Enteral beta glukanın ratlarda oluşturulan deneysel kısa barsak modelinde intestinal adaptasyon üzerindeki etkisi

Transkript

1 Araştırma: Enteral beta glukanın ratlarda oluşturulan deneysel kısa barsak modelinde intestinal adaptasyon üzerindeki etkisi Mehmet Şener 1, Emre Canda 2, Duygu Gürel 3 1 Uşak Devlet Hastanesi Genel Cerrahi Kliniği, Uşak Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi 2 Genel Cerrahi ve 3 Patoloji Anabilim Dalları, İzmir Amaç: Bu çalışmanın amacı ratlarda masif ince barsak rezeksiyonu ve Anostomoz yapılarak oluşturulan deneysel kısa barsak sendromu modelinde enteral beta glukanın intestinal adaptasyona olan etkilerini araştırmaktır. Yöntem: Çalışmada 30 adet dişi Wistar rat kullanıldı. Ratlar 3 eşit gruba ayrıldı (sham, kontrol ve tedavi). Kontrol ve tedavi grubunda % 80 ince barsak rezeksiyonu yapılmıştır. Tedavi grubunda beta glukan 25 mg/gün orogastrik gavaj yöntemiyle enteral uygulandı. İki hafta sonunda ratlar sakrifiye edildi. Makroskobik ve mikoroskobik değişimleri değerlendirildi. Bulgular: Çalışma sonucunda tedavi grubunda barsak uzunluklarının anlamlı düzeyde arttığı ve villüs yüksekliği, mukozal kalınlık, kript derinliği gibi mikroskobik bulgularda da artma olduğu gözlenmiştir. Sonuç: Enteral beta glukanın masif ince barsak rezeksiyonu sonrasında kalan barsakları belirgin olarak uzattığı, mikroskobik adaptasyon parametrelerini arttırdığı görüldü. Bu etkinlikte lenfoproliferatif özelliğinin rol oynayabileceği sonucuna varıldı. Anahtar kelimeler: Beta glukan, intestinal adaptasyon, kısa barsak sendromu Effects of enteral beta glucan in a rat model of short bowel on intestinal adaptation Objective: The aim of this study was to search the effects of enteral beta glucan to intestinal adaptation at rats which have been performed massive intestinal resection and anastomosis. Methods: Thirty female Wistar rats were included in this study. Rats were divided in to 3 groups (sham, control, and treatment). In control and treatment group 80% small bowell resection was performed. In treatment group, 25 mg/day beta glucan was given by orogastric feeding route. Rats were sacrificed on 14 th day. Macroscopic and microscopic changes were recorded. Results: In the treatment group intestinal length, mucosal thickness, villus height and crypt depth were increased statistically significantly. Conclusion: In this study we observed the effects of beta glucan on intestinal length and microscopically changes after massive intestinal resection, as well as the effects of beta glucan on intestinal lymphoproliferation. Key words: Beta glucan, intestinal adaptation, short bowel syndrome : Kısa barsak sendromu herhangi bir nedenle önemli miktarda ince barsağın çıkartılması sonrasında vücutta görülen; malnütrisyon, dehidratasyon ve Gönderim Tarihi: Kabul Tarihi: Yazışma adresi: Dr.Mehmet Şener, Uşak Devlet Hastanesi Genel Cerrahi Kliniği, Uşak E-posta: yagzsener@yahoo.com.tr elektrolit bozuklukları, vitamin eksiklikleri (B12, ADEK), ishal, steatore ile ortaya çıkan klinik bir tablodur. Masif ince barsak rezeksiyonunun en sık nedeni ince barsak beslenmesinin bozulmasına bağlı iskemi veya nekrozdur. Duodenum, terminal ileum ve ileoçekal bileşkenin korunduğu halde % 50 ye kadar olan rezeksiyonlar sorunsuz bir şekilde tolere edilebilmektedir (1). Rezeksiyon sonrası rezidüel intestinal dokunun adaptasyonu karmaşık ve henüz tam anlaşılamamış bir konudur. İntestinal adaptasyon 95

2 bilgilerinin çoğu deneysel çalışmalar sonucu elde edilmiştir ve sadece sınırlı sayıda insan çalışmaları vardır. Ratlarda % 70 in üzerinde intestinal rezeksiyon sonrasında iyi tarif edilmiş morfolojik ve fonksiyonel değişiklikler elde edilmiştir. Kalan intestinal dokularda makroskopik olarak dilatasyon, kalınlaşma ve uzama gözlenir (2). Villus yüksekliğinde ve çapında artış ve kriptlerde uzama gelişir. Deneysel intestinal adaptasyon modellerinde oluşan değişiklikler Tablo da özetlenmiştir. İntestinal adaptasyon çeşitli beslenme faktörleri (amino asitler, karbonhidratlar, yağlar), parenteral beslenme, çeşitli besleyici olmayan faktörler (büyüme hormonu, insulin benzeri büyüme hormonu, epidermal büyüme hormonu) tarafından düzenlenebilmektedir (3). Kısa barsak sendromunda fonksiyonel ince barsak kapasitesinde azalma nedeniyle sıvı, elektrolit, kalori alımında yetersizlik görülür ve tedavi bu açığı kapatmaya yönelik olmalıdır. En kısa sürede enteral beslenmeye geçerek kalan barsağın adaptasyon sürecini hızlandırıp hastaların destek tedavisiz yaşamaları amaçlanmalıdır (4-5). Beta glukan, latince ismi Saccharomyces cerevisiae olan ekmek mayasının hücre duvarından ekstrakte edilen polisakkarit liflerinden oluşur. Bağışıklık sistemini güçlendirici özelliği olan bir maddedir. Bu özelliğine ek olarak yara iyileşmesini hızlandırdığını, barsak anostomozlarının iyileşmesinde olumlu etkilerinin olduğunu, peritonitte sağ kalımı arttırdığını gösteren çalışmalar vardır (6-9). Oral uygulanan beta glukan gastrointestinal sistemden emilerek ince barsaklardaki Peyer plaklarına alınarak buradan Colony Stimulating Factor (CSF) ve diğer sitokinlerin salınımını arttırarak immün sistemi aktive eder. Kısa barsak sendromlu olgularda intestinal yapılarda proliferasyona neden olur (6). Beta glukanın bu özellikleri sayesinde kısa barsak sendromunda intestinal adaptasyonu arttıracağı düşünülmüştür. Bu çalışmanın amacı ratlarda masif ince barsak rezeksiyonu ve anostomoz yapılarak oluşturulan deneysel kısa barsak sendromu modelinde enteral beta glukanın intestinal adaptasyona olan etkilerini araştırmaktır. Tablo. Deneysel intestinal adaptasyon modellerinde izlenen değişiklikler Makroskobik Mikroskobik Dilatasyon Kalınlaşma Uzama Yöntem Villüs: Yükseklik ve çapta artma Kript: Uzama Epitelyal hücre siklusu: Proliferasyonda artma, apoptozda azalma Protein içeriği: RNA içeriğinde artma, DNA içeriğinde artma Çalışma için Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Deneysel Araştırmalar Etik Kurulu Onayı alındı gram ağırlığındaki 30 dişi Wistar rat standart laboratuvar koşullarında barındırıldı ve kısıtsız rat yemi ve su ile beslenildi. Ratlarda kısa barsak sendromu oluşturmak için % 80 ince barsak rezeksiyonu planlandı. 1. gruptaki ratlara (sham grubu) ileoçekal valvin 15 proksimalinde barsak kesilip anostomoz yapıldı; 2. ve 3. gruptaki ratlara (sırasıyla kontrol ve olgu grupları) 5 cm proksimal jejunum, 10 cm distal ileum bırakılarak % 80 ince barsak rezeksiyonu ve inverte edici sütürlerle uç uca anostomoz yapıldı (Şekil 1). Hayvanlara ameliyat sonrası 1. günde 10 ml ringer laktat ve % 5 dekstroz solüzyonunu subkutan, 2-5. günler arası sıvı gıda, 5. günden sonra normal gıda verildi. Çalışma grubu aşağıda anlatıldığı şekilde planlandı; 1. Grup (Sham Grubu) (n=10): Bu gruptaki ratlara normal gıda ve su verildi, ileoçekal valvin proksimalinde 15. cm de ince barsak kesildikten sonra anostomoz yapıldı. 2. Grup (Kontrol Grubu) (n=10): Bu gruptaki ratlara normal su ve gıda verildi, % 80 ince barsak rezeksiyonu ve anastamoz yapıldı. Anostomoz sonrası 2. günden 14. güne kadar 2 ml su, her gün orogastrik gavaj ile verildi. 3. Grup (Olgu grubu) (n=10): Bu gruptaki ratlara % 80 ince barsak rezeksiyonu ve anostomoz yapıldı. anostomoz sonrası 2. günden 14. güne kadar beta glukandan zengin diyet (25 mg beta glukan, 2 ml su içerisinde) orogastrik gavaj ile her gün verildi. 96

3 Mikroskopik (patolojik) değerlendirme: Kontrol grubu ve tedavi grubundaki örnekler nativ olarak ve sakrifikasyonda (ileum ve jejenum) anostomozun 3 cm distalinden alındı. Hemotoksilen eozin ile boyanan preperatlar 10 kat büyütmeyle mikroskopta incelenerek; en uzun 10 villüs yüksekliği, villüslerdeki goblet sayısı, mukozal kalınlık, kript derinliği ölçülerek karşılaştırıldı. İstatistiksel yöntemler: Gruplar arası ortalama farkları One-way Anova testi ile belirlendikten sonra iki grup arasındaki fark Student s t testi kullanılarak karşılaştırıldı. Nonparametrik testlerden Pearson ki kare testi kullanıldı. Farklılık için P<0.05 eşik değeri kabul edildi. Şekil 1. İnce barsak rezeksiyonu sonrası anostomoz Bulgular Barsak çapları: Çalışma sonucunda 2 cm anostomoz proksimalinden ölçülen barsak çapları beta glukan grubunda 1,14 (±0,18) cm, kontrol grubunda 1,12 (±0,29) cm, sham grubunda 0,84 (±0,18) olarak bulundu. Beta glukan ile kontrol grubu arasında barsak çapları arasında istatiksel olarak anlamlı bir fark bulunmadı (P=0,850). Beta glukan ve kontrol grubu ile sham grubu karşılaştırıldığında sham grubuna göre barsak çapları daha geniş olarak bulundu ve istatiksel olarak anlamlı fark izlendi (sırasıyla P=0,003, P=0,028) (Şekil 2). Sakrifasyonda barsak uzunluğu: Çalışma başlangıcında treitz ligamanından itibaren 5 cm jejunum ve ileoçekal bölge proksimalinden 10 cm olmak üzere toplam 15 cm bırakılan ince barsak sakrifikasyonda tekrar ölçülerek gruplar arasındaki barsak uzunluk farkları karşılaştırıldı. Beta glukan grubunda sakrifikasyondaki barsak uzunluğu ortalama 24,4 (±3,5) cm, kontrol grubunda 18,1 (±1,7) cm olarak saptanmıştır ki her iki grup arasında istatiksel olarak anlamlı fark bulunmuştur (P<0,001) (Şekil 2). Ağırlık değişimi: Çalışma başlangıcı ve bitimi arasında ortalama ağırlık değişimi (kaybı) beta glukan grubunda (224,7 175,2 gram) 49,5 gram, kontrol grubunda (234,2 190 gram) 44,2 gram, sham grubunda ise ( ,2 gram) 22,8 gramdır. Çalışma başlangıcı ve sakrifikasyon öncesi gruplar arasındaki ağırlık farkları karşılaştırıldığında çalışma başlangıcı her 3 grup arasında da ratlar arasında ağırlık farkı izlenmedi (sırasıyla P=0,516, P=0,640, P=0,943). Sakrifikasyonda sham grubu ratlarda diğer gruplarla karşılaştırıldığında istatiksel olarak anlamlı ağırlık değişimi izlenmedi. Beta glukan ve kontrol grubunda ise çalışma başlangıcı ve sakrifikasyon döneminde belirgin ağırlık değişimi izlendi. Mezenterik lenfadenopati: Sadece beta glukan grubunda 4 ratta (% 44) mezenterik lenfadenopati izlenmiştir. Beta glukan grubunda diğer gruplar ile karşılaştırıldığında istatiksel olarak anlamlı mezenterik lenfadenopti gelişimi izlenmiştir (P=0,009) (Şekil 3). Şekil 2. Sakrifikasyon sonrası tedavi grubunda barsak çapında ve uzunluğunda artma Mikroskopik değişikler: Örnekler nativ durumda ve sakrifikasyon esnasında (ileum ve jejunum) Anostomozun 3 cm distalinden alınmıştır. Hemotoksilen ve eozin ile boyama sonrası 97

4 Şekil 3. Tedavi grubunda mezenterik lenfadenopati mikroskoba bağlı 640x480 pixel çözünürlüğünde kamera ile en uzun 10 villus, villüslerdeki goblet hücre sayısı, mukozal kalınlık ve kript derinliği ölçülmüştür. Sakrifikasyon esnasında adaptasyon parametreleri: Goblet hücre sayısı (P=0,690): Beta glucan: 31,1 ± 4,8 37,2 ± 2,7 n/villus, kontrol: 29,5 ± 3,3 40,2 ± 3,2 n/villus Kript derinliği (P=0,032): Beta glukan: 0,75 ± 0,04 µm; kontrol: 0,61 ± 0,05 µm Mukozal kalınlık (P<0,001): Beta glukan: 2,0 ± 0,17 µm; kontrol: 1,6 ± 0,09 µm Villus yüksekliği (P<0,001):Beta glukan: 1,5 ± 0,15 µm; kontrol: 1,0 ± 0,06 µm Kript derinliği, mukozal kalınlık, villus yüksekliklerinde tedavi grubunda istatiksel olarak artış izlenmiş (sırasıyla P=0,032, P<0,001, P<0,001) (Şekil 4), fakat villuslardaki goblet hücresi sayısında anlamlı değişiklik gözlenmemiştir (Şekil 5) Beta glukan Kontrol Şekil 4. Kript derinliği, mukozal kalınlık ve villüs yükseklikleri Şekil 5. İntestinal adaptasyonda mikroskobik değişiklikler Tartışma ve sonuç Yapılan çalışmalarda kısa barsak sendromu tedavisinin bileşenleri iki ana konuda ele alınmaktadır: Birincisi, kısa barsak sendromu oluşumu ardından başlayan intestinal adaptasyon sürecinin barsaklardaki morfolojik etkilerini güçlendirmek amacı ile intestinotrofik ajan kullanımıdır. Bu şekilde barsak mukoza hücrelerinin hızla çoğalması amaçlanmaktadır (10). İkinci olarak ise barsak dokusunun azalması ile birlikte kalan ince ve eğer varsa kalın barsak lümenindeki fizyolojik değişiklikler ve vücutta yeniden şekillenen biyokimyasal/metabolik dengelerin bozulması ile oluşturulan özel beslenme formüllerinin geliştirilmesidir. Alınan besinlerin miktar, yoğunluk ve içeriği özel olarak saptanmakta, bu şekilde vücutta ve barsaklarda oluşan yeni duruma uygun beslenme sağlanmaktadır (11). Deneysel intestinal adaptasyonun morfolojik makroskobik değişiklikleri; uzunlukta artma ve dilatasyon, ayrıca morfolojik mikroskopik değişikler; villüs yüksekliğinde, mukozal kalınlıkta, kript derinliğinde artma ölçü olarak alındığında, beta glukan grubunda kontrol grubuna oranla anlamlı artış saptanmıştır. Barsak geçiş zamanında, emilim alanında ve zamanında artış ile birlikte fonksiyonel ince barsak uzunluğunda artma sonucu intestinal adaptasyona bu açıdan beta glukanın katkıda bulunduğu söylenebilir. 98

5 Barsak çaplarında artma, yani dilatasyon karşılaştırıldığında beta glukan ve kontrol grupları arasında fark bulunmamasına karşın, beta glukan ve kontrol grubu sham grubu ile karşılaştırıldığında intestinal adaptif cevaba bağlı olduğu düşünülen çapta artma saptanmıştır. Çalışma grupları arasında beta glukan grubunda anlamlı barsak uzamasına karşın, bu durumun ratların deney sonunda vücut ağırlıklarına yansımadığı gözlendi. Bu durum çeşitli şekillerde açıklanabilir. Birincisi beta glukan uygulama süresi nispeten kısadır. Daha uzun süreli uygulamada beklenen ağırlık artışı sağlanabilir. Çünkü uzamış barsak segmenti doğal olarak genişlemiş emilim yüzeyi anlamına gelir. Mevcut literatürlerde potansiyel tedavi süreleri konusunda üzerinde uzlaşılmış bir süre yoktur. Söz gelimi bazı çalışmalarda potansiyel etken maddeler 3-4 hafta uygulanabilmektedir (2). Beta glukanın lenfoproliferatif özelliği çalışmamızda belirgin olarak gözlenmiştir. İlginç bir şekilde mezenterik lenfadenopati gelişiminde artış gözlenmiştir. Lenfoproliferatif özelliğin hangi mekanizmalarla intestinal uzunluğu artırdığını açıklamak güçtür. Bu önemli bir özelliktir. Çünkü mevcut çalışmalarda intestinal trofik hormonlar esas tedavide hedef ve aracı konumundadır. Bir başka deyişle lenfoproliferatif özelliğin beta glukan dışı başka ajanlarla artırılması, adaptif yanıtta bu özelliğin önemini ortaya koyabilir. İntestinal adaptasyonun belirlenmesinde en çok kullanılan ölçütler histopatolojik parametrelerdir. Bunlar arasında mukoza kalınlığı ve kript derinliği en yaygın kullanılanlardır (2). Çalışmamızda kript derinliği, mukozal kalınlık, villus yüksekliklerinde tedavi grubu lehine istatiksel olarak anlamlı artış izlenmiştir (sırasıyla P=0,032, P<0,001, P<0,001). Sonuç olarak, yan etkinliği hemen hiç bulunmayan ve maliyeti ucuz olan beta glukan, kısa barsak sendromlu hastalarda önerilebilir ve adaptif özelliği klinik olarak araştırılmalıdır. Ayrıca intestinal lenfoproliferatif etkinlik bir başka çalışma hedefi olarak ele alınabilir. Sonuç olarak beta glukanın rezeksiyon sonrası kısa barsak sendromu geliştirilmiş ratlarda iki haftalık adaptif süre boyunca geride kalan ince barsak dokusunda uzamaya ve dilatasyona neden olduğu; mikrokobik düzeyde villüs yüksekliğinde, kript derinliğinde ve mukozal kalınlıkta artmaya neden olduğu görülmüştür. Çalışmadan ayrıca beta glukanın immunstimülatör etkisi ile ilişkili olduğu düşünülen mezenterik lenfadenopati gelişimine neden olduğu görüldü. Klinik olarak yaygın kullanımı olan immun sistemi güçlendirici etkisi, enfeksiyona karşı vücut direncini arttırıcı etkisi gibi faydalı birçok etkisi de bulunan, çok da pahalı olmayan beta glukanın masif ince barsak rezeksiyonu gibi büyük cerrahi girişimlerden sonra hastalara birçok açıdan katkıda bulunabileceği söylenebilir. Kaynaklar 1. Levine GM: Short gut syndrome and intestinal adaptation. In Kurt RC (ed): Nutrition in Gastrointestinal Disease. Churcill Livingtsone, 1981, pp Welters CF, Dejong CH, Deutz NE, Heineman E. Intestinal function and metabolism in the early adaptive phase after massive small bowel resection in the rat. J Pediatr Surg 2001;36: Scolapio JS. Tales from the crypt. Gastroenterology 2003;124: Deitel M. Wong KH: Short bowel syndrome. In Deitel M (ed): Nutrition in Clinical, Baltimore, Williams and Wilkins. 1980, pp Dudrick SJ, O Donnel JJ, Englert DM: Ambulatory home parenteral nutrition for short bowel syndrome and other diseases. In Deitel M (ed): Nutrition in Clinical Surgery. Baltimore, William & Wilkins. 1985, pp Tsukada C, Yokoyama H, Miyaji C, Ishimoto Y, Kawanamura H, Abo T.. Immunopotention of intraepithelial lymphocytes in the intestine by oral administrations of beta glucan. Cell Immun 2003;221: Bedirli A, Gokahmetoğlu S, Sakrak O, Ersoz N, Ayangil D, Esin H. Prevention of intraperitoneal adhesion formation using beta glucan after ileocolic anastomosis in rat bacterial peritonitis model. Am J Surg 2003;185: William D, Sherwood ER, Browder LW, MacNamee RB, Jones EL, DiLuzio NR. Pre-clinical safety evaluation of soluble glucan. Int J Immun 1988;10: Joyce K. The Role of beta glucan receptors on blood and tissue leukocytes in phagocytosis and metabolic activation. Pathol Immunopathol Res 1986;5: Dudriek SJ, Latifi R, Fosnocht DE. Manegement of the short bowel syndrome. Surg Clin North 1991;71: Wilmore DW, Holzapple PG, Dudrick SJ, Cerda JJ. The role of nutrition in the adaptation of the small intestine after massive resection. Surg. Gynecol. Obset 1971;132: