aktivierung von Chymotrypsin erfolgt durch Trypsin-katalysierte Spaltung der Peptidbindung eines Chymotrypsinogenmoleküls zwischen Arginin 15 und Isoleucin 16. Das gebildete π-Chymotrypsin wirkt dann hydrolytisch auf andere π-Chymotrypsinmoleküle ein.
π-Chymotrypsin besitzt maximale Enzymaktivität; die Spaltung einer einzigen spezifischen Peptidbindung reicht somit aus, um das katalytisch inaktive Chymotrypsinogen in die vollaktive Form umzuwandeln (STRYER 1996).
Bedeutung der pankreatischen Proteasen für die Proteinverdauung
Bei der Beurteilung der protease-katalysierten Proteinverdauung sind neben der aufgenommenen Proteinmenge vor allem auch Quelle bzw. Qualität des Proteins zu berücksichtigen. So differiert die praecaecale Rohproteinverdaulichkeit bei pankreasintakten Schweinen von 14% (bei Einsatz roher Kartoffeln) bis hin zu 96% (Verwendung von Fischpresssaft; DLG-Futterwerttabelle Schweine, 1991).
Im Gastrointestinaltrakt kommen neben den pankreatischen Proteasen noch zahlreiche weitere proteolytische Enzyme vor. So sezernieren die Hauptzellen des Magens Pepsinogen, die Vorstufe der Endopeptidase Pepsin deren Aktivierung im Anschluss an die Sekretion durch den niedrigen pH-Wert des Fundusdrüsensekrets (pH 1) erfolgt und der Bürstensaummembran des Dünndarms entstammen neben den Exopeptidasen Carboxypeptidase und Aminopeptidase auch α- Glutamyl-Transpeptidase, Dipeptidylpeptidase und weitere Dipeptidasen (SCHARRER u. WOLFFRAM 2000).
Die Kapazität dieser extrapankreatisch sezernierten Proteasen reicht bei Vorliegen einer EPI jedoch nicht aus, um den Mangel pankreatischer Proteasen vollständig zu kompensieren (TABELING 1998; HELDT 2001; FASSMANN 2001; MANDISCHER 2002; KAMMLOTT 2003; FUENTE-DEGE 2003): Durch die mittels Pankreasgangligatur experimentell induzierte exokrine Pankreasinsuffizienz wurde die praecaecale Rohproteinverdaulichkeit deutlich reduziert, sie variierte mit Werten zwischen 26 und 41% deutlich unter den Werten klinisch gesunder Kontrolltiere (etwa 80%). Dabei ist allerdings zu beachten, dass die mit der experimentell induzierten EPI einhergehende erheblich größere Menge anflutenden Chymus mit höheren endogenen N-Verlusten einhergeht (LOOCK in prep.). Demzufolge kommt es vermutlich zu einer Unterschätzung der scheinbaren praecaecalen Rohproteinverdaulichkeit.
Die Gesamtverdaulichkeit von Proteinen wird auch durch die im Dickdarmbereich stattfindende Absorption von Ammoniak sowie die bakterielle N-Fixation (mikrobielle Proteinsynthese) beeinflusst (TABELING 1998); den Umfang dieser Vorgänge gilt es in künftigen Studien zu quantifizieren. Das Auftreten einer Azotorrhoe im Rahmen der humanen exokrinen Pankreasinsuffizienz ist ein eher seltenes und spät im Krankheitsverlauf eintretendes Ereignis (REGAN et al. 1977; ZENTLER-MUNRO u. NORTHFIELD 1987).
Selbst bei experimentell erzeugter Abwesenheit pankreatischer Proteasen im Dünndarmlumen des Menschen wird die bereits im Magen von intragastraler proteolytischer
Schrifttum
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Aktivität eingeleitete Proteinverdauung durch Proteasen der Bürstensaummembran vollständig fortgesetzt (LAYER et al. 1990 b).
2. 2. 4 Lipasen
Funktionsmechanismus
Triacylglycerine (pflanzlicher und tierischer Herkunft) bilden den größten Anteil der Nahrungslipide; ihre Hydrolyse durch Lipasen ist der Ausgangspunkt der Fettverwertung.
Dabei entstehen durch Spaltung der Esterbindungen des Triacylglycerinmoleküls letztlich Glycerin und resorbierbare freie Fettsäuren (STRYER 1996).
Funktion der pankreatischen Triacylglycerin- Lipase
Im Unterschied zu den proteolytischen Enzymen wird die für die Spaltung von Triacylglycerinen erforderliche Pankreaslipase schon in aktiver Form sezerniert (RINDERKNECHT 1986).
Die Emulgierung der Nahrungsfette mit Hilfe von Lecithin und Gallensäuren ermöglicht der wasserlöslichen Lipase, die Fette von der wässrigen Oberfläche dieser emulgierten Fetttropfen her anzugreifen und ist somit Bedingung für die Hydrolyse (HICK 2000).
Vorraussetzung für diesen Vorgang ist die Anwesenheit der Colipase. Diese gelangt über das Pankreassekret als Pro-Lipase in den Dünndarm und wird dort durch Trypsin zu Colipase aktiviert (SCHARRER u. WOLFFRAM 2000). Ihr Vorliegen in Trypsin-aktivierter Form sowie auch das Vorhandensein hydrolysierter Produkte der Fettverdauung sind Voraussetzung für die Bildung von Lipase-Colipase-Komplexen (BORGSTROM u. ERLANSON 1973); die Colipase dient dabei der Verbindung von Lipase und Triglycerid, auch in der Gegenwart von Gallensäuren.
Die Triacylglycerin-Lipase spaltet die zwei äußeren Fettsäuren der Triglyceride hydrolytisch ab, so dass ein β-Monoglycerid und zwei freie Fettsäuren entstehen (HICK 2000). Sowohl die freien Fettsäuren als auch die β-Monoglyceride werden resorbiert, wobei die β- Monoglyceride zum Teil noch durch eine in den Zellen der Darmschleimhaut vorhandene Lipase gespalten werden (BUDDECKE 1989).
Bedeutung der pankreatischen Triacylglycerin-Lipase für die Fettverdauung
Analog zur Beurteilung der Proteinverdaulichkeit sind auch bei der Beurteilung der Beeinträchtigung der Fettverdaulichkeit Menge und Quelle bzw. Qualität des aufgenommenen Fettes zu berücksichtigen. So variiert die praecaecale Verdaulichkeit verschiedener Fette bei pankreasgesunden Schweinen von 65% (Verwendung von Rindertalg als Fettquelle) bis hin zu 100% (Einsatz von Sojaöl; DLG-Futterwerttabelle Schweine, 1991).
Neben der pankreatischen Triacylglycerin-Lipase werden beim Schwein noch eine so genannte gastrale Lipase (TIMMEN u. PRECHT 1984), beim Menschen eine gastrale und eine linguale Lipase (MOREAU et al. 1988 b; STERNBY et al. 1992; CARRIERE et al.
1993) beschrieben.
Die humane gastrale Lipase kann einen Anteil von 10 bis 25% der aufgenommenen Nahrungsfette einer Mahlzeit bereits im Magen spalten und setzt ihre Wirkung - zusammen mit der pankreatischen Lipase - im Dünndarm fort (CARRIERE et al. 1993; LENGSFELD et al. 2004). Bei EPI-Patienten mit cystischer Fibrose wurden nach Aufnahme einer Testmahlzeit höhere lipolytische Aktivitäten im Mageninhalt ermittelt als bei Personen mit intaktem exokrinen Pankreas (ROULET et al. 1980). Weitere Studien im späten Stadium einer chronischen Pankreatitis zeigten zum Teil eine drei- bis vierfach erhöhte Sekretion gastraler Lipase, bei Abwesenheit der pankreatischen Lipase wurde eine signifikante Lipolyse von Nahrungsfetten (max. 30% des von der Kontrollgruppe erreichten Wertes) ermittelt (CARRIERE et al. 2005 b). Dies erklärt, warum bei Patienten mit mehr als 10% der physiologischen Sekretion pankreatischer Lipase noch keine Symptome einer Steatorrhoe auftreten (CARRIERE et al. 2005 a). Auch im Miniaturschwein wurden trotz Abwesenheit der pankreatischen Lipase noch Rohfettverdaulichkeitswerte von bis zu 30% ermittelt (TABELING et al. 1999). Bei durch Alkoholabusus bedingten chronischen Pankreatitiden wurde eine mögliche Steigerung der Sekretion gastrischer Lipase durch Abstinenz beschrieben (GULLO et al. 1988; CARRIERE et al. 2005 b), beim Schwein lässt sich zudem durch eine Erhöhung des Fettgehaltes der Mahlzeit eine Sekretionssteigerung der gastrischen Lipase erzielen (ARMAND et al. 1992). Aus diesen Beobachtungen kann geschlossen werden, dass die verminderte Sekretion pankreatischer Lipase in frühen Stadien einer exokrinen Pankreasinsuffizienz durch die gastrale Lipase kompensiert werden kann, während dies im späteren Stadium der Krankheit nicht mehr möglich ist (CARRIERE et al. 2005 a).
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Studien an Kindern mit CF-bedingter EPI zeigten, dass hier die bisher nur beim Menschen beschriebene linguale Lipase etwa 90% der gesamten lipolytischen Aktivität im praecaecalen Gastrointestinaltrakt ausmacht (ABRAMS et al. 1986). Die Sekretion der Speicheldrüsen ist bei diesen Patienten gesteigert (FREDRIKZON u. BLACKBERG 1980), die Kapazität der lingual sezernierten lipolytischen Aktivität ist dennoch völlig unzureichend, um das Fehlen der pankreatischen Lipase zu kompensieren.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Verlust der pankreatischen Lipase durch linguale (beim Menschen) und gastrale Lipase nur partiell kompensiert werden kann (STERNBY et al.
1986; ABRAMS et al. 1987). Da in der Bürstensaummembran des Dünndarms keine triglycerid-spaltenden Enzyme vorkommen, ist die physiologische Fettverdauung somit weitestgehend vom Zusammenspiel pankreatischer Triacylglycerin-Lipase, Colipase und den Gallensäuren abhängig (LAYER u. HOLTMANN 1994). Im Unterschied zu Kohlenhydraten und Proteinen werden Fette im Dickdarm nicht verdaut und resorbiert. Die Menge des Fettes, die in den Dickdarm eintritt, wird vollständig mit den Faeces ausgeschieden (MÖSSELER et al. 2007). In vorangegangen Studien des Projektes war bei Miniaturschweinen die faecale Abgabe von Rohfett sogar größer als der ermittelte ileocaecale Rohfettfluss; ursächlich kommt hier eine mikrobielle Triglyceridsynthese im Dickdarm in Betracht (MÖSSELER et al. 2007). Die zentrale Bedeutung der pankreatischen Triacylglycerin-Lipase für die Fettverdauung spiegelt die in vorangegangenen Studien dieses Projektes ermittelte Reduktion der praecaecalen Rohfettverdaulichkeit von etwa 95,2 bzw. 98,3% bei den Kontrolltieren auf Werte von 19,4 bzw. 43% bei pankreasgangligierten Tieren wider (TABELING 1998;
KAMMLOTT 2003).
Klinisch verdeutlicht die Steatorrhoe als bereits früh im Krankheitsverlauf auftretendes Leitsymptom der exokrinen Pankreasinsuffizienz die herausragende Rolle der pankreatischen Triacylglycerin-Lipase bei der Fettverdauung.
2. 2. 5 Amylasen
N-freie Extraktstoffe
Der isolierten Betrachtung der Stärkeverdauung soll an dieser Stelle zum besseren Verständnis eine kurze Einordnung dieses Rohnährstoffs in die Gruppe der N-freien Extraktstoffe vorangestellt werden (KAMPHUES et al. 2004):
Die Gruppe der N-freien Extraktstoffe wird nach Weender-Analyse des eingesetzten Futtermittels rechnerisch mit folgender Formel ermittelt: TS – (Ra + Rfe + Rfa + Rp).
Diese Fraktion beinhaltet somit α-glykosidisch gebundene Polysaccharide (Stärke, Glykogen), lösliche Zucker (Glucose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose und Oligosaccharide) und lösliche Teile von Zellulose, Hemizellulosen, Lignin und Pektinen.
Die Bedeutung des Pankreas für die Verdauung von N-freien Extraktstoffen ist daher nur in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Rohnährstoffe näher zu bewerten. Ein direkter Einfluss der im Modelltier vorgenommenen Ligatur des Pankreasgangs auf die Rohfaserverdauung ist aufgrund des Fehlens cellulose-spaltender Enzyme im Pankreassekret nicht zu erwarten. Auch die Nutzung von Zuckern kann weiterhin ungehindert durch die nach wie vor vorhandenen oligo- und disaccharid-spaltenden Enzyme der Bürstensaummembran stattfinden (PÜSCHNER u. SIMON 1988). Wenn durch das Pankreas nicht die physiologischen Mengen amylolytischer Aktivität sezerniert werden ist also vornehmlich bezüglich der praecaecalen Stärkeverdaulichkeit mit Einbußen zu rechnen.
Funktionsmechanismus von Amylasen
Die Endoglykosidase α-Amylase spaltet Stärke an den 1, 4-α-D-Glykosidbindungen (STRYER 1996).
Bedeutung der pankreatischen Amylase für die Stärkeverdauung
Auch bei dieser Nährstoffgruppe sind für die Beurteilung von Verdaulichkeiten sowohl Herkunft als auch eingesetzte Menge des Nährstoffs zu beachten. Ebenso bedingt die mechanische und/oder thermische Bearbeitung der aufgenommenen Stärke - welche in der Regel den Hauptanteil der NfE-Fraktion bildet - Unterschiede bezüglich ihrer Verdaulichkeit.
So weist isolierte Stärke bzw. Quellstärke sowohl im enzymatischen als auch im
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fermentativen Abbau deutlich höhere Abbauraten als native Getreidestärke auf (KAMPHUES et al. 2004).
Pankreatische α-Amylase wird wie Pankreaslipase als aktives Enzym in das Darmlumen abgegeben (RINDERKNECHT 1986). Neben der pankreatischen Amylase existiert sowohl beim Menschen (LAYER 1986 b) als auch beim Schwein (LIEBICH 1999) eine chlorid- abhängige Speichelamylase. Die im Speichel enthaltene α-Glucosidase Ptyalin entspricht bezüglich ihres Funktionsmechanismus der im Pankreassaft enthaltenen α-Amylase. Sie spaltet ebenfalls Polysaccharide zunächst in höhermolekulare Polysaccharid-Bruchstücke (Dextrine) und schließlich in Oligosaccharide (4 bis 10 Glukoseeinheiten) und Disaccharide (Maltose und Isomaltose; KREUTZIG 2000). Das Enzym wird dabei durch sein Substrat, Stärke und ihre Abbauprodukte, in gewissem Umfang vor der Denaturierung durch Magensäure und Pepsin geschützt (ROSENBLUM et al. 1988). Ein Teil der Speichelamylase kann daher noch im Dünndarm aktiv sein. Der Anteil der Speichelamylase an der Gesamtamylaseaktivität im vorderen Gastrointestinaltrakt beträgt beim Menschen 11%
(FRIED et al. 1987).
Die bürstensaummembranständigen α-Glucosidasen Maltase und Saccharase sowie die β- Galaktosidase Laktase spalten Maltose, Isomaltose, Saccharose und Laktose (KREUTZIG 2000). Beim Menschen ist die Kapazität dieser Enzyme so groß, dass nicht die enzymatische Spaltung, sondern die Resorption der entstehenden Monosaccharide den limitierenden Faktor bei der Kohlenhydratverdauung darstellt (HICK 2000).
Angesichts der zahlreichen extrapankreatisch sezernierten Enzyme zur Spaltung N-freier Extraktstoffe überrascht es nicht, dass die in früheren Studien dieses Projektes am pankreasgangligierten Schwein ermittelten praecaecalen NfE-Verdaulichkeiten bei Einsatz eines üblichen Mischfutters nicht wesentlich beeinträchtigt waren. In Abhängigkeit von Herkunft und mechanischer oder thermischer Bearbeitung der aufgenommenen Stärke - die in der Regel den Hauptteil der NfE-Fraktion bildet - wurden beim Minischwein praecaecale Verdaulichkeitsraten von 86 bis 98% ermittelt (HELDT 2001; KAMMLOTT 2003;
KARTHOFF 2004). Bei isolierter Betrachtung der praecaecalen Stärkeverdaulichkeit erreichten die pankreasgangligierten Tiere mit zumeist über 60% praecaecaler Stärkeverdaulichkeit (TABELING 1998; MANDISCHER 2002; KAMMLOTT 2003) zwar nicht das Niveau der Kontrolltiere von 97% (TABELING 1998) bis hin zu annähernd 100%
(MANDISCHER 2002), aber dennoch ein sehr hohes Niveau. Im Vergleich zu VQ-Werten anderer Rohnährstoffe ist die praecaecale Stärke-VQ daher noch vergleichsweise hoch. In Gesamtverdaulichkeitsstudien wurden sowohl bei exokrin insuffizienten Tieren als auch bei klinisch gesunden Kontrolltieren NfE-Verdaulichkeiten von 98 bis 100% ermittelt (TABELING 1988; MANDISCHER 2002). Zucker und Stärke werden also selbst bei den pankreasgangligierten Tieren nicht in nennenswertem Umfang mit dem Kot ausgeschieden.
Sowohl bei der Betrachtung der praecaecalen Verdaulichkeiten wie auch bei Beurteilung der Gesamtverdaulichkeiten ist zu beachten, dass die Nährstoffgruppe der N-freien Extraktstoffe sowohl praecaecal, insbesondere aber postileal, einem erheblichen mikrobiellen Umsatz durch Fermentationsprozesse unterliegt. Kohlenhydrate, die praecaecal nicht verdaut, aber postileal fermentiert werden, liefern für den Stoffwechsel vornehmlich kurzkettige Fettsäuren deren Ausbeute an Adenosintriphosphat im Intermediärstoffwechsel theoretisch geringer ist als die von Glucose (HOFFMANN et al. 1990; BERGNER u. HOFFMANN 1996). Eine entsprechend geringere energetische Effizienz ließ sich beim Schwein in Versuchen mit intracaecal infundierten, kurzkettigen Fettsäuren jedoch nicht nachweisen. Mit der energetischen Effizienz für den Ansatz von 0,75-0,82 (ROTH et al. 1988; JORGENSEN et al.
1997) liegen diese Werte nicht unter denen für praecaecal verdaute Stärke (0,76-0,78;
SCHIEMANN et al. 1971; KIRCHGESSNER u. MÜLLER 1998; JENTSCH et al. 2000).
Aufgrund der gebildeten Fermentationswärme (7% der fermentierten Energie; BLAXTER 1962) und Verlusten in Form von Methan in derselben Größenordnung (RIJNEN 2003) ist die energetische Effizienz fermentierter Kohlenhydrate beim Schwein gegenüber dem praecaecalen Abbau also um etwa 15% geringer. Zu beachten ist, dass im gesamten Darmbereich sowohl bei an exokriner Pankreasinsuffizienz erkrankten Menschen (PONGPRASOBCHAI u. DIMAGNO 2002) als auch bei pankreasgangligierten Miniaturschweinen (HELDT 2001; FASSMANN 2001; MANDISCHER 2002) von einer verstärkten mikrobiellen Besiedlung im Sinne eines „bacterial overgrowth“ auszugehen ist.
Erwartungsgemäß lagen die im Rahmen vorangegangener Studien des Projektes im Ileumchymus ermittelten Lipopolysaccharidgehalte - ein Indikator für die Besiedlung mit gramnegativen Keimen - bei den PL- Tieren mit 202 µg/g uS deutlich über den Werten der Kontrolltiere, bei denen im ilealen Chymus mittlere LPS-Gehalte von 7,1 µg/g uS ermittelt wurden (HELDT 2001). Neben dem Abbau durch körpereigene Enzymen ist somit auch ein
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praecaecaler Abbau von Substanzen der NfE-Fraktion durch Mikroorganismen gegeben, dessen Anteil an der praecaecalen Stärkeverdauung beim pankreasgangligierten Schwein bisher allerdings nur unzureichend quantifiziert wurde (MÖSSELER et al. 2006). Auch die im Kot ermittelten Lipopolysaccharidgehalte lagen bei den PL-Tieren mit etwa 100 µg/g uS deutlich über den Werten der Kontrolltieren (17 µg/g uS; HELDT 2001). Im Bereich des Dickdarms ist die Kapazität zur NfE-Fermentation demnach entsprechend groß. In vorangegangenen Studien des Projektes wurde diese Kapazität auch dann nicht überschritten, wenn >100 g Stärke pro Tag im Dickdarm anfluteten, was anhand einer fehlenden Stärkeausscheidung im Kot der Miniaturschweine (Körpermasse ca. 40 kg) bewiesen wurde (TABELING 1998; MANDISCHER 2002). Auch in Fällen humaner exokriner Pankreasinsuffizienz wurden Stärkeverdaulichkeiten von bis zu 80% durch extrapankreatische Amylasen beschrieben (LAYER et al. 1986 b); allerdings wurde auch hier der Anteil mikrobieller Fermentationsprozesse nicht quantifiziert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Fehlen der pankreatischen Amylase weitgehend durch extrapankreatische Amylasen kompensiert werden kann. Allerdings gilt es bei der energetischen Beurteilung einer Diät, der vor allem im Dickdarmbereich hohen, mikrobiellen Umsatzrate dieser Nährstoffgruppe Rechung zu tragen. Verdaulichkeitsstudien zur Beurteilung substituierend eingesetzter Amylasen sind vor diesem Hintergrund nur unter Verwendung praecaecal gewonnener Proben sinnvoll (GREGORY et al. 2002).
2. 3 Synthese und Sekretion pankreatischer Enzyme und Einwirkungen auf die enzymatische Aktivität
2. 3. 1 Pankreasenzyme im gesunden Individuum
Synthese und Sekretion pankreatischer Enzyme
Im Rahmen einer physiologischen Sekretion produziert die gesunde Bauchspeicheldrüse des Menschen pro Tag etwa 2 l enzym- und elektrolytreiches Sekret (LÖSER u. FÖLSCH 1995).
Beim Schwein (Körpermasse: 35 kg) werden täglich etwa 3,5 bis 4 l Pankreassekret sezerniert (HEE et al. 1985), in einer anderen Studie wurden für Tiere mit einer deutlich höheren
Körpermasse (70 kg) vergleichbare tägliche Sekretionsraten von 3,8 bis 4,7 l ermittelt (MOSENTHIN u. SAUER 1993).
Dabei sezernieren die hydrokinetisch aktiven, duktalen Zellen Bikarbonat und Wasser, die Enzymproduktion findet in den ekbolisch aktiven Azinuszellen statt (CASE 1979). Der pH- Wert im Bauchspeicheldrüsensekret von Schweinen variiert um pH 8,4 (HEE et al. 1982;
GABERT et al. 1996). Chlorid und Bikarbonat bilden den Hauptanteil der Anionen des Sekretes (HICKSON 1970). Der hohe Natriumbikarbonat-Gehalt des Pankreassekretes ermöglicht die Neutralisierung/Abpufferung erheblicher Säuremengen (CORRING u.
BOURDON 1976). Neben dem Pankreassekret dienen auch Sekrete der Darmmukosa und die Gallenflüssigkeit der Neutralisation der Magensäure (AINSWORTH et al. 1997). Das Pankreas sezerniert pro Gramm Gewebe mehr Protein als jedes andere Organ (RINDERKNECHT 1986); Enzyme und Proenzyme stellen mehr als 85% des sezernierten Proteins dar (DESNULLE u. FIGARELLA 1978). Unmittelbar nach der Nahrungsaufnahme steigt die pankreatische Enzymsekretion um das sechsfache des interdigestiven Niveaus an und erreicht ihr Maximum 20 bis 60 Minuten postprandial (DIMAGNO et al. 1977; KELLER u. LAYER 2005). Daraufhin sinkt die Enzymsekretion im Vergleich zum interdigestiven Niveau auf drei- bis vierfach erhöhte Werte ab, verbleibt drei bis vier Stunden in diesem Bereich und fällt schließlich wieder auf das interdigestive Niveau (KELLER u. LAYER 2005). Im Rahmen der postprandialen Sekretionssteigerung wird in gesunden Individuen eine maximale Lipasesekretion von 3.000-6.000 IU/min und eine mittlere Sekretion von 2.000- 4.000 IU/min erreicht (DIMAGNO et al. 1977; KELLER u. LAYER 2005). In der digestiven Phase werden 200-250 mg humaner pankreatischer Lipase sezerniert, dies entspricht 1.600.000-2.000.000 U (internationale Lipase-Units) bzw. 600.000-750.000 FIP (CARRIERE et al. 2001), die spezifische Aktivität entspricht 8.000 U/mg bzw. 3.000 FIP/mg reinem Enzym.
Die Zusammensetzung der Enzymfraktion des Pankreassekretes wird zu einem erheblichen Teil durch die Zusammensetzung der aufgenommenen Nahrung bedingt. Während nach Einsatz von kohlenhydratreichen, fettarmen Rationen erhöhte Aktivitäten von Sukrase, Maltase und Amylase beobachtet wurden (FLORES et al. 1988), resultiert aus einer Erhöhung des Fettgehaltes eine Steigerung der Lipaseaktivität (MOUROT u. CORRING 1979;
CORRING 1980; HEE et al. 1988; FLORES et al. 1988; CORRING et al. 1989; OZIMEK et
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al. 1995; GABERT u. HEDEMANN 1999). Ebenso scheinen rohfaserreiche Rationen die Sekretion pankreatischer Lipase zu erhöhen, wobei zeitgleich allerdings die lipolytische Aktivität um mehr als 50% gehemmt wird (ISAKSSON et al. 1982). Auch der Proteingehalt der Ration und die Sekretion pankreatischer Proteasen korrelieren (AUMAITRE 1971).
Steuerung der Sekretion
Die Sekretion von Enzymen durch die Acinuszellen wird durch Cholecystokinin sowie durch den Parasympathicus (Transmitter: Acetylcholin) vermittelt (SCHARRER u. WOLFFRAM 2000). Die CCK- Abgabe durch endokrine Zellen des proximalen Dünndarmes in die Blutbahn wird dabei insbesondere durch Spaltprodukte der Protein- (Aminosäuren) und Fettverdauung (Fettsäuren) angeregt. In verschiedenen Studien gelang mittels intrailealer Infusion kurzkettiger Fettsäuren eine Stimulation der Pankreassekretion (SOLOMON 1994;
SILEIKIENE et al. 2005). Die Bildung des bicarbonatreichen Sekrets durch die Gangzellen wird über den cAMP- Weg durch das Peptidhormon Sekretin reguliert dessen Abgabe in die Blutbahn durch endokrine intestinale Zellen durch einen niedrigen pH- Wert des Chymus ausgelöst wird (SCHARRER u. WOLFFRAM 2000). Bei Betrachtung der exokrinen Sekretionsleistung sind individuelle Unterschiede zu beachten. Die Sekretionsleistung kann lediglich anhand der Gesamtaktivität realistisch eingeschätzt werden (MOSENTHIN u.
SAUER 1993), Unterschiede in der spezifischen Aktivität können durch Verdünnungseffekte des Sekretes bedingt sein (SAUER u. MOSENTHIN 1999).
Verlust der strukturellen Integrität und enzymatischen Aktivität der sezenierten Enzyme
Der Umfang und die Lokalisation der Nährstoffhydrolyse während des duodeno-ilealen Transits hängt von zweierlei Faktoren ab: Neben der in das Dünndarmlumen sezernierten Enzymmenge ist auch die enzymatische Aktivität entscheidend (LAYER u. HOLTMANN 1994). So bedingt die Zeitspanne, während der die enzymatische Aktivität im Darmlumen erhalten bleibt, auch den Zeitraum, der zur Substratumsetzung zur Verfügung steht.
Generell kommt es während des Dünndarmtransits des Chymus in der postprandialen Phase bei allen pankreatischen Enzymen zu einem deutlichen Aktivitätsverlust (BORGSTRÖM et al. 1957). Das Ausmaß des Aktivitätsverlustes variiert je nach Enzym (LAYER et al. 1986 a).
Von den praecaecal sezernierten enzymatischen Aktivitäten sind im Ileum lediglich 74% der Amylase-, 22% der Trypsin- und nur noch 1% der Lipaseaktivität erhalten. Trypsin und Chymotrypsin verlieren den Großteil ihrer enzymatischen Aktivität distal des mittleren Jejunums (60% der enzymatischen Aktivitäten erreichen das mittlere Jejunum, 20- 30% das terminale Ileum). Die Lipase büßt den Hauptteil ihrer Aktivität bereits in kranialen Bereichen des Dünndarms ein (nur 10% der Lipaseaktivität erreichen das mittlere Jejunum). Für diese Beobachtungen wird eine unterschiedliche Stabilität der Enzyme gegenüber inaktivierend wirkenden Mechanismen angenommen. So wird beispielsweise die Lipase im Vergleich zur Amylase und zu den Proteasen im Dünndarm schneller durch Hydrolyse inaktiviert (LAYER et al. 1986 a; LAYER et al. 1990 a). Der vergleichsweise geringe Aktivitätsverlust der pankreatischen Amylase ist durch die größere Resistenz dieses Enzyms gegenüber proteolytischer Inaktivierung bedingt (GRANGER et al. 1975). Die amylolytische Aktivität bleibt partiell selbst nach dem Transit durch das Colon gesunder Ratten und Menschen erhalten (BORGSTRÖM et al. 1959).
Auch zwischen den Einbußen enzymatischer Aktivität und Immunoreaktivität innerhalb derselben Enzymgruppe bestehen Unterschiede (LAYER et al. 1986 a). Nur 6% der kumulativen postprandialen Trypsin-Immunoreaktivität waren am Ende des Ileums nachweisbar; ihre Abnahme ist damit signifikant größer als die Abnahme der enzymatischen Aktivität. Die strukturelle Integrität des Enzyms ist für die proteolytische Aktivität demnach nicht notwendig. Von der kumulativen Lipase-Immunoreaktivität waren am Ende des Ileums 22% nachweisbar, ihr Abfall ist damit geringer als der Abfall der lipolytischen Aktivität. Der Verlust der lipolytischen Aktivität kann neben einer Hemmung oder Änderung der molekularen Konfiguration auch durch eine Aufsplittung in weiterhin immunoreaktive Teile bedingt sein.
Für den Verlust der strukturellen Integrität und enzymatischen Aktivität der Verdauungsenzyme sind sowohl nicht enzymatische Einflüsse innerhalb des Gastrointestinaltraktes als auch Interaktionen zwischen den Enzymen verantwortlich.
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Nicht-enzymatische Einflüsse
pH-Wert
Der postprandiale pH-Wert im Magen hängt neben der individuellen Säuresekretionsleistung auch von der Menge, der Verweildauer und der Pufferkapazität der aufgenommenen Nahrung ab. In Studien an Schweinen (KAMPHUES 1987) wurde bei restriktiver Fütterung im gesamten Lumen des Magens ein pH-Wert ≤3,5 ermittelt, bei einer Fütterung ad libitum variierte der pH-Wert in der kranialen Hälfte des Organs zwischen 6,67 und 7,3 während in der kaudalen Hälfte auch hier Werte ≤3,5 gemessen wurden. Bei einer ad libitum-Fütterung nach vorausgegangenem Futterentzug wurden pH-Werte ≤3,5 lediglich im kaudalen Drittel des Magens gemessen, im übrigen Lumen variierte der pH etwa zwischen 5,9 und 6,8.
Der intraduodenale pH-Wert resultiert aus der Menge der in das Duodenum übertretenden gastralen Säure, der nahrungsbedingten Volumenverdünnung, der Sekretion biliärer Säuren sowie vor allem auch aus der (Rest-) Bikarbonatsekretion des Pankreas (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Bei fortgeschrittener EPI wird eine Absenkung des duodenalen pH-Wertes beschrieben die mitverantwortlich für einen Aktivitätsverlust der pankreatischen Verdauungsenzyme ist.
Eine genauere Betrachtung dieser Problematik – insbesondere auch im Hinblick auf die substituierend eingesetzten Enzyme – erfolgt im entsprechenden Abschnitt.
Anwesenheit des entsprechenden Substrates
In-vitro ist die enzymatische Aktivität pankreatischer Enzyme auch von der Gegenwart der jeweiligen Substrate abhängig (MULLER u. GHALE 1982). Das Vorhandensein der jeweiligen Nährstoffe mindert den Aktivitätsverlust von Lipase und Amylase (HOLTMANN et al. 1997).
Auch in-vivo bleibt bei einer Infusion von Nährstoffen in das Duodenum die Integrität der enzymatischen Aktivität von Lipase und Amylase während des duodeno-ilealen Transits länger erhalten. Die schützende Wirkung von Kohlenhydraten scheint dabei größer zu sein als die von Fetten oder Proteinen (HOLTMANN et al. 1997). Bei der pankreatischen Lipase wird der sowohl in-vitro als auch in-vivo beobachtete protektive Effekt des Substrates auf eine Stabilitätserhöhung des Lipasemoleküls in Gegenwart von Triglyzeriden zurückgeführt (LAYER et al. 1990 b; KELLY et al. 1991; HOLTMANN et al. 1991).
Einfluss von Calcium
Die hydrolytische Aktivität der Triacylglycerol-Lipase lässt sich durch Calcium-Ionen stimulieren (ALVAREZ u. STELLA 1989). Aus der Bindung von Calcium-Ionen an das Enzym resultiert eine Konformationsänderung, welche die Bindung der Lipase an das Substrat erleichtert. Weiterhin wird eine Verminderung der durch Hydrolyseprodukte vermittelten Inhibition der Reaktion durch Entfernung freier Fettsäuren von der Grenzfläche diskutiert. Die sehr komplexe Aktivierung der humanen pankreatischen Lipase durch Calcium-Ionen ist unter anderem vom vorliegenden Substrat sowie der An- oder Abwesenheit von Gallensäuren abhängig (ALVAREZ u. STELLA 1989).
Enzyminteraktionen
Der Verlust der lipolytischen und amylolytischen Aktivität nach Sekretion der Enzyme in das Dünndarmlumen ist hauptsächlich durch eine proteolytische Inaktivierung bedingt (LAYER u. HOLTMANN 1994). Für die Funktion der pankreatischen Lipase ist zusätzlich die physiologische Wechselwirkung mit der Co-Lipase bedeutsam.
In-vitro-Studien zur proteolytischen Inaktivierung
Ergebnisse von in-vitro-Studien lassen darauf schließen, dass die proteolytischen Aktivitäten von Trypsin und Chymotrypsin eine Hauptursache für den Verlust der lipolytischen Aktivität sind, wobei Chymotrypsin diesbezüglich potenter zu sein scheint (THIRUVENGADAM u.
DIMAGNO 1988): Die selektive Hemmung von Trypsin durch Aprotinin - einen durch Inaktivierung von Kallikrein wirkenden Proteasenhemmer - verlangsamt den Aktivitätsverlust der pankreatischen Lipase, die Zugabe von bovinem Trypsin beschleunigt ihn. Die Hemmung von Chymotrypsin durch Puteneiweiß verhindert die Abnahme der lipolytischen Aktivität vollständig. Bovines Chymotrypsin beschleunigt den Aktivitätsverlust der Lipase stärker als Trypsin. Hemmt man Chymotrypsin, führt eine einzelne oder wiederholte Zugabe von Trypsin nicht zu einem Abfall der lipolytischen Aktivität; ohne Hemmung kommt es hingegen zu einem deutlichen Abfall. Die Hemmung von Trypsin schützt die Lipase vor einer Inaktivierung durch Chymotrypsin, die Hemmung von Chymotrypsin hat jedoch keinen Effekt auf die Aktivität von Trypsin. Während Chymotrypsin die Lipase auch bei
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Abwesenheit von Trypsin inaktiviert, erfordert die Inaktivierung durch Trypsin die Gegenwart von Chymotrypsin. Auch die Aktivitäten von porciner Lipase (BOUSSET- RISSO et al. 1985) und lingualer Lipase der Ratte (ROBERTS 1985) werden stärker durch Chymotrypsin als durch Trypsin herabgesetzt. Bezüglich proteolytischer Einwirkungen auf die Lipase und/oder Colipase ist keine differenzierte Betrachtung möglich; die gemessene lipolytische Aktivität reflektiert stets die Aktivität des Lipase-Colipase-Komplexes (BORGSTROM u. ERLANSON 1973).
In-vivo-Studien zur proteolytischen Inaktivierung
Auch In-vivo-Studien mit gesunden Menschen zeigten einen Zusammenhang zwischen dem Verlust lipolytischer Aktivität und der luminalen proteolytischen Aktivität (LAYER et al.
1990 b): Durch kombinierte Hemmung der Pankreasproteasen Trypsin und Chymotrypsin mittels Camostat (synthetischer Serin-Inhibitor) konnten die intraduodenale Lipase- und Amylaseaktivität deutlich erhöht werden. In Jejunum und Ileum waren jedoch lediglich die gemessenen Lipaseaktivitäten erhöht. Die postprandiale Anflutung von nicht absorbiertem Fett im terminalen Ileum konnte - gegenüber dem Zustand ohne Hemmung der Proteasen - um mehr als 80% gesenkt werden (LAYER et al. 1990 b; HOLTMANN et al. 1991). Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass die proteolytische Digestion der Lipase auch in-vivo eine Hauptursache für den Verlust der lipolytischen Aktivität ist.
Die bei verminderter intraluminaler Proteaseaktivität beobachtete erhöhte duodenale Lipase- und Amylaseaktivität ist nicht durch eine verlangsamte proteolytische Zerstörung, sondern durch eine Stimulation der pankreatischen Sekretion bedingt (LAYER et al. 1990 b). Als Ursache wird eine luminale, Protease-vermittelte Feedback-Regulation angenommen. Der Einsatz von Camostat hat keinerlei Einfluss auf die Cholecystokinin-Werte im Plasma, der Rückkoppelungsmechanismus scheint daher zumindest teilweise CCK-unabhängig zu sein (LAYER et al. 1990 b). Der mögliche Einfluss von Trypsin und anderen Proteasen im Dünndarmlumen auf die Pankreassekretion über einen negativen Rückkopplungsmechanismus wurde bereits in zahlreichen Studien diskutiert (SLAFF et al.
1984; OWYANG et al. 1986; DLUGOSZ et al. 1988; OLSEN et al. 1988). Eine erhöhte Trypsinaktivität wurde in einigen, aber nicht allen Studien mit einer reduzierten duodenalen Wiederfindung anderer pankreatischer Enzyme in Verbindung gebracht. Unter gemeinsamer
selektiver Hemmung der pankreatischen Proteasen durch Camostat ist sowohl in-vitro als auch in-vivo nur die Abnahme der lipolytischen, nicht aber jener der amylolytischen Aktivität verlangsamt (LAYER et al. 1990 b). Da die pankreatische Feedback-Stimulation durch Atropin, nicht aber durch Verwendung eines CCK-Rezeptorantagonisten unterdrückt werden kann (ADLER et al. 1989), ist die Beteiligung eines cholinergen Mechanismus anzunehmen.
Auch zwischen den pankreatischen Proteasen bestehen Interaktionen, die mit Aktivitätsverlusten einhergehen: Der Einsatz von Camostat unterbindet die relative Abnahme der Chymotrypsinaktivität zwischen Duodenum und Ileum; Trypsin scheint daher am luminalen Abbau von Chymotrypsin beteiligt zu sein (LAYER et al. 1990 b).
Durch die schnelle proteolytische Inaktivierung der Lipase entgeht auch unter physiologischen Bedingungen ein kleiner Teil des mit der Nahrung aufgenommenen Fettes der Hydrolyse (LAYER u. HOLTMANN 1994). Das Ausmaß dieses Anteils hängt dabei von der aufgenommenen Fettmenge und der Quelle des Fettes ab. Als pathologisch wird eine Fettexkretion von >15 g/Tag angesehen (LÖSER u. FÖLSCH 1995).
Bedeutung der Co-Lipase
Ein weiterer, die Funktion der pankreatischen Triacylglycerol-Lipase beeinflussender Faktor ist ihre Regulation durch Colipase, die wiederum mit Gallensalzen interagiert (JENSEN et al.
1997). Eine hohe Korrelation zwischen der Sekretion von Lipase und Colipase ist dabei Voraussetzung und im Regelfall auch gegeben. Dennoch kann ein Ungleichgewicht in der Stimulation der Sekretion auftreten (OUAGUED et al. 1980). Mehr noch als vom Fettgehalt der Nahrung wird die Sekretion der pankreatischen Colipase vom Proteingehalt stimuliert. Ein Fehlen von Colipase kann zur Malabsorption führen, da die Hydrolyse der Fette durch die Pankreaslipase allein nicht möglich ist (BAUER et al. 2005).
2. 3. 2 Exokrine Pankreasinsuffizienz und pankreatische Enzyme
Synthese und Sekretion pankreatischer Enzyme
Ein progressiver Abfall der sezernierten Enzymmenge mit daraus resultierender zunehmender Malabsorption ist ein charakteristisches Merkmal der chronischen Pankreatitis (LAYER u.
HOLTMANN 1994). Dabei nimmt im Verlauf der Krankheit die Sekretion der Pankreaslipase
Schrifttum
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früher und schneller ab als die Sekretion pankreatogener Amylase und Proteasen (DIMAGNO et al. 1975; DIMAGNO et al. 1993).
Eine Steatorrhoe bzw. Azotorrhoe tritt klinisch erst in Erscheinung, wenn die pankreatische Lipase- bzw. Trypsinsekretion unter 10% der physiologischen Sekretion absinkt (DIMAGNO et al. 1973). Dennoch liegt keine „physiologische Hypersekretion“ des exokrinen Pankreas vor. In-vivo zeigte sich bei Hemmung der humanen pankreatischen Lipase (bei zeitgleicher vollständiger Hemmung der gastrischen Lipase mit dem Lipasehemmer Orlistat) eine exakte Korrelation zwischen den duodenal gemessenen lipolytischen Aktivitäten und der jeweiligen Fettexkretion (CARRIERE et al. 2001). In einer Studie mit pankreasgangligierten Miniaturschweinen mussten bei Fütterung einer Fettdiät (75 g Fett/Mahlzeit; 150 g Fett/Tag) fast 100% der physiologisch sezernierten Menge pankreatischer Lipase zugeführt werden, um eine Normalisierung der Fettverdauung zu erreichen (GREGORY et al. 2002). Etwa 1.000.000 FIP/Mahlzeit mussten oral appliziert werden, um die Rohfett- Gesamtverdaulichkeit (31,5%) der PL-Tiere den Werten der Kontrolltiere (95,5%) anzunähern. Bei Schweinen mit einer Körpermasse von 17 bis 25 kg ist von einer Lipase- Sekretionsrate von etwa 650.000 U in 12 Stunden auszugehen (BOTERMANS et al. 2000).
Mit etwa 200 mg sezernierter pankreatischer Lipase entsprechen die Werte der Tiere denen des Menschen (BOROVICKA et al. 1997; SCHWIZER et al. 1997; CARRIERE et al. 2000).
Eine ähnliche Größenordnung bezüglich der erforderlichen Menge pankreatischer Lipase wurde auch bei Hunden mit experimentell induzierter exokriner Pankreasinsuffizienz ermittelt (SUZUKI et al. 1997). Die Normalisierung der Proteinverdauung erforderte in den Studien an pankreasgangligierten Miniaturschweinen eine Applikation von 40.000 FIP Protease/Mahlzeit (Proteingehalt: 40 g/Mahlzeit). Dies zeigt, dass auch pankreatische Proteasen im Rahmen der physiologischen Sekretion nicht im Überschuss produziert werden (TABELING et al. 1999).
Im frühen, noch kompensierten Stadium der chronischen Pankreatitis (verminderte Lipasesekretion, aber physiologische fäkale Fettgehalte) kommt es zu einer Verschiebung der maximalen Nährstoffverdauung vom Duodenum in mehr distal gelegene Abschnitte des Dünndarms (LAYER et al. 1992 a). Die Anflutung entsprechend größerer Mengen unverdauter Nährstoffe im distalen Ileum führt zu einer gestörten Regulation motorischer und sekretorischer Funktionen (READ et al. 1984; SPILLER et al. 1984; LAYER et al. 1990 c;
JAIN et al. 1991; LAYER et al. 1993). Eine Fokussierung auf diesen Aspekt erfolgt im nächsten Abschnitt.
Pathophysiologische Veränderungen im präcaecalen Teil des Gastrointestinaltrakts bei Erkrankung an exokriner Pankreasinsuffizienz
Veränderungen des luminalen pH-Wertes
Die bei schwerer EPI auftretende Malabsorption ist neben einem Mangel an pankreatischen Enzymen auch durch eine eingeschränkte Aktivität der verbliebenen Restaktivität bzw. der möglichen kompensatorisch wirksamen Enzyme anderer Organsysteme (Magen, Darm) aufgrund von pH-Veränderungen bedingt (DUTTA et al. 1979; LAYER u. HOLTMANN 1994):
Verminderung der pankreatogenen Bikarbonatsekretion und Erhöhung der Magensäureproduktion
Die humane exokrine Pankreasinsuffizienz geht mit einer Verminderung der pankreatogenen Bikarbonatsekretion einher (LAYER u. HOLTMANN 1994). Das pankreatogen sezernierte Bikarbonat bewirkt eine Neutralisation der ins Duodenallumen übertretenden Magensäure und ist so für den Schutz der pankreatischen Enzyme vor saurer Degeneration verantwortlich.
Bei Vorliegen einer schweren Insuffizienz kann die Bikarbonatsekretion so niedrig sein, dass der intraduodenale pH-Wert, insbesondere in der späten postprandialen Phase, unter pH 4 fällt (DIMAGNO et al. 1977).
Eine zusätzliche Absenkung des duodenalen pH-Wertes wird durch eine Hypersekretion von Magensäure bewirkt (COX u. ISENBERG 1978; SAUNDERS et al. 1978), die bei etwa einem Drittel der EPI-Patienten auftritt (GULLO et al. 1983) und zu einer schnelleren und stärkeren Durchsäuerung des Mageninhalts führt. Eine mit humaner EPI einhergehende vermehrte gastrale Säureproduktion kommt möglicherweise auch bei Schweinen vor (RADUN et al. 1997). Mechanismen, die hierzu führen, sind bislang ungeklärt (BOVO et al.
1994). Es wird diskutiert, ob eine fehlende Inhibition der Magensäureproduktion durch unvollständige Hydrolyse der Triacylglycerole - und daher erhöhter Konzentration von Mono-
