Effects of Total Parenteral Nutrition on the Exocrine and Endocrine Pancreas. An Experimental Study

Abstract

During total parenteral nutrition (TPN) adequate nutrition is provided intravenously and the enteral route is bypassed. The integrity of the gastrointestinal (GI) tract, however, is dependent on the passage of food through it. This thesis deals with the effects of TPN on the pancreas and the parotid glands. TPN induced hypotrophy of the exocrine pancreas and the parotid glands. The amylase concentration in the pancreas was unaffected, while the concentrations of trypsin and chymotrypsin increased. The atrophy and changes in enzyme concentrations were not related to the amount of fat infused. Cholecystokinin (CCK) is believed to be the greatest stimulator of pancreatic growth, but hyperCCKemia, induced by PBD operation or by infusion of CCK, caused less growth of the pancreas during TPN than in fed control rats. Therefore food passage through the digestive tract must induce the release of other growth promoting factors. The basal insulin concentration was reduced and the insulin secretory response to glucose infusion was impaired during TPN. The basal glucose concentrations and the plasma glucose curves on intravenous glucose tolerance testing were not affected by TPN. Studies on isolated pancreatic cell islets revealed no signs of glucotoxicity. The activities of the glycogen hydrolyzing enzyme glucan-1,4-a-glucosidase and several other lysosomal enzymes were reduced during TPN, probably due to the hyperlipidemia it causes. In conclusion, TPN induces atrophy of the exocrine pancreas and an impairment in insulin secretion. We suggest that the atrophy is due to the loss of several intestinal growth factors, whose release is usually induced by food passage through the digestive tract, and that the impairment in insulin secretion is due to hyperlipidemia.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Total parenteral nutrition (TPN) används för näringstillförsel till patienter som av olika orsaker inte kan försörja sig via sedvanligt födointag. Vid TPN tillföres fett, socker, aminosyror (proteinernas byggstenar), vitaminer och salter i mängder tillräckligt för att täcka det dagliga behovet. Näringsämnena tillföres via en blodåder och passerar således inte magtarmkanalen. Därför sker ingen stimulering av de hormonella och nervösa signalsystem som i normalfall initieras av födans passage. Sedan tidigare vet vi att dessa hormoner och nervsignaler är av vikt för magtarmkanalens funktion i form av produktion av sekret från olika organ och för framdrivning av födan genom magtarmkanalen. Dessutom är signalerna av betydelse för ett riktigt omhändertagande av de näringsämnen som tas upp av magtarmkanalens slemhinna. Det kanske allra viktigaste hormonet därvidlag är insulin, vars viktigaste uppgift är att omhänderta det socker som tillföres kroppen. Sedan tidigare har det varit känt att om magtarmkanalen inte stimuleras av passerande föda minskar dess tillväxt och funktion. Den exakta mekanismen bakom detta är dock ofullständigt känd. Man vet att många av de hormoner som utsöndras vid födoämnespassagen, är tillväxtbefrämjande för magtarmkanalens slemhinnor och körtlar. De hormoner som är bäst undersökta är gastrin och CCK. Gastrin stimulerar magsäcken till saltsyraproduktion och magsäckens slemhinnor till tillväxt. CCK orsakar tillväxt av bukspottkörteln och stimulerar den till produktion av ett sekret rikt på enzymer. Bukspottkörteln är ett organ som är delat i två funktionella skilda vävnader, dels en del som producerar ett sekret rikt på enzymer och bikarbonat och dels en del som producerar hormoner, bland annat insulin. Den hormonproducerande vävnaden ligger insprängd som öar, Langerhanska cellöar, i den sekretproducerande vävnaden. På grund av dels den viktiga hormonproduktionen och dels för att sjukdomar i bukspottkörteln ofta är en anledning till TPN ville vi undersöka hur bukspottkörtelns olika delar påverkas av TPN. Vi kunde visa att bukspottkörtelns tillväxt hämmades av TPN, oberoende av fetthalten i den TPN-lösning som tillfördes. Amylashalten (enzym för nedbrytning av stärkelse) i bukspottkörteln påverkades endast marginellt medan halten av trypsin och chymotrypsin (enzymer för nedbrytning av proteiner) i bukspottkörteln ökade. Hypotetiskt kunde den påvisade tillväxthämningen vara orsakad av brist på CCK. Mätningar av CCK-halten bekräftade emellertid inte denna hypotes, sannolikt på grund av att proverna togs på morgonen, en tidpunkt när halten CCK, även hos fritt ätande djur, är låg till följd av en dygnsmässig variation av utsöndringen av hormonet. Sannolikt förblir halten CCK hos TPN-behandlade djur låg under hela dygnet. När vi ökade halten CCK, antingen genom att tillföra den utifrån eller genom att öka kroppens egenproduktion, förhindrades den tillväxthämning som annars sågs. När samma dos CCK gavs till fritt ätande djur fick vi emellertid en tillväxtstimulering, vilket uteblev hos TPN-behandlade djur. Detta talar för att födoämnespassage i magtarmkanalen stimulerar bukspottkörtelns tillväxt via frisättning av CCK men även via andra, okända mekanismer. Vid normalt födointag påbörjas insulinutsöndringen redan innan näringsämnena, framför allt socker, har tagits upp i magtarmkanalen. Sannolikt styrs insulinutsöndringen av nervsignaler, hormoner utsöndrade från magtarmkanalens slemhinnor och slutligen av sockerkoncentrationen i blodet. När vi på de TPN-behandlade djuren utförde en s k sockerbelastning via blodåder fann vi att sockerhalten i blodet uppvisade ett mönster jämförbart med de fritt ätande djuren. Insulinutsöndringen visade sig emellertid bli lägre hos de TPN-behandlade djuren. En orsak till detta fynd kan vara att tarmen, som inte stimuleras av föda, inte utsänder nervsignaler och ej heller utsöndrar hormoner, som vanligen påverkar insulinutsöndringen. En annan orsak kan vara att insulinkänsligheten i vävnaden har ökat varvid det inte behövs så stora mängder insulin för att ta hand om en given mängd socker. En tredje anledning till det gjorda fyndet kan vara att insulincellernas frisättningsmekanism inte fungerar helt normalt. I ett försök att utröna detta undersöktes isolerade Langerhanska cellöar. Vi fann att ett av de enzym som deltar i insulinfrisättningen, acid-glucan-1,4-a-glucosidase, minskade i aktivitet. Vi föreslår att denna aktivitetsminskning sannolikt är en följd av förhöjda halter av fettkomponenter i blodet som ses i samband med TPN. Sammanfattningsvis visade våra studier att långvarig TPN på försöksdjur orsakade en hämmad tillväxt av bukspottkörteln, sannolikt som en följd av bristande stimulering av bland annat de CCK-producerande cellerna i tolvfingertarmen. Vi kunde även visa att insulinutsöndringen minskar i samband med TPN och att en tänkbar förklaring till detta är en påverkan på ett enzym i insulincellen som deltar i insulinutsöndringen.

• author: Fan, Bo-Guang
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Permerth, Johan, Department of Surgery, Huddinge Hospital, Huddinge
• organization: Surgery (Lund)
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: orthopaedics, Surgery, TPN, Parotid glands, Lysosomal enzyme, Insulin, Hypotrophy, Hyperlipidemia, Food passage, Endocrine pancreas, Cholecystokinin, Exocrine pancreas, traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, Gastro-enterology, Gastroenterologi
• pages: 122 pages
• defense location: Lecture Room 3, Central Building, Lund University Hospital, Lund
• defense date: 1997-11-05 09:00:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MESL--1100--SE
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 2d31c216-7ccb-43f0-bff2-a376d236ca1e (old id 29585)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:52:24
• date last changed: 2018-11-21 20:55:29