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Pathogenetische Rolle systemischer Gallensäuren und insbesondere Prädiktion, Komplikation sowie Prävention der akuten Pankreatitis

  • Acute pancreatitis (AP) is one of the most common and widely increasing gastrointestinal diseases leading to hospitalization without specifically available therapy. Among various etiologies, biliary origin is the most common cause. However, the effects of BAs, given systemically, on AP remains elusive. A detailed characterization of the mechanisms through which BAs contribute to the pathogenesis and severity of AP will greatly improve our understanding of the underlying pathophysiology and may facilitate the development of treatment, early identification of complications, and prevention for AP. In this view, the roles of different circulating BAs using in vitro-to-in vivo models were investigated and the underlying mechanisms through which BAs modulate the severity of AP were addressed. The impact of hydrophobic and hydrophilic BAs on both, isolated acinar cells and different animal models induced by repetitive injections of caerulein or L-arginine, ligation of the pancreatic duct (PDL) or combined bile and pancreatic duct ligation (BPDL), were tested. Disease severity was assessed by biochemical and histological parameters. Serum CCK concentrations were determined by enzyme immunoassay. The binding of CCK1 receptor was measured using fluorescent-labeled CCK. Human BA profiles in AP patients were quantified and that were correlated with etiology as well as clinical course. In acinar cells, hydrophobic BAs mitigated the damaging effects of CCK. The same BAs further enhanced pancreatitis in L-arginine and PDL-based pancreatitis whereas they ameliorated pancreatic damage in the caerulein and BPDL models, in which CCK was involved. The chemical effect of BAs on protease trypsin was also observed, however, it was similar between hydrophobic and hydrophilic compounds. Mechanistically, the binding affinity of the CCK1 receptor was significantly reduced by hydrophobic BAs. In patients, the sum of hydrophobic but not hydrophilic BAs correlated with the etiology and severity of AP. Post-endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP) pancreatitis (PEP) was reported to be related with CCK and several pharmaceutical agents have been used to prevent this most common and potentially severe complication, but those are of limited benefit. In this regard, our multicenter multinational randomized control trial was designed to compare the efficacy of indomethacin and N-acetylcysteine (NAC) for the prevention of PEP. A total of 432 ERCP patients from 6 countries were recruited and randomly assigned to receive either NAC (group A, 84 cases), indomethacin (group B, 138 cases), NAC + indomethacin (group C, 115 cases) or placebo (group D, 95 cases) two hours before procedure. The rate of PEP in groups A, B and C in comparison with placebo were 10.7%, 17.4%, 7.8% vs 20% (p = 0.08, 0.614 & 0.01, respectively). Among complications of AP, infection of pancreatic necrosis is one of the most severe consequence that mostly necessitates interventional therapy. A model to identify parameters that are useful for the prediction of infected necrosis at an early stage was developed. A retrospective analysis was conducted in 705 AP patients, who underwent contrast-enhanced computed tomography (CT scan). Both laboratory and clinical parameters were analyzed for an association with infected pancreatic necrosis, which was microbiologically confirmed. A logistic regression analysis with stepwise inclusion of significant variables was used to develop a prediction model. We tested the model quality by receiver operating characteristics analysis. We found a significant association between 11 parameters with an infection including albumin, creatinine, C-reactive protein (CRP), and alcoholic etiology, which were independent variables in the final predictive model with an area under the curve of 0.819. In the same cohort in which we developed the prediction model above, 89 AP cases with necrotic complications diagnosed by CT scan were identified. These complications with high morbidity and mortality required endoscopic drainage, which possibly accompanies severe adverse events. All complications which occurred in patients who underwent those procedures and their associated features were retrospectively analyzed. Positive necrosis cultures and a larger diameter of the intervened necroses were significant factors associated with the occurrence of adverse events, in which the former was the most significant predictor with Odds Ratio of 6.1. The entire work demonstrated that hydrophobicity of BAs and the involvement of CCK are relevant for the clinical course of AP. Systemic BAs may affect the severity of AP by interfering with the binding of the CCK1 receptor. Oral NAC is effective for prevention of PEP and the combination of NAC plus indomethacin resulted in the lowest PEP rate. A model using albumin, creatinine, CRP, and alcoholic etiology can differentiate infected and sterile pancreatic necrosis and control of infection is crucial for successful endoscopic drainage therapy in complicated AP. The exact pathophysiologic mechanisms, especially in CCK-related pathways, and the potential impact of BAs in human AP, in particular in preventing PEP, need to be investigated in further studies.
  • Die akute Pankreatitis (AP) ist eine der häufigsten gastrointestinalen Erkrankungen, die eine stationäre Behandlung erfordern, und weist eine weltweit steigende Inzidenz auf. Eine spezifische Therapie ist gegenwärtig nicht verfügbar. Global betrachtet liegt den meisten Fällen eine biliäre Ätiologie zugrunde. Die Auswirkungen von systemisch verabreichten Gallensäuren (GS) auf die AP sind bislang jedoch nicht vollständig aufgeklärt. Eine detailliertere Charakterisierung der Mechanismen, durch die GS zur Pathogenese und zum Schweregrad der AP beitragen, könnte das Verständnis der zugrundeliegenden Pathophysiologie verbessern und die Entwicklung von Behandlungen, die frühzeitige Erkennung von Komplikationen und die Prävention der AP ermöglichen. Als Hauptteil der vorliegenden Arbeit wurde daher die Rolle verschiedener zirkulierender GS anhand von in invivo- sowie in vitro-Modellen untersucht und die Mechanismen, durch die GS den Schweregrad der AP modulieren, adressiert. Hydrophobe und hydrophile GS wurden sowohl an isolierten Azinuszellen als auch in verschiedenen Mausmodellen getestet, die auf wiederholten Injektionen von Caerulein oder L-Arginin, Ligatur des Pankreasgangs (pancreatic duct ligation, PDL) oder Ligatur von Gallen und Pankreasgangs (bile and pancreatic duct ligation, BPDL) basierten. Der Schweregrad der Erkrankung wurde anhand biochemischer und histologischer Parameter beurteilt. Die CCK-Konzentrationen im Serum wurden mittels Enzymimmunoassay quantifiziert. Die Bindung des CCK1-Rezeptors wurde mit fluoreszenzmarkiertem CCK gemessen. Die GS-Profile bei Patienten mit AP wurden bestimmt und hinsichtlich Assoziationen mit der Ätiologie sowie dem klinischen Verlauf korreliert. In den Azinuszellen schwächten hydrophobe GS den schädlichen Effekt von CCK ab. Zudem verstärkten hydrophobe GS die Pankreatitis in der L-Arginin- und PDL-basierten AP, während sie die Pankreasschädigung in den Caerulein- und BPDL-Modellen, bei denen CCK beteiligt ist, verringerten. Die chemische Wirkung der GS auf Trypsin wurde ebenfalls betrachtet, war jedoch bei hydrophoben und hydrophilen Verbindungen ähnlich. Mechanistisch gesehen wurde die Bindungsaffinität des CCK1-Rezeptors durch hydrophobe BAs deutlich verringert. Bei den Patienten korrelierte die Summe der hydrophoben, nicht aber der hydrophilen GS, mit Ätiologie und Schweregrad der AP. Es gibt Hinweise, dass die post-endoskopische retrograde cholangiopankreatikographie (ERCP) Pankreatitis (PEP) mit CCK in Verbindung steht. Mehrere pharmazeutische Mittel wurden zur Verhinderung dieser häufigsten und potenziell schwerwiegenden Komplikation eingesetzt, wobei der Nutzen aber begrenzt blieb. Vor diesem Hintergrund wurde eine multizentrische, multinationale, randomisierte Kontrollstudie konzipiert, um die Wirksamkeit von Indomethacin und N-Acetylcystein (NAC) zur Prävention von PEP zu vergleichen. Insgesamt wurden 432 ERCP-Patienten aus 6 Ländern rekrutiert, die zwei Stunden vor dem Eingriff nach dem Zufallsprinzip entweder NAC (Gruppe A, 84 Fälle), Indomethacin (Gruppe B, 138 Fälle), NAC + Indomethacin (Gruppe C, 115 Fälle) oder Placebo (Gruppe D, 95 Fälle) erhielten. Die PEP-Rate in den Gruppen A, B und C betrug im Vergleich zur Placebo- Behandlung 10,7 %, 17,4 %, 7,8 % bzw. 20 % (p=0,08; 0,614 bzw. 0,01). In Bezug auf Komplikationen der AP stellt eine infizierte Pankreasnekrose ein schwerwiegendes unerwünschtes Ereignis dar, welches in der Regel eine interventionelle Therapie erfordert. In einer weiteren Studie wurde daher ein Modell zur frühzeitigen Vorhersage einer infizierten Nekrose entwickelt. Hierzu erfolgte eine retrospektive Analyse von 705 Patienten mit AP, bei denen eine kontrastmittelverstärkte Computertomographie (CT) durchgeführt wurde. Sowohl Labor- als auch klinische Parameter wurden auf einen Zusammenhang mit einer mikrobiologisch bestätigten, infizierten Pankreasnekrosen getestet. Eine logistische Regressionsanalyse mit stufenweiser Einführung signifikanter Variablen wurde zur Entwicklung eines Vorhersagemodells verwendet. Die Qualität des Modells wurde mittels Receiver-Operating- Characteristics-Analyse geprüft. Elf Paramater waren signifikant mit einer infizierten Pankreasnekrose assoziiert; darunter Albumin, Kreatinin, C-reaktives Protein (CRP) sowie eine alkoholische Ätiologie, die jeweils als unabhängige Variablen in das finale Vorhersagemodell einflossen. Dieses wies eine Fläche unter der Kurve (AUC) von 0,819 auf. In derselben Kohorte, für die das obige Vorhersagemodell entwickelt wurde, wurden 89 APFälle mit nekrotischen Komplikationen identifiziert, die mittels CT diagnostiziert wurden. Diese Komplikationen bedingen eine hohe Morbidität und Mortalität erforderten eine endoskopische Drainage, die mit schweren unerwünschten Ereignissen einhergehen kann. Alle Komplikationen und die damit verbundenen Merkmale, die bei Patienten auftraten, die sich diesem Verfahren unterzogen, wurden retrospektiv analysiert. Positive Nekrosekulturen und ein größerer Durchmesser der behandelten Läsionen waren signifikante Faktoren, die mit dem Auftreten von unerwünschten Ereignissen assoziiert waren, wobei Ersteres mit einem Odds Ratio von 6,1 den stärksten Prädiktor darstellte. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass die Hydrophobizität von GS und die Beteiligung von CCK für den klinischen Verlauf der AP relevant sind. Systemische GS können den Schweregrad der AP beeinflussen, indem sie die Bindung des CCK1-Rezeptors beeinträchtigen. Die Gabe von NAC ist wirksam zur Vorbeugung einer PEP und die Kombination von NAC und Indomethacin führte zu der geringsten Ereignisrate. Ein Modell, das Albumin, Kreatinin, CRP und alkoholische Ätiologie berücksichtigt, kann zwischen infizierter und steriler Pankreasnekrose unterscheiden. Bei Vorliegen einer infizierten Nekrose ist die Kontrolle der Infektion dabei entscheidend für eine erfolgreiche endoskopische Drainagetherapie. Die genauen pathophysiologischen Mechanismen, insbesondere in den CCK-bezogenen Signalwegen, und das Potenzial von GS bei der AP im Menschen, insbesondere zur Prävention der PEP, müssen in zukünftigen Studien allerdings weiter untersucht werden, um einen tatsächlichen therapeutischen Nutzen hervorzubringen.

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Metadaten
Author: Quang Trung Tran
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-85353
Title Additional (English):Pathogenetic role of systemic bile acids and particular prediction, complication as well as prevention of acute pancreatitis
Referee:Prof. Dr. Markus M. LerchORCiD, Prof. Dr. Julia MayerleORCiD
Advisor:Prof. Dr. Markus M. Lerch, Prof. Dr. Ali A. Aghdassi, Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer, Prof. Dr. Michael Lalk
Document Type:Doctoral Thesis
Language:Multiple languages
Year of Completion:2023
Date of first Publication:2023/05/22
Granting Institution:Universität Greifswald, Universitätsmedizin
Date of final exam:2023/04/04
Release Date:2023/05/22
Tag:Acute pancreatitis, bile acids, CCK1 receptor, hydrophobicity , RCT, predictors
GND Keyword:Acute pancreatitis, bile acids, CCK1 receptor, hydrophobicity
Page Number:111
Faculties:Universitätsmedizin / Kliniken und Polikliniken für Innere Medizin
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit