Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen an pankreasgangligierten Schweinen zu Beziehungen zwischen der Verdaulichkeit von Nährstoffen im praecaecalen Bereich und der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt

Fuente-Dege, Ana Maria

The present study in pancreatic duct ligated pigs (pig model of human pancreatic exocrine insufficiency [PEI]) is concerned with the therapeutic efficacy of different enzyme preparations as well as various methodological questions and as such is a continuation of earlier dissertation projects. One topic of particular interest was the relationship between pre-caecal digestibility of nutrients and their digestibility over the whole gastrointestinal tract. The studies were carried out in 20 female Göttingen minipigs (body weight 32-42 kg), of which 18 were chronically fitted with an ileo-caecal re-entrant fistula; in 16 of the pigs the pancreatic duct was ligated (PL) to induce PEI, the other 4 were control animals. Each pig was fed two 250 g meals/day of a finely-milled, high fat diet (33.5% crude fat [Rfe], 16.7% crude protein [Rp], 42.1% N-free extract [NfE], 27.1% starch [St], 2.5% crude fibre [Rfa]; mean content per dry matter from 3 batches) plus 0.625 g Cr2O3 as marker. This diet was used in three successive experiments into different problems and with different numbers of animals. The first experiment investigated methodological problems concerning the established procedure for determination of pre-caecal digestibility (possible influence of the time period of chymus collection, individual variability). The next experiments investigated the influence of the type, formulation and dose of enzyme supplements upon the total digestibility of nutrients in PL animals. The type of enzymes used here included enzyme mixtures (lipases, proteases plus amylases) of animal as well as of microbial origin, mixtures with different enzyme ratios, mixtures of enzymes with/without an enteric coating, single enzymes. The third and last series of experiments compared pre-caecal and total digestibility during administration of 4 different enzyme mixtures (2 of animal and 2 of microbial origin). This concerned the marketed products Kreon®, Pancrease® and Nortase®, as well as a new development "NN" (microbial origin), which were all administered at a dose of 24 capsules/meal. The correlation between the pre-caecal and total digestibility values for the individual nutrients was especially interesting in this part of the studies. Determination of digestibility over the whole digestive tract followed a 5 day collection of faeces, while estimation of pre-caecal digestibility was made after collection of ileal chymus for only 12h on each of 3 consecutive days (generally only from 07.45 - 19.45h; in day-night comparison also from 19.45 - 07.45h). The feed, chymus and faeces were analysed according to VDLUFA regulations, while established methods were used for determination of the quality of chymus and faeces (pH values, viscosity). In addition, in some experiments counts of bacteria was also determined (culture techniques). The following results deserve especial emphasis: · Calculation on the basis of chymus collected purely during the daytime led in untreated PL animals to a slight, but systematic overestimation of pre-caecal digestibility of fat (presumably due to separation of fat within the chymus); however, this mistake is very small when active enzymes are substituted. Comparison of the individual days of a collection period (3 consecutive days) demonstrated that the values on day 1 can differ considerably from those on the following days (presumably due to accumulation of chymus cranial to the re-entrant cannula). If PL animals are used for several years, fat digestibility on identical feeds tends to fall in animals with no enzyme substitution. · Determination only of total digestibility of nutrients in PL animals gives a first impression of the efficacy of enzyme substitution, especially when a known active supplement is tested in parallel, but it doesn't allow more detailed comparison of the efficacy of enzyme products concerning their action in the pre-caecal area. Enteric coating of single enzymes had little effect - at least as far as total digestibility is concerned. · Determination in parallel of pre-caecal and total digestibility in identical animals during administration of 4 different enzyme preparations showed a very close correlation between digestibility of fat over the whole digestive tract and that in stomach and small intestine (R2 = 0.9691). This correlation was looser for crude protein (R2 = 0.9058), while the total digestibility of NfE (estimated by faecal analysis) gave little indication of the digestibility of carbohydrates in the stomach and small intestine (R2 = 0.3757). · With regard to pre-caecal fat digestibility, Kreon® was superior to the other products tested. The two microbial enzyme mixtures were especially effective concerning pre-caecal protein digestibility. Overall, the results presented here allow the following conclusions: If one wishes to obtain an impression of the efficacy of a new enzyme preparation (for pancreatic enzyme substitution) this can be achieved by determination of total digestibility in PL animals fed a high fat diet, especially when tested in comparison to a known, active enzyme product. However, if more detailed differentiation between different enzyme preparations is needed, there is no alternative to determination of pre-caecal digestibility, even when this requires considerably more experimental effort. An extension of chymus collection over more than 3 days does not seem necessary, but chymus flow and chymus composition on day 1 should be critically examined.

Mit der vorliegenden Studie an pankreasgangligierten Schweinen (Modell für die exokrine Pankreasinsuffizienz des Menschen) sollten in Fortsetzung früherer Dissertationsvorhaben verschiedene methodische Fragen sowie unterschiedliche Enzympräparationen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit geprüft werden. Von besonderem Interesse waren hierbei generell die Beziehungen zwischen der Verdaulichkeit von Nährstoffen im praecaecalen Bereich im Vergleich zu deren Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt. Die Untersuchungen wurden an 20 weiblichen Göttinger Miniaturschweinen (32-42 kg Körpermasse) durchgeführt, von denen 18 Tiere eine ileocaecale Umleitungsfistel trugen. Mit Ausnahme von vier Kontrolltieren erfolgte bei sechzehn Schweinen zusätzlich eine Ligatur des Pankreasganges (PL) zur Simulation einer exokrinen Pankreasinsuffizienz. Jedes Tier erhielt täglich in 2 Mahlzeiten je 250 g ursprüngliche Substanz [uS] einer fettreichen Diät (Mittelwerte in der Trockensubstanz [TS] aus drei Chargen: 33,5% Rohfett [Rfe], 16,7% Rohprotein [Rp], 42,1% N-freie Extraktstoffe [NfE], 27,1% Stärke [St], sowie 2,5% Rohfaser [Rfa]; zusätzlich je Mahlzeit: 0,625 g Cr203 als Marker). In drei aufeinander folgenden Versuchsabschnitten kam diese Diät mit unterschiedlicher Fragestellung und Tierzahl zum Einsatz. Zunächst ging es um methodische Fragen zu der etablierten Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit (mögliche Einflüsse des Zeitraumes der Chymussammlung, individuelle Variation). Darauf folgte ein Versuchsabschnitt, in dem die Gesamtverdaulichkeit von Nährstoffen bei PL-Tieren in Abhängigkeit von Art, Dosierung und Konfektionierung der substituierten Enzympräparationen geprüft wurde. Die hier eingesetzten Enzyme enthielten unterschiedliche Enzymzusammensetzungen (Kombinationspräparate bzw. Monopräparate wie Lipasen) aus tierischer bzw. mikrobieller Herkunft mit unterschiedlichen Aktivitätsverhältnissen der Proteasen, Lipasen und Amylasen, die teils gecoatete und teils ungecoatete Enzyme enthielten. Schließlich zielte der dritte Versuchsabschnitt auf eine parallele Bestimmung von praecaecaler und Gesamtverdaulichkeit bei Einsatz von 4 Enzympräparationen (2 tierischer Herkunft; 2 aus mikrobieller Produktion). Hierbei handelte es sich um etablierte Produkte wie Kreon®, Pancrease®, Nortase® sowie um eine Neuentwicklung "NN" (mikrobieller Herkunft), die alle in einer Menge von 24 Kapseln/Mahlzeit gegeben wurden. Gerade in diesem Teil der Untersuchungen interessierten die Korrelationen zwischen den Verdaulichkeitswerten, die sich für die einzelnen Nährstoffe im praecaecalen Bereich bzw. über den gesamten Verdauungstrakt ergaben. Für die Bestimmung der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt erfolgte generell eine Kotsammlung über 5 Tage, während zur Ermittlung der praecaecalen Verdaulichkeit der Ileumchymus nur an 3 aufeinander folgenden Tagen für jeweils 12 h gesammelt wurde (allgemein nur tagsüber; im Tag-Nacht-Vergleich auch zwischen der Abend- und Morgenmahlzeit). Im Futter, Chymus und Kot erfolgten die Nährstoffanalysen nach VDLUFA-Vorschriften. Daneben kamen etablierte Verfahren zur Bestimmung der Chymus- und Kotqualität (pH-Wert, Viskosität) zur Anwendung. Des weiteren wurden in einzelnen Versuchen ergänzend mikrobiologische Untersuchungen (kulturelle Verfahren) durchgeführt. Folgende Ergebnisse verdienen besonders herausgestellt zu werden: · Eine Kalkulation der praecaecalen Verdaulichkeit auf der Basis einer ausschließlich tagsüber vorgenommenen Chymuskollektion führt bei PL-Tieren ohne Enzymergänzung evtl. zu einer leichten, aber systematischen Überschätzung der Fettverdaulichkeit (vermutlich infolge einer Entmischung im Chymus); werden jedoch wirksame Enzyme substituiert, ist dieser Fehler sehr gering. Bei Vergleich der einzelnen Tage einer Sammelperiode (= 3 aufeinander folgende Tage) stellte sich heraus, dass die Werte des 1. Tages erheblich von den Folgetagen abweichen können (vermutlich Stauung von Chymus cranial der Umleitungskanüle). Werden PL-Tiere über mehrere Jahre genutzt, so tendieren bei identischer Fütterung (ohne jede Enzymsubstitution) die Rohfett-Verdaulichkeiten zu niedrigeren Werten. · Mit einer ausschließlichen Bestimmung der Gesamtverdaulichkeit von Nährstoffen bei PL-Tieren kann man zwar einen ersten Eindruck von der Wirksamkeit einer vorgenommenen Enzymsubstitution gewinnen, insbesondere wenn parallel eine bekannte wirksame Ergänzung zum Einsatz kommt, doch erlaubt die ausschließliche Bestimmung der Gesamtverdaulichkeit keine näheren Differenzierungen zwischen Enzymprodukten, was deren Wirksamkeit im praecaecalen Bereich betrifft. Ein Coating einzelner Enzyme hatte - zumindest nach den Ergebnissen der Gesamtverdaulichkeit - keine höhere Wirksamkeit zur Folge. · Wurde parallel an identischen PL-Tieren - bei Einsatz von 4 unterschiedlichen Enzympräparationen - die praecaecale und die Gesamtverdaulichkeit bestimmt, so ergaben sich die engsten Beziehungen beim Rohfett, dessen Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt mit der Verdaulichkeit im Magen-Dünndarm-Bereich mit R2 = 0,9691 korrelierte, weniger eng war diese Beziehung für das Rohprotein (R2 = 0,9058). Aus der Gesamtverdaulichkeit der NfE (ermittelt über Kotanalysen) ist jedoch kaum auf die Verdaulichkeit dieser Kohlenhydrate im Magen-Dünndarm-Bereich zu schließen (R2 = 0,3757). · Bezüglich der praecaecalen Fettverdaulichkeit erwies sich das etablierte Präparat Kreon® im Vergleich zu allen anderen Produkten als überlegen. Die beiden Produkte mikrobieller Herkunft zeigten sich bezüglich der praecaecalen Rohprotein-Verdaulichkeit als hoch wirksam. Insgesamt erlauben die hier ermittelten Ergebnisse folgende Schlussfolgerungen: Will man sich einen Eindruck von der Wirksamkeit einer Enzympräparation verschaffen, so ist dieses bei PL-Tieren mit Einsatz einer fettreichen Diät möglich, insbesondere im Vergleich zu einem gesichert wirksamen Enzymprodukt. Sind jedoch nähere Differenzierungen zwischen verschiedenen Enzympräparationen angestrebt, so führt kein Weg an der Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit vorbei, auch wenn diese mit einem erheblich höheren Versuchsaufwand verbunden ist. Eine generelle Ausdehnung der Chymussammlung auf mehr als 3 Tage erscheint nicht erforderlich, dennoch sollten Chymusfluss und Chymuszusammensetzung gerade am ersten Tag der Kollektion kritisch geprüft werden.

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Fuente-Dege, Ana Maria: Untersuchungen an pankreasgangligierten Schweinen zu Beziehungen zwischen der Verdaulichkeit von Nährstoffen im praecaecalen Bereich und der Verdaulichkeit über den gesamten Verdauungstrakt. Hannover 2003. Tierärztliche Hochschule.

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