Enzymatische Veränderungen am isoliert
perfundierten Pankreas der Ratte im Rahmen des oxidativen Stresses

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Rolle freier Radikale in der Frühphase der akuten Pankreatitis wird zunehmend diskutiert. In-vivo-Untersuchungen sind aufgrund der Eigenschaften der freien Radikale und ihrer Interaktionen mit zahlreichen Organsystemen limitiert. Der Einsatz freier Radikale am isoliert perfundierten Pankreas scheint dagegen gut reproduzierbar möglich zu sein. Methodik: Am extrakorporal perfundierten Pankreas der Wistar-Ratte erfolgte eine Perfusion mit einem modifizierten KRB-Puffer. Das Effluat wurde hinsichtlich seiner Aktivität von Amylase, Lipase und Lactatdehydrogenase untersucht. Neben dem Einfluss einer Perfusion ohne Zusatz von Noxen (60 Minuten), wurde eine Perfusion unter Zusatz der Detergenz Triton X-100 (0,025 %), von Wasserstoffperoxid (0,0012 %), von tert-Butylhydroperoxid (0,0042%) und von Xanthinoxidase/Hypoxanthin (0,1 U/ml) durchgeführt. Ergebnisse: Die extrakorporale Perfusion des Rattenpankreas gelingt, ohne eine erhöhte Aktivität von Schädigungsparametern wie Amylase, Lipase und Lactatdehydrogenase in das Effluat zu induzieren. Eine Schädigung des Pankreas kann anhand von erhöhten Aktivitäten von Amylase, Lipase und Lactatdehydrogenase im Effluat quantifiziert werden. Eine Perfusion mit Triton X-100 führte bereits 10 Minuten nach dem Zusatz der Detergenz zum Perfusionsmedium zu einem Anstieg der Lactatdehydrogenase im Effluat (p < 0,01). Die Lipase erreichte nach 20 Minuten und die Amylase nach 30 Minuten ein signifikant erhöhtes Niveau (p < 0,01). Im Rahmen einer Perfusion mit Wasserstoffperoxid oder tert-Butylhydroperoxid wurde keine Erhöhung der Pankreasenzyme im Effluat beobachtet. Eine Perfusion mit dem Radikalbildner-System Xanthinoxidase/Hypoxanthin führte dagegen zu einer signifikanten (p < 0,05) Erhöhung der Amylase- und Lipaseaktivität im Effluat ab der 30. Versuchsminute. Schlussfolgerungen: Das Modell des extrakorporal perfundierten Rattenpankreas scheint geeignet, pathogenetische Mechanismen in der Frühphase der akuten Pankreatitis in Beziehung zum oxidativen Stress zu untersuchen. Pankreatitistypische Veränderungen, wie eine Erhöhung der Pankreasenzyme im Effluat des isoliert perfundierten Pankreas, konnten nur durch eine Applikation von Xanthinoxidase und ihrem Substrat Hypoxanthin induziert werden.

Abstract

Background: The role of free radicals is increasingly discussed in the relevant literature. In vivo investigations are limited due to the characteristics of the free radicals and their interactions with other organ systems. The use of free radicals should be easily possible on the isolated perfused pancreas. Methods: External perfusions of the pancreatic glands of Wistar-rats were carried out using a modified Krebs-Ringer-Buffer (KRB). We looked for an elevation in amylase, lipase and lactate-dehydrogenase in the effusion fluid (portal outflow fluid). We investigated a normal perfusion (KRB, 60 minutes), a perfusion (60 minutes) including an additive of the detergent triton x-100 and a perfusion including hydrogen peroxide (0.0012 %) or tert-butylhydroperoxide (0.0042 %) or xanthine oxidase (0.1 U/ml). Results: A isolated external perfusion of a rat pancreas is possible without inducing any increase in the damage parameters such as amylase, lipase or lactate-dehydrogenase in the outflow medium. A damage to pancreatic parenchyma is indicated by increased levels of pancreatic enzymes in the perfusion medium. A significant increase (p < 0.01) in lactate-dehydrogenase, lipase and amylase were found 10, 20 and 30 minutes after an application of triton x-100. During a perfusion with hydrogen peroxide or tert-butylhydroperoxide we found no changes to pancreatic enzymes in the portal outflow. In contrast, the perfusion with xanthine oxidase induced a significant elevation in lipase and amylase in the effusion fluid (p < 0.05) after 30 minutes of perfusion. Conclusions: The isolated perfused rat pancreas is a valuable experimental model to investigate the early phase of pathophysiology in acute pancreatitis, e. g. the influence of oxidative stress as an early event in acute pancreatitis. Using hydrogen peroxide, tert-butylhydroperoxide or xanthine oxidase, only xanthine oxidase was able to induce a typical elevation in the pancreas enzymes in the effusion fluid.

Schlüsselwörter

Isoliertes Rattenpankreas - Perfusion - Akute Pankreatitis - Pathophysiologie - Oxidativer Stress

Key words

Isolated rat pancreas - Perfusion - Acute pancreatitis - Pathophysiology - Oxidative stress

Literatur

• 1 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
• 2 Schulz H U, Letko G. [Mechanisms for cell damage in acute pancreatitis using isolated acinar cells].  Leber Magen Darm. 1994;  24 250-255
• 3 Long J A. Pulsating perfusing Apparatus.  Univ Calif Publ Zool. 1939;  43 211-216
• 4 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
• 5 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
• 6 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
• 7 Schmid R, Schusdziarra V, Aulehner R, Weigert N, Classen M. Comparison of GLP-1 (7-36amide) and GIP on release of somatostatin-like immunoreactivity and insulin from the isolated rat pancreas.  Z Gastroenterol. 1990;  28 280-284
• 8 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
• 9 Lee K Y, Lee Y L, Kim C D, Chang T M, Chey W Y. Mechanism of action of insulin on pancreatic exocrine secretion in perfused rat pancreas.  Am J Physiol. 1994;  267 G207-G212
• 10 Sanfey H, Bulkley G B, Cameron J L. The role of oxygen-derived free radicals in the pathogenesis of acute pancreatitis.  Ann Surg. 1984;  200 405-413
• 11 Sanfey H, Sarr M G, Bulkley G B, Cameron J L. Oxygen-derived free radicals and acute pancreatitis: a review.  Acta Physiol Scand Suppl. 1986;  548 109-118
• 12 Schoenberg M H, Buchler M, Beger H G. [Oxygen radicals and acute pancreatitis].  Z Gastroenterol. 1992;  30 801-807
• 13 Schoenberg M H, Buchler M, Beger H G. The role of oxygen radicals in experimental acute pancreatitis.  Free Radic Biol Med. 1992;  12 515-522
• 14 Schoenberg M H, Buchler M, Helfen M, Beger H G. Role of oxygen radicals in experimental acute pancreatitis.  Eur Surg Res. 1992;  24 (1) 74-84
• 15 Braganza J M, Scott P, Bilton D. et al . Evidence for early oxidative stress in acute pancreatitis. Clues for correction.  Int J Pancreatol. 1995;  17 69-81
• 16 Schulz H U, Niederau C, Klonowski-Stumpe H, Halangk W, Luthen R, Lippert H. Oxidative stress in acute pancreatitis.  Hepatogastroenterology. 1999;  46 2736-2750
• 17 Rau B, Poch B, Gansauge F. et al . Pathophysiologic role of oxygen free radicals in acute pancreatitis: initiating event or mediator of tissue damage.  Ann Surg. 2000;  231 (3) 352-360
• 18 Schoenberg M H, Birk D, Beger H G. Oxidative stress in acute and chronic pancreatitis.  Am J Clin Nutr. 1995;  62 1306S-1314S
• 19 Parks D A, Granger D N. Xanthine oxidase: biochemistry, distribution and physiology.  Acta Physiol Scand Suppl. 1986;  548 87-99
• 20 Yokoyama Y, Beckman J S, Beckman T K. et al . Circulating xanthine oxidase: potential mediator of ischemic injury.  Am J Physiol. 1990;  258 G564-G570
• 21 Berman R S, Martin W. Arterial endothelial barrier dysfunction: actions of homocysteine and the hypoxanthine-xanthine oxidase free radical generating system.  Br J Pharmacol. 1993;  108 920-926
• 22 Czako L, Takacs T, Varga I S. et al . Oxidative stress in distant organs and the effects of allopurinol during experimental acute pancreatitis [In Process Citation].  Int J Pancreatol. 2000;  27 (3) 209-216
• 23 Folch E, Gelpi E, Rosello-Catafau J, Closa D. Free radicals generated by xanthine oxidase mediate pancreatitis-associated organ failure.  Dig Dis Sci. 1998;  43 2405-2410
• 24 van Gorp R M, Broers J L, Reutelingsperger C P. et al . Peroxide-induced membrane blebbing in endothelial cells associated with glutathione oxidation but not apoptosis.  Am J Physiol. 1999;  277 C20-C28
• 25 Joshi M S, Ponthier J L, Lancaster J R. Cellular antioxidant and pro-oxidant actions of nitric oxide.  Free Radic Biol Med. 1999;  27 1357-1366
• 26 Sledzinski Z, Wozniak M, Brunelli A. et al . Experimental pancreatitis induced by synthetic prooxidant tert-butyl hydroperoxide.  Pancreas. 2000;  20 146-151
• 27 Sweiry J H, Shibuya I, Asada N. et al . Acute oxidative stress modulates secretion and repetitive Ca2+ spiking in rat exocrine pancreas.  Biochim Biophys Acta. 1999;  1454 19-30