Invasive diagnostic and therapeutic procedures in the presence of
obstructive jaundice are associated with a high morbidity and mortality rate,
primarily due to septic complications and renal impairement. Bacterial
translocation is known as the passage of viable bacteria or endotoxins from
the gut to the mesenteric lymph nodes and other organs which may
commence or exacerbate the septic state.
This study was undertaken to investigate the influence of experimental
obstructive jaundice in wistar rats on portal and systematic (aortal)
endotoxaemia, on bacterial translocation (ΒΤ) to mesenteric lymph nodes and
distant organs, and on liver and ileal histology and apoptosis. In addition, in
an attempt for therapeutic intervention we have explored the possible
beneficial effect of immunonutrition in obstructive jaundice by administration of
glutamine or arginine per os.
The amino-acid glutamine although non essential and in abundance, is
required as an enterocyte fuel while it seems to possess anabolic properties
for the liver, skeletal muscle, intestinal mucosa and the immune system (e.g.
lymphocytes, macrophages) and its supplementation has resulted in beneficial
clinical outcomes. Glutamine supplements have been used to protect the
intestinal mucosa and enhance the immune system. Various authors have
postulated that glutamine may prevent or attenuate BT.
Arginine plays an important role in many functions including protein
synthesis and katabolism. Arginine is important in the function of lymphocytes
and improves cellular immune response when administered. In addition it is
the sole precursor amino acid in the generation of the immunity-enhancing
agent nitric oxide (NO) by NO-synthase. In animals and humans in sepsis
plasma L-arginine concentrations are markedly low, may become an
indispensable amino acid, and low arginine concentrations are correlated with
a worse prognosis. Arginine deficiency was demonstrated in bile duct ligated
rats. Dietary L- arginine has been shown to enhance the immune system and
wound healing.
In obstructive jaundice the absence of intraluminal bile deprives the gut
from its bacteriostatic, endotoxin neutralizing and mucosal trophic effect
leading to increased intestinal bacterial and endotoxin load together with
mucosal atrophy. These alterations promote bacterial and endotoxin
translocation into the portal circulation and subsequently, through a decreased
clearance capacity of Kupffer cells due to cholestasis, into the systemic
circulation. Systemic endotoxaemia activates further a systemic inflammatory
response, with dysfunctions of remote organs which in a vicious circle
aggrevates the intestinal barrier dysfunction and liver injury.
Sevenry-five male Wistar rats were randomly divided in four groups (15
each): I controls, II sham operated, III bile duct ligation (BDL), IV BDL +
glutamine (3%in drinking water) and V BDL + arginine (2% in drinking water).
Ileal samples for histology, DNA and protein content, liver biopsies,
mesenteric lymph nodes (MLN) for cultures, portal and systemic blood
samples for endotoxin measurements were obtained 10 days later.
Compared to control, a significant increase in contaminated MLN and liver
samples and in endotoxaemia was noted in group III (P < 0.01) which was
significantly reduced in group IV and V (P < 0.05). Group IV presented also a
significantly higher number of mitoses/crypt (M/c) , less apoptotic body counts
(as did group V) and a higher DNA content compared to group III (P < 0.05).
Liver biopsies from group III displayed typical changes of large duct
obstruction that were significantly improved after glutamine or arginine
treatment, with decreased ductular proliferation.
Two main features highlight the forementioned dual role of the liver in
sepsis: the first is the importance of the liver blood supply and particularly the
portal flow, which arises from the splachnomesenteric vascular bed, a region
especially subject to vasoconstriction and bacterial translocation. The second
is the cellular heterogenicity of the liver, which is mainly hepatocytes, Kupffer
cells, and endothelial sinusoidal cells. All of these cell types are involved in
the immune, anti-infectious, and metabolic responses through multiple cell
cross-talk and interactions. We had a beneficial effect on alterations of portal
triads in the liver of glutamine or arginine supplemented rats. The
mechanisms involved are not fully elucidated but possible explanations could be either the reduction of BT or an immunostimulatory up regulation by
administered two immunonutrients.
In conclusion, the present study verifies the increased incidence of
bacterial and endotoxin translocation in experimental obstructive jaundice.
Apoptosis in the small bowel of bile duct ligated rats is also increased. Oral
administration of glutamine or arginine was shown to reduce both BT and
endotoxaemia, improved histology in the terminal ileum and liver and also
decreased apoptosis in the small bowel in extrahepatic experimental jaundice.
These findings offer further insight in the pathophysiology of obstructive
jaundice and suggest important biological effects of immunonutrition.
Understanding the pathophysiology of barrier alterations in obstructive
jaundice at the cellular and molecular level will allow novel treatment
approaches and a better prognosis for patients in clinical settings.
Οι ασθενείς με αποφρακτικό ίκτερο έχουν αυξημένη συχνότητα επιπλοκών
και θανάτου ιδιαιτέρως μετά από επεμβατικούς διαγνωστικούς ή
θεραπευτικούς χειρισμούς. Ο νετερικός βλεννογόνος αποτελεί ανατομικό και
λειτουργικό φραγμό ο οποίος περιορίζει εντός του αυλού τα βακτηρίδια και τις
ενδοτοξίνες εμποδίζοντας τους την δίοδο στη συστηματική κυκλοφορία και την
διασπορά τους. Υπάρχουν όμως παθολογικές καταστάσεις κατά τις οποίες ο
εντερικός βλεννογόνος ανεπαρκεί επιτρέποντας την είσοδο στην κυκλοφορία
και την διασπορά ενδοτοξινών και ενερικών μικροβίων – το φαινόμενο είναι
γνωστό με τον όρο βακτηριακή μετακίνηση (bacterial translocation) – με
αποτέλεσμα σηπτικές επιλοκές, ανεπάρκεια πολλαπλών οργάνων και υψηλή
θνητότητα. Πειραματικές και κλινικές μελέτες έδειξαν ότι ο αποφρακτικός
ίκτερος προκαλεί δυσλειτουργία του βλεννογόνιου εντερικού φραγμού με
αποτέλεσμα την ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση που
διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη επιπλοκών στους ασθενείς με
αποφρακτικό ίκτερο.
Η έκθεση στην ενδοτοξίνη είναι σημαντική γιά την ανάπτυξη του
ανοσοποιητικού συστήματος του ξενιστή, αλλά όταν εκτεθεί σε υψηλές
συγκεντρώσεις τα αποτελέσματα είναι επιβλαβή. Υπό φυσιολογικές συνθήκες
ο εντερικός φραγμός εμποδίζει την δίοδο των μικροβίων στο στείρο
περιβάλλον της περιτοναικής κοιλότητας, της πυλαίας φλέβας και της
συστηματικής κυκλοφορίας. Στο ήπαρ ο πληθυσμός των κυττάρων Kuppfer
αποτελεί τον κύριο όγκο του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος κι είναι
στρατηγικά τοποθετημένος στην συμβολή του συστήματος της πυλαίας για
την εξουδετέρωση κι απομάκρυνση ενδοτοξινών και βακτηριδίων της πυλαίας.
Λειτουργικές διαταραχές είτε του εντερικού βλεννογόνου είτε των κυττάρων
Kuppfer -λόγω κατασταλμένης εκκαθαριστικής ικανότητας εξαιτίας της
χολόστασης - έχει ως αποτέλεσμα την διαφυγή ενδοτοξινών και μικροβίων
αρχικά στους μεσεντέριους λεμφαδένες, στην πυλαία και στην συνέχεια μέσω
της συστηματικής κυκλοφορίας σε απομακρυσμένα όργανα.
Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι η επιβεβαίωση και η μελέτη της
ενδοτοξαιμίας και βακτηριακής μετακίνησης στο πειραματικό μοντέλο του αποφρακτικού ικτέρου , καθως και η προσπάθεια αποτροπής του φαινομένου
μέσω χορήγησης τροφικών κι ανοσοδιεγερτικών παραγόντων και
συγκεκριμένα γλουταμίνης κι αργινίνης.
Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης επιβεβαίωσαν την ύπαρξη
πυλαίας και συστηματικής ενδοτοξιναιμίας και βακτηριακής μετακίνησης στην
εξωηπατική απόφραξη των χοληφόρων. Παρατηρήθηκε επίσης αύξηση της
απόπτωσης στον εντερικό βλεννογόνο όπως τεκμηριώθηκε με βάση την
μορφομετρική ανάλυση και τις μετρήσεις DNA και πρωτείνης, μηχανισμός που
οδηγεί στην περαιτέρω ατροφία του βλεννογόνου πιθανώτατα μέσω
διαταραχής στην αναλογία κυτταρικού πολλαπλασιασμού και κυτταρικού
θανάτου.
Η γλουταμίνη διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον εντερικό μεταβολισμό,
δομή και λειτουργία όπως και σε αλλα ταχέως πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα Η
χορήγησή της φαίνεται να ελαττώνει την ΒΜ και να βελτιώνει την επιβίωση σε
αρκετά μοντέλλα σήψης εντερικής προελεύσεως πιθανώς με τροφική δράση
στον εντερικό βλεννογόνο και στα κύτταρα του ανοσοποιητικού
Η αργινίνη, ειναι σημαντικό αμινοξύ για την λειτουργια των
λεμφοκυττάρων και βελτιώνει την κυτταρική απάντηση του ανοσοποιητικού
όταν χορηγηθεί τοσο σε ανθρώπους όσο και σε πειραματοζωα. Η αργινίνη
όμως, επιπλέον συγκεντρώνει το ενδιαφέρον των μελετητών γιατι αποτελεί
πρόδρομο μόριο του μονοξειδίου του αζώτου, μόριο με πολλαπλές
λειτουργίες τόσο στην ανοσία και φλεγμονή όσο και στη εντερική
διαπερατότητα και βακτηριακή μετακίνηση
Η χορήγηση των δύο αυτών ανοσοθρεπτικών αμινοξέων μείωσε την
ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση δρώντας πιθανώς τόσο στο
ανοσοποιητικό σύστημα όσο και στην ακεραιότητα του εντερικού βλεννογόνου
με μείωση της απόπτωσης και στην περίπτωση της γλουταμίνης παράλληλη
αύξηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, όπως αναδείχθηκε στην μέτρηση
των μιτώσεων και στην αύξηση του εντερικού DNA και πρωτείνης. Σε
περιπτώσεις εξωηπατικής απόφραξης των χοληφόρων έχει παρατηρηθεί
σημαντική καταστολή του ανοσοποιητικού συστήματος με επίδραση τόσο στα
Τ-κύτταρα όσο και στα κύτταρα Kuppfer. Προηγούμενες αναφορές στη
δυσλειτουργία της κυτταρικής ανοσίας εισηγούνται ότι η καταστολή της
δραστηριότητας των Τ-κυττάρων έχουν άμεσο αποτέλεσμα στη συστηματική ενδοτοξιναιμία, ενώ η καταστολή του μιτογονικού ερεθίσματος των Τ-
κυττάρων συμβαίνει δευτερογενώς ως αποτέλεσμα βακτηριακής μετακίνησης.
Στη δική μας μελέτη η χορήγηση των ανοσοθρεπτικών αυτών πεπτιδίων
ελάττωσε την βακτηριακή μετακίνηση και βελτίωσε σημαντικά τις ιστολογικές
αλλοιώσεις που προκαλεί η εξωηπατική χολόσταση στα πυλαία διαστήματα
του ήπατος με πιθανώτερο αιτιοπαθογενετικό μηχανισμό την μείωση της
ενδοτοξιναιμίας στην πυλαία φλέβα.
Συμπερασματικά τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης επιβεβαιώνουν
την ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση στον πειραματικό αποφρακτικό
ίκτερο και δείχνουν πως η χορήγηση ανοσοθρεπτικών αμινοξέων όπως η
γλουταμίνη και αργινίνη περιορίζουν το φαινόμενο με παράλληλη βελτίωση
της ιστολογικής εικόνας τόσο τού ήπατος όσο και του λεπτού εντέρου.
