Enzymatische und histologische Veränderungen am isoliert perfundierten Pankreas der Ratte im Taurocholat- und Cerulein-Modell der akuten Pankreatitis

Zusammenfassung

Methodik: Die extrakorporale Perfusion des Pankreas von 24 männlichen Wistar-Ratten erfolgte mit einem modifizierten Krebs-Ringer Puffer über insgesamt 80 min. (inklusive 20 min. Equilibrierungsdauer). Das portale Effluat untersuchten wir hinsichtlich seiner Aktivität an Amylase, Lipase und Lactatdehydrogenase. Weiterhin wurden nach Versuchsende die histologischen Veränderungen (Ödem und Nekrose) der perfundierten Organe beurteilt. Neben einer Perfusion ohne Zusatz von Noxen (60 Minuten), evaluierten wir die Auswirkungen von Cerulein in physiologischer Dosis (10^-10 M) bzw. in supramaximaler Dosis (10^-8 M) als Zusatz zum Perfusionsmedium sowie die Perfusion mit einer simultanen intraduktalen Taurocholatinjektion (3,5 %) (jeweils n = 6).

Ergebnisse: Sowohl durch eine supramaximale Ceruleinstimulation als auch durch eine intraduktale Injektion einer 3,5 %igen Taurocholatlösung konnte eine pankreatitistypische Elevation von Amylase und Lipase im Pankreaseffluat induziert werden. Signifikant erhöhte Aktivitäten von Amylase und Lipase (p < 0,01) traten in der Taurocholat- und der Cerulein-Gruppe (10^-8 M) bereits 10 Minuten nach dem Beginn der Applikation der jeweiligen Stoffgruppe auf. Als Folge der Taurocholat- und Cerulein-Applikation bildete sich im Rahmen der 60minütigen Perfusion ein deutliches Pankreasödem. Während nach intraduktaler Taurocholatinjektion deutliche Parenchymnekrosen nachweisbar waren, traten 60 Minuten nach Beginn der supramaximalen Sekretionsstimulation mit Cerulein (10^-8 M) nur vereinzelt Zellnekrosen auf.

Schlußfolgerungen: Unsere Daten zeigen, daß etablierte experimentelle Modelle zur Pankreatitisinduktion (z. B. das Cerulein- und Taurocholat-Modell) am isolierten extrakorporal perfundierten Rattenpankreas (IPRP) nachvollzogen werden können. Das IPRP scheint damit gut geeignet zu sein, pathogenetische Zusammenhänge in der Frühphase der akuten Pankreatitis zu untersuchen und das Methodenspektrum für Untersuchungen zur Pathogenese der akuten experimentellen Pankreatitis zu bereichern.

Summary

Methods: The pancreas of 24 male Wistar rats was perfused extracoporally by modified Krebs-Ringer-buffer for 80 minutes (including a 20 minutes equilibration period). To verify any organ damage we measured the activity of pancreatic enzymes like amylase, lipase and lactatdehydrogenase in the portal effluent. Furthermore histological changes were analysed after perfusion. Organ damage was induced by adding cerulein in a physiological dose (10^-10 M, n = 6) and in a supramaximal dose (10^-8 M, n = 6) and by intraductal injection of taurocholate (3.5 %, n = 6).

Results: Already 10 minutes after stimulation with cerulein (10^-8 M) and after intraductal injection of taurocholate increased activities (p < 0.01) of amylase and lipase were measured in the portal effluent compared to the group without any treatment. Lactatdehydrogenase levels did not changed. Apart from marked oedema in both groups considerable zones of necrosis could be noticed especially in the taurocholate group.

Conclusion: Our data suggest that the isolated perfused rat pancreas (IPRP) is a valuable experimental tool to verify pathophysiological changes in the early phase of acute pancreatitis (AP). Various established models of AP such as by cerulein hyperstimulation or intraductal injection of taurocholate, could be applied to the IPRP. We conclude that this method enlarges the spectrum of established experimental models of acute pancreatitis.

Schlüsselwörter

Isoliertes Rattenpankreas - Perfusion - Akute Pankreatitis - Pathophysiologie - Cerulein - Taurocholat

Key words

Isolated perfused rat pancreas - Acute pancreatitis - Pathophysiology - Cerulein - Taurocholate

Literatur

• 1 Aho H J, Nevalainen T J. Experimental pancreatitis in the rat. Ultrastructure of sodium taurocholate-induced pancreatic lesions.  Scand J Gastroenterol. 1980;  15 417-424
• 2 Bhat S T, Vinayek R, Jensen R T, Gardner J D. A newly recognized action of cholecystokinin on pancreatic acini-release of lactate dehydrogenase.  Biochim Biophys Acta. 1993;  1177 208-214
• 3 Blind P J, Marklund S L, Stenling R, Dahlgren S T. Parenteral superoxide dismutase plus catalase diminishes pancreatic edema in sodium taurocholate-induced pancreatitis in the rat.  Pancreas. 1988;  3 563-567
• 4 Brunelli A, Scutti G. An ultrastructural study to investigate the effect of allopurinol on cerulein-induced damage to pancreatic acinar cells in rat.  Int J Pancreatol. 1998;  23 25-29
• 5 Clemens J A, Olson J, Cameron J L. Cerulein-induced pancreatitis in the ex vivo isolated perfused canine pancreas.  Surgery. 1991;  109 515-522
• 6 Fehmann H C, Goke R, Goke B, Arnold R. Carbachol priming increases glucose- and glucagon-like peptide-1 (7-36) amide-, but not arginine-induced insulin secretion from the isolated perfused rat pancreas.  Z Gastroenterol. 1990;  28 348-352
• 7 Fehmann H C, Goke R, Goke B, Eissele R, Arnold R. Helodermin and islet hormone release in isolated rat pancreas.  Int J Pancreatol. 1991;  8 289-303
• 8 Gough D B, Boyle B, Joyce W P, Delaney C P, McGeeney K F, Gorey T F, Fitzpatrick J M. Free radical inhibition and serial chemiluminescence in evolving experimental pancreatitis.  Br J Surg. 1990;  77 1256-1259
• 9 Grodsky G M, Batts A A, Bennett L L, Vcella C, Williams N B, Smith D F. Effects of carbohydrates on secretion of insulin from isolated rat pancreas.  Am J Physiol. 1963;  205 638-644
• 10 Halangk W, Lerch M M, Brandt-Nedelev B, Roth W, Ruthenbuerger M, Reinheckel T, Domschke W, Lippert H, Peters C, Deussing J. Role of cathepsin B in intracellular trypsinogen activation and the onset of acute pancreatitis.  J Clin Invest. 2000;  106 773-781
• 11 Letko G, Sokolowski A, Spormann H, Heinrich P. A hierarchic approach for experimental investigations into the pathogenesis of acute pancreatitis.  Dtsch Z Verdau Stoffwechselkr. 1985;  45 59-67
• 12 MacAdams M R, Pek S B, Lands W E. The effect of flurbiprofen, a potent inhibitor of prostaglandin synthesis, on insulin and glucagon release from isolated rat pancreas.  Endocrinology. 1984;  114 1364-1370
• 13 Manabe T, Hirano T, Imanishi K, Ando K, Yotsumoto F, Tobe T. Protective effect of nafamostat mesilate on cellular and lysosomal fragility of acinar cells in rat cerulein pancreatitis.  Int J Pancreatol. 1992;  12 167-172
• 14 Mantke R, Schubert D, Pross M. et al . Die isolierte extrakorporale Perfusion des Rattenpankreas. Ein Modell zur Untersuchung der Pathophysiologie der akuten Pankreatitis.  Zentralbl Chir. 2001;  126 929-933
• 15 Noll T, Wozniak G, McCarson K, Hajimohammad A, Metzner H J, Inserte J, Kummer W, Hehrlein F W, Piper H M. Effect of factor XIII on endothelial barrier function.  J Exp Med. 1999;  189 1373-1382
• 16 Schmid R, Schusdziarra V, Aulehner R, Weigert N, Classen M. Comparison of GLP-1(7-36 amide) and GIP on release of somatostatin-like immunoreactivity and insulin from the isolated rat pancreas.  Z Gastroenterol. 1990;  28 280-284
• 17 Schulz H U, Letko G. Untersuchungen zellschädigender Mechanismen bei akuter Pankreatitis unter Einsatz isolierter Azinuszellen.  Leber Magen Darm. 1994;  24 250-255
• 18 Schulz H U, Niederau C, Klonowski-Stumpe H, Halangk W, Luthen R, Lippert H. Oxidative stress in acute pancreatitis.  Hepatogastroenterology. 1999;  46 2736-2750
• 19 Spormann H, Sokolowski A, Letko G. Experimental acute pancreatitis - a quantification of dynamics at enzymic and histomorphologic levels.  Pathol Res Pract. 1989;  185 358-362
• 20 Steer M L. How and where does acute pancreatitis begin?.  Arch Surg. 1992;  127 1350-1353
• 21 Sweiry J H, Munoz M, Mann G E. Cis-inhibition and trans-stimulation of cationic amino acid transport in the perfused rat pancreas.  Am J Physiol. 1991;  261 C506-C514
• 22 Wang Z H, Iguchi H, Ohshio G, Imamura T, Okada N, Tanaka T, Imamura M. Increased pancreatic metallothionein and glutathione levels: protecting against cerulein- and taurocholate-induced acute pancreatitis in rats.  Pancreas. 1996;  13 173-183