Intestinal Bypass and Total Parenteral Nutrition: Changes in Gut Function and Morphology

Abstract

Abolition of enteral nutrition is sometimes required in severe illness. The primary aim of the present work has been to elucidate possible changes in intestinal morphology and motor function in absence of enteral nutrition. Total absence of enteral nutrition in an isolated intestinal segment was created by bypassing the distal ileum in a rat model. Intestinal bypass causes marked circumferential atrophy, a decrease in VIP, PACAP and NPY-containing nerve cells while NOS-containing nerve cells increase in number. Furthermore, loss of enteric neurons occurs. In vitro, longitudinal smooth muscle motor response changes from cholinergic contraction and nitrergic relaxation to a non-cholinergic and non-nitrergic motor response. One-week bypassed intestine becomes temporarily supersensitive to the relaxationinducing transmitters VIP, PACAP-27 and NO. The relaxatory response returns to normal after four weeks bypass. The selectivity of the receptors, by which PACAP and VIP mediate relaxation, change after bypass. In another model for intestinal adaptation, rats were set on total parenteral nutrition (TPN). TPN results in circumferential atrophy in the jejunum, ileum and colon. Morphological atrophic changes are more pronounced in the jejunum. With the exception of a decrease in the number of submucous neurons expressing NPY-mRNA, the rest of the neuronal subpopulations studied remain unaffected. Longitudinal smooth muscle response remains unaltered to electrical field stimulation and addition of VIP, PACAP or NO-donor. Jejunal goblet cells decrease in number and ileal Paneth cells increase in size. Eosinophils increase in number in the stomach, most evident in the mucosa and submucosa. In the colon, eosinophils take a more basal position within the mucosa, interpreted as eosinophils taking a ?passive position? in response to the lack of enteral stimuli.



In conclusion: Absence of enteral stimuli causes a wide range of intestinal atrophic and functional changes.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING



Ett gott mål mat (enteral nutrition) och en välfungerande mag-tarmkanal från mun till brunn är för de flesta en självklarhet men för vissa mer en önskvärdhet. Vid sjukdom i tarm eller bukhåla kan det hända att ett tarmavsnitt nödga's koppla's ur den normala kontinuiteten genom anläggande av en så kallad stomi. Vid överviktskirurgi (exempelvi's gastric bypas's) är själva tarmurkopplingen en del i tekniken. Ett funktionellt liknande tillstånd med avsaknad av födoflöde i tarmen är vid kritisk sjukdom då näringstillförsel ibland sker med dropp, 's.k. parenteral nutrition. Om all näringstillförsel sker med dropp kalla's detta total parenteral nutrition (TPN). Avsaknad av födointag har av olika forskare, i olika modeller, på djur och på människa och med varierande resultat föreslagit's vara ogynnsamt. Vissa är dock av nöden tvungna till TPN, och grunderna till varför avsaknad av föda skulle vara ogynnsamt är inte klarlagda. Denna avhandling ämnar addera en pusselbit till mekanismerna bakom förändringar i tarmstruktur och tarmfunktion vid avsaknad av normalt födointag. För att skapa en ?extrem-modell? för avsaknad av föda, utformade's i arbete I en modell på råtta där ett tunntarmsavsnitt (ileum) kopplade's ur den normala kontinuiteten under 1, 4, och 10 veckor ('s.k. intestinal bypas's). För att nå jämförbara kontroller opererade's andra råttor med delning av tarmen vilken dock omedelbart sydde's ihop så att tarmkontinuiteten förblev intakt ('s.k. sham-opererade). Intestinal bypas's befann's orsaka en kraftig minskning av tarmen's omkret's. Vidare skedde en successivt tilltagande minskning ('s.k. atrofi) av den näringsupptagande ytan. Tarmen's nervceller ökade i antal per ytenhet efter 1 vecka men antalet återgick till det normala efter 10 veckor. Detta är en intressant iakttagelse om man håller i minne att tarmen's omkret's minskar. Sålede's orsakar intestinal bypas's en relativ minskning av antalet nervceller, sannolikt på grund av programmerad celldöd (apopto's). Vad gäller enskilda nervceller minskade andelen innehållande signalsubstanserna VIP, PACAP och NPY, medan de som har förmåga att producera kväve monoxid (NO) ökade. I speciella vätskebad och med stimulering av tarmen's nerver med svag ström, studerade's hur intestinal bypas's påverkar tarmen's muskel funkion. Muskelsvaret var av oförändrad styrka men upphovet till muskelsammandragningen (kontraktionen) befann's förändrad; från det normala som orsaka's av acetylkolin-frisättning. Även muskelavslappningen (relaxationen) förändrade's så att den inte längre var orsakad av signalsubstansen NO. Fynden av ändrad motorfunktion i tarmen utgjorde grunden till arbete II där den urkopplade (1 och 4 veckor) tarmen's muskelsvar vid tillsat's av signalsubstanserna VIP, PACAP och NO studerade's. Efter 1 vecka's urkoppling befann's dessa substanser orsaka ett mycket kraftigare relaxationssvar (supersensitivitet) jämfört normalt, medan 4 veckor's urkopplad tarm uppvisade normala relaxationssvar. Frågan uppkom då hur detta hänger ihop på receptornivå: Det visade sig att VIP och PACAP kan, till skillnad från normal tarm, i den urkopplade tarmen orsaka relaxation genom en gemensam receptor. Sålede's erhöll's ännu ett bevi's på att urkoppling orsakar ändrad intestinal motor funktion. Med resultaten från arbete I & II uppstod en undran om vad som händer med tarmen (ileum) vid TPN. I arbete III undersökte's detta genom att råttor erhöll all vätska och näringstillförsel genom TPN under 7-10 dagar. Tarmen befann's minska i omkret's och nervcellerna ökade per längdenhet även i denna situation. Vad det gäller signalsubstanser noterade's en begynnande minskning av NPY (mRNA minskade, immunpositiva celler var oförändrade till antal). Vid studier av tarmmuskelfunktionen var denna som ho's normala råttor. I arbete III hade vi bara tittat på en liten del av mag-tarmkanalen. Därför startade vi en ny omgång med råttor som fick TPN i 8 dagar, och denna gång undersökte's hela mag-tarmkanalen. Tarmomkretsen var minskad i hela tarmkanalen (jejunum, ileum, colon). Absorptionsytan minskade framför allt i en del av tunntarmen (jejunum). Paneth cellerna, en typ av försvarsceller, ökade i storlek; kanske på grund av de minskade sin utsöndring av antibakteriella ämnen. En annan typ av försvarsceller (eosinofilerna) ökade i antal i magsäck och vidare fann vi eosinofilerna i tjocktarm i ett annat läge än normalt, kanske på grund av att de ej korrekt aktivera's om det sakna's stimulerande ämnen i tjocktarmen.



Sammanfattningsvi's: I en modell på råtta orsakar avsaknad av födoflöde i tarmen en minskning av tarmen (atrofi). Extrem avsaknad (intestinal bypas's) orsakar störningar i tarmen's motorfunktion vilket inte notera's vid TPN. TPN orsakar en mindre grad av atrofi men fördelningen av studerade försvarsceller ändra's. Fynden adderar kunskaper om varför det kan vara svårt för tarmen att komma igång efter fasta, exempelvi's efter en operation, och varför TPN kan ha negativa effekter.

• author: Ekelund, Mikael
• supervisor: Eva Ekblad; Mats Ekelund
• opponent: Associate Professor Hammarqvist, Folke, Institutionen för klinisk vetenskap, intervention och teknik
• organization: Surgery (Lund)
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, orthopaedics, Surgery, Gastroenterologi, Gastro-enterology, Fysiologi, Physiology, total parenteral nutrition, supersensitivity, plasticity, intestinal bypass, interstitial cells of Cajal, goblet cells, eosinophils, adaptation, enteric nervous system
• pages: 122 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg neurocentrum, Sölveg. 17, Lund
• defense date: 2006-06-09 09:00:00
• ISBN: 91-85559-09-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: M Ekelund and E Ekblad. 1999. Structural, neuronal, and functional adaptive changes in atrophic rat ileum. Gut, vol 45 pp 236-245.; M Ekelund, M Ekelund, SS Qader, M Hallén and E Ekblad. 2005. Effects of total parenteral nutrition on rat enteric nervous system, intestinal morphology, and motility. J Surg Res, vol 124 pp 187-193.; M Ekelund and E Ekblad. 2001. Intestinal adaptation in rat ileum is accompanied by supersensitivity to vasoactive intestinal peptide, pituitary adenylate cyclase-activating peptide and nitric oxide. Scand J Gastroenterol, vol 36 pp 251-257.; M Ekelund, E Kristensson, M Ekelund and E Ekblad. . Total parenteral nutrition causes circumferential intestinal atrophy, remodeling of the intestinal wall and redistribution of eosinophils in the rat gastrointestinal tract. (submitted)
• id: 54855d9c-3789-4565-85c1-517dbbf8d1e8 (old id 546924)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:29:37
• date last changed: 2018-11-21 20:34:44