Developmental and methodological aspects of intestinal and pancreatic function in pigs and rats

Abstract

The gastrointestinal tract has two opposing functions; to effectively absorb nutrients and to act as a safety barrier against hazardous substances in the environment. After birth these functions develops gradually. The present thesis focuses on how the intestinal permeability and pancreatic secretion changes during ontogenic development of the pig, with some methodological aspects on manipulations in animal models in vivo, in situ and in vitro.



Since studies have revealed that anesthesia could change the gastrointestinal functions, the pancreatic secretion was measured in pigs under the influence of anesthetic and sedative pharmaceuticals (paper I). It was concluded that general anesthesia or sedation severely depressed or abolished pancreatic exocrine secretion in the young pig. Using adult rats, the relationships between pancreatic stimulation, enzyme secretion and enzymes remaining in the pancreas were elucidated (paper II). The results showed that stimulation of the pancreatic secretion by feeding or by infusion of the secretagogues, CCK and secretin, temporarily drained the pancreas of digestive enzymes, indicating that care must be taken when pancreatic tissue is used for investigating pancreatic function. The effect of the diversion of pancreatic juice was investigated on chronically catheterized pigs (paper III). An increase in the intestinal absorption of protease-sensitive marker molecules was observed. No obvious effect on the pancreatic secretion was found, indicating that feedback inhibition was low during preprandial conditions in pigs. A study on piglets discovered that the profound decrease in macromolecule uptake and passage, at intestinal closure during the first days of life, was reflected by a decreased in vitro permeability in the proximal region of the small intestine (paper IV). During the next two weeks the permeability decreased in the distal region followed by a further decrease and thereby improved barrier properties in the proximal region up to weaning. Weaning is a period of problems for pigs, since their gut is immature. In an attempt to induce maturation by gut exposure to crude red kidney bean lectin before weaning, many parameters in the gut and pancreas indicated precocious maturation after exposure to the crude lectin (paper V). In conclusion, the present thesis delineated the development of many of the gut functions and the possibility to enhance them, but care must be taken in interpretation due to possible intervention by the experimental conditions.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Tarmen skall så effektivt som möjligt sönderdela och ta upp näringsämnen från födan samtidigt som den också skall hindra skadliga ämnen och organismer från att ta sig in i blod och vävnad. Näringsupptaget underlättas dels av en betydande ytförstoring i den främre delen av tunntarmen och dels av födans sönderdelning som sker med hjälp av tuggning, saltsyra i magen, mag- tarmmotorik och enzymer från munhåla, mage och bukspottskörtel (pankreas). Utvecklingen och tillväxten av mag-tarmkanalen går ut på att vid varje given ålder vara optimalt anpassad till födan. Skyddsbarriären utvecklas under hela diperioden och når sin fulländning först ett tag efter avvänjningen. Molekyler i olika storlek tar sig igenom tarmslemhinnan på skilda sätt. Små molekyler kan diffundera passivt, medan större makromolekyler tas upp aktivt genom tarmcellerna, och medelstora molekyler kan passera mellan dem. Pankreas utsöndrar en cocktail av enzymer och bikarbonat i början av tunntarmen, som kallas pankreassaft, och som utöver sönderdelningen av födan också neutraliserar det sura maginnehållet. Mag-tarmkanalen med alla sina skeenden och mekanismer ger upphov till ett mycket stort forskningsfält. Denna avhandlings fem delarbeten (I-V) vill ge ett bidrag till ökad kunskap på några av dessa fält.



Många fysiologiska och farmakologiska studier utförs på djur medan de är påverkade av någon typ av anestesi (narkos). Tidigare arbeten har visat, att anestesin i sig markant påverkar mag-tarmkanalens funktioner, och delarbete I ville utröna hur två typer av anestetika och en sedativ drog påverkade pankreassekretionen hos grisar. Det visade sig att de två typerna av anestetika, halothan och metomidat, likväl som den sedativa amperoziden, avsevärt reducerade eller stängde av sekretionen.



Sekretionen från pankreas styrs delvis av hormoner som frisätts när föda når tunntarmen. I delarbete II ville vi se om stimulering av pankreas, genom tillsatts av hormoner i blodet eller genom mat, kunde tömma pankreas på enzymer och hur fort dessa återbildades i organet. Studien utfördes på vuxna råttor och det visade sig att såväl den exogena tillsatsen av hormoner som födoförtäring tillfälligt reducerade enzymnivåerna i pankreas och att det tog ca fyra timmar innan nivåerna återställts.



Närvaron av pankreassaft i tarmen gör både att makromolekyler bryts sönder och att sekretionen från pankreas genom återkopplingsmekanismer minskar. En unik modell med inopererade kroniska katetrar på grisar gör det möjligt att bl. a. studera hur bortledning av pankreassaft påverkar absorptionen av makromolekyler och sekretionen. Detta skedde i delarbete III och det visade sig att absorptionen av nedbrytningskänsliga makromolekyler ökade när pankreassaften var bortledd. Däremot påverkades inte sekretionen under basala förhållanden, d.v.s. under tidsperioder då grisarna inte åt någon mat.



Smågrisar föds med så kallad öppen tarm, vilket betyder att antikroppar och makromolekyler oselektivt passerar tarmen till blodet. Efter ca ett dygn stängs tarmen och upptaget av större molekyler minskar drastiskt. I delarbete IV ville vi studera hur permeabiliteten i olika delar av tunntarmen ändras från det att grisarna föds upp till avvänjningen. Resultaten visade att tarmstängningen mellan födseln och fyra dagars ålder ägde rum i främre delen av tarmen. Under de följande två veckorna minskade permeabiliteten i tunntarmens bakre del och detta följdes av en ytterligare permeabilitetsminskning i tarmens främre del fram till avvänjningen.



Avvänjningen hos grisar innebär ett snabbt skifte från mjölk till fast föda vilket för många individer medför problem i form av diarréer och viktminskning. Detta beror på att mag-tarmkanalen ännu inte har nått den mognad som krävs för att lyckosamt bryta ned den fasta födan. Lektiner har visat sig ha tillväxtbefrämjande egenskaper och i delarbete V matades smågrisar med lektiner från röda bönor i avsikt att inducera strukturell och funktionell mognad av mag-tarmkanalen. Detta lyckades och en mängd analyser och undersökningar visade att de lektinmatade grisarna visade tydliga tecken på en mer mogen tarm än motsvarande grisar som inte fått lektiner. Om denna förbehandling i realiteten underlättar avvänjningen återstår dock att undersöka.



Sammantaget visar denna avhandling att det med interna och externa faktorer är möjligt att påverka mag-tarmkanalens strukturer och funktioner, vilket förhoppningsvis kan komma till användning inom exempelvis läkemedelsbehandling, djurproduktion och livsmedelsindustri. De fem ingående studierna sprider nytt ljus över vissa frågeställningar, men tydliggör samtidigt att det finns mycket kvar att utforska inom detta intressanta område.

• author: Rådberg, Klas
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Lindberg, Jan-Erik
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Zoology
• keywords: macromolecule, endocytosis, FITC-dextran, secretion, mucosa, CCK, pancreas, disaccharidase, intestinal permeability, lectin, morphometry, Animal physiology, Djurfysiologi
• pages: 125 pages
• defense location: Zoofysiologiska institutionens föreläsningssal
• defense date: 2001-09-14 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUNBDS/(NBZF/1057)/1-46(2001)
• ISBN: 91-628-4893-3
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Animal Physiology (Closed 2011) (011011000)
• id: f1ce0cde-e57e-4fde-ad69-99b70457ff8a (old id 41748)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:40:31
• date last changed: 2018-11-21 21:06:25