Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effekte der exokrinen Pankreasinsuffizienz auf die Quantität und Qualität endogener Stickstoff- bzw. Protein-Verluste

Loock, Harry

Although there are many published data concerning amounts and composition of endogenous N losses in pigs, there is a lack of information regarding the influence of exocrine pancreatic insufficiency (EPI) on endogenous losses in the digestive tract and via urine in pigs. The aim of the present study was to determine the endogenous losses at the distal ileum, in feces and urine of pancreatic duct ligated minipigs. Special emphasis was given to the qualitative composition of nitrogen fractions of the ileal chyme. Initially twelve female Göttinger Minipigs with an average metabolic body weight (BW) of 13.4 kg were ileocaecally fistulated. In seven of the pigs (PL-pigs) the exocrine pancreatic insufficiency was experimentally induced by surgical ligation of the ductus pancreaticus accessorius. The remaining five pigs were used as controls (C). The investigation was based on the method of feeding an almost nitrogen free diet and was divided in two parts [collection of chyme (A) and feces (B)]. At the beginning of each trial the feed was changed from a normal diet (crude protein content: 189 g/kg dry matter) to a protein free diet (cp: 3.09 g/kg dry matter). The pigs were fed two meals per day (222 g dry matter, 185 g starch, 8.80 g crude fat, 8.80 g crude fibre/meal with minerals and vitamins added to fulfill requirements). Cr2O3 (0.625 g/meal) was added as a marker. In the first part (A) ileal digesta (12 h daily) and urine (24 h daily) were collected for a period of seven days while sampling of feces was performed for a period of ten days (24 h/day) in part B. In addition of estimating dry matter of ileal chyme and feces, content of nitrogen in ileal chyme, feces und urine was determined to generate data on the kinetics and basal levels of endogenous nitrogen losses. Further precepitabel protein (method of BARNSTEIN) and ammonia were analysed in ileal digesta as well as the pattern of amino acids (at the beginning and the end of chyme collection; trial A). Urea was estimated in samples of urine and blood enzymatically. Results: Daily flow of ileal digesta (for 24 h) in PL-pigs (331 ± 63.1 g DM) was significantly higher than in controls (55.4 ± 7.69 g DM). Due to compensatory digestion in the hindgut, amounts of feces (as dm) in section B were only slightly higher in PL-pigs. Compared to control pigs the PL-pigs had a lower pH-value (7.04 ± 0.28) in ileal chyme (C: 7.76 ± 0.17) and viscosity exceed in ileal digesta as well. Content of dm in chyme in PL-pigs was significantly higher (C vs. PL: 138 ± 11.8 vs. 348 ± 44.8 g dm/kg chyme). During the course of time the nitrogen fluxes from the distal ileum to the caecum decreased about 50 % at the second day after feeding the nitrogen free diet. Daily endogenous losses of nitrogen at the distal ileum and in feces of pancreatic duct ligated pigs were significantly higher (2.42 ± 0.84 g; 1.73 ± 0.36 g/animal) than in controls (0.91 ± 0.23 g; 0.52 ± 0.32 g). On the other hand nitrogen losses via urine (g/day) were similar in pigs of both groups (PL: 2.33 ± 0.77; C: 2.39 ± 1.22). After seven days of feeding the nitrogen free diet inevitable daily nitrogen losses via feces of 0.52 ± 0.32 g N (control pigs) and 0.69 (n=2) up to 1.73 g N (PL-pigs) were measured. In comparison to control pigs (67.9 ± 17.2 mg N/kg bw0.75) in PL-pigs significantly higher amounts of nitrogen entered the caecum (212 ± 73.7 mg N/kg bw0.75), when the nitrogen free diet was fed. Regarding the whole alimentary tract in PL-pigs markedly higher endogenous losses of nitrogen were found (C-pigs: 38.5 ± 23.9 mg/kg bw0.75; PL-pigs: 128 ± 26.7 mg/kg bw0.75), but the daily endogenous losses of nitrogen via urine did not differ between both groups when the N free diet was fed (C-pigs: 178 ± 91.0; PL-pigs: 204 ± 67.5 mg/kg bw0.75). Regarding the protein composition in ileal chyme slightly lower proportions of NPN were found in PL-pigs (NPN: 14.4 % in PL; 30.5 % in C-pigs). Especially the ammonia concentrations in the ileal chyme were markedly lower in PL-pigs than in control ones. The amino acid pattern within the protein of the ileal chyme (estimated at day 1 and day 7 of feeding the nitrogen free diet) was quite similar in both groups. Feeding the nitrogen free diet resulted in marked decrease of urea in the blood (plasma) of the pigs in both groups, but the protein content in the plasma was still in the range of physiological values (C-pigs = 65.7 ± 7.04; PL-pigs = 73.0 ± 7.07 g/L) at the end of the test period. Conclusions: As a consequence of exocrine pancreatic insufficiency there is not only a lower praecaecal and total digestibility of protein but there are also substantially higher endogenous losses of nitrogen. In conclusion of these results pancreatic duct ligated pigs have increased requirements (about three times higher values) for maintenance of protein than healthy individuals. As dietary recommendation for human EPI patients (especially during growth period and pregnancy) protein supply must be adapted to prevent a lack of protein and certain amino acids. In dietetics of human EPI patients these new findings should be considered, especially when diets are created for juvenile individuals, to avoid a protein deficiency in general or a lack in the supply with specific amino acids.

Obwohl zahlreiche Untersuchungen zu den endogenen N-Verlusten bei gesunden Schweinen existieren, gibt es bislang noch keine näheren Informationen über den Einfluss der exokrinen Pankreasinsuffizienz (EPI) auf die endogenen Stickstoff- und Proteinverluste, die insbesondere aus diätetischer Sicht für die Humanernährung größtes Interesse verdienen. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die vergleichende quantitative und qualitative Bestimmung der endogenen N- bzw. Proteinverluste im praecaecalen Bereich und über den gesamten Verdauungstrakt sowie über den Harn bei gesunden Kontrolltieren und bei Tieren mit einer experimentell induzierten Pankreasinuffizienz (als Modelltier für die humane EPI). Zum Einsatz kamen 12 weibliche adulte Göttinger Miniaturschweine der Linie Ellegard®, die eine ileocaecale Umleitungsfistel trugen. Zusätzlich wurde bei sieben der Tiere (PL-Tiere) durch Ligatur des Ductus pancreaticus accessorius eine EPI induziert. Zu Beginn des Versuches betrug die mittlere Stoffwechselmasse (KM0,75) der PL-Tiere 13,0 ± 2,25 und jene der K-Tiere 13,8 ± 2,55. Bei dieser Untersuchung, die aus zwei Versuchen (A = Chymuskollektion sowie B = Kotkollektion) bestand, kam die Methode der „N-freien Diät“ zum Einsatz. Bis zum Tag der Umstellung auf das nahezu N-freie Futter (Rp-Gehalt: 3,09 g/kg TS) wurde in beiden Versuchen (A, B) in der Vorphase ein proteinreiches Mischfutter zur Erhaltung (Rp-Gehalt: 189 g/kg TS) gefüttert. In Versuch A erfolgte bei je vier Kontroll- und PL-Tieren eine Chymus- und Harnsammlung über einen Zeitraum von sieben Tagen, wobei die Chymusskollektion jeweils 12 h / Tag, die Harnsammlung 24 h / Tag (in zwei Intervallen) dauerte. Im zweiten Versuch (B) erfolgte eine zehntägige Kollektion des Kotes von fünf Kontroll- und drei PL-Tieren nach Umstellung auf die N-freie Diät. Mit dem N-freien Futter erhielten die Tiere in beiden Versuchsphasen (zweimal täglich: 7.00 und 19.00 Uhr) je Mahlzeit 222 g Trockensubstanz (TS), 184 g Stärke (industriell hergestellte Maisstärke), 8,80 g Rohfett (Sojaöl), 8,80 g Rohfaser (Methylcellulose) sowie Mineralsstoffe und Vitamine. Pro Mahlzeit wurde dem Futter Chromoxid (0,625 g) als Indikator zugesetzt. Neben der ileal angefluteten bzw. faecal ausgeschiedenen Nährstoffmenge sowie der Harnmenge wurde der Rp-Gehalt (N x 6,25) im Ileumchymus, Kot und Harn ermittelt, um daraus die Kinetik der absoluten N-Abgaben erfassen zu können. Zusätzlich erfolgte (über den zeitlichen Verlauf von sieben Tagen) im Ileumchymus eine Bestimmung des Reinprotein-Gehalts durch die Methode nach BARNSTEIN (= fällbares Protein) und des NH3-Gehalts mittels einer ionenselektiven Elektrode sowie des Aminosäurenmusters an Tag 1 und 7 (durch säulenchromatographische Trennung). Daneben wurde sowohl in den Harnproben (mit Hilfe eines enzymatischen Testsatzes) als auch in den von den Tieren gewonnenen Blutproben der Harnstoffgehalt bestimmt. Ergebnisse: Bei den PL-Tieren war die Chymusmasse am terminalen Ileum signifikant höher (331 ± 63,1 g TS/d) als bei den pankreasintakten Schweinen (55,4 ± 7,69 g TS/24h). Die Kotmasse war in Phase B mit Ausnahme von Tag 1 (sign. Effekt) bei den PL-Tieren hingegen lediglich tendenziell höher (74,0 ± 15,9 bis 58,7 ± 26,3 g TS/d) als bei den K-Tieren (36,9 ± 12,9 bis 41,8 ± 24,3 g TS/d), was auf die kompensatorische Verdauung von Nährstoffen im Dickdarm zurückzuführen war. In Bezug auf die Chymusqualität wiesen die PL-Tiere erwartungsgemäß einen deutlich visköseren Ileumchymus mit einem signifikant höheren TS-Gehalt (K vs. PL: 138 ± 11,8 vs. 348 ± 44,8 g TS/kg uS) und signifikant niedrigeren pH-Werten (PL: 7,04 ± 0,28) auf als die K-Tiere (7,76 ± 0,17). In Bezug auf die Kinetik der endogenen N-Verluste war in beiden Tiergruppen ab dem Tag 2 ein Rückgang auf ca. 50 % zu verzeichnen; nachfolgend blieben die Werte konstant, so dass prc. unvermeidliche endogene N-Verluste bzw. Basalwerte erreicht waren (K: 0,91 ± 0,23; PL: 2,42 ± 0,84 g N/d). Im Harn variierten in beiden Gruppen die Basalwerte für die endogenen N-Verluste ab Tag 3 auf gleichem Niveau (K: 2,39 ± 1,22; PL: 2,33 ± 0,77 g N/d). Im Kot (Versuch B) waren Basalwerte der unvermeidlichen N-Verluste ab Tag 7 (K: 0,52 ± 0,32; PL: 0,69 (n=2) bzw. 1,73 ± 0,36 g N/d) erreicht. Gegenüber den K-Tieren (67,9 ± 17,2 mg N/kg KM0,75) flossen bei den PL-Tieren signifikant höhere endogene N-Mengen (212 ± 73,7 mg N/kg KM0,75) in den Dickdarm. Über den gesamten Gastrointestinaltrakt hatten die PL-Tiere ebenfalls deutlich höhere (zwei bis dreifach) endogene N-Verluste (K: 38,5 ± 23,9; PL: 128 ± 26,7 mg/kg KM0,75),während die renalen N-Verluste (K: 178 ± 91,0; PL: 204  ± 67,5 mg/kg KM0,75) in beiden Gruppen nahezu gleich waren. In Bezug auf die Rp-Qualität wiesen die PL-Tiere einen tendenziell geringeren NPN-Anteil (PL: 14,4; K: 30,5 %) im Rohprotein im Ileumchymus auf. Während die NH3-Gehalte im Ileumchymus der PL-Tiere signifikant geringer waren als bei den K-Tieren (8-fach höhere NH3-Gehalte im Ileumchymus der K-Tiere), waren die Aminosäurenmuster im ileocaecal fließenden Protein sowohl an Tag 1 als auch an Tag 7 bei K- und PL-Tieren vergleichbar. Lediglich bei einzelnen Aminosäuren waren bei den PL-Tieren Reduktionen zu verzeichnen. Zusätzlich ergab die Bestimmung der Harnstoffkonzentration im Blut der Tiere beider Gruppen eine signifikante Reduktion um den Faktor 7, während der Gesamteiweißgehalt im Blut noch unverändert blieb. Harnstoff- (K: 0,58 ± 0,24; PL: 0,32 ± 0,14 mmol/l) und Gesamteiweißgehalte (K: 65,7 ± 7,04; PL: 73,0 ± 7,07 g/l) im Blut variierten bei den Tieren beider Gruppen auf vergleichbarem Niveau. Schlussfolgerungen: Aus der exokrinen Pankreasinsuffizienz resultierten nicht nur eine niedrigere prc. und gesamte Verdaulichkeit der Nährstoffe, sondern zusätzlich auch erheblich höhere endogene N- und Proteinverluste. Aus den hier erhobenen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass eine Pankreasinsuffizienz zu deutlich höheren Verlusten an endogenem Protein führt (und zwar hauptsächlich über den Verdauungstrakt), so dass der Erhaltungsbedarf an Protein bei EPI-Patienten etwa dreifach höher ist (ca. 9,45 g/kg KM0,75) als bei gesunden Individuen (ca. 2,89 g/kg KM0,75). Die hier gewonnenen Erkenntnisse gilt es in der Diätetik von EPI-Patienten zu berücksichtigen, wobei insbesondere für Patienten mit erhöhtem Bedarf (z.B. in Phasen des Wachstums, einer Schwangerschaft etc.) die Rp-Versorgung sowohl quantitativ als auch qualitativ kritisch überprüft und ggf. optimiert werden muss, um Mangelsituationen bezüglich des Proteins insgesamt bzw. für einzelne Aminosäuren zu vermeiden.

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Loock, Harry: Effekte der exokrinen Pankreasinsuffizienz auf die Quantität und Qualität endogener Stickstoff- bzw. Protein-Verluste. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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