Über das Risiko von Knochenstoffwechselstörungen nach transintestinaler Harnableitung: Ein tierexperimentelles Modell

Zusammenfassung

Jüngste klinische Untersuchungen deuten darauf hin, daß es als Folge einer intestinalen Blasensubstitution zu Osteopathien kommen kann. Vollkommen unklar ist der zugrunde liegende Pathomechanismus. Als Ursache eventueller Störungen des Knochenstoffwechsels nach einer transintestinalen Harnableitung muß neben der chronisch metabolischen Azidose der Einfluß einer Reduktion der intestinalen Resorptionsfläche diskutiert werden. In einem tierexperimentellen Modell sollten diese Faktoren untersucht werden. Zudem wurde ein Tiermodell mit dem Ziel der “metabolischen Imitation” humaner Ersatzblasen realisiert. 150 männliche Wistar-Ratten wurden mikrochirurgisch operiert. Bei der Kontrollgruppe 1 (n = 20) erfolgte eine nutritive Azidosebelastung (1,5 % NH₄Cl). Bei der ilealen Resektionsgruppe 3 (n = 20) wurden ca. 19–22 cm präterminalen Ileums, bei der ileo-zökalen Resektionsgruppe 4 (n = 20) wurden 5–7 cm des Zökums und 10 cm des terminalen Ileums reseziert. Zudem wurden 2 Ersatzblasengruppen (BSG) mit je 35 Tieren gebildet. Die Substitution erfolgte supratrigonal mit einem ilealen Segment. Hierbei wurden 4–6 cm des präterminalen Ileums ausgeschaltet und tubulär auf das Trigonum genäht. Bei BSG 1 (n = 35) erfolgte keine spezielle postoperative Behandlung, wohingegen bei EBG 2 (n = 35) postoperativ fortlaufend 10 μg Calcitonin/kg/Tag an 5 von 7 Tagen in der Woche subkutan injiziert wurden. Nach 6 Monaten (= ca. 15 Menschenjahre) wurden die Tiere ausgewertet. Neben laborchemischen Parametern erfolgten verschiedene Knochenanalysen. Es überlebten 99 von 150 Tieren. Die Tiere der Azidose-Gruppe 2 hatten eine kompensierte metabolische Azidose. Die Laborparameter und sämtliche Knochenanalysen waren normal. Überraschenderweise zeigten die beiden Resektionsgruppen 3 und 4 eine statistisch signifkante Zunahme sämtlicher Knochenparameter im Sinne einer Osteoneogenese mit einer regulären Knochenstruktur. Bei den Tieren mit einer Ersatzblase zeigte sich weder eine metabolische Azidose noch ein Anstieg der Nierenfunktionswerte. Die Knochenanalysen ergaben für die Ersatzblasen-Tiere ohne adjuvante Behandlung (BSG 1) insgesamt einen gesteigerten endokortikalen Knochenabbau mit osteoklastischen Resorptionslakunen im Sinne einer Osteopenie als Minderung von Knochenmasse. Die pathologischen Veränderungen waren bei der Ersatzblasen-Gruppe mit adjuvanter Behandlung (BSG 2) nicht vorhanden. Aufgrund der definierten inhibitorischen Wirkung des Calcitonins auf Osteoklasten kann gefolgert werden, daß die Osteopenie der BSG 1 durch eine gesteigerte osteoklastische Aktivität zustande kommt. Es zeigte sich somit, daß eine kompensierte, chronisch metabolische Azidose keine Störungen des Knochenstoffwechsels verursacht. Sie kann bei einer akzentuierten, klinisch manifesten Azidose jedoch nicht ausgeschlossen werden. Die ileale und ileo-zökale Resektion bewirkten identische Knocheneffekte mit einer — überraschenderweise — anabolen Wachstumsstimulation. Die Ursache dieses bislang unbekannten Phänomens ist unklar. Dahingegen führte die Anlage einer intestinalen Ersatzblase tierexperimentell zu einer signifikanten Osteopenie. Ob diese Veränderungen Krankheitswert besitzen, kann jedoch tierexperimentell nicht geklärt werden. Da die Azidose und der Faktor der Reduktion der intestinalen Resorptionsfläche ätiologisch aufgrund der Parallelversuche ausgeschlossen werden konnten, muß ein bislang nicht bekannter Pathomechanismus angenommen werden. Möglich wäre unter anderem die Reabsorption eines die Osteoklasten aktivierenden “toxischen” Metaboliten

Abstract

Recent clinical investigations indicate that osteopathy can occur following intestinal bladder substitution. The underlying pathomechanism is completely unclear. Besides chronic metabolic acidosis, the effect of a reduction of the intestinal resorption area must be discussed as the cause of possible disorders of bone metabolism following establishment of a transintestinal urinary diversion. These factors were investigated in an animal model. Furthermore, an animal model was developed for “metabolic imitation” of human bladder substitutes. 150 rats were operated on microsurgically. In control group 1 (n = 20), laparotomy was carried out. Nutritive acidotic loading (1.5 % NH₄Cl in drinking water) was carried out in the acidosis group 2 (n = 20). About 19–22 cm of the preterminal ileum was resected in the ileum resection group 3 (n = 20). 5–7 cm of the cecum and 10 cm of the terminal ileum were resected in the ileocecal resection group 4 (n = 20). Furthermore, two bladder substitution groups (BSG) each comprising 35 animals were compared with the others. The substitution was carried out supratrigonally with an ileal segment. 4–6 cm of the preterminal ileum were removed and sutured in the form of a tube on to the trigonum. In BSG 1 there was no specific postoperative treatment, whereas 10μg calcitonin/kg/day were injected subcutaneously on 5 out of 7 days of the week in the BSG 2. After 6 months (= about 15 human years), the animals were evaluated. Besides determination of clinical test values, various bone analyses were carried out.

Out of 150 animals, 99 survived. The animals of the acidosis group had compensated metabolic acidosis and the clinicla test values and all bone analyses were normal. Surprisingly, the two resection groups 3 and 4 showed a statistically significant increase of all bone parameters indicating osteoneogenesis with a regular bone structure. The clinical test values of the BSG animals did not show any metabolic acidosis and no rise of kidney function values. Bone analysis showed overall increased endocortical bone degradation with osteoclastic resorption lacunae and deficits of appositional periosteal bone growth in terms of osteoporosis or osteopenia. These pathological changes were not present in BSG 2. In accordance with the defined inhibitory action of calcitonin on osteoclasts, it can be concluded that the osteopathy in BSG 1 arises from increased osteoclastic activity. From these results, it can be concluded that compensated chronic metabolic acidosis does not cause any disorders of bone metabolism. However, osteopathy cannot be ruled out in pronounced clinically manifest acidosis. The ileal and ileocecal resection groups showed identical bone effects with surprising anabolic growth stimulation. The cause of this so far unknown phenomenon is unclear. In animals with intestinal bladder substitution we found suggestion of measurable osteoporosis or osteopenia. Because acidosis and the effect of a reduction of the intestinal resorption area can be excluded etiologically, a new underlying pathomechanism seems to be responsible. This may be explained by the reabsorption of a “toxic” metabolite activating the osteoclasts.

Key words

Urinary Diversion - Bladder Substitution - Metabolic Complications - Osteopathy