Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Nina Jo Britta Stefaniak

Effekte einer galenischen Modifikation eines

porzinen Pankreatinproduktes auf die Wirksamkeit

– Studien an pankreasgangligierten, ileocaecal

fistulierten Miniaturschweinen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106940

title (engl.)

Effects of a galenic modification of a porcine pancreatin-product on the efficacy – tested in pancreatic duct-ligated, ileocecally fistulated minipigs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/stefaniakn_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Die exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI) geht mit einem Mangel an pankreatischen Verdauungsenzymen einher, so dass Maldigestion und Malabsorption der aufgenommenen Nahrung die Folge sind. Die Therapie einer EPI erfolgt über die orale Substitution der fehlenden Verdauungsenzyme (meist porzine Pankreatin­präparate).

Ziel dieser Arbeit war es, die Wirksamkeit eines etablierten porzinen Multi­enzympräparates (MEP1) und eines galenisch veränderten porzinen Multienzymproduktes (MEP2) anhand der Nährstoffverdaulichkeit (praecaecal/gesamter Verdauungstrakt) bei Einsatz unterschiedlicher Versuchsdiäten zu testen. Die Enzymaktivitäten [I.E./g] der beiden Produkte (MEP1; MEP2) unterschieden sich wie folgt: Lipase: 59.650; 70.564; Protease: 3.087; 4.078; Amylase: 47.414; 72.107.

Zur Prüfung der Wirksamkeit beider Enzymprodukte wurden verschiedene Testverfahren angewandt (Verdaulichkeitsstudien/Screening-Versuche/Triglyzerid (TGL)-Bestimmung im Serum) und diese vergleichend bewertet.

In den Versuchen kamen insgesamt 19 weibliche adulte, ileocaecal fistulierte Göttinger Miniaturschweine der dänischen Zuchtlinie Ellegaard® zum Einsatz. Bei 13 dieser Tiere wurde durch Ligatur des Pankreasganges (PL-Tiere) eine EPI induziert, die übrigen 6 Tiere dienten als Kontrolltiere (KT).

Das im „klassischen Verdaulichkeitsversuch“ (Versuch 1) verwendete fettreiche Versuchsfutter orientierte sich an der üblichen Ernährung eines Menschen in Mitteleuropa („Humandiät“ [pro kg TS]: 319 g Rohfett (Rfe), 153 g Rohprotein (Rp), 410 g Stärke) und enthielt pro Mahlzeit 56 g Rfe (Olivenöl, Sahne und Schmalz). Diese Diät kam ebenfalls im Screening-Versuch (Versuch 2.1) und bei der TGL-Bestimmung im Serum (Versuch 2.2) zum Einsatz. Zur Untersuchung eines möglichen Einflusses der Nahrungszusammensetzung auf die Wirksamkeit der Verdauungsenzyme wurden zudem für Versuch 2 weitere Diäten verwendet, die „Kombidiät“ ([pro kg TS]: 176 g Rfe, 176 g Rp, 412 g Stärke) und die „Lipasediät“ ([pro kg TS]: 376 g Rfe, 81,6 g Rp, 8,40 g Stärke).

In den drei Versuchen wurden die beiden Multienzymprodukte jeweils in mehreren Dosierungen geprüft:

Versuch 1:

Humandiät: 25.000, 100.000, 300.000 [I.E.] Lipase/Mahlzeit

Versuch 2:

Humandiät: 100.000*, 300.000* [I.E.] Lipase/Mahlzeit

Kombidiät: 1.000, 2.500, 20.000*, 75.000* [I.E.] Lipase/Mahlzeit

Lipasediät: 500*, 5.000*, 75.000* [I.E.] Lipase/Mahlzeit

Ergebnisse: Im Vergleich zum etablierten Produkt (MEP1) ergaben sich bei den PL-Tieren nach Verwendung des modifizierten Präparates (MEP2) tendenziell höhere (scheinbare) praecaecale (prc.) Verdaulichkeitswerte (Versuch 1), wobei dieser Unterschied in der geringsten Dosierung (25.000 I.E.) bezüglich der Verdaulichkeit aller Nährstoffe signifikant war (prc. Verdaulichkeits-Werte in [%]: Rfe: MEP1: 56,8 ± 5,21; MEP2: 68,2 ± 6,59; Rp: MEP1: 40,8 ± 5,50; MEP2: 52,9 ± 4,80; Stärke: MEP1: 60,9 ± 20,0; MEP2: 85,0 ± 9,91).

In der Dosierung 100.000 I.E. konnten nach Einsatz von MEP2 ebenfalls tendenziell höhere Werte festgestellt werden, ein signifikanter Unterschied bestand jedoch lediglich bezüglich der prc. Rp-sVQ (MEP1: 57,1 ± 4,62 %; MEP2: 69,1 ± 3,70 %). Der Vergleich bei höchster Dosierung (300.000 I.E.) ergab keine abzusichernden Unterschiede in der Wirksamkeit. Bei Betrachtung der prc. Stärke-VQ fiel auf, dass die Werte bei den PL-Tieren bereits ohne eine Enzymsubstitution (PL-0) relativ hoch ausfielen (PL-0: 65,7 ± 20,4 %).

Die Bestimmung der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt ließ ebenfalls „numerische Vorteile“ für MEP2 gegenüber MEP1 in allen getesteten Dosierungen bezüglich Rohfett und Rohprotein erkennen – signifikante Unterschiede bestanden allerdings lediglich nach Einsatz einer Dosierung von 100.000 I.E. in Bezug auf die Rfe-sVQ [%]: MEP1: 71,0 ± 7,81; MEP2: 82,1 ± 6,00 und die Rp-sVQ [%]: MEP1: 69,7 ± 6,69; MEP2: 83,5 ± 2,00 sowie für Rohprotein nach Einsatz von 25.000 I.E. (sVQ [%]: MEP1: 63,6 ± 8,98; MEP2: 73,1 ± 2,93).

In Versuch 2.1 bewirkte das MEP2 in allen Dosierungen bei Einsatz der „Human­diät“ numerisch höhere Verdaulichkeitswerte als MEP1. Signifikante „Vor­teile“ des MEP2 konnten in der Dosierung 100.000 I.E. bezüglich der ermittelten scheinbaren prc. Verschwindensraten (sVR) von Rohprotein (sVR [%]: MEP1: 27,0 ± 15,2; MEP2: 60,2 ± 5,42) und Stärke (VR [%]: MEP1: 75,4 ± 18,4; MEP2: 93,8 ± 5,47) festgestellt werden. Mit Einsatz der „Kombi“- und „Lipasediät“ hingegen waren die Unterschiede in der Wirksamkeit statistisch nicht abzusichern (tendenziell MEP2 > MEP1).

Die Messung der postprandialen Triglyzerid-Konzentration im Serum (Versuch 2.2) ermöglicht eine erste Einschätzung der Wirk-Kinetik. Die Beurteilung der Effizienz der getesteten porzinen Multienzympräparate war aber in diesem Testverfahren im Vergleich zu den Ergebnissen der Verdauungsversuche lediglich nach Einsatz der „Lipasediät“ über die Berechnung der Area Under the Curve (Berechnung der Gesamtfläche unter der jeweiligen Konzentrationskurve) nach Abzug des jeweiligen Basalwertes (AUCkorr.) möglich: signifikante Überlegenheit der Werte von MEP2, 75.000 I.E. (AUCkorr: 3,23 ± 0,91) gegenüber MEP1, 500 I.E. (AUCkorr.: 1,59 ± 0,54) und MEP1, 5.000 I.E. (AUCkorr.: 1,72 ± 0,38).

Schlussfolgerungen: Die generelle Wirksamkeit der beiden getesteten porzinen Multienzymprodukte konnte unabhängig von der jeweiligen Nahrungszusammensetzung, aber in Dosisabhängigkeit, nachgewiesen werden.

Vor allem der „klassische Verdaulichkeitsversuch“ – und tendenziell auch der Screening- und TGL-Versuch - bestätigten die in der Arbeitshypo­these postulierte höhere Wirksamkeit des MEP2 im Vergleich zum etablierten Produkt (MEP1).

Auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse erscheint die Fortführung der Produktentwicklung bzw. die Durchführung weiterer Versuche mit dem Enzym­präparat MEP2 sinnvoll, um es zukünftig in der Humanmedizin einsetzen zu können.

Insgesamt ist aus den in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zu schließen, dass die bisher genutzten gängigen Verfahren (Verdaulichkeitsstudien) die aussagekräftig­sten Werte liefern. Zwar ist eine Bewertung der Wirk-Kinetik substituierter Lipasen mit Hilfe der postprandialen Triglyzerid-Bestimmung im Serum möglich, die Beurteilung der Enzymwirkungen auf die Fett-Verdaulichkeit war jedoch anhand dieser Messung nicht zuverlässig. Es gibt allerdings Hinweise, dass bei Einsatz anderer Fettquellen (z.B. Maiskeimöl) die Wirksamkeit substituierter Lipasen anhand postprandialer TGL-Konzentrationen im Serum zuverlässiger zu beurteilen ist.

* Gleichzeitig in Versuch 2.1 und Versuch 2.2 getestet

abstract (englisch)

The maldigestion and malabsorption of nutrients, due to an insufficient production of pancreatic enzymes, are typical symptoms of an exocrine pancreatic insufficiency (EPI). The therapy of EPI is based on oral application of exogenous pancreatic enzymes (most frequently of porcine origin).

The aim of this study was to test the efficacy of a well-established porcine multi­enzyme product (MEP1) and a product that has been modified in its’ galenic formulation (MEP2) on the digestibility (db) of nutrients (prececal/total). Therefore, both products were tested and compared with different diets and varying dosages. The enzyme-products (MEP1; MEP2) had different specific activities [I.U./g]: Lipase: 59,650; 70,564; Protease: 3,087; 4,078; Amylase: 47,414; 72,107.

Different tests (digestibility-trials/screening-tests, measurement of triglyceride (TGL)-concentration in serum) were performed in order to compare the efficacy of both enzyme-products.

The trials were carried out with 19 female adult minipigs (Ellegaard®), that were fitted with a re-entrant ileocecal fistula. In 13 of these animals an EPI was induced by ligation of the pancreatic duct (PL), the others were taken as healthy controls (C).

The diet, which was rich in fat, had been used for the investigations in the ‘classical digestibility-trials’ (Trial 1). The composition of the diet was chosen to mimic humans’ nutrition (‘Humandiät’ [per kg dry matter (dm)]: 319 g crude fat (Cf), 153 g crude protein (Cp), 410 g starch) and contained 56 g Cf per meal (olive oil, cream and lard). This diet was also used in the screening-test (Trial 2.1) and for the measurement of TGL in serum (Trial 2.2). For Trial 2 two further diets were applied (‘Kombidiät’ [per kg dm]: 176 g Cf, 176 g Cp, 412 g starch; ‘Lipasediät’ [per kg dm]: 376 g Cf, 81.6 g Cp, 8.40 g starch) in order to investigate the influence of the composition of a diet on the efficacy of pancreatic enzymes.

Both multienzyme-products were tested and compared in several dosages:

Trial 1:

Humandiät: 25,000; 100,000; 300,000 [I.U.] Lipase/meal

Trial 2:

Humandiät: 100,000*; 300,000* [I.U.] Lipase/meal

Kombidiät: 1,000; 2,500; 20,000*; 75,000* [I.U.] Lipase/meal

Lipasediät: 500*; 5,000*; 75,000* [I.U.] Lipase/meal

Results: In comparison to the well-established enzyme-product (MEP1), the modified product (MEP2) tended to higher prececal (prc.) digestibility-rates in Trial 1, although a statistical significance could only be seen in the lowest dose (25.000 I.U.) for each parameter; (prc. db [%]: Cf: MEP1: 56.8 ± 5.21; MEP2: 68.2 ± 6.59; Cp: MEP1: 40.8 ± 5.50; MEP2: 52.9 ± 4.80; starch: MEP1: 60.9 ± 20.0; MEP2: 85.0 ± 9.91). The increased dosage of 100,000 I.U. also showed the tendency of higher values after the application of MEP2, a significant difference existed in the prc. Cp-digestibility (MEP1: 57.1 ± 4.62 %; MEP2: 69.1 ± 3.70 %).

In the highest dose (300,000 I.U.) no statistical differences between the results of MEP1 and MEP2 were observed. The prc. digestibility of starch in PL-animals without any enzyme supplementation (PL-0) was already relatively high (PL-0: 65.7 ± 20.4 %).

The determination of the total digestibility-rates (along the entire gut) of Cf and Cp likewise showed a ‘numeric advantage’ of MEP2 compared to MEP1 in each dose - a statistical significance was stated after testing 100,000 I.U. for the Cf-db [%]: MEP1: 71.0 ± 7.81; MEP2: 82.1 ± 6.00 and as well for the Cp-db [%]: MEP1: 69.7 ± 6.69; MEP2: 83.5 ± 2.00 plus for the Cp-db [%] in the dose 25.000 I.U. (MEP1: 63.6 ± 8.98; MEP2: 73.1 ± 2.93).

In Trial 2.1 the application of MEP2 led to numerically higher prc. digestibility-results compared to MEP1 after using the ‘Humandiät’. Statistically significant differences were found regarding the prc. disappearance-rate (dr) of Cp (dr [%]: MEP1: 27.0 ± 15.2; MEP2: 60.2 ± 5.42) and starch (dr [%]: MEP1: 75.4 ± 18.4; MEP2: 93.8 ± 5.47) by testing 100,000 I.U. Using the ‘Kombidiät’ and the ‘Lipasediät’ did not result in significant differences between MEP1 and MEP2, but a slight ‘advantage’ of MEP2 over MEP1 was found as well.

Although the measurement of postprandial TGL in serum (Trial 2.2) allows theoretically an estimation of changes in the concentration of TGL in the blood up to 12 hours after ingestion of a diet (kinetics of enzyme effects), it was only possible to evaluate the efficacy of the enzyme-products after feeding the ‘Lipasediät’. The calculation of the Area Under The Curve of the TGL-concentration (AUC) and the subtraction of the respective base-value (AUCkorr.) showed a statistical difference between the results of MEP2; 75,000 I.U. (AUCkorr: 3.23 ± 0.91) and MEP1 in the dosage 500 I.U. (AUCkorr.: 1.59 ± 0.54) and 5,000 I.U. (AUCkorr.: 1.72 ± 0.38).

Conclusions: A dose-dependent efficacy of the two enzyme-products, which have been tested in this study, could be verified - irrespectively from diet composition.

The ‘advantages’ in the efficacy of the modified MEP2 over the well-established product (MEP1), that were hypothesized at the beginning of the study, could be confirmed - especially by the established digestibility-trials.

Based on the results of this study, further research and development of the MEP2 are recommended in order to apply this enzyme-product in human-medicine prospectively.

Considering the results of the trials led to the perception that the established methods (digestibility-trials) provided the most reasonable results in this study. The measurement of the TGL-concentration in serum does not seem to be a reliable method to evaluate the efficacy of an enzyme-product on the digestibility of fat. Though there is evidence that after changing the source of fat (e.g. maize-oil) an estimation of the efficacy of substituted lipases can be made using the TGL-test.

*Tested in Trial 2.1 and Trial 2.2 at the same time

keywords

Exokrine Pankreasinsuffizienz, Modifiziertes Pankreatinprodukt, Miniaturschwein; Exocrine pancreatic insufficiency, modified pancreatin-product, minipig

kb

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