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1
Aus der Medizinischen Klinik I
des St. Josef-Hospitals
Universitätsklinikum
der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof. Dr. W. E. Schmidt
Einfluss von intravenösem
Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide auf
die Magenentleerungsgeschwindigkeit beim
Menschen
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Jens Anstipp
aus Herne
2004
2
Dekan: Prof. Dr. med. G.Muhr
Referent: Priv.-Doz. Dr. med. B.Gallwitz
Koreferent: Priv.-Doz. Dr. med. B.Henning
Tag der mündlichen Prüfung: 24.01.2006
3
meinen Eltern
in Dankbarkeit
gewidmet
4
Inhaltsverzeichnis
VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN 7
VERZEICHNIS DER TABELLEN 8
VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN 9
1 EINLEITUNG 11
1.1 DER INKRETIN-EFFEKT 11
1.2 INKRETIN-HORMONE 12
1.2.1 Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP)
13
1.2.2 Metabolisierung von GIP 18
1.2.3 Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1) 19
1.3 DIE PHYSIOLOGIE DER MAGENENTLEERUNG 21
1.3.1 Die Motilität des Magens 21
1.3.1.1 Die interdigestive Motilität 22
1.3.1.2 Die digestive Motilität 23
1.3.2 Die Regulation der Motilität 23
1.4 FRAGESTELLUNG DER ARBEIT 25
2 PROBANDEN, MATERIAL UND METHODEN 26
2.1 GENEHMIGUNG DES STUDIENPROTOKOLLES 26
2.2 PROBANDEN 26
2.3 VORUNTERSUCHUNGEN UND AUSSCHLUSSKRITERIEN 27
2.4 VERSUCHSPROTOKOLL/BESCHREIBUNG DER EXPERIMENTE 30
2.4.1 Versuchsaufbau 30
2.4.2 Versuchsdurchführung 30
2.4.3 Infusionslösungen 33
2.4.4 Blutentnahmen 34
5
2.4.5 Atemtest 34
2.4.6 Testfrühstück 37
2.5 LABORBESTIMMUNGEN 37
2.5.1 Plasma-Glukosekonzentration 37
2.5.2 Hormonbestimmungen 38
2.5.2.1 Prinzip des Immunoassays 38
2.5.2.2 Glucose-dependent insulinotropic polypeptide
(GIP) 39
2.5.2.3 Aktives GIP [1-42 Amid] 40
2.5.2.4 Glukagon 41
2.5.2.5 Insulin 42
2.5.2.6 C-Peptid 42
2.5.3 Konzentration der Freien Fettsäuren 43
2.5.4 Triglyceridkonzentration 43
2.6 BERECHNUNGEN 44
2.6.1 Anthropometrische Berechnungen 44
2.6.2 Statistische Methoden 44
3 ERGEBNISSE 46
3.1 PROBANDENCHARAKTERISTIKA 46
3.2 MAGENENTLEERUNG 48
3.3 KONZENTRATIONEN DER GLUKOSE, DES INSULINS UND DES C-
PEPTIDES IM PLASMA 50
3.4 KONZENTRATIONEN DER TRIGLYCERIDE UND FREIEN
FETTSÄUREN IM PLASMA 52
3.5 KONZENTRATIONEN DES GESAMTEN GIP UND DES BIOLOGISCH
AKTIVEN GIP [1-42 AMID] 54
3.6 NEBENWIRKUNGEN DER VERSUCHE UNTER INFUSION VON
PLAZEBO ODER GIP 56
4 DISKUSSION 57
5 ZUSAMMENFASSUNG 62
6
6 LITERATURVERZEICHNIS 64
DANKSAGUNG AN BETEILIGTE 79
LEBENSLAUF 80
7
Verzeichnis der Abbildungen
Abb.1: Aminosäuresequenz (im internationalen ............
3-Buchstaben-Code) von humanem Glucose-dependent
insulinotropic polypeptide [Moody et al. (1984)]... 16
Abb.2: Aminosäuresequenz (im internationalen ............
3-Buchstaben-Code) von humanem Glukagon-like Peptide-1
(PG 78-107 Amid) [Orskov (1992)]................... 20
Abb.3: Zeitverlauf der Magenentleerung einer festen
Mahlzeit (250 kcal.), während der intravenösen Gabe
von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis +360
Minuten bei gesunden männlichen Probanden. ........ 49
Abb.4: Plasma-Konzentrationen von Glukose (A), Insulin
(B) und C-Peptid (C), während der intravenösen Gabe
von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis +360
Minuten bei 15 gesunden männlichen Probanden....... 51
Abb.5: Plasma-Konzentrationen von Triglyceriden (A) und
Freien Fettsäuren (B), während der intravenösen Gabe
von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis +360
Minuten bei 15 gesunden männlichen Probanden....... 53
Abb.6: Plasma-Konzentrationen von gesamtem GIP (A) und
von biologisch aktivem GIP [1-42 Amid] (B), während
der intravenösen Gabe von GIP oder Plazebo vom
Zeitpunkt –45 bis +360 Minuten bei gesunden
männlichen Probanden............................... 55
8
Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 1: Ein- und Ausschlusskriterien 28
Tabelle 2: Versuchsaufbau 32
Tabelle 3: Charakteristika der untersuchten Probanden 46
Tabelle 4: Ergebnisse der klinisch-chemischen
Untersuchung 47
9
Verzeichnis der Abkürzungen
AP Alkalische Phosphatase
BMI body mass index
cAMP cyclisches Adenosin-monophosphat
CHE Cholinesterase
Chol. Cholesterin
CO2 Kohlendioxid
CRP C-reaktives Protein
DPP IV Dipeptidyl-Peptidase IV
FFS Freie Fettsäuren
GGT Gamma-Glutamyl-Transpeptidase
GIP Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide
GLP-1 Glucagon-like Peptide-1
GLP-2 Glucagon-like Peptide-2
GOT Glutamat-Oxalacetat-Transaminase
GPT Glutamat-Pyruvat-Transaminase
HbA1c glykiertes Hämoglobin
HDL high-density lipoproteins
Hg Quecksilber
i.v. intravenös
IU international units
kcal. Kilokalorien
KIU kilo international units
LDL low-density lipoproteins
MCH mittleres Zellhämoglobin
MCHC mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration
MCV mittleres Zellvolumen
Mio. Millionen
mRNA messenger Ribonucleic acid
NaCl Natriumchlorid
NaF Natriumfluorid
RR Riva Rocci
10
SD Standardabweichung
SEM Standardfehler des Mittelwertes
U units
VLDL very low-density lipoproteins
WHR waist to hip ratio
11
1 Einleitung
1.1 Der Inkretin-Effekt
Bereits 1964 entdeckten Elrick et al., dass ein oraler
Glukosestimulus bei stoffwechselgesunden Menschen einen
höheren Anstieg des Plasmainsulins bewirkt als eine
Glukosemenge, die intravenös verabreicht zum identischen
Blutzuckeranstieg führt. Dieses Phänomen wird als
Inkretin-Effekt bezeichnet [Elrick et al. (1964);
Creutzfeldt (1979); Nauck et al. (1986 a); Nauck et al.
(1986 b)].
Hinweise auf dieses Phänomen gab es allerdings schon zu
Beginn des vergangenen Jahrhunderts, als man postulierte,
dass Extrakte der Dünndarmmukosa die Insulinsekretion
stimulieren können [Moore et al. (1906)].
Ca.60 Jahre später, nach Etablierung des
Radioimmunoassays für Insulin, wusste man, dass nach
Applikation von Glukose in den Dünndarm der
Insulinanstieg höher ausfiel als nach intravenöser Gabe.
Aus diesem Grund vermutete man zusätzliche Faktoren neben
der arteriellen Glukosekonzentration, die bei der
Regulation der Plasmainsulinspiegel eine Rolle spielen
[Elrick et al. (1964); McIntyre et al. (1965)].
Nauck et al. zeigten 1986, dass, bei normal- und
übergewichtigen Menschen der Inkretin-Effekt für etwa 60%
der integrierten Insulinanstiege, nach einer oralen
Glukosebelastung verantwortlich ist
[Nauck et al. (1986 a)].
Da neben dem Anstieg der Insulinsekretion durch den
Inkretin-Effekt auch eine verminderte metabolische
Insulinclearance eine Rolle spielen könnte [Nauck et al.
(1986 a); Nauck et al. (1986 b); Shuster et al. (1988)],
12
sollte bei der Berechnung des Inkretin-Effektes, der
Anstieg der C-Peptid-Konzentrationen im Plasma zugrunde
gelegt werden. Der Anteil des Inkretin-Effektes an der
Stimulation der Insulinsekretion schwankt und ist
abhängig von der Glukosemenge, die sich im Dünndarm
befindet. Er trägt mit 20 bis 60% zur Stimulation der
Insulinsekretion bei [Nauck et al. (1986 a); Shuster et
al. (1988)].
1.2 Inkretin-Hormone
Als Inkretine werden Hormone bezeichnet, die im
Gastrointestinaltrakt nach Nahrungsaufnahme sezerniert
werden und die Insulinsekretion stimulieren [Creutzfeldt
(1979)].
Anhand dieser Definition wird der Inkretin-Effekt
maßgeblich durch zwei bekannte Peptidhormone vermittelt,
bei denen es sich um das Gastric Inhibitory Polypeptide
[Creutzfeldt (1979); Kreymann et al. (1987)], auch
Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP)
genannt, und das Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1) handelt
[Kreymann et al. (1987)].
Befindet sich im oberen Dünndarm (Duodenum, Jejunum) ein
adäquater Stimulus (z.B. Glukose), dann sezernieren die
dort befindlichen K-Zellen GIP [Buchan et al. (1978);
Tseng et al. (1996)], während hauptsächlich im Ileum,
Kolon und Rektum die L-Zellen die insulinotrope Form von
GLP-1, GLP-1 [7-36 Amid], sezernieren [Orskov et al.
(1989); Eissele et al. (1992)]. Neuere Studien deuten
darauf hin, dass sowohl K-, als auch L-Zellen, nahezu im
gesamten Gastrointestinaltrakt vorkommen [Mortensen et
al. (2004)].
13
Die höchsten Konzentrationen durch die GIP- bzw. GLP-1-
Sekretion sind ca. 20 min. postprandial erreicht. In
diesem Zeitraum ist ein luminaler Kontakt mit
Nahrungsmitteln im distalen Intestinaltrakt eher
unwahrscheinlich, weshalb man vermutet, dass hormonale
oder neuronale Faktoren einen wichtigen Mechanismus für
die schnelle postprandiale GLP-1-Sekretion darstellen
[Schirra et al. (1996); Morgan (1998); Holst JJ (1999)].
Bezogen auf den Inkretin-Effekt erscheint GIP potenter
als GLP-1 [Nauck et al. (1989); Nauck et al. (1993 b)],
so dass der Anteil von GIP am Inkretin-Effekt des
Menschen mit 60%-75% angegeben wird [Nauck et al. (1986
a); Nauck et al. (1993 b)].
Vilsboll et al. zeigten, dass nach Gabe von GIP der Peak
der Insulinantwort durchschnittlich 62% der
entsprechenden Insulinsekretion nach GLP-1-Injektion
betrug [Vilsboll et al. (2002)].
Die physiologische Wichtigkeit von GIP in der Regulation
der Insulinsekretion übersteigt die von GLP-1 [Meier et
al. (2002)]. Postprandial gemessene Konzentrationen von
GIP lassen schließen, dass GIP das wichtigere Inkretin
ist [Jia et al. (1995)].
Um den Inkretin-Effekt zu gewährleisten, reichen GIP und
GLP-1 zusammen aus [Nauck et al. (1993 b); Morgan
(1998)].
1.2.1 Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP)
GIP wurde ursprünglich in einer cholezystokininreichen
Fraktion aus Dünndarmmukosa entdeckt [Brown et al.
(1970); Brown (1982)] und ist für zumindest drei Effekte
verantwortlich:
14
1) Es unterdrückt die Säuresekretion im Magen
(Enterogastron-Effekt),
2) setzt Insulin frei (Inkretin-Effekt) [Jörnvall et al.
(1981); Cleator und Gourlay (1975)] und
3) stimuliert die intestinale Sekretion (Enterokrinin-
Effekt) [Cleator und Gourlay (1975)].
Der Enterogastron-Effekt ist nur in Tiermodellen
nachgewiesen worden [Brown et al. (1970); Pederson et al.
(1972)].
Schon 1970 beschrieben Brown et al. den inhibitorischen
Effekt für die Magensäuresekretion und die Magenaktivität
in denervierten Magen-Pouches [Brown et al. (1970)], was
durch Pederson und Brown 1972, anhand ihrer
Untersuchungsergebnisse an Hunden, bestätigt wurde und
zur Namensgebung führte [Pederson und Brown (1972)].
Beim Menschen spielen diese Wirkungen des zirkulierenden
GIP aber nur eine untergeordnete Rolle [Maxwell et al.
(1980); Nauck et al. (1992)].
Die wichtigste Wirkung von GIP im menschlichen Organismus
besteht in der Stimulation der Insulinsekretion [Pederson
und Brown (1978)], die aber nur im hyperglykämischen
Bereich ein signifikantes Niveau erreicht [Dupré et al.
(1973); Ross et al. (1974); Nauck et al. (1986 a); Meier
et al. (2001), (2003)].
Die GIP-Konzentration steigt nicht nur nach einer
Mahlzeit oder isolierter Gabe von oraler Glukose bzw.
einigen Mono- und Disacchariden, sondern auch nach
Verabreichung von Aminosäuren und Triglyceriden deutlich
an, während sie bei Menschen im Nüchternzustand niedrig
ist [Cleator und Gourlay (1975); Krarup et al. (1988)].
GIP war das erste und lange Zeit das einzige Hormon des
Gastrointestinaltraktes, das die Kriterien für ein
insulinotropes Hormon, das durch die Ingestion von
Glukose freigesetzt wird, erfüllt. Anfangs wurde auch
15
Cholezystokinin für ein Inkretin gehalten, dies ist es
aber nur bei Tieren. Daher versuchte man den Anteil von
GIP zum Inkretin-Effekt zu bestimmen, indem man die
Insulinsekretion nach oraler Glukosegabe mit der nach
gleichzeitiger intravenöser Gabe von Glukose und GIP
verglich. Die Folge der intravenösen Verabreichung von
porcinem GIP und Glukose war zwar ein Anstieg der
Plasmaglukosekonzentration, aber der hieraus folgende
Insulinanstieg war nicht annähernd mit dem nach oraler
Glukosegabe zu vergleichen [Sarson et al. (1984)]. Um die
Plasmainsulinwerte nach Ingestion von Glukose zu
erreichen, mussten die Infusionsraten von GIP und Glukose
enorm gesteigert werden.
Daraus leiteten Sarson et al. ab, dass es sich bei dem
insulinotropen Effekt des GIP um einen pharmakologischen
Effekt handeln müsse, und stellten die Beteiligung von
GIP am Inkretin-Effekt in Frage [Sarson et al. (1984)].
Als jedoch entdeckt wurde, dass sich porcines GIP von
humanem GIP der jeweiligen Sequenz in zwei Aminosäuren
unterscheidet (in Position 18 Arg statt His und in
Position 34 Ser statt Asn) [Jörnvall et al. (1981); Moody
et al. (1984)], und zu unterschiedlichen Affinitäten an
Bindungsstellen am Antikörper im vielfach verwendeten
Radioimmunoassay führt [Amland et al. (1984)], wurde
offensichtlich, dass eine falsch niedrige Konzentration
von GIP in menschlichen Proben gemessen worden war, wenn
als Radioimmunoassay-Standard porcines GIP verwendet
wurde.
16
Tyr-Ala-Glu-Gly-Thr-Phe-Ile-Ser-Asp-Tyr-Ser-Ile-Ala-
5 10
Met-Asp-Lys-Ile-His-Gln-Gln-Asp-Phe-Val-Asn-Trp-Leu-
15 20 25
Leu-Ala-Glu-Lys-Gly-Lys-Lys-Asn-Asp-Trp-Lys-His-Asn-
30 35
Ile-Thr-Gln
40
Abb.1: Aminosäuresequenz (im internationalen
3-Buchstaben-Code) von humanem Glucose-dependent
insulinotropic polypeptide [Moody et al. (1984)]
Dies traf auch für die Studien von Sarson et al. [Sarson
et al. (1980); Sarson et al. (1982)] zu. Daher wurden
durch die exogenen Gaben nicht die GIP-Konzentrationen
erreicht, die den natürlichen Konzentrationen nach oraler
Gabe von Glukose entsprechen, so dass eine vermeintlich
geringere Wirkung von exogenem GIP vorgetäuscht wurde.
Um die Wirksamkeit von GIP bei physiologischen
Konzentrationen beim Menschen zu bestimmen, untersuchte
man die insulinotropen Effekte von humanem GIP. Um GIP-
Konzentrationen im Plasma nach Ingestion von Glukose bei
stoffwechselgesunden Probanden durch exogene GIP-Gabe zu
erreichen, musste eine intravenöse Infusion mit
synthetischem GIP der humanen Aminosäuresequenz, mit
einer Dosierung von 1 pmol * kg-1 * min-1 verabreicht
werden [Nauck et al. (1993 b)].
Nauck et al. konnten weder nach einem hyperglykämischen
Clamp-Versuch mit einer konstanten Glukosekonzentration
17
um 8 mmol/l und GIP-Gabe, noch nach einer
“isoglykämischen” intravenösen Infusion mit zusätzlicher
GIP-Infusion, die die physiologischen Plasma-
Glukosekonzentrationsanstiege nach Ingestion von Glukose
imitierte, einen signifikanten Unterschied zur B-Zell-
Sekretion nach oraler Glukosegabe feststellen [Nauck et
al. (1993 a), (1993 b)].
GIP stimuliert dosisabhängig unter euglykämischen
Bedingungen die Sekretion von Glukagon aus dem Pankreas
[Meier et al. (2003 a)]. Allerdings existieren im
Tiermodell Hinweise auf eine Hemmung der
Glukagonsekretion bei Ratten durch GIP [Pederson und
Brown (1978)], die aber bis heute am Menschen nicht
bestätigt werden konnten [Nauck et al. (1993 a)].
Zusammenfassend steht fest, dass beim Menschen GIP ein
glukoseabhängiges insulinotropes Hormon ist, welches zu
einem Anstieg der integrierten Insulin- und C-Peptid-
Antwort führt. Voraussetzung ist eine
Plasmaglukosekonzentration von 8 mmol/l, die mit einer
postprandialen Glukosekonzentration vergleichbar ist
[Nauck et al. (1989)].
18
1.2.2 Metabolisierung von GIP
Die Aktivität der Dipeptidyl-Peptidase IV (DPP IV) wurde
in den Endothelzellen des venösen Abschnittes des
Kapillarbettes und in kleinen Venolen vieler Organe der
Ratte, des Hasen, des Hahnes und des Menschen entdeckt
[Lojda (1979)]. Diese Exopeptidase zeichnet sich durch
die Proteolyse verschiedener Peptide aus [Mentlein et al.
(1993); Kieffer et al. (1995); Pauly et al. (1996)]. Die
DPP IV hydrolysiert Peptide mit der NH2-terminalen
Aminosäuresequenz Xaa-Pro oder Xaa-Ala, somit von GLP-1,
GIP, Pankreatischem Polypeptid (PP), Peptid YY (PYY) und
Neuropeptid Y (NPY) [Pauly et al. (1996)]. Durch die
Spaltung von GIP [1-42 Amid] zu GIP [3-42 Amid] am NH2-
terminalen Ende hat dieses Hydrolysierungsprodukt die
insulinotrope Aktivität verloren [Brown et al. (1981);
Moody et al. (1981)].
Der N- und C-Terminus von GIP sind funktionell sehr
wichtig. Das Carboxyl-Ende des Hormons ist für die
Bindung an den Rezeptor verantwortlich [ein G-Protein
gekoppelter Rezeptor, der funktionell an das
Adenylatcyclase-System gekoppelt ist [Morgan (1998)]],
während durch das NH2-terminale Ende die insulinotrope
Wirkung vermittelt wird [Gallwitz et al. (1990)].
Kieffer et al. infundierten 125J-GIP [1-42 Amid] Ratten
und konnten nachweisen, dass 50% der verabreichten Menge,
in zwei Minuten in die entsprechenden Spaltprodukte durch
die DPP IV hydrolysiert wurden [Kieffer et al. (1995)].
Der weitere Abbau von GIP [3-42 Amid] erfolgt durch
Serum-Aminopeptidasen, welche am NH2-terminalen Ende
angreifen, so dass folgende Spaltprodukte entstehen: GIP
[8-42 Amid], GIP [11-42 Amid], GIP [12-42 Amid], GIP [13-
19
42 Amid], GIP [15-42 Amid], GIP [18-42 Amid], GIP [21-42
Amid] und GIP [22-42 Amid] [Pauly et al. (1996)].
Immunoreaktives GIP hat beim Menschen nach exogener
Infusion eine in-vivo Halbwertszeit von maximal 20 min.
[Elahi et al. (1979); Sarson et al (1982); Kreymann et
al. (1987); Nauck et al. (1993 b)]. Diese t½ wurde jedoch
mit Assays bestimmt, die mit dem COOH-terminalen Ende
reagieren und demzufolge die oben bereits erwähnten
Spaltprodukte messen. Basierend auf neueren Assays für
den NH2-Terminus konnte eine Halbwertszeit von etwa
sieben Minuten für aktives GIP errechnet werden [Deacon
et al. (2000); Meier et al. (2004)].
1.2.3 Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1)
GLP-1 (7-36 Amid) wurde im menschlichen Darm entdeckt
[Kreymann et al. 1987)] und ist ein potenter Stimulus der
Insulinsekretion [Gallwitz et al. (1990); Nauck et al.
(1993 a)].
20
His-Ala-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-
5 10
Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-
15 20 25
Val-Lys-Gly-Arg-NH2
30
Abb.2: Aminosäuresequenz (im internationalen
3-Buchstaben-Code) von humanem Glukagon-like
Peptide-1 (PG 78-107 Amid) [Orskov (1992)]
Im Pankreas sind Glukagon und das Major Proglukagon
Fragment in den alpha-Granula der A-Zellen, in der
Peripherie der Inseln, ko-lokalisiert, während im Darm,
vor allem im distalen Kolon und Rektum, GLP-1 in allen
Teilen der Krypten (L-Zellen), überwiegend aber in den
basalen Abschnitten, vorkommt [Eissele et al. (1992)].
GLP-1 bindet nach postprandialer Sekretion an einen G-
Protein gekoppelten Rezeptor [Gallwitz et al. (1990);
Thorens (1992); Morgan (1998); Holst (1999)], welcher
wiederum das Adenylatcyclase-System aktiviert [Göke et
al. (1989); Gallwitz et al. (1993); Morgan (1998); Holst
(1999)] und einen Anstieg von cAMP vermittelt [Gallwitz
et al. (1993); Holst (1999)]. Die Rezeptoren wurden beim
Menschen unter anderem auf den pankreatischen B-Zellen
exprimiert [Gallwitz et al. (1994); Nauck (1997)].
Der N-Terminus des Peptids wurde als die Domäne
identifiziert, die für die Rezeptorbindung wichtig ist,
während der C-Terminus wichtig für die Auslösung des
21
biologischen Effektes zu sein scheint [Gallwitz et al.
(1990), (1993), (1994), (1995)].
GLP-1 bewirkt im Gastrointestinaltrakt nicht nur eine
Hemmung der Magenentleerung [Orskov (1992); Schirra et
al. (1996); Nauck (1997); Morgan (1998); Meier et al.
(2003)], sondern auch eine Hemmung der Magensekretion
[Kreymann et al. (1987); Orskov (1992); Holst (1999)].
Die Magensäuresekretion wird offenbar nicht bei
physiologischen GLP-1-Konzentrationen gehemmt, sondern in
Kombination mit GIP bzw. bei supraphysiologischen
Konzentrationen von GLP-1 [Nauck et al. (1992)].
Durch GLP-1 wird die Insulinsekretion stimuliert [Schmidt
et al. (1985); Kreymann et al. (1987); Nauck et al.
(1992); Nauck (1997); Holst (1999); Meier et al. (2002),
(2003)]. Ein anderer wichtiger Effekt, den GLP-1 auf das
Pankreas hat, ist die Hemmung der Glukagonsekretion
[Kreymann et al. (1987); Nauck (1997); Morgan (1998);
Holst (1999); Meier et al. (2003)]. Ein weiterer
wichtiger Effekt von GLP-1 ist die Hemmung der
Magenentleerung [Meier et al. (2003)]. Dieser Effekt von
GLP-1 könnte sogar noch wichtiger sein, als der
insulinotrope Effekt diese Peptids [Meier et al. (2003)].
1.3 Die Physiologie der Magenentleerung
1.3.1 Die Motilität des Magens
Der Magen wird bezüglich der Motilität in zwei
funktionelle Abschnitte gegliedert. Der Fundus und der
proximale Korpus bilden den proximalen Teil, während der
distale Teil vom aboralen Korpus und Antrum gebildet
wird. Durch die Änderung des Wandtonus, zum Teil vagal
22
vermittelt, wird der proximale Abschnitt seiner
Reservoirfunktion gerecht, während im distalen Abschnitt
segmentale und retropulsive Kontraktionen vorherrschen,
die die feste Nahrung zerkleinern und durchmischen.
Ungefähr alle 2 Stunden kann man im Antrum einen
Motility-Migration-Complex (MMC) beobachten, der einer
propulsiven Kontraktion entspricht und die nicht
zerkleinerbaren Nahrungsbestandteile aus dem Magen, in
anorektale Richtung, transportiert.
Die phasischen Kontraktionen des aboralen
Magenabschnittes gehen von einem Schrittmacherzentrum
aus, das sich im Bereich der großen Kurvatur befindet und
3 Aktionspotentiale/min. auslöst.
In Bezug auf die Nahrungsaufnahme kann man die
Magenmotilität in eine interdigestive und in eine
digestive Motilität unterteilen [Malagelada et al.
(1986)].
1.3.1.1 Die interdigestive Motilität
Die interdigestive Motilität kann man in folgende drei
Phasen unterteilen:
Phase 1 ist durch einen Ruhezustand ohne wesentliche
Kontraktionen charakterisiert. Diese Phase ist im
Wachzustand nur von kurzer Dauer, während sie im Schlaf
den Großteil des Nüchternzyklus einnimmt.
Phase 2 zeichnet sich durch unregelmäßige Aktionsmuster
mit phasischen Kontraktionen aus und dominiert den
Wachzustand [Layer et al. (1988)].
Für die Phase 3, die etwa 5 – 7 Minuten dauert, sind die
kräftigen phasischen und tonischen Kontraktionen typisch,
23
die der Entleerung des Magens in Richtung Duodenum dienen
[Vantrappen et al. (1979); Depoortere et al (1990)].
1.3.1.2 Die digestive Motilität
Die digestive Motilität setzt unmittelbar nach der
Nahrungsaufnahme bzw. durch Anblick und Geruch von
Speisen ein und unterbricht den Ablauf der
interdigestiven Motilität [Rees et al. (1982); Stern et
al. (1989)]. Sie ist im proximalen Magenabschnitt durch
die Reservoirfunktion des Magens und im distalen
Magenantrum durch unregelmäßige phasische Kontraktionen
gekennzeichnet [Azpiroz et Malagelada (1986); Malagelada
et al. (1986)]. Die Entleerungsgeschwindigkeit des Magens
wird durch den Tonus der Magenwand, sowie den
Strömungswiderstand von Antrum, Pylorus und Duodenum
bestimmt [DePonti et al. (1987); Kumar et al. (1987);
Dooley et Valenzuela (1988); Azpiroz et Malagelada
(1990); Collins et al. (1991)].
1.3.2 Die Regulation der Motilität
Die Kontrolle der Motilität wird durch ein komplexes
neurohumorales Regulationssystem ausgeübt, welches durch
drei Ebenen charakterisiert ist: das intrinsische
enterische System (plexus myentericus und submucosus),
das autonome Nervensystem und das zentrale Nervensystem.
Das wichtigste System ist das intrinsisch enterische,
weil es auf lokaler Ebene komplexe Aufgaben durch
24
Verarbeitung luminaler und zentralnervöser Impulse
durchführt. Es ist eng mit parakrinen Übertragungswegen
und hormonalen Mechanismen verbunden, was zu einer
weiteren Feinabstimmung der Motorik führt.
Das autonome Nervensystem führt als Bindeglied zwischen
dem intrinsisch enterischen und dem zentralen
Nervensystem wichtige reflexgesteuerte Funktionen aus.
Das zentrale Nervensystem ist vermutlich für integrative
Aufgaben von entscheidender Bedeutung [Stanghellini et
al. (1983); O´Brien et al. (1989); Fone et al. (1990)].
Die Magenmotilität wird durch das cholinerge Nervensystem
stimuliert, während dopaminerge Fasern einen hemmenden
Effekt auf die Motilität ausüben.
25
1.4 Fragestellung der Arbeit
Bisher existieren keine Untersuchungen, die belegen, ob
GIP einen Effekt auf die Magenentleerungsgeschwindigkeit
beim Menschen hat.
Der zeitliche Verlauf der Plasmakonzentration von GIP
entspricht der Magenentleerung von Fetten und Proteinen,
während die Plasmainsulinkonzentration mit der
Magenentleerung von Fetten und Proteinen nicht korreliert
[Fried et al. (1989)].
GIP und GLP-1 werden unter ähnlichen physiologischen
Bedingungen freigesetzt [Nauck et al. (1993 b)], wirken
über ähnliche Rezeptortypen, die gleichen
Signaltransduktionswege [Gallwitz et al. (1993)] und
umfassen gleiche Effekte bei der Insulinsekretion [Nauck
et al. (1993 b)], so dass zu erwarten ist, dass beide
Hormone die Magenentleerung verlangsamen. Deshalb war es
das Ziel dieser Arbeit die Magenentleerung bei gesunden
Probanden unter Gabe von intravenösem GIP zu
quantifizieren.
26
2 Probanden, Material und Methoden
2.1 Genehmigung des Studienprotokolles
Das Studienprotokoll wurde durch die Ethikkommission der
Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum am
29.Januar 2002 mit der Registriernummer 1835 genehmigt.
Alle Probanden wurden vollständig aufgeklärt und
erteilten ihre Einwilligung mittels ihrer Unterschrift
vor den Versuchen.
Um die Wirkung von GIP auf die Magenentleerung näher zu
charakterisieren, sollte im Rahmen der vorliegenden
Untersuchung die Wirkung von intravenösem GIP mit der von
Plazebo bei stoffwechselgesunden jungen Probanden
verglichen werden.
Die Untersuchungen wurden als einfach blinde,
kontrollierte Studie durchgeführt, um Einflüssen durch
die Probanden vorzubeugen.
Die Messung der Magenentleerung erfolgte mittels 13C-
Oktanoat, das bereits für unterschiedliche
wissenschaftliche Untersuchungen eingesetzt wurde [Meier
et al. (2003)].
2.2 Probanden
15 Probanden nahmen an der Studie teil.
Die Charakteristika der Probanden sind in Tabelle 3 auf
der Seite 46 dargestellt. Als Probanden dienten gesunde
männliche Freiwillige.
27
2.3 Voruntersuchungen und Ausschlusskriterien
Im Rahmen einer standardisierten Voruntersuchung wurden
alle Probanden bezüglich Ein- und Ausschlusskriterien
geprüft und untersucht. Zunächst wurde eine vollständige
Anamnese hinsichtlich bestehender Vorerkrankungen und
akuter Krankheiten sowie bereits durchgeführter
Operationen erhoben. Kein Teilnehmer hatte anamnestisch
und bei der körperlichen Untersuchung Hinweise auf eine
Operation am Gastrointestinaltrakt oder eine
gastrointestinale Erkrankung. Bei vier Probanden bestand
eine Allergie (Heuschnupfen, Neurodermitis, Penicillin,
Pollen). Explizite Fragen nach Erkrankungen der
Schilddrüse, der Nieren, des Fettstoffwechsels und nach
einer Hypertonie wurden von allen Probanden verneint. Mit
Ausnahme eines Probanden waren alle Nichtraucher.
Zusätzlich wurde eine genaue Medikamentenanamnese
bezüglich Dauer- und Bedarfsmedikation erhoben und
dokumentiert. Arzneimittel mit bekanntem Effekt auf die
gastrointestinale Motilität wurden von keinem Probanden
eingenommen.
28
Tabelle 1: Ein- und Ausschlusskriterien
Einschlusskriterien Ausschlusskriterien
Alter zwischen 18
und 70 Jahren
Erkrankungen des
Gastro-Intestinal-
Traktes
BMI < 35 kg/m2 größere Operationen
am Gastro-
Intestinal-Trakt;
Ausnahmen:
Appendektomie und
Cholezystektomie
normale Nieren- und
Leberfunktion
(Bilirubin,
Transaminasen und
Cholestaseenzyme
müssen niedriger als
das 2-fache des
oberen
Normalbereichs sein,
Kreatinin<1,5 mg/dl)
Anämie
(Hämoglobin<12 g/dl)
Anschließend wurden die anthropometrischen Daten Gewicht,
Größe, Bauch- und Hüftumfang, sowie der arterielle
Blutdruck der Probanden gemessen und der BMI (body mass
index) und die WHR (waist to hip ratio) errechnet.
Klinisch-Chemisch wurden Blutbild, Parameter der Leber-,
Nieren- und Pankreasfunktion, sowie des
Fettstoffwechsels, der Anteil des glykierten Hämoglobins
und das C-reaktive Protein untersucht.
Die errechneten Mittelwerte der bestimmten Laborparameter
sind in Tabelle 4 auf der Seite 47 wiedergegeben.
29
Ausschlusskriterien waren eine Anämie (Hämoglobin < 12
g/dl), eine Erhöhung der Leberenzyme (GOT, GPT, AP, GGT)
auf eine Aktivität auf das Doppelte des entsprechenden
Normalwertes oder eine erhöhte Kreatininkonzentration
(> 1,5 mg/dl).
30
2.4 Versuchsprotokoll/Beschreibung der Experimente
2.4.1 Versuchsaufbau
Alle Probanden nahmen an einer Voruntersuchung und zwei
Versuchstagen teil:
Voruntersuchung: Hierbei wurde den Probanden, nach einer
mindestens 10-stündigen Nahrungs- und Flüssigkeitskarenz,
Blut entnommen, um die bereits oben erwähnten
Laborparameter zu bestimmen. Es folgte eine klinische
Untersuchung und eine Ermittlung der anthropometrischen
Daten. Sofern die Probanden die Einschlusskriterien
erfüllten, nahmen sie an den beiden Versuchen teil.
Versuche: Die Magenentleerung wurde über 360 min.,
während einer intravenösen Gabe von GIP (2 pmol * kg-1 *
min-1) oder Plazebo (1% humanes Serumalbumin in 0,9%
NaCl) im Zeitraum von –45 bis 360 min., bestimmt. Jeder
Proband erhielt zu zwei Gelegenheiten Plazebo oder GIP.
Die Tests wurden in einer randomisierten Reihenfolge an
unterschiedlichen Tagen durchgeführt. Auf diese Weise
diente jeder Proband als eigene Kontrolle. Frühestens
eine Woche nach dem ersten Versuchstag erfolgte der
zweite, um einen Übertragungseffekt zu vermeiden.
2.4.2 Versuchsdurchführung
Die Versuche wurden morgens mit nüchternen Probanden
(mindestens 10-stündige Nahrungs- und Flüssigkeitskarenz)
durchgeführt.
31
Der Proband saß in einem speziellen Untersuchungssessel
mit einem 30° aufgerichteten Oberkörper und einem
Kniewinkel von 45°. An jedem Unterarm wurde eine
großlumige Vene (unter Bevorzugung der Kubitalvene) mit
einer Teflonkanüle (Moskito 123, 18 gauge, Vygon, Aachen,
Deutschland) punktiert. Eine Venenkanüle diente zur
Infusion der Substanzen, die andere wurde mit
physiologischer Kochsalzlösung (Braun AG, Melsungen)
durchgängig gehalten und diente zum Blutabnehmen.
Beide Ohrläppchen wurden für die Blutzuckerbestimmungen,
die zeitgleich mit den venösen Blutentnahmen stattfanden,
mit Finalgon (Nonivamid 4 mg/g, Nicoboxil 25 mg/g)
hyperämisiert.
Nach der Entnahme der Basalwerte zu den Zeitpunkten –45
min. und –30 min. wurde das Experiment mit der Infusion
von GIP oder Plazebo gestartet. Zum Zeitpunkt 0 min.
wurde zusätzlich zu der Blutentnahme eine basale
Atemprobe genommen, bevor das standardisierte
Testfrühstück serviert wurde.
Vom Zeitpunkt 0 min. bis 180 min. wurden die Atemproben
in 15-minütigen Intervallen entnommen, während von 180
min. bis 360 min. die Intervalle 20 min. betrugen.
Die Blutentnahmen fanden von –45 min. bis 0 min. in einem
15-minütigem Intervall statt, während sie anschließend
kontinuierlich in 30-minütigen Intervallen vorgenommen
wurden.
32
Tabelle 2: Versuchsaufbau
Zeit in min.
-45 B
-30 B G/P
-15 B G/P
0 B G/P A T
15 G/P A
30 B G/P A
45 G/P A
60 B G/P A
75 G/P A
90 B G/P A
105 G/P A
120 B G/P A
135 G/P A
150 B G/P A
165 G/P A
180 B G/P A
200 G/P A
210 B G/P
220 G/P A
240 B G/P A
260 G/P A
270 B G/P
280 G/P A
300 B G/P A
320 G/P A
330 B G/P
340 G/P A
360 B G/P A
B: Blutentnahme ; G: GIP-Infusion ; P: Plazebo-Infusion ;
A: Atemprobe ; T: Testfrühstück
33
2.4.3 Infusionslösungen
Das synthetische GIP wurde von der Firma Polypeptide
Laboratories GmbH, Wolfenbüttel, Deutschland bezogen
(Chargennummer E-0517). Die HPLC-Analyse des Herstellers
belegte eine Reinheit von > 95%. Das Peptid wurde in 0,9%
NaCl/1% Humanalbumin (HSA Behring, salzarm, Marburg,
Deutschland) gelöst. Die GIP-Konzentration der
Stammlösung betrug 20 µg GIP/ml. Anschließend wurde die
Lösung unter einer Sterilbank durch einen 0,2 µm
Nitrozellulosefilter (Sartorius, Göttingen, Deutschland)
filtriert, abgefüllt und bei –28°C gelagert.
Zum Nachweis einer möglichen bakteriellen Kontamination
wurden Standardkulturen der Stammlösung angefertigt.
Sämtliche Kulturen waren steril. Das Labor von Dr.Balfanz
in Münster, Deutschland, führte einen Limulustest zur
Pyrogentestung durch. Die Endotoxinkonzentration lag mit
0,08 IU/ml unter der Nachweisgrenze.
Zur Infusion wurde die Stammlösung aufgetaut und in 0,9%
NaCl mit Humanalbuminzusatz (1%) verdünnt. Mit Hilfe
einer Infusionspumpe (Perfusor Secura, Braun Melsungen
AG, Melsungen) wurde die Infusion durchgeführt.
Zur Qualitätssicherung und abermaligen GIP-
Konzentrationsbestimmung wurde am Ende der
Infusionsperiode eine Probe der Infusionslösung gewonnen.
Der Plazeboversuch wurde mit einer Infusion durchgeführt,
die nur aus 0,9% NaCl mit Humanalbuminzusatz (1%)
bestand.
34
2.4.4 Blutentnahmen
Für die späteren Messungen von Insulin, C-Peptid,
Glukagon, GIP [1-42 Amid], GIP [3-42 Amid], Triglyceride
und Freien Fettsäuren wurde Blut mit 9 ml Monovetten
(EDTA-Zusatz; Firma Sarstedt, Nümbrecht) entnommen, in
die bereits 180 µl Aprotinin als Proteinase-Inhibitor
(Trasylol; 20000 KIU/ml; Bayer AG, Leverkusen,
Deutschland) pipettiert wurde.
Alle Blutproben wurden unmittelbar nach der Abnahme auf
Eis gelagert und umgehend bei 4°C zentrifugiert (10 min.
bei 3600 Umdrehungen/min). Anschließend wurde das Plasma
zu Proben von 0,5 ml bis 1 ml aliquotiert und bei –28°C
eingefroren.
Unmittelbar vor der Messung der Plasma-
Glukosekonzentration wurde hierfür die kapilläre
Blutentnahme (ungefähr 100 µl) in NaF (Microvette CB 300;
Sarstedt, Nümbrecht, Deutschland) durchgeführt.
2.4.5 Atemtest
Den Goldstandard zur Messung der Magenentleerung stellt
die Szintigraphie dar. Diese Methode hat aber auch, im
Vergleich mit dem hier verwendeten 13C-Atemtest,
gravierende Nachteile. Zum Einen handelt es sich um ein
invasives Verfahren und zum Anderen wird der Proband
radioaktiver Strahlung ausgesetzt. Beides trifft für den13C-Atemtest nicht zu [Pohle et Domschke (2003)] und war
unter anderem ausschlaggebend für die Auswahl dieser
Methode. Der 13C-basierende Atemtest ist mit
szintigraphischen Verfahren äquivalent in der Bewertung
35
klinisch relevanter Störungen der Magenentleerung [Braden
et al. (1995); Bromer et al. (2002)]. In unserer Arbeit
wurde 13C-Oktanoat (100 mg, Euriso-top, Saint-Aubin
Cedex, France) als Festmahlzeit in Rührei gemixt und so
als Teil der festen Komponente des Testfrühstücks
verabreicht.
In den o.g. Intervallen wurde jede Atemprobe in je einem
gasdichten Plastikbeutel gesammelt und der 13CO2-Gehalt
innerhalb von 24 Stunden mit einem nicht dispersiven
Infrarotspektrometer (Wagner Analysentechnik, Bremen,
Deutschland) gemessen. Die Ergebnisse wurden als Delta-
Wert (δ) pro Tausend und als delta over baseline (DOB =
δS - δ0) angegeben. Die Definition des δ-Wertes ist:
δS = (RS/RPDB – 1) x 1000
mit dem Isotopenverhältnis RS = 13C/12C im CO2 des Atems
und RPDB = 0,0112372, was der Referenz des
Isotopenverhältnisses entspricht [PDB = PeeDeeBelmnite,
South Carolina; δ0 = Isotopenverhältnis der baseline].
Um das Verhältnis des Substrates zu messen, welches durch
den Mund abgegeben wird, werden die Ergebnisse als sog.
percentage dose of 13C recovered (PDR) heraugegeben, von
welchen wiederum die kumulative PDR (cPDR) gemäß Ghoos et
al. [1993] berechnet wird. Bei der CO2-Produktionsrate
wurde vorausgesetzt, dass sie 300 mmol pro m2
Körperoberfläche pro Stunde beträgt.
Die Bewertung des Oktanoat-Atemtestes für die
Magenentleerung wurde mit Hilfe einer nicht linearen
Regressions-Analyse (Graph PAD Prism, Version 2, San
Diego, Kalifornien) der CO2-Exhalationskurve (PDR) mit
folgender Formel durchgeführt:
PDR(t) = atbe-ct,
36
welche von der Chi-Quadrat Verteilung der Statistik
hergeleitet wurde. In dieser mathematischen Gleichung ist
PDR(t) die prozentuale 13C-Exkretion in der Ausatemluft zu
einem bestimmten Zeitpunkt; t steht für die Zeit in
Minuten, e steht für die Eulersche Konstante und mit a, b
und c werden Konstanten ausgedrückt, die mittels nicht
linearer Regressions-Analyse für jeden einzelnen
Atemtest, unter Verwendung des bereits o.g.
Computerprogramms, bestimmt wurden. Für die Berechnung
dieser Konstanten wurden die jeweiligen prozentualen
Exkretionsmengen pro Stunde benötigt. Der erste Faktor
(atb) beschreibt den Anstieg der 13CO2-Konzentration in
der Ausatemluft und der zweite Faktor steht für die
Auswaschung der Konzentration durch die Atmung
[Nieuwenhoven et al. (1999)]. Diese Gleichung beschreibt
die 13CO2-Exkretionskurve, ausgedrückt in der prozentualen13C-Exkretionsmenge pro Stunde (Dosis/h) sehr zufrieden
stellend.
Der Ausdruck ln a, als Magenentleerungskoeffizient
(gastric emptying coefficient = GEC) ist ein
verlässlicher Parameter um die Rate der Magenentleerung
zu beschreiben [Ghoos et al. (1993)].
Der Prozentsatz der kumulativen CO2-Werte war geeignet
ein Model zu nutzen, welches durch
cPDR(t) = M (1-e-kt)β
beschrieben wurde, in dem y cPDR zur Zeit t in Stunden
ist. M, k und β sind Regressionskonstanten, mit M als
totalem Anstieg der CO2-Exhalation zum unendlichen
Zeitpunkt.
Die halbe Magenentleerungszeit (t1/2) (nur in der
Plazebogruppe erhoben) wurde unter Gleichsetzung von
PDR(t) mit M/2 in der PDR-Gleichung, welche als t1/2 = (-
37
1/k) ln(1-2-1/β) ausgedrückt wird, berechnet [Braden et
al. (1995)].
Die lag-Phase wird abgefasst unter
tlag = 1/klnβ.
Die Magenentleerung wird dargestellt als Prozentsatz des
initialen Mageninhaltes (M = 100%), berechnet durch die
Differenz des initialen Volumens zu jedem Zeitpunkt
entlang der folgenden Formel:
Mageninhalt(t) = [(M – cPDR(t))/M] * 100 [%].
2.4.6 Testfrühstück
Die Testmahlzeit, die zum Zeitpunkt 0 min. serviert wurde
und schnellstmöglich verzehrt werden sollte, bestand aus
einem Rührei (welches mit 100 mg 13C-Oktanoat vermengt
war), zwei Scheiben nicht geröstetem Weißbrot, fünf Gramm
Margarine und 150 ml kohlensäurearmem Mineralwasser. Das
Frühstück hatte einen Nährwert von 250 kcal mit einem
Anteil von 55% Kohlenhydraten, 15% Eiweiß und 30% Fett.
2.5 Laborbestimmungen
2.5.1 Plasma-Glukosekonzentration
Die Plasma-Glukosekonzentration wurde, unter Gebrauch der
Glukose-Oxidase-Methode mit Hilfe eines Beckman Glukose-
Analyser 2 (Beckman Instruments, München, Deutschland),
38
bestimmt. Die Glykolysehemmung in den Proben war durch
NaF-beschichtete Probenröhrchen garantiert. Da die
Bestimmung der Werte unmittelbar nach der Zentrifugation
der Proben (Eppendorf Tischzentrifuge, 30 Sekunden)
erfolgte, lagen zwischen dem Beginn der Blutentnahme und
der Ausgabe des ersten Messwertes etwa 90 Sekunden. Der
Variationskoeffizient lag bei einer wiederholten Messung
einer Blutprobe am selben Tag bei < 2%.
2.5.2 Hormonbestimmungen
2.5.2.1 Prinzip des Immunoassays
Um die Konzentration der Hormone GIP, Insulin, C-Peptid
und Glukagon zu bestimmen, wurden spezifische
Immunoassays verwendet, da nur dieses Verfahren die
nötige Spezifität und Sensitivität für eine
Plasmahormonbestimmung besitzt. Die Methode der
Immunoassays basiert auf einer kompetitiven Konkurrenz
zwischen einer konstanten Menge eines markierten Hormons
mit einer nicht bekannten Konzentration eines nicht-
markierten Hormons (aus der Probe) um eine limitierte
Zahl von Bindungsstellen auf einer konstanten Menge eines
für das Hormon spezifischen Antikörpers. Infolgedessen
bestimmt die Menge des nicht-markierten Hormons den
Anteil des markierten Hormons, der an die Bindungsstellen
koppelt [Thomas (2000)].
Das Antigen kann durch ein radioaktives Isotop oder durch
eine kovalente Bindung an ein Enzym markiert werden,
sodass die markierte Hormonmenge durch Radioaktivitäts-
bzw. Enzymaktivitätsmessungen bestimmt werden kann. Um
das freie vom gebundenen Hormon zu trennen, bedient man
39
sich der Elektrophorese, der Fällung mit einem gegen den
Hormon-Antikörper-Komplex gerichteten zweiten Antikörper
oder der Adsorption des freien Hormons an Aktivkohle oder
Ionenaustauscher.
Für diese Art der Hormonbestimmung spricht ihre einfache
Durchführbarkeit, sowie ihre hohe Empfindlichkeit. Gegen
diese Art der Hormonbestimmung spricht die Möglichkeit
der „Kreuzreaktivität“, bei der sowohl Hormonvorstufen,
als auch Abbauprodukte mit gleicher oder ähnlicher
Affinität an die Bindungsstellen koppeln, sofern sie noch
die dafür benötigte Peptidsequenz enthalten.
2.5.2.2 Glucose-dependent insulinotropic polypeptide
(GIP)
Die Messung der Gesamt-GIP-Konzentration erfolgte mit
einem Radioimmunoassay, dessen wichtigste Charakteristika
durch Deacon et al. beschrieben sind [Deacon et al.
(2000)]. Während in früheren Assays natürliches porcines
GIP als Standard verwendet wurde, wurde für diese
Untersuchung synthetisches humanes GIP (Peninsula
Laboratories Europe, Ltd, St. Helens, Merseyside, UK) als
Standard verwendet, wodurch gewährleistet war, dass in
menschlichen Blutproben GIP-Konzentrationen ohne
Verfälschung durch unterschiedliche Affinität des
Antikörpers zu GIP der humanen (endogenen Sekretion) und
porcinen (frühere Standardkurve) Aminosäuresequenz
[Amland et al. (1984); Jorde et al. (1985)] angegeben
werden konnten. Der synthetische Antikörper R 65, welcher
durch Immunisierung gewonnen wird und mit Albumin
gekoppelt ist, wurde verwendet, da er gegen das C-
terminale Ende des GIP-Moleküls gerichtet ist und mit ihm
40
die Gesamt-GIP-Konzentration gemessen wird, welche sich
aus dem biologisch aktiven GIP [1-42 Amid] und dem GIP
[3-42 Amid], welches durch N-terminale Proteolyse durch
das Enzym Dipeptidyl-Peptidase IV aus dem aktiven Hormon
entsteht, zusammensetzt. 125J-markiertes, synthetisches,
humanes GIP (Amersham Pharmacia Biotech Ltd., Aylesbury,
UK) wurde als Tracer verwendet. Die Koppelung erfolgte
mittels Chloramin-T und die Trennung mittels
isokratischer High-Performance-Liquid-Chromatography
(Nucleosil C-18-Säule, 0,1% Trifluoressigsäure, 20%
Acetonitril). Die Trennung von freiem und
antikörpergebundenem Tracer erfolgte mit
plasmaüberzogener Aktivkohle (Merck, Darmstadt). Die
Nachweisgrenze lag bei < 2 pmol/l. Der Intra- bzw. Inter-
Assay-Variationskoeffizient lag bei < 6% bzw. 8%.
2.5.2.3 Aktives GIP [1-42 Amid]
Um eine Kreuzreaktivität mit dem inaktiven GIP [3-42
Amid] auszuschließen, wurde zusätzlich das biologisch
aktive GIP [1-42 Amid] mittels eines von Deacon et al.
entwickelten Radioimmunoassays gemessen. Zur Durchführung
der Messung wurde der polyklonale Antikörper 98171
verwendet, welcher gegen das Fragment GIP [1-10 Cys]
gerichtet und deshalb spezifisch für den NH2-Terminus des
GIP [1-42 Amid] ist. Erneut wurde 125J-markiertes,
synthetisches, humanes GIP (Amersham Pharmacia Biotech
Ltd., Aylesbury, UK) als Tracer verwendet. Als Standard
diente humanes GIP (Peninsula Laboratories Europe, Ltd,
St Helens, Merseyside, UK). Die freien und
antikörpergebundenen Tracer wurde auch hier unter
Zuhilfenahme von plasmaüberzogener Aktivkohle (Merck,
41
Darmstadt) getrennt. Valin-Pyrolidid, was die Degradation
von GIP [1-42 Amid] während der Inkubationen im Verlaufe
des Assays verhindert, wurde zum Assay-Puffer zu einer
Endkonzentration von 0,01 mmol/l hinzugefügt. Die
Nachweisgrenze lag bei 5 pmol/l. Der Standardbereich
umfasste Konzentrationen von 5-320 pmol/l.
Die Kreuzreaktivitäten des NH2-terminal degradierten GIP
[3-42 Amid], mit GLP-1 [7-36 Amid], GLP-2 [1-33 Amid],
GLP-2 [3-33 Amid] und Glukagon lagen bei < 0,1%. Der
Intra-Assay-Variationskoeffizient lag bei < 6%, während
der Inter-Assay-Variationskoeffizient für die Standards
von 20 bzw. 80 pmol/l annähernd 8% bzw. 12% betrug.
2.5.2.4 Glukagon
Pankreatisches Glukagon wurde unter Verwendung des
Antikörpers 4305 [Holst (1982)] in äthanol-extrahiertem
Plasma untersucht. Dieser Radioimmunoassay ist
hochspezifisch für das pankreatische Glukagon. Porcines
Glukagon (NOVO Research Institute, Kopenhagen, Dänemark)
wurde als Standard und 125J-markiertes Glukagon als Tracer
verwendet. Auch hier wurde mit plasmaüberzogener
Aktivkohle (Merck, Darmstadt) der freie vom
antikörpergebundenen Tracer getrennt.
Die Nachweisgrenze lag bei < 1 pmol/l.
Der Intra- bzw. Inter-Assay-Variationskoeffizient lag bei
6,7% bzw. 16%.
42
2.5.2.5 Insulin
Die IR-Insulinwerte wurden mit einem Mikropartikel-Enzym-
Immunoassay gemessen, dessen Partikel mit monoklonalen
Maus-Antikörpern beschichtet waren (MEIA Abott
IMx®Insulin, Abott Laboratories, Wiesbaden, Deutschland)
und mit humanem Insulin kalibriert wurden. Die errechnete
Empfindlichkeit des Assays war gleich oder besser als 1.0
mU/l. Proben mit Insulinkonzentrationen größer 300 mU/l
mussten manuell verdünnt werden. Kreuzreaktivitäten mit
C-Peptid oder Glukagon traten nicht auf, mit Proinsulin
betrugen sie 0.005%, mit Rinder- oder Schweineinsulin 13%
bzw. 90%. Der Intra- und Inter-Assay-
Variationskoeffizient lag bei unter 4% bzw. unter 7%.
2.5.2.6 C-Peptid
Für die Bestimmung der C-Peptid-Werte wurden mit
polyklonalem C-Peptid Antiserum beschichtete Mikrotiter-
wells benutzt (DAKOP Ltd., Cambrigshire, UK). Hierbei
konkurriert eine definierte Menge an C-Peptid-Konjugat
mit dem C-Peptid aus dem Standard oder der Patientenprobe
um die freien Antikörper-Bindungsstellen auf der
Mikrotiterplatte. In einem zweiten Schritt wird das C-
Peptid-Konjugat von einem Enzymkomplex gebunden.
Anschließend wird durch einen Waschschritt der freie
Enzymkomplex entfernt, Substratlösung hinzugegeben und
nach einer definierten Zeit die Farbentwicklung gestoppt.
Die C-Peptid-Konzentration in der Probe ist umgekehrt
proportional zur gemessenen optischen Dichte. Mit
Ausnahme der Kreuzreaktivität von Proinsulin (0,5%) waren
zu anderen Peptiden keine Kreuzreaktivitäten nachweisbar.
43
Der Intra-Assay-Variationskoeffizient lag bei 3,3% bis
5,7%, während der Inter-Assay-Variationskoeffizient 4,6%
bis 5,7% betrug.
2.5.3 Konzentration der Freien Fettsäuren
Die Freien Fettsäuren wurden mit Hilfe von Reagenzien der
Firma Wako Chemicals, Neuss, Deutschland, durch eine
spektrophotometrische Analyse bestimmt. Dabei handelt es
sich um einen enzymatischen Farbtest zur quantitativen in
vitro Bestimmung der Freien Fettsäuren in Serum und
Plasma. Die Intensität des verwendeten roten Farbstoffes
ist zu der Konzentration der unveresterten Fettsäuren in
der Probe proportional. Das Extinktionsmaximum liegt bei
550 nm.
2.5.4 Triglyceridkonzentration
Die Triglyceride wurden unter Benutzung eines
enzymatischen Farbtestes (Olympus system reagent
triglyceride OSR 6133) gemessen. Die Triglyceride wurden
durch Lipasen gespalten, während Chinonimin, das aus
Wasserstoffperoxid und 4-Aminoantipyrin in Anwesenheit
von 4-Chlorphenol und Peroxidase gebildet wurde, als
Indikator diente.
44
2.6 Berechnungen
2.6.1 Anthropometrische Berechnungen
Aus den Daten für Größe und Gewicht wurde mit Hilfe der
folgenden Formel der body mass index berechnet:
BMI [kg/m2] = Gewicht [kg] / (Größe [m])2
Die waist to hip ratio wurde unter Zuhilfenahme des
Bauch- und Hüftumfanges berechnet, wobei nachstehende
Formel zugrunde lag:
WHR = Bauchumfang [cm] / Hüftumfang [cm]
2.6.2 Statistische Methoden
Die Personencharakteristika sind als Mittelwerte ±
Standardabweichung angegeben, während die experimentellen
Ergebnisse als Mittelwert ergänzt durch Standardfehler
des Mittelwertes angegeben werden. Unter Verwendung des
Programms Statistica Version 5.0 (Statsoft Europe,
Hamburg, Deutschland) wurden alle statistischen
Berechnungen mit einer Varianzanalyse für
Messwiederholungen („repeated measures“-ANOVA)
durchgeführt. Dabei geben drei verschiedene p-Werte
Auskunft über die Signifikanz von Unterschieden zwischen
den Experimenten (A), im Zeitverlauf (B) und hinsichtlich
der „Interaktion“ von Experimenten und Zeitverlauf (AB).
Bei signifikanten Ergebnissen (p < 0.05) wurde eine
einfache Varianzanalyse (ANOVA; ein parametrischer
Signifikanztest für drei oder mehr voneinander
45
unabhängige Wahrscheinlichkeitsverteilungen) für jeden
einzelnen Zeitpunkt durchgeführt. Das
Berechnungsverfahren testet über die Analyse der
einzelnen Varianzen, ob die
Wahrscheinlichkeitsverteilungen, aus denen die
Stichproben stammen, alle den gleichen Erwartungswert
besitzen oder nicht. Ein Wert unterhalb des
Signifikanzniveaus besagt, dass mindestens zwei der
Erwartungswerte der Wahrscheinlichkeitsverteilung
unterschiedlich sind. Ein signifikanter Unterschied wurde
bei einem zweiseitigen p-Wert < 0,05 angenommen. Eine
Korrektur für multiple Vergleiche wurde nicht
durchgeführt.
46
3 Ergebnisse
3.1 Probandencharakteristika
In Bezug auf die Punkte 2.2 Probanden auf der Seite 26
und 2.3 Voruntersuchungen und Ausschlusskriterien auf der
Seite 27 stelle ich hier die entsprechenden Ergebnisse
der Probandencharakteristika vor.
Tabelle 3: Charakteristika der untersuchten Probanden
Parameter [Einheit] Probanden
Anthropometrische Daten
Geschlecht [M/W] 15/0
Alter [Jahre] 23,9 ± 3,3
BMI [kg/m²] 23,7 ± 2,3
WHR 0,96 ± 0,04
RR systolisch [mmHg] 123,1 ± 10,8
RR diastolisch [mmHg] 82,5 ± 4,5
Mittelwerte ± SD
47
Tabelle 4: Ergebnisse der klinisch-chemischen
Untersuchung
Parameter [Einheit] Probanden Normwerte
Klinische Chemie
GOT [U/l] 11,25 ± 2,79 5 – 18
GPT [U/l] 18,5 ± 9,23 7 – 24
GGT [U/l] 11,5 ± 8,66 4 - 27
CHE [U/l] 5772,1 ± 864,2 2400 – 7900
AP [U/l] 113,88 ± 29,9 44 – 207
Harnstoff [mg/dl] 32,94 ± 5,57 10 – 50
Kreatinin [mg/dl] 1,03 ± 0,1 0,60 – 1,20
Harnsäure [mg/dl] 4,99 ± 0,62 2,3 – 8,2
Bilirubin, gesamt [mg/dl] 0,63 ± 0,23 < 1,00
Pankreas-Amylase [U/l] 35,81 ± 10,33 13 – 64
CRP [mg/dl] < 2 < 5,0
HbA1c [%] 5,46 ± 0,32 4,8 – 6,0
Nüchternglukose [mmol/l] 5,36 ± 0,94 3,05 – 6,1
Hämatologie
Leukozyten [ /µl] 5502,5 ± 1456,5 4600 – 9500
Erythrozyten [Mio./µl] 5,17 ± 0,24 4,20 – 6,20
Hämoglobin [g/dl] 15,49 ± 0,79 12,0 – 18,0
Hämatokrit [%] 46,2 ± 2,22 36,0 – 49,0
MCV [fl] 89,36 ± 3,57 85,0 – 95,0
MCH [pg] 29,94 ± 1,36 27,0 – 33,0
MCHC [g/dl] 33,52 ± 0,69 32,0 – 36,0
Thrombozyten [ /µl] 225813 ± 42664,9 150000-400000
Fortsetzung der Tabelle auf der folgenden Seite.
48
Fortsetzung
Tabelle 4: Ergebnisse der klinisch-chemischen
Untersuchung
Parameter [Einheit] Probanden Normwerte
Blutfette, Triglyceride,
Gesamtcholesterin
Cholesterin [mg/dl] 176,69 ± 46,66 < 220
HDL-Cholesterin [mg/dl] 40,38 ± 12,43 23,00 – 73,00
VLDL-Cholesterin [mg/dl] 10,06 ± 9,36
LDL-Cholesterin [mg/dl] 125,71 ± 40,99 71,00 – 179,00
LDL-Chol./HDL-Chol. 3,37 ± 1,5 2,50 – 3,50
Triglyceride [mg/dl] 100,44 ± 60,27 < 200
Mittelwerte ± SD
3.2 Magenentleerung
Die Magenentleerung wurde nahezu komplett im Laufe der
360 min. des Experimentes erreicht. 17,5 ± 2,3% bzw. 16,2
± 3,8% (für GIP und Plazebo; p = 0,78; Abb.3) des
initialen Inhaltes verblieben am Ende des Experimentes im
Magen.
Im zeitlichen Verlauf der Magenentleerung wurden keine
Differenzen zwischen dem Experiment mit Infusion von GIP
bzw. mit Infusion von Plazebo festgestellt (p = 0.98).
Die Halbwertzeit der Magenentleerung betrug 120 ± 9 min.
für GIP und 120 ± 18 min. für das Plazebo (p = 1,0).
Die Lag-Phase wurde für GIP mit 78 ± 9 min. und für das
Plazebo mit 77 ± 12 min. (p = 0,94) berechnet, während
der Koeffizient der Magenentleerung 2,5 ± 0,2 bzw. 2,6 ±
0,1 (für GIP bzw. Plazebo; p = 0,75) betrug.
49
Abb.3: Zeitverlauf der Magenentleerung einer festen
Mahlzeit (250 kcal.), während der intravenösen
Gabe von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis
+360 Minuten bei gesunden männlichen Probanden.
Die Daten sind als Mittelwerte ±
Standardabweichung dargestellt.
Die p-Werte wurden unter Zuhilfenahme
wiederholter Messungen durch ANOVA ermittelt.
A bezeichnet die Unterschiede zwischen den
Experimenten, B die Unterschiede im zeitlichen
Verlauf und AB die Differenzen abhängig von den
Interaktionen des Experimentes bezüglich der
Zeit.
50
3.3 Konzentrationen der Glukose, des Insulins und des C-
Peptides im Plasma
Während der i.v.-Gabe von GIP (2 pmol * kg-1 * min) oder
Plazebo, stieg nach der Mahlzeit die Konzentration von
Glukose im Plasma in beiden Experimenten signifikant an
(p < 0,0001; Abb.4 A). Dies wurde von einem Anstieg der
Insulinsekretion begleitet (p < 0,0001 für die
Konzentration von Insulin und C-Peptid; Abb.4).
Auch bei diesen drei Parametern konnte zwischen den
beiden Experimenten mit der Infusion von GIP oder Plazebo
kein Unterschied festgestellt werden (p = 0,22, p = 0,13
bzw. p = 0,85 für Glukose, Insulin und C-Peptid).
51
Abb.4: Plasma-Konzentrationen von Glukose (A), Insulin
(B) und C-Peptid (C), während der intravenösen
Gabe von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis
52
+360 Minuten bei 15 gesunden männlichen
Probanden.
Die Daten sind als Mittelwerte ±
Standardabweichung dargestellt.
Die p-Werte wurden unter Zuhilfenahme
wiederholter Messungen durch ANOVA ermittelt.
A bezeichnet die Unterschiede zwischen den
Experimenten, B die Unterschiede im zeitlichen
Verlauf und AB die Differenzen abhängig von den
Interaktionen des Experimentes bezüglich der
Zeit.
3.4 Konzentrationen der Triglyceride und Freien
Fettsäuren im Plasma
Die Plasma-Konzentration der Triglyceride stieg während
der i.v.-Gabe von GIP (2 pmol * kg-1 * min) oder Plazebo
signifikant nach der Mahlzeit an und kehrte nach 360 min.
zum Ausgangswert zurück (p < 0,0001; Abb.5 A).
Die freien Fettsäuren wurden durch die Mahlzeit gesenkt,
stiegen aber nach 120 min. signifikant an (p < 0,0001;
Abb.5 B).
Zwischen den Experimenten mit der GIP-Gabe und Plazebo-
Gabe konnten keine Unterschiede festgestellt werden (p =
0,96 , bzw. p = 0,82 für die Triglyceride und die Freien
Fettsäuren).
53
Abb.5: Plasma-Konzentrationen von Triglyceriden (A) und
Freien Fettsäuren (B), während der intravenösen
Gabe von GIP oder Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis
+360 Minuten bei 15 gesunden männlichen
Probanden.
Die Daten sind als Mittelwerte ±
Standardabweichung dargestellt.
Die p-Werte wurden unter Zuhilfenahme
wiederholter Messungen durch ANOVA ermittelt.
54
A bezeichnet die Unterschiede zwischen den
Experimenten, B die Unterschiede im zeitlichen
Verlauf und AB die Differenzen abhängig von den
Interaktionen des Experimentes bezüglich der
Zeit.
3.5 Konzentrationen des gesamten GIP und des biologisch
aktiven GIP [1-42 Amid]
Die Konzentration im Plasma von GIP [1-42 Amid] und GIP
[3-42 Amid] erreichte während der i.v.-Gabe von GIP (2
pmol * kg-1 * min) ein steady state level von 162 ± 15
pmol/l und 7 ± 1 pmol/l, während der Infusion von Plazebo
(Abb.6). Nach der Mahlzeit stiegen die endogenen GIP-
Plasma-Level signifikant an (p < 0,01), waren aber immer
niedriger als während der Infusion des Plazebos (Abb.6).
Die Plasma-Konzentrationen von aktivem GIP [1-42]
erreichten während der GIP-Infusion eine steady state-
Konzentration von 34 ± 4 pmol/l, im Gegensatz zu 7 ± 1
pmol/l während der Infusion von Plazebo. Der mittlere
Anteil von aktivem GIP [1-42] vom gesamten
immunoreaktiven GIP betrug 21 ± 2 %.
55
Abb.6: Plasma-Konzentrationen von gesamtem GIP (A) und
von biologisch aktivem GIP [1-42 Amid] (B),
während der intravenösen Gabe von GIP oder
Plazebo vom Zeitpunkt –45 bis +360 Minuten bei
gesunden männlichen Probanden.
Man beachte die unterschiedlichen Skalen auf der
Ordinate in Abb.6 A und B.
56
Die Daten sind als Mittelwerte ±
Standardabweichung dargestellt.
Die p-Werte wurden unter Zuhilfenahme
wiederholter Messungen durch ANOVA ermittelt.
A bezeichnet die Unterschiede zwischen den
Experimenten, B die Unterschiede im zeitlichen
Verlauf und AB die Differenzen abhängig von den
Interaktionen des Experimentes bezüglich der
Zeit.
3.6 Nebenwirkungen der Versuche unter Infusion von
Plazebo oder GIP
Nach den Versuchen, bei denen GIP infundiert wurde,
traten bei fünf Probanden leichte gastrointestinale
Nebenwirkungen auf, welche sich in vier Fällen als
Flatulenzen, zweimal als Diarrhoe und einmal als
abdomineller Schmerz manifestierten. Im Gegensatz dazu
konnten nach den Versuchen mit Infusion von Plazebo keine
Nebenwirkungen festgestellt werden (p = 0,014).
Die Nebenwirkungen waren leicht und vorübergehend und
bedurften keiner spezifischen medikamentösen Therapie.
57
4 Diskussion
Die Rolle von GIP bei der Regulation der Magenentleerung
beim Menschen war bislang nicht eindeutig
charakterisiert. In der Vergangenheit durchgeführte
Untersuchungen am Menschen sind zum Teil nur begrenzt
aussagefähig, da in Assays zur Messung von GIP häufig
porcines GIP verwendet wurde und der Speziesunterschied
zu humanem GIP nicht berücksichtigt wurde [Amland et al.
(1984)]. Kürzlich wurde der hemmende Effekt des GIP-
ähnlichen Inkretinhormons GLP-1 auf die Magenentleerung
beim Menschen genau charakterisiert [Meier et al. (2003)]
und der hemmende Einfluss von GLP-1 auf die
Magenentleerung gezeigt. GIP stimuliert genau wie GLP-1
die Insulinsekretion [Cleator und Gourlay (1975); Schmidt
et al. (1985); Kreymann et al. (1987); Nauck et al.
(1992); Nauck (1997); Holst (1999); Meier et al. (2002),
(2003)], und hemmt die Magensäuresekretion [Cleator und
Gourlay (1975); Kreymann et al. (1987); Orskov (1992);
Holst (1999)]. Da GIP und GLP-1 auch unter ähnlichen
physiologischen Bedingungen freigesetzt werden [Nauck et
al. (1993 b)], über ähnliche Rezeptortypen und die
gleichen Signaltransduktionswege wirken [Gallwitz et al.
(1993)], ist zu erwarten, dass beide Hormone die
Magenentleerung verlangsamen. Aus diesem Grund wurde in
der vorliegenden Arbeit nach gleichem Protokoll der
Effekt von GIP auf die Magenentleerung bei gesunden
Probanden untersucht.
Während der Versuche wurde sowohl bei Verwendung von GIP,
als auch unter Infusion von Plazebo eine annähernd
komplette Magenentleerung erreicht. Unterschiede in den
Verläufen der Konzentrationen von Glukose, C-Peptid,
Insulin und Triglyceriden fanden sich zwischen GIP- und
Plazebo-Versuchen nicht. Die FFS wurden durch die
58
Mahlzeit gesenkt, stiegen aber nach 120 min. signifikant
an. Auch hier fand sich kein Unterschied zwischen
Versuchen mit Plazebo und GIP.
Wie die hier dargelegten Daten zeigen, wird die
Magenentleerung nicht durch GIP gehemmt.
Das Fehlen eines GIP-Effektes auf die Magenentleerung in
den hier zugrunde liegenden Daten ist nicht durch
Limitationen des Studiendesigns erklärt: GIP wurde in
dieser Studie mit einer Rate infundiert, die zu
supraphysiologischen Plasmaspiegeln von ~100 pmol/l
führt. Daher kommt eine zu niedrige GIP-Dosis als
Erklärung für das Ausbleiben eines Effektes in dieser
Studie nicht in Frage. In anderen Versuchen unserer
Gruppe und fremden Arbeitsgruppen wurden im übrigen
ähnliche GIP-Infusionsraten gewählt, die zu
vergleichbaren GIP-Plasmaspiegeln führten. Ferner liefert
uns die Bestimmung des intakten, biologisch aktiven GIP
[1-42 Amid] mit Hilfe eines hochspezifischen
Immunoassays, einen Hinweis, dass suffiziente
Konzentrationen von biologisch aktivem GIP erreicht
wurden.
Das verwendete GIP war vom selben Hersteller und hatte
dieselbe Charge, wie das in bereits vorangegangenen
Studien verwendete [Meier et al. (2001); (2003 a); (2003
b)].
Der durchgeführte 13C-Oktanoat-Atemtest hat bereits bei
Untersuchungen durch mehrere Gruppen gezeigt, dass er
eine hohe Genauigkeit für die Bestimmung der
Magenentleerungszeit besitzt [Meier et al. (2003); Ghoos
et al. (1993) ; Horowitz et al. (2002)]. In einer bereits
veröffentlichten Studie, in der dieselbe Technik
verwendet wurde, ist eine dosisabhängige Verlangsamung
der Magenentleerung während einer intravenösen Gabe von
GLP-1 bei Patienten mit Diabetes Mellitus Typ 2
59
festgestellt worden [Meier et al. (2003)]. In dieser
Studie, bei der 1,2 pmol GLP-1 * kg-1 * min.-1 verabreicht
wurde, waren noch nach 240 min. 74 ± 9% des initialen
Inhaltes im Magen, während in dieser Arbeit mit
intravenöser Gabe von GIP zum selben Zeitpunkt nur noch
39 ± 3% des ursprünglichen Inhaltes im Magen verblieben
sind.
Endogenes GIP, durch die Testmahlzeit freigesetzt, könnte
bereits die Magenentleerung bei den Versuchen mit GIP und
Plazebo beeinflusst haben. Allerdings gibt es Argumente
gegen diese Hypothese: Die GIP-Plasmaspiegel waren in
beiden Versuchen verschieden (Abb.5). Andere Hormone, die
die Magenentleerung regulieren, wirken strikt
dosisabhängig [Meier et al. (2003); Jin et al. (1994)].
Außerdem wurden schon vor dem Testfrühstück durch die
GIP-Infusion supraphysiologische GIP-
Plasmakonzentrationen erreicht, während die Spitzen der
endogenen GIP-Plasmaspiegel nur 30 min. nach der Mahlzeit
vorzufinden waren. Ein Weg, um die Effekte von endogenem
GIP auf die Magenentleerung zu bewerten, könnte die
Verwendung von Rezeptorantagonisten sein [Lewis et al.
(2000)]. Allerdings sind GIP-Antagonisten bisher, für die
Infusion beim Menschen, nicht erhältlich.
Unsere Daten stimmen gut mit einer älteren Arbeit von
Schirra et al. überein, der das Wechselspiel zwischen der
Magenentleerung und der endogenen Sekretion von GLP-1 und
GIP untersuchte [Schirra et al. (1996)].
Interessanterweise war in dieser Studie die
Magenentleerung mit der Sekretion von GLP-1 assoziiert,
aber nicht mit GIP, was die vorherrschende Rolle von
GLP-1 als Regulator der Magenentleerung unterstützt
[Schirra et al. (1996)]. Während die Entleerung des
Magens unabhängig von GIP reguliert wird, könnte dieses
Inkretinhormon aber in der Regulation der distalen
60
Darmfunktion eine Rolle spielen, besonders in der
Induktion der Motilität des Dünndarms. Solch ein Effekt
würde unter Umständen die signifikant höhere Inzidenz der
Diarrhoe und Flatulenz erklären, welche in diesem
Experiment nach der Infusion von GIP beobachtet wurde.
Diese Beobachtung stimmt mit früheren Experimenten
überein, in denen bei Hunden eine Stimulation der
Motilität des Dünndarms durch GIP gezeigt worden ist
[Thor et al. (1987)]. Deshalb könnte es von Interesse
sein, die Effekte von GIP auf die Motilität des Dünndarms
im Detail zu untersuchen.
Die Tatsache, dass weder die Konzentration von Glukose,
noch von Insulin oder C-Peptid durch die Gabe von GIP
beeinflusst worden sind, steht in guter Übereinstimmung
mit vorherigen Studien an Tiermodellen und am Menschen
und reflektiert die Glukoseabhängigkeit der GIP-Wirkung
auf die Insulinsekretion [Pederson et al. (1978);
Vilsboll et al. (2003)]. Es ist jedoch nicht
ausgeschlossen, dass GIP unter hyperglykämischen
Bedingungen einen Effekt auf die Magenentleerung haben
könnte. Dies kann mit den hier zugrunde liegenden Daten
nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Die Tatsache,
dass GLP-1 bei gesunden Menschen und Patienten mit Typ 2
Diabetes die Magenentleerung, unabhängig von
vorherrschenden Glukosekonzentrationen, verlangsamt,
würde diese Hypothese jedoch nicht unterstützen [Nauck et
al. (1997 a); Meier et al. (2003)].
Eine Rolle von GIP im Fettstoffwechsel ist bereits
postuliert worden. Es führt zu einer Reduktion von
Triglyceriden während einer Infusion von Chylus bei
Hunden [Wasada et al. (1981)]. Ferner lässt eine
Immunoneutralisation von GIP die Triglyceride nach einer
Fettgabe bei Ratten ansteigen [Ebert et al. (1991)]. Vor
kurzem wurde von einer Prävention der Adipositas in ob/ob
61
Mäusen durch Blockade der GIP-Rezeptoren berichtet
[Miyawaki et al. (2002)]. Beim Menschen fehlt dagegen
noch der Beweis für einen direkten Effekt von GIP auf den
Fettstoffwechsel [Jorde et al. (1984)]. In dieser Arbeit
war kein Effekt von GIP auf die Konzentrationen von
Triglyceriden oder Freien Fettsäuren während der Infusion
zu erkennen. Eine wesentliche physiologische Rolle von
GIP bei der postprandialen Regulation der Triglyceride
und Freien Fettsäuren beim Menschen ist eher
unwahrscheinlich, obwohl in verschiedenen Tierstudien
eine Rolle von GIP im Fettstoffwechsel vermutet wird
[Wasada et al. (1981); Ebert et al. (1991)].
Zusammenfassend zeigen die erhobenen Daten deutlich, dass
GIP keinen Effekt auf die Magenentleerung beim
normoglykämischen Menschen hat. Zusätzlich wird der
postprandiale Fettstoffwechsel nicht durch GIP
beeinflusst. Letztendlich scheint der Name
„glukoseabhängiges insulinotropes Polypeptid“, der auf
den Effekten von GIP bezüglich der Insulinsekretion
beruht, passender zu sein als die Bezeichnung „gastric
inhibitory polypeptide“ oder „Magen inhibierendes
Polypeptid“.
62
5 Zusammenfassung
Einleitung: Das insulinotrope Hormon GIP, das im Darm
sezerniert wird, hemmt in verschiedenen Tiermodellen die
Säuresekretion des Magens. Ob GIP Effekte auf die
Magenentleerung beim Menschen hat, ist bis heute noch
nicht bekannt. Diese sollten in der vorliegenden Arbeit
untersucht werden.
Patienten und Methoden: Fünfzehn gesunde, männliche
Freiwillige (23,9 ± 3,3 Jahre, BMI 23,7 ± 2,3 kg/m²,
Nüchternglukose 5,36 ± 0,94 mmol/l) wurden mit einer
intravenösen Infusion von GIP (2 pmol * kg KG-1 * min-1)
oder Plazebo untersucht, die je über 390 min. im
nüchternen Zustand verabreicht wurde. Nach 30 min. wurde
ein festes Frühstück (100 mg 13C-Oktanoat; 250 kcal)
eingenommen. Die Rate der Magenentleerung wurde anhand
der Exhalation von 13CO2 über 360 min. bestimmt.
Blutproben wurden für die Bestimmung der Konzentrationen
von Glukose, Insulin, C-Peptid, GIP (total und intakt),
Triglyceriden und Freien Fettsäuren abgenommen.
Statistik: ANOVA.
Ergebnisse: Während der exogenen Infusion erreichte GIP
eine Steady-State-Konzentration von 162 ± 15 und 34 ± 4
pmol/l, verglichen mit 7 ± 1 und 7 ± 1 pmol/l während der
Plazebogabe (jeweils für totales und intaktes GIP; p <
0,001). Nach der Testmahlzeit stieg die
Glukosekonzentration an (p < 0,0001). Begleitet wurde
dies von einem Anstieg der Insulinsekretion (p < 0,0001
für die Insulin- und C-Peptidkonzentration). Nach dem
Testfrühstück stieg auch die Triglyceridkonzentration,
während die Konzentration der Freien Fettsäuren
supprimiert wurde (p < 0,0001). Zwischen den Experimenten
mit der Infusion von GIP oder Plazebo fanden sich keine
Unterschiede bei den Konzentrationen von Glukose,
63
Insulin, C-Peptid, Triglyceriden oder Freien Fettsäuren.
Die Hälfte des Magens war nach 120 ± 9 min. und 120 ± 18
min. entleert (mit GIP und Plazebo; p = 1,0). Das
Zeitmuster der Magenentleerung war in beiden Gruppen
ähnlich (p = 0,98).
Schlussfolgerungen: Diese Daten zeigen, dass GIP nicht in
die Regulation der Magenentleerung beim Menschen
eingreift. Ebenso wird der postprandiale Fettmetabolismus
bei gesunden Menschen nicht durch GIP beeinflusst. Ferner
zeigen diese Daten zusätzliche Unterschiede zwischen GIP
und dem verwandten Inkretinhormon GLP-1.
64
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Danksagung an Beteiligte
Herrn Priv.-Doz. Dr. med. B. Gallwitz danke ich für die
freundliche Überlassung des Themas sowie für die
exzellente Unterstützung und Betreuung.
Herrn Dr. med. J.J. Meier danke ich ganz besonders für
die herausragende Hilfe bei der Umsetzung der Arbeit und
die vielen wertvollen unterstützenden Anregungen.
Ebenso danke ich Frau B. Baller, die mir als
medizinisch - technische Assistentin bei der Durchführung
der Arbeit sehr hilfreich zur Seite stand.
Prof. Dr. med. W.E. Schmidt und den Mitarbeitern der
Medizinischen Klinik I danke ich für die Möglichkeit, die
Arbeit in dieser Abteilung durchführen zu können und
danke für die Kooperation und Hilfe.
Ohne die freiwilligen Studienteilnehmer wäre die
Durchführung dieser Arbeit nicht möglich gewesen, Ihnen
gilt mein ganz besonderer Dank.
80
Lebenslauf
Name Jens Anstipp
Geburtstag und
-Ort
27.08.1977 in Herne
Nationalität deutsch
Konfession römisch-katholisch
Familienstand ledig
Eltern Josef Anstipp
Isolde Anstipp geb. Berges
Schulausbildung 1984 – 1988 : Erich - Kästner –
Grundschule, Recklinghausen
1988 – 1997 : Gymnasium Petrinum,
Recklinghausen: Schulabschluß : Abitur
1994: Latinum
Ausbildung 1997 – 1998 : Grundwehrdienst in Dülmen,
anschließend Ausbildung zum
Raketenkanonier in Wesel
1998 – 1999 : Krankenpflegeausbildung,
Knappschaftskrankenhaus Recklinghausen
Studium WS 1999/2000: Studium: Humanmedizin,
Ruhr – Universität Bochum (2001: Physikum;
2002: 1. Staatsexamen;
2004: 2. Staatsexamen)
Famulaturen 31.08.2001 – 07.10.2001 bei
Prof. Dr. med. A. Krödel in der Orthopädie
15.02.2002 – 17.03.2002 beim
Allgemeinmediziner Dr. med. M. Bergmann
18.03.2002 – 08.04.2002 bei
Prof. Dr. med. M. Büsing in der Chirurgie
14.02.2003 – 05.03.2003 beim
Allgemeinmediziner Dr. med. M. Bergmann
31.03.2003 – 14.04.2003 beim Kosmetischen
Chirurg Dr. med. P. Ansari
81
Praktische Jahr 18.10.2004 – 06.02.2005 Innere Medizin im
St.Josef – Hospital, Bochum
07.02.2005 – 29.05.2005 Orthopädie im
St.Josef – Hospital, Bochum
30.05.2005 – 18.09.2005 Chirurgie im
St.Josef – Hospital, Bochum
zusätzliche
Kenntnisse
1989 – 1998: Leistungssport Schwimmen
01.08.1998 – 30.09.1998: Praktikum im
Prosper - Hospital, Recklinghausen
Recklinghausen, den 23.10.2004