Bibliografische Informationen der Deutschen Bibliothek

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4 Bibliografische Informationen der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. 1. Auflage by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen Printed in Germany ISBN Verlag: DVG Service GmbH Friedrichstraße Gießen 0641/

5 Tierärztliche Hochschule Hannover Effekte einer galenischen Modifikation eines porzinen Pankreatinproduktes auf die Wirksamkeit Studien an pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschweinen INAUGURAL DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae - ( Dr. med. vet. ) vorgelegt von Nina Jo Britta Stefaniak geb. Schüler Münster Hannover 2015

6 Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. Josef Kamphues Institut für Tierernährung 1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Josef Kamphues 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Manfred Kietzmann Tag der mündlichen Prüfung:

7 Meinen Eltern - insbesondere meiner Mutter - und Daniel

8 Teile dieser Dissertation wurden bereits auf folgenden Tagungen vorgestellt: 16th Conference of the European Society of Veterinary and Comparative Nutrition Bydgoszcz, Polen, SCHÜLER N., A. MÖSSELER, S. KOLLECK, P. C. GREGORY, J. KAMPHUES Kinetic of the triglyceride concentration in serum after feeding a standard test diet - a useful measure to evaluate the efficacy of substituted lipases in pigs with pancreatic duct ligation? Proc. 16 th ESVCN Conference, S. 98 (ISBN: ) 67. Jahrestagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie Göttingen, SCHÜLER N., A. MÖSSELER, S. KOLLECK, P. C. GREGORY, J. KAMPHUES Is the serum triglyceride concentration, after intake of a diet rich in fat, a suitable parameter for testing the efficacy of lipase supplementation in pancreatic duct ligated minipigs used as a model for human exocrine pancreatic insufficiency? Proc. Nutr. Physiol. (2013), Band 22, S. 41 (ISBN: )

9 V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Schrifttum Das Pankreas Das exokrine Pankreas Das endokrine Pankreas Exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) Definition Ätiologie Krankheitsbild Diagnostik Therapie Anforderungen an die Galenik von Enzymzubereitungen Einfluss der Nahrungsaufnahme auf den ph-wert im Chymus Einfluss der Nahrungsaufnahme auf die gastro-intestinale Motorik Verdauungsenzyme für eine Enzymsubstitution Enzympräparate Galenische Konfektionierung Einsatz in der Praxis Eigene Untersuchungen Material und Methoden Versuchsziel Einordnung in den Gesamtkontext der Arbeiten am pankreasgangligierten Miniaturschwein Versuchstiere Implantation eines Venenverweilkatheters in die V. jugularis externa Haltung der Versuchstiere Fütterung und Versuchsfutter Enzymprodukte Versuchsplan Probengewinnung und Probensammlung Bearbeitung und Aufbereitung der Proben Analytik der Proben Berechnungsmethoden Statistische Methoden Ergebnisse... 92

10 VI Übersicht Versuch 1 (klassischer Verdaulichkeitsversuch) Versuch 2.1 (Screening-Versuch) Versuch 2.2 (Messung von TGL-Gehalten im Serum) Diskussion Kritik der Methoden Eingesetzte Versuchstiere Methodik der Sammlung und Bearbeitung der Proben Vergleichende Bewertung der beiden porzinen Multienzymprodukte Einfluss der galenischen Modifikation auf die Wirksamkeit (Klassischer Verdaulichkeitsversuch) Einfluss der Zusammensetzung der Versuchsdiät auf die Bewertung der Enzym-Wirksamkeit (Screening-Test) Die TGL-Gehalte im Serum Ein Indikator für die Wirksamkeit substituierter Verdauungsenzyme? Bewertung der verschiedenen indirekten Testverfahren zur Bestimmung der Fettverdaulichkeit Schlussfolgerungen Zusammenfassung Summary Literaturverzeichnis Tabellenanhang Versuchsfutter und Enzymaktivitäten Versuchstiere Versuch 1: Untersuchungen zu praecaecalen Verdaulichkeiten Versuch 1: Untersuchungen zu Verdaulichkeiten über den gesamten Verdauungstrakt Versuch 2.1: Screening-Versuch Versuch 2.2: Messung von TGL-Gehalten im Serum

11 VII Abbildungsverzeichnis Abbildung 2-1: Abbildung 2-2: Abbildung 2-3: Abbildung 2-4: Abbildung 3-1: Abbildung 3-2: Abbildung 3-3: Abbildung 3-4: Abbildung 3-5: Abbildung 3-6: Abbildung 3-7: Abbildung 3-8: Abbildung 3-9: Schematische Darstellung der Regulationsvorgänge des exokrinen Pankreas (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005; MÖSSNER u. KEIM 2011)... 5 Ursachen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz beim Menschen und beim Hund (DURIE 1997; WIBERG 2004; KELLER u. LAYER 2005; FIEKER et al. 2011; MÖSSNER u. KEIM 2011; LÖHR et al. 2013)... 8 Relative Aktivitäten der pankreatischen Enzyme [%] im Verlauf der Dünndarmpassage, von oral (links) nach aboral (rechts); (LAYER et al. 1986) Periprandial variierende ph-werte im Magen-Darm-Trakt (bei gesunden Menschen und bei EPI-Patienten) Topographie der Gefäße und Muskeln am Hals eines Schweines (Ventralansicht), nach KARTHOFF (2004) Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Bestimmung der Nährstoff-Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt sowie im praecaecalen Bereich Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Bestimmung der praecaecalen Verschwindensrate im Screening-Test Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Entnahme von Blutproben (12 Blutentnahmen in 12 Stunden) Darstellung der verwendeten Trapezregel für i Messzeitpunkte Scheinbare praecaecale TS-Verdaulichkeit [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) in drei Dosierungen bei Einsatz der Humandiät Scheinbare praecaecale Rfe-Verdaulichkeit [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Scheinbare praecaecale Rp-Verdaulichkeit [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Praecaecale Stärke-Verdaulichkeit [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät... 99

12 VIII Abbildung 3-10: Scheinbare TS-Verdaulichkeit [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Abbildung 3-11: Scheinbare Rfe-Verdaulichkeit [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Abbildung 3-12: Scheinbare Rp-Verdaulichkeit [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) und mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Abbildung 3-13: Postprandiale Triglyzerid-Konzentrationen im Serum [mmol/l] der PL-Tiere nach Enzymsubstitution von MEP1 und MEP2 und der KT bei Einsatz der Humandiät Abbildung 3-14: Postprandiale Triglyzerid-Konzentrationen im Serum [mmol/l] der PL-Tiere nach Enzymsubstitution von MEP1 und MEP2 und der KT bei Einsatz der Kombidiät Abbildung 3-15: Postprandiale Triglyzerid-Konzentrationen im Serum [mmol/l] der PL-Tiere nach Enzymsubstitution von MEP1 und MEP2 und der KT bei Einsatz der Lipasediät Abbildung 4-1: Abbildung 4-2: Abbildung 4-3: Abbildung 4-4: Abbildung 4-5: Abbildung 4-6: Abbildung 4-7: Einfluss des zeitlichen Abstandes vom OP-Zeitpunkt zum Versuchsbeginn auf die sb. prc. Rohfett-Verdaulichkeit bei PL-0-Tieren (Versuch 1) Dosis-Wirkungs-Beziehung, dargestellt anhand der praecaecalen svq von Rohfett nach Einsatz von MEP1; MEP2 und der Humandiät Dosis-Wirkungs-Beziehung, dargestellt anhand der praecaecalen svq von Rohprotein nach Einsatz von MEP1; MEP2 und der Humandiät Dosis-Wirkungs-Beziehung, dargestellt anhand der praecaecalen VQ von Stärke nach Einsatz von MEP1; MEP2 und der Humandiät Dosis-Wirkungs-Beziehung, dargestellt anhand der svq von Rohfett über den gesamten Verdauungstrakt nach Einsatz von MEP1; MEP2 und der Humandiät TGL-Konzentrationen im porzinen Plasma vor und nach fraktionierter intragastraler Gabe von Intralipid und Olivenöl [g Fett/kg KM]; Abbildungen aus OLSEN et al. (2002) modifiziert Serum TGL-Konzentrationen von 18 normolipämischen Menschen nach Einnahme einer Testmahlzeit (100 g Glukose + 40 g Fett ( ), oder 40 g Fett ); Abbildung aus COHEN u. BERGER (1990)

13 IX Tabellenverzeichnis Tabelle 2-1: Tabelle 2-2: Dosierungsempfehlungen für Pankreatinprodukte zur Anwendung bei Erwachsenen Dosierungsempfehlungen für Pankreatinprodukte zur Anwendung bei Säuglingen und Kindern Tabelle 3-1: Daten der in den Versuchen eingesetzten Miniaturschweine Tabelle 3-2: Tabelle 3-3: Botanische Zusammensetzung des Alleinfutters für Schweine [g/kg us], laut Deklaration des Herstellers Chemische Zusammensetzung des Alleinfutters für Schweine (Analysedaten [g/kg TS]) Tabelle 3-4: Verteilung der Partikelgrößen im Alleinfutter für Schweine Tabelle 3-5: Botanische Zusammensetzung der Futtermischung für die Humandiät (1. Charge) aus Versuch 1, laut Deklaration des Herstellers Tabelle 3-6: Chemische Zusammensetzung [g/kg TS] der Humandiät (1. Charge) aus Versuch 1, sowie absolute Mengen [g/tier] je Mahlzeit und Tag Tabelle 3-7: Tabelle 3-8: Tabelle 3-9: Tabelle 3-10: Tabelle 3-11: Tabelle 3-12: Tabelle 3-13: Tabelle 3-14: Chemische Zusammensetzung der Versuchsdiäten [g/kg TS] und absolute Nährstoffmengen pro Mahlzeit [g/tier] Spezifische Enzymaktivitäten [I.E./g] (Lipase, Protease, Amylase) der eingesetzten Multienzymprodukte Scheinbare praecaecale TS-VQ [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Scheinbare praecaecale Rfe-VQ [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Scheinbare praecaecale Rp-VQ [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Praecaecale Stärke-VQ [%] bei Kontrolltieren (KT) sowie PL- Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1;MEP2) bei Einsatz der Humandiät Scheinbare TS-VQ [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Scheinbare Rfe-VQ [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1/MEP2) bei Einsatz der Humandiät

14 X Tabelle 3-15: Tabelle 3-16: Tabelle 3-17: Tabelle 3-18: Scheinbare Rp-VQ [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren (KT) sowie PL-Tieren ohne (PL-0) bzw. mit Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät Verdaulichkeit (praecaecal sowie über den gesamten Verdauungstrakt) [%] bei pankreasgangligierten Schweinen ohne (PL-0) bzw. nach Substitution von Multienzympräparaten (MEP1; MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung [k I.E.] im Vergleich zu gesunden Kontrolltieren (KT) bei Einsatz der Humandiät (Scheinbare) praecaecale Verschwindensraten (MW ± STABW [%]) bei gesunden Kontrolltieren (KT) und pankreasgangligierten Tieren ohne Enzymsubstitution (PL-0) nach Einsatz unterschiedlicher Versuchsdiäten (Human-, Kombi-, Lipasediät) (Scheinbare) praecaecale Verschwindensraten (MW ± STABW [%]) bei pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Humandiät Tabelle 3-19: Relative (scheinbare) praecaecale Verschwindensraten [%] bei pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Humandiät Tabelle 3-20: (Scheinbare) praecaecale Verschwindensraten (MW ± STABW [%]) bei pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Kombidiät Tabelle 3-21: (Scheinbare) relative praecaecale Verschwindensraten [%] bei pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Kombidiät Tabelle 3-22: Tabelle 3-23: Scheinbare praecaecale Verschwindensraten (MW ± STABW [%]) bei pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Lipasediät Mittlere scheinbare relative praecaecale Verschwindensraten [%] bei Kontrolltieren und pankreasgangligierten Tieren (PL) in Abhängigkeit des Enzymproduktes und der Dosierung nach Einsatz der Lipasediät Tabelle 3-24: Maximale Triglyzeridkonzentration (MW) im Serum (TGL max ), Gesamtfläche unter der Kurve (AUC) und basalwertbereinigte AUC (AUC korr. ) bei KT und PL-Tieren nach Enzymsubstitution und Einsatz der Humandiät Tabelle 3-25: Maximale Triglyzeridkonzentration (MW) im Serum (TGL max ), Gesamtfläche unter der Kurve (AUC) und basalwertbereinigte AUC (AUC korr. ) bei KT und PL-Tieren nach Enzymsubstitution und Einsatz der Kombidiät

15 XI Tabelle 3-26: Maximale Triglyzeridkonzentration (MW) im Serum (TGL max ), Gesamtfläche unter der Kurve (AUC) und basalwertbereinigte AUC (AUC korr. ) bei KT und PL-Tieren nach Enzymsubstitution und Einsatz der Lipasediät Tabelle 4-1: Tabelle 4-2: Tabelle 4-3: Tabelle 4-4: Eingesetzte PL-Tiere in Versuch 2.1 zur Testung der Multienzymprodukte MEP1 und MEP2 in den verschiedenen Dosierunge bei Fütterung der Humandiät Eingesetzte PL-Tiere in Versuch 2.1 zur Testung der Multienzymprodukte MEP1 und MEP2 in den verschiedenen Dosierunge bei Fütterung der Kombidiät Eingesetzte PL-Tiere in Versuch 2.1 zur Testung der Multienzymprodukte MEP1 und MEP2 in den verschiedenen Dosierungen bei Fütterung der Lipasediät Eingesetzte Enzymdosierungen in Versuch 1, umgerechnet in Enzymaktivität pro Gramm Substrat in der Mahlzeit Tabelle 4-5: Errechnete Dosis-Wirkungs-Koeffizienten (y n+1 -y n /x n+1 -x n ) von MEP1 und MEP2 in Bezug auf die (scheinbare) praecaecale Rohfett-, Rohprotein- und Stärke-Verdaulichkeit Tabelle 4-6: Tabelle 4-7: Scheinbare prc. Rfe-Verdaulichkeit/Verschwindensrate bei PL-Tieren nach Einsatz von Multienzymprodukten in unterschiedlichen Dosierungen aus vorangegangenen Arbeiten dieses Projektes (MW ± STABW) Praecaecale Stärke-Verdaulichkeit [%] bei Kontrolltieren und PL-0-Tieren im Vergleich mit Ergebnissen aus vorherigen Studien des Projektes nach Einsatz der Humandiät im klassischen Vedaulichkeitsversuch Tabelle 4-8: Errechnete Dosis-Wirkungs-Koeffizienten (y n+1 -y n /x n+1 -x n ) von MEP1 und MEP2 in Bezug auf die scheinbare Rohfett- Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt Tabelle 4-9: Errechnete Fettausscheidung der PL-Tiere mit dem Kot nach Aufnahme von 147 g Fett pro Tag (absolut und relativ zur Aufnahmemenge) Tabelle 4-10: Nährstoff-Brennwerte [kj/g] und [kcal/g], aus LÜCKERATH u. MÜLLER (2011) Tabelle 4-11: Tabelle 4-12: Verdaute Nährstoffmengen (absolut) [g] # bei den PL-Tieren und die daraus resultierende verdauliche Energie (DE) [kj] der Humandiät bei Einsatz der porzinen Multienzympräparate MEP1 und MEP Beispielhafte Kalkulation der von einem gesunden Menschen und einem EPI-Patienten benötigten Nährstoffmengen auf Grundlage der Ergebnisse der Kontrolltiere und PL-Tiere - bei Einsatz der porzinen Multienzympräparate MEP1 u. MEP2 in drei Dosierungen bzw. ohne Enzymsubstitution

16 XII Tabelle 4-13: Tabelle 4-14: Tabelle 4-15: Tabelle 4-16: Tabelle 4-17: Tabelle 4-18: Vergleich der Ergebnisse (MW ± STABW) der prc. Rfe- Verdaulichkeit der PL-Tiere nach Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) bei Einsatz der Humandiät mit (svq, Versuch 1) und ohne vorheriger Anfütterungsphase (svr, Versuch 2.1) Vergleich der scheinbaren prc. Verschwindensraten von Rohfett (MW ± STABW) nach Verwendung verschiedener Versuchsdiäten bei Einsatz des MEP2 in möglichst ähnlicher Dosierung Vergleich der scheinbaren prc. Verschwindensraten von Rohprotein (MW ± STABW) nach Verwendung verschiedener Versuchsdiäten bei Einsatz des MEP2 in möglichst ähnlicher Dosierung Vergleich der prc. Verschwindensraten von Stärke (MW ± STABW) nach Verwendung verschiedener Versuchsdiäten bei Einsatz des MEP2 in möglichst ähnlicher Dosierung Vergleich der (scheinbaren) prc. Verschwindensraten von Rohfett, Rohprotein und Stärke (MW ± STABW) bei den PL- 0-Tieren nach Verwendung verschiedener Versuchsdiäten Verwendete Fettquellen sowie Rohfettmengen in den Versuchsdiäten (Angaben pro Mahlzeit) Tabelle 4-19: Vergleich der bei Kontrolltieren und PL-Tieren nach 4 Stunden ppr. gemessenen TGL-Konzentrationen im Serum ([mmol/l], MW ± STABW) nach Fütterung der Human-, Kombi- und Lipasediät Tabelle 4-20: Tabelle 8-1: Tabelle 8-2: Tabelle 8-3: Tabelle 8-4: Tabelle 8-5: Tabelle 8-6: Vergleich der Parameter TGL max, AUC und AUC korr. anhand von MEP2 in den jeweils getesteten Dosierungen nach Verwendung der drei Versuchsdiäten Verwendete Proteinquellen sowie Rohproteinmengen in den Versuchsdiäten (Mengenangaben pro Mahlzeit) Verwendete Stärkequellen sowie Stärkemengen in den Versuchsdiäten (Mengenangaben pro Mahlzeit) In Versuch 2 eingesetzte Enzymdosierungen [I.E. Lipase/g Fett in der Mahlzeit], umgerechnet in I.E. Lipase pro Gramm Fett in der Mahlzeit In Versuch 2 eingesetzte Enzymdosierungen [I.E. Protease/g Fett in der Mahlzeit], umgerechnet in I.E. Protease pro Gramm Protein in der Mahlzeit In Versuch 2 eingesetzte Enzymdosierungen [I.E. Amylase], umgerechnet in I.E. Amylase pro Gramm Stärke in der Mahlzeit Eingesetzte Versuchstiere (PL) in Versuch 1 nach Fütterung der Humandiät für die Testung der jeweiligen Dosierungen (KT: 114, 141, 142, 147, 151)

17 XIII Tabelle 8-7: Tabelle 8-8: Tabelle 8-9: Tabelle 8-10: Tabelle 8-11: Tabelle 8-12: Tabelle 8-13: Tabelle 8-14: Tabelle 8-15: Tabelle 8-16: Tabelle 8-17: Tabelle 8-18: Tabelle 8-19: Tabelle 8-20: Tabelle 8-21: Tabelle 8-22: Eingesetzte Versuchstiere (PL) in Versuch 2.2 nach Fütterung der Humandiät für die Testung der jeweiligen Dosierungen (KT: 114, 145, 151) Eingesetzte Versuchstiere (PL) in Versuch 2.2 nach Fütterung der Kombidiät für die Testung der jeweiligen Dosierungen (KT: 114, 145, 151) Eingesetzte Versuchstiere (PL) in Versuch 2.2 nach Fütterung der Lipasediät für die Testung der jeweiligen Dosierungen (KT: 114, 151) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei Kontrolltieren Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren OHNE Enzymsubstitution (PL-0) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der Kontrolltiere Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere OHNE Enzymsubstitution (PL-0) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E

18 XIV Tabelle 8-23: Tabelle 8-24: Tabelle 8-25: Tabelle 8-26: Tabelle 8-27: Tabelle 8-28: Tabelle 8-29: Tabelle 8-30: Tabelle 8-31: Tabelle 8-32: Tabelle 8-33: Tabelle 8-34: Tabelle 8-35: Tabelle 8-36: Tabelle 8-37: Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den Kontrolltieren Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren OHNE Enzymsubstitution (PL-0) Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Praecaecale TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der Kontrolltiere Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere OHNE Enzymsubstitution (PL-0) Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E

19 XV Tabelle 8-38: Tabelle 8-39: Tabelle 8-40: Tabelle 8-41: Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Kotmengen (us [g], TS [g]) sowie Nährstoff- und Chromoxid- Gehalte [g/kg TS] im Kot der PL-Tiere nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Tabelle 8-42: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei Kontrolltieren Tabelle 8-43: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei PL-Tieren OHNE Enzymsubstitution [PL-0) Tabelle 8-44: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Tabelle 8-45: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Tabelle 8-46: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Tabelle 8-47: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Tabelle 8-48: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E Tabelle 8-49: TS- und Nährstoffverdaulichkeiten sowie Chromoxid-Wdf. [%] über den gesamten Verdauungstrakt bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E Tabelle 8-50: Tabelle 8-51: Tabelle 8-52: Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei Kontrolltieren nach Einsatz der Humandiät Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g],ts [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät)

20 XVI Tabelle 8-53: Tabelle 8-54: Tabelle 8-55: Tabelle 8-56: Tabelle 8-57: Tabelle 8-58: Tabelle 8-59: Tabelle 8-60: Tabelle 8-61: Tabelle 8-62: Tabelle 8-63: Tabelle 8-64: Tabelle 8-65: Tabelle 8-66: Tabelle 8-67: Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von Kontrolltieren im Kollektionsintervall (0-8h ppr.*) nach Einsatz der Humandiät Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den Kontrolltieren nach Einsatz der Humandiät Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Humandiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei Kontrolltieren nach Einsatz der Kombidiät Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von Kontrolltieren nach Einsatz der Kombidiät Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Kombidiät)

21 XVII Tabelle 8-68: Tabelle 8-69: Tabelle 8-70: Tabelle 8-71: Tabelle 8-72: Tabelle 8-73: Tabelle 8-74: Tabelle 8-75: Tabelle 8-76: Tabelle 8-77: Tabelle 8-78: Tabelle 8-79: Tabelle 8-80: Tabelle 8-81: Tabelle 8-82: Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Nährstoff- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den Kontrolltieren nach Einsatz der Kombidiät Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Kombidiät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei Kontrolltieren nach Einsatz der Lipasediät Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung 500 I.E. (Lipasediät) Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät)

22 XVIII Tabelle 8-83: Tabelle 8-84: Tabelle 8-85: Tabelle 8-86: Tabelle 8-87: Tabelle 8-88: Tabelle 8-89: Tabelle 8-90: Tabelle 8-91: Tabelle 8-92: Tabelle 8-93: Tabelle 8-94: Tabelle 8-95: Tabelle 8-96: Tabelle 8-97: Chymusmengen am terminalen Ileum (us [g], TS [g] und TS- Gehalt [%]) bei PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von Kontrolltieren nach Einsatz der Lipasediät Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung 500 I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung 500 I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Rohfett- sowie Chromoxid-Gehalte [g/kg TS] im Chymus von PL-Tieren nach Einsatz von MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den Kontrolltieren nach Einsatz der Lipasediät Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung 500 I.E. (Lipasediät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Praecaecale TS- und Nährstoff-Verschwindensraten sowie Chromoxid-Wdf. [%] bei den PL-Tieren nach Einsatz von MEP1 und MEP2 in der Dosierung I.E. (Lipasediät) Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der Kontrolltiere bei Einsatz der Humandiät Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der PL- Tiere mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Humandiät Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der Triglyzeridkonzentration im Serum bei Kontrolltieren bei Einsatz der Humandiät

23 XIX Tabelle 8-98: Tabelle 8-99: Tabelle 8-100: Tabelle 8-101: Tabelle 8-102: Tabelle 8-103: Tabelle 8-104: Tabelle 8-105: Tabelle 8-106: Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der TGL-Konzentration im Serum bei PL-Tieren mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Humandiät Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der Kontrolltiere bei Einsatz der Kombidiät Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der PL- Tiere mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Kombidiät Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der Triglyzeridkonzentration im Serum bei Kontrolltieren bei Einsatz der Kombidiät Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der TGL-Konzentration im Serum bei PL-Tieren mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Kombidiät Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der Kontrolltiere bei Einsatz der Lipasediät Postprandiale TGL-Konzentration im Serum [mmol/l] der PL- Tiere mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Lipasediät Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der Triglyzeridkonzentration im Serum bei Kontrolltieren bei Einsatz der Lipasediät Gesamtfläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC) aus der TGL-Konzentration im Serum bei PL-Tieren mit Enzymsupplementierung (MEP1, MEP2) in Abhängigkeit der Dosierung bei Einsatz der Lipasediät

24 XX Übersichtenverzeichnis Übersicht 2-1: Die drei häufigsten Ursachen einer EPI beim Menschen... 9 Übersicht 2-2: Charakterisierung der pankreatischen Azinusatrophie des Hundes Übersicht 2-3: Direkte Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik Übersicht 2-4: Indirekte Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik Übersicht 2-5: Nutritive Einflussfaktoren auf die Magenentleerung Übersicht 2-6: Übersicht 3-1: Übersicht 3-2: Übersicht 3-3: Übersicht 3-4: Übersicht 3-5: Übersicht 3-6: Übersicht 3-7: Übersicht 3-8: Mittlere Verweildauer verschiedener Speisen im Magen, nach Donath u. Schüler (1972) Beschreibung der durchgeführten Versuche (Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt (Versuch 1) versus Screening-Test (Versuch 2.1 und 2.2)) sowie der eingesetzten Enzymdosierungen und Versuchsdiäten In den Versuchen angewandte Enzymdosierungen und deren verwendete Abkürzungen Durchgeführte Versuche zur vergleichenden Überprüfung der Wirksamkeit zweier Multienzympräparate (MEP1 und MEP2) Rangierung der verschiedenen Behandlungsgruppen bezüglich der erzielten praecaecalen Verdaulichkeiten [%] bei Einsatz der Humandiät Rangierung der verschiedenen Behandlungsgruppen bezüglich der erzielten Verdaulichkeit der Nährstoffe [%] bei Einsatz der Humandiät Rangierung der Ergebnisse der PL-Tiere nach Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) und der Kontrolltiere bezüglich der erzielten praecaecalen Verschwindensrate [%] bei Einsatz der Humandiät Rangierung der Ergebnisse der PL-Tiere nach Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) und der Kontrolltiere bezüglich der erzielten praecaecalen Verschwindensrate [%] bei Einsatz der Kombidiät Rangierung der Ergebnisse der PL-Tiere nach Enzymsubstitution (MEP1; MEP2) und der Kontrolltiere bezüglich der erzielten praecaecalen Verschwindensrate [%] bei Einsatz der Lipasediät

25 XXI Abkürzungsverzeichnis & und ungefähr gleich entspricht per definitionem gleich Eingetragenes Warenzeichen Ɣ Gamma φ (Nahrungsmittel-) Anteil 13 C-TGAT Atemtest mit 13 C markierten Triglyzeriden A. Arteria ACP Alkoholische Chronische Pankreatitis AOCS American Oil Chemists Society AUC Area Under the Curve AUC korr. b BSE ca. CCK CP Cr 2 O 3 d DE DGE d.h. epft EPI ERCP et al. ffs Basalwert-bereinigte Area Under the Curve Basalwert Bovine Spongiforme Enzephalopathie circa Cholecystokinin Chronische Pankreatitis Chromoxid Durchmesser Verdauliche Energie Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.v. das heißt endoskopischer Pankreasfunktionstest Exokrine Pankreasinsuffizienz Endoskopische Retrograde Cholangio-Pankreatikographie et alii Freie Fettsäuren g Mittlere Erdbeschleunigung (Mitteleuropa: 9,81 m/s 2 ) GE Bruttoenergie ge glutensensitive Enteropathie gm gesunder Mann Ges. Gesamt ggf. gegebenenfalls GIT Gastrointestinaltrakt HD Humandiät

26 XXII Hrsg. Herausgeber i Anzahl der Messzeitpunkte I.E. Internationale Einheiten k Konzentration k.a. keine Angabe Kap. Kapitel k.c. Kein Chymusabsatz KD Kombidiät KH Kohlenhydrate KM Körpermasse KT (K-Tiere) Kontroll-Tiere LCT Langkettige Triglyzeride LD Lipasediät M. Musculus MB-Test Malabsorptions-Blut-Test MC Morbus Crohn MCT Mittelkettige Triglyzeride MEP Multienzymprodukt MIN Mathematisches Minimum MKS Maul- und Klauenseuche Mm. Musculi MW Arithmetischer Mittelwert n Anzahl NBT-PABA N-Benzoyl-L-Tyrosyl-Paraaminobenzoesäure Nr. Nummer OCTT Oro-Caecale Transitzeit os organische Substanz OTTT Oraler Triglyzerid Toleranz Test p Irrtumswahrscheinlichkeit PAA Pankreatische Azinusatrophie PAL Physical Activity Level (körperliches Aktivitätsniveau) PL+E Pankreasgangligierte Tiere mit Enzymsubstitution PL-Tiere Pankreasgangligierte Tiere ppr. postprandial prc. praecaecal rer raues Endoplasmatisches Retikulum Rfa Rohfaser rgl rekombinierte Gastrische Lipase

27 XXIII rhbssl rekombinierte humane Gallensalz-stimulierte Lipase Rp Rohprotein sb. scheinbar s.o. siehe oben STABW Standardabweichung svq scheinbare Verdaulichkeit TGL Triglyzeride t M TM t n TS U Zeit bis zur Markeranflutung an der Umleitungsfistel Amtlich nicht registrierte Warenmarke Messzeitpunkte Trockensubstanz Units u. und u.a. unter anderem us ursprüngliche Substanz V. Vena v.a. vor allem VDLUFA Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungsund Forschungsanstalten Vit. Vitamin VQ Verdaulichkeit Wdf. Wiederfindung z.b. zum Beispiel SI-Einheiten bzw. abgeleitete SI-Einheiten und entsprechende Abkürzungen für Zehnerpotenzen sowie chemische Elemente und Summenformeln sind im Abkürzungsverzeichnis nicht aufgeführt.

28

29 Einleitung 1 1 Einleitung Eine exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI), die beim Erwachsenen meist als Folge einer akuten bzw. chronischen Pankreatitis und bei Kindern im Zusammenhang mit einer Mukoviszidose entsteht (DURIE 1997), geht mit einem Mangel an pankreatischen Verdauungsenzymen einher, so dass Maldigestion und Malabsorption der aufgenommenen Nahrung die Folge sind (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Zur Therapie einer EPI ist derzeit weiterhin die orale Substitution mit porzinen Pankreatinpräparaten das Mittel der Wahl (LAYER u. KELLER 2003). In zahlreichen vorangegangenen Studien am Modelltier pankreasgangligiertes Miniaturschwein wurde beobachtet, dass die Enzymergänzung die Verdaulichkeit der Nährstoffe bei Vorliegen einer EPI deutlich verbessert, das Niveau der Kontrolltiere, vor allem bezüglich der Fettverdaulichkeit, jedoch nicht erreicht werden konnte (TABELING 1998; FASSMANN 2001; HELDT 2001; FUENTE-DEGE 2003; KAMM- LOTT 2003; KARTHOFF 2004; KALLA 2009; KOCH 2011; SCHWARZMAIER 2012). Auch beim Menschen bleibt in einigen Fällen ein zufriedenstellender Behandlungserfolg der Enzymsubstitution aus, wofür diverse Ursachen diskutiert werden. Eine höhere Wirksamkeit von Enzymprodukten (z.b. durch spezielle coatings ) erlaubt eine Reduktion der Enzymdosis und würde gleichzeitig eine Kostenersparnis für den Patienten bedeuten. Bei vielen Pharmaka fördern spezielle galenische Formulierungen die Bioverfügbarkeit und somit die Wirksamkeit oral eingenommener Arzneimittel (RISOVIC et al. 2004; WASAN 2006; SACHS-BARRABLE et al. 2007; SACHS-BARRABLE et al. 2008). Vor diesem Hintergrund sollte der Frage nachgegangen werden, ob derartige Hilfsstoffe bzw. Zubereitungen ebenfalls die Wirkung bzw. Bioverfügbarkeit von Enzympräparaten positiv beeinflussen können, wie zum Beispiel durch einen besonderen Schutz der Enzyme vor dem niedrigen ph-wert im Magenchymus und eine gezielte Freisetzung der Verdauungsenzyme im proximalen Duodenum (sofortige

30 2 Bioverfügbarkeit) 1. Beide Mechanismen könnten die Nährstoffverdaulichkeit verbessern. Vor diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Arbeit folgende Hypothesen geprüft: Hypothese 1: Eine spezielle Modifikation der galenischen Zubereitung eines porzinen Multienzympräparates führt zu einer höheren Wirksamkeit des Produktes - unabhängig von der Futterzusammensetzung. Hypothese 2: Die postprandiale Triglyzerid-Bestimmung im Serum erlaubt eine Einschätzung der Lipase-Wirkung und kann damit als Alternative zu Verdaulichkeitsstudien genutzt werden, um die Wirkung lipolytischer Enzyme anhand der Spaltung und Resorption von Nahrungsfetten nach entsprechender Nahrungsaufnahme zu überprüfen. Um die genannten Hypothesen zu untersuchen, wurden zwei Versuchsansätze verfolgt, nämlich zum einen die Durchführung von Verdaulichkeitsstudien im klassischen Verfahren und im Screening-Testverfahren unter Einsatz zweier galenisch unterschiedlicher porziner Multienzymprodukte bei Variation von Dosierung und Versuchsdiät und - unter vergleichbaren Versuchsbedingungen - zum anderen die Bestimmung der postprandialen Triglyzerid-Konzentrationen im Serum. 1 Dr. P.C. Gregory ( ), persönliche Mitteilung; Abbott Laboratories GmbH, Hannover

31 Schrifttum 3 2 Schrifttum 2.1 Das Pankreas Das exokrine Pankreas Struktur und Aufgaben des exokrinen Pankreas Der exokrine Teil der Drüse macht etwa 80-85% des Gesamtorganes aus (KUMAR et al. 2010) und sondert ein Gemisch von Bikarbonat (HCO - 3 ) und verschiedenen Verdauungsenzymen, auch Pankreassaft genannt, in das Duodenum ab. Beim Menschen werden ca. 1,5 l/tag, beim Schwein 1-2 l/tag und beim Pferd l/tag sezerniert (MURER u. BERGER 2005; SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). Der mittlere ph-wert im Pankreassekret des Menschen variiert zwischen 8,0 und 8,3 (LEHNERT u. RIEPL 1994). Beim Schwein ist der gemittelte ph-wert geringfügig höher (ph 8,4); (HEE et al. 1982; GABERT et al. 1996). Die Hauptfunktion des exokrinen Pankreas besteht in der Bildung und Abgabe von Verdauungsenzymen, um die Verdauung bzw. Spaltung von Nahrungsbestandteilen (Fette, Kohlenhydrate, Proteine) im Duodenum zu gewährleisten (TAN 2011). Die Sekrete des exokrinen Pankreas und deren Sekretion In den Azini des Pankreas synthetisieren das raue Endoplasmatische Retikulum (rer) und der Golgi-Apparat diverse Bestandteile des Pankreassaftes (u.a. Ribonukleasen, Chymotrypsinogen, Trypsinogen, Phospholipasen, Amylasen, Carboxypeptidasen). Das Sekret der Azinuszellen macht lediglich einen geringen Anteil am Gesamtvolumen des Pankreassaftes aus (MURER u. BERGER 2005), wobei es neben Verdauungsenzymen auch Chlorid- und Wasserstoff-Ionen enthält (MURER u. BERGER 2005; HEGYI et al. 2011). Die Bestandteile werden nach Konzentrierung und Speicherung in den apikalen Zymogengranula mittels Exozytose an das Schaltstück (Ductus intercalatus) des Ausführungsgangsystems abgegeben (LIEBICH 2004). Die Epithelzellen der Schaltstücke sezernieren eine bikarbonathaltige Lösung, nachdem diese durch einen sauren ph-wert im Lumen der Azinuszellen (sezernieren H + -Ionen) stimuliert wurden (HEGYI et al. 2011). Der Typus der

32 4 azidophilen Rezeptoren in den Schaltstücken, der für diesen Sekretionsmechanismus verantwortlich ist, ist allerdings noch nicht eindeutig bekannt (HEGYI et al. 2011). Die sezernierte bikarbonathaltige Lösung ist von großer Bedeutung, denn sie dient zur Ausschwemmung der Verdauungsenzyme in das Duodenum und zur Abpufferung des sauren ph-wertes des Chymus im Übergang vom Magen zum Duodenum, der durch den Transit der im Magen angesäuerten Ingesta in das Duodenum entsteht. Diese Neutralisierung ist zur Aktivierung bzw. zum Erreichen des Wirkoptimums der Enzyme notwendig (TAN 2011). Die wahrscheinlich größte Bedeutung hat die Bikarbonatsekretion allerdings für die Neutralisierung des sauren Sekretes, das von den Azinuszellen des exokrinen Pankreas produziert wird (FREEDMAN et al. 2001; HEGYI et al. 2011). Eine unzureichende Bikarbonatsekretion der Ductus-Zellen bzw. Schaltstücke kann zum Beispiel zur Absenkung des intraluminalen ph-wertes im Pankreasgang und zur Verlangsamung der Enzymausschwemmung führen (HEGYI et al. 2011). Infolgedessen werden die Verdauungsenzyme bereits im Pankreasgang kaskadenartig aktiviert und beschleunigen somit die Entwicklung einer Entzündungsreaktion (Pankreatitis); (HEGYI et al. 2011). Folglich dient die intraduktale Bikarbonatsekretion unter anderem als Schutz vor einer Selbstaktivierung der pankreatischen Proenzyme. Die Sekretion des Pankreassekretes ist bei Menschen und Schweinen auch im nüchternen Zustand geringfügig vorhanden, steigt aber nach der Nahrungsaufnahme stark an (HEE et al. 1988; HEE et al b; KELLER u. LAYER 2005). Verdauungsenzyme im Pankreassekret Der Pankreassaft enthält sowohl Enzyme (aktive Form) als auch Proenzyme (Zymogene; inaktive Form). Nukleolytische, amylolytische und lipolytische (mit Ausnahme der Phospholipase A) Enzyme werden bereits in ihrer aktiven Form in das Lumen des Dünndarms sezerniert. Die Phospholipase A und die proteolytischen Enzyme (z.b. Trypsinogen) werden hingegen inaktiv abgegeben und müssen daher im Darmlumen wiederum enzymatisch aktiviert werden (MURER u. BERGER 2005; TAN 2011). Dieses geschieht durch die Aktivierung von Trypsinogen zu Trypsin mit-

33 Schrifttum 5 tels der duodenalen Enteropeptidase (Enterokinase). Trypsin aktiviert anschließend alle weiteren Zymogene des Pankreas, siehe Abbildung 2-1 (BERG et al. 2003). Regulation der pankreatischen Enzymsekretion Die Regulation der Pankreassekretion erfolgt sowohl direkt über Hormone, wie Sekretin und Cholecystokinin (CCK), als auch indirekt über Spaltprodukte der Nahrung, die wiederum in endokrinen Zellen des Darmes die Sekretion von CCK bzw. Sekretin auslösen (Abbildung 2-1). Auch die Enzymzusammensetzung des Pankreassaftes ist abhängig von der Nahrungszusammensetzung (CORRING 1980; HOLTMANN et al. 1997), siehe Kapitel 2.3. Abbildung 2-1: Schematische Darstellung der Regulationsvorgänge des exokrinen Pankreas (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005; MÖSSNER u. KEIM 2011)

34 Das endokrine Pankreas Der endokrine Teil des Pankreas macht nur etwa zwei Prozent der Masse des gesamten Pankreasgewebes aus (LIEBICH 2004; TAN 2011). Er besteht aus vielen kleinen Teilorganen, den Langerhans`schen Inseln (Insulae pancreaticae). In den Inseln werden Hormone (Insulin, Glukagon, Somatostatin) gebildet, die der Regulation des Blutzuckerspiegels dienen. Es existieren fünf unterschiedliche endokrine Zelltypen (A (α)-zellen, B (β)-zellen, C-Zellen, D (δ)-zellen, F-Zellen). Die Sekretion der endokrinen Zellen erfolgt nicht über die Ausführungsgänge des Pankreas in den Darm, sondern exozytotisch über das rer und den Golgi-Apparat direkt in das Blut - über dichte, fenestrierte Kapillarnetze, welche die endokrinen Zellen des Pankreas unmittelbar umgeben (LIEBICH 2004). 2.2 Exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) Definition Eine exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) wird definiert als unzureichende Funktion des exokrinen Anteils des Pankreas (REUTER 2004) bzw. ungenügende Aktivität der pankreatischen Enzyme im Duodenum (KELLER u. LAYER 2005; LÖHR et al. 2013). Die Erkrankung entsteht beim erwachsenen Menschen häufig als Folge der Zerstörung des Pankreasparenchmys durch eine akute oder chronische Pankreatitis (MAYERLE u. LERCH 2001). Bei Kindern tritt eine EPI oftmals in Folge einer Mukoviszidose (Cystische Fibrose / CF) auf (DURIE 1997). Die EPI zeigt sich klinisch durch Maldigestion bzw. Malabsorption von Nährstoffen und die damit verbundenen Symptome, wie zum Beispiel Diarrhoe, Steatorrhoe, Kreatorrhoe, Meteorismus, Flatulenz, erhöhte Stuhlabsatzfrequenz, Gewichtsverlust und Mangel an fettlöslichen Vitaminen (A, D, E, K); (SAFDI et al. 2006; FRIESS u. MICHALSKI 2009). In der Veterinärmedizin sind Hunde von Erkrankungen des exokrinen Pankreas am häufigsten betroffen (ROSSOW 1995).

35 Schrifttum Ätiologie Das Pankreas sezerniert täglich um ein Vielfaches mehr Proenzyme und Enzyme als für den Abbau der Nahrungsbestandteile im Duodenum notwendig wäre (DIMAGNO et al. 1973; LAYER et al b; LÖSER u. FÖLSCH 1995). Aufgrund dieser Reservekapazität des Pankreas treten erst nach Funktionsverlust von über 90% des Pankreasgewebes die Symptome einer EPI (z.b. Steatorrhoe, Kreatorrhoe) klinisch in Erscheinung (DIMAGNO et al. 1973; SAUNDERS u. WORMSLEY 1975; REGAN et al. 1977). CARRIÈRE et al. (2005) stellen diese Aussage allerdings in Frage, unter anderem mit der Begründung, dass in der damaligen Studie von DIMAGNO et al. (1973) die Existenz und Wirksamkeit der humanen gastrischen Lipase nicht beachtet wurden. Diese kann nämlich, nach Untersuchungen von CARRIÈRE et al. (2005 b), bei schwerer chronischer Pankreatitis noch 30% der Triglyzeride in einer Diät lipolytisch spalten, d.h. die gastrische Lipase kann den Ausfall der pankreatischen Lipase teilweise kompensieren (KRISHNAMURTY et al. 2009). Es wurde zudem gezeigt, dass bei Patienten mit schwerer chronischer Pankreatitis die sezernierte Aktivität der gastrischen Lipase drei bis viermal höher war als bei Kontrollpatienten (CARRIÈRE et al b). Auch bei Patienten mit CF wurden größere Mengen der gastrischen Lipase festgestellt (HAMOSH 1990; FIEKER et al. 2011). Die linguale Lipase spielt hingegen bei der Kompensation der fehlenden pankreatischen Lipase keine Rolle (MOREAU et al. 1988). Eine primäre EPI wird durch die Zerstörung von Gewebe des exokrinen Pankreas ausgelöst. Es gibt vielfältigste Ursachen für die Entwicklung einer exokrinen Pankreasinsuffizienz. Die häufigste Ursache einer primären EPI bei erwachsenen Menschen ist die akute bzw. chronische Pankreatitis (SAFDI et al. 2006), bei Kindern hingegen (über 90% aller Fälle) ist es die Mukoviszidose (DURIE 1997; MÖSSNER u. KEIM 2011). Die drei genannten Ätiologien einer EPI beim Menschen sind in Übersicht 2-1 näher beschrieben. Eine sekundäre EPI entsteht hingegen meist durch anatomische Veränderungen; bei dieser Form ist die Produktion der pankreatischen Enzyme nicht gestört, aber die Enzyme können nicht angemessen auf die Nahrungsbestandteile im Chymus einwirken (z.b. nach operativen Eingriffen); (LÖHR et al. 2013), da beispielsweise der Abfluss in das Duodenum nicht ge-

36 8 währleistet ist, was zunächst zu einer Pankreatitis und in der Folge zu einer EPI führen kann. In Abbildung 2-2 sind die häufigsten Erkrankungsursachen der EPI bei Menschen und bei Hunden dargestellt. Unabhängig von der Ursache einer EPI besteht die symptomatische Therapie der Erkrankung aus einer Enzymsubstitution. Das therapeutische Vorgehen zur Behandlung einer EPI wird in Kapitel erläutert. Abbildung 2-2: Ursachen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz beim Menschen und beim Hund (DURIE 1997; WIBERG 2004; KELLER u. LAYER 2005; FIEKER et al. 2011; MÖSSNER u. KEIM 2011; LÖHR et al. 2013)

37 Schrifttum 9 Übersicht 2-1: Die drei häufigsten Ursachen einer EPI beim Menschen Akute Pankreatitis Chronische Pankreatitis Mukoviszidose (CF) Definition Entzündung mit reversibler Verletzung des parenchymalen Pankreasgewebes bzw. der Azinuszellen Autodigestion durch pankreatische Enzyme (akute Entzündung) [1] 70-80% d. Fälle durch Alkoholabusus [14] [15] u. Gallensteinerkrankungen [16] Erkrankungen d. Gallentraktes [14] [15] Obstruktionen d. Pankreasgangsystems Traumata des Pankreas Infektionen (z.b. Mumps) [6] Akute abdominale Schmerzen, assoziiert mit Schmerzen in Rücken u. linker Schulter, Fieber [1] Kann in chronische Form übergehen [6] [11] Entzündung mit irreversibler Zerstörung u. Sklerosierung d. Pankreasdrüsengewebes Verlust der exokrinen u. endokrinen Funktion [2] [3] [6] Ätiologie Alkoholismus ( ACP ) häufigste Ursache (70-90% d. Fälle) progressiver Verlauf [15] [17] [18] Idiopathisch Pancreas divisum Punktmutationen des Trypsinogen-Gens Veränderungen des Pankreasgangsystems Primärer Hyperparathyreodismus [2] [3] 30-35%: Veränderungen des CFTR-Gens [7] Klinik Wiederkehrende/persistierende abdominale Schmerzen und Rückenschmerzen (gürtelförmig) [6] [17] Gewichtsverlust Dysfunktion / Funktionsverlust des endokrinen (Diabetes mellitus) bzw. exokrinen Pankreas (Maldigestion) [7] [12] [17] Abnormales Eindicken von Sekreten exokriner Drüsen durch autosomal-rezessive Erbkrankheit [4] [5] Entzündung und Autodigestion des exokrinen Pankreasgewebes Mutationen d. CFTR-Gens (codiert für Cl - Kanal an der Epithelzellmembran) [8] [9] Unterschiedliche Krankheitsverläufe durch verschiedene Mutationen des CFTR-Gens [5] [10] Häufigste Mutation ist ΔF508 [4] [10] Chronisch-rezidivierende bronchopulmonale Infekte EPI Sterblichkeitsrate in West- Europa ca. 5% [13] Mittlere Lebenserwartung 36,9 Jahre [5] Literatur: [1] WERNER et al. (2010) [2] LANKISCH u. LAYER (2000) [3] MÖSSNER u. KEIM (2011) [4] VOTER u. REN (2008) [5] PLETZ et al. (2010) [6] KUMAR et al. (2010) [7] ROSENDAHL et al. (2008) [8] WIDDICOMBE et al. (1985) [9] BOECK et al. (2011) [10] RIORDAN (2008) [11] ROSSOW (1995) [12] KRISHNAMURTY et al. (2009) [13] MEHTA et al. (2010) [14] LANKISCH et al. (2002) [15] DUFOUR u. ADAMSON (2003) [16] MAYERLE et al. (2004 b) [17] MAYERLE et al. (2004) [18] GULLO et al. (1988)

38 10 Die exokrine Pankreasinsuffizienz ist in der Veterinärmedizin vor allem bei Hunden beschrieben, seltener bei Katzen. Katzen entwickeln eine EPI meist als Folge einer chronischen Pankreatitis (SHERIDAN 1975; RUTZ et al. 2000). Beim Hund sind die möglichen pathologischen Veränderungen, die zur Symptomatik einer EPI führen, eine pankreatische Azinusatrophie (PAA), Pankreaskarzinome und chronische Pankreatitis (WIBERG 2004; ROTH 2010), siehe Abbildung 2-2. Insbesondere bei genetisch disponierten Hunderassen ist die PAA (PAA: siehe Übersicht 2-2) eine der häufigsten Ursachen für das Auftreten einer exokrinen Pankreasinsuffizienz (WIBERG 2004). Auch in der Humanmedizin wird das Auftreten einer PAA - im Zusammenhang mit dem Sjögren- und dem Shwachman-Bodian-Diamond-Syndrom (WIBERG 2004) - beschrieben. Übersicht 2-2: Charakterisierung der pankreatischen Azinusatrophie des Hundes Definition Ätiologie Klinik Literatur: Pankreatische Azinusatrophie (PAA) Progressive Zerstörung der enzymproduzierenden Azinuszellen des Pankreas durch autosomal rezessive Erbkrankheit, mehrere Gene betroffen [1] [2] Insuffiziente Produktion der Verdauungsenzyme [3] Autoimmune lymphozytäre Pankreatitis Nachweisbare Häufung bei Deutschen Schäferhunden, bei rauhaarigen Collies, Eurasier-Hunden [1] [4] [5] Funktionsverlust des exokrinen Pankreas Maldigestions-Symptome: Diarrhoe, Steatorrhoe, Polyphagie (im Alter von 1-5 Jahren) [3] Struppiges, trockenes Haarkleid [6] [1] MOELLER et al. (2002) [2] WESTERMARCK et al. (2010) [3] WIBERG (2004) [4] WIBERG et al ) [5] PROSCHOWSKY u. FREDHOLM (2007) [6] STEINER (2012) Krankheitsbild Der Funktionsverlust des Pankreasgewebes bewirkt eine unzureichende Sekretion aller pankreatischen Verdauungsenzyme (Lipase, Amylase, Protease); (SAUN- DERS u. WORMSLEY 1975; LANKISCH u. LAYER 2000; SULEIMAN et al. 2012). Der Mangel an pankreatischen Enzymen führt zu Maldigestion und somit zur Mal-

39 Schrifttum 11 absorption von Nährstoffen, wodurch es zu Gewichtsverlusten des Patienten kommt (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Zunächst ist, aufgrund der besonderen Sensitivität der Lipase gegenüber niedrigen ph Werten, durch eine eventuelle Inaktivierung durch Proteasen (SAFDI et al. 2006; SULEIMAN et al. 2012) und die fehlenden kompensatorischen extrapankreatischen Lipase-Kapazitäten die Fettverdauung gestört, wodurch vermehrt Fett mit dem Kot ausgeschieden wird (Steatorrhoe). Einbußen bezüglich der Protein- und Kohlenhydratverdauung sind, aufgrund der geringeren ph-sensitivität (siehe Abbildung 2-3, Kapitel 2.3) und der Kompensationsmöglichkeiten extrapankreatischer Proteasen und Amylasen bzw. durch bakterielle Umsetzungen, meist nicht sofort klinisch erkennbar. Klinische Anzeichen einer ungenügenden Protein- und Kohlenhydratverdauung sind Kreatorrhoe, Diarrhoe und Meteorismus (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Der Ausfall der pankreatischen Protease wird jedoch nur teilweise durch die enteralen Proteasen kompensiert (CARRIÈRE et al b). Die Funktion der pankreatischen Amylase kann hingegen zum Teil durch die Speichelamylase übernommen werden (CARRIÈRE et al b). Zwar kann die Abwesenheit der pankreatischen Enzyme, wie bereits beschrieben, teilweise durch extrapankreatische körpereigene Enzyme und auch durch eine bakterielle Fermentation (v.a. im Dickdarm) kompensiert werden, aber eine Normalisierung der Nährstoffverdaulichkeit wird - insbesondere in Bezug auf die Fettverdauung - nicht erreicht (TABELING 1998; KELLER u. LAYER 2005; SULEIMAN et al. 2012). Klinisch bewirkt eine Enzymsubstitutionstherapie in den meisten Fällen einer EPI eine deutliche Verbesserung der Symptome (Stuhlqualität); (FIEKER et al. 2011). Es ist aber sinnvoll bei der Enzymsubstitution nicht nur Lipasen zu ergänzen, sondern Multienzympräparate (MEP) zu verwenden, so dass auch fehlende Amylasen und Proteasen ergänzt werden (KELLER u. LAYER 2005). Das Fehlen pankreatischer Lipasen steht dennoch diagnostisch und therapeutisch weiterhin im Fokus der EPI, da für den betroffenen Patienten durch einen fettigen, voluminösen, übelriechenden Stuhl unangenehme Folgen entstehen und die Aufnahme lipidlöslicher Vitamine (A, D, E, K) und Lipoproteine aus der Nahrung bei Bestehen einer EPI gestört sind (MONTALTO et al. 1994; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Die Nahrungs-

40 12 fette sind vor allem für unterernährte Patienten (z.b. Kinder mit Mukoviszidose) von Bedeutung, da sie ein wichtiger Energieträger sind. Auch eine verringerte intestinale Resorption von Zink wird im Zusammenhang mit einer EPI-Erkrankung beobachtet (BOOSALIS et al. 1983; DUTTA et al. 1998). Eine Enzymsubstitutionstherapie sollte jedoch nicht ausschließlich aufgrund klinischer, augenscheinlicher Symptome begonnen werden, da ansonsten durch Maskierung anderer Ursachen ein ungenügender Therapie-Erfolg die Folge sein kann (LÖHR et al. 2013). Die Sekretion von Pankreassaft und somit auch von Bikarbonat in das Duodenum ist bei Vorherrschen einer EPI ebenfalls ungenügend bis nicht vorhanden, wodurch der ph-wert der Ingesta im Duodenum unzureichend alkalisiert bzw. die im Magen sezernierte Säure nicht neutralisiert wird und somit der ph-wert des Chymus im proximalen Dünndarm geringer ist (ph 3-5) als unter physiologischen Bedingungen (ROBINSON et al. 1990; GUARNER et al. 1993), so dass die Wirksamkeit der pankreatischen Enzyme beeinträchtigt ist (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Zum Beispiel wird bei einem intraduodenalen ph-wert < 4 insbesondere die pankreatische Lipase geschädigt, da diese besonders ph-sensitiv ist (DIMAGNO et al. 1977; DOMÍNGU- EZ-MUNOZ 2011). Zudem werden die Gallensäuren bei niedrigen ph-werten denaturiert, so dass die Absorption von Lipiden aufgrund mangelnder Aktivität der Gallensäuren zusätzlich beeinträchtigt wird (LAYER u. KELLER 2003; FIEKER et al. 2011). Es besteht eine positive Korrelation zwischen mittlerem ph-wert im Duodenalchymus und der Steatorrhoe eines Patienten bzw. der Wirksamkeit einer Enzymsupplementationstherapie (GRAHAM 1977). Informationen zu den variierenden ph-werten während der Magen-Darm-Passage der Ingesta finden sich in Kapitel Etwa 40% der EPI-Patienten leiden unter einem bacterial-overgrowth im Dünndarm (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011), der durch die pathologische Veränderung der Oro-Caecalen Transitzeit (OCTT) der Ingesta (beschleunigte Transitzeit des Chymus durch den Magen und Dünndarm) und die erhöhte Nährstoffdichte im praecaecalen Bereich entsteht (LONG u. WEISS 1974; REGAN et al. 1979; LAYER et al. 1997; BRUNO et al. 1998). Weiterführende Erläuterungen zu Einflussfaktoren der

41 Schrifttum 13 Magen-Darm-Passage-Zeiten befinden sich in Kapitel Einen weiteren Einflussfaktor auf die Entwicklung eines bacterial-overgrowth stellt die fehlende antimikrobielle Wirkung des, im Vergleich mit einem gesunden Menschen, azideren Pankreassekretes dar (es konnten hierzu in der Literatur keine Zahlenwerte gefunden werden, aber durch H + -Sekretion der Azinuszellen bestehen im Ductus pancreaticus Werte von ph 6,8-7,4 - ohne Neutralisation des Sekretes durch die Ductus- Zellen - (HEGYI et al. 2011)), siehe auch Kapitel (DUTTA et al. 1979; ROBIN- SON et al. 1990). Die maximale antimikrobielle Wirksamkeit des Pankreassaftes wird bei ph 8,5 erreicht (PIEDRA u. STUDZINSKI 1999) Diagnostik Klinische Symptome wie Gewichtsverlust, Steatorrhoe, Meteorismus, Diarrhoe, Mangel an fettlöslichen Vitaminen (A, D, E, K) und abdomineller Schmerz können erste Hinweise für eine Erkrankung des exokrinen Pankreas sein (FRIESS u. MI- CHALSKI 2009; FIEKER et al. 2011), aber zur Absicherung der Diagnose werden in der Praxis verschiedene Funktionstests genutzt. Man unterscheidet direkte von indirekten Funktionstests (LANKISCH 1982; FRIESS u. MICHALSKI 2009; SULEIMAN et al. 2012). Direkte (invasive) Tests, siehe Übersicht 2-3, messen direkt die Pankreassekretion (Bikarbonat und pankreatische Enzyme) im zuvor entnommenen Pankreassaft (LANKISCH u. SCHMIDT 1999). Sie sind hochspezifisch und sensitiv (DIMAGNO u. DIMAGNO 2003). Diese Tests sind daher besonders für die Früherkennung einer EPI bzw. für die Diagnose einer milden oder moderaten Ausprägung der Erkrankung geeignet. Allerdings sind diese Formen der Erkrankung klinisch kaum relevant. Aufgrund des hohen personellen und materiellen Aufwandes sind sie zudem meist spezialisierten Kliniken vorbehalten (FIEKER et al. 2011). Ein weiterer, bedeutender Nachteil direkter Tests ist, dass sie durch ihre invasive Vorgehensweise mit Unannehmlichkeiten für den Patienten verbunden sind und somit in den meisten Fällen nicht die erste Methode der Wahl darstellen (FRIESS u. MICHALSKI 2009). Im Folgenden soll lediglich auf das derzeit aktuellste Verfahren, das in Übersicht 2-3 angegeben ist (kursiv und unterstrichen dargestellt), eingegangen werden.

42 14 Im Bereich der direkten exokrinen Pankreasfunktionstests gilt derzeit den Hormon-stimulierten Tests besonderes Interesse, da diese vor allem für die Früherkennung bzw. die Diagnose einer milden oder moderaten EPI eine große Hilfe darstellen. Allerdings sind sie, wie bereits erwähnt, aufgrund des Zeit- und Personalaufwandes weiterhin speziellen Kliniken bzw. Praxen vorbehalten (STEVENS u. PARSI 2011). Bei diesen Tests wird den Patienten zuvor Sekretin oder CCK intravenös verabreicht und eine Gastroduodenalsonde eingeführt, um den daraufhin sezernierten Pankreassaft aspirieren zu können. Neuere Entwicklungen dieser Diagnostik ersetzen die Gastroduodenalsonde durch ein handelsübliches Endoskop, um diese Art des Funktionstests praktikabler und für den Patienten erträglicher zu machen (FRIESS u. MICHALSKI 2009; STEVENS u. PARSI 2011; SULEIMAN et al. 2012). Diese endoskopischen Pankreasfunktionstests (epft) ermöglichen es, das Pankreassekret durch den Arbeitskanal des Endoskops anzusaugen, so dass weitere invasive Eingriffe nicht notwendig sind. Zudem besteht hierbei nicht die Gefahr, während der Untersuchung eine akute Pankreatitis zu induzieren, was ein gewisses Risiko bei der Endoskopischen Retrograden Cholangio-Pankreaticographie (ERCP) darstellt (STEVENS u. PARSI 2011). Bei der Durchführung eines epft wird das Endoskop unter Sedation bzw. Narkose von oral bis in den Magen vorgeschoben und der komplette Mageninhalt abgesaugt, um Kontaminationen des Duodenalsekretes zu vermeiden. Dann wird das Endoskop weiter in das Duodenum vorgeführt, um die restliche Flüssigkeit im Duodenum abzusaugen (0-Wert). Im Anschluss beginnt die eigentliche Sammelphase. In zeitlich festgelegten Abständen (15, 30, 45 und 60 min nach Hormon-Injektion) werden jeweils 5-10 ml Duodenalflüssigkeit über das Endoskop entnommen. In der auf diese Weise gewonnenen Flüssigkeit kann dann die enthaltene Bikarbonat- bzw. Enzymkonzentration bestimmt werden. In der Auswertung wird, nach Stimulation mithilfe von Sekretin, eine Bikarbonatkonzentration von < 80 mmol/l als pathologisch angesehen. Es wurden bereits Studien mit einem verkürzten epft durchgeführt, d.h. Probenentnahmen lediglich zu den Zeitpunkten 30 und 45 min, um die Prozedur für den Patienten kürzer zu gestalten (STEVENS u. PARSI 2011).

43 Schrifttum 15 Übersicht 2-3: Direkte Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik Tests Testprinzipien Vorteile Nachteile Sekretin- CCK (Sekretin) epft 1 Lundh (obsolet) Literatur: Instrument: Duodenalsonde Stimulation der Pankreassekretion: Sekretin + CCK oder Sekretin + Cearulein (i.v.) Messparameter: Konz. u. Menge von HCO 3 - und pankreatischen Enzymen Testdauer insges.: ca. 4-5 h [1] [2] [5] Instrument: Endoskop Stimulation der Pankreassekretion: Sekretin (oder CCK) (i.v.) Messparameter: Konz. von HCO 3 - (oder pankreatischer Lipase) Testdauer insgesamt: ca. 1-2 h [5] Instrument: Duodenalsonde Stimulation der Pankreassekretion: Flüssige Testmahlzeit Messparameter: Konz. u. Menge pankreatischer Enzyme Testdauer insges.: ca. 4-5 h [2] [5] [6] Bisheriger Goldstandard in Funktionsdiagnostik [1] Narkose nicht unbedingt notwendig Standardisierte Endoskopie Verkürzte Methoden in Entwicklung Eventuell neuer Goldstandard in Funktionsdiagnostik [3] [5] Quantifizierbarkeit des Pankreassekrets [4] [1] LANKISCH u. SCHMIDT (1999) [2] LANKISCH u. LAYER (2000) [3] FRIESS u. MICHALSKI (2009) [4] LANKISCH (1982) [5] STEVENS u. PARSI (2011) [6] JAMES (1973) 1 Endoskopischer Pankreasfunktionstest Zuvor Enzymtherapie für 3 Tage aussetzen Zeitaufwendig Invasiv Kostenintensiv Sondenplatzierung aufwendig [2] [5] Narkose des Patienten notwendig Zeitaufwendig Ungenaue Quantifizierbarkeit des Bikarbonatvolumens [5] Invasiv Flüssige Testmahlzeit Keine Messung der HCO 3 - Konz. [2] [3]

44 16 Indirekte (nichtinvasive) Tests (siehe hierzu auch Übersicht 2-4) sind vor allem für den Nachweis einer Maldigestion geeignet, wodurch auf eine verminderte Pankreassekretion geschlossen werden kann, d. h. Untersuchungen auf vorhandene pankreasspezifische Substanzen und der Nachweis ihrer fehlenden Wirkung. Beispiele sind unter anderem die Bestimmung von unverdauten Nahrungsbestandteilen im Chymus bzw. Stuhl (Steatorrhoe) oder der Nachweis reduzierter Konzentrationen nutritiver Spaltprodukte im Blut. Somit sind diese Tests vor allem für den Nachweis einer schweren EPI anwendbar (LANKISCH u. SCHMIDT 1999; SULEI- MAN et al. 2012). Im Folgenden soll auf die derzeit am häufigsten genutzten bzw. aktuellen Verfahren, die in Übersicht 2-4 angegeben sind (kursiv und unterstrichen dargestellt), eingegangen werden. In der Praxis werden weiterhin die indirekten Pankreasfunktionstests am häufigsten angewendet. Der meist genutzte Test ist die Untersuchung auf das Enzym Elastase-1 im Stuhl mittels ELISA (LANKISCH u. SCHMIDT 1999; TURNER u. MCDERMOTT 2006; KELLER 2013), obwohl dieser Test eine geringe Sensitivität für die Früherkennung einer EPI (16,7% für eine milde Form; 12,5% für eine moderate Form) aufweist (NARUSE et al. 2006; FRIESS u. MICHALSKI 2009). Eine verringerte Elastase-1 Konzentration ist ein Indiz für das Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz. Der Vorteil dieser Untersuchung ist, dass die Patienten vor Testbeginn eine eventuelle Enzymsubstitutionstherapie mit porzinem Pankreatin nicht unterbrechen müssen, da der Test spezifisch die humane Elastase-1 bestimmt. Ein weiterer indirekter Test ist die Stuhlfettbestimmung nach Van de Kamer. Nach DOMÍNGUEZ-MUNOZ (2011) ist dieser Test weiterhin der Goldstandard zum Nachweis einer Maldigestion bzw. einer schweren EPI. Der Patient muss während der Testphase an fünf aufeinanderfolgenden Tagen eine Standardmahlzeit zu sich nehmen, die ca. 100 g Fett/Tag enthält. Die letzten drei Tage (72 h) sammelt der Patient seinen gesamten abgesetzten Stuhl und gibt diesen dann zur Analyse in ein Labor. Dort werden die Faeces homogenisiert und auf den Fettgehalt untersucht (> 7 g/tag gelten als pathologisch). Diese Testmethode wird von den Patienten oft als unangenehm empfunden, zudem kann eine vollständige Probensammlung nicht

45 Schrifttum 17 immer garantiert werden. Deshalb wird der Test in der Praxis kaum noch angewendet (LANKISCH 1982; FRIESS u. MICHALSKI 2009; KELLER 2013). Eine Alternative zur Stuhlfettbestimmung stellt der Atemtest mit radioaktiv 13 C-markierten gemischten Triglyzeriden ( 13 C-TGAT) dar (DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2005; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011), der bereits 1989 von VANTRAPPEN et al. entwickelt wurde. Ein Kohlenstoffatom der Triglyzerid-Verbindung ist bei diesem Test radioaktiv markiert und dient als späterer Indikator für die Aktivität der pankreatischen Lipase im Dünndarm. Der Patient ist vor Testbeginn nüchtern und nimmt das markierte Substrat (5 mg/kg KM) zusammen mit einem Standardfrühstück auf. Kinder erhalten das markierte Substrat (< 30 kg: mg/kg KM; > 30 kg: 5 mg/kg KM) in einer flüssigen Testmahlzeit (STELLAARD u. RAJABI 2011). Nach oraler Einnahme des markierten Triglyzerids wird das Molekül im Duodenum enzymatisch hydrolysiert (sofern die Funktion des exokrinen Pankreas vorhanden ist), in das Blut aufgenommen und zur Leber transportiert. Von dort aus gelangt das 13 C-Molekül in die Lunge und wird in Form von 13 CO 2 abgeatmet. Die 13 CO 2 -Moleküle aus der Exspirationsluft werden mithilfe eines Massen oder Infrarotspektrometers erfasst (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011) und kumulativ über die Gesamttestdauer bewertet. Insgesamt werden 14 Messwerte erfasst, zwei vor der Einnahme der Testsubstanz und 12 während der Testphase (alle 30 Min. innerhalb von 6 Stunden). Das Ergebnis des Tests zeigt die gesamte gemessene Menge der 13 CO 2 -Moleküle über die sechsstündige Testphase (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Reduzierte Werte im Vergleich zum Kontrollwert belegen eine verminderte Lipaseaktivität. Dieser Test kann nicht nur zur Diagnose einer EPI, sondern auch zur Bewertung der Wirksamkeit einer Enzymsubstitutionstherapie verwendet werden (DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2007). In diversen Studien wurden bereits zahlreiche Modifikationen des 13 C-TGAT getestet und erforscht, um beispielsweise die Testphase zu verkürzen (MEIER et al. 2011), Magenentleerungsstörungen während des Tests durch Gabe eines Prokinetikums vorzubeugen (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011) oder durch Erhöhung des Fettanteils der Versuchsmahlzeit eine zuverlässigere Aussage über das Bestehen einer milderen Form einer EPI zu bekommen (KELLER et al. 2011; KELLER 2013).

46 NBT PABA (Serum/Urin) Pankreolauryltest Chymotrypsingehalt (Stuhl) Fäkale Elastase- 1 Van de Kamer (Stuhlfett) 18 Übersicht 2-4: Indirekte Verfahren in der Pankreasfunktionsdiagnostik Verfahren Vorteile Nachteile Sensitivität/ Spezifität 13 C TGAT (Atemtest) Zeichenerklärung: Literatur: Nicht invasiv [1] Kein Absetzen der Enzyme vor Testbeginn Goldstandard für Malabsorptionsdiagnostik [2] [3] [4] Geringer Aufwand Nicht invasiv (Urin-Test) Unannehmlichkeiten für Patienten: Standardisierte Testmahlzeit, Stuhlkollektion über 3 Tage [5] Niedrige Sensitivität für EPI-Früherkennung [5] [7] Häufig falsch positive Diagnosen (Diarrhoe, milde EPI) [1] [2] [7] Enzymtherapie 3 Tage zuvor aussetzen (nicht für Immundiagnostik) Falsch positive Aussagen (Diarrhoe, milde EPI) [1] Zeitaufwendig Personalaufwendig Enzymtherapie 3 Tage zuvor aussetzen Invasiv (Serum-Test) Falsch positive Aussagen bei milder EPI [1] Nicht invasiv (Urin-Test) Enzymtherapie 3 Tage zuvor aussetzen Limitierter Einsatz bei milder EPI [8] Alternative für Fettbestimmung im Stuhl [5] Reproduzierbar [5] Simple Durchführung [5] Bewertung der Wirksamkeit oral substituierter Enzyme möglich! [6] Zeitaufwendig, aber kürzere Methoden bereits getestet [9] [10] [11] - : sehr gering, + : gering, ++: mittel, +++: hoch +++/+++ ++/++ +/+ -/- (Urin) +/+ (Serum) ++/++ +++/+++ [1] LANKISCH u. LAYER (2000) [2] LANKISCH u. SCHMIDT (1999) [3] TURNER u. MCDERMOTT (2006) [4] SULEIMAN et al. (2012) [5] FRIESS u. MICHALSKI (2009) [6] DOMÍNGUEZ-MUNOZ (2011) [7] LÖHR et al. (2013) [8] LANKISCH (1982) [9] MEIER et al. (2011) [10] KELLER et al. (2011) [11] KELLER (2013)

47 Schrifttum 19 Aufgrund eines bei EPI häufig vorkommenden Zinkmangels (DUTTA et al. 1998; GIRISH et al. 2009) könnte der orale Zinktoleranztest als ein weiterer möglicher ergänzender Test für das Vorliegen einer EPI genutzt werden (BOOSALIS et al. 1983; VALBERG et al. 1985). Bei diesem Test wird, nach Einnahme einer Testmahlzeit (25 mg Zink), der Anstieg des Plasma-Zink-Spiegels bestimmt (VALBERG et al. 1985; VANDENBROEK 1993). Ein Anstieg des Zink-Spiegels um das 2-3 fache im Vergleich zum basalen Wert zeigt einen Zinkmangel an (SCHURGAST et al. 2007). Um einen schnellen Überblick über die Fähigkeit des Patienten bezüglich der Spaltung nutritiver Fette zu bekommen, kann eine Messung des lipämischen Indexes im Serum - mit der Turbidimetrie - durchgeführt werden (HAENE et al. 2006; DONAL- DSON et al. 2009; OOI et al. 2011; GONCHAROVA et al 2014). Ein bislang noch nicht standardisierter (MOHANLAL u. HOLMAN 2004), aber in Bezug auf eine Wirksamkeitsprüfung substituierter pankreatischer Enzympräparate durchaus interessanter Test, könnte der orale Triglyzerid-Provokationstest (engl. Oral Triglyzeride Tolerance Test; OTTT) darstellen. Entwickelt wurde der Test zur Bestimmung postprandialer Triglyzerid-Werte im Blut, um bei Patienten mit erhöhtem Risiko einer kardio-vaskulären Erkrankung (Diabetes mellitus-typ 2) die Wirksamkeit Blutfett-senkender-Maßnahmen überwachen zu können (MOHANLAL u. HOLMAN 2004). Die genannten Autoren entwickelten ein spezielles OTT- Testverfahren, das sich durch eine standardisierte flüssige Testmahlzeit und die Blutentnahme aus der Fingerbeere auszeichnet. Es soll die routinemäßige Anwendung in der Klinik und in der Forschung vereinfachen und standardisieren (MOH- ANLAL u. HOLMAN 2004). In der beschriebenen Studie wurde als Fettquelle ein kommerzielles Nahrungsergänzungsmittel verwendet (Calogen, Erdbeergeschmack, 100 ml; SHS, U.K.), das 50 g langkettige Triglyzeride enthielt (Rapsöl, Sonnenblumenöl). In der Veterinärmedizin werden ausschließlich indirekte Nachweisverfahren angewendet (WIBERG 2004), da Hunde beispielsweise unter einer Narkose mit NaPentobarbital eine verminderte basale Flussrate des Pankreassekretes und eine verminderte Bikarbonatsekretion zeigen, wodurch es zu einer Verfälschung der Test-

48 20 Ergebnisse kommen könnte (BODEN et al. 1977). Es wird insbesondere der canine Trypsin-Like-Immunoreactivity (ctli) durchgeführt (BATT 1993), ein Test bei dem die Konzentration des pankreatischen Trypsinogens und Trypsins im Serum gemessen wird. Ergänzend kann die Bestimmung der caninen fäkalen Elastase-1 (ce1) einen Aufschluss über die Pankreasfunktion geben (WIBERG 2004) Therapie Substitution mangelnder Enzyme Indikation einer Enzymsubstitutionstherapie Eine Therapie mittels oral zugeführter Enzympräparate wird bereits bei den ersten Symptomen einer EPI bzw. einer Maldigestion (Steatorrhoe, Gewichtsverlust, Meteorismus, etc.); (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011) bzw. nach positivem Nachweis einer Pankreasfunktionsstörung mittels diagnostischer Tests (LÖHR et al. 2013) empfohlen, um potentielle Nährstoffunterversorgungen zu vermeiden (DOMÍNGUEZ- MUNOZ 2011). STERN et al. (2011) empfehlen eine Enzymtherapie - sofern der Elastase-1-Wert im Stuhl unter 100 µg/g beträgt. Bei der Therapie wird vor allem eine Korrektur der verminderten Fettverdauung - dem Leitsymptom der EPI (siehe 2.2.3) - angestrebt (LANKISCH u. LAYER 2000). Ob eine Enzymsubstitution auch bei leichter bzw. moderater EPI durchgeführt werden sollte, wird kontrovers diskutiert (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011; LÖHR et al. 2013). Dosierung der Enzympräparate Die Dosierung ist individuell anzupassen, um somit idealerweise eine angemessene Konzentration der Enzyme - vor allem der Lipase - im Duodenum zu erreichen (FIEKER et al. 2011), jedoch sollte die Dosierung stets so gering wie möglich sein (LÖHR et al. 2013). Die Dosierung eines Pankreatinproduktes orientiert sich an der jeweilig spezifischen Enzymaktivität. Allgemein werden in der Praxis drei unterschiedliche Dosierungs-Konzepte angewendet. Zum einen eine fixe Dosierung pro Mahlzeit bzw. Snack und zum anderen die Dosierung pro g Fett in der Mahlzeit und pro kg KM (hauptsächlich bei Kindern relevant) ; (LÖHR et al. 2013). Während früher die Dosierung pro Mahlzeit üblich war, hat sich in den letzten Jahren das Dosie-

49 Schrifttum 21 rungskonzept anhand der aufgenommenen Fettmenge etabliert (STERN et al. 2011). Empfohlen werden I.E. Lipase/g Nahrungsfett (STERN et al. 2011). Eine Dosierung pro Kilogramm KM ist für Kinder sinnvoller als für Erwachsene, da die Relation der Fettaufnahme mit der Mahlzeit und dem Körpergewicht mit steigendem Alter sinkt (BOROWITZ et al. 1995). Kinder nehmen zum Beispiel ca. 5 g Fett/kg KM/Tag zu sich und Erwachsene ca. 2 g Fett/kg KM/Tag (BOROWITZ et al. 1995). Die allgemein empfohlenen Dosierungsempfehlungen für Erwachsene und Kinder sind Tabelle 2-1 und Tabelle 2-2 zu entnehmen. Es wird empfohlen das MEP zusammen mit einer Mahlzeit bzw. Snack oder unmittelbar danach einzunehmen, damit sich die Enzyme mit dem Nahrungsbrei vermischen können, siehe Kapitel (BOROWITZ et al. 1995; DOMÍNGUEZ- MUNOZ et al. 2005; STERN et al. 2011). Tabelle 2-1: Dosierungsempfehlungen für Pankreatinprodukte zur Anwendung bei Erwachsenen Dosierungskonzept Dosierung [I.E] Lipase [I.E.]/Mahlzeit [3] [4] [5] Lipase [I.E.]/Snack [5] Lipase [I.E.]/kg KM/Mahlzeit Literatur: ! [1] [2] [5] [6] [7]; ( [6]) [1] LITTLEWOOD (1996) [2] FITZSIMMONS et al. (1997) [3] LAYER et al. (2001) [4] LAYER u. KELLER (2003) [5] FIEKER et al. (2011) [6] STERN et al. (2011) [7] LÖHR et al. (2013)

50 22 Tabelle 2-2: Dosierungsempfehlungen für Pankreatinprodukte zur Anwendung bei Säuglingen und Kindern Dosierungskonzept Lipase [I.E.]/120 ml Säuglingsnahrung Lipase [I.E.]/kg KM/Mahlzeit Lipase [I.E.]/g Nahrungsfett Literatur: Säuglinge [2] Kleinkinder (6-30 Monate) k. A. 500 [3] [4] Kinder (< 4 Jahre) Kinder ( 4 Jahre) / / / Beginn: [1] Beginn: 500 [1] ( [2]) [1] k. A. k. A. [1] BOROWITZ et al. (1995) [2] STERN et al. (2011) [3] VANDEVIJER et al. (2011) [4] SCHLÜTER (2013) k. A. = keine Angabe in der Literatur Wirkung und diskutierte Nebenwirkungen (Colonfibrose) einer Enzymsubstitutionstherapie Oral eingenommene Enzympräparate verbessern die Verdaulichkeit der Nährstoffe und somit die Zusammensetzung und die Absatzfrequenz des Stuhlganges eines Patienten. Die Wirksamkeit wurde auch in Bezug auf moderne Enzympräparate unter anderem in Studien mithilfe des 13 C TGAT bestätigt (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b). Der Erfolg einer Therapie ist zudem anhand von Gewichtszunahmen des Patienten und einer Verringerung der Steatorrhoe klinisch festzustellen (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Bringt eine Enzymsubstitutionstherapie allerdings nicht den gewünschten Erfolg, sollte zunächst eine kritische Überprüfung der Enzymdosierung (z.b. Kalkulation der aufgenommenen Nahrung, 13 C-TGAT, Van de Kamer-Test ), eine eventuelle Erhöhung der Dosis oder eine ergänzende Therapie mit H 2 -Rezeptor-Antagonisten bzw. Protonenpumpenhemmern (Cimetidin); (REGAN et al. 1977) durchgeführt werden (LÖHR et al. 2013). Diese kombinierte Therapie wird vor allem bei Mukoviszidose-Patienten angewendet (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011). Die Wirksamkeit der Kombinationstherapie eines Pankreatinproduktes mit einem Protonenpumpen-

51 Schrifttum 23 hemmer oder H 2 -Rezeptor-Blocker ist allerdings unter anderem aufgrund der Variation der Säure-Sekretion bei CP-Patienten umstritten (MAROTTA et al. 1989). Während REGAN et al. (1977) signifikant höhere duodenale Lipase- und Trypsinkonzentrationen nach zusätzlicher Gabe von Cimetidin nachwiesen, konnte WORNING (1986) diesen Effekt nicht belegen. Auch MAROTTA et al. (1989) konnten keine verbesserte Wirksamkeit eines ungecoateten Multienzympräparates (Viokase ) bei Zusatz von Ranitidin gegenüber der alleinigen Gabe des Multienzymproduktes feststellen. Bei mangelndem Erfolg der Enzymtherapie sind zudem die Einflüsse unzureichender compliance des Patienten bei der Einnahme des Enzymproduktes (der Chymotrypsin-Test wird häufig zur Überprüfung der compliance eingesetzt (KADIYALA et al. 2012; LÖHR et al. 2013)), bacterial-overgrowth (WESTERMARCK et al. 1993; WIBERG 2004) und ein azider ph-wert im Duodenum des Patienten (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b) Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt. Bei Vorliegen einer schweren EPI, die mit der üblichen Dosierung nicht ausreichend therapiert werden kann, sollte die Dosis des Multienzympräparates (MEP) schrittweise auf das Zwei- bis Dreifache der empfohlenen Initialdosis erhöht werden (LÖHR et al. 2013); vor allem Präparate mit hoher spezifischer Lipaseaktivität (I.E. Lipase/g Produkt) haben sich als sehr nützlich erwiesen (CARRIÈRE et al. 2005). Die allgemein empfohlene Maximaldosis von I.E. Lipase/kg KM/Mahlzeit sollte allerdings nicht überschritten werden (LITTLEWOOD 1996; FITZSIMMONS et al. 1997; FIEKER et al. 2011; STERN et al. 2011; LÖHR et al. 2013), da hohe Dosen von Multienzympräparaten mit pathologischen Folgeveränderungen des Colons (z.b. Colonfibrose und Colonstrikturen) in Verbindung gebracht werden (LITTLEWOOD 1996; VAN VELZEN et al. 1996; FITZSIMMONS et al. 1997; LAYER et al. 2001; FIEKER et al. 2011). Neueste Untersuchungen bezüglich dieser Nebenwirkungen haben ergeben, dass diese im Wesentlichen zwei Ursachen haben könnten: eine Auflösung des Säureschutz-coatings des Enzympräparates erst im distalen Ileum oder Colon (GUARNER et al. 1993) - aufgrund eines zu niedrigen ph-wertes im Duodenum bei schwerer EPI, siehe Kapitel 2.3.1) - und die Verwendung einer Adjuvanz bzw. eines Hilfsstoffs im coating.

52 24 Letztere Hypothese wird durch zahlreiche Studien bekräftigt, in denen Colonfibrosen nach Einnahme von Pankreatinprodukten (LITTLEWOOD 1996; VAN VELZEN et al. 1996; BANSI et al. 2000) oder anderen Arzneimitteln (PRIETO et al. 2009) auftraten, wenn ein coating auf Methacryl-Polymer-Basis (Eudragit L30 D-55) genutzt wurde (CARRIÈRE et al. 2005; KRISHNAMURTY et al. 2009; FIEKER et al. 2011). Detailliertere Erläuterungen zur Galenik bzw. zur Zusammensetzung eines coatings befinden sich in Kapitel Anforderungen an Enzympräparate Um eine bestmögliche Wirkung erreichen zu können, ist es notwendig, das Enzympräparat gegen eine vorzeitige Inaktivierung im Magen durch einen niedrigen ph-wert und Proteasen zu schützen (siehe Kapitel und ). Des Weiteren sollte eine homogene Vermischung der Enzyme mit dem Nahrungsbrei erfolgen, so dass eine parallele Entleerung aus dem Magen gewährleistet ist (DOMÍNGUEZ- MUNOZ 2011 b; FIEKER et al. 2011). Die Größe der (Mini-)Mikropellets spielt eine große Rolle für die optimale Mischung des Enzymproduktes mit dem Nahrungsbrei, siehe Kapitel Die genannten Eigenschaften werden derzeit vor allem durch enteric-coated (Mini) Mikropellets-Multienzymprodukte erreicht (DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2005), die aus porzinem Pankreatin (enthält Lipase, Protease und Amylase) bestehen (LAYER u. KELLER 2003), siehe Kapitel und Diätetik zur Unterstützung der Enzymsubstitutionstherapie Allgemein wird empfohlen, eine spezielle Diät-Beratung in die Therapie mit einzubeziehen (LÖHR et al. 2013), um eine optimale diätetische Unterstützung der Enzymsubstitutionstherapie zu bewirken (HOFFMEISTER et al. 2012). Zur Ernährung bei Vorliegen einer EPI werden häufige, kleine Mahlzeiten (4-7/Tag); (LANKISCH u. LAYER 2000; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2007 b; FRIESS u. MICHALSKI 2009; HOFFMEISTER et al. 2012) und die vermehrte Aufnahme mittelkettiger Fettsäuren (siehe Kapitel 2.3.2) empfohlen (RUPPIN u. MIDDLETON 1980; FRIESS u. MI- CHALSKI 2009; KRAMER 2010), um das Körpergewicht zu erhöhen und bei unge-

53 Schrifttum 25 nügender Wirksamkeit der oralen Enzymsubstitution die Steatorrhoe zu mildern (SAFDI et al. 2006; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2007 b; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b). Allerdings empfehlen HOFFMEISTER et al. (2012), mittelkettige Triglyzeride nur bei Patienten zu ergänzen, die keine Enzymsubstitutionstherapie erhalten, da sie unter Enzymgabe zu keiner weiteren Erhöhung der Fettresorption zu führen scheinen. Auch die Substitution von Linolsäure mit der Mahlzeit wird empfohlen, um einem eventuellen Mangel essentieller Fettsäuren vorzubeugen (BOROWITZ et al. 2002). Außerdem sollten fettlösliche Vitamine (A, D, E, K); (FRIESS u. MICHALSKI 2009; LANKISCH u. LAYER 2000; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b; STERN et al. 2011; HOFFMEISTER et al. 2012) und Spurenelemente ergänzt werden (HOFFMEISTER et al. 2012). Sofern ein Zink-Mangel diagnostiziert wird, sollte auch Zink (1 mg/kg KM/Tag) ergänzt werden (DUTTA et al. 1998; STERN et al. 2011). Bei Erwachsenen wird eine Substitution mit Vitaminen und Spurenelementen erst bei klinischen Mangelsymptomen empfohlen, bei Kindern hingegen bereits vor Auftreten klinischer Mangelsymptome, um eventuelle Gedeihstörungen zu vermeiden (HOFFMEISTER et al. 2012). Allgemein wurde bisher eine fettarme Ernährung empfohlen, bei der ein Patient nicht mehr als 20 g Fett/Tag zu sich nehmen soll (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 c). Allerdings ist diese Ernährungsweise in die Kritik geraten, da sie eine Minderversorgung mit fettlöslichen Vitaminen und eine schnellere Inaktivierung exogen zugeführter Lipasen (Enzymaktivität nimmt von oral nach aboral langsamer ab, wenn Fett als Substrat vorhanden ist, siehe Kapitel 2.3) zur Folge hat (DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2007; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2007 b). Heute wird deshalb für Erwachsene eher eine hochkalorische, fettreiche Kost (ca. 40% Fettanteil in der Nahrung, hoher Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren) empfohlen (STERN et al. 2011). Für Kinder nach dem Lebensmonat wird empfohlen, in Abhängigkeit des Gedeihverhaltens (altersspezifischer Body-Mass-Index) eine fettreiche Beikost hinzuzufügen. Nach dem ersten Lebensjahr sollte auf eine altersgerechte, bei Bedarf fettreiche Ernährung umgestellt werden. Im Fall von Gedeihstörungen können Energiesupplemente eingesetzt werden, wie z.b. hochkalorische Sondennahrungen (STERN et al. 2011). Eine fettarme Ernährung mit Kompensation

54 26 anderer Energieträger (Proteine, Kohlenhydrate) wird aktuell lediglich bei Fortschreiten der subjektiven EPI-bedingten klinischen Symptome einer Fett- Maldigestion trotz adäquater Enzymsubstitutionstherapie empfohlen (HOFFMEIS- TER et al. 2012). Nach derzeitiger Meinung sollten sich die Patienten so normal wie möglich ernähren, um eine Malnutrition zu verhindern (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 c) Additive Maßnahmen Patienten müssen angehalten werden, auf Alkohol- und Zigarettenkonsum komplett zu verzichten, um eine Schmerzlinderung (LANKISCH u. LAYER 2000; LÖHR et al. 2013) und eine Verbesserung der Fettverdaulichkeit bzw. bessere Wirksamkeit der exogen zugeführten Pankreasenzyme zu erreichen (CARRIÈRE et al b; DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2005). Diese Empfehlung beruht auf der Erkenntnis, dass durch das Rauchen eine Absenkung des mittleren duodenalen ph-wertes verursacht wird und zudem die Magenentleerung fester Partikel verlangsamt wird (MILLER et al. 1989), wodurch die Wirksamkeit der pankreatischen Enzyme beeinträchtigt werden kann, siehe Kapitel und Eine Alkoholabstinenz verlangsamt zudem die Progression einer Pankreatitis (GULLO et al. 1988; DUFOUR u. ADAMSON 2003). Es bleibt fraglich, ob eine potentielle Erhöhung der gastrischen Lipase-Aktivität (durch Nikotin- und Alkoholabstinenz) ausreicht, um bei der Mehrzahl der EPI-Patienten eine Fett-Maldigestion bzw. eine Steatorrhoe verhindern zu können (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2007 b). 2.3 Anforderungen an die Galenik von Enzymzubereitungen Enzympräparate, die zur Therapie einer EPI eingesetzt werden, müssen diversen Anforderungen genügen, um Eingang in die ärztliche Praxis zu finden. Sie sollten zum Beispiel preiswert, simpel zu dosieren und möglichst sicher für den Patienten sein. Auch in klinischer Hinsicht sollte das Produkt, nach EWE et al. (1992), GRE- GORY (1996) und WESTERMARCK u. WIBERG (2012), idealerweise folgende Kriterien erfüllen:

55 Schrifttum 27 Stabilität gegenüber niedrigen ph-werten im Magenchymus bzw. während der Verweilzeit in den verschiedenen Abschnitten des Gastrointestinaltraktes (meist erreicht durch enteric-coating als ph-sensitiver Schutz) Möglichst homogene Vermischung mit dem Nahrungsbrei im Magen und dadurch paralleler Fluss bis in das Duodenum (Partikelgröße) Erreichen einer möglichst hohen Enzymaktivität im proximalen Duodenum (v. a. der Lipase und Colipase) Das Ziel einer Enzymsubstitutionstherapie ist also, möglichst physiologische bzw. ausreichende Enzymaktivitäten im Lumen des Duodenums zu erreichen, siehe Kapitel (SAUNDERS u. WORMSLEY 1975; FERRONE et al. 2007). Um die zuvor erwähnten Anforderungen in der Praxis zu erfüllen, müssen die Enzymprodukte, die zur Substitutionstherapie bei Vorliegen von Symptomen einer EPI eingesetzt werden, zunächst einige Hürden im Körper des Patienten überwinden (z.b. niedrige gastrale ph-werte und die kürzere Verweildauer der Ingesta im Dünndarm eines EPI-Patienten); (WESTERMARCK u. WIBERG 2012). Aufgrund der periprandialen Veränderungen im Magen-Darm-Kanal (siehe Kapitel und 2.3.2) ist der Einfluss der Nahrungsaufnahme auf die Wirksamkeit der exogenen Enzyme besonders zu beachten (EWE et al. 1992). Generell ist festzustellen, dass die pankreatischen Enzyme (Lipase, Protease, Amylase) während der gastrointestinalen Passage unterschiedlich lange stabil bzw. aktiv sind. Die luminale Enzymaktivität nimmt entlang des Darmkanals physiologischerweise von cranial nach caudal stetig ab, siehe Abbildung 2-3 (LAYER et al. 1986; GUARNER et al. 1993; PIERZYNOWSKI et al. 2012). Dieses konnte auch in einer Studie mit pankreasgangligierten Schweinen nach Zusatz eines exogenen, mikrobiellen Enzympräparates bestätigt werden (PIERZYNOWSKI et al. 2012). Die endogene Rest-Lipaseaktivität (gemessen bei pankreasgangligierten Schweinen ohne exogene Enzymsubstitution) bildete jedoch hierbei eine Ausnahme, da im Ileum der pankreasinsuffizienten Schweine eine höhere Aktivität der pankreatischen

56 28 Lipase gemessen wurde (Units/ml in Abhängigkeit der Messzeit) als im Duodenum (PIERZYNOWSKI et al. 2012). Duodenum Jejunum Ileum 100% Lipase 100% Trypsin 100% Amylase 10% 64% 85% 1% 22% 74% Abbildung 2-3: Relative Aktivitäten der pankreatischen Enzyme [%] im Verlauf der Dünndarmpassage, von oral (links) nach aboral (rechts); (LAYER et al. 1986) Die Begründung für diese Beobachtungen sind zum einen die unterschiedliche Empfindlichkeit der Enzyme für die ph-änderungen im Inhalt des Gastrointestinaltraktes und zum anderen die Substratverfügbarkeit (Metaboliten aus der Nahrung) im Darm (HOLTMANN et al. 1997; SUZUKI et al. 1999; DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b; FIEKER et al. 2011). Zum Beispiel besteht eine positive Korrelation zwischen dem Fettgehalt einer Diät und der Lipaseaktivität im Duodenum (HEE et al. 1982; HOLTMANN et al. 1997; SUZUKI et al. 1999). Bei Reduktion des Stärkegehaltes der aufgenommenen Nahrung bzw. in einer Futterration sinkt die Amylasemenge im Pankreassaft (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). Diese Beobachtungen zeigen, dass der Transport der jeweiligen Nährstoffe in das Duodenum eine Inaktivierung

57 Schrifttum 29 der entsprechenden Enzyme verhindert und somit auch deren Sekretion induziert (HOLTMANN et al. 1997). Außerdem formulieren die Autoren die Hypothese, dass nach der Nährstoffresorption im proximalen Dünndarm erhöhte Enzymaktivitäten, vor allem der Lipase, im Ileum verhindert werden, indem Chymotrypsin bzw. Proteasen (endo-/exogener und mikrobieller Herkunft) und Gallensalze diese durch Inaktivierung regulieren (HOLTMANN et al. 1997). Aber auch ein bacterialovergrowth spielt eine Rolle bei der Inaktivierung der pankreatischen Lipase (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011 b; FIEKER et al. 2011). Im Folgenden wird, aufgrund der Relevanz für die Wirksamkeit exogen zugeführter pankreatischer Enzyme, auf den Einfluss folgender Faktoren auf die Enzymaktivitäten eingegangen: Periprandiale ph-werte (Kapitel 2.3.1) Verweildauer des Nahrungsbreis in den verschiedenen Abschnitten des Gastrointestinaltraktes (Kapitel 2.3.2) Weitere Einflussfaktoren, wie zum Beispiel der Zeitpunkt der Einnahme des Wirkstoffes durch den Patienten (Kapitel 2.2.5) und die Bedingungen der Freisetzung der exogenen Enzyme aus den säurelabilen Schutzkapseln (Kapitel 2.4.2), werden in den genannten Kapiteln dieser Arbeit erläutert Einfluss der Nahrungsaufnahme auf den ph-wert im Chymus Funktion der gastralen Salzsäureproduktion Der generell niedrige ph-wert des Mageninhaltes (Nüchtern: ph 1-3 (GREGORY 1996), ph 1-2 (SCHWEGLER u. LUCIUS 2011) bzw. etwa ph 1,35 bei CF-Kindern (ROZMANIC et al. 2010)) ist durch die HCl-Sekretion der Belegzellen im Magen bedingt und bewirkt eine Abtötung von Mikroorganismen, die ggf. mit der Nahrung bzw. dem Futter aufgenommen wurden (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). Zudem bewirkt der saure ph die Aktivierung von Pepsinogen zu Pepsin, das der intragastralen Proteinverdauung dient (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005).

58 30 Regulation der gastralen sekretorischen Aktivität in Abhängigkeit von der Nahrungsaufnahme Die Futter- bzw. Nahrungsaufnahme stimuliert im Magen allgemein die Salzsäureund Enzymsekretion, weniger die Bikarbonat- und Schleimsekretion. Die gastrale sekretorische Aktivität kann in drei Phasen der Nahrungsaufnahme eingeteilt werden (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005): Cephale Phase : Magensaftsekretion durch Erwartung der Nahrungsaufnahme, Geruch, Geschmack (N. Vagus: Gastrin ) Gastrale Phase : Magensaftsekretion, HCl durch Dehnung der Magenwand (vago-vagaler Reflex) sowie durch Aminosäuren und Peptide im Magen (N. Vagus: Gastrin, gastrale Enzymsekretion ) Intestinale Phase : Magensaftsekretion aufgrund mechanischer und chemischer Reize (Aminosäuren) im proximalen Dünndarm Übersicht zu den periprandial variierenden ph-werten im Magen-Darm-Trakt Sowohl beim Menschen als auch beim Schwein variieren die ph-werte in Magen und Dünndarm abhängig vom Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme (BENN u. COOKE 1971; DIMAGNO et al. 1977; REGAN et al. 1977; DUTTA et al. 1979; OVESEN et al. 1986; KAMPHUES 1988; ROBINSON et al. 1990; GUARNER et al. 1993), siehe Abbildung 2-4. Periprandiale ph-werte beim gesunden Individuum Magen Der postprandiale gastrale ph-wert wird zum einen von der individuellen HCl- Sekretionsleistung und zum anderen von der Pufferkapazität, der Menge und der Verweildauer der aufgenommenen Nahrung beeinflusst. Im gesunden Individuum steigt der ph-wert im Magen unmittelbar nach der Nahrungsaufnahme an - aufgrund der Pufferkapazität der aufgenommenen Mahlzeit (BOVO et al. 1995; GRE- GORY 1996; KLEIN 2011) - und fällt danach (BOVO et al. 1995; GREGORY 1996) infolge der vermehrten HCl-Bildung stark ab.

59 Schrifttum 31 Dünndarm Für möglichst physiologische Verdauungsprozesse ist es notwendig, dass die saure Ingesta, die den Magen verlässt, bereits im proximalen Duodenum einen ph-wert von ca. 7-8 erreicht, um eine optimale Aktivität der pankreatischen Enzyme zu gewährleisten (MAKKINK u. VERSTEGEN 1990). Der intraduodenale ph-wert ist abhängig von der Menge der Magensäure, die zusammen mit dem Nahrungsbrei das Duodenum erreicht, der Bikarbonatsekretion des exokrinen Pankreas und der Sekretion biliärer Säuren in das Duodenum (LÖSER u. FÖLSCH 1995). Der Nüchtern-pH-Wert im Inhalt des Duodenums variiert um Werte von etwa 6 (DUTTA et al. 1979; OVESEN et al. 1986; GREGORY 1996), nach der Nahrungsaufnahme fällt der ph-wert ab und steigt dann langsam wieder an (OVESEN et al. 1986; GUARNER et al. 1993; GREGORY 1996): Es wurde beispielsweise ein Anstieg des duodenalen ph-wertes von ph 2 auf ph 5 im nüchternen Zustand und von ph 1,7 auf ph 4,3 zwei bis drei Stunden nach der Aufnahme einer flüssigen Testmahlzeit (300 ml Schokoladenmilch 2 ) beobachtet (OVESEN et al. 1986) und ein ph-wert von etwa ph 6 bis vier Stunden postprandial (GUARNER et al. 1993). Über die ph-werte im Inhalt des Jejunums wurden in Vergleichsstudien mit CF- Patienten abweichende Ergebnisse gefunden, so dass hierzu derzeit keine klare Aussage getroffen werden kann (GREGORY 1996). Im Chymus des Ileums eines gesunden Menschen beträgt der ph-wert im nüchternen Zustand ca. ph 6,5 (Y- OUNGBERG et al. 1987), nach Aufnahme einer flüssigen Testmahlzeit (500 ml Pentaset Standard 3 ) etwa ph 7,5-8 (GUARNER et al. 1993). Der ph-wert im Dünndarmchymus von Schweinen (nach ad libitum-fütterung mit vorheriger Nahrungskarenz) wird ganz erheblich von der Milchsäurebildung durch Mikroorganismen beeinflusst (KAMPHUES 1988). Eine mögliche Vergleichbarkeit mit dem Menschen wäre durchaus zu hinterfragen. 2 Matilde, Arla Foods GmbH, Dänemark 3 Firma Nutricia, Zoetermeer, Niederlande

60 EPI Physiologisch 32 Periprandiale ph-werte bei EPI Im Vergleich zu gesunden Menschen sind sowohl die ph-werte im Magenchymus als auch im Inhalt der folgenden Darmabschnitte, mit Ausnahme des Ileums, bei EPI-Patienten niedriger (DUTTA et al. 1979; ROBINSON et al. 1990; BOVO et al. 1995), siehe Abbildung 2-4. Nüchtern ph 1-3 [4] ph 0,3-1,9 [12] ph 7,5-8 [6] 0 h ppr. 3 h ppr. Ileum ph 4-7 (0h) [1] ph 3 (2-3h) [1] ph 3,8-4 (2h) [2] ph 2 (3h) [2] Magen Nüchtern ph 6,5 [5] 0 h ppr. 3 h ppr. ph 1,3 (6h) [2] ph 2 (6h) [3] Nüchtern ph 6 6,5 [6] ph 6 [4] [7] Jejunum Duodenum t t Nüchtern ph 1-3 [4] ph 1,35 [8] ph 1,3-2,4 (2h) [2] ph 1-2,3 (3h) [2] ph 1,3-1,4 (6h) [2] Magen ph 7 [6] Ileum Nüchtern < ph 4 [7,9,10] Nüchtern < ph 6 [6] ph 5 [4] [11] Jejunum Duodenum Literatur: [1] KLEIN (2011) [2] BOVO et al. (1995) [3] FIEKER et al. (2011) [4] GREGORY (1996) [5] YOUNGBERG et al. (1987) [6] GUARNER et al. (1993) [7] DUTTA et al. (1979) [8] ROZMANIC et al. (2010) [9] ROBINSON et al. (1990) [10] REGAN et al. (1979) [11] OVESEN et al. (1986) [12] CLARK et al. (1993) Abbildung 2-4: Periprandial variierende ph-werte im Magen-Darm-Trakt (bei gesunden Menschen und bei EPI-Patienten)

61 Schrifttum 33 Gründe und Folgen der niedrigeren ph-werte im Chymus bei Vorliegen einer EPI Magen Bei einigen der CP- bzw. EPI-Patienten wird eine Hypersekretion der Magensäure und damit verbunden eine Übersäuerung des Magens festgestellt (PIUBELLO et al. 1982; GULLO et al. 1983). Es wird je nach Schweregrad der Erkrankung eine unterschiedlich starke Reduktion der postprandialen ph-werte im Magen festgestellt (BOVO et al. 1995). Patienten mit schwerer exokriner Pankreasinsuffizienz zeigen die größte postprandiale gastrische Azidifizierung (BOVO et al. 1995). Kinder, die an CF erkrankt sind, leiden oft unter einer Magenübersäuerung, die oft auch zusammen mit Gastro-Oesophagealem-Reflux auftritt (ROZMANIC et al. 2010). Die Mechanismen, die zur Übersäuerung des Mageninhaltes bei Vorliegen einer EPI führen können, sind weiterhin lediglich vage bekannt (BOVO et al. 1995). Mögliche, d.h. diskutierte Ursachen sind Störungen der intestinalen Regulationsmechanismen auf die HCl-Sekretion (BOVO et al. 1995), wie z.b. die ungenügende Inhibition der Salzsäure-Sekretion durch zu geringe Mengen an Mono- und Diglyzeriden im Inhalt des Duodenums und Jejunums, welche physiologischerweise eine negative Rückkopplung bewirken (WORMSLEY 1981). Dünndarm Es werden - unter anderem eventuell infolge der Magenübersäuerung (s.o.) - Fälle von Entzündungen bzw. Ulcera des Duodenums beschrieben (PIUBELLO et al. 1982; BOVO et al. 1995). Ein weiterer Faktor, der zur Azidifizierung des duodenojejunalen Milieus führt, ist die unzureichende pankreatische Sekretion von Bikarbonat in das proximale Duodenum (BOVO et al. 1995). In einer Studie wiesen 62% der Patienten, bei denen stark verminderte Lipaseaktivitäten im Duodenum festgestellt wurden, zusätzlich eine beachtliche Reduktion der pankreatischen Bikarbonatsekretion auf (BOVO et al. 1995). Allgemein wird beobachtet, dass die intestinalen ph-werte von CF- bzw. EPI-Patienten tendenziell niedriger sind als die gesunder Menschen (DUTTA et al. 1979; ROBINSON et al. 1990), siehe Abbildung 2-4. Die postprandialen ph-werte im Inhalt des Jejunums und Ileums von EPI- bzw. CF- Patienten, sind für die Galenik-Entwicklung von Enzymprodukten von besonderem

62 34 Interesse, um das Präparat bzw. das coating an die ph-gradienten vom proximalen Duodenum zum terminalen Ileum anpassen und optimieren zu können (GRE- GORY 1996). Über die ph-werte im Jejunum herrscht noch Uneinigkeit, so dass es hierzu weiterer Studien bedarf (GREGORY 1996). Im Ileum wurde bei EPI- Patienten ein postprandialer ph-wert von ca. ph 7 gemessen, welcher in etwa dem gesunder Menschen entspricht (GUARNER et al. 1993). Bei Untersuchungen an pankreasgangligierten Schweinen (ohne Enzymsubstitution) wurden im Dünndarmchymus stetig sinkende ph-werte in aboraler Richtung festgestellt, was vor allem der bakteriellen Fermentation (Milchsäurebildung) zugeschrieben werden kann (SCHWARZMAIER 2012) Einfluss der Nahrungsaufnahme auf die gastro-intestinale Motorik Magenentleerung Die Entleerung des Mageninhaltes in das anschließende Duodenum unterliegt vielen Einflussfaktoren und wird durch den Magenspeicher, die Tiefe der Antrumwelle, die Öffnung des Pylorus sowie die Art der Motorik des Duodenums beeinflusst (EHRLEIN 2005). Die Regulation der Motorik und der Entleerung des Magens geschieht demzufolge zum einen durch den Magen selbst und zum anderen darmassoziiert, wie im Folgenden beschrieben wird. Der Magenspeicher erzeugt einen tonischen Druck, damit Flüssigkeit, die mit der Nahrung aufgenommen wird, unmittelbar entleert wird (SAMSOM et al. 2009). Die Rate der Entleerung nimmt allerdings mit der Zeit exponentiell ab (EHRLEIN 2005). Es herrscht eine enge funktionelle Beziehung zwischen Magen- und Duodenalmotorik ( antro-duodenale Koordination ). Die Regulation der antro-duodenalen Koordination erfolgt über entero-gastrische Reflexe und intestinale Hormone, zum Beispiel CCK (EHRLEIN 2005). Während der Magenentleerung werden die Kontraktionen des Duodenums gehemmt, um die Entleerung des Magenchymus zu erleichtern (EHRLEIN 2005). Im Umkehrschluss wird die Magenentleerung gehemmt, wenn Kontraktionen im Duodenum stattfinden (SAMSOM et al. 2009) oder zum Beispiel vermehrt gespaltene und resorbierbare Nährstoffe im distalen Dünndarm

63 Schrifttum 35 anfluten (WEBER u. EHRLEIN 1998; EHRLEIN 2005; MALJAARS et al. 2008). Die intestinale Transitzeit wird durch die Anwesenheit von Fett (v.a. Fettsäuren: mittelkettige haben einen größeren Einfluss als langkettige (SPILLER et al. 1988; MEY- ER et al b)), Kohlenhydraten (v.a. Glukose, Maltose (MEYER et al b)) und Proteinen (v.a. Tryptophan + Phenylalanin (MEYER et al b)) im Dünndarm - vor allem im Ileum - verlangsamt (MALJAARS et al. 2008). Diese Feedback-Hemmung der Magenentleerung durch den Darm wird durch die sogenannte Duodenal-, Jejunum- und Ileumbremse (engl.: duodenal-, jejunal-, ileal brake ) erreicht (EHRLEIN 2005). Die ileal brake bewirkt somit sowohl eine Reduktion des Appetits als auch eine Erhöhung des Sättigungsgefühls, so dass infolgedessen die Nahrungsaufnahme reduziert wird (MALJAARS et al. 2008). Einfluss der Zusammensetzung der Nahrung auf die Magenentleerung Es werden viele Einflussfaktoren der Nahrung auf die Magenentleerung diskutiert. Die Magenentleerung wird sowohl durch eine niedrige Temperatur im Mageninhalt als auch durch hohe Osmolalität, Viskosität, Faseranteile und die hohe Kaloriendichte einer Mahlzeit verlangsamt (SUN et al. 1988; SUN et al. 1995; VIST u. MAUGHAN 1995; SILEIKIENE et al. 2005). Auch die Konsistenz der Mahlzeit (fest, flüssig) und die Blutglukose-Konzentration haben einen Einfluss auf die Magenentleerung (HOROWITZ et al. 2002; SAMSOM et al. 2009). Im Folgenden werden die Einflussfaktoren und deren Wirkung auf die Magenentleerung gegenübergestellt (Übersicht 2-5) und anschließend die wichtigsten wissenschaftlichen Erkenntnisse hierzu erläutert. Einen Überblick über die mittlere Verweildauer einiger Speisen im Magen gibt Übersicht 2-6.

64 36 Übersicht 2-5: Nutritive Einflussfaktoren auf die Magenentleerung Einflussfaktor Verlangsamung der Magenentleerung Beschleunigung der Magenentleerung Literatur Kaloriendichte Hoch Gering [1] [2] [3] [4] Fettgehalt der Nahrung Hoch Gering [5] [6] [7] Konsistenz Fest Flüssig [8] [9] Temperatur Sehr kalt/warm Körperwarm [10] [11] [12] Mahlzeitgröße Groß Klein [5] [10] Ballaststoffe Ballaststoffreich Ballaststoffarm [19] Viskosität Hoch Niedrig [13] [14] Partikeldichte < > 1 g/cm 3 = 1 g/cm 3 [15] Partikelgröße 1 mm < 1 mm [9] [15] [16] Osmolalität Hoch Gering [3] Blutglukosespiegel Hoch Niedrig [17] [18] Literatur: [1] HUNT (1980) [2] JAIN et al. (1989) [3] VIST u. MAUGHAN (1995) [4] CALBET u. MACLEAN (1997) [5] READ et al. (1982) [6] BECKERS et al. (1992) [7] MALJAARS et al. (2008) [8] MEYER (1980) [9] SILBERNAGL u. DESPOPOULOS (2007) [10] KONOPKA (1985) [11] SUN et al. (1988) [12] SUN et al. (1995) [13] MEYER et al. (1986) [14] EHRLEIN (2005) [15] MEYER et al. (1985) [16] EWE et al. (1992) [17] HOROWITZ et al. (2002) [18] SAMSOM et al. (2009) [19] SILEIKIENE et al. (2005)

65 Schrifttum 37 Übersicht 2-6: Mittlere Verweildauer verschiedener Speisen im Magen, nach DONATH u. SCHÜLER (1972) Verweildauer im Magen [h] Speisen Wasser, Tee, Kaffee, Kakao, Bier, fettarme Fleischbrühe, gekochter Reis, weiche Eier, Süßwasserfische (gekocht) Kaffee mit Sahne, gekochte Milch, Kakao mit Milch, Kartoffeln, Kartoffelbrei, Obst, zarte Gemüse, Weißbrot, rohe Eier, 3 Min. gekochte Eier, Seefisch, Kalbfleisch Vollkornbrot, Schwarzbrot, Bratkartoffeln, Kohlrabi, Karotten, Radieschen, Spinat, gegrilltes Filet, Schinken, Rührei, Omelette, Huhn (gekocht), Äpfel Geflügel (gebraten), Wild, Rauchfleisch, Rind (gebraten), Hülsenfrüchte, Gurkensalat, in Fett Gebackenes 6-7 Pilze, Heringssalat, Speck, Thunfisch in Öl 7-8 Gänsebraten, Grünkohl, Ölsardinen, fettes Fleisch (z.b. Schweinshaxe) Erläuterungen zu einigen nutritiven Einflussfaktoren auf die Magenentleerung Bei Aufnahme einer flüssigen Mahlzeit hat die Kaloriendichte den größten Einfluss auf die Magenentleerung, gefolgt von der Osmolalität der Mahlzeit (VIST u. MAUG- HAN 1995; CALBET u. MACLEAN 1997; MAUGHAN et al. 2004). Kaloriendichte einer Mahlzeit Bei gesunden Menschen besteht ein negativer linearer Zusammenhang zwischen der Kaloriendichte der aufgenommenen Nahrung und der Magenentleerungsrate (HUNT 1980; JAIN et al. 1989; VIST u. MAUGHAN 1995; CALBET u. MACLEAN 1997). Zum Beispiel wurden in einer Studie 600 ml Glukoselösung (0,1 kcal/ml) im Mittel innerhalb von 9,4 Minuten und 600 ml Milchprotein-Lösung (0,7 kcal/ml) im Mittel innerhalb von 26,4 Minuten aus dem Magen gesunder Testpersonen entleert (CALBET u. MACLEAN 1997). Die Art der Kalorien bzw. Kohlenhydrate scheint hingegen keinen Einfluss zu haben (CALBET u. MACLEAN 1997). Das bedeutet, dass bei oraler Zufuhr isokalorischer Konzentrationen verschiedener Nährstoffe (Protein, Fett, Kohlenhydrate) die Magenentleerung gleichermaßen beeinflusst wird (MCHUGH u. MORAN 1979; HUNT 1980). Über den Kontrollmechanismus der Magenentleerung von Kohlenhydraten durch den Dünndarm ( Loop-Mechanismus ) herrscht derzeit noch Uneinigkeit, denn

66 38 BRENER et al. (1983) und MAUGHAN et al. (2004) beobachteten einen closedloop -Effekt für getestete Glukoselösungen. Die Glukose, die im Duodenum ankommt, löst einen negativen Feedback-Mechanismus aus, so dass keine weitere Glukose aus dem Magen entleert wird. Dieser Mechanismus soll eine mehr oder weniger konstante Energieversorgung des Körpers garantieren. Allerdings existieren ebenfalls Studien, die besagen, dass bei steigender Energiedichte oder steigendem Volumen einer flüssigen Testmahlzeit die absolute Abgabe von Energie bzw. Kohlenhydraten an den Dünndarm steigt (VIST u. MAUGHAN 1995; CALBET u. MACLEAN 1997), was bedeuten würde, dass die Energielieferung in den Dünndarm weder konstant noch limitiert ist. Studien, die sich mit dem Effekt der ileal brake auf die Magenentleerung befassten, ergaben, dass die Anwesenheit von Kohlenhydraten im Ileum die Magenentleerung hemmt (LAYER et al. 1990; LAYER et al. 1993; LAYER et al. 1995; MALJAARS et al. 2008). Fettgehalt einer Mahlzeit Nahrungsfette bestehen hauptsächlich (zu etwa 97%) aus langkettigen Triglyzeriden (RUPPIN u. MIDDLETON 1980) und werden durch Lipasen im Verdauungstrakt zu Fettsäuren und Monoacylglycerolen hydrolysiert (MALJAARS et al. 2008). Fettsäuren werden anhand der Anzahl ihrer Kohlenstoffatome (C-Atome) in kurzkettige ( C7), mittelkettige (C6-C12 (RUPPIN u. MIDDLETON 1980; BECKERS et al. 1992) bzw. C8-C12 (MALJAARS et al. 2008)) und langkettige (> C12) Fettsäuren unterteilt (MALJAARS et al. 2008). Zudem werden gesättigte von ungesättigten Fettsäuren unterschieden (ZORN 2004; MALJAARS et al. 2008). Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C10 und MCT, die zuvor durch gastrische und pankreatische Lipasen zu mittelkettigen Fettsäuren hydrolysiert wurden, werden aufgrund ihrer Polarität nach der Resorption im Dünndarm (Mukosazellen) unmittelbar in die venöse bzw. portale Blutbahn aufgenommen (RUPPIN u. MIDDLETON 1980; BE- CKERS et al. 1992; MALJAARS et al. 2008). Allerdings können etwa 30% einer applizierten Menge MCT sogar in unveränderter Form (ohne vorherige enzymatische Spaltung) in die Darmmukosa aufgenommen werden (RUPPIN u. MIDDLETON 1980). LCT (> C10 bzw. > C12) hingegen werden zunächst enzymatisch in langket-

67 Schrifttum 39 tige Fettsäuren gespalten, durch Gallensalze in Mizellen eingeschlossen, in der Mukosa des Dünndarms zu Triglyzeriden re-verestert und in Form von Chylomikronen in die Lymphbahn und anschließend in die venöse Blutbahn geleitet (BERG- STRÖM u. BORGSTRÖM 1954; RUPPIN u. MIDDLETON 1980; MALJAARS et al. 2008). Die Kettenlängen der Fettsäuren haben also einen Einfluss auf deren Resorption und somit auch auf die Magenentleerung (BECKERS et al. 1992). Generell wird bei Verzehr sehr fettreicher Mahlzeiten die Magenentleerung verlangsamt (READ et al. 1982; BECKERS et al. 1992; MALJAARS et al. 2008), da die bei der Hydrolyse entstehenden Fettsäuren die Verdauungsvorgänge im Körper beeinflussen (MALJAARS et al. 2008). Die Anwesenheit von Fettsäuren im Ileum, aber auch im gewissen Maße von Monoacylglycerolen und Triacylglycerolen (TGL), lösen den Mechanismus der ileal brake aus, so dass die Motilität des Jejunums und die Magenentleerung inhibiert werden (PIRONI et al. 1993; DOBSON et al. 1999; MALJAARS et al. 2008). Mittelkettige Triglyzeride (MCT) werden, im Vergleich zu langkettigen Triglyzeriden (LCT), zum Beispiel Olivenöl, langsamer aus dem Magen entleert - komplette Entleerung nach ca. 6-8 h (MCT) bzw. nach 4-6 h (Olivenöl) - und verbleiben ebenfalls länger im Dünndarm (PIRK u. SKÁLA 1970). Folglich könnte die Verlangsamung der Chymuspassage ein Grund für die effizientere Verdauung der MCT gegenüber der LCT bei bestehender Malabsorption sein (PIRK u. SKÁLA 1970). Zudem können mittelkettige Triglyzeride sogar ohne Einwirkung von Lipasen im Darm direkt resorbiert werden (HOFFMEISTER et al. 2012), wie bereits zuvor erwähnt wurde. Sie werden demnach schneller resorbiert als langkettige (RUPPIN u. MIDDLETON 1980; BECKERS et al. 1992; MALJAARS et al. 2008). Aufgrund ihrer schnellen Verfügbarkeit im Blut wurden MCT als alternative Energiequelle für Sportler getestet (BECKERS et al. 1992; BERNING 1996), allerdings hat sich der Einsatz zu diesem Zweck in der Praxis bisher unter anderem aufgrund der kaum vorhandenen und wenig aussagekräftigen Studienergebnisse (NOSAKA et al. 2009; CLEGG 2010) - nicht durchgesetzt. Einige Untersuchungen zu den Effekten des aufgenommenen Nahrungsfettes auf die Magenentleerung, die mittels ɣ-kameras durchgeführt wurden, haben allerdings gezeigt, dass Öle aus der Nahrung relativ schnell und mengenabhängig aus dem

68 40 Magen in das Duodenum befördert werden (MEYER et al. 1996; MEYER u. LAKE 1997; MEYER et al. 1998). Chemisch hergestellte gehärtete Fette, wie zum Beispiel in Kakaobutter oder Margarine enthalten, werden aufgrund höherer Gehalte an gesättigten Fettsäuren auch von gesunden Individuen eher schlechter verdaut als beispielsweise Öle, die viele ungesättigte Fettsäuren enthalten (z.b. Leinöl); (KRAMER 2010). Allgemein ist festzustellen, dass die Verweildauer von Fetten im Magen am längsten ist, gefolgt von Proteinen und Kohlenhydraten (SILBERNAGL u. DESPOPOU- LOS 2007). Konsistenz und Partikelgrößen einer Mahlzeit Auch die Konsistenz und Struktur der Nahrung haben einen erheblichen Einfluss auf die Magenentleerung. Bei der Entleerung einer faserreichen bzw. physikalisch groben Mahlzeit erfolgt zunächst eine stationäre ( Lag -) Phase. Während dieser Phase werden die groben Bestandteile zunächst im Magen zerkleinert, bevor sie in den Darm entleert werden (EHRLEIN 2005). Feste Nahrung verbleibt im Magen bis sie zu einer Partikelgröße von 1 mm (EWE et al. 1992; SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2007) bzw. 2 mm (WYSE et al. 2003) zerkleinert wurde ( Lag-Phase ) und wird dann in das Duodenum abgegeben, wobei kleinere Nahrungspartikel den Magen schneller verlassen als größere (MEY- ER et al. 1985; MEYER et al. 1988). Nach der Lag-Phase verläuft die Entleerung der festen Partikel linear (HOUGHTON et al. 1988). Flüssige Nahrungsbestandteile verlassen den Magen schneller als feste (MEYER 1980). Die Verweildauer, nach der 50% der aufgenommenen Nahrung abgeflossen sind, beträgt für Wasser ca Min. und für festere Nahrung etwa 1-4 h (SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2007). Hochkalorische Drinks (z.b. ProvideXtra ) werden aufgrund ihrer flüssigen Komposition als Alternative zum Fasten vor Gastroskopien eingesetzt. Es wurde nachgewiesen, dass bei 10 von 12 Probanden die komplette Trinknahrung (200 ml) in weniger als 2 Stunden den Magen verlassen hatte (ANSCHÜTZ et al. 2008). Breiige, kalorienhaltige Nahrung verbleibt ca. 1-2 Stunden im Magen, feste und fettreiche hingegen bis zu 5 Stunden (MURER u. BERGER 2005).

69 Schrifttum 41 Unverdauliche, feste Nahrungsbestandteile werden beim Menschen gemeinsam mit verdaulichen Bestandteilen aus dem Magen entleert (WYSE et al. 2003). Die Dichte von Nahrungsbestandteilen Die Dichte eines Partikels hat ebenfalls Auswirkungen auf seine Entleerung aus dem Magen; Partikel mit einer Dichte von etwa 2 g/cm³ oder < 0,6 g/cm³ werden langsamer entleert als Partikel mit einer Dichte von circa 1 g/cm³ (MEYER et al. 1985). Unter anderem deshalb haben heutige Pankreatinprodukte eine Dichte von ca. 1 g/cm³ (MEYER et al. 1985; MEYER et al. 1988). Die Viskosität einer Mahlzeit Nach experimentell intragastraler Gabe von Teflon-Partikeln (d = 3,2 mm) und einer NaCl-Lösung (200 ml) mit 1,3% Guar (enthält Guaran, pflanzlicher Schleimstoff) bei Hunden, konnte festgestellt werden, dass nach Zugabe des Guars und somit nach Erhöhung der Viskosität, die Teflon-Partikel schneller aus dem Magen entleert wurden (nach 180 Min. ca. 50% der Partikel) als nach Instillation reiner NaCl-Lösung (nach 180 Min. ca. 30% der Partikel); (MEYER et al. 1986). Daraus ist abzuleiten, dass größere Nahrungspartikel in einer viskösen Umgebung schneller aus dem Magen entleert werden als in flüssiger Umgebung. Allerdings wird (homogen) visköser Chymus im Vergleich zu flüssigem langsamer aus dem Magen abgegeben, da der Chymus unter anderem einen erhöhten Strömungswiderstand bietet (EHR- LEIN 2005). Die Größe einer Mahlzeit Auch das Volumen der Masse einer Mahlzeit hat einen Einfluss auf die Magenverweildauer; nach Aufnahme größerer Mahlzeiten wird die Magenentleerung verlangsamt (READ et al. 1982). Zum Beispiel verweilen 0,3-0,5 l Wasser ca. zwei bis drei Stunden im Magen, während 0,1-0,2 l Wasser bereits nach einer Stunde den Magen verlassen haben (KONOPKA 1985). Durch die regelmäßige Aufnahme größerer Mahlzeiten im Verlauf eines Tages und einer Magenentleerungsrate von etwa 2 kcal/min. befindet sich die westliche Bevölkerung über den Tag hinweg die meiste Zeit in einem postprandialen Zustand

70 42 (GARG et al. 1994; ANDERSON et al. 1995; MONNIER et al. 2003; SAMSOM et al. 2009). Hemmende bzw. verlangsamende, nicht nutritive Einflussfaktoren auf die Magenentleerung: Linke Körperlage ppr. (HOROWITZ et al. 1993; BOULBY et al. 1997) Akuter Stress (OCHI et al. 2008) Menstruationszyklus (Follikelphase); (BRENNAN et al. 2009) Körperliche Aktivität (nach flüssiger Elektrolytmahlzeit); (LEIPER et al. 2001) Rauchen (MILLER et al. 1989) Hemmung der Magenentleerung und dadurch Verlängerung der Dünndarmverweilzeit des Chymus durch die ileal brake, ausgelöst durch folgende Metaboliten im Ileum (BECKERS et al. 1992; MALJAARS et al. 2008): Triglyzeride Freie Fettsäuren Glukose Aminosäuren Einfluss der Magenentleerung auf das exokrine Pankreas Die Funktion des exokrinen Pankreas ist endogen mit der Motilität des Gastrointestinaltraktes gekoppelt, sowohl im nüchternen Zustand als auch während der Verdauung (LAYER et al. 2001). Beispielsweise bewirken größere Mengen kurzkettiger Fettsäuren im Ileum die Auslösung der ileal brake und gleichzeitig eine geringgradige Inhibition der Sekretion von Pankreassaft, Proteinen und Trypsin aus dem Pankreas von Ferkeln (SILEIKIENE et al. 2005). Geringe Dosierungen kurzkettiger Fettsäuren (5 Millimolar Butyrat; 7,5 Millimolar Propionat) führen hingegen 30 Minuten nach der ilealen Infusion zu einem kurzzeitigen Anstieg des Volumens

71 Schrifttum 43 des sezernierten Pankreassaftes, des Trypsins und der Proteine im Duodenum (SI- LEIKIENE et al. 2005). Effekte der EPI auf die gastrointestinale Motorik Motorik des Magens Studien haben bestätigt, dass bei Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz, zum Beispiel in Folge einer chronischen Pankreatitis, der Transit des Chymus durch den Magen (LONG u. WEISS 1974; REGAN et al. 1979; LAYER et al. 1997; BRUNO et al. 1998) im Vergleich zu gesunden Patienten beschleunigt ist. Eine halbflüssige Testmahlzeit (41,4 g Reisstärke; 10,2 g emulgiertes Triolein; 11,4 g Natriumcaseinat) wurde bei EPI-Patienten ohne Enzymsubstitution im Mittel nach 128 Minuten zu 90% aus dem Magen entleert, bei gesunden Kontroll-Personen hingegen nach 163 Minuten (LAYER et al. 1997). Motorik des Darmes Auch in Bezug auf die Transitzeit des Chymus im Dünndarm wurden bei EPI- Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpatienten beschleunigte Transitzeiten festgestellt (LAYER et al. 1997). Die Zeit für die Hydrolyse und Absorption von Nahrungsbestandteilen im Darm wird durch die beschleunigte Passage verringert. Auch exogen zugeführte Pankreasenzympräparate haben durch eine potentiell kürzere Verweildauer im Dünndarm eine verkürzte Einwirkdauer in Bezug auf die enzymatische Spaltung von Nahrungsbestandteilen. Die Stelle, an der die maximale Resorption im Darm stattfindet (Abschnitt, in dem die Nahrungsbestandteile gespalten vorliegen), verschiebt sich somit vom Duodenum weiter nach distal, so dass vermehrt Nahrungsbestandteile unverdaut am distalen Ileum anfluten (FIEKER et al. 2011). Hierdurch kommt es wiederum zu weiteren Rückkopplungen und sekretorischen und motorischen Regulationsstörungen der oberen gastro-intestinalen Organe (LAYER et al. 2001), wie zum Beispiel eines pathologischen Auftretens der ileal brake und somit einer Hemmung der Magenentleerung (EHRLEIN 2005). Es gibt allerdings auch Studien, in denen festgestellt wurde, dass die Darmpassage bzw. die OCTT bei nüchternen CF- bzw. EPI-Patienten im Mittel im Vergleich mit gesunden Probanden verlangsamt war (OCTT: 136 Min.); (GREGORY 1996). Die

72 44 OCTT bei gesunden, nüchternen Menschen beträgt im Vergleich dazu im Mittel etwa 88 Minuten (GREGORY 1996; TURSI et al. 2003). Da sich die veränderte bzw. beschleunigte Magen- (LONG u. WEISS 1974) bzw. Darm-Passage der Ingesta mithilfe von oral verabreichtem Pankreatin normalisieren lässt (LAYER et al. 1997), ist davon auszugehen, dass eine EPI-assoziierte Malabsorption sowohl die Ursache als auch die Konsequenz einer gestörten motorischen Funktion sein kann (LAYER et al. 1997). Einfluss der Nahrungsbestandteile und Nahrungsbeschaffenheit auf die Wirksamkeit von Pankreatinprodukten Bei der oralen Einnahme eines Pankreatinproduktes hat die Temperatur der gleichzeitig zugeführten Nahrung Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Präparates, da kalte Lösungen (11 C versus 37 C) den Freisetzungsprozess des Pankreatins aus der Gelatine-Kapsel verlangsamen (MEYER u. LAKE 1997). Studien beschreiben außerdem einen möglichen Effekt von nicht emulgierten Ölen (z.b. Olivenöl zu Spaghetti) auf die gecoateten, lipophilen Pankreatinprodukte (MEYER u. LAKE 1997). In-vitro-Versuche konnten belegen, dass die gecoateten Präparate unter dem Einfluss von freien Ölen Aggregate bilden und somit länger im Magen verweilen als nach oraler Zufuhr emulgierter Öle (z.b. Milchfett); (MEYER u. LAKE 1997). 2.4 Verdauungsenzyme für eine Enzymsubstitution Bei Enzympräparaten zur Therapie einer EPI wird zwischen Multienzympräparaten und Monoenzympräparaten unterschieden. Erstgenannte enthalten mindestens zwei, meistens jedoch alle drei pankreatischen Enzymklassen (Lipasen, Proteasen, Amylasen). Zusätzlich kann zwischen Enzymprodukten tierischen (porzin, bovin); (GREGORY et al. 1999; LAYER u. KELLER 2003; SAFDI et al. 2006; KUHN et al. 2010) und mikrobiellen (bakteriell, fungal); (RAIMONDO u. DIMAG- NO 1994; BOROWITZ et al. 2006; PIERZYNOWSKI et al. 2012) Ursprungs unterschieden werden. Mittlerweile existieren auch humane Produkte, die biotechnolo-

73 Schrifttum 45 gisch hergestellt werden (MAEDA et al. 1994; KUHEL et al. 2000). Auf die verschiedenen Enzympräparate wird im Folgenden näher eingegangen Enzympräparate Multienzympräparate tierischen Ursprungs Derzeit befindet sich eine große Auswahl von Enzympräparaten zur Behandlung einer EPI auf dem Markt. Die meist verwendeten Präparate sind nach wie vor Multienzympräparate porzinen Ursprungs (ROXAS 2008; KRISHNAMURTY et al. 2009). Porzine Multienzympräparate enthalten neben der Lipase, Protease und Amylase auch stets Colipase, welche die exogen zugeführte Lipase an der Oberfläche eines Lipidtropfens verankert und somit die Hydrolyse der Nahrungsfette im Duodenum gewährleistet (KRISHNAMURTY et al. 2009). Die Zusammensetzung des porzinen Pankreassekretes ist der des Menschen sehr ähnlich (ROXAS 2008) und ist daher dem bovinen überlegen. Allerdings wird vor allem die Lipase durch Magensäure und Proteasen schnell inaktiviert, so dass porzine Enzymprodukte ein säurefestes coating benötigen (DOMÍNGUEZ-MUNOZ et al. 2005). Porzine Produkte werden von Anhängern bestimmter Religionen (Islam, Judentum) gemieden, obwohl ihnen seitens der Religion eine Einnahme zu medizinischen Zwecken erlaubt ist (LAYER u. KELLER 2003). Aufgrund dessen weichen diese Patienten oft auf bovine Enzymprodukte aus. Diese haben allerdings den Nachteil, dass die Lipaseaktivität boviner Produkte etwa 75% geringer ist als die porziner (LAYER u. KELLER 2003; KRISHNAMURTY et al. 2009) und humaner Enzympräparate (KRISHNAMURTY et al. 2009), so dass eine größere Enzymmenge eingenommen werden muss (LAYER u. KELLER 2003). Außerdem werden potentiell übertragbare Krankheiten für den Menschen befürchtet (BSE, MKS); (LAYER u. KELLER 2003; KRISHNAMURTY et al. 2009). Bei allen Enzympräparaten tierischen Ursprungs ist das Verhältnis von Lipase, Protease und Amylase fix und somit kann beispielsweise die Lipase-Dosierung nicht isoliert erhöht werden. Außerdem kann bislang eine Kontamination der tierischen Präparate mit humanpathogenen Erregern nicht gänzlich ausgeschlossen werden (zumal die üblicherweise durchgeführte Erhitzung tierischer Produkte zur Hygieni-

74 46 sierung bei Pankreatinprodukten lediglich begrenzt möglich ist, da diese ansonsten zu einer Inaktivierung der Enzyme führt), so dass ein gewisses zoonotisches Potenzial - Hepatitis E-Virus-Infektion und MKS bei porzinen (KUHN et al. 2010) und BSE und MKS bei bovinen Präparaten - bestehen bleibt (LAYER u. KELLER 2003). Auch Allergien sind nicht auszuschließen (FIEKER et al. 2011). Ein weiterer Nachteil tierischer Enzymprodukte sind die Aktivitätsunterschiede zwischen einzelnen Chargen, die vermutlich fütterungsbedingt und abhängig von der jeweiligen tierindividuellen Pankreatinzusammensetzung der verwendeten Pankreasgeweben entstehen (PEKAS et al. 1964; ZABIELSKI et al. 1993; ZABIELSKI et al. 1997; ROXAS 2008). Allerdings ergibt sich hieraus kein Nachteil für den Anwender bzw. den Patienten, da der Hersteller die definierte bzw. deklarierte Dosis Lipase pro Kapsel oder Tablette gewährleistet. Wenngleich mithilfe einer porzinen Enzymsubstitutionstherapie gute klinische Ergebnisse erzielt werden können, so wird jedoch in experimentellen Studien oftmals die Verdauungsleistung der gesunden Kontrolle nicht erreicht. Deshalb wird weiterhin nach Alternativen für porzine Präparate bzw. ihrer Optimierung geforscht (GUA- RNER et al. 1993; TABELING 1998; FAßMANN 2001; HELDT 2001; LAYER et al. 2001; MANDISCHER 2002; FERRONE et al. 2007; FIEKER et al. 2011). In der Produktpalette der gecoateten Pankreatinprodukte wurde eine Neuentwicklung eingeführt. Das Produkt (Pancrecarb ) enthält zusätzlich zu porzinem Pankreatin (Dosierungen: MS-4; MS-8; MS-16 ) 1,5 bzw. 2,5 mmol Bikarbonat pro Kapsel (BRADY et al. 2006; KALNINS et al. 2006), um den duodenalen ph-wert auf ca. ph 8,5 9 zu erhöhen (FERRONE et al. 2007) und somit die Enzymaktivität der exogen zugeführten Enzyme im Duodenum zu verbessern (KRISHNAMURTY et al. 2009; KADIYALA et al. 2012). Es wurde ein mittlerer Fettabsorptionskoeffizient von 81,8% nach Einsatz von Pancrecarb und von 75,1% nach Verwendung anderer gecoateter, aber ungepufferter Multienzympräparate erreicht (Testung an CF- Patienten; BRADY et al. 2006). In einer anderen Studie wurden hingegen keine signifikanten Unterschiede bezüglich der Fettabsorption nach Vergleich eines gepufferten Multienzympräparates mit einem herkömmlichen, gecoateten Multienzympräparat bei vergleichbarer Lipase-Aktivität festgestellt (KALNINS et al. 2006). Auf-

75 Schrifttum 47 grund der bislang unterschiedlichen Ergebnisse bedarf es weiterer Untersuchungen bezüglich möglicher Vorteile des neuen Produktes im Vergleich zu den herkömmlichen, gecoateten Multienzympräparaten (FERRONE et al. 2007). Multienzympräparate mikrobiellen Ursprungs Es ist derzeit neben den tierischen Multienzymprodukten auch ein mikrobielles bzw. fungales Multienzympräparat erhältlich (Nortase, REPHA GmbH Biologische Arzneimittel, Langenhagen), das laut Hersteller bei Mangel an Verdauungsenzymen und Verdauungsstörungen, wie Völlegefühl und Blähungen - was für eine EPI symptomatisch zutreffend ist - angewendet werden soll. Es besteht aus fungalen Lipasen (Rizolipase, gewonnen aus dem japanischen Reispilz Rhizopus oryzae ) und fungalen Proteasen und Amylasen, die aus dem Pilz Aspergillus oryzae isoliert werden. Ein neuartiges mikrobielles Multienzymprodukt, ALTU-135 (TheraClec ), bestehend aus einer bakteriellen Lipase und fungaler Protease und Amylase (FERRONE et al. 2007; KRISHNAMURTY et al. 2009), befand sich bis 2009 in der Erprobung (Phase III) an CF-Patienten. Bislang wurden allerdings noch keine Ergebnisse dieser Testphase publiziert (FIEKER et al. 2011). Anhand eines neuartigen Dosismodells, das sich (unabhängig von Fettmenge oder Menge der Mahlzeit) auf ein fixes Verhältnis der Lipase, Protease und Amylase von 1:1:0,15 stützt, wurden in der Phase II der Entwicklung Versuche mit drei Dosierungen (5.000 I.E., I.E., I.E. Lipase pro Mahlzeit oder Snack) auf ihre Wirksamkeit zur Verbesserung der Fettverdauung bei CF-Patienten (mit einer EPI- Symptomatik) durchgeführt. Dieses Konzept beruht auf der Meinung der Autoren, dass eine Dosierung anhand des mit der Mahlzeit aufgenommenem Fettes/kg KM lediglich für Kleinkinder sinnvoll und bereits für ältere Schulkinder nicht mehr adäquat sei. Das in der Studie verwendete Dosierungsverhältnis der Enzyme zueinander (1:1:0,15) basiert auf der Annahme einer durchschnittlichen Fettaufnahme von ca g Fett/Mahlzeit (bei CF-Kinder); (BOROWITZ et al. 2006). Eine Erklärung für die relativ hohe Dosierung der Protease (im Verhältnis zur verwendeten Lipase-Dosierung) in der Studie wird jedoch nicht gegeben. Nach Einnahme der mittleren Dosierung konnte eine signifikante Steigerung der Fett- und Stickstoffab-

76 48 sorption gegenüber einem ebenfalls ermittelten Basalwert, d. h. ohne Enzymsubstitution, festgestellt werden. Die I.E. Lipase-Dosierung bewirkte eine Steigerung der Fettverdaulichkeit um 11,4 Prozentpunkte, die I.E. führten zu einer Steigerung um 17,3 Prozentpunkte im Vergleich zum Basalwert. Die Stuhlmasse konnte durch alle drei Enzymdosierungen gesenkt werden. Die effektivste Minimaldosis des Produktes ALTU-135 stellte die Kombination von I.E. Lipase, I.E. Protease und 3750 I.E. Amylase dar (BOROWITZ et al. 2006). Im Vergleich dazu konnte in einer Studie mit CF-Patienten (Kindern), bei der das porzine Multienzymprodukt Kreon (Dosierung I.E. Lipase) zum Einsatz kam, eine Steigerung des mittleren Fettabsorptionskoeffizienten um 26,7 Prozentpunkte im Vergleich zum Ausgangswert (ohne Enzymtherapie) erreicht werden (COLOMBO et al. 2009). Die niedrigeren Fett-Verdaulichkeitsergebnisse des Produktes ALTU 135 im Vergleich zu Ergebnissen anderer, vergleichbarer Studien begründen die Autoren BOROWITZ et al. (2006) mit der Durchführung bzw. Bewertung der Stuhlkollektion, denn in der beschriebenen Studie wurden lediglich Proben in die Bewertung einbezogen, deren Anteil an der Gesamtstuhlmasse des jeweiligen Patienten 75% betrug (Markierung durch blauen Farbstoff). Es werden fälschlicherweise oft durch verkürzte oder unvollständige Stuhlkollektionen zu hohe Fett- Verdaulichkeitsergebnisse angenommen (BOROWITZ et al. 2006). Auf die Vor- und Nachteile mikrobieller Enzympräparate wird im Folgenden bei der Erläuterung der Monoenzympräparate weiter eingegangen. Monoenzympräparate mikrobiellen Ursprungs In der Praxis weniger häufig eingesetzt werden Monoenzympräparate (Lipasen, Proteasen oder Amylasen). Im Weiteren wird, aufgrund der klinischen Relevanz (Steatorrhoe), lediglich auf die Substitution von Lipasen eingegangen. In der Humanmedizin sind vor allem mikrobielle Produkte erhältlich. Fungale Lipasen werden beispielsweise aus Rhizopus arrhizus oder Aspergillus niger gewonnen (LAYER u. KELLER 2003; KRISHNAMURTY et al. 2009). Ihre hohe Säurestabilität ist ein großer Vorteil bei der oralen Einnahme im Vergleich zu porzinen Produkten, die ein säurefestes coating benötigen, um die Magenpassage ohne Aktivitätsver-

77 Schrifttum 49 lust zu überstehen. Allerdings werden fungale Lipasen bereits bei niedrigen Konzentrationen von Gallensalzen und durch Proteasen inaktiviert (LAYER u. KELLER 2003; KRISHNAMURTY et al. 2009). Klinische Studien zeigen zwar, dass ihr Einsatz gesundheitlich unbedenklich ist (COENEN et al. 1997), die Symptome einer Steatorrhoe jedoch lediglich geringgradig verbessert werden (ZENTLER-MUNRO et al. 1992) und die Wirksamkeit gegenüber den porzinen Multienzympräparaten geringer ist (ZENTLER-MUNRO et al. 1992; LAYER u. KELLER 2003). In der Entwicklung gallensalzstabiler Varianten wird daher für die Zukunft eine Alternative zu porzinen Präparaten gesehen (CLASSEN 2008). Bakterielle Lipasen werden zum Beispiel aus Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus oder Burkholderia plantarii isoliert und stellen tatsächlich eine zukunftsträchtige Alternative zu den bisher genutzten porzinen Präparten dar (LAYER u. KELLER 2003). Durch hohe Säurestabilität haben sie eine große Aktivitätsbreite bei verschiedenen ph- Werten (ph 3-10) und sind stabil gegenüber Proteasen bzw. Gallensalzen (RAI- MONDO u. DIMAGNO 1994; KRISHNAMURTY et al. 2009; FIEKER et al. 2011). RAIMONDO u. DIMAGNO (1994) belegen in einer In-vitro-Studie, dass die lipolytische Aktivität einer bakteriellen Lipase bei humanen postprandialen intragastralen und intraduodenalen ph-bedingungen besser erhalten bleibt als die einer porzinen Lipase. In Studien mit pankreasinsuffizienten Hunden konnten nach Einsatz einer bakteriellen Lipase ( I.E. Lipase/Mahlzeit) eine nahezu vollständige Korrektur der Steatorrhoe nachgewiesen werden (SUZUKI et al. 1997; SUZUKI et al. 1999). Aufgrund der in einer Studie von SUZUKI et al. (1999) getesteten höheren spezifischen Aktivität einer bakteriellen Lipase gegenüber einer porzinen Lipase, musste lediglich 1/75 der Menge eines porzinen Präparates verwendet werden, um einen vergleichbaren Effekt (Reduktion der Steatorrhoe) zu erzielen. Somit könnte eine Enzymsupplementationstherapie zukünftig quantitativ gesehen vom Grammbereich in den Milligrammbereich reduziert werden. Bislang existieren allerdings keine human-basierten In-vivo-Studien, welche die Wirksamkeit bakterieller Lipasen belegen bzw. bestätigen (LAYER u. KELLER 2003). PIERZYNOWSKI et al. (2012) prognostizieren, dass die Schweine-Fleischproduktion erhöht werden könnte, wenn bakterielle Lipasen im Futter von schlecht wachsenden Mastschweinen

78 50 (nach dem Absetzen) ergänzt würden, um deren Wachstum zu stimulieren. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit dieser Maßnahme fraglich. Zur Verdauungsunterstützung werden auch pflanzliche Enzyme genutzt, wie zum Beispiel Bromelain (gewonnen aus Ananas) und Papain (aus Papaya isoliert). Bromelain wird hauptsächlich zur Unterstützung der Proteinverdauung eingesetzt, aber auch als Entzündungshemmer. Papain hingegen ist eine Kombination aus verschiedenen Enzymen, die sowohl proteolytisch und amylolytisch als auch schwach lipolytisch aktiv sind (ROXAS 2008). Enzympräparate biotechnologischen Ursprungs - Alternative für die Zukunft? Bei der Suche nach weiteren Lipase-Quellen wurden bereits biotechnologisch hergestellte rekombinante gastrische Lipasen (rgl) herangezogen, da diese säurestabil und in einem großen ph-bereich aktiv sind (ph 3-6); (FIEKER et al. 2011). Zum Beispiel wurde zu Testzwecken eine rgl von Hunden isoliert bzw. gewonnen. Auch die genetischen Informationen humaner gastrischer Lipase können ektopisch exprimiert und in Hefen kloniert werden (BODMER et al. 1987). Die gastrale Lipase des Menschen ist im Unterschied zu porzinen pankreatischen Lipasen im sauren ph-milieu aktiv und benötigt keine Aktivierung durch Colipasen. Im Fokus des Interesses steht insbesondere die Kombination einer humanen gastralen Lipase und einer aktiven porzinen pankreatischen Lipase, da sich beide Enzyme in ihren ph- Optima ergänzen (VERGER 1984). Eine humane pankreatische Lipase konnte ebenfalls biotechnologisch In-vitro (MA- EDA et al. 1994) und In-vivo (KUHEL et al. 2000) exprimiert werden. Derzeit befindet sich eine rekombinante humane Gallensalz-stimulierte Lipase (rhbssl) in der Entwicklung bzw. Erprobungsphase (Exinalda, Kiobrina ). Da Neugeborene generell eine geringere Expression der körpereigenen Gallensalzstimulierten Lipase (BSSL) zeigen als Erwachsene, ist es bei Frühgeborenen umso wichtiger, dieses Defizit mit der in der Muttermilch vorhandenen BSSL auszugleichen. Erste Ergebnisse einer Studie, die den Einsatz einer rhbssl als Enzymsubstitutionstherapie additiv zu pasteurisierter Muttermilch bei Frühgeborenen untersuchte, belegen, dass die Frühgeborenen ohne Enzymtherapie (Placebo-Studie:

79 Schrifttum ,5 g) nach sieben Tagen eine geringere Körpermasse-Zuwachs zeigen als die behandelten Frühgeborenen (173,3 g); (MAGGIO et al. 2010). Auch Stämme von Bakterien, wie Lactococcus lactis, konnten genetisch verändert werden, so dass sie vermehrt bakterielle Lipasen exprimieren (FIEKER et al. 2011). Eine in Lactococcus lactis geklonte Lipase von Staphylococcus hyicus wurde bereits vielversprechend an pankreasinsuffizienten Schweinen getestet (DROUAULT et al. 2002). Gentechnisch modifizierte Lipasen scheinen zwar zukünftig eine vielversprechende Alternative zu porzinen Multienzympräparaten darzustellen, aber bislang befinden sie sich weiterhin in der Entwicklung bzw. Erprobung. Zudem sind sowohl die Akzeptanz der Verbraucher gegenüber gentechnisch veränderten Medikamenten als auch die Wirtschaftlichkeit der Entwicklung und Herstellung derartiger Produkte für die pharmazeutische Industrie fraglich Galenische Konfektionierung In Bezug auf die galenische Konfektionierung müssen oral verabreichte pankreatische Enzyme möglichst folgende Kriterien erfüllen, um eine maximale Effizienz bei der Therapie einer Maldigestion in Folge einer EPI zu erreichen (WESTERMARCK u. WIBERG 2012): Schutz säureempfindlicher Enzyme vor der Inaktivierung ( enteric-coating ) Möglichst gute Durchmischung von Mahlzeit und Enzympräparat relevant vor allem für die angestrebte parallele Magenentleerung (Partikelgröße) Erreichen möglichst hoher Enzymaktivitäten im proximalen Duodenum (Freisetzung der Enzyme) Gecoatete Präparate (Delayed release preparations) Definition Ein sogenanntes enteric-coating dient als Schutz eines Arzneimittels vor der Inaktivierung durch die Magensäure (SAUNDERS u. WORMSLEY 1975; LAYER u. KELLER 1999; FERRONE et al. 2007). Es wird bei Substanzen angewendet, die nach oraler Aufnahme im Dünndarm resorbiert werden sollen oder - wie im Fall von

80 52 exogen zugeführten pankreatischen Enzymen - im proximalen Dünndarm wirken sollen. Aufgrund der besonderen Empfindlichkeit der porzinen pankreatischen Lipase gegenüber niedrigen ph-werten (bei ph < 4 rasch inaktiviert) sollten die Enzympräparate zum Schutz vor frühzeitiger Inaktivierung im Magen durch ein coating geschützt werden (DIMAGNO et al. 1977; KÜHNELT et al. 1991; GRE- GORY 1996), siehe auch Kapitel und 2.3. Die coatings exogener porziner Pankreatinprodukte sind derart konzipiert, dass sie sich bei einem ph-wert von 5,5 auflösen, so dass der Wirkstoff (Pankreatin) freigesetzt wird (DOMÍNGUEZ-MUNOZ 2011; FIEKER et al. 2011). Der intragastrale ph-wert darf folglich im Mittel nicht > 5 und der intraduodenale ph-wert muss > 5 sein, um die Freisetzung und somit die Wirksamkeit der Enzyme am Zielort (Duodenum) zu gewährleisten. Vor allem das Erreichen eines duodenalen ph-wertes von > 5 scheint bei EPI-Patienten allerdings oft nicht gegeben (siehe Kapitel 2.3.1), so dass eventuell einige der oral eingenommenen Enzyme erst weiter distal im Duodenum oder gar im Ileum aus dem coating freigesetzt werden (GUARNER et al. 1993), siehe Kapitel Für die Wirksamkeit des pankreatischen Enzympräparates ist es jedoch wichtig, dass sich das coating rasch auflöst und die Pellets/Tabletten im Duodenum freigesetzt werden (ABBOTT 2013). Je weiter proximaler im Dünndarm dieses geschieht, desto länger können die exogen zugeführten Enzyme auf die Verdauung der Nahrungsbestandteile einwirken (GULLO 2000). Es besteht die Vermutung, dass sich das coating eines Enzympräparates bei EPI- Erkrankten weiter aboral auflöst als erwünscht, wodurch eventuell die weiterhin unvollständige Korrektur einer EPI-bedingten Steatorrhoe erklärt werden könnte (GU- ARNER et al. 1993). Galenik Es gibt zahlreiche Polymere, die als Hilfsstoffe bei der Herstellung von entericcoatings verwendet werden, um eine frühzeitige Inaktivierung von Medikamenten bzw. Wirkstoffen bei niedrigen ph-werten zu verhindern und somit eine möglichst hohe Wirkstoffkonzentration am gewünschten Wirkort (Dünndarm) zu gewährleisten. Es werden natürliche (z.b. Carboxylmethyl) oder synthetisch hergestellte Poly-

81 Schrifttum 53 mere (z.b. Methacrylat-Copolymere oder Hydroxyl-Propyl-Methyl-Cellulose- Phthalate) eingesetzt (FIEKER et al. 2011). Die Eigenschaften der Auflösung des coatings hängen nicht nur vom vorherrschenden ph-wert am Wirkort ab, sondern auch von der Polymerart und der Schichtdicke des coatings (HENDELES et al. 1990). Trotz moderner enteric-coatings ist es weiterhin schwierig, die optimale Freisetzung des Enzympräparates zu gewährleisten, da sowohl der ph-wert im Mageninhalt als auch der ph-wert im Duodenalchymus periprandialen bzw. phasenweisen Schwankungen unterliegt, siehe Kapitel (FIEKER et al. 2011; KLEIN 2011). Zum Beispiel wurden eine verzögerte Freisetzung der gecoateten Pankreatin- Mikropellets und somit erhöhte ileale Enzymaktivitäten beschrieben (GUARNER et al. 1993). Im Falle einer ungenügenden Wirksamkeit eines Enzymproduktes wird daher auch bei gecoateten Präparaten die zusätzliche Einnahme eines Magensäureblockers empfohlen, um einer verzögerten Wirkstofffreisetzung entgegen zu wirken, siehe Kapitel (LÖHR et al. 2013) Ungecoatete Präparate (Immediate release preparations) Porzine Pankreatinprodukte, die nicht durch ein coating vor der sauren Magensäure geschützt sind, wirken bereits im Magen (DIMAGNO et al. 1977). Dieses kann sowohl Vor- als auch Nachteile gegenüber den geschützten Produkten haben. Durch die frühzeitige Wirkung können die exogen zugeführten Enzyme bereits im Magen die Nahrungsbestandteile hydrolysieren und somit eine Resorption der entstandenen Moleküle (Fettsäuren, Triglyzeride, etc.) im proximalen Dünndarm gewährleisten. Aufgrund der besonderen Empfindlichkeit der pankreatischen Lipase gegenüber sauren ph-werten, wird allerdings ein Großteil (> 95%) der mit dem Präparat eingenommenen Lipase bereits im Magen inaktiviert (DIMAGNO et al. 1977), weitere Inaktivierungsprozesse erfolgen im Dünndarm (durch Proteasen und Gallensalze). Daher muss die Dosierung der exogenen Lipase erhöht werden oder ein zusätzliches Medikament eingenommen werden, das den ph-wert im Magen erhöht (z.b. Protonenpumpenhemmer oder H 2 -Rezeptor-Blocker; SAUNDERS u. WORMSLEY 1975). Nach DIMAGNO et al. (1977) ist dennoch die schnelle Inak-

82 54 tivierung exogen zugeführter Lipasen der Grund für den häufig nicht zufriedenstellenden therapeutischen Effekt der ungecoateten Pankreatin-Präparate. Mikrobielle Enzymprodukte, wie beispielweise bakterielle Lipasen, haben demgegenüber den Vorteil, dass sie kein coating benötigen, da sie bei ph-werten von etwa 3-10 eine hohe Stabilität aufweisen (RAIMONDO u. DIMAGNO 1994; KRISHNAMURTY et al. 2009; FIEKER et al. 2011). Demzufolge ist die Anwendung eines mikrobiellen Enzymproduktes auch ohne den zusätzlichen Einsatz eines magensäurehemmenden Wirkstoffes möglich. Allerdings gibt es bis dato keine human-basierten In-vivo-Studien bezüglich der Wirksamkeit bakterieller Lipasen, siehe Kapitel (LAYER u. KELLER 2003) Darreichungsformen gecoateter Enzympräparate Unter den gecoateten Multienzympräparaten kann zwischen verschiedenen Darreichungsformen unterschieden werden: Tabletten (Mini-/Mikrotabletten) Mikropellets, im englischen Sprachgebrauch Mikrosphären (+ Bikarbonat) Minimikropellets ( Minimikrosphären ) Des Weiteren sind auch Pankreatinpräparate ohne coating in Tabletten- oder Pulverform auf dem Markt (FERRONE et al. 2007). Tabletten Die erste Generation der gecoateten Pankreatinprodukte wurde in Tabletten / Kapselform hergestellt. Diese zeigten allerdings gegenüber den ungecoateten Produkten keinerlei klinische Verbesserungen bezüglich der Fett-Malabsorption (DUTTA et al. 1988; MAROTTA et al. 1989; KRISHNAMURTY et al. 2009). Porzine Multienzympräparate in Form von Tabletten sind denen in (Mini-) Mikropellets-Form in Bezug auf die gleichmäßige Durchmischung des Präparates mit dem Nahrungsbrei unterlegen. Mikropellets sind zudem quantitativ betrachtet wirksamer als Tabletten, so dass eine geringere Menge bzw. Enzymdosis ausreicht, um vergleichbare

83 Schrifttum 55 Ergebnisse zu erreichen (GRAHAM 1979). Tabletten werden - bedingt durch ihre Größe (d = mm) - während der digestiven Phase im Magen zunächst zurückgehalten und erst in der interdigestiven Phase in das Duodenum abgegeben (GOEBELL et al. 1993; KRISHNAMURTY et al. 2009). Somit erreicht das säuregeschützte Produkt das Duodenum zeitlich später als die Mahlzeit, deren Bestandteile mit Hilfe dieser exogenen Enzyme hydrolysiert werden sollen (FERRONE et al. 2007). Die Partikelgröße eines Pankreatinpräparates beeinflusst seine Verteilung im Nahrungsbrei maßgeblich (GULLO 2000), wodurch wiederum die Parallelität der Magenpassage bzw. Magenentleerung beeinflusst wird (BRUNO et al. 1998). Idealerweise gelangt das Pankreatinprodukt gleichzeitig mit dem Nahrungsbrei in das Duodenum (MEYER et al. 1985; BRUNO et al. 1998). Aufgrund von Studien, die belegen, dass Mikropellets mit einer Partikelgröße von 1-3 mm die beste Durchmischung mit dem Nahrungsbrei bzw. zeitlich betrachtet die gleichmäßigste Magenentleerung zeigen (MEYER et al. 1988), wurden Minimikropellets in der genannten Größenordnung entwickelt (KRISHNAMURTY et al. 2009). Der größte Anteil der Partikel (> 90%) eines marktgängigen Präparates weist beispielsweise einen Durchmesser von < 1,25 mm auf (HALM et al. 1999). Eine weitere Studie bestätigt eine tendenziell höhere lipolytische Aktivität bzw. einen 25% höheren Behandlungseffekt eines Präparates mit einer Partikelgröße von 1,0-1,2 mm gegenüber einem der Größe 1,8-2,0 mm (KÜHNELT et al. 1991). Die kritische Partikelgröße bzw. Optimalgröße zur simultanen Magenentleerung wird mit einem Durchmesser von 1,4 mm (MEYER et al. 1988; GREGORY 1996; BRUNO et al. 1998; FIEKER et al. 2011) bzw. < 2 mm (MÖSSNER u. KEIM 2011) angegeben, wobei sehr kleine Enzympellets schneller aus dem Magen entleert werden als der Chymus, mit dem diese parallel abfluten sollten (ABBOTT 2013). Ab einer Partikelgröße von > 1,6 (MEYER et al. 1985; MEYER et al. 1988; MEYER u. LAKE 1997) bzw. 2 mm (BRUNO et al. 1998; LAYER et al. 2001) oder > 4 mm (ABBOTT 2013) kann von einer Entmischung des Nahrungsbreis und der Enzyme

84 56 im Magen ausgegangen werden, so dass die Enzympellets den Magen später verlassen als der Chymus (ABBOTT 2013). Mikropellets Mit der Markteinführung der Mikropellets (z.b. Lipazym, Pancrecarb, Lipram ) konnte das Problem der zuvor nicht parallel mit der Nahrung aus dem Magen entleerten Tabletten behoben werden, da sich die in einer magensaftlabilen Kapsel befindlichen gecoateten und kugelförmigen Partikel (d = ca. 2 mm) schon im Magen mit dem Nahrungsbrei vermischen (FERRONE et al. 2007; KRISHNAMUR- TY et al. 2009). Bereits 1979 wurden die Vorteile von Mikropellets gegenüber Tabletten nachgewiesen (GRAHAM 1979). Die meisten auf dem Markt angebotenen pankreatischen Enzympräparate bestehen derzeit aus Mikropellets (FERRONE et al. 2007). Minimikropellets Derzeit weltweit verbreitet ist vor allem die Therapie einer EPI-assoziierten Maldigestion mit Hilfe von eingekapselten Minimikropellets (Kreon ), die eine Weiterentwicklung bezüglich der Partikelgrößen der genannten Mikropellets darstellen. Der Durchmesser aktuell verwendeter Minimikropellets beträgt < 1,7 mm (WESTER- MARCK u. WIBERG 2012) bzw. < 1,2 mm (ABBOTT 2013). Um die Einnahme zu erleichtern, sind die Minimikropellets - wie auch die Mikropellets - von einer Gelatinekapsel umgeben, die sich bereits im Magen auflöst. Jedes einzelne enthaltene Minimikropellet ist zusätzlich von einem Säureschutz-coating umgeben, so dass die Kügelchen ebenfalls isoliert eingenommen werden können (häufig bei Kindern aufgrund mangelnder Akzeptanz erforderlich (FIEKER et al. 2011)); (ABBOTT 2013). Diverse Placebo-Vergleichs-Studien belegen sowohl bei Kindern (mit CF- Erkrankung); (COLOMBO et al. 2009) als auch bei Erwachsenen (SAFDI et al. 2006; KUHN et al. 2010; WHITCOMB et al. 2010; THORAT et al. 2012) eine signifikant geringere Stuhlfettexkretion und eine reduzierte Defäkationsfrequenz. Zusätzlich konnten eine Verbesserung der Stuhlkonsistenz und eine hohe Verträglichkeit

85 Schrifttum 57 bzw. Toleranz bei den Patienten festgestellt werden. Bislang konnte jedoch keine höhere Wirksamkeit der Minimikropellets gegenüber den Mikropellets belegt werden (HALM et al. 1999) Einsatz in der Praxis Zurzeit werden die meisten EPI-Patienten mit ph-sensitiven ( gecoateten ) Pankreatin-Mikrosphären behandelt, die zu jeder Mahlzeit eingenommen werden müssen, siehe Kapitel Dabei wird allgemein angestrebt, die bestehende Steatorrhoe auf < 15 g/tag Fett zu reduzieren. Um dieses zu erreichen, wird eine Dosierung von I.E. Lipase/Mahlzeit empfohlen (LAYER et al. 2001; LAY- ER u. KELLER 2003; FIEKER et al. 2011) bzw I.E. Lipase/g Nahrungsfett (STERN et al. 2011). In der Praxis können ungecoatete porzine Pankreatinprodukte mit möglichst hohem Proteasegehalt (z.b. Viokase 16 Tabletten) - zur Schmerztherapie bei chronischer Pankreatitis angewendet werden (GREENBERGER 1999). Hinter dieser Empfehlung verbirgt sich der Gedanke, durch die exogen zugeführte Protease (Trypsin) einen negativen Feedbackmechanismus auszulösen, über den die - bei EPI häufig vorkommende - unkontrollierte CCK Freisetzung gehemmt wird. Daraus wird abgeleitet, dass die endogene Enzymproduktion (LANKISCH u. LAYER 2000) und der damit einhergehende Druck sowohl im Parenchym als auch in den Pankreasgängen minimiert wird (FERRONE et al. 2007; KRISHNAMURTY et al. 2009). Über den Einsatz zur Schmerzlinderung und die genauen Wirkmechanismen herrscht allerdings Uneinigkeit (GULLO 2000; LAYER et al. 2001; FERRONE et al. 2007; KRISHNAMURTY et al. 2009). Ungeschützte, säurelabile Pankreatinprodukte werden in der Humanmedizin außerdem noch nach (totalen) Gastrektomien mit zusätzlicher medikamentöser Säurehemmung eingesetzt, da sie deutlich kostengünstiger sind als gecoatete Präparate und intraduodenal rasch verfügbar sind (LANKISCH u. LAYER 2000). Ungecoatete Pankreatinprodukte werden auch bei Patienten eingesetzt, die unter Achlorhydrie leiden oder dauerhaft mit H 2 -Blockern bzw. Protonenpumpenhemmern behandelt werden (LAYER et al. 2001). Gecoatete Produkte mit hoher Lipase-Dosierung werden, wie bereits in Kapitel be-

86 58 schrieben, zur Behandlung der Symptome einer durch EPI-bedingten Malabsorption eingesetzt (GREENBERGER 1999; KRISHNAMURTY et al. 2009; FIEKER et al. 2011). Nach Pankreasoperationen werden, abhängig von der Art des Eingriffs, jeweils entsprechende Enzymsubstitutionen empfohlen (LAYER et al. 2001; FER- RONE et al. 2007), wie z.b. gecoatete Mikropellets nach Duodenopankreatektomie (Whipple-OP) oder Linksresektion des Pankreas, ungecoatete Produkte werden hingegen zum Beispiel in Kombination mit H 2 -Rezeptor-Antagonisten nach einer duodenumerhaltenden Pankreaskopfresektion (nach Beger) empfohlen (LAN- KISCH 2001; LAYER et al. 2001).

87 Eigene Untersuchungen 59 3 Eigene Untersuchungen 3.1 Material und Methoden Versuchsziel Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirksamkeit eines handelsüblichen porzinen Multienzympräparates (Kreon, Abbott Arzneimittel GmbH, Hannover; hier MEP1) im Vergleich mit einem galenisch veränderten porzinen Multienzymprodukt (MEP2) hinsichtlich der Nährstoffverdaulichkeit zu testen. In den Untersuchungen wurden sowohl die Rohprotein-, Stärke- und vor allem die Rohfettverdaulichkeit als auch postprandiale Triglyzerid-Konzentrationen im Serum quantifiziert. Die deutlich eingeschränkte Fähigkeit zur Fettverdauung (Leitsymptom: Steatorrhoe) stellt klinisch die Hauptsymptomatik bei einem an einer EPI erkrankten Menschen oder einem Tier dar (VERMEULEN et al. 1943; MÖSSELER et al. 2006). Deshalb konzentrierten sich die Untersuchungen dieser Arbeit hauptsächlich auf die Fettverdaulichkeit unter dem Einfluss eines etablierten bzw. galenisch veränderten Multienzymproduktes Einordnung in den Gesamtkontext der Arbeiten am pankreasgangligierten Miniaturschwein In den vorangegangenen Arbeiten dieses Forschungsprojektes wurden sowohl klassische Verdaulichkeitsversuche (TABELING 1998; FAßMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003; KAMMLOTT 2003; KARTHOFF 2004; KALLA 2009; KOCH 2011) als auch Screening-Versuche (BECKER 2005; ZANTZ 2006; CLASSEN 2008; KRAMER 2010) mit pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschweinen und ileocaecal fistulierten Kontrolltieren durchgeführt. Den Tieren wurde intraoperativ vor Versuchsbeginn jeweils eine ileocaecale Umleitungsfistel implantiert, um den an der Ileumfistel anflutenden Chymus sammeln und untersuchen zu können (siehe Kapitel und 3.1.9). KARTHOFF (2004) führte während der Durchführung klassischer Verdaulichkeitsversuche zusätzlich Blutentnahmen durch, um die Effizienz verschiedener Enzymsubstitutionen

88 60 auch anhand von Blutparametern (ffs, Triglyzeride, Vit. E) und durch neue Testverfahren (NBT-PABA-Test, MB-Test) beurteilen zu können. Der Vorteil einer Blutentnahme zur Einschätzung der Wirksamkeit von Enzympräparten gegenüber Verdaulichkeitsstudien mittels Kot- bzw. Stuhlkollektion oder Chymussammlung (am Modelltier pankreasgangligiertes Minipig) ist zum einen der Verzicht auf die für den Patienten meist unangenehme Stuhlsammlung. Zum anderen könnte eine eventuelle Beeinflussung der Motorik des Darmes durch eine beim Versuchstier implantierte ileocaecale Umleitungsfistel vermieden werden. Zudem ist die Implantation eines Venenverweilkatheters weniger invasiv als die chirurgische Implantation einer Fistel in den Verdauungstrakt. Tiermedizinische, experimentelle und operative Eingriffe an den Versuchstieren, die für die Beantwortung der Fragestellungen notwendig waren, wurden von der Bezirksregierung Hannover unter folgendem Aktenzeichen genehmigt: Versuchstiere Im Rahmen der Untersuchungen standen insgesamt 19 weibliche adulte Göttinger Miniaturschweine der dänischen Zuchtlinie Ellegaard zur Verfügung. Alle Tiere wurden bereits vor Versuchsbeginn chirurgisch mit einer ileocaecalen Umleitungsfistel ausgestattet; bei 13 der 19 Tiere wurde zusätzlich der Ductus accessorius des Pankreas ligiert, um eine exokrine Pankreasinsuffizienz zu induzieren (siehe Tabelle 3-1). Im Folgenden werden diese Tiere als PL-Tiere bezeichnet, die übrigen 6 Tiere dienten als Kontrolltiere (K-Tiere). Das operative Vorgehen wurde bereits in einer Vielzahl vorangegangener Arbeiten dieses Forschungsprojektes ausführlich beschrieben (TABELING 1998; FAßMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003; KAMMLOTT 2003) und wird deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert. Um den Erfolg der intraoperativ angelegten Ligatur bzw. die Entwicklung einer EPI zu kontrollieren, wurde post operationem und stichprobenartig vor Versuchsbeginn eine Bestimmung der Chymotrypsin-Konzentration im Kot durchgeführt (Chymotrypsin-Aktivität-Kit; Firma Immundiagnostik AG, Bensheim). Als Grenzwert für das Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz wurde ein

89 Eigene Untersuchungen 61 Maximalwert von 0,6 U/g Kot festgelegt, d.h. nur bei geringeren Werten war das Tier der PL-Gruppe zuzuordnen Die Tiere wurden einmal wöchentlich gewogen, um die Körpermasseentwicklung dokumentieren zu können (eine nähere Charakterisierung der Versuchstiere ist Tabelle 3-1 zu entnehmen).

90 62 Tabelle 3-1: Daten der in den Versuchen eingesetzten Miniaturschweine Tier Nr. Geburtsdatum Mittlere KM [kg]** EPI OP-Datum Versuch* Kontroll-Tiere ,6 nein / 2.1/ ,0 nein ,1 nein ,1 nein ,0 nein / ,4 nein / 2.1/ 2.2 PL-Tiere ,2 ja ,3 ja / 2.1/ ,6 ja / 2.1/ ,3 ja / 2.1/ ,4 ja / 2.1/ ,4 ja / ,7 ja / ,2 ja / ,6 ja / ,1 ja / ,3 ja / 2.1/ ,4 ja / 2.1/ 2.2 *1=Verdaulichkeitsstudie über gesamten GIT 2.2=Blutentnahme im Screening-Versuch 2.1=Screening-Versuch (Chymus-Kollektion) **Mittelwerte der wöchentlichen Wägungen Implantation eines Venenverweilkatheters in die V. jugularis externa Im Zuge des Screening-Versuchs (Versuch 2.1) wurden den Versuchstieren für einige Enzym-/Diätkombinationen Serumproben entnommen, um die Triglyzerid- Konzentration im Blut zu bestimmen (Versuch 2.2). Genauere Beschreibungen zu diesem Versuch finden sich in den Kapiteln 3.1.6, und Zwecks wiederholter Blutentnahme wurde den Versuchstieren ein Venenverweilkatheter in die Ve-

91 Eigene Untersuchungen 63 na jugularis externa implantiert (Versuch 2.2). Die Blutentnahmen wurden bei Einsatz von drei verschiedenen Versuchsdiäten durchgeführt (siehe Übersicht 3-1: getestete Enzym-/Diätkombinationen sind grau hinterlegt). Aus diesem Grund wurde jedem Tier dreimalig ein Katheter implantiert, wobei der Katheter jeweils maximal für die Dauer von zehn Tagen im Tier verblieb. Die in diesem Versuch eingesetzten Versuchstiere sind Tabelle 3-1 zu entnehmen. Zur Implantation des Katheters wurden die Versuchstiere durch eine Injektion, bestehend aus Midazolam-ratiopharm (ratiopharm GmbH, Ulm: Midazolam 0,5 mg/kg KM) und Ketamin 10% (WDT, Garbsen: Ketamin 15 mg/kg KM), narkotisiert. Zur Vorbereitung wurde die Implantationsstelle ventral und seitlich am Hals geschoren und mit einer Seifenlösung gewaschen. Diese Arbeitsschritte fanden noch im Stallbereich statt. Das Tier wurde dann in den OP gebracht und dort in Rückenlage mit Hilfe einer Vakuummatte fixiert. Für die Überwachung der Herzaktion wurde ein EKG-Gerät (Servomed; Hellige GmbH) angeschlossen. Die ventrale Halsregion wurde steril gewaschen, mit Braunol (B. Braun Melsungen AG, Melsungen) desinfiziert und mit einem OP-Tuch abgedeckt. Das Auffinden der Implantationsstelle in der Fossa jugularis erfolgte, indem der Mittelfinger der linken Hand auf die Brustbeinspitze gelegt wurde, mit dem abgespreizten Daumen derselben Hand wurde die Vorderseite des Buggelenkes aufgesucht. Der Zeigefinger der linken Hand wies nun auf einer gedachten Linie senkrecht zwischen den beiden zuvor genannten Knochenpunkten auf die Einstichstelle am cranialen Rand des M. brachiocephalicus (HEINRITZI u. PLONAIT 2004). Die Topographie der Muskeln und Gefäße des Halses eines Schweines ist in Abbildung 3-1 dargestellt. Bei KARTHOFF (2004) wurde bereits ein ähnliches Verfahren zur Implantation eines Katheters angewendet, allerdings wurde an der ermittelten Punktionsstelle ein Schnitt durch Haut und ventrale Halsmuskulatur gesetzt, um die Vena jugularis darstellen, fixieren und dauerhaft katheterisieren zu können. In der vorliegenden Arbeit wurde jedoch lediglich nach Auffinden und Punktion der Vene eine temporäre Katheterisierung (für maximal zehn Tage) durchgeführt. Das Einsetzen des Venenverweilkatheters erfolgte mittels eines Bestecks für zentrale Venenkatheter mit Blue-Flex-Tip-Katheter der Firma Arrow (Teleflex Medical GmbH, Kernen). Um feststellen zu können, wie weit der

92 64 zentrale Venenverweilkatheter in die Vena jugularis vorgeschoben werden konnte, wurde diese Grenze für jedes Tier zuvor individuell festgelegt (durch Markierungen auf dem Katheter konnte auf die eingeführte Länge geschlossen werden). Hierzu wurde eine Verbindungslinie zwischen den beiden gestreckten Ellenbogengelenken des Tieres eingezeichnet. Diese Linie stellte den Übergang zwischen der Vena cava cranialis und dem Atrium cordis dextrum dar. Auch durch EKG-Kontrolle konnte die Lage des Katheters bewertet werden (Servomed ; Hellige GmbH). Zuletzt wurden die Flügel des Venenkatheters mit der Haut des Tieres vernäht, um ein Verrutschen des Katheters zu verhindern (Synthofil, DS 39, 3/8c, geflochten, nicht resorbierbar; B. Braun Melsungen AG) und die Einstichstelle mit sterilem Wundpflaster abgedeckt (3M Steri-Drape ). Als zusätzlicher Schutz für den Katheter wurde eine Co-Flex-Bandage um den Hals des Tieres angelegt. Unmittelbar nach der Implantation des Venenkatheters wurde von dem jeweiligen Tier eine Blutprobe entnommen (S-Monovette 2,6 ml, 65 x 13 mm, Kalium-EDTA, Firma Sarstedt AG & Co.), um ein kleines Blutbild erstellen zu können. Zur Vermeidung einer Thrombenbildung wurde der Katheter zuletzt mit verdünnter Heparinlösung gespült (50 I.E. Heparin-Natrium /ml physiologischer Kochsalzlösung, B. Braun Melsungen AG). Die Schweine wurden dann im noch narkotisierten Zustand in die Stoffwechselkäfige bzw. den Versuchsraum verbracht, wo am nächsten Tag die Versuche stattfanden.

93 Eigene Untersuchungen 65 1) Katheter 2) V. jugularis externa 3) V. jugularis interna 4) A. carotis communis a) M. sternohyoideus b) M. cutaneus colli c) Mm. pectoralis superficiales c ) M. subclavius d) M. brachiocephalicus Abbildung 3-1: Topographie der Gefäße und Muskeln am Hals eines Schweines (Ventralansicht), nach KARTHOFF (2004) Haltung der Versuchstiere In der versuchsfreien Zeit und während der Kotkollektionen befanden sich die Schweine in Einzelhaltung in ca. 1,90 m² großen Haltungsboxen, die im unteren Bereich glatte Kunststoffwände besaßen. Um den Kontakt mit den benachbarten Minipigs zu gewährleisten, waren die Boxen im oberen Bereich mit Metallgittern voneinander abgegrenzt, einige Boxen verfügten zusätzlich über kreisrunde Löcher in den Wänden (d = 4,5 cm). Die Böden der Boxen bestanden aus Metallrosten, die mit Kunststoff ummantelt waren (Tenderfoot, Ibbenbüren). Die Wasserver-

94 66 sorgung der Tiere erfolgte ad libitum mittels Zapfentränke. Die Boxen wurden einmal am Tag mit einem portablen Hochdruckreiniger (Kärcher K 2.15) gesäubert. Während der Kotkollektionsphase wurden unter diesen Haltungsboxen feinmaschige Metallgitter angebracht, um den Kot verlustfrei sammeln zu können. In dieser Zeit wurden die Haltungsboxen nicht mit Wasser gereinigt. Während der Chymussammlungen und Blutentnahmen befanden sich die Tiere einzeln in ca. 0,92 m² großen Stoffwechselboxen aus Edelstahl. An den jeweiligen Innenseiten dieser Boxen waren Plexiglas-Scheiben angebracht. Für den Versuch wurden diese Scheiben entfernt, um die Probengewinnung am Tier zu erleichtern. Ebenso wie die Haltungsboxen waren die Stoffwechselboxen mit Tenderfoot - Böden ausgestattet. Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Tageslichtlänge wurden elektronisch geregelt, so dass die Stalltemperatur stets 22 C ± 2 C, die Luftfeuchtigkeit 50% und die Lichtdauer 15 Stunden/Tag betrug. Die Wasserversorgung der Tiere erfolgte, wie in der versuchsfreien Zeit, ad libitum mittels Zapfentränke. Das Versuchsfutter wurde in Näpfen aus rostfreiem Stahl zubereitet und den Tieren durch die Fronttür in den Käfig gestellt. Zur Selbstbeschäftigung der Tiere während und auch außerhalb der Versuchsphasen standen Spielzeuge zur Verfügung, wie zum Beispiel ein ca. fußballgroßer Hartplastikball, ein ovaler Kautschukball und eine Metallkette. Die Schweine waren an den Kontakt mit Menschen gewöhnt, so dass sich die Arbeit mit den Tieren während der Versuchsphasen bzw. bei den Probenentnahmen problemlos gestaltete Fütterung und Versuchsfutter Außerhalb der Versuchszeiten wurden die Schweine zweimal täglich mit 250 g us (222 g TS) eines schrotförmigen Alleinfutters für Schweine versorgt - hergestellt von Altromin Spezialfutter GmbH & Co. KG, Lage (Zusammensetzung und Rohnährstoffgehalte des Futters siehe Tabelle 3-2 und Tabelle 3-3). Um ein Verstopfen der Fisteln bei den Tieren zu verhindern, war das Futter sehr fein vermahlen (Verteilung der Partikelgrößen, trockene und nasse Siebanalyse siehe Tabelle 3-4). Das Futter wurde vor dem Verfüttern mit 1l lauwarmem Leitungswasser angerührt. Dem Futter

95 Eigene Untersuchungen 67 der pankreasinsuffizienten Tiere wurde jeweils Kreon (Abbott Arzneimittel GmbH, Hannover) zugesetzt, ein handelsübliches Pankreatin-Produkt (Dosierung: ca. 2,5 g/mahlzeit; I.E. Lipase/Mahlzeit). Die spezifischen Enzymaktivitäten sind der Tabelle 3-8 zu entnehmen. Tabelle 3-2: Botanische Zusammensetzung des Alleinfutters für Schweine [g/kg us], laut Deklaration des Herstellers Bestandteile [g/kg us] Weizennachmehl 380 Maismehl 379 Sojaextraktionsschrot 170 Cellulosepulver 20 Dicalciumphosphat 12 Sojaöl 10 Calciumcarbonat 10 Viehsalz 3 Tabelle 3-3: Chemische Zusammensetzung des Alleinfutters für Schweine (Analysedaten [g/kg TS]) Chemische Bestandteile [g/kg TS] Rohasche 50,7 organische Substanz 949 Rohprotein 214 Rohfett 36,8 Rohfaser 24,5 N-freie Extraktstoffe 674 Stärke 622 Zucker 50,3

96 68 Tabelle 3-4: Verteilung der Partikelgrößen im Alleinfutter für Schweine Partikelgröße [mm] Trockene Siebanalyse Massenanteile der Partikel [%] Nasse Siebanalyse* > 1 0,17 0,62 > 0,8 0,74 1,44 > 0,56 12,1 15,0 > 0,4 22,5 14,8 > 0,2 29,6 21,7 < 0,2 34,9 46,4 *Nasse Siebanalyse wurde zusätzlich durchgeführt, da die Siebe durch das fein vermahlene Futter verkleben können Versuch 1: Bestimmung der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt Im Verlauf dieses Versuchs erhielten 8 PL-Tiere und 5 K-Tiere während einer zehntägigen Adaptationsphase die sogenannte Humandiät (siehe Tabelle 3-5, Tabelle 3-6), wie sie bereits für die Dissertationen von CLASSEN (2008) und KALLA (2009) verwendet wurde. Die Diät wurde in Anlehnung an die mitteleuropäische, menschliche Ernährung zusammengestellt, da die Erkenntnisse, die in diesem Projekt gewonnen werden, auf die exokrine Pankreasinsuffizienz beim Menschen übertragen werden sollen. Die im Folgenden als HD bezeichnete Humandiät bestand aus: 200 g us einer Futtermischung der Altromin Spezialfutter GmbH & Co. KG, Lage (Botanische Zusammensetzung - laut Hersteller siehe Tabelle 3-5, Inhaltsstoffe und Zusatzstoffe siehe Anhang), 25 g Olivenöl (Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe), 75 g Sahne (32% Fett), 0,625 g des Markers Chromoxid (Cr 2 O 3, Partikelgröße: 98%: 50µm, Firma Sigma-Aldrich, Steinheim). Diese Mischung wurde mit 1 Liter lauwarmem Wasser mittels eines Küchenmixers zu einer Emulsion verrührt. Zudem wurden nach Anrühren des Futters der PL-Tiere

97 Eigene Untersuchungen 69 die jeweils zu testenden Enzympräparate (siehe Kapitel 3.1.7) dem Futter mit einem Schneebesen vorsichtig untergemischt. In Tabelle 3-6 sind die chemische Zusammensetzung der HD sowie die pro Mahlzeit enthaltenen Nährstoffgehalte angegeben. Tabelle 3-5: Botanische Zusammensetzung der Futtermischung für die Humandiät (1. Charge) aus Versuch 1, laut Deklaration des Herstellers Komponenten [g/kg us] Weizenmehl 290 Reisstärke 290 Schweineschmalz 125 Grünes Erbsenmehl 73,0 Geflügelfleischmehl 73,0 Säurecasein 73,0 Cellulose 40,0 Calciumcarbonat 11,0 Dicalciumphosphat 9,00 Tabelle 3-6: Chemische Zusammensetzung [g/kg TS] der Humandiät (1. Charge) aus Versuch 1, sowie absolute Mengen [g/tier] je Mahlzeit und Tag g/kg TS pro Mahlzeit [g/tier] pro Tag [g/tier] Trockensubstanz Rohasche 37,9 8,76 17,5 Rohprotein ,2 70,4 Rohfett ,7 147 Rohfaser 25,0 5,77 11,5 Stärke ,7 189 Zucker 19,8 4,56 9,12 NfE Chromoxid 2,71 0,625 1,25

98 70 Versuch 2.1: Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit Für diesen Versuch wurden die Schweine mit drei verschiedenen Versuchsdiäten gefüttert. Zum Einsatz kamen die bereits für Versuch 1 verwendete Humandiät (2. Charge) und zusätzlich die Kombidiät, sowie die Lipase-Diät. Die im Folgenden als KD bezeichnete Kombidiät bestand aus: 150 g Reisstärke 4, 30 g Fischmehl 4, 30 g Sojaproteinkonzentrat 4, 247,2 g Milch (1,5 % Fett), 29,92 g Olivenöl (Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe), 1 Beutel (87 g) Calshake (Fresenius Kabi Deutschland GmbH), 9,88 g Hydroxypropylmethylcellulose (Methocel TM, Firma DOW ), 150 ml Wasser und 0,625 g Chromoxid (Firma Sigma-Aldrich, Steinheim). Diese Diät wurde bereits in vorangegangenen Untersuchungen des Projekts pankreasgangligiertes Miniaturschwein verwendet (CLASSEN 2008). Der in dieser Futtermischung und in der Lipasediät verwendete Calshake (Fresenius Kabi Deutschland GmbH) wurde erstmals von ZANTZ (2006) für die Wirksamkeitsprüfung von Lipasen im Screening-Test verwendet, da er hochkalorisch, fettreich und leicht verdaulich ist. Zudem förderte er die Emulgierung der zugesetzten Fette. 4 Altromin Spezialfutter GmbH & Co. KG, Lage

99 Eigene Untersuchungen 71 Die dritte Futtermischung, Lipasediät ( LD ), wurde ebenfalls bereits in vorangegangenen Studien eingesetzt (ZANTZ 2006; KRAMER 2010). Sie setzte sich aus folgenden Komponenten zusammen: 247,2 g Milch (1,5% Fett), 29,92 g Olivenöl (Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe), 1 Beutel (87 g) Calshake (Fresenius Kabi Deutschland GmbH), 9,88 g Hydroxypropylmethylcellulose (Methocel TM, Firma DOW ) und 0,625 g Chromoxid (Firma Sigma-Aldrich, Steinheim). Die Homogenisierung der LD konnte mit Hilfe eines Ultra-turrax 900 (9500 U/Min.; IKA -Werke GmbH & Co. KG, Staufen) erreicht werden. Den jeweiligen Versuchsfuttermitteln wurde unmittelbar vor dem Angebot das zu testende Multienzympräparat untergemischt, das bezüglich der Wirksamkeit auf die Nährstoffverdaulichkeit getestet werden sollte. Die chemische Zusammensetzung der Versuchsdiäten und die absolut aufgenommenen Nährstoffmengen pro Mahlzeit sind in Tabelle 3-7 aufgelistet. Das in den Versuchen verwendete Chromoxid (Firma Sigma-Aldrich, Steinheim) diente zum einen der optischen Kontrolle der Anflutung des markerhaltigen Chymus an der ilealen Fistel, der aus der Versuchsmahlzeit stammte, und zum anderen war es auf diese Weise möglich, eine Marker-korrigierte Berechnung der praecaecalen Verdaulichkeit (VQ) und der Verschwindensrate (VR) der Rohnährstoffe durchzuführen (siehe Kapitel ), wie bereits von BECKER (2005) beschrieben.

100 72 Tabelle 3-7: Chemische Zusammensetzung der Versuchsdiäten [g/kg TS] und absolute Nährstoffmengen pro Mahlzeit [g/tier] "Humandiät" (nach Kalla 2009)* g/kg TS pro Mahlzeit [g] "Kombidiät" (nach Classen 2008) g/kg TS pro Mahlzeit [g] "Lipasediät" (nach Zantz 2006) g/kg TS pro Mahlzeit [g] Trockensubstanz Rohasche 37,1 8,31 31,3 10,1 25,3 3,71 Rohprotein , ,8 81,6 12,0 Rohfett , , ,2 Rohfaser 24,5 5,48 2,47 0,798 24,5 3,59 Stärke , ,40 1,23 Zucker 20,0 4, , ,7 Chromoxid 2,79 0,625 1,94 0,625 2,51 0,368 * Für Versuch 2.1 kam eine andere Charge zum Einsatz als in Versuch 1 Versuch 2.2: Triglyzerid-Bestimmung im Serum Die Fütterung für diesen Versuch erfolgte wie für Versuch 2.1. bereits dargestellt mit drei Versuchsdiäten ( Humandiät, Kombidiät, Lipasediät ) und wird deshalb an dieser Stelle nicht weiter beschrieben Enzymprodukte Zum Einsatz kamen zwei verschiedene pankreatische Multienzymprodukte porziner Herkunft. Diese enthielten Lipasen, Amylasen und Proteasen in einem konstanten Verhältnis. Die spezifischen enzymatischen Aktivitäten wurden zuvor mittels eines In-vitro-Testverfahrens bestimmt, siehe Tabelle 3-8.

101 Eigene Untersuchungen 73 Tabelle 3-8: Spezifische Enzymaktivitäten [I.E./g] (Lipase, Protease, Amylase) der eingesetzten Multienzymprodukte Enzyme Lipase-Aktivität Protease-Aktivität Amylase-Aktivität MEP MEP Kreon * *Einsatz außerhalb der Versuchsphasen Multienzymprodukt 1 (MEP1) Bei diesem Pankreatinprodukt handelt sich um ein handelsübliches Multienzympräparat (Minimikropellet; Kreon ), das bereits in vorangegangenen Dissertationen dieses Projektes auf seine Wirksamkeit getestet wurde (z.b. SCHWARZMAIER 2012). Die Wirksamkeit vergleichbarer Vorgänger dieses Produktes wurde ebenfalls bereits in zahlreichen In-vivo-Versuchen dieses Projektes nachgewiesen (KART- HOFF 2004; BECKER 2005; CLASSEN 2008; KALLA 2009). Multienzymprodukt 2 (MEP2) Das Multienzympräparat MEP2 ist ebenfalls ein Pankreatin porziner Herkunft (Minimikropellet), weist allerdings eine neue, d.h. andersartige galenische Konfektionierung auf als MEP1. Die getesteten Enzym-/Diätkombinationen sind Übersicht 3-1 zu entnehmen. Die Enzymdosierungen orientieren sich an den Lipase-Einheiten, da bei der Therapie der EPI klinisch vor allem eine bessere Verdaulichkeit des Nahrungsfettes angestrebt wird.

102 74 Übersicht 3-1: Beschreibung der durchgeführten Versuche (Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt (Versuch 1) versus Screening-Test (Versuch 2.1 und 2.2)) sowie der eingesetzten Enzymdosierungen und Versuchsdiäten Enzymdosis* [I.E.]/Mahlzeit Versuch 1 Versuch 2.1 und Versuch 2.2 Versuchsfutter Humandiät Humandiät Kombidiät Lipasediät MEP1&MEP MEP1&MEP MEP1&MEP MEP1&MEP MEP1&MEP MEP1&MEP MEP1&MEP2 MEP1&MEP MEP1&MEP2 MEP1&MEP MEP1&MEP2 MEP1&MEP2 - - Grau hinterlegt Gleichzeitig in Versuch 2.1 und Versuch 2.2 (Blutkatheter-Versuch) getestete Varianten *Lipaseaktivität Im Weiteren werden die in den Versuchen getesteten Enzymdosierungen zur Vereinfachung in abgekürzter Form verwendet. Diese sind in Übersicht 3-2 angegeben.

103 Eigene Untersuchungen 75 Übersicht 3-2: In den Versuchen angewandte Enzymdosierungen und deren verwendete Abkürzungen Enzymdosierungen [I.E.] Lipase/Mahlzeit Abkürzungen [k I.E.] Lipase/Mahlzeit 500 0, , Versuchsplan Die durchgeführten Versuche können in drei unterschiedliche Abschnitte unterteilt werden. Zunächst erfolgte eine Untersuchung der Nährstoffverdaulichkeit (VQ) im klassischen Verdaulichkeitsversuch (Versuch 1). Zudem wurde die praecaecale Verschwindensrate (VR) der Nährstoffe in einem Screening-Versuch bestimmt (Versuch 2.1) und parallel dazu Blutproben für die Bestimmung der Triglyzerid- Konzentration im Serum genommen (Versuch 2.2). Die einzelnen Versuche sind zur besseren Veranschaulichung in Übersicht 3-3 gegenübergestellt.

104 76 Übersicht 3-3: Durchgeführte Versuche zur vergleichenden Überprüfung der Wirksamkeit zweier Multienzympräparate (MEP1 und MEP2) Parameter Versuch 1 Versuch 2.1 Versuch 2.2 Nährstoffverdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt Praecaecale Nährstoffverdaulichkeit (Screening) Versuchsdiäten Humandiät Humandiät Lipasediät Kombidiät Probenmaterial Tieranzahl (n) Getestete Enzymdosierung [I.E. Lipase] MEP 1 & MEP 2 Ileum-Chymus und Kot 5 KT 5 PL-0 8 PL+E Ileum-Chymus 3 KT 0 PL-0* 12 PL+E Kinetik der TGL- Konzentration im Blut Humandiät Lipasediät Kombidiät Serum 3 KT 0 PL-0 13 PL+E * Daten aus vorangegangenen Projekten vorliegend Pankreasgangligierte Tiere mit Enzymsubstitutionstherapie Versuch 1: Bestimmung der (scheinbaren) Verdaulichkeit der Nährstoffe mittels klassischer Verdauungsversuche Mindestens drei Tage - aber spätestens 48 Stunden - vor Versuchsbeginn wurde das Enzympräparat (Kreon ) abgesetzt, das die Tiere in der versuchsfreien Zeit mit dem Alleinfutter erhielten, um eine mögliche Verschleppung der Enzyme in die Versuchsphase zu vermeiden. Für diesen Versuch erfolgte eine zehntägige Anfütterung, in der die Tiere zweimal täglich (7 und 19 Uhr) das Versuchsfutter ( Humandiät ), sowie das zu testende Enzymprodukt bekamen. Darauf folgte eine fünf-

105 Eigene Untersuchungen 77 tägige Kotsammlung, bei der jeweils die gesamte vom Tier abgesetzte Kotmenge gesammelt wurde. Anschließend fand über die Dauer von drei Tagen eine je 12- stündige Sammlung des Chymus aus der Ileumfistel statt. Der Versuchsablauf ist in Abbildung 3-2 dargestellt. Während der gesamten 18-tägigen Versuchsphase erhielten die Schweine im Abstand von 12 Stunden (7 und 19 Uhr) eine Mahlzeit der HD (231 g TS/Mahlzeit) - Rohnährstoffgehalte und absolute Nährstoffmengen siehe Tabelle 3-5 und Tabelle 3-6. Dieser Versuchsablauf wurde für jedes PL-Tier sechsmal wiederholt (zwei Enzymprodukte in jeweils drei Dosierungen), um die in Übersicht 3-1 dargestellten Enzymdosierungen zu testen. Die Enzympräparate bzw. die Dosierungen wurden in einem Lateinischen Quadrat getestet (mehrere Enzymdosierungen zeitgleich an unterschiedlichen Tieren getestet). Die K-Tiere absolvierten jeweils nur eine Versuchsphase (ohne Enzymsubstitution), die PL-Tiere hingegen durchliefen zusätzlich zu der oben genannten Versuchsphase mit Enzymzulage einen Versuch ohne Enzymsubstitution ( 0-Versuch ). Abbildung 3-2: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Bestimmung der Nährstoff-Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt sowie im praecaecalen Bereich

106 78 Versuch 2.1: Bestimmung der praecaecalen Verschwindensrate von Nährstoffen im Screening-Test-Verfahren Die Bestimmung der praecaecalen Nährstoff-Verdaulichkeit nach Enzymzugabe erfolgte in einem Screening-Testverfahren, das bereits von BECKER (2005), ZANTZ (2006), CLASSEN (2008) und KRAMER (2010) genutzt wurde. Im Unterschied zum klassischen Verdaulichkeitsversuch wird hierbei auf eine Anfütterungsphase verzichtet, so dass man von einem Schnelltest zur Bestimmung der Nährstoffverdaulichkeit sprechen kann. Die Schweine wurden morgens um 7 Uhr mit der jeweiligen markerhaltigen Versuchsdiät ( HD, KD, LD ) gefüttert. Mindestens 48 Stunden vor Versuchsbeginn wurde das Pankreatinprodukt (Kreon ) abgesetzt, das die Tiere in der versuchsfreien Zeit mit dem Alleinfutter erhielten, um eine mögliche Beeinflussung der Ergebnisse des zu testenden Enzymproduktes zu verhindern. Am Vorabend des Versuches erhielten die Schweine lediglich eine flüssige, hochkalorische Mahlzeit (400 ml, ProvideXtra Drink, Apfel; Fresenius Kabi GmbH Deutschland), um die Magenentleerung zu optimieren und somit einen Übertrag der Mahlzeit vom Vorabend zu verhindern. Diese flüssige Mahlzeit wurde von ZANTZ (2006) zu diesem Zweck in das Screening-procedere eingeführt. Nach Versuchsende bekamen die Tiere das Alleinfutter für Schweine (siehe Tabelle 3-2, Tabelle 3-3 und Tabelle 3-4), wie schon in vorangegangenen Screening-Versuchen (BECKER 2005; ZANTZ 2006; CLASSEN 2008; KALLA 2009; KRAMER 2010). Zwischen einzelnen Screening-Tests bzw. Chymussammlungen bestand stets ein zeitlicher Abstand von mindestens 48 Stunden. BECKER (2005) ermittelte, dass nach 48 Stunden eine Verschleppung des Markers aus einer vorangegangenen Testmahlzeit nahezu ausgeschlossen werden kann. Nach BECKER (2005) wurden Stunden ppr. < 1% der mit der Testmahlzeit applizierten Markermenge wiedergefunden. Der Versuchsablauf ist in Abbildung 3-3 detailliert dargestellt. Es wurden insgesamt 18 Screening-Versuche pro PL-Tier durchgeführt, da die beiden Enzyme in jeweils acht Dosierungen getestet wurden. Aufgrund begrenzter Kapazitäten in diesem Projekt war es bei Erhebung der Ergebnisse dieser Arbeit nicht möglich, Quervergleiche unter den einzelnen Enzymdosierungen bzw. Versuchsdiä-

107 Eigene Untersuchungen 79 ten zu ziehen. Eine Dosierung ( I.E.) wurde allerdings an zwei Diäten getestet. Ein Vergleich der beiden getesteten Multienzympräparate war jedoch in jeder Diät und Enzymdosierung möglich, da stets beide Präparate parallel getestet wurden. Jegliche überprüften Enzym-/Diätkombinationen sind Übersicht 3-1 und Übersicht 3-3 zu entnehmen. Durch die Anwendung des Lateinischen Quadrates bei der Testung der Enzymkombinationen wurden mögliche tagesabhängige Effekte minimiert. Die Kontrolltiere (114, 147, 151) wurden in drei Screening-Versuchen eingesetzt, so dass sie jede der drei Versuchsdiäten ( HD, KD, LD ) einmalig erhielten, um Normwerte für die Nährstoffverdaulichkeit bei gesunden Tieren zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden keine 0-Versuche - d.h. an PL-Tieren ohne Enzymsubstitution - durchgeführt. Die Ergebnisse der 0-Versuche stammen aus vorherigen Arbeiten dieses Projektes (ZANTZ 2006; CLASSEN 2008; KALLA 2009), in denen aber vergleichbare Versuchs-Bedingungen vorlagen. Abbildung 3-3: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Bestimmung der praecaecalen Verschwindensrate im Screening-Test t M Zeitspanne bis zur Markeranflutung an der Fistel ( Farbumschlag )

108 80 Versuch 2.2: Bestimmung der Kinetik der Enzymwirkung mit Hilfe der Triglyzerid- Messung im Serum Im Rahmen der Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit (Versuch 2.1) wurden für einige Enzymdosierungen zusätzlich am Vortag des Versuchs bei den Tieren ein zentraler Katheter in die Vena jugularis externa implantiert (Durchführung siehe 3.1.4), um die periprandiale Entwicklung der Triglyzerid-Konzentration im Serum zu bestimmen. Zur Blutentnahme wurden Serum-Röhrchen (S-Monovette ; 4,9 ml Z) von Sarstedt verwendet. Es wurden pro Versuchstag über eine Zeitspanne von 12 Stunden Blutproben aus den Kathetern entnommen. Die erste Blutprobe, die im Weiteren als 0-Probe bezeichnet wird, wurde ca. 10 Min. praeprandial gewonnen. Die Blutentnahmen erfolgten danach zunächst in 30 minütigen Abständen postprandial (0,5 h, 1 h, 1,5 h, 2 h). Im Zeitraum zwischen 2 und 5 Stunden ppr. wurde stündlich Blut entnommen (3 h, 4 h, 5 h), danach in zweistündigen Abständen (6 h, 8 h, 10 h, 12 h), so dass pro Tier und Tag insgesamt 12 Blut- bzw. Serumproben zur Verfügung standen. Der Versuchsaufbau ist in Abbildung 3-4 dargestellt. Abbildung 3-4: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Entnahme von Blutproben (12 Blutentnahmen in 12 Stunden) t M Zeitspanne bis zur Markeranflutung an der Fistel ( Farbumschlag )

109 Eigene Untersuchungen Probengewinnung und Probensammlung Versuch 1: Bestimmung der Nährstoff-Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt, sowie im praecaecalen Bereich ( klassisches Prozedere ) Chymussammlung (zur Bestimmung der praecaecalen VQ) Die Chymussammlungen wurden über einen Zeitraum von zwölf Stunden (7 bis 19 Uhr) durchgeführt. Diese Zeitspanne wurde in 6 Intervalle zu je zwei Stunden eingeteilt. Die Sammlungen begannen morgens unmittelbar nach der Fütterung mit der Öffnung der ilealen Fisteln. Während der Phase der Chymussammlung wurde das Probenmaterial mit Hilfe eines Medizinalkondoms (richter rubber technology, Hannover) gesammelt, das mit einer Metallklammer an der geöffneten Ileumfistel befestigt wurde. Der so aufgefangene Chymus wurde umgehend in einen austarierten Kunststoffbecher überführt und bei -20 C gelagert. Für die Zeit des Versuchs wurde die Caecumfistel mit einem Metalldeckel verschlossen, der in der Mitte eine Gummischeibe besaß. Durch diese Scheibe hindurch wurden dem Tier alle zwei Stunden Elektrolyte (2,05 x 10-3 g NaCl/ml; 0,36 x 10-3 g KCl/ml) und Wasser substituiert, um die durch die Chymusentnahme bedingten Verluste an Wasser und Elektrolyten zu kompensieren. Es wurde 1 ml Elektrolytlösung pro Gramm entnommenem Chymus substituiert (TABELING 1998). Dieses Vorgehen wurde bereits in den Dissertationen von CLASSEN (2008), KALLA (2009), KRAMER (2010), LOOCK (2010) und KOCH (2011) ausführlich diskutiert. Kotsammlung Die Kotsammlungen erfolgten generell über eine Dauer von fünf Tagen. Hierzu wurde der täglich abgesetzte Kot möglichst verlustfrei aus der Haltungsbox und dem darunter befindlichen Metallrost gesammelt und in einen Kunststoffbeutel überführt. Die Kotmasse jedes Tieres wurde jeweils separat zu einer Tagesprobe zusammengefügt und bis zur weiteren Verarbeitung bei -23 C gelagert.

110 82 Versuch 2.1: Bestimmung der praecaecalen Verschwindensrate der Nährstoffe (Screening-Test) Die Sammelphase begann, sobald der grüne, markerhaltige Chymus an der Ileumfistel anflutete. BECKER (2005) und ZANTZ (2006) konnten einen parallelen Fluss von Nährstoffen und Marker der Versuchsmahlzeit nachweisen, daher wird davon ausgegangen, dass zu diesem Zeitpunkt die Versuchsmahlzeit zeitgleich mit dem Marker an der Fistel ankommt. Dieser Zeitpunkt variierte tierindividuell, jedoch wurden aufgrund von Erfahrungswerten (BECKER 2005) die Fisteln der Tiere erst 3,5 bis 4 Stunden postprandial für die Sammlung geöffnet. Der braune, noch markerfreie Chymus, der zuvor geflossen war, verblieb im Tier bzw. wurde verworfen. Der sog. grüne (markerhaltige) Chymus wurde, ebenfalls wie in Versuch 1, in Medizinalkondomen aufgefangen, die an der Ileumfistel der Tiere befestigt waren. Die Chymuskollektion erfolgte über acht Stunden und zwar vom Zeitpunkt des Farbumschlags an in vier Intervallen zu je zwei Stunden. Zwischen den einzelnen Kollektionsintervallen fand eine Substitution mit Elektrolyten (NaCl, KCl) in die Caecumfistel statt, siehe Kapitel Versuch 1. Zudem wurden zwischen den Kollektionsintervallen die Medizinalkondome ausgewechselt und neue Kunststoffsammelbecher benutzt. Versuch 2.2: Blutentnahme Vor Entnahme der eigentlichen Probe wurden zur Vermeidung von Kontaminationen durch heparinhaltige NaCl-Lösung, die zur Katheterpflege genutzt wurde, ca. 1,5 ml Blut abgenommen und verworfen. Nach der Blutprobenentnahme wurde der zentrale Venenkatheter (0,48 ml Füllvolumen) mit verdünnter Heparinlösung (50 I.E. Heparin/ml NaCl) gespült, um den Katheter durchgängig zu halten und um eine Thrombenbildung zu verhindern. Es wurden insgesamt pro Tier und Versuchstag 12 Serumproben entnommen (siehe Kapitel 3.1.8).

111 Eigene Untersuchungen Bearbeitung und Aufbereitung der Proben Chymusproben Der innerhalb eines zweistündigen Intervalls gesammelte Chymus wurde aus den jeweiligen Medizinalkondomen in Kunststoffbecher überführt. In jeden Becher wurden maximal 50 g Chymus eingefüllt, um die spätere Gefriertrocknung zu erleichtern bzw. zu beschleunigen. Die Netto-Chymus-Masse (ursprüngliche Substanz) wurde mit Hilfe einer Oberschalenwaage (Mettler-Toledo Intl. Inc., Modell PM600) bestimmt. Nach Beendigung eines jeden zweistündigen Intervalls wurden ein neuer Kunststoffbecher und ein neues Medizinalkondom verwendet. Die Proben wurden umgehend bei -20 C im Gefrierschrank gelagert und nach Versuchsende in eine Gefriertruhe (-23 C) umgelagert. Anschließend wurden die tiefgefrorenen Chymusproben zur Weiterverarbeitung über die Dauer von zwei Tagen gefriergetrocknet (Christ Loc-1m Alpha 1-4; Christ Alpha 1-4 LSC, Osterode am Harz) und die Masse nach Gefriertrocknung notiert. Danach wurde der Chymus eines jeden Tieres mit Hilfe einer Messermühle (Grindomix GM 200, Retsch, Haan) getrennt vermahlen und pro Tier und Tag (Versuch 1) in Kunststoff-Weithalsflaschen umgefüllt. Für die Analyse der Chymusproben aus dem Screening-Versuch (Versuch 2.1) wurde das Probenmaterial intervallweise vermahlen und in Weithalsflaschen gefüllt, so dass pro Tier und Tag bis zu vier Proben entstanden. Sofern die Probenmenge pro Intervall zu gering war, wurden ggf. zwei oder mehr Intervalle zusammengefügt, um die Analyse aller gewünschten Parameter zu ermöglichen. Kotproben Der abgesetzte Kot aus Versuch 1 wurde in Kunststofftüten gesammelt, dessen Frischmasse durch Wägung ermittelt und bis zur Weiterverarbeitung bei -23 C gelagert. Am Ende der Kollektionsphase wurde der Kot für die Dauer von drei Tagen gefriergetrocknet (Christ Loc-1m Alpha 1-4; Christ Alpha 1-4 LSC, Osterode am Harz). Anschließend wurde die Masse nach Gefriertrocknung ermittelt und der Kot analog zu den Chymusproben pro Tier und Tag fein vermahlen und bis zur Analyse bei -23 C gelagert. Nach Bestimmung der Trockensubstanz wurden die Proben der einzelnen Tage in Abhängigkeit von ihrem TS-Gehalt und relativen Anteil an der

112 84 Gesamt-Kot-Masse des Kollektionsintervalls zu einem Aliquot pro Tier zusammengefügt, so dass sich pro Tier und Kotkollektionsphase lediglich eine Probe ergab. Serumproben Die blutgefüllten Serumröhrchen wurden für 10 Minuten bei g und 10 C zentrifugiert (Hermle Labortechnik, Wehingen, Z300K). Anschließend wurden ca. 1,5 ml des Serums in Eppendorf Safe-Lock Gefäße überführt und unmittelbar bei -20 C im Gefrierschrank gelagert. Die Analyse der Triglyzerid-Konzentration im Serum wurde mittels photometrischer Messung im klinisch-chemischen Labor der Klinik für Rinder der Tierärztlichen Hochschule Hannover durchgeführt Analytik der Proben In den Chymus- /Kotproben und im verwendeten Futter wurden folgende Parameter bestimmt: Trockensubstanz (TS) Rohasche (Ra) Rohprotein (Rp) Rohfett (Rfe) Rohfaser (Rfa); (nur im Futter) Stärke Zucker (nur im Futter) Chromoxid Die organische Substanz (os) wurde rechnerisch bestimmt. Analytik Alle Proben wurden zunächst aufbereitet, wie in beschrieben. Jede Analyse erfolgte im Doppelansatz.

113 Eigene Untersuchungen 85 Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) Zur Bestimmung des TS-Gehaltes wurde nach Vorgaben der VDLUFA bzw. nach den Vorschriften zur Weender Analyse gearbeitet (NAUMANN u. BASSLER 2012). Die Trockensubstanz enthält sämtliche bei 103 C nichtflüchtigen Bestandteile einer Probe. Aus dem Probenmaterial wurden nach der Gefriertrocknung drei Gramm entnommen, in einen Porzellantiegel eingewogen und über mindestens acht Stunden - bzw. bis zur Gewichtskonstanz - bei 103 C in einem Trockenschrank getrocknet. Anschließend wurde, nach Abkühlen der Probe auf Raumtemperatur im Exsikkator, der Rohwasserverlust durch Wägung bestimmt und der TS-Gehalt über folgende Formel errechnet: TS [%] = m 2(Netto) m 1(Netto) 100 = m 2(Brutto) m Tiegel m 1(Brutto) m Tiegel 100 mtiegel = Leergewicht des Tiegels m 1 (Brutto) = Masse von Tiegel und Probe vor der Trocknung m 1 (Netto) = Masse der Probe vor der Trocknung m 2 (Brutto) = Masse von Tiegel und Probe nach der Trocknung m 2 (Netto) = Masse der Probe nach der Trocknung Rohaschegehalt (Ra-Gehalt) Die Rohasche umfasst Mineralstoffe sowie sämtliche anorganische Substanzen. Zur Bestimmung des Rohaschegehaltes wurde ein Teil der gefriergetrockneten, gemahlenen Probe in Porzellantiegel eingewogen und für die Dauer von sechs Stunden bei 600 C im Muffelofen verascht. Anschließend wurde die Probe im Exsikkator abgekühlt und danach gewogen. Der Gehalt an Rohasche in [%] wurde analog zur Bestimmung des TS-Gehaltes ermittelt.

114 86 Organische Substanz (os) Die organische Substanz in der Probe wurde rechnerisch wie folgt bestimmt: os = TS Ra Rohproteingehalt (Rp-Gehalt) Zur Bestimmung der Rp-Konzentration der Probe wurde die Rp-Bestimmung nach DUMAS durchgeführt, die eine von der VDLUFA anerkannte Methode ist. Zum Einsatz kam hier das Gerät Vario Max CNS der Firma Elementar, Hanau. Die Probe wurde unter Zufuhr von Sauerstoff bei 1200 C verbrannt, wodurch der in ihr enthaltene Stickstoff frei wurde. Der gesamte Gehalt an Stickstoff im Probenmaterial wurde anhand der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit ermittelt. Um den Rohproteingehalt aus der gesamten N-Konzentration zu errechnen, wurde der Faktor 6,25 nach Mulder gewählt: Rp [%] = N [%] 6,25 Rohfettgehalt (Rfe-Gehalt) Die Rohfett-Bestimmung im Chymus und Kot erfolgte nicht nach dem Verfahren der VDLUFA im Soxhlet-Apparat, sondern wurde mithilfe der bereits von ZANTZ (2006) validierten Filterbag-Technik von Ankom durchgeführt. Dieses ist ein nach AOCS Official Procedure Am 5-04 genormtes Verfahren. Es wird im Folgenden lediglich kurz auf die Durchführung des zweistufigen Verfahrens eingegangen. 1. Schritt (Hydrolyse): Im ersten Schritt wurden die Fette mittels Ankom Hydrolysis System hydrolysiert. Hierfür erfolgte zunächst eine Einwaage von 0,3-0,6 g Probenmaterial mit 0,25 g Kieselgur-Filtrierhilfe (Hyflo Super Cel, Firma Fluka Chemika) in säureresistente Filterbags mit einer Porengröße von 1µm (XT4, Ankom Technology). Anschließend wurden die Beutel mittels heat sealer von Ankom verschlossen. Im Hydrolysegerät wurden die Filterbags über 40 Min. mit 500 ml 11,25 %-iger Salzsäure und Leitungswasser im Wechsel gespült. Zuletzt erfolgte eine manuelle Spülung der Beutel mit destilliertem Wasser, danach wurden sie für den Trocknungsprozess auf zuvor gewogenen Uhrgläsern ausgelegt. Die Proben verblieben über Nacht bei 80 C im Trockenschrank und nach Abkühlen im Exsikkator wurde anschließend die Masse eines jeden Filterbags bestimmt.

115 Eigene Untersuchungen 87 2.Schritt (Extraktion): Ziel dieses Arbeitsschrittes ist die Extraktion des Rohfettes aus dem Probenmaterial. Hierfür wurden die bereits hydrolysierten Filterbags im Ankom XT15 Extractor über 50 Minuten mit Petrolether umspült. Anschließend wurden die bags erneut für die Dauer von mindestens drei Stunden in den Trockenschrank (80 C) verbracht und nach Abkühlen gewogen. Der Rohfettgehalt der Probe ergibt sich aus der Differenz der Masse des Filterbags vor und nach der Extraktion und den Bezug auf das ursprünglich eingewogene Probengewicht. Die Rohfettbestimmung im Futter erfolgte mittels Soxhlet-Verfahren. Bei diesem Verfahren wurden 3 g Probe eingewogen und nach Zugabe von 100 ml Wasser, 60 ml rauchender Salzsäure und einigen Siedesteinchen in einem abgedeckten 600 ml-becherglas für 30 Min. gekocht. Die Flüssigkeit wurde im noch heißen Zustand mit heißem Wasser versetzt und durch einen angefeuchteten Faltenfilter (Schleicher u. Schüll, Nr. 588, ø 18 cm) gegossen und somit filtriert. Der Filter wurde mit destilliertem Wasser gewaschen und über Nacht bei 80 C im Trockenschrank getrocknet. Danach erfolgte eine sechsstündige Extraktion des Analysegutes mit Petrolether im Soxhletapparat. Hierfür wurde ein 250 ml-stehkolben mit Siedesteinen versehen, für eine Stunde bei 105 C getrocknet, im Exsikkator abgekühlt und das Gewicht notiert. Anschließend wurde der Faltenfilter mit dem aufgeschlossenen Analysematerial in eine Extraktionshülse gesteckt und im Soxhletapparat mit Petrolether extrahiert. Nach sechs Stunden wurde der Petrolether aus dem Siphon des Apparates abgegossen. Reste des Petrolethers wurden aus dem Kolben im Rotationsverdampfer (Vacuubrand, Haake C, Büchi Waterbath B-480, Büchi Rotavapor R-114 ) bei 80 C und 400 mbar abdestilliert. Zuletzt wurde der Stehkolben bei 80 C getrocknet und nach Abkühlen im Exsikkator erneut das Gewicht des Kolbens bestimmt. Die Berechnung der Rohfettkonzentration erfolgte mit Hilfe nachfolgender Formel: Rfe [%] = Auswaage Fett netto Einwaage netto 100

116 88 Rohfaser (Rfa) Vom Probenmaterial (Futter) wurde 1 g in einen Glasfiltertiegel eingewogen und zunächst 30 Minuten mit einer 1,25 %-igen Schwefelsäure gekocht. Danach erfolgte wiederum ein dreißigminütiger Kochvorgang der Probe mit 1,25%-iger Natronlauge. Dieser Vorgang fand in einem Gerät der Firma Foss statt (Fibertec System M 1020 Hot Extractor ). Der Rückstand der Probe wurde gewaschen, getrocknet und gewogen. Anschließend fand bei einer Temperatur von 500 C über zwei Stunden eine Veraschung statt. Das residuale Probenmaterial wurde im Exsikkator abgekühlt und im Anschluss daran dessen Masse bestimmt. Die Differenz aus dem zuvor eingewogenen Probenmaterial und der Masse nach der Veraschung ergab den Rohfaseranteil der Probe. Stärke Die Bestimmung des Stärkegehaltes erfolgte auf Basis der Methode nach NAUMANN u. BASSLER (2012) nach den Vorschriften der VDLUFA. Die Analyse erfolgte polarimetrisch. Dazu wurden 2,5 g des Probenmaterials für 15 Minuten mit 50 ml verdünnter Salzsäure im siedenden Wasserbad aufgeschlossen. Geklärt wurde die Lösung mit je 5 ml Carrez I und II. Nach Filterung der Probe im Faltenfilter erfolgte die polarimetrische Messung (Polatronic E ; Firma Schmidt und Haensch, Berlin). Der Nullwert wurde mittels einer 40%-igen Ethanol-Lösung nach demselben Prinzip bestimmt. Der Stärkegehalt der Probe wurde dann durch Multiplikation der Differenz beider Werte mit einem spezifischen Faktor für den Stärkegehalt in Mischfuttermitteln (10,87) errechnet. Zucker Zur Bestimmung des Zuckergehaltes im Futter wurde die Analyse-Methode nach LUFF-SCHOORL angewandt. Bei dieser Methode wurde der Gehalt an reduzierten Zuckern in einer Probe bestimmt, wobei Kupfer (II) Salze mit Hilfe von Invertzuckern zu Kupfer (I) oxid reduziert wurden. Das unverbrauchte zweiwertige Kupfer wurde jodometrisch bestimmt. Der Zuckergehalt der Probe konnte anhand einer Tabelle des VDLUFA aus der Menge der verbrauchten Natriumthiosulfatlösung abgelesen werden.

117 Eigene Untersuchungen 89 Chromoxid Der quantitative Nachweis des Chromoxidgehaltes erfolgte nach PETRY u. RAPP (1970). Bei dieser Methode wurde das Chromoxid durch ein Oxidationsgemisch aus Natriummolybdat, Schwefelsäure und Perchlorsäure während der Nassveraschung in Chromat überführt. Anschließend wurde die Probe mittels Natronlauge alkalisiert und die Extinktion bei einer Wellenlänge von 365 nm photometrisch gegen einen Blindwert gemessen. Der Chromoxidgehalt wurde schließlich unter Zuhilfenahme eines per Eichreihe ermittelten Extinktionskoeffizienten errechnet Berechnungsmethoden Berechnung der praecaecalen Verdaulichkeit und der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt Zur Bestimmung der scheinbaren (sb.) praecaecalen (prc.) Verdaulichkeit bzw. der prc. Verdaulichkeit von Stärke und der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt wurde die Indikatormethode angewendet. Prc. Verdaulichkeit: Indikator im Futter [%] svq[%] = 100 ( Indikator im Chymus [%] Nährstoff im Chymus [%] Nährstoff im Futter [%] 100) Wie bereits in vorangegangen Studien dieses Projekts (BECKER 2005; ZANTZ 2006; CLASSEN 2008; KRAMER 2010), wird im Zusammenhang mit Screening- Tests auch in dieser Arbeit von der Verschwindensrate (VR) und nicht von der Verdaulichkeit (VQ) von Nährstoffen gesprochen. Dieser begriffliche Unterschied soll verdeutlichen, dass nicht alle Kriterien eines klassischen Verdaulichkeitsversuches erfüllt sind. Insbesondere wurde während der Screening-Versuche (Versuche 2.1, 2.2) auf eine Anfütterungszeit und eine mehrtägige Chymussammlung verzichtet.

118 90 Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt: Indikator im Futter [%] Nährstoff im Kot [%] svq[%] = 100 ( Indikator im Kot [%] Nährstoff im Futter [%] 100) Berechnung der Chromoxid-Wiederfindung: Praecaecal: Im Kot: Cr 2 O 3 Wdf. [%] = Cr 2 O 3Anflutung im Chymus¹ [g] Cr 2 O 3 Aufnahme mit dem Futter [g] 100 Cr2O3Ausscheidung, Kot¹ [g] Cr 2 O 3 Wdf. [%] = Cr 2 O 3 Aufnahme mit dem Futter [g] 100 1= während der Kollektionsphase Berechnung der Area Under the Curve (AUC) : Für die Berechnung der Gesamtfläche unter der jeweiligen Konzentrationskurve (AUC) werden die Einzelflächen der Trapeze aufsummiert. Bei i Messzeitpunkten wird die AUC mit Hilfe der Messwerte der Konzentration k und der Messzeitpunkte t n wie folgt ermittelt (entspricht der Fläche unter dem Graphen in Abbildung 3-5): i 1 AUC = k n+1 k n (t n+1 t n ) + MIN({k 2 n, k n+1 }) (t n+1 t n ) n=1 Berechnung der basalwert-bereinigten AUC: Der Basalwert wird definiert als die minimale Konzentration k aller Messwerte: b = MIN({k 1,, k i }) Damit lässt sich die basalwert-bereinigte AUC wie folgt berechnen:

119 Eigene Untersuchungen 91 i 1 AUC korr. = ( k n+1 k n ) (t n+1 t n ) + (MIN({k 2 n, k n+1 }) b) (t n+1 t n ) n=1 Abbildung 3-5: Darstellung der verwendeten Trapezregel für i Messzeitpunkte Statistische Methoden Die Berechnung des arithmetischen Mittels und der Standardabweichung erfolgten mittels des Tabellenkalkulationsprogramms Excel 2010 (Microsoft Office). Statistische Vergleiche wurden nach Beratung durch das Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover durchgeführt. Hierfür wurde das Statistikprogramm SAS 9.2 verwendet. Es wurden folgende statistische Methoden angewandt: Berechnung des arithmetischen Mittelwertes Berechnung der Standardabweichung t-test für verbundene Stichproben Post-hoc-Test (Tukey-Kramer) Bonferroni-correction Die Ergebnisse werden nachfolgend als arithmetische Mittelwerte (MW) mit den jeweiligen Standardabweichungen (STABW), in Form von Tabellen und Graphen, dargestellt. Statistisch signifikante Effekte (p 0,05) werden jeweils durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet. Die Ergebnisse der einzelnen Tiere sind im Tabellenanhang aufgeführt.