beeinflußt die ernährungstherapie den stoffwechsel der ... · bouteloup-demange ajp 1998...
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Beeinflußt die Ernährungstherapieden Stoffwechsel der intestinalen Mukosa ?
Speziesspezifität
Methodenabhängigkeit
Multiple Kompartments
Artenabhängige Dünndarmproteinsynthese
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neugeb.Ratte
erw. Ratte neugeb.Schaf
erw. Hund neugeb.Schwein
erw. Schwein erw. Mensch
Fraktionelle Syntheserate (%/h)
Methodik
Splanchnikus-stoffwechsel
Organ-Stoffwechsel
Biopsie
intestinalerstoffwechsel
PankreasMilz
Magen
Katheter-technik
• Tracertechnik• Mikroskopie• Molekularbiologie
Differenzierung
Kompartimentierung
ProliferativesKompartment
Apoptose / Zellverlust
AS
Peptide
Enzyme
Eiweiß-Stoffwechsel des Intestinaltrakts
Einfluß von
- Mangelernährung- oraler / enteraler Ernährung- parenteraler Ernährung- Glutamin / Insulin
Einfluss einer kurzzeitigen Nahrungskarenzauf die Dünndarmmukosa des Menschen
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2,5
postabsorptiv 36 h Fasten0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
postabsorptiv 72 h Fasten
DuodenumFraktionelle Proteinsyntheserate (%/h)
DuodenumProteingehalt (mg/mg Naßgewicht)
Bouteloup-Demange AJP 1998Nakshabendi AJP 1995
Ahlmann Clin Sci 1994
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Einfluss einer kurzzeitigen Nahrungskarenzauf die Dünndarmmukosa
2 Wochen Nulldiät (Adibi, Gastroenterology 1970) - keineMangelernährung
verringerte Aminosäurenabsorption
Normalbefunde für Mukosamorphologie (Histo-logie und Elektronenmikroskopie)
selektive Funktionseinschränkung durch reduzierteEnzym / Carrier – Synthese
Weitgehende Bewahrung des Eiweißbestandes durchverringerten Eiweiß - Abbau
Einfluß der Mangelernährung aufdie Dünndarmmukosa
Abnahme der Zottenhöhe
Verkürzte EnterozytenlebensdauerMit Erhöhung der Proliferation
Van der Hulst, Nutrition 1998
90 110 130 75 85 95 10570
650
550
450
350
villus height ( um)
r = 0.55, p < 0.01 r = 0.57, p < 0.01
percentage of ideal weight percentage of fat free mass
Einfluß der schweren Mangelernährungauf die Dünndarmmukosa
Marasmus ( balanciertes Kalorien / Eiweiß – Defizit )
• verringerte Zottenhöhe / erhöhte Kryptentiefe• verringerte Mukosadicke• verringerte Enterozytenproliferation / Zelldifferenzierung• leichte funktionelle Veränderungen
Kwashiorkor ( schweres Eiweiß – Defizit )
• Mukosaverletzungen• abgeflachte Zellen / verringerte Proliferation• Zellzerstörung• häufig Malabsorption / Steatorrhoe
Intestinaler Stoffwechsel unter enteraler /oraler Ernährung beim Gesunden
„First – Pass“ Verwertung luminaler Substrate ( % der Zufuhr )
Splanchnikusgebiet Intestinum( Mensch ) ( Schwein )
Leuzin 26 33Phenylalanin 39 42Glutamin 53 67Glutamat 88 96Glukose 5 ?Fette ? ?
Reeds, Nutrition 2000Livesey, AJP 1998
Intestinaler Stoffwechsel unter enteraler /oraler Ernährung beim kranken Menschen
Design Zeitraum Organ Krankheit Effekt Autor
orale 2 Mon. Duodenum Colitis / Villushöhe PironiErnährung DD-Fistel Proliferation 1994nach Lang-zeit TPN
orale 3 Mon. Duodenum Mangel- Villlus- TandonErnährung ernährung atrophie 1968( incl. 100gProtein / d )
• welche Substrate ?• welche Mechanismen ?
Einfluß luminaler Kalorien ( Eiweiß / Kohlenhydrate )auf den Eiweiß – Stoffwechse der gesunden Mukosa
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Anstieg der Proteinsyntheserate(%/h) nach 3h
Veränderung der Phe - Inkorporationnach 2h
mmol/kg .min
JejunumPortales Stromgebiet
Schwein7 Tage alt
9 kcal/kg .h
Schwein26 Tage alt9 kcal/kg .h
Schweinerwachsen8 kcal/kg .h
Deutz 1998Davies 1996
Einfluß luminaler Kalorien auf den Eiweißstoffwechsel der gesunden Mukosa
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2030
40
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Fasten (36h)3.8 kcal/kg h für 8 h.
13C-Leuzin 2H5 Phenylalanin Tracer (i.v.)
Bouteloup – Demange 1998
Proteinsynthese Duodenum (%/d)
Einfluß luminaler Ernährung auf denEiweiß – Stoffwechsel der Mukosa
• Anabolie durch Senkung der Proteolyse / Protein-verlustrate beim Gesunden ( zeitliche Dynamik ? )
• Mechanismen beim Kranken ?
Einfluß luminaler Kohlenhydrate auf denEiweiß – Stoffwechsel der gesunden Mukosa
Disaccharidase Mensch Greene 1975 / Rosensweig 1969Aktivität zunehmend Schwein Flores 1988
unverändert
Proteingehalt (-30d) Schwein Flores 1988Aminosäure – Bilanz (-4h) Hund Bloomgarden 1981Villus Morphologie (-5d) Mensch Greene 1975
Kranke ?
Einfluß von Proteinen auf denEiweiß – Stoffwechsel der gesunden Mukosa
Protein – Mahlzeit ( 0,5 g/kg 6h ) positive intestinaleAminosäuren – Bilanz ( Hund )
Bloomgarden 1981
Mechanismus • Proteinsynthese unbeeinflußt ( außer Neugeborene )• Reduktion des Proteinabbaus / Protein – Verlusts
Hund Yu 1990junges Schwein Adegoke 2003
Stoll 1997Mensch ( ? )
Einfluß von freien enteralen Aminosäuren aufdie Proteinsynthese der gesunden Mukosa
Dosis / Zeiteffekt
0,38 g / kg ( über 1,25 h ) PS unverändert / junges SchweinAdegoke 2003
1,44 g / kg ( über 6 h ) PS ( Dünndarm ) HundYu 1990
0,96 g / kg ( über 8 h ) PS ( Duodenum ) Menschjedoch: Protein-abbau unverändert
Coeffier 2003
Mechanismus: höhere intraluminale Konzentration von AS alsbei Proteinzufuhr ?
Einfluß von enteralem Glutamin aufdie Proteinsynthese der gesunden Mukosa
Dosiseffekt
niedrig 20 mg / kg . h ( 14d ) Villus- / Mikrovillus- Mensch Buchmannmorphologie / Entero- 1996
zytenproliferationunverändert
20 mg / kg . h ( 4h ) Proteinsynthese Mensch Bouteloup-unverändert (Steroid- Demange
therapie) 2000
hoch 168 mg / kg . h ( 9h ) Proteinsynthese Hund Humbert2002
117 mg / kg . h ( 8h ) Proteinsynthese Mensch Coeffier2002
Effekte bei Mangelernährung / Katabolie ?
Vergleich enterale / parenterale Ernährung –Mukosastoffwechsel
0
0,5
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2,5
3
3,5
TPN enteral
SyntheseAbbau
0
20
40
60
80
100
120
TPN enteral
SyntheseAbbau
g / day nach 7 Tagen ( Jejunum ) umol / kg . h ( Dünndarm )
9 kcal / kg . h ( 7 Tage, neugeb. Schwein )Stoll 2000
0,24 g AS / kg . h ( 6 h, Hund )Yu 1992
Artenabhängige Dünndarmproteinsynthese
0
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5
6
neugeb.Ratte
erw. Ratte neugeb.Schaf
erw. Hund neugeb.Schwein
erw. Schwein erw. Mensch
Fraktionelle Syntheserate (%/n)
Einfluß der TPN ( Gln – frei ) auf denSoffwechsel der menschlichen Mukosa
Dauer Krankheit Villus- Mikrovillus- Enzyme Prolife- Protein- Autorhöhe höhe ration gehalt
10d Colitis / TU Sedmann1995
12d Colitis / TU (-10%) Van der Hulst1993/1997
14d gesund (-20%) Buchmann1995
28d Crohn / Colitis Guedon1986
1 Mon. Colitis / Kurz- Rossidarm (Kinder) 1993
2-3 Colitis / Kurz- PironiMon. darm 1994>9 Colitis / Kurz- Atrophie Rossi
Mon. Darm (Kinder) 1993
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Einfluss intravenöser Glukose auf denintestinalen Stoffwechsel
0,3 – 1,0 g / kg . h ( 1 – 4 h ) max. Insulin < 25 µU / ml
Proteinsynthese Duodenum Mensch O´Keefe 1998unverändert
Leuzinbilanz Splanchnikus- Mensch Eriksson 1993unverändert gebiet
portales Hund Hamada 1999Stromgebiet
Effekte bei Kranken ?
Einfluss von Insulin auf den intestinalenStoffwechsel ( I )
Insulinkonz. Spezies Organ AS-Bilanz Protein- Protein- Autor( µU / ml ) synthese abbau
< 30 Mensch Splanchnikus Nygren2003
Hund Darm Abumrat1982
> 30 Mensch Splanchnikus Meek1998
Mensch Splanchnikus Alvestrand1988
Hund Darm Hourani(Utilisation) (Produkt.) 1990
Ursache: Aminosäuredefizit unter Insulin
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Einfluss von Insulin auf den intestinalenEiweiß – Stoffwechsel ( II )
Zeitgleiche AS – Substitution + Hyperinsulinämie
Spezies Organ Leuzin- Protein- Protein- Autorbilanz synthese abbau
Mensch Splanchnikus ( KIK?) Nygren2003
Schwein Jejunum(7/26 Tg alt)
a) Defizit nicht essentielle DaviesAminosäuren 2001
b) komplette Eu-Aminoacidämie Davies( incl. Gln ) 2002
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Einfluss von Insulin auf den intestinalenEiweiß - Stoffwechsel
Effekt der Insulinsubstitution beim Typ I Diabetiker ( Euglykämie )
Splanchnikusgebiet Protein- Protein- AS-Bilanz Nairabbau synthese 1995
Duodenum Normalisier. ( ) Charltonder Proteinsynthese 2000
intestinaler Insulineffekt bereits maximal unter basalenKonzentrationen
Insulineffekte bei Kranken ?
Einfluss von intravenösen Aminosäurenauf den intestinalen Stoffwechsel
Unter AS – Zufuhr ( 0,08 – 0,2 g / kg . h ):
positive Aminosäurenbilanz am menschlichen Splanchnikusgebiet ( 50 – 70 % First – pass Retention )
Leuzin – Aufnahme , Leuzin – AbgabeGelfand 1986 / 88 ( gesunde Probanden )Gil 1985 ( mangelernährte Patienten )
Leber Darm ?
Einfluss von intravenösen Aminosäurenauf den intestinalen Stoffwechsel
Hund
AS – Dosis Organ Leuzin- Protein- Protein- Autor bilanz synthese abbau
0,5 g / kg h (1h) portales HamadaStromgebiet 1999
0,5 g / kg h (3h) portales (30% der FerranniniStromgebiet Gesamtaufn.) 1988
0,24 g / kg h (6h) Dünn- (incl. Yu 1992 darm Zellverlust) 1990
Einfluss von intravenösen Aminosäurenauf den intestinalen Stoffwechsel
Schwein
Alter AS – Dosis Organ Protein- Protein- Autor synthese abbau
7 d 0,5 g / kg h (3h) Jejunum Davis2002
26 d 0,5 g / kg h (3h) Jejunum Davis2002
36 d 0,9 g / kg h (1,5h) Jejunum Adegoke2003
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Einfluss von intravenösen Aminosäurenauf den intestinalen Stoffwechsel
Mensch
0,08 g / kg h (4h) Duodenum
Proteinsynthese unverändert ! O`Keefe 1998
Proteinabbau ? Effekte bei Kranken ?
Einfluss von Hyperaminoacidämie / Hyperinsulinämie auf den intestinalen Stoffwechsel
-4
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2
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0µmol / min Proteinsynthese µmol / min Proteinabbau
Splanchnikusgebiet
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basal Insulin Insulin+ AS
basal Insulin Insulin+ AS(30µU/ml)
(0,15g/kg h)Nygren 2003
Hypothetisches Modell der intestinalenInsulinwirkung am gesunden Menschen
12 30
Proteinsynthese
Insulin ( µU / ml )
AS
AS
AS
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Einfluss von intravenösem Glutamin aufden intestinalen Stoffwechsel ( I )
Dosierung 15 – 23 mg / kg h ( Gln, Gly – Gln, Ala – Gln )
18 % der Gesamt – DipeptidaufnahmeErhöhung der Glutamin – Bilanz
( Lochs 1990, 1992 )
Im menschlichen Splanchnikusgebiet:
Leber Darm ?
Einfluss von intravenösem Glutamin aufden intestinalen Stoffwechsel ( II )
Hund
Dosis Substrat Organ Effekt Autor
40 – 160 mg / kg h Ala – Gln Portales 10% der Gesamt- Abumrad( 1,5 h ) Gly – Gln Stromgebiet aufnahme 1989
Glu Bilanz140 mg / kg h Ala – Gln Portales 8% der Gesamt- Karner( 1h ) Stromgebiet aufnahme 1989
Glu Bilanz140 mg / kg h Gln Duodenum Proteinsynthese Marchini( 4 h ) 1999
geringe Utilisierung
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Einfluss von intravenösem Glutamin aufden intestinalen Stoffwechsel ( III )
Mensch
Dosis Substrat Organ Effekt Autor
10 mg / kg h Gly - Gln Duodenum Gln – Konzentr. Van der Hulst( 10 – 14 d ) (Colitis, TU) Villushöhe 1993/96/97
Proliferation
15 mg / kg h Gly – Gln Colon Proteinsynthese Rittler( 4 h ) Ala – Gln (postoperativ)
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