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Background
In acute pancreatitis, secondary infection of pancreatic necrosis is a complication that mostly necessitates interventional therapy. A reliable prediction of infected necrotizing pancreatitis would enable an early identification of patients at risk, which however, is not possible yet.
Methods
This study aims to identify parameters that are useful for the prediction of infected necrosis and to develop a prediction model for early detection. We conducted a retrospective analysis from the hospital information and reimbursement data system and screened 705 patients hospitalized with diagnosis of acute pancreatitis who underwent contrast-enhanced computed tomography and additional diagnostic puncture or drainage of necrotic collections. Both clinical and laboratory parameters were analyzed for an association with a microbiologically confirmed infected pancreatic necrosis. A prediction model was developed using a logistic regression analysis with stepwise inclusion of significant variables. The model quality was tested by receiver operating characteristics analysis and compared to single parameters and APACHE II score.
Results
We identified a total of 89 patients with necrotizing pancreatitis, diagnosed by computed tomography, who additionally received biopsy or drainage. Out of these, 59 individuals had an infected necrosis. Eleven parameters showed a significant association with an infection including C-reactive protein, albumin, creatinine, and alcoholic etiology, which were independent variables in a predictive model. This model showed an area under the curve of 0.819, a sensitivity of 0.692 (95%-CI [0.547–0.809]), and a specificity of 0.840 (95%-CI [0.631–0.947]), outperforming single laboratory markers and APACHE II score. Even in cases of missing values predictability was reliable.
Conclusion
A model consisting of a few single blood parameters and etiology of pancreatitis might help for differentiation between infected and non-infected pancreatic necrosis and assist medical therapy in acute necrotizing pancreatitis.
Acute pancreatitis (AP) is a major, globally increasing gastrointestinal disease and a biliary origin is the most common cause. However, the effects of bile acids (BAs), given systemically, on the pancreas and on disease severity remains elusive. In this study, we have investigated the roles of different circulating BAs in animal models for AP to elucidate their impact on disease severity and the underlying pathomechanisms. BAs were incubated on isolated acini and AP was induced through repetitive injections of caerulein or L-arginine; pancreatic duct ligation (PDL); or combined biliopancreatic duct ligation (BPDL). Disease severity was assessed using biochemical and histological parameters. Serum cholecystokinin (CCK) concentrations were determined via enzyme immunoassay. The binding of the CCK1 receptor was measured using fluorescence-labeled CCK. In isolated acini, 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. Mechanistically, the binding affinity of the CCK1 receptor was significantly reduced by hydrophobic BAs. The hydrophobicity of BAs and the involvement of CCK seem to be relevant in the course of AP. Systemic BAs may affect the severity of AP by interfering with the CCK1 receptor.
Die Rolle des Immunsystems im Verlauf der Pankreatitis ist ein Zusammenspiel verschiedener Faktoren. Generell ist festzustellen das infiltrierende Leukozyten im Verlauf der Pankreatitis einen direkten Einfluss sowohl auf den pankreatischen Schaden als auch auf den systemischen Schaden haben. Es konnte gezeigt werden, dass die Pankreatitis in CD18 defizienten Mäusen zeitlich einen anderen Verlauf nimmt im Vergleich zu den Kontrolltieren. Mit der Verschiebung der Infiltration der Leukozyten verschiebt sich auch die Proteaseaktivierung, bzw. die Entstehung des pankreatischen Schadens. Neutrophile als auch Makrophagen/ Monozyten transmigrieren beide CD18 abhängig in das Pankreas und sind in den späteren Zeitpunkten für die Proteaseaktivierung in gleichem Maße verantwortlich. Die Depletion der Neutrophilen Granulozyten als auch die Depletion von Makrophagen/Monozyten vor Induktion der Pankreatitis führt in gleicher Weise zu einer Verminderung des Schweregrades der Erkrankung in den Tieren. Nicht nur in vivo konnte ein Effekt von Leukozyten auf den Verlauf der Pankreatitis gezeigt werden, auch in vitro zeigen Leukozyten einen direkten Effekt auf den Azinuszellschaden sowie auf die intrazelluläre Proteaseaktivierung. Makrophagen als auch Neutrophile zeigen diesen direkten Effekt auf Azinuszellen. Die Depletion von CD4 positiven T-Zellen führt zu einer verminderten proinflamatorischen Antwort in den Tieren welche in einem milderen Verlauf der Pankreatitis resultiert, da weniger Zellen des angeborenen Immunsystems in den Pankreas transmigrieren. Ein von Leukozyten vermittelter Mechanismus der zu einem erhöhten Azinuszellschaden als auch zu einem Anstieg der Proteaseaktivierung führt ist die Freisetzung von TNFα. In isolierten Azinuszellen konnte gezeigt werden das TNFα einen direkten Effekt auf das Überleben der Zellen hat und zu einer Cathepsin B vermittelten Aktivierung von Trypsinogen führt. Cathepsin B knockout Tiere reagieren nicht auf eine Stimulation durch TNFα mit einer Aktivierung von Trypsinogen oder einer Azinuszellnekrose. Dies stellt eine therapeutische Möglichkeit in Aussicht. Durch den Einsatz eines TNFα spezifischen Antikörpers konnte der Azinuszellschaden der durch Leukozyten vermittelt wird als auch die Cathepsin B vermittelte Proteaseaktivierung signifikant gesenkt werden. Dies stellt eine neue Möglichkeit der Therapie der chronischen Pankreatitis dar, da sie in gleicher Weise wie der Morbus Crohn oder die rheumatoide Arthritis als chronische Entzündungsreaktion mit Hilfe von TNFα inhibierenden Antikörpern behandelt werden könnte.
Chronic pancreatitis (CP) is characterized by chronic inflammation and the progressive fibrotic replacement of exocrine and endocrine pancreatic tissue. We identify Treg cells as central regulators of the fibroinflammatory reaction by a selective depletion of FOXP3-positive cells in a transgenic mouse model (DEREG-mice) of experimental CP. In Treg-depleted DEREG-mice, the induction of CP results in a significantly increased stroma deposition, the development of exocrine insufficiency and significant weight loss starting from day 14 after disease onset. In CP, FOXP3+CD25+ Treg cells suppress the type-2 immune response by a repression of GATA3+ T helper cells (Th2), GATA3+ innate lymphoid cells type 2 (ILC2) and CD206+ M2-macrophages. A suspected pathomechanism behind the fibrotic tissue replacement may involve an observed dysbalance of Activin A expression in macrophages and of its counter regulator follistatin. Our study identified Treg cells as key regulators of the type-2 immune response and of organ remodeling during CP. The Treg/Th2 axis could be a therapeutic target to prevent fibrosis and preserve functional pancreatic tissue.