Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effekte der Kombination eines Multienzymproduktes porciner Herkunft mit einer mikrobiell erzeugten Lipase auf die Nährstoffverdaulichkeit (praecaecal, in toto) beim pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschwein

Kalla, Katharina

The efficacy of porcine multi-enzyme products normally used in the therapy of exocrine pancreatic insufficiency is often unsatisfactory regarding the digestion of fat. This is a consequence of the lower intestinal pH in these patients, the rapid proteolytic inactivation of pancreatic lipase in the milieu of the gastrointestinal tract and the relatively fixed lipase-amylase-protease-ratio. Therefore the focus of the current enzyme product development lies on enzymes of microbial origin with a high tolerance against acidic and proteolytic inactivation and a freely-selectable ratio of different enzyme types. The aim of the present study, was to determine the effect of combining an established porcine multi-enzyme product (MEP) with a microbial lipase (L) compared to the effect of separate administration of MEP or L on fat digestibility (praecaecal and in toto) in minipigs fed a “human-like diet” (dietary composition was based on human dietary consumption). Established methods were used for collection, processing and analysis of the samples in all studies. The studies were performed in 14 female Göttingen Minipigs fitted with an ileocaecal-reentrant fistula. Exocrine pancreatic insufficiency was additionally induced by surgical ligation of the Ductus pancreaticus accessories in 10 of these pigs (PL). The remaining 4 pigs were used as controls (KT). The animals were fed twice daily (at 7 a.m. and 7 p.m.) a 300 g meal containing (g): dry matter: 223; crude fat: 63.2 (lard, olive oil, cream); crude protein: 34.9; starch: 84.2. Cr2O3 (0.625 g) was added to each meal as an indicator. Feeding appeared twice a day (at 7 a.m. and 7 p.m.). MEP and L were added in the following dosages (x 1000 I. U. lipolytic activity / meal): MEP 30, MEP 300, MEP 30 + L 70, MEP 30 + L 270, L 100 and L 750. All animals took part in one study receiving no pancreatic enzyme supplements (PL-0-phase). Parameters investigated were the amounts of nutrients (g) which reached the terminal ileum or were excreted with the faeces (g). The nutrient digestibilities (VQ; %) were calculated. In addition the crude fat in the chyme and faeces was specified (fatty acids) and the “disappearance rate” of some defined fatty acids was calculated. Results: All parameters were significantly different between control animals and in the PL-0-phase with regard to the nutrient digestibilities (praecaecal VQ of crude fat: KT: 96.4%, PL-0: 14.0%). The separated application of MEP 30 and MEP 300 caused a dose-dependent reduction of the amounts of nutrients reaching the terminal ileum (except starch) and appearing in the faeces and an increasing nutrient digestibility (MEP 30: 53.8%, MEP 300: 75.7%). When lipase L was added to MEP, an improvement of 8 percentage points concerning the digestibility of crude fat (praecaecal / in toto) was observed with a constant number of I.U. (praecaecal VQ of crude fat: MEP 30 + L 70: 75.8%, MEP 30 + L 270: 83.8%). With only 1/3 of I.U. lipolytic activity, a comparable digestibility of crude fat was achieved as by using MEP only. Administration of lipase L alone significantly improved digestibility of crude fat in toto compared to the animals in the PL-0-phase (PL-0: 22.0%, L 100: 54.2%, L 750: 75.3%); The level of fat digestibility seen in the controls (93.9%) was not achieved with any of the doses of the enzyme supplements alone or in combination. The crude fat reaching the terminal ileum mainly (> 70%) consisted of palmitic- (C16:0), stearic (C18:0) and oleic acid (C18:1). Lauric acid (C12:0) and palmitoleic acid (C16:1) which were found in the meal were only detectable in traces in the chyme. The control pigs also absorbed all other fatty acids incorporated with the meal almost completely. The fraction of saturated fatty acids in chyme and faeces increased at higher digestibilities of crude fat. The fat enclosed in the faeces mainly consisted of palmitic- (C16:0), stearic- (C18:0) and oleic acid (C18:1). As expected, the fraction of saturated fatty acids in the faeces during the PL-0-phase was well below the one detected in the faeces of the control pigs, because of a higher fraction of undigested unsaturated fatty acids. Conclusions: The addition of the microbial lipase to the established MEP caused an improvement of both the praecaecal digestibility of crude fat and the digestibility in toto compared to the administration of MEP alone by selective increase of the lipase dosage. This possibility does not exist when using MEP only, but is preferable because of side-effects that can be caused by a high amount of proteases. It is postulated that these results should be transferable to the situation in human EPI patients because of the anatomical and physiological similarities of pigs and humans. Due to the specific activity of the microbial lipase, which is 2.2 times higher than that of MEP, it is possible to reduce the amount of enzymes and tablets needed for the therapy of EPI. Especially in the case of patients suffering from cystic fibrosis and already taking high amounts of drugs, this is eminently a benefit. The reduction of the fraction of proteases together with the decrease of MEP is also highly advantageous. Thus the risk of inactivation of other enzymes and the appearance of unwanted side-effects can be reduced. The combination of the established MEP and a mono-enzyme product (lipase) offers new opportunities for a more effective therapy with a simultaneous reduction of the enzyme dosage.

Die Wirksamkeit derzeit in der Humanmedizin zur Behandlung der chronischen exokrinen Pankreasinsuffizienz eingesetzter Multienzymprodukte porcinen Ursprungs ist hinsichtlich der Fettverdauung oft noch unbefriedigend. Dies ist u. a. Folge der relativ fixen Lipase-Amylase-Protease-Relation in den Produkten sowie der schnellen Inaktivierung der Lipase im Magen-Darm-Trakt, insbesondere durch Proteasen. Neuere Produktentwicklungen zielen daher auf mikrobiell erzeugte Enzyme mit einer hohen Säuretoleranz und einem frei wählbaren Verhältnis der Verdauungsenzyme zueinander. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Effekte der Kombination eines in der Praxis etablierten Multienzymproduktes (MEP) mit einer mikrobiellen Lipase (L) im Vergleich zu deren isolierter Verabreichung auf die Fett-Verdaulichkeit, und zwar sowohl praecaecal als auch in toto, zu überprüfen. Probenkollektion, -aufbereitung und -analyse erfolgten mittels etablierter Verfahren. Zum Einsatz kamen 14 weibliche Göttinger Miniaturschweine der Linie Ellegaard® mit ileocaecaler Umleitungsfistel. Bei 10 Tieren (PL-Tiere) wurde durch chirurgische Ligatur des Ductus pancreaticus accessorius experimentell eine exokrine Pankreasinsuffizienz induziert, die restlichen 4 Tiere bildeten die pankreasintakte Kontrollgruppe (K-Tiere). Als Versuchsfutter wurde eine der Ernährungsweise von Menschen in Mitteleuropa entsprechende „Humandiät“ verwendet. Mit der Humandiät erhielten die Tiere pro Mahlzeit 223 g Trockensubstanz (TS), 63,2 g Rohfett (Rfe; Schweineschmalz, Olivenöl, Sahne), 34,9 g Rohprotein (Rp) und 84,2 g Stärke. Pro Mahlzeit wurde der Diät 0,625 g Chromoxid als Indikator zugesetzt. Während der Versuchsphasen erhielten die Tiere um 7 Uhr und um 19 Uhr jeweils eine Portion der Diät, gegebenenfalls mit Enzymzusatz. Das MEP und die Lipase L wurden bei den PL-Tieren in folgenden Dosierungen (x 1000 I.E. lipolytische Aktivität / Mahlzeit) eingesetzt: MEP 30, MEP 300, MEP 30 + L 70, MEP 30 + L 270, L 100 und L 750. Des Weiteren durchliefen alle Tiere eine Phase ohne Enzymzulage (= PL-0). Entscheidende Parameter waren die im Kollektionszeitraum am terminalen Ileum angefluteten bzw. die mit dem Kot ausgeschiedenen Nährstoffmengen (g) sowie die kalkulierten Nährstoff-Verdaulichkeiten (VQ; %). Ergänzend wurde das im Chymus und Kot enthaltene Fett näher charakterisiert (Fettsäurenmuster) und bilanzmäßig für bestimmte Fettsäuren (FS) die „Verschwindensrate“ abgeleitet. Ergebnisse: Im Vergleich zu den K-Tieren zeigten die PL-0-Tiere erwartungsgemäß signifikant geringere TS-, Rfe- (VQ praecaecal: K-Tiere: 96,4%, PL-0: 14,0%) und Rp-Verdaulichkeiten. Die isolierte Verabreichung von MEP 30 und MEP 300 führte dosisabhängig zu einer Reduktion der Nährstoffanflutung am terminalen Ileum (Ausnahme: Stärke) und im Kot,  d. h. zu einer höheren Verdaulichkeit (MEP 30: 53,8%, MEP 300: 75,7%). Kam zusätzlich zum MEP die Lipase L zum Einsatz, konnten mit den beiden Enzymkombinationen gegenüber der isolierten Gabe von MEP bezüglich der Rfe-Verdaulichkeit (praecaecal / in toto) bei gleicher Dosierung der lipolytischen Einheiten eine Verbesserung um bis zu 8 Prozentpunkte erreicht werden (VQ praecaecal: MEP 30 + L 70: 75,8%, MEP 30 + L 270: 83,8%). Mit nur einem Drittel der Lipasedosis konnte eine vergleichbar hohe Rfe-Verdaulichkeit wie bei isoliertem Einsatz von MEP erzielt werden. Die isolierte Gabe der Lipase L führte, im Vergleich zu PL-0, zu einer signifikant höheren Rfe-Verdaulichkeit über den gesamten Magen-Darm-Trakt (PL-0: 22,0%, L 100: 54,2%, L 750: 75,3%); das Niveau der K-Tiere (93,9%) wurde jedoch auch bei höchster Dosierung nicht erreicht. Das ileocaecal angeflutete Fett bestand zu großen Anteilen (> 70%) aus Palmitin- (C16:0) und Stearinsäure (C18:0) sowie Ölsäure (C18:1). Die im Futter enthaltene Laurin- (C12:0) und Palmitoleinsäure (C16:1) war im Chymus nur noch in Spuren nachweisbar (umgebaut / absorbiert). Bei den K-Tieren war zudem ein nahezu vollständiger Abbau aller übrigen mit dem Futter aufgenommenen FS zu beobachten. Mit steigender Rfe-Verdaulichkeit nahm der Anteil der gesättigten FS im Chymus und Kot zu. Der Hauptanteil des Rohfettes im Kot bestand aus Palmitin- (C16:0), Stearin- (C18:0) und Ölsäure (C18:1). Im Vergleich zu den K-Tieren zeigten die PL-0-Tiere erwartungsgemäß einen deutlich geringeren Anteil gesättigter FS im Kot (höherer Anteil nicht verdauter ungesättigter FS). Schlussfolgerungen: Der Zusatz einer mikrobiell erzeugten Lipase zu einem in der Praxis etablierten MEP porcinen Ursprungs bewirkte gegenüber dem isolierten Einsatz des MEP bei geringerer oder gleicher Enzymdosis eine Verbesserung der Rfe-Verdaulichkeit. Die Kombination des MEP mit der Lipase L ermöglichte durch gezielte Erhöhung der Lipaseaktivität eine höhere Rfe-Verdaulichkeit (praecaecal und in toto). Diese Möglichkeit bestand bei alleinigem Einsatz des MEP nicht, ist aber aufgrund der Nebenwirkungen einer hohen Proteasendosis wünschenswert. Eine Übertragung der Ergebnisse auf den an EPI erkrankten Menschen ist aufgrund der anatomischen und physiologischen Ähnlichkeiten des Magen-Darm-Traktes von Mensch und Schwein zu postulieren. Es eröffnet sich somit die Möglichkeit, aufgrund der etwa 2,2fach höheren spezifischen Aktivität der Lipase gegenüber der Lipase des MEP, die zur Therapie der EPI benötigte Enzym- und Tablettenmenge zu reduzieren, was insbesondere für Mukoviszidosepatienten, die eine Vielzahl an Medikamenten in oft nicht unerheblicher Dosis zu sich nehmen müssen, eine Erleichterung bringen kann. Vorteilhaft ist auch die mit einer Reduktion des MEP einhergehende Verringerung des Proteasenanteils, wodurch die Gefahr der Inaktivierung anderer Enzyme und das Auftreten weiterer unerwünschter Nebenwirkungen vermindert werden. Die Kombination des etablierten MEP mit einem „Monoenzympräparat“ (isolierte Lipase mikrobiellen Ursprungs) bietet demnach Chancen für eine effizientere Therapie bei gleichzeitiger Reduktion der Dosis der verabreichten Enzyme

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Kalla, Katharina: Effekte der Kombination eines Multienzymproduktes porciner Herkunft mit einer mikrobiell erzeugten Lipase auf die Nährstoffverdaulichkeit (praecaecal, in toto) beim pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschwein. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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