Zeitschrif$ ffir Kinderheilkunde, ]3d. 79, S. 264--269 (1957)

Aus der Universitats-Kinderklinik Freiburg i. Br. (Direktor: Prof. Dr. W. KELLER)

Die Phosphatasen der Darmschleimhaut

I. Mitteilung

Altersabh~ingigkeit der Phosphataseaktivit~it in der Darmschleimhaut der Maus

Von

WOLFGANG ALBRECHT

Mit 1 Textabbi]dung

(Eingegangen am 5. Dezember 1956)

Die Darmti~tigkeit ist bei Si~ugling und Kleinstkind eine andere als die beim Erwachsenen. Dies t r i t t nicht nut in der engen Begrenzung des zu verdauenden Substrats in Erscheinung, sonderrr auch in einer gestoi- gerten Emlofindlichkeit des Magen-Darmtrakts, welche beim S~ugling bei Sch~digungen versehiedenster Genese zu Verdauungsst6rungen im Sinne einer Dyspelosie ffihrt. Da histologisch keine signifikanten Unter- schiede zwischen S/~ugling und erwachsener~ Personen im Aufbau der Schleimhaut zu beobachten sind, sind funktionelle Verschiedenheiten ffir diese unterschiedliche Reaktionsweise anzuschuldigen, we]che in der Ak- tivit~t dot Fermente der Darmschleimhaut zu suchen sind. Das in der Darmschleimhaut in besonders hoher Aktivit/it vorkommende l~erment ist die alkalische Phosphatase (AP), welche bei Abbau und l~esorption yon organischen Phosphorverbindungen und bei den verdauungsbeding- ten Phosphorylierungsprozesserr yon gr613ter Bedeutung ist. Beim Men- schen sind Fermentuntersuchungen der Darmschleimhaut nicht durch- f/ihrbar, da nur bei ganz frischem Untersuchungsmaterial eine Abdauung der Darmschleimhaut mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Die Untersuchungen wurden daher am Versuehstier durchgefiihrt und die Aktivit~t der AP sowie zus/~tzlich der sauren Phosphatase (SP) bei ver- schiedenen Altersklassen der Maus bestimmt. Allerdings bestehen in der Aktivit/~t der Phosl0hatasen zwischen verschiedenen Tierspezies deut- lieho Unterschiede, doch ist der ScMuf3 erlaubt, dab beim Menschen /~hnlich geartete Aktiviti~tsverschiebungen im Verlauf des Alterungs- prozesses statthaben.

Methodik Die Versuche wurden an weiBen M/~usen (keine reinen St/~mme) durchgefiihrt,

welche jedoch aus derselben Zucht stammten. Die Tiere wurden dutch Dekapitation

Die Phosphatasen der Darmschleimhaut. I 265

getStet, die Darmteile entfernt und die Serosa abgezogen. Zu Untersuchungen der Verh/~ltnisse ira oberen Diinndarm wurde 5--10 mm distal der Kardia ein 10 bis 15 mm lgnges Darmstiick gewghlt, zu Untersuehungen im unteren Diinndarm- bereieh diente ein 15--20 mm langer Darmabschnitt , welcher 5--10 mm oberhalb des Coecums entnommen wurde, w~hrend im Diekdarm die Phosphataseaktivit&t in einem 10--20 mm l~ngen Darmteil etwa 20 mm unterh~lb des Coecums bestimmt wurde. Ngeh Aufsehneiden wurden die Darmpartikel mehrmMs mit physiologiseher KochsalzlSsung zur Entfernung yon Kotteilchen bis zum KlarbMben der W~sch- fliissigkeit geschfittelt und ansehlieBend in 10--20 ml destilliertem Wasser - - je naeh GrSBe der Tiere - - unter Eiskfihlung 1--2 min lung homogenisiert. Zur Be- stimmung der AP wurde das Homogenat des kardianahen Darmabsehnitts bei den S/iuglingsm~iusen 1:10, bei den andern Altersklassen 1:50 mit dest. Wasser ver- dfinnt, beim coecumnahen Darmabsehnitt gentigte eine Verdfinnung yon 1:5. Zur Bestimmung der AP im Dickdarm und der SP in allen Darmteilen war eine Ver- dfinnung der Homogenate nicht notwendig. Die Inkubation wurde bei 380 ~ 0,5 o durchgefiihrt, Inkubationsdguer 30 rain, Substrat Di-N~-phenylphosphat in 0,1 m Soda-Biearbonat-Puffer yon p~ 9,4 bzw. 0,2 m Essigsgure-Aeetat-Puffer, log 4,6, Ansatz 1,0 ml Homogen~t und 1,0 ml Substr~tlSsung. Die Spaltung wurde durch Zusatz yon 1,0 ml 20% iger eiskalter Triehloressigs~ure beendet und naeh Zentri- fugieren im Uberst~nd P naeh einer Molybd~nblaumethode, l~eduktionsmittel SnC] 2, bestimmt. Der Ansatz der Leerwerte wurde entspreehend durchgeffihrt. Die Bestimmung des Gesamt-N erfolgte naeh einer ?r

Ergebnisse Es wurden verschiedene Altersklassen der Maus untersucht, und zwar

im S~uglingsstadium neugeborene und 10--12 Tage alte Tiere, nach Er- 5ffnung der Augen Tiere im Alter yon 15--16 und 21--24 Tagen, juvenile M~use im Alter yon 5--8 Wochen und ausgewachsene Tiere im Alter yon

Tabelle 1

Ig:ar 4ianaher Coeeunm~her Diokd~rm Alter der Tiere Diinndarm~bschnitt Diinnd~rmabschnitt

1 - - 2 Tage 10--12 Tage 15--16 Tage 21--24 Ta,ge

5--8 Wochen 3--7 Mon~te

4,9 + 0,7 (11) 4,3 ~ 1,I (30)

29,0 ~ 11,0 (10) 42,0 ~ 8,0 (23) 25,0 • 7,0 (20) 15,0 • 2,0 (24)

2;5 -_~ 0,3 (12) 7,2 :_~o,s (s) 1,5 • 0,4 (10) 0,77 -~ 0,34 (16) 0,50 • 0,25 (14)

0,24 ~ 0,15 (12) 0,19 ~ 0,11 (8) 0,21 ~ 0,11 (8) 0,21 ~ 0,07 (16) 0,25 ___ 0,10 (14)

Sp~ltung yon Di-Na.phenylphosphat bei pg 9,4, Inkubation bei 380 fiber 30 rain. Zahlen in Klammern geben die Versuehszahlen an. Fiir die Berechnung des Mittel- werts wurde das t-faehe des mittleren Fehters gew~hlt.

3--7 Mongten. D~ die W~tgung tier gewasehenen D~rmstiickchen zu un- genaue Werte erg~b, wurde die Phosphutase~ktivit/~t in Beziehung zum Gesamt-N gebracht und ~ls Quotient mg freigesetzter P :m g Gesamt-N ausgedrfiekt. Die Aktivitgt der AP wurde bei pg 9,4, die der SP bei p~ 4,6 untersucht, gls Substr~t diente Di-Na-phenylphoslohat.

Bei neugeborenen Tieren und S~uglingsm~usen im Alter yon I0 bis 12 Tagen ist die Aktivitgt der AP im kardianahen Diinndarmbereieh

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fast vSllig gleicb. In coecumnahen Darmabschnitten sinkt die AP- Aktivitgt gegeniiber den oberen Diinndarmbezirken beim 10--]2 Tage alien Tier um 40--50% ab (Tabelle 1).

Naeh Beendigung der ,,obligaten" Sguglingsperiode, n~ch ErSffnung der Augen und Ausbildung des Haarkleides, steigt die Aktivitgt der AP im kardianahen Darmabschnitt steil an und betrggt im Alter yon 15 bis 16 Tagen etwa d~s 7fache des Sguglingsalters. Auch im unteren Diinn-

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Abb. 1. Akti~t~t der AP im k ~ n a h e n (schwarze S~ulen) und |coecumn~henl(helle S~lflen) Diinnd~rm

bei verschiedenen Altersklassen

darm ist zu diesem Zeit- punkt~ eine AktiviLa~sstei- gerung der AP festzustellen, doch is~ sie geringeren Aus- maftes und betri~gt etwa das 3fache der S~ug]ings- werte. Bis zum Alter yon 21--24 Tagen steigt die AP- Aktiviti~t im oberen Diinn- darm weiter an und erreicht ein Maximnm, welches etwa das 10fache der Si~uglings- we~e be~ri~gt. Dagegen sinkt die Aktivitgt der AP im coecumnahen Dfinn- darm unter die Werte bei

der Si~uglingsmaus yon 10--12 Tagen ab. (Verlauf siehe Abb. 1).

Bei juvenilen Miiusen im Alter yon 5--8 Wochen und bei ausgewach- senen, 3--7 Monate alten Tieren ist eirt allmiihliches Absinken der AP- Aktiviti~t im oberen und unteren Dfimldarm zu beobachten, welches ffir beide Darmabschnitte etwa gleiches Ausmal~ anfweist. Beim juvenilen Tier betriigt die AP-Aktivitgt im oberen D/innd~rm etwa das 6fache, im unteren etwa ~ bei der ausgewachsenen Maus im oberen Dfinndarm etwa das 3 ~fache, im unteren Diinndarm etwa 1/5 der Aktivit~tt der ent- sprechenden Darmteile bei der S/~uglingsmaus. AuffaIlend sind die star- ken individuellen Aktivi~s der AP im coecumnahen Dfinn- darmbereich, welche nicht zu erkl/~ren sind, da die Untersuchungen wegen evtl. auftretender Tagesschwankungen stets zur selben Tageszeit und methodisch vSllig gleich durchgefiihrt wurden. Im kardianahen Dfinn- darmabschnitt sind die individuellen Schwankungen yon geringem Ausmal~.

Im Dickdarm bleibt die Aktiviti~t der AP bei allen Altersgruppen etwa gleich. Geringgradige Aktivit~tsverschiebungen in den verschiede- hen Altersklassen sind bei der auch hier beobachteten starken Streuung der Werte nicht signifikant.

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Die Aktivit~t der SP sinkt im oberen Diinndarmabsehnitt wahrend der ersten 15--16 Lebenstage deutlieh ab, erreieht im Alter yon 21--24 Tagen eirt Maximum, um dann etw~ auf gleieher ItShe zu verbleiben. Im eoeeumnahert Dfinndarmbereieh sinkt die SP-Aktivit~t bis zum Alter yon 21--24 Tagen geringgradig ab, ~m bei den alteren Miiusen alas Aus- gangsniveau wieder zu erreiehen. E twa entspreehend sind die Aktivit~tts- versehiebungen der S P i m Diekdarm (s. Tabelle 2).

f abelle 2

A l t e r d e r T i e r e K a r d i a n a h e r C o e c u l n n ~ h e r D i e k d a r m Diinndarmabschnit?G Diinndarmabsehnitt

1-- 2 Tage 0,16 + 0,03 (11) - - - - 10--12 Tage 0,14 + 0,01 (25) 0,13 ~ 0,02 (12) 0,09 + 0,01 (11) 15--16 Tage 0,13 + 0,03 (10) 0,11 + 0,02 (8) 0,06 ~ 0,02 (8) 21--24 Tage 0,19 + 0,02 (25) 0,10 + 0,02 (8) 0,07 + 0,02 (8) 5--8 Wochen 0,18 ~ 0,02 (21) 0,13 -F: 0,01 (15) 0,11 ~ 0,07 (16) 3--7 Mon~te 0,17 ~ 0,02 (23) 0,13 + 0,02 (13) 0,10 _~ 0,01 (14)

Spa]tung yon Di-Na-lohenyllohosphat bei p~ 4,6, Inkubation bei 38 o fiber 30 rain. Die Z~h]en in Klammern geben die Versuehszahlen an. Berechnung wie Tabelle 1.

Hemmungsversuche mit KCN und NaF ergaben, dab die AP im Dfinn- darm dureh NaF selbst in einer Kenzentratior~ yon 0,06 Mol nieht ge- hemmt wird. Dagegen bewirkt KCN in einer Konzentrat ion yon 0,0001 Mol eine Hemmung der AP-Aktivit~t um etwa 75~

Diskussion

Die Untersuehung der Phosphataseakt ivi tgt des Darms bei der Maus ergibt signifikante Untersehiede zwisehen den versehiedenen Alters- klassen. Leider ist die - - oft stillsehweigend geduldete - - Praxis, die Ver- h~ltnisse beim Versuehstier auf den Mensehen zu fibertragen, nieht ohne weiteres m6glieh, da, wie bereits erw/~hnt, deutliehe Speziesuntersehiede bestehen 1, 2. Es ist demnaeh nur die Annahme erlaubt, dag/~hnlieh gear- fete Aktivitgtsverschiebungen beim Mensehen im Laufe der Entwiek- lung stat thaben, dies um so mehr, a]s aueh beim Wiederkauer die AP- Aktivitgt w~hrend der Entwieklung signifikante Ver~inderungen auf- weist. So ist beim Kalbsfetus die AP-Aktivi ta t der Darmmukosa nied- tiger als beim ausgewachsenen Rind und betr~gt etwa 1/a dieses Wertes 3.

W~ihrend der ersten Lebensperiode yon etwa 12 Tagen bleibt die AP- Aktivit/~t im proximalen Dfinndarm unverandert , aueh ist zwisehen proximalem und distalem Dfinndarm ein rmr mgl~iges Absinken der Akti- vit~t zu beobaehten. Das ,,obligate S~uglingsstadium" zeigt hier gegen- fiber den in sp~teren Waehstumsloerioden zu beobaehtenden lokalen Aktivit~tsdifferenzen ein vSllig anderes Verhalten. Dies ist nut so zu deuten, dag in dieser Altersklasse der Abbau organiseher Phosphorver-

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bindungen und die Resorptionsvorgi~nge fiber den ganzen Dfirmdarm ver- teilt stattfinden und die sparer zu beobachtende funktionelle Differen- zierung der einzelnen Daxmabschnitte noch nicht eingesetzt hat. Es liegt nahe, diese Lebensperiode bei der Maus mit dem ersten Trimenon des menschlichen S~uglings zu vergleichen, da auch bier in den verschieden- sten Lebensvorg~ngen ausgepr~gte Unterschiede zu spgteren Alters- stufen bestehen. I-Iinsichtlich der' Verdauung dfirfte die 5rtliche Vertei- lung nnd dig gegeniiber sp~teren Lebensabschnitten in ihrer Aktivit~t herabgesetzte AP ffir den geringen Spielraum des zu verdauenden Sub- strats verantwortlich sein.

Die darauffolgende Periode fiber etwa 12--14 Tage ist bei der Maus durch die schnell eintretende Differenzierung der untersuchten Darm- abschnitte gekennzeichnet, die AP erf~hrt im proximalen Dfinndarm einen steilen Aktivit~tsanstieg auf etwa das 10fache der Sguglingswerte, w~hrend im coecumnahen Dfinndarmbereich nach kurzdauerndem Ak- tivit~tsanstieg ein Abfall unter das S~uglingsniveau stattfindet. In die- sere Lebensabschnitt stellt sich der Dfinndarm anf seine Funktion im spi~teren Leben urn, die Tiere saugen zw~r noch, nehmen abet mit Ein- setzen der Sehf~higkeit in zunehmendem MaBe aueh andere Nahrung zu sich, bis sie sparer v511ig mit dem Saugen aufhSren. Gleichzeitig verl~uft die Ausbildung des Haarkleids. Gewisse Parallelen zur Entwicklung ~]- terer S~ugling - - Kleinkind sind naheliegend, der zeitliche Ablanf ist bei der langsamen Entwicklung des Menschen gegenfiber der schnell- wachsenden Maus natiirlieh ein anderer.

Nach vollendeter Differenzierung der Dfinndarmfunktion bleibt bei den sp~teren Lebensperioden das Verhi~ltnis der AP-Aktivit~t zwischen proximalem und distalem Dfinndarm etwa gleich, es finder t in allm~h- licher Aktivit/itsabfall mit zunehmendem Alter stat~.

Die Aktivit/~t der SP /indert sich wi~hrend der Entwicklung in den untersuchten Darmabsehnitten im Vergleich zur AP nur geringgradig. Ffir dig Beurteilung dieser Aktivit/~tsverschiebungen ist jedoch darauf hinzuweisen, dab bei der UnmSglichkeit einer Trennung yon Darm- schleimhaut und Museularis die im 1V[uskelgewebe vorkommende SP ffir die Bestimmung eine gewisse l~olle spielt, allerdings nur in muskel- starken Darmbezirken. Ffir die Bestimmung der AP ist dieser Fehler als unwesentlich anzusehen.

Zusammenfassung Die Aktivit~t der alkalischen und sauren Phosphatase in verschie-

denen Darmabschnitten wurde bei verschiedenen Altersklassen der Maus untersucht. S~uglingsmi~use bis zum Alter yon 12 Tagen zeigen im Dfinn- darm t in yon allen andern Altersstufen signifikant verschiedenes Ver- halten der alkalischen Phosphatase. In der folgenden Lebensperiode bis

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zum 21 . - -24 . Tag ngher t sieh die A k t i v i t ~ t der a lkal i schen Phospha t a se in ihrer Ver te i lung zwisehen k g r d i a n a h e n und eoeeumnahen D a r m a b - sehn i t t en den Verla~ltnissen be im ausgewaehsenen Tier an. Die Aktivi t i~t der sauren Phospha t a se weist gegeniiber de r a lkal i sehen geringere Sehwan- kungen auf, doeh bes tehen aueh hier deut l iehe Al te rsuntersch iede . I m D i e k d a r m ble ib t die A k t i v i t g t der a lkal isehen und sauren Phospha t a se w/~hrend des W a e h s t u m s unver~nder t .

Die Befunde s ind mi t der funkt ione l len Differenzierurlg der versehie- denen D~rmabschn i t t e be im he ranwaehsenden Tier in Z u s a m m e n h a n g zu br ingen. Para l le len zur En twiek lung des Mensehen werden zur Dis- kuss ion gestel l t .

Literatur 1 HEYMANN, W. : Mschr. Kinderheilk. 48, 14 (1930). - - ~ KAY, H. D. : Physio-

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Dr. W. ALBrEChT, Universit~ts-Kinderklinik, Freiburg/Br.