"Diabetische gastroparese : ontwikkelingen rond pathogenese en therapie".

Transcriptie

1 FACULTEIT GENEESKUNDE EN GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN ACADEMIEJAAR "Diabetische gastroparese : ontwikkelingen rond pathogenese en therapie". SARAH VANHULLE Promotor: Prof. Dr. Romain Lefebvre Scriptie voorgedragen in de 2 de Master in het kader van de opleiding MASTER OF MEDICINE IN DE GENEESKUNDE

2

3

4 VOORWOORD Deze scriptie werd tot stand gebracht in het kader van de Masterproef in de opleiding Geneeskunde aan de Universiteit Gent. De thesis omvat een literatuurstudie aangaande de ontwikkelingen omtrent pathogenese en behandeling van gastroparese bij diabetespatiënten. Ik zou graag enkele mensen willen bedanken die het tot stand komen van deze scriptie mogelijk gemaakt hebben. De eerste persoon die daarvoor op mijn lijst staat is mijn promotor, professor Romain Lefebvre, zonder wie deze scriptie onmogelijk zou geweest zijn. Ik wil hem bedanken voor het grondige verbeterwerk en het blijvend en correcte contact tussen beide partijen. Ook wil ik hem bedanken voor zijn menselijkheid, wat ik zeer hard op prijs stelde. Hij heeft mij steeds goede tips aangereikt en geholpen indien dit nodig was. Daarnaast wil ik ook mijn ouders en vrienden bedanken, die mij altijd door dik en dun gesteund hebben gedurende mijn opleiding en eindwerk. Hierbij vermeld ik in het bijzonder mijn papa Piet Vanhulle en mijn vriendin Laura Baetens die de tijd genomen hebben om mijn thesis of delen hiervan te lezen en correcties aan te brengen.

5 INHOUD 1. Abstract Inleiding Methodologie Resultaten Epidemiologie Symptomen Diagnose Pathofysiologie Fysiologie van de normale maaglediging Pathofysiologie van diabetische gastroparese Inleiding Autonome neuropathie ICC s A. Dieren B. Mensen Gladde spiercellen en fibrose NOS en gastrische neuronen A. Dieren B. Mensen: C. dierlijke studies omtrent de rol van NOS bij geslachtsverschillen in prevalentie van gastroparese Haem oxygenase en immuuncellen A. Dieren B. Mensen De rol van de glycemie Behandeling Huidige behandelmethoden Recent onderzoek rond behandeling Ghreline-agonisten Opregulatie van HO of toediening van CO Bevordering van dimerisatie van nnos Discussie Referenties... 50

6 AFKORTINGEN BB = Bio Breeding BH4 = tetrahydrobiopterine C13 = koolstof-13 CO = koolstofmonoxide CrMP = chromium mesoporphyrine CVA = cerebrovasculair accident DG = diabetische gastroparese DM = diabetes mellitus DM-1 = diabetes mellitus type-1 DM-2 = diabetes mellitus type-2 DPP4 = dipeptidyl peptidase-4 GCSI = Gastroparesis Cardinal Symptom Index GLP-1 = glucagon like peptide-1 HbA1C = hemoglobine A1C HO-1 = haem oxygenase-1 ICC = interstitiële cel van Cajal ICC-IM = intramusculaire ICC ICC-MY = myenterische ICC IDF = Internationale Diabetes Federatie IG = idiopathische gastroparese IGF-1 = insuline like growth factor IL-10 = Interleukine 10 LES = lower oesophagal sfincter L-NAME = L-NG-Nitroarginine Methyl Ester = NO inhibitor MMC = migrerend motorisch complex NANC = non-adrenerge non-cholinerge neurotransmissie nnos = neuronaal stikstofmonoxide synthase NO = stikstofmonoxide NOD = non-obese diabetic RCT = randomised controlled trail rtpcr = real time polymerase chain reaction SCF = stamcelfactor SP = substantie P STZ-DM = streptozotocine-geïnduceerde diabetes mellitus VDV = Vlaamse Diabetes Vereniging VIP = vasoactief intestinaal peptide WHO = World Health Organisation 99mTC = technetium-99m

7 1. ABSTRACT Achtergrond en doel: Gastroparese is een weinig voorkomende complicatie van diabetes mellitus (DM), die gepaard kan gaan met een aanzienlijke verminderding van levenskwaliteit. Patiënten klagen hierbij van een volheidsgevoel bij voedselinname en postprandiaal, een opgeblazen gevoel, pijn, misselijkheid en braken. Dit is zelden levensbedreigend maar kan leiden tot ernstige morbiditeit met hospitalisatie tot gevolg. Opvallend is de slechte correlatie tussen het optreden van symptomen en de aanwezigheid van een vertraagde maaglediging. De pathofysiologische mechanismen van diabetische gastroparese (DG) zijn nog grotendeels ongekend, waardoor het moeilijk is om een oorzakelijke behandeling op te starten. In deze scriptie wordt een overzicht gegeven van wat tot op heden gekend is omtrent de pathofysiologie van DG en de huidige behandelmethoden, waarna wordt afgesloten met het recente onderzoek omtrent behandeling. Methodologie: Deze literatuurstudie werd uitgevoerd aan de hand van gerandomiseerde klinische studies, proefdierstudies en een aantal reviews, afkomstig van de online databank Pubmed. Deze studies werden systematisch opgezocht en zorgvuldig gekozen op basis van studietype, publicatiejaar, studiecohorte en studiepopulatie. Verder werden additionele bronnen geraadpleegd zoals beschreven in de sectie methodologie. Resultaten: Met betrekking tot de pathofysiologie stellen menselijke studies voornamelijk een aantasting van interstitiële cellen van Cajal (ICC s) vast, alsook een myenterisch immuuninfiltraat en een verlies van enterische neuronen. Dit terwijl in proefdierstudies, naast de voorgaande vaststellingen, een breder spectrum aan pathofysiologische mechanismen zoals een verlies van stikstofmonoxide (NO), gladde spiercellen en ganglioncellen wordt gezien. De discordantie tussen menselijke en dierlijke studies kan eventueel te wijten zijn aan het verschil in kwaliteit van de gastrische biopten. De meest consistente vaststelling in zowel mens- als proefdierstudies is de significante depletie van het aantal ICC s. Daarnaast stelt men ook een duidelijke inverse correlatie vast tussen het verlies van ICC s en de snelheid van de maaglediging bij mensen en dieren. Naast aantasting van ICC s wordt ook een aantasting van neuronaal stikstofmonoxide synthase (nnos) gesuggereerd en dit voornamelijk bij proefdieren. Dit is waarschijnlijk slechts in beperkte mate te wijten aan een destructie van nitrerge neuronen maar eerder aan een probleem ter hoogte van de post-translationele modificatie of dimerisatie tot de actieve vorm van dit enzym. Er wordt echter geen correlatie gezien tussen aantasting van nitrerge neuronen en snelheid van de maaglediging. Meer recent werd in mens- en proefdierstudies gesuggereerd dat diabetes mellitus gepaard zou gaan met de opregulatie van een aantal anti-oxidatieve mechanismen zoals HO-1, wat een protectief 1

8 effect zou teweegbrengen. HO-1 catalyseert een reactie waarbij finaal bilirubine, biliverdine en CO (allen krachtige anti-oxidantia) vrijkomen. Diabetes mellitus gaat inderdaad gepaard met een status van verhoogde oxidatieve stress, waarbij de ontstane vrije zuurstofradicalen schade kunnen veroorzaken. Het falen van deze mechanismen kan vervolgens schade veroorzaken aan onder andere ICC s en nitrerge neuronen en op die manier mede een rol spelen in het ontstaan van gastroparese. Recente studies maken gebruik van verbeterde beeldvormingstechnieken zoals elektronenmicroscopie en tonen aan dat niet enkel de kwantiteit van bepaalde cellen, maar ook de kwaliteit een rol speelt. Tijdens het onderzoek van gastrische maagbiopten worden er namelijk frequent intracellulaire veranderingen vastgesteld, wat de aangetaste cellen minder functioneel maakt. Dit geldt onder andere voor interstitiële cellen van Cajal, gladde spiercellen en nitrerge neuronen. DG wordt in eerste instantie symptomatisch behandeld met gastroprokinetica zoals domperidon en metoclopramide. Ook erythromycine verdient een plaats aangezien het de gastro-intestinale motiliteit bevordert via binding aan de motilinereceptoren in de gastrointestinale tractus. Dit wordt hoofdzakelijk intraveneus toegediend bij ernstige gevallen. Verder is, in het geval van pijnklachten, het gebruik van pijnstillers op zijn plaats. Meer en meer wordt bij therapieresistente gevallen met een ernstig klinisch beeld (nausea en braken) een symptomatische therapie met behulp van invasieve elektrische stimulatie voorgesteld. Belangrijk in deze alternatieve therapie is het preoperatief detecteren van de non-responders, aangezien het een invasieve procedure omvat en dus gepaard kan gaan met morbiditeit en/of mortaliteit. Recente inzichten richten zich op het ontwikkelen van therapieën die opregulatie van HO-1 mogelijk maken of de dimerisatie van nnosα bevorderen. Deze therapeutische opties vergen echter bijkomend onderzoek om hun plaats en werkzaamheid in de behandeling van DG te bepalen. Conclusie: De stijgende prevalentie van diabetes mellitus maakt verdere onderzoeken omtrent de pathogenese en behandeling van DG noodzakelijk. De huidige behandelmethoden hebben het doel om de gastro-intestinale symptomen te verlichten alsook de nutritionele status van de patiënt te verbeteren. In de toekomst zal men, aan de hand van meer doelgerichte, oorzakelijke therapieën, de patiënt beter trachten te helpen om zo tegemoet te komen aan de verminderde levenskwaliteit. Dit onderstreept het belang van het zo goed mogelijk begrijpen van de exacte pathofysiologische mechanismen die leiden tot deze aandoening. 2

9 2. INLEIDING Gastroparese is een aandoening van het gastro-intestinale stelsel en kenmerkt zich door een vertraagde maaglediging zonder dat er sprake is van mechanische obstructie. Ondanks de lage prevalentie in de algemene bevolking, wordt deze aandoening vaker gezien in het kader van diabetes mellitus (DM), waarbij type-1 en type-2 diabetespatiënten respectievelijk 33 en 7,5 keer meer kans hebben op het ontwikkelen van gastroparese in vergelijking met de gezonde populatie.[18] Er zijn verschillende oorzaken van gastroparese bekend, waarvan idiopathische (IG), diabetische (DG), medicatie-gerelateerde en post-chirurgische gastroparese het meest prevalent zijn [3] en respectievelijk verantwoordelijk voor ongeveer 50%, 25%, 23% en 7% van de gevallen.[4] Opvallend hierbij is dat diabetische gastroparese zeer sterk significant geassocieerd is met een lagere overleving dan niet-diabetische gastroparese.[4] In deze scriptie zal worden toegespitst op diabetische gastroparese, één van de meest voorkomende vormen van gastroparese. Om deze reden zal de aandoening DM ook kort besproken worden: DM is een status van chronische hyperglycemie te wijten aan relatieve insulinedeficiëntie, resistentie of beiden. De criteria voor DM zoals vastgelegd door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) betreffen een nuchtere plasmaglucose van > 7.0 mmol/l (126 mg/dl) of een niet-nuchtere plasmaglucose van > 11,1 mmol/l (200 mg/dl) en dit na herhaalde metingen. Volgens de Internationale Diabetes Federatie (IDF) leden in miljoen mensen wereldwijd aan DM.[5] Diabetes is daarom een groot gezondheidsprobleem en brengt enorme kosten voor de maatschappij met zich mee. Meer nog, er is een opvallende toename in de prevalentie waarbij men een stijging tot 592 miljoen verwacht in het jaar Men maakt een onderscheid tussen diabetes type-1 (DM-1) en diabetes type-2 (DM-2). Bij type-1, ook wel juveniele DM genoemd, is er sprake van een auto-immuun aantasting van de eilandjes van Langerhans t.h.v. de pancreas, waarbij patiënten een deficiënte insulinesecretie ontwikkelen. DM-2 of ouderdomsdiabetes is frequent geassocieerd met obesitas en eerder gekenmerkt door een perifere insulineresistentie. In beide gevallen is er sprake van een status van hyperglycemie. Deze hyperglycemie leidt tot nietenzymatische glycering van diverse eiwitten en cellen en/of een ontoereikende metabolisatie van glucose met onvoldoende opregulatie van proteïne kinase C, nucleaire factor kappa B en de aldose reductase signaalweg. Op deze manier worden vrije zuurstofradicalen gevormd, met oxidatieve stress en schade tot gevolg. 3

10 Belangrijke complicaties van DM zijn (autonome) neuropathie, micro- en macro-angiopathie. Deze complicaties kunnen waarschijnlijk deels verklaard worden door de via hyperglycemie gegenereerde oxidatieve stress en kunnen mogelijk, via beïnvloeding van diverse mechanismen, bijdragen tot het ontstaan van diabetische gastroparese bij langdurige DM. Gastroparese is een weinig prevalente complicatie en treedt gewoonlijk pas op bij langdurige DM. Het zal dus meer voorkomen bij patiënten met reeds aanwezige chronische complicaties van DM.[6] Opvallend is dat de diagnose van gastroparese 4 maal meer bij vrouwen wordt gesteld. Deze trend wordt zowel gezien bij diabetische als bij idiopathische gastroparese, wat een verhoogde gevoeligheid bij vrouwen doet vermoeden. [4, 7] Het stellen van de diagnose van gastroparese kan op verschillende manieren gebeuren. Hierbij moet het belang van een gestandaardiseerd protocol onderstreept worden. Dit is tot op heden nog niet het geval maar is zeer belangrijk voor het vergelijkbaar maken van resultaten van verschillende studies. De huidige diagnostische referentietest is scintigrafie waarbij gebruik wordt gemaakt van het radioactief isotoop Tc99m en de maaglediging vervolgens wordt geëvalueerd met een gammacamera.[8, 9] Patiënten met gastroparese klagen vaak over abdominale pijn, braken, volheidsgevoel, snel verzadigingsgevoel, nausea en verlies van eetlust.[6] De milde vorm van diabetische gastroparese is zelden levensbedreigend maar heeft een belangrijke impact op de levenskwaliteit en dit zowel op emotioneel, sociaal, mentaal als lichamelijk vlak.[6] Er kunnen zich echter ook al dan niet levensbedreigende situaties voordoen door aspiratie van voedsel, door water- en electrolietenstoornissen en door verminderde opname van orale medicatie. Malnutritie kan ontstaan ten gevolge van een vertraagde absorptie van nutriënten en glucose ter hoogte van de dunne darm, maar kan ook deels te wijten zijn aan verminderde voedselinname ten gevolge van de klinische symptomen van gastroparese; het kan echter miskend worden bij DM-2, wegens het hogere startgewicht in deze patiëntengroep. Het aantal hospitalisaties van patiënten met diabetische gastroparese stijgt de laatste jaren in de Verenigde Staten, wat een grote economische kost met zich meebrengt.[4] Deze stijging is waarschijnlijk deels te wijten aan het toenemend aantal (her)ingrepen voor gastrische elektrische stimulatie (een therapeutische optie voor therapieresistente gastroparese), maar dit kan niet de enige oorzaak zijn. Ziekenhuisopnames van patiënten met diabetische gastroparese zijn kostelijker en van langere duur in vergelijking met andere opnames. Bij opname zijn patiënten met diabetische gastroparese vaak therapieresistent en bijgevolg kunnen ze lijden aan ernstige malnutritie en electrolietenstoornissen. Hierdoor is het 4

11 aanleggen van een sonde of zelfs parenterale voeding vereist. Bepaalde studies zien geen associatie tussen gastroparese en verhoogde mortaliteit.[9] Een recente grote cohorte-studie in Olmsted County in de Verenigde Staten zag echter wel een lagere 5-jaarsoverleving bij de groep met gastroparese in vergelijking met gezonde controles (figuur 1).[4] Ook stelt men een significant hogere mortaliteit vast bij de groep met diabetische gastroparese in vergelijking met idiopathische gastroparese.[4] Ondanks deze vaststelling blijven de meest frequente doodsoorzaken binnen de groep met gastroparese: cardiovasculaire ziekte (25%), respiratoir falen, maligniteiten, chronisch nierfalen en CVA. Zoals eerder vermeld, ziet men bij patiënten met diabetische gastroparese ook vaker complicaties gerelateerd aan DM, zoals cardiovasculaire ziekte, retinopathie en hypertensie.[6] Dit speelt uiteraard ook een rol in de slechtere prognose van deze patiëntengroep. We kunnen dus stellen dat de mortaliteit bij diabetische gastroparese waarschijnlijk gelijk is aan de controlepopulatie indien gecorrigeerd wordt voor comorbiditeiten zoals de samengaande complicaties van DM.[9] Figuur 1: Minnesota blanke populatie 2000: 5-jaarsoverleving van patiënten met gastroparese in vergelijking met patiënten zonder gastroparese (gecorrigeerd voor leeftijd en geslacht).[4] Bij elk van deze grafieken stellen de bovenste en onderste lijn respectievelijk de verwachte en waargenomen overleving voor. o Definite gastroparesis = vertraagde maaglediging en bovenste gastro-intestinale symptomen gedurende meer dan 3 maand. o Probable gastroparesis = bovenste gastro-intestinale symptomen + voedselretentie vastgesteld door endoscopie of maagscintigrafie. o Possible gastroparesis = enkel bovenste gastro-intestinale symptomen of enkel objectief aangetoonde vertraagde maaglediging. De pathofysiologie van diabetische gastroparese is niet exact gekend. Daar waar aanvankelijk gedacht werd aan autonome neuropathie, zijn er nu argumenten voor specifieke cellulaire dysfuncties. Wellicht is de pathofysiologie multifactorieel. De bedoeling van deze scriptie is om een literatuuroverzicht te geven over wat tot op heden gekend is omtrent de pathogenese en huidige behandeling van diabetische gastroparese. Verder zal er worden toegespitst op nieuwe inzichten in de pathofysiologie en ontwikkelingen in de behandeling. 5

12 3. METHODOLOGIE Voor het schrijven van deze scriptie werden verschillende bronnen geraadpleegd. Ter voorbereiding van de literatuurstudie werd gebruik gemaakt van het studieboek Clinical Medicine 7th edition door Kumar and Clark [10] om meer informatie te bekomen omtrent DM. De cursus farmacologie gedoceerd door professor R. Lefebvre in de 3 e bachelor werd eveneens geraadpleegd. Verder werd het deel gastro-intestinale fysiologie, gedoceerd door professor R. Lefebvre tijdens het blok gastro-intestinaal stelsel uit de 2 e bachelor, gebruikt om de kennis omtrent de normale maagmotiliteit op te frissen.[11] Ook werd beroep gedaan op het boek inleiding tot de biomedische statistiek door de professoren De Moor Georges en Van Maele Georges voor de interpretatie van statistische resultaten.[12] Ten slotte werden twee artikelen, gepubliceerd in het Nederlands Tijdschrift voor Geneeskunde, gehanteerd ter evaluatie van de gebruikte systematische reviews.[13, 14] Artikelen voor de literatuurstudie werden op systematische wijze gezocht via de online databank Pubmed. De keuze uit de verschillende zoekresultaten werd telkens gemaakt op basis van het studietype (voorkeur voor Randomised Controlled Trials (RCT)), het publicatiejaar (voorkeur: recent), de taal (voorkeur: Engels), de grootte van de studiecohorte (grotere cohorte = meer studiepower), de studiepopulatie (mensen of dieren / DM-1 of DM-2) en de online beschikbaarheid van de artikelen. Een eerste oriëntering omtrent de pathogenese van diabetische gastroparese werd bekomen door het inbrengen van de zoektermen: diabetic gastroparesis AND pathogenesis. Hierbij werden 387 resultaten bekomen. Na het instellen van de filters English, ten years werden 3 artikelen en 2 reviews gekozen uit de resterende 163 resultaten. Vervolgens werden artikelen gezocht op een meer gerichte wijze, waarbij de zoektermen diabetic gastroparesis AND haem oxygenase 3 resultaten tot gevolg hadden. Deze artikelen werden geselecteerd. Bij ingave van Diabetic gastroparesis AND nitric oxide werden 22 resultaten bekomen waaruit ook een artikel werd gekozen. 3 andere artikelen werden bekomen via de zoekterm Diabetic gastroparesis nitric oxide synthase, wat 19 resultaten gaf. 2 andere artikelen werden gekozen uit de 10 resterende resultaten na instellen van de filter human. Bij het ingeven van de term diabetic gastroparesis AND Cajal, met filter human, werden 13 resultaten bekomen, waarvan 2 artikelen werden gekozen. Om een beter inzicht te krijgen in de rol van hyperglycemie werd vervolgens gezocht op de termen diabetic gastroparesis AND hyperglycemia, waarbij 2 artikelen werden geselecteerd uit de bekomen 51 resultaten. Ook werd meer informatie gezocht over de prevalentie en incidentie van gastroparese en dit via de zoektermen diabetic gastroparesis AND epidemiology, wat 47 resultaten tot gevolg had. Hierbij werden artikelen geselecteerd op basis van de grootte en 6

13 afkomst van de studiecohorte en de definiëring van diabetische gastroparese. Voor een overzicht van de huidige behandelmethoden van diabetische gastroparese werd geconcentreerd op de huidige farmacologische behandelingen. Ook hier werden artikelen gekozen op grond van de hierboven vermelde criteria. Soms moest met oudere artikelen gewerkt worden, aangezien geen recente literatuur beschikbaar was. Meer informatie werd bekomen op een gerichte wijze waarbij eerst de zoektermen diabetic gastroparesis AND erythromycin werden ingegeven, met behulp van de filters Randomised Controlled Trial en Controlled Trial. Hierbij werden 16 resultaten bekomen, waaruit 3 artikelen werden geselecteerd. Via de zoektermen Diabetic gastroparesis domperidon met dezelfde filters werden 12 resultaten bekomen en 2 artikelen gekozen. De voorkeur werd hier gegeven aan vergelijkende studies tussen domperidon en metoclopramide en anderzijds een RCT die de behandeling met domperidon bij diabetische gastroparese bestudeert. Diabetic gastroparesis AND gastric electrical stimulation met filters RCT en RT gaf 6 resultaten waaruit 1 artikel werd gekozen. De overige artikelen werden bekomen via de referenties van gelezen artikelen. Voor het schrijven van de scriptie werd gewerkt met Microsoft Office Word 2010 en het referentieprogramma Endnote RESULTATEN 4.1 EPIDEMIOLOGIE In deze sectie wordt eerst dieper ingegaan op de epidemiologie van DM en gastroparese om dan uiteindelijk te focussen op de epidemiologie van diabetische gastroparese. Hierbij stuit men vaak op beperkte studies met onvoldoende onderscheidingsvermogen (power) alsook op het probleem van de afwezigheid van een uniforme definitie van diabetische gastroparese. Ook een aantal andere moeilijkheden in het bepalen van de prevalentie van diabetische gastroparese worden in deze sectie besproken. Volgens recente gegevens van de IDF waren op 1 januari 2013 wereldwijd 382 miljoen mensen gekend met DM.[5] Hierbij zou meer dan 80% van de sterfgevallen ten gevolge van de ziekte en zijn complicaties zich voordoen in landen met een laag tot middelmatig inkomen. De Vlaamse Diabetes Vereniging (VDV) schat dat 8,5% van de volwassen Europese bevolking aan DM lijdt.[15] In 85-90% van de gevallen betreft het DM-2. De prevalentie van DM-2 stijgt met de leeftijd en men ziet significant meer gevallen van DM-2 in families met lagere socio-economische status of een andere etniciteit. Volgens de VDV [15] zijn de 7

14 Belgische cijfers omtrent DM onvolledig; er wordt geschat dat ongeveer 8% van de Belgische bevolking aan DM lijdt. Recente cijfers van de IDF [5] schatten de Belgische prevalentie echter lager met 6,8%. Dit kan te wijten zijn aan het grote aantal ongediagnosticeerde gevallen. Naast de wel gediagnosticeerde gevallen, is er ook een aanzienlijk deel van de bevolking met een gestoorde glucose-tolerantie. Volgens de IDF en de VDV zou dit respectievelijk 8,1% en 6,5% van de Belgische bevolking betreffen. Hierbij is er een verstoorde insuline-respons op een orale glucosebelasting, waardoor de aanwezige insuline ontoereikend is om verhoogde bloedglucosewaarden tot een normaal niveau te herleiden. De referentiewaarden voor de diagnose van DM worden echter niet bereikt. Deze groep heeft op korte termijn echter wel een verhoogd risico op het ontwikkelen van DM-2. Ondanks de onduidelijkheid omtrent de ware prevalentie van DM, kunnen we besluiten dat problemen in het metabolisme van glucose een aanzienlijk deel van de populatie treffen, aangezien zowel de VDF als de VDV een totaalpercentage van ongeveer 14,5% vaststellen (DM en gestoorde tolerantie samen). Wanneer we vervolgens specifiëren naar diabetische gastroparese valt de schaarsheid aan studies op. Daarnaast wordt men geconfronteerd met een aantal moeilijkheden in het bepalen van deze epidemiologische gegevens: Een eerste probleem is het feit dat niet alle patiënten met gastroparese hiervoor toenadering zoeken tot de gezondheidzorg, wat kan leiden tot een onderschatting van de prevalentie.[4] Ten tweede zijn de studies vaak beperkt in grootte of worden ze gedaan in tertiaire centra, waar de studiepopulatie van diabetespatiënten geen juiste representatie is van de ware populatie. Dit heeft een overschatting van de prevalentie tot gevolg, aangezien het om een geselecteerde populatie gaat die de arts consulteert en dus meer kans heeft op klinische symptomen en gastroparese.[16] Zo wordt diabetische gastroparese gezien bij 30-60% van de diabetespatiënten in tertiaire centra.[16] Een derde probleem is het ontbreken van een uniforme definitie van diabetische gastroparese. In het verleden werd de prevalentie van gastroparese vaak geschat aan de hand van het voorkomen van klinisch gerelateerde symptomen, wat niet representatief bleek te zijn, aangezien bovenste gastro-intestinale symptomen niet noodzakelijk de aanwezigheid van gastroparese impliceren.[17, 18] Dit kan leiden tot een overschatting van de prevalentie. Het omgekeerde geldt ook: diabetische patiënten met gastroparese kunnen ook asymptomatisch zijn.[17] Men kan gastroparese aldus niet definiëren als vertraagde maaglediging op zich, aangezien ook andere oorzaken, zoals mechanische obstructie, aan de oorsprong kunnen liggen. Dit onderstreept de nood aan een 8

15 universele definitie, wat van belang is om de resultaten van verschillende studies te kunnen vergelijken. Jung et al. voerden een grote epidemiologische studie in Olmsted County en deden daarbij beroep op de resultaten van het Rochester Epidemiology Project. Men definieert absolute gastroparese hierbij als: 1) vertraagde maaglediging en dit objectief vastgesteld door scintigrafie én 2) aanwezigheid van symptomen gedurende meer dan 3 maand.[4] Deze symptomen kunnen bestaan uit nausea, braken, vroeg verzadigingsgevoel, opgeblazen gevoel, epigastrische pijn of andere bovenste gastro-intestinale symptomen. Wanneer er sprake is van objectief vastgestelde vertraagde maaglediging zonder symptomen ofwel van symptomen alleen, spreekt men van mogelijk gastroparese.[4] Aangezien in deze studie 90% van de studiepopulatie blank was en de demografische eigenschappen gelijkaardig waren aan de algemene blanke populatie in de Verenigde Staten, kon men de resultaten extrapoleren naar de blanke populatie van de Verenigde Staten in het jaar De data zijn om deze reden ook toepasbaar op Europa. Hierbij werd de diagnose van gastroparese gesteld bij 24,2 op inwoners (0,024%) en waren vrouwelijke en mannelijke prevalenties respectievelijk 37,8 en 9,6 per personen (0,0378 en 0,0096%). De overeenkomstige jaarlijkse incidentie was 9,8 en 2,4 per persoonsjaren (dit is 0,0098% en 0,0024%). Wanneer men kijkt binnen de diabetespopulatie, stelt men vast dat de 10-jaar cumulatieve incidentie van diabetische gastroparese tussen 1996 en 2006 bij DM-1 4,8% was en voor DM-2 1%. Bij de nietdiabetische controlepopulatie is dit 0,1%. Een andere grote cohorte-studie uit Olmsted County uit dezelfde tijdsperiode als de studie van Jung et al. ( ) maakte eveneens gebruik van het Rochester Epidemiology project en paste hierop eigen criteria toe voor verdere bepalingen. Men kwam tot gelijkaardige resultaten wat betreft de incidentie en prevalentie van diabetische gastroparese en vond dat, na correctie voor leeftijd en geslacht, type-1 diabetespatiënten 33 keer meer risico hebben op het ontwikkelen van gastroparese in vergelijking met controles en 4 keer meer in vergelijking met type-2 patiënten.[16] Voor type- 2 patiënten is dit 7,5 keer t.o.v. controles. Aangezien 85-90% van de diabetespatiënten lijdt aan DM-2 en er vooral een stijging in prevalentie van DM-2 is, kunnen we, ondanks de hogere incidentie bij DM-1, besluiten dat de patiëntenpopulatie met diabetische gastroparese vooral uit DM-2 zal bestaan. De studie van Jung et al. stelt een stijging in incidentie van gastroparese vast tussen in vergelijking met [4] Deze toename kan te wijten zijn aan de stijgende incidentie van DM, alsook aan de vooruitgang in accuraatheid van diagnose van gastroparese 9

16 en de oppuntstelling van de criteria. De incidentie van gastroparese stijgt ook met de leeftijd (figuur 2).[4] Hierbij ziet men een significante stijging met een piekincidentie bij patiënten ouder dan 60j. Figuur 2: Incidentie van gastroparese in Olmsted County, Minnesota gecorrigeerd voor leeftijd.( ) [4] o Definite gastroparesis= vertraagde maaglediging en bovenste gastro-intestinale symptomen gedurende meer dan 3 maand. o Probable gastroparesis= bovenste gastrointestinale symptomen + voedselretentie vastgesteld door endoscopie of maagscintigrafie o Possible gastroparesis= enkel bovenste gastro-intestinale symptomen of enkel objectief aangetoonde vertraagde maaglediging. Typisch ontwikkelt de vertraagde maaglediging zich pas na 10 jaar diabetesduur.[16] De diagnose wordt 4 maal meer bij vrouwen gesteld in vergelijking met mannen.[4, 16, 19] Dit suggereert de rol van vrouwelijke geslachtshormonen, wat ondersteund wordt door de vaststelling dat zwangere vrouwen, premenopauzale vrouwen onder orale contraceptie en postmenopauzale vrouwen onder hormonale substitutietherapie vaker een reversibele vertraagde maaglediging ontwikkelen.[7] Men mag echter niet uit het oog verliezen dat er een verschil is in health care seeking behaviour, waarbij vrouwen sneller een arts zullen raadplegen in vergelijking met mannen, waarbij dus mogelijk meer vrouwen in klinische studies worden geïncludeerd.[4] 4.2 SYMPTOMEN De klinische symptomen bij diabetische gastroparese worden meestal geëvalueerd aan de hand van vragenlijsten zoals the Gastroparesis Cardinal Symptom Index (GCSI). Aan de hand van deze vragenlijst worden symptomen zoals nausea, braken, volheidsgevoel, verlies 10

17 van eetlust, abdominale opzetting en onvermogen tot beëindigen van de maaltijd bevraagd, waarbij patiënten elk symptoom moeten scoren tussen nul (afwezigheid van het symptoom) en zes (symptoom is maximaal aanwezig). In het algemeen blijken 5-18% van de diabetespatiënten bovenste gastro-intestinale symptomen te hebben.[6, 17] Zoals eerder aangegeven impliceert dit niet dat deze patiënt ook daadwerkelijk een vertraagde maaglediging heeft.[20-23] Verschillende mechanismen, zoals viscerale hypersensitiviteit, kunnen hierbij een rol spelen waardoor patiënten een grotere gewaarwording hebben. Dit blijkt onder andere uit een studie die symptomen van gastroparese vaststelde in 10% van de studiecohorte met DM-1, terwijl van deze 10% slechts 1 op 10 voordien gediagnosticeerd was met gastroparese.[17] Daartegenover kunnen patiënten met gastroparese ook asymptomatisch zijn. Dit wordt voornamelijk toegeschreven aan afferente vagale neuropathie, waarbij de patiënt een verminderde gewaarwording zou hebben. De voorgaande vaststellingen onderstrepen het belang van het stellen van een objectieve diagnose van vertraagde maaglediging bij een (a)symptomatische patiënt, aangezien dit in grote mate de therapeutische aanpak bepaalt. De huidige behandelingsmethoden bestaan immers vooral uit gastroprokinetica en kunnen uiteraard niet gegeven worden wanneer de patiënt bijvoorbeeld een versnelde maaglediging heeft. Dit terwijl het bij patiënten met een objectief vastgestelde vertraagde maaglediging wel voor een belangrijke verbetering van de symptomen kan zorgen.[24] In de eerder geciteerde grote cohorte-studie in Olmsted County werd onderzoek gedaan naar de meest voorkomende symptomen bij patiënten met diabetische gastroparese.[4] Hierbij vermelden patiënten voornamelijk nausea en braken (bij 73% en 53% van de patiënten respectievelijk), gevolgd door abdominale pijn, abdominaal zwellingsgevoel, gewichtsverlies, postprandiaal volheidsgevoel en uiteindelijk vroeg verzadigingsgevoel.[4] Andere studies daarentegen, beweren dat volheidsgevoel en abdominale pijn beter correleren met vertraagde maaglediging.[6] Dagelijks braken wordt enkel gezien bij ernstige vormen van diabetische gastroparese. Een grote studie die de efficaciteit van domperidon bij gastroparese onderzocht, stelde vast dat meer dan de helft van de patiënten met gastroparese klaagt over een abdominaal volheidsgevoel.[18] Wanneer de patiënten gevraagd werden naar de ernst van hun symptomen, bleek vooral abdominaal volheidsgevoel een grote invloed op het dagelijks functioneren te hebben, gevolgd door vroege verzadiging en abdominale pijn. Diabetische gastroparese kan gepaard gaan met een belangrijke morbiditeit ten gevolge van de eerder vermelde symptomen, maar ook verminderde glycemische controle en malnutritie 11

18 kunnen optreden.[20] Diabetespatiënten onder insulinetherapie zijn gevoeliger voor episodes van hypoglycemie, al dan niet in de hand gewerkt door fysieke activiteit. Ten gevolge van de vertraagde maaglediging worden glucose en voedingsstoffen pas in een later stadium geabsorbeerd ter hoogte van de darm, wat kan leiden tot episodes van onverklaarde postprandiale hypoglycemie. Er is dus een verminderde postprandiale glucose-opname terwijl de patiënt onderhevig blijft aan de glycemieverlagende effecten van de insuline-injectie. Deze hypoglycemische episodes kunnen echter de enige klinische manifestatie zijn bij patiënten met een milde vorm van diabetische gastroparese. Uit deze vaststellingen kunnen we besluiten dat, ondanks de lage prevalentie van diabetische gastroparese, deze gepaard kan gaan met een sterk verhoogde morbiditeit. 4.3 DIAGNOSE Bij het stellen van de diagnose van vertraagde maaglediging, is het essentieel om oorzaken zoals mechanische obstructie uit te sluiten.[9] Ook moet men de aanwezigheid van een versnelde maaglediging uitsluiten, aangezien dit dezelfde symptomatologie kan geven, maar een andere therapeutische aanpak vergt.[8] Ten slotte is het ook belangrijk om de aanwezigheid van eventuele hyperglycemie te corrigeren, aangezien dit op zich de maaglediging vertraagt.[8] De twee essentiële onderzoeken nodig voor het stellen van de diagnose van gastroparese zijn enerzijds een endoscopisch onderzoek waarbij men de slokdarm en de maag kan evalueren, en anderzijds een meting van de maaglediging, doorgaans via scintigrafie. Het endoscopisch onderzoek gaat de scintigrafie vooraf en is essentieel om eventuele oorzaken zoals mechanische obstructie ten gevolge van carcinoma, stricturen of andere uit te sluiten. Wanneer dit onderzoek negatief is, wordt het gevolgd door een maagledigingstest. Het meest accurate en betrouwbaar onderzoek hiervoor is scintigrafie. Andere onderzoeken, zoals ademtests of medische beeldvorming, kunnen aanvullend gedaan worden. Scintigrafie wordt uitgevoerd na inname van een (vaste) gestandaardiseerde testmaaltijd door de patiënt. De testmaaltijd wordt gemerkt met een radioactief isotoop waarbij men meestal gebruik maakt van 99mTC. Vervolgens wordt de radioactiviteit t.h.v. de maag gemeten met behulp van een gammacamera, waarbij aangeraden wordt om de metingen gedurende 4 uur aan te houden.[8, 9] In de praktijk is dit echter meestal beperkt tot minuten. Een retentie van meer dan 10% na 4 uur wordt als abnormaal beschouwd.[9] 12

19 Een andere diagnostische methode is een ademtest waarbij men de residuele maaginhoud schat met behulp van een C13-gelabelde testmaaltijd. Na passage door de maag, wordt het C13 opgenomen t.h.v. de dunne darm en bereikt het de lever voor metabolisatie, waarna het via de longen wordt uitgeademd. De curve van uitgeademd C-13 is, aangezien het snel geabsorbeerd wordt eenmaal het de dundarm bereikt, gecorreleerd aan de snelheid van de maaglediging. C13 is niet radioactief en bijgevolg vrij van stralingsbelasting. Een ander potentieel onderzoek is manometrie. Hierbij worden drukken in de verscheidene maagregio s geregistreerd, alsook de antroduodenale contractiliteit en de coördinatie en aanwezigheid van het MMC(=migrerend motorisch complex). Bij het uitvoeren van manometrie bij patiënten met gastroparese wordt, volgens een artikel uit het Nederlands Tijdschrift van Geneeskunde [25], vaker antrale hypomotiliteit, pylorusspasmen en een toename van de duur van het interdigestief MMC vastgesteld. Het invasieve karakter van dit onderzoek maakt echter dat het enkel wordt uitgevoerd op specifieke indicaties en in gespecialiseerde onderzoekscentra. Verder kan beroep gedaan worden op ultrasonografie voor de evaluatie van de maaglediging. Dit onderzoek is niet-invasief, goedkoop, vrij van stralingsbelasting en gemakkelijk te herhalen maar is echter sterk operator-afhankelijk en moeilijker uit te voeren bij obese patiënten (een frequent geziene conditie bij DM-2). Ten slotte wordt het gebruik van videocapsules beschreven. Hierbij is het mogelijk om zowel de ph, de druk, de temperatuur als maaglediging tegelijkertijd te analyseren.[8] 4.4 PATHOFYSIOLOGIE In deze sectie van de scriptie wordt eerst de fysiologie van de normale maaglediging besproken. Vervolgens wordt wat dieper ingegaan op de functie van de hoofdrolspelers in de maagmotiliteit. Hierna volgt een overzicht van wat er in de huidige literatuur bekend is omtrent de pathogenese van diabetische gastroparese in een poging om een antwoord te formuleren op vragen als: hoever staat het wetenschappelijk onderzoek omtrent de pathogenese van diabetische gastroparese en zijn de resultaten van de verschillende studies eenduidig?, is er slechts één factor die meespeelt of zijn er meerdere factoren en hoe worden de klinische symptomen verklaard? Telkens worden de verschillende cellen en enzymen die een rol spelen in de maaglediging besproken en wordt een verband gelegd met hun potentiële rol in het ziekteproces. 13

20 4.4.1 FYSIOLOGIE VAN DE NORMALE MAAGLEDIGING [11] De maag bij mens en dier kan opgedeeld worden in verschillende delen, waarbij we van proximaal naar distaal de fundus, de cardia, het maagcorpus, het antrum en de pylorus onderscheiden (figuur 3a). a b Figuur 3: (a, links) delen van de maag [26] en (b, rechts) receptieve relaxatie en ringvormige contracties bij voedselinname [27]. Een goede maaglediging vereist een optimale samenwerking tussen de verschillende delen. De fundus en het proximale corpus zijn functioneel als reservoir voor het voedsel dat de maag binnenkomt via de cardia. Hierbij ontvangen de lage oesofagale sfincter (LES) en proximale maag via een reflexmechanisme signalen tijdens passage van voedsel langs de farynx, waardoor deze relaxeren. Deze reflex wordt ook de receptieve relaxatie genoemd. Het betreft een vago-vagale reflex en resulteert in NANC (non-adrenerge non-cholinerge) neurotransmissie met vrijstelling van NO en vasoactief intestinaal peptide (VIP), wat relaxatie van gladde spieren tot gevolg heeft. Hierdoor kan de maag gemakkelijk één à twee liter voedsel opslaan zonder dat de persoon een spanningsgevoel waarneemt (figuur 3b). Deze reflex vereist een intacte vagale innervatie van de maag. Het enzym nnos of neuronaal stikstofmonoxide synthase is aanwezig in de nitrerge enterische neuronen en is verantwoordelijk voor de productie van NO. Naast de hierboven beschreven receptieve relaxatie, speelt het ook een essentiële rol in de relaxatie van de pylorussfincter, wat lediging van de maag mogelijk maakt. Uit onderzoek blijkt NO één van de belangrijkste inhibitoire neurotransmitters van de gastro-intestinale tractus te zijn. Daarnaast blijkt NO ook een antioxidatief effect te hebben, waarbij het de maag beschermt in geval van verhoogde oxidatieve stress zoals een acute stijging van de bloedsuikerspiegel.[6, 28] Het distale deel van de maag (midden en distale corpus, antrum) bevat een dikkere spierlaag dan het proximale deel en is verantwoordelijk voor de mechanische verkleining van de maaginhoud en de propulsie ervan richting duodenum. In de spierlagen van dit deel zorgen de 14

21 ICC s voor een automatische fluctuatie van de membraanpotentiaal van de spiercellen, waarbij de negatieve rustpotentiaal telkens wat minder negatief wordt (depolarisatie). Dit wordt ook het basaal elektrisch ritme of slow waves genoemd en geeft op zich geen aanleiding tot contractie. Enkel wanneer zich actiepotentialen bovenop de slow waves enten, bijvoorbeeld bij voedselinname, zal de spierlaag contraheren en peristaltische bewegingen tot gevolg hebben. De contracties migreren aboraal en nemen toe op vlak van kracht en snelheid naar de pylorus toe. Dit vereist een goede antro-pyloro-bulbaire coördinatie, waarbij de pylorus pas opent tijdens de 2 e helft van de antrale contractie. Op die manier wordt slechts een kleine hoeveelheid maaginhoud met voldoende kleine stukjes verder gestuwd richting duodenum en wordt de overige maaginhoud terug gestoten, waarna de cyclus herbegint. Verschillende factoren zoals peptiden, aminozuren en vooral vetten vertragen de maaglediging. Ook een lage ph, hyperosmolariteit en een acute verhoging van de bloedsuikerspiegel zorgen voor een vertraging van de maagmotiliteit.[29] Dit impliceert een intacte feedback vanuit onder andere het duodenum en dit via diverse osmo- en chemoreceptoren. Deze feedback is waarschijnlijk zowel neuronaal als humoraal gemedieerd. In rust of nuchtere toestand start ongeveer elke 90 à 120 minuten in de maag en de dunne darm een fenomeen, gekend als het migrerend motorisch complex. Deze activiteit migreert aboraal en bestaat t.h.v. een gegeven zone uit cycli van telkens 3 fases: een fase zonder contracties (ongeveer 60 min), een fase met onregelmatige contracties (ongeveer 20 minuten) en een fase met regelmatige contracties (ongeveer 20 minuten). Deze MMC s komen, zoals hierboven beschreven, tot stand doordat er zich bovenop de slow waves actiepotentialen enten, wat aanleiding geeft tot contracties. De functie van dit MMC is de maag ontdoen van resterende inhoud. Bij voedselinname wordt het MMC onmiddellijk onderbroken en vervangen door peristaltische contracties. De motiliteit en secretie van het gastro-intestinale stelsel worden in belangrijke mate gecontroleerd door de enterische neuronen t.h.v. de submucosale plexus van Meissner en de myenterische plexus van Auerbach (deze laatste is gelegen tussen de circulaire en longitudinale spierlaag). Aangezien de plexus van Meissner dichtbij het maaglumen gelokaliseerd is, is deze voornamelijk verantwoordelijk voor de parasympatisch gemedieerde gastrische secreties. De plexus van Auerbach is zeer nauw geassocieerd met de twee spierlagen, waarbij ze vooral een rol speelt in de reflex gemedieerde peristaltische contracties en dit onafhankelijk van extrinsieke bezenuwing. Naast de reflex-gemedieerde contracties en secreties is er echter ook sprake van extrinsieke controle door het para- en orthosympatische 15

22 zenuwstelsel. Parasympatische preganglionaire neuronen innerveren de maagwand. Hierbij stellen ze acetylcholine vrij, wat vervolgens aangrijpt op de nicotinereceptoren van nitrerge en/of enterische (cholinerge) vezels. Deze vezels op zich relaxeren of stimuleren respectievelijk de gladde spiercellen. Daarnaast kunnen zij ook eindigen op de ICC s (zie verder). In normale omstandigheden zorgt de nervus vagus bij voedselinname voor een toename van secreties en contractiliteit t.h.v. de maagregio via doorgaans cholinerge neurotransmissie.[11] Wanneer nodig is er ook een toename van de niet-adrenerge nietcholinerge (NANC) neurotransmissie en de daarop volgende relaxatie t.h.v. de proximale maag en de LES, aangezien de parasympaticus ook zorgt voor cholinerge excitatie van inhiberende motorneuronen, die in belangrijke mate nitrerg zijn. Dit heeft vooral een anticiperende rol tijdens voedselinname, waarbij de receptieve relaxatie en gastro-intestinale secreties reeds toenemen voordat het voedsel de maag bereikt heeft (zie eerder). Ter illustratie: vagotomie geeft aanleiding tot een versnelde maaglediging van vloeistoffen, aangezien de NANC relaxatie gestoord is en de intragastrische druk toeneemt. Daarnaast zorgt het voor een vertraagde maaglediging voor vast voedsel, wegens de verstoorde excitatoire bezenuwing van de maag met vermindering van antrale contracties.[11] Het volledige mechanisme van de maaglediging is complex en steunt op de intactheid van diverse componenten, zoals de extrinsieke innervatie, intrinsieke innervatie, de gladde spiercellen en de ICC s. Deze componenten spelen een belangrijke rol in de gastro-intestinale motiliteit en kunnen, bij een defect, mede aan de oorzaak liggen van een vertraagde maaglediging. ICC s zijn mesenchymale cellen en bevinden zich in de myenterische zenuwplexus (ICC-MY) alsook in de verschillende spierlagen van de maag (ICC-IM). o De multipolaire ICC-MY vormen een tweedimensionaal netwerk in corpus en antrum van de maag, waarbij ze vooral voorkomen t.h.v. de grote curvatuur.[30] Ze zijn, zoals eerder vermeld, essentieel in het genereren van de zogenaamde slow waves, wat belangrijk is voor de maagmotiliteit in nuchtere toestand en bij voedselinname. ICC- MY zijn verbonden met elkaar via gap juncties en zo verantwoordelijk voor de propagatie van de slow-waves, die geleid worden van corpus naar de pylorus toe. De anterograde propagatie wordt verzekerd doordat de dominante pacemakers zich t.h.v. het proximale corpus bevinden. Hierbij kan men zich inbeelden dat de intactheid van de netwerken van ICC s van groot belang is. 16

23 o De spoelvormige ICC-IM zijn te vinden in de spierlagen van fundus, corpus en antrum alsook in de sfincters t.h.v. de oesophagus en de pylorus. Ze zijn verbonden met de gladde spiercellen via gap juncties. ICC s in de circulaire spierlaag van het maagcorpus zijn voornamelijk proximaal aanwezig en in mindere mate distaal, terwijl ICC s in de longitudinale spierlaag enkel voorkomen t.h.v. de kleine curvatuur van het corpus.[30] Dit laatste kan ervoor zorgen dat een verlies van ICC s t.h.v. de longitudinale spierlaag gemist wordt ten gevolge van een steekproeffout (sampling error). ICC-IM blijken een rol te spelen in de vagale mechanoreceptie, waarbij ze afferente signalen doorgeven bij passieve uitzetting van de maag. Dit heeft compensatoire efferente signalisatie tot gevolg, met verhoogde antrale motiliteit en receptieve relaxatie. Daarnaast spelen ICC-IM ook een belangrijke rol in de regulatie van de excitatoire en inhibitoire neurotransmissie tussen neuronen en gladde spiercellen. Bij cholinerge stimulatie kunnen ze tijdelijk de rol van dominante pacemakers overnemen, aangezien ze de slow waves van ICC-MY overtreffen.[31] Expressie van ICC s wordt meestal bepaald d.m.v. immunologische technieken, waarbij fluorescente monoclonale antilichamen tegen c-kit, een tyrosine kinase receptor aanwezig op het membraan, worden gebruikt en nadien in beeld gebracht worden via lichtmicroscopie. Deze nuttige techniek heeft echter het nadeel dat enkel kwantitatieve analyses gedaan kunnen worden. Daarom wordt de expressie van ICC s ook toenemend bestudeerd aan de hand van elektronenmicroscopie, waarbij men morfologische veranderingen en meer subtiele laesies in beeld kan brengen PATHOFYSIOLOGIE VAN DIABETISCHE GASTROPARESE INLEIDING Het onderzoek naar de ontstaansmechanismen van diabetische gastroparese staat nog in zijn kinderschoenen. Bijgevolg zijn de studies omtrent de pathofysiologie en cellulaire mechanismen van diabetische gastroparese beperkt. Waar men vroeger vertraagde maaglediging toeschreef aan diabetische neuropathie, wijzen recente bevindingen meer en meer op specifieke dysfuncties zoals verlies van ICC s, verminderde nitrerge relaxatie en falen van opregulatie van haem oxygenase. Dierlijke studies wijzen vooral op een verlies van de ICC s en een verlies van nnos.[22, 28, 32] Daarnaast wordt ook een myenterisch inflammatoir infiltraat [33], fibrose en een verlies van enterische zenuwen, gladde spiercellen [34] en ganglioncellen vermeld. Sommige dierlijke studies vinden een duidelijke atrofie van de gladde spiercel [34], terwijl dit in menselijke studies niet wordt gevonden.[35, 36] 17

24 Menselijke studies zijn vooral beperkt door de moeilijkheid van het verkrijgen van adequate biopsieën voor histologisch onderzoek. Het nemen van een biopt is immers een invasieve handeling die gepaard gaat met risico op morbiditeit en complicaties. Biopsieën kunnen reeds genomen worden door middel van minimaal invasieve endoscopische technieken, maar verder onderzoek zal uitwijzen of deze biopsieën adequaat genoeg zijn voor onderzoek. Ook is er sprake van inhomogene aantasting van de zenuwnetwerken, waarbij sampling error kan voorkomen. Een ander probleem is de beperkte power ten gevolge van een kleine studiepopulatie.[1, 35, 36] Menselijke studies vinden vooral een aantasting van de ICC s alsook een inflammatoir immuuninfiltraat in de myenterische plexus.[1, 35, 36] In mindere mate wordt ook een verandering in het bindweefsel, nnos en de gladde spiercellen gezien.[1, 35] Bepaalde studies zien een verlies van enterische neuronen maar dit verlies is kleiner dan oorspronkelijk gedacht.[1] Dit wordt ondersteund door de waarneming dat verlies van enterische neuronen niet correleert met de gastrische retentie of klinische symptomen.[1] Er wordt, na kwantificatie, geen statistisch significante veranderingen in nnos, VIP of substantie P gezien bij patiënten met diabetische gastroparese.[36] Ook de kwantificatie van gliacellen en extrinsieke innervatie blijkt onveranderd. Via elektronenmicroscopisch onderzoek worden meer en meer morfologische aantastingen gezien van residuele ICC s en enterische neuronen alsook fibrose rond ICC s en gladde spiercellen. Dit impliceert dat niet alleen de kwantiteit, maar ook de veranderde functionaliteit van cellen en enzymen een belangrijke rol speelt in de pathogenese van diabetische gastroparese. Zoals eerder beschreven, zou een verstoorde receptieve relaxatie en bijgevolg verhoogde intragastrische tonus, eerder een versnelde lediging voor vloeistoffen doen vermoeden. Vaak wordt hier toch een vertraagde maaglediging gezien. Dit kan enerzijds toegeschreven worden aan een verstoorde nitrerge input t.h.v. de pylorus met onvoldoende relaxatie tot gevolg en anderzijds aan een verstoorde excitatoire input t.h.v. de maag, waarbij de drukken nodig voor de maaglediging niet adequaat oplopen. Het laatste wordt ook ondersteund door het feit dat diabetespatiënten een verminderde basale intragastrische tonus hebben, wat dus waarschijnlijk te wijten is aan de verstoorde vagale cholinerge input.[31, 37] Diabetische gastroparese is echter voornamelijk gekenmerkt door vertraagde maaglediging voor vaste stoffen. Hier ligt voornamelijk antrale hypomotiliteit aan de basis. De verminderde contractiliteit van de gastrische gladde spiercellen kan het gevolg zijn van schade aan verschillende organismen. 18

25 Hieronder worden de verschillende mogelijke spelers in de pathogenese van diabetische gastroparese gestructureerd besproken AUTONOME NEUROPATHIE Lang werd aangenomen dat autonome neuropathie, een complicatie van langdurige DM, aan de basis lag van gastroparese. Nieuwe inzichten in de pathogenese van diabetische gastroparese tonen aan dat dit mogelijk kan bijdragen tot het ontstaan van het ziektebeeld, maar dat ongetwijfeld ook andere mechanismen een rol spelen. Het aanwezig zijn van autonome neuropathie staat aldus niet garant voor het ontstaan van een vertraagde maaglediging. Bij autonome neuropathie kan de nervus vagus aangetast worden o.a. door demyelinatie, wat een verminderde signaalfunctie tot gevolg heeft. Een studie die de vagale integriteit bij diabetische patiënten onderzocht [38], evalueerde het effect van de cephalische fase van voedselinname (smaken, ruiken en kauwen, niet slikken) op de vrijstelling van pancreatische polypeptiden alsook van ghreline in het bloed. Bij niet-diabetische controles zag men een vrijstelling van pancreatische polypeptiden alsook van ghreline, met toename van de maagmotiliteit, maagzuursecretie en pancreassapsecretie. In normale omstandigheden wordt ghreline preprandiaal en voornamelijk tijdens de cephalische periode vrijgesteld vanuit de maagfundus en zorgt het via een vagaal afferente signaalweg naar de hersenen voor een toename van de eetlust. Daarnaast blijkt het ook te zorgen voor toegenomen contractiliteit van de maag via een vagaal efferente signaalweg. De vrijstelling van ghreline en pancreatische enzymen wijst op een intacte vagale functie, aangezien deze hormonen worden vrijgesteld bij afwezigheid van voedsel in de maag. Bij diabetische gastroparese bleek de pancreatische respons echter afwezig te zijn tijdens de cephalische fase en minimaal tijdens voedselinname.[38] Deze vaststellingen maken vagale aantasting bij DM waarschijnlijk. Ook de ghrelinerespons tijdens de cephalische fase blijkt significant minder groot te zijn bij diabetische patiënten in vergelijking met niet diabetische controles. Dit kan mogelijk mede aan de basis liggen van een verminderde maagcontractiliteit (niveau van de maag) en vroege verzadiging (niveau van de hersenen). Opvallend hierbij is dat de pancreatische respons, alsook de ghrelinerespons echter niet significant verlaagd is bij idiopathische gastroparese in vergelijking met niet-diabetische controles. Integendeel, in deze groep werd een gelijkaardige stijging gezien in vergelijking met niet-diabetische controles. Dit maakt de rol van vagale neuropathie in de pathogenese van gastroparese dubieus, aangezien bij patiënten met idiopathische gastroparese er dus geen vagale neuropathie aanwezig is maar toch een 19

26 vertraagde maaglediging. Diabetespatiënten kunnen dus lijden aan neuropathie maar waarschijnlijk is de rol hiervan beperkt in de pathogenese van gastroparese. Een studie door Wang et al. toont geen afname van parasympatisch efferente neuronen t.h.v. de vagale motor nuclei in de hersenen, wat hierbij aansluit.[22] Neuropathie als complicatie van DM blijkt sterk afhankelijk te zijn van de glycemische controle en is mogelijk omkeerbaar bij adequate controle van de glycemie.[10] Dit geldt voornamelijk voor de sensibele vorm. Dit terwijl gastroparese meestal persisteert na initiatie ervan en dit onafhankelijk van glycemische controle. Dit impliceert de bijdrage van andere factoren dan autonome neuropathie in de pathogenese van diabetische gastroparese, zoals: o Aantasting van ICC-MY met dysritmiëen met botsende golffronten, retrograde propulsie en ectopische elektrische activiteit. (zie B) o Verstoorde neurotransmissie door veranderingen van ICC-IM. (zie ) o Stoornis in de aanmaak of activiteit van nnosα. (zie ) o Intrinsieke neuropathie met depletie van nitrerge en niet nitrerge neuronen. (zie ) o Atrofie van de gladde spiercellen. (zie ) o Ontstaan van fibrose. (zie ) Samengevat kunnen we stellen dat vagale neuropathie ongetwijfeld aanwezig is bij diabetespatiënten maar dat de rol ervan in de pathogenese van vertraagde maaglediging nog niet duidelijk is. Verder wetenschappelijk onderzoek zal dit moeten uitwijzen ICC S ICC s spelen een belangrijke rol in de maagmotiliteit, waarbij een verlies of degeneratie kan leiden tot een verstoorde maaglediging. Dit blijkt één van de hoofdmechanismen te zijn in de pathogenese van diabetische gastroparese en is momenteel de focus van vele wetenschappelijke studies. Er is sprake van een onevenwicht tussen factoren die netwerken onderhouden enerzijds en factoren die schade aanbrengen anderzijds. Een irreguliere aantasting van ICC-MY kan aanleiding geven tot dysritmiëen, aangezien de slow waves niet meer adequaat worden doorgeleid. Hiernaast kan er ook een verlies optreden van ICC-IM. Aangezien deze een rol spelen in mechanoreceptie en in het overbrengen van excitatoire en inhibitoire neurotransmissie, kan een verlies of dysfunctie van ICC-IM mede aan de basis liggen van een verstoorde mechanoreceptie, verminderde receptieve relaxatie (NANC), verminderde sfincterrelaxatie (NANC) en een verminderde cholinerge stimulatie van de maagcontractiliteit. De differentiële diagnose met autonome neuropathie is hierbij echter moeilijk te stellen, wegens een gelijkaardige symptomatologie. 20

27 Verschillende oorzaken kunnen aan de basis liggen van de depletie, zoals: o Hyperglycemie met oxidatieve stress en onvoldoende opregulatie van antioxidatieve mechanismen. (zie en ) o Deficiënte (type-1) of verminderde (type 2) insulinesecretie en tekort aan insuline like growth factor (IGF-1) met spiercelatrofie en verminderde stem cell factor tot gevolg. (zie ) o Elektronenmicroscopische veranderingen met fibrose.[35] (zie ) o De aanwezigheid van een myenterisch of intramusculair immuuninfiltraat met schade tot gevolg. (zie ) o Verminderde productie van het anti-oxidatieve NO door verstoorde nitrerge neurotransmissie. (zie ) o Combinaties van voorgaande. Een verlies en verstoorde functie van de ICC s is de meest consistente vaststelling in de studies omtrent diabetische gastroparese en dit zowel bij dieren als mensen. A. DIEREN In het kader van DM wordt gebruik gemaakt van verschillende types proefdiermodellen. Veelgebruikte modellen van DM-1 zijn de non-obese diabetic mice (NOD-LTJ), de biobreeding rats (BB) en ratten met streptozotocine geïnduceerde diabetes mellitus (STZ-DM). Muizen uit het NOD-LTJ model zijn gevoelig voor T-cel gemedieerde auto-immune insulitis, waardoor ze DM-1 ontwikkelen. Dit kan verklaard worden door hun unieke MHC haplotype waarbij de Ι-Aβ keten vergelijkbaar is met het diabetogeen humaan DQ*0302 allel.[39] Ook het BB ratmodel heeft specifieke genetische eigenschappen waardoor deze proefdieren DM gaan ontwikkelen. Ratten met STZ-DM ontvangen een eenmalige intraperitoneale injectie van streptozotocine (55-65 mg/kg), wat toxisch is voor de insulineproducerende β-cellen van de pancreas waardoor de ratten DM-1 ontwikkelen.[22] Naast type-1 modellen wordt ook gebruik gemaakt van DM-2 dierenmodellen zoals db/db muizen.[40] Muizen uit dit model hebben een autosomaal recessieve mutatie in het gen van de leptine receptor ter hoogte van het chromosoom 4, met hyperfagie en insulineresistentie tot gevolg. Wegens schaarsheid aan studies die gebruik maken van DM-2 diermodellen worden voor deze scriptie voornamelijk studies met DM-1 diermodellen gebruikt. 21

28 Proefdierstudies tonen een reductie van het aantal ICC s t.h.v. de maag van type-1 en type-2 diabetische muizen en dit vooral t.h.v. het distale antrum.[20, 22, 31, 40] Zoals eerder vermeld, zijn er meerdere vormen van ICC s aanwezig in de gastrische wand. o Volgens een aantal studies op DM-1 muizen gaat het hier om een sterker significante reductie van ICC-MY in vergelijking met ICC-IM ter hoogte van het gastrische antrum.[20, 34] De vorm van aantasting is hierbij opvallend: deze is progressief en eerder inhomogeen van aard, wat aanleiding kan geven tot een verstoorde propagatie van slow waves en het ontstaan van re-entry fenomenen wat op die manier kan leiden tot gastrische dysritmiëen.[21] Studies die geen verlies vaststellen van ICC-MY, zien wel elektronenmicroscopische veranderingen van deze cellen alsook een verminderd contact met zenuwstructuren[22]. o Andere dierlijke studies daarentegen, zien eerder een aantasting van de ICC-IM in het antrum van ratten met DM-1. Hier wordt een depletie gezien van gemiddeld 46,4%.[22] In normale omstandigheden zijn ICC-IM zeer nauw geassocieerd met enterische neuronen alsook met gladde spiercellen. Verschillende studies zien, via elektronenmicroscopie, een duidelijke dissociatie tussen de ICC-IM en andere neuronen t.h.v. het gastrische antrum van diabetische muizen.[20, 22] Daarnaast ziet men atrofische veranderingen van de ICC s zelf met een verminderde densiteit van intracellulaire organellen.[20] Dit ziet men ook t.h.v. de gastrische fundus, waar geen significante reductie wordt gezien van ICC-IM. Men ziet er evenwel een invasie van ICC-MY-achtige cellen met het ontstaan van slow wave activiteit, wat bij normale controlemuizen niet wordt gezien. Dit kan mede een rol spelen in de verstoorde receptieve relaxatie.[31] Ondanks het feit dat ICC-MY de belangrijkste factoren zijn in de generatie van slow waves, spelen ook ICC-IM een belangrijke rol in de neuronale controle van de maaglediging. Zowel de depletie van ICC-IM en de bijhorende neuronen, als de gap die ontstaat tussen beiden, kunnen zorgen voor een verminderde cholinerge en NANC neurotransmissie, wat bij voedselinname zowel verminderde motiliteit alsook verminderde receptieve en pylorische relaxatie tot gevolg heeft. Receptieve relaxatie wordt echter ook rechtstreeks en dus zonder tussenkomst van ICC-IM gemedieerd. Dit maakt, bij afwezigheid van ICC s, een residuele (verzwakte) relaxatie mogelijk.[31] Proefdierstudies tonen een sterke correlatie tussen het verlies van ICC s bij DM en het ontstaan van gastroparese.[22, 32, 40] Dit geldt zowel voor DM-1 muizen [22, 32], als voor 22

29 DM-2 [40]. Men ziet bij muizen met DM-1 een significante afname van spontane elektrische activiteit t.h.v. het antrum (niet van het corpus). Dit betekent een significante reductie van ICC s aldaar.[20] De transmembraanpotentiaal meet men aan de hand van micro-electroden die na dissectie van de maag op corpus en antrum bevestigd worden. Ook het percentage actieve ICC s vermindert significant naar de pylorus toe. B. MENSEN Biopsieën worden meestal genomen tijdens implantatie van een elektrische stimulator bij therapieresistente diabetespatiënten met gastroparese. Ondanks de beperkingen in de kwaliteit en toegankelijkheid van menselijke maagbiopten, wordt ook een (zeer) sterk significant verlies van antrale ICC s vastgesteld.[21, 35, 36, 41, 42] Men ziet een duidelijke inverse correlatie tussen het verlies aan ICC-IM en de mate van vertraagde maaglediging bij diabetespatiënten.[1] (zie figuur 4) Figuur 4: Correlatie tussen % gastrische retentie na 4u en ICC s t.h.v. het maagcorpus van diabetespatiënten. P=0,008 (significant)[1] Sommige studies stellen voornamelijk een verlies vast van ICC-MY [36], terwijl andere duidelijk een verlies vaststellen van ICC-IM.[1, 35, 42] Iwasaki et al. onderzochten de distributie van ICC s in de magen van gezonde controlepersonen en stelden vooral ICC-IM vast t.h.v. de circulaire spierlaag van de maag.[42] Deze ICC-IM zijn significant verlaagd bij patiënten met ernstige DM-2 (HbA1c<8), maar niet-significant verlaagd bij patiënten met milde DM-2 (5,9<HbA1c<7,9). De mate van verlies van ICC s blijkt ook leeftijdsgebonden te zijn, waarbij een groter verlies wordt gezien bij oudere patiënten.[1] Deze laatste waarneming komt overeen met de progressieve aard van de aandoening. Resultaten van een studie van The Gastroparesis Clinical Research Consortium, een afdeling van The National Institute of Health in de Verenigde Staten, tonen een depletie van ICC s t.h.v. de circulaire spierlaag van het maagcorpus van meer dan 25% bij de helft van de patiënten met gastroparese (cohorte van 20 DG en 20 IG).[1, 36] Na statistische analyse van alle resultaten, besloot men dat het gemiddeld verlies van ICC s t.h.v. het maagcorpus bij diabetische gastroparese in vergelijking met gezonde controles 48% bedraagt. Men zag hierbij geen verschil in verlies van ICC s tussen diabetische en idiopathische gastroparese noch tussen type-1 en type-2 DM. 23

30 Maar niet enkel het kwantitatieve verlies van ICC s blijkt een rol te spelen: elektronenmicroscopisch onderzoek toonde duidelijk tekenen van intracellulaire aantasting van de residuele ICC s (afwijkingen van mitochondriën en celorganellen), alsook afwezige contacten met neuronen, andere ICC s of gladde spiercellen. Dit kan bijdragen tot een verstoorde neurotransmissie aangezien signalen niet meer goed worden doorgeleid. Aansluitend suggereert een recente studie van Mazzone et al. een veranderde functionaliteit van ICC s, wat te wijten zou zijn aan een alternatieve expressie van Ano1 kanalen.[41] Dit zijn calcium-geactiveerde chloorkanalen met specifieke elektrofysiologische eigenschappen en essentieel voor de werking van de ICC s. Bij de transcriptie van hun DNA worden deze kanalen gevormd via alternatieve splicing van exonen. De Ano1 kanalen die bij diabetische gastroparese tot expressie komen, blijken een variant te zijn van de normale vorm (een ander 5 uiteinde), waardoor de kanalen minder dens voorkomen en trager werken. Deze alternatieve kanalen kunnen mogelijk mede aan de basis liggen van de verstoorde slow waves. Verder onderzoek hieromtrent is nodig. Maar wat zijn nu de gevolgen van dit alles? O Grady et al. bestudeerden de slow waves activiteit bij patiënten met gastroparese aan de hand van high resolution electrical mapping, waarbij electroden op het anterieure maagoppervlak van de patiënt werden geplaatst en op die manier de elektrische activiteit t.h.v. de overeenkomstige regio in detail kon worden opgevolgd.[21] Deze mapping had een hoge spatiotemporele resolutie aangezien men de electroden intra-operatief op verschillende plaatsen op de maag bevestigde. Op die manier was het mogelijk om patronen van gastrische activiteit te herkennen. Resultaten van deze studie tonen een inhomogene aantasting van de gastrische netwerken van ICC-IM, wat aanleiding kan geven tot het ontstaan van dysritmiëen aangezien er op verschillende plaatsen ectopische pacemakeractiviteit ontstaat zodat de golven niet meer correct worden doorgeleid. Opvallend hierbij is dat dysritmiëen vaak optreden bij normale slow wave frequenties, wat tot gevolg heeft dat dit vaak gemist wordt door studies die enkel frequenties monitoren. Het gaat hier voornamelijk om verstoring van de initiatie van de slow-waves (bij 10/12 gastroparese patiënten), waarbij men het onderscheid maakt tussen stabiele en niet-stabiele ectopische activiteit of beiden.[21] Een abnormale initiatie kan transiënt zijn, maar blijkt persistent te zijn in de meerderheid van de gevallen.[21] Ook kunnen, door ectopische pacemakersignalen afkomstig van verschillende maagregio s, de verschillende slow waves elkaar ontmoeten wat inefficiënte contracties tot gevolg heeft. Hoe meer distaal de ectopische focus gelegen is, hoe groter de kans op een retrograde contractie, met retropulsie van voedsel 24

31 tot gevolg. De golf, die hierbij afwijkt van de longitudinale maagas, blijkt een hogere gemiddelde snelheid te hebben alsook een hogere gemiddelde amplitude in vergelijking met een slow wave bij normale proefpersonen.[21] De ectopische focus kan ook aan een hogere frequentie vuren in vergelijking met de normale frequentie. Op die manier kan ook een chaotische activatie optreden, waarbij de golven afkomstig zijn van verschillende ectopische foci met op hun beurt verschillende frequenties. Dit verschijnsel wordt ook tachybradyarithmie genoemd, wat vaak gepaard gaat met re-entryfenomenen. Naast deze abnormale initiatie wordt ook een abnormale conductie of voortgeleiding van de slow waves gezien. Dit kan zowel een conductieblok als een abnormale geleidingssnelheid betekenen. Bij gevallen van normale propagatie zag men een verminderde amplitude van de golf. Zowel abnormale initiatie als conductie worden in relatie gebracht met een depletie van ICC s. [21] GLADDE SPIERCELLEN EN FIBROSE De rol van de gladde spiercellen in de pathogenese van diabetische gastroparese is controversieel. Vooral proefdierstudies suggereren dat atrofie van de gladde spiercellen aan de basis ligt van verlies van ICC s.[34] Hierbij spelen insuline-like growth factor (IGF-1) en insuline een belangrijke rol. Beide stoffen zijn een essentiële factor voor de overleving van de gastrische gladde spiercellen, die zelf stem cell factor (SCF) produceren en dit op hun membraan presenteren.(zie figuur 5) SCF blijkt op zijn beurt belangrijk te zijn in de overleving van ICC s, waarbij het via binding op c-kit overlevingssignalen doorgeeft. Verschillende waarnemingen suggereren dat ICC s niet zelf instaan voor hun overleving: enerzijds worden receptoren voor IGF-1 en insuline enkel gevonden t.h.v. gladde spiercellen en myenterische neuronen maar niet op ICC s zelf. Anderzijds wordt geen SCF gevonden in ICC s. SCF in enterische neuronen blijkt geen rol te spelen in de overleving van ICC s wegens het intracellulair karakter. Figuur 5: Mogelijke verklaring voor verlies aan ICC s [31] SMC = smooth muscle cell ICC = Interstitial cells of Cajal CO = Carbon Monoxide HO-1 = Haem oxygenase 1 IGF-1 = Insuline like growth factor 1 Mb SCF = Membrane bound stem cell factor Volle lijnen=stimulatie; stippellijnen=onzeker; Pijl=stimulatie; streep= inhibitie Verschillende studies op proefdieren tonen het belang van SCF in de overleving van ICC s.[34, 40] Horvath et al. [34] onderzocht gastrische spierbiopten van muizen met 25

32 diabetische (type-1) gastroparese, waarbij men een duidelijk verlies vaststelde van ICC s (merker c-kit) alsook van gastrische gladde spiercellen (merker myh11) t.h.v. het antrum zonder een verlies van enterische neuronen (merker Uhl1). Deze waarneming werd gestaafd aan de hand van kwantitatieve analyses met real time polymerase chain reaction (rtpcr). Andere studies [31, 37] voerden orgaanculturen uit van de gastrische tunica muscularis in een IGF-1 arm medium en tonen een depletie aan van ICC s maar dit pas na enige tijd, wat intrinsieke reserves aan SCF doet vermoeden. Men vermoedde dat, na uitputting van de reserves aan SCF, de functie van ICC s zou afnemen met uiteindelijk atrofie en depletie tot gevolg. Supplementatie van deze orgaanculturen met insuline en IGF-1, zorgde voor een significant herstel van gladde spiercellen, ICC s en hun functionaliteit maar niet van de enterische neuronen. Dit laatste impliceert dat enterische neuronen geen belangrijke rol spelen in de overleving van ICC s en omgekeerd. Aansluitend hierbij toonden Horvath et al. [34] aan dat immunoneutralisatie van SCF in organotypische culturen een significante depletie van zowel ICC-IM en ICC-MY tot gevolg had. Dit verlies is gelijkaardig als het verlies bij tekort aan IGF-1 en insuline. Ook zag men dat het gewicht van de maag significant gedaald was in vergelijking met niet-diabetische controles. Dit laatste toont aan dat verlies van ICC s bij proefdieren gerelateerd is aan een verlies van gladde spiercellen en niet enkel aan een verlies van SCF.[34] Uit de voorgaande waarnemingen kan de volgende hypothese geformuleerd worden: bij muizen met DM-1 is er sprake van een relatieve insulinopenie en een IGF-1 deficiëntie, wat op zich aanleiding kan geven tot depletie van gladde spiercellen.[34] Deze atrofie en depletie zorgt ervoor dat de gladde spiercellen niet meer in staat zijn om de ICC s te onderhouden, wat aanleiding geeft tot een aantasting van de netwerken van deze laatstgenoemde.[34] Dit mechanisme speelt waarschijnlijk een grotere rol bij muizen met DM-1, mede wegens de deficiënte insulinesecretie. Een reductie aan SCF wordt ook gezien bij muismodellen met DM-2 en gastroparese maar in mildere mate, zoals er ook minder myopathie bij deze muizen wordt vastgesteld.[40] Het is onduidelijk of atrofie van gladde spiercellen ook mee aan de basis ligt van diabetische gastroparese bij mensen: resultaten van The Gastroparesis Clinical Research Consortium tonen (na immunochemische kleuring) een daling van gladde spiercellen bij slechts 3/20 van de patiënten met diabetische gastroparese en 6/20 van de patiënten met idiopathische gastroparese.[1] Na elektronenmicroscopisch onderzoek zag men echter abnormaal bindweefsel in de gastrische biopten van het corpus bij alle 40 patiënten met gastroparese.[1] Naast bindweefsel, zag men ook een dikke basale lamina rond ICC s en 26

33 gladde spiercellen. Dit kan de beschikbaarheid van SCF aan ICC s verminderen, ook al is de gladde spiercel intact NOS EN GASTRISCHE NEURONEN A. DIEREN De rol van een verstoorde expressie van NO in de pathogenese van diabetische gastroparese wordt uitvoerig bestudeerd en manifesteert zich voornamelijk in een verstoorde receptieve relaxatie van de proximale maag, aantasting van ICC s en in een verstoorde relaxatie van de pylorussfincter. Na electric field stimulation van de gastrische fundus bij diabetische muizen, ziet men een sterk significant verlaagde spierrelaxatie in vergelijking met niet-diabetische controlemuizen.[20, 28] Volgens een studie van Takahashi et al. zou de gevoeligheid van de gladde spiercellen voor NO niet veranderd zijn.[28] De gedaalde receptieve relaxatie kan te wijten zijn aan verschillende oorzaken: o Verstoorde NANC neurotransmissie door autonome neuropathie (extrinsiek). o Verlies van intramusculaire of myenterische nitrerge neuronen. o Elektronenmicroscopische veranderingen van ICC-IM t.h.v. de maagfundus, aangezien deze een belangrijke rol spelen in het doorgeven van signalen van neuronen naar gladde spiercellen. o Elektronenmicroscopische veranderingen van de enterische neuronen t.h.v. de maagfundus, met verstoorde signalisatie tot gevolg. o Verminderde transcriptie of aanmaak van nnos. o Verminderde dimerisatie van nnosα tot de katalytisch actieve vorm van nnos. o Verstoorde productie van NO en/of vrijstelling vanuit de nitrerge neuronen. Maar wat ligt nu aan de basis van deze verstoorde expressie van NO? Proefdierstudies stellen, vaker dan menselijke studies, een daling van nnos+ neuronen vast t.h.v. de maagwand.[22, 28] NOS+ immunoreactieve cellichamen bevinden zich voornamelijk t.h.v. de myenterische plexus, terwijl NOS+ zenuwvezels (uitlopers van de cellichamen) zich eerder t.h.v. de circulaire spierlaag van het maagcorpus bevinden.[43] Takahashi et al. tonen een significante daling van zowel de zenuwlichamen als van de zenuwvezels in de gastrische myenterische plexus van type-1 diabetesmuizen via immunohistochemische technieken.[28] Een studie van Wang et al. zag een significant verlies (50%) van enterische neuronen in de spierlagen (maar niet van de cellichamen in de plexus van Auerbach) van antrum en fundus bij type-1 diabetesratten.[22] Wanneer men vervolgens nnos+ neuronen opspoorde via 27

34 immunochemische technieken, zag men een significant verlies op de overeenkomstige locaties. Andere studies, zoals een studie van Adeghate et al. zien geen significante kwantitatieve verandering van het aantal nnos+ neuronen in het gastrische antrum van muizen met STZ-DM.[43] De verstoorde expressie van NO kan ook te wijten zijn aan een verlies van nnos. Wang et al. zien immers, naast het verlies van nnos+ neuronen, een consequent verlies van nnos. Dit verlies kan niet louter verklaard worden door een verlies van nnos+ neuronen aangezien het ook wordt gezien t.h.v. de plexus van Auerbach waar bij deze studie geen daling van nitrerge neuronen wordt gezien.[22] Ook Takahashi et al. bevestigden dit vermoeden. Zij stelden, ondanks het significante verlies van nnos+ neuronen t.h.v. de myenterische plexus en de circulaire spierlaag van het gastrische antrum, geen significante daling vast van het aantal enterische neuronen.[28] Ook op elektronenmicroscopisch niveau worden afwijkingen gezien: de overgebleven nitrerge zenuwen vertonen lege zenuwuiteinden alsook een verlies van het dichte contact met de ICC s. Deze laatste vaststellingen suggereren eerder een functioneel probleem van de nitrerge neuronen of een probleem in de post-translationele modificatie van nnos.[28, 30, 43]. Aanvullend hierop onderzochten Takahashi et al. de aanwezigheid van nnos in de myenterische plexus van het maagcorpus: men voerde een western-blot analyse uit a.d.h.v. gelelectroforese, gevolgd door incubatie van het membraan met polyclonale nnos antilichamen. Hierbij zag men een significant verkleinde band van het nnos eiwit (tot 54%) in de gastrische weefsels van de diabetesratten in vergelijking met niet diabetische controles. Daarnaast stelde men vast dat de verminderde productie van NO gepaard gaat met een downregulatie van expressie van nnos mrna bij deze proefdieren. De meting van nnos mrna werd uitgevoerd a.d.h.v. incubatie van een gelelectroforese resultaat met een specifieke cdna probe. Het verlies aan nnos zou dus te wijten zijn aan een verminderde transcriptie van nnos op genetisch niveau, met een duidelijk significante daling van de katalytische activiteit tot gevolg.[28] De vraag is nu wat er aan de basis ligt van deze verminderde expressie? Hiervoor worden verschillende mogelijkheden aangehaald, zoals extrinsieke diabetische neuropathie enerzijds of een verlies en/of verminderde functionaliteit van de enterische neuronen anderzijds. Er is namelijk aangetoond dat vagotomie aanleiding geeft tot een significante daling van nnos mrna in de myenterische plexus.[28] Niet alle studies stellen een daling van nnos vast.[7, 19, 43] Gangula et al. stellen een stijging van nnos mrna vast in het gastrische antrum van mannelijke diabetesmuizen in vergelijking met gezonde controles.[7] Daarnaast zag men een stijging van nnos in het antrum van diabetische mannetjes en geen verandering in de pylorische concentratie aan 28

35 nnos bij diabetische vrouwtjes in vergelijking met gezonde controles.[7, 19] Adeghate et al. vonden vergelijkbare resultaten en stelden een sterk significante stijging vast van nnos bij 4 en 32-weken oude mannelijke type-1 diabetesratten.[43] Een potentiële verklaring hiervoor is een reflectoire opregulatie van het anti-oxidatieve NO ten gevolge van de verhoogde oxidatieve stress (zie verder). Het kan echter ook te wijten zijn aan het toxische effect van streptozotocine (STZ), het middel waarmee DM-1 wordt geïnduceerd.[28] Ondanks deze tegenstellingen zien alle studies een sterk significant verlaagde vrijstelling van NO t.h.v. het gastrische antrum in vergelijking met niet-diabetische controleratten en dit zowel in basale status als na stimulatie met acetylcholine bij incubatie van de segmenten in cultuur.[43] De productiecapaciteit van NO is dus, ondanks de eventueel verhoogde aanmaak van nnos, verlaagd.[19] De katalytische activiteit van nnos meet men a.d.h.v. de bepaling van citrulline, een bijproduct van het vormingsproces van NO en dit is niet louter afhankelijk van nnos maar vooral van de concentratie van zijn actieve vorm nnosα. Bij de dimerisatie van twee nnosα-enzymen worden ook bindingsplaatsen met hoge affiniteit voor de cofactor tetrahydrobiopterine (BH4) gevormd, die bij bezetting een verhoogde stabiliteit van de actieve dimere vorm tot gevolg hebben.[7] Het functionele probleem kan dus mogelijk ook op dit niveau liggen, waarbij omvorming tot de actieve vorm van nnos (post-translationele modificatie) of de dimerisatie van nnosα gestoord is. Naast een verstoorde receptieve relaxatie wordt aantasting van de nitrerge neurotransmissie bij diabetische gastroparese ook in verband gebracht met aantasting van ICC s. Enterische zenuwen en ICC s staan namelijk in direct contact met elkaar en nnos negatieve muizen vertonen een significante reductie van ICC-MY en in mindere mate van de ICC-IM.[30, 32] Ook ziet men hierbij dat de overgebleven cellichamen aangetast zijn met lege celuitlopers wat verstoring van de netwerken van ICC s tot gevolg heeft.[30] Wanneer men vervolgens de ICC s in cultuur brengt met een NO-donor, ziet men een significant herstel van het aantal ICC s.[30] Waarschijnlijk is dit eerder een proliferatief effect dan een anti-apoptotisch effect aangezien er sprake is van een snelle stijging in hoeveelheden aan ICC s. Er werd reeds vermeld dat nitrerge neuronen niet verantwoordelijk zijn voor de overleving van ICC s en omgekeerd. Hiervoor werden in vitro experimenten uitgevoerd met type-1 diabetesmuizen, waarbij een regeneratie van ICC-IM werd gezien na suppletie van IGF-1 en insuline maar dit zonder een regeneratie van nitrerge neuronen.[34] Zoals eerder vermeld is er ook een cytosolische vorm van SCF aanwezig in de nitrerge neuronen. Deze blijkt, in tegenstelling tot de membraangebonden vorm van SCF op de gladde spiercellen, niet verantwoordelijk te zijn 29

36 voor het onderhoud van ICC s. Wellicht is er een andere manier van afhankelijkheid, mogelijk via de cytoprotectieve functie van de nitrerge neuronen: NO heeft een antioxidatieve werking door het opvangen van vrije radicalen, inhibitie van caspase-3, opregulatie van anti-apoptotische bcl2 eiwit.[30] Adeghate et al. zien een opregulatie van de expressie van nnos kort na de inductie van DM-2 bij ratten, wat via vrijstelling van NO de ICC s kan beschermen. Vervolgens zou een onvoldoende opregulatie van NO bij langdurige DM een verergering kunnen teweegbrengen van een reeds bestaande vertraagde maaglediging of een rol spelen in de pathogenese ervan. Samengevat kunnen we stellen dat de gestoorde receptieve relaxatie waarschijnlijk te wijten is aan een verminderde nnos activiteit en niet aan een daling van nitrerge neuronen of aan een verminderde gevoeligheid van gladde spiercellen voor NO. Het is niet de totale concentratie maar de dimere vorm van nnos (nnosα) die een actieve rol speelt in de relaxatie van gladde spiercellen, wat wijst op het belang van post-translationele modificatie waarbij twee NOS polypeptiden dimeriseren.[7, 19, 28, 32, 43] Wanneer minder voedsel kan worden opgeslagen zonder drukverhoging te veroorzaken, zou men eerder een versnelde in plaats van een vertraagde maaglediging verwachten. Zoals eerder vermeld mogen we echter niet uit het oog verliezen dat verminderde nnos activiteit ook een verminderde sfincterrelaxatie inhoudt, waardoor minder voedsel de maag kan verlaten. Het zal dus wellicht deze laatste waarneming zijn die mede een rol speelt in de pathogenese van gastroparese. Waarschijnlijk is een verstoorde nnos activiteit niet rechtstreeks de oorzaak van de vertraagde maaglediging, maar maakt het een proefdier meer gevoelig aan het ontwikkelen ervan. B. MENSEN: Symptomen van dyspepsie bij diabetespatiënten met gastroparese kunnen onder andere verklaard worden door een verstoorde nitrerge neurotransmissie en bijgevolg verminderde receptieve relaxatie bij voedselinname (zie 3.4.1).[28] Hierbij zal de intragastrische druk bij voedselinname snel toenemen en kunnen er zich dyspeptische symptomen zoals nausea, volheidsgevoel, vroege verzadiging en braken manifesteren.[20] De verhoogde druk zorgt er ook voor dat voedsel en zuur gemakkelijk terug regurgiteren. Daarnaast blijkt het proces van mechanoreceptie gestoord te zijn: diverse studies stellen schade vast aan de vagaal afferente nnos+ neuronen t.h.v. de maagfundus. Op die manier worden afferente prikkels vanuit de maag minder doorgeleid, met een verstoorde respons tot gevolg. In een studie van Habersen et al. wordt a.d.h.v. immunohistochemische technieken op maagbiopten van patiënten met gastroparese een sterk significante depletie gezien van zowel 30

37 NOS+ als NOS- neuronen t.h.v. het gastrische antrum.[36] Dit impliceert niet enkel een verminderde aanwezigheid van NOS, maar ook een verminderde excitatoire innervatie, wat kan leiden tot verminderde antrale motiliteit. Resultaten van The Gastroparesis Clinical Research Consortium [1] daarentegen, tonen geen significante daling van enterische neuronen bij onderzoek van de individuele maagbiopten. Na gezamenlijke kwantificatie zag men echter wel een gemiddelde daling van het aantal musculaire enterische neuronen met 14-18%. Net zoals bij dieren, zag men via elektronenmicroscopisch onderzoek dat de zenuwuiteinden vaak leeg waren.[1] Er wordt echter geen correlatie gezien tussen de mate van verlies van enterische neuronen en de ernst van gastrische retentie (figuur 6). Wel vindt men een positieve correlatie tussen verlies van enterische neuronen en ICC s en dit zowel bij diabetische als idiopathische gastroparese.[36] Daarnaast stelt men ook een daling vast van het percentage substantie P-positieve cellen (SP+, een belangrijke excitatoire neurotransmitter t.h.v. de maag) t.h.v. het gastrische antrum bij patiënten met DM.[42] Figuur 6: correlatie tussen ernst van de gastrische retentie en verlies van enterische neuronen. P=0,43 (niet significant) [1] Een studie van Iwasaki et al. bestudeerde in welke delen van het antrum zowel ICC s als nnos+ neuronen samen voorkomen.[42] Dit blijkt vooral zo te zijn t.h.v. de myenterische plexus en de circulaire spierlaag. Bij patiënten met DM zag men een significante daling van zowel ICC-IM als nnos+ neuronen t.h.v. de circulaire spierlaag, wat overeenkomt met de bevindingen bij proefdieren.[22, 28] Wanneer men vervolgens keek naar het percentage van het biopt waar zowel ICC-IM als nnos+ samen voorkwamen, zag men een zeer sterk significant verlies van dit percentage. Zoals hierboven besproken is het verlies van nnos en ICC-IM waarschijnlijk te wijten zijn aan een gemeenschappelijke schadelijke factor of aan het verlies van het cytoprotectieve NO. Dit staat opnieuw tegenover de resultaten van The Gastroparesis Clinical Research Consortium, waar geen significant verlies aan nnos in de myenterische plexus of de gastrische spierlagen wordt vastgesteld. 31

38 C. DIERLIJKE STUDIES OMTRENT DE ROL VAN NOS BIJ GESLACHTSVERSCHILLEN IN DE PREVALENTIE VAN GASTROPARESE. Zoals in de inleiding vermeld, komt gastroparese ongeveer vier maal meer voor bij vrouwen in vergelijking met mannen. De reden van dit verschil is nog grotendeels ongekend. Verschillende dierexperimentele studies van Gangula et al. schrijven dit verschil toe aan de meer prominente aanwezigheid van het nitrerge systeem bij gezonde proefdieren van het vrouwelijk geslacht. Deze laatsten hebben een niet-significant vertraagde maaglediging in vergelijking met gezonde mannetjes. Na inductie van DM-1 bij deze muizen wordt dit verschil wel significant (zie figuur 7).[7] Figuur 7: geslachtsafhankelijke maaglediging voor vast voedsel bij vrouwelijke en mannelijke ratten in controleomstandigheden en na inductie van diabetes met streptozotocine (8 weken oud).*p<0,05 [7] Alle resultaten van deze studies wijzen op een verhoogde basale nitrerge tonus bij gezonde vrouwtjes, waarbij zij gevoeliger blijken te zijn aan verstoring van dit nitrerge systeem bij inductie van DM. Hierbij stelt men vast dat gezonde vrouwtjes (t.h.v. het gastrische antrum) een significant[7]: o Verhoogde expressie van nnos en nnos-α hebben t.o.v. gezonde mannetjes. o Verhoogde nitrerge relaxatie hebben t.o.v. gezonde mannetjes. o Verlaagde intragastrische druk hebben in vergelijking met gezonde mannetjes, die significant stijgt na toediening van L-NAME (NO-inhibitor). Dit bevestigt de prominente aanwezigheid van het nitrerge systeem. Hierbij zouden vrouwelijke hormonen, zoals estradiolβ, mogelijk een rol kunnen spelen, aangezien premenopauzale vrouwen en postmenopauzale vrouwen onder hormoontherapie vaker een omkeerbare vertraagde maaglediging ontwikkelen. Estradiol kan zorgen voor een toename van de nitrerge tonus, met verlaging van de intragastrische druk tot gevolg. Hierdoor is de maaglediging voor vooral vloeistoffen vertraagd maar ook voor vaste stoffen wegens de toegenomen receptieve relaxatie.[2, 7] 32

39 Bij vrouwelijke proefdieren met DM daarentegen, is er sprake van een verlaagde systemische concentratie aan estradiol. Volgens Gangula et al. zou een daling van estradiol bij vrouwelijke proefdieren leiden tot een verminderde synthese van BH4 met een gedaalde nitrerge tonus tot gevolg.[19] Deze cofactor is essentieel voor de dimerisatie van nnos en stabilisatie van nnosα. Bovendien heeft het ook een anti-oxidatieve werking door het opvangen van vrije radicalen.[19] De pylorische (maar niet de totale) concentratie aan BH4 is bij vrouwelijke diabetische ratten inderdaad significant verlaagd in vergelijking met gezonde controles.[19] Een verlies van nitrerge tonus t.h.v. de pylorus leidt tot verminderde sfincterrelaxatie en bijgevolg een vertraagde maaglediging. Anderzijds zal het verminderde anti-oxidatieve vermogen t.g.v. het ontkoppeld nnos tot een verhoogde productie van superoxide leiden. Superoxide reageert verder met NO tot peroxynitriet, met nog minder NO tot gevolg. Op die manier ontstaat een vicieuze cirkel. Naast de rol van estradiol, kan de verlaagde nitrerge tonus ook het gevolg zijn van verhoogde oxidatieve stress met oxidatie van BH4. Een studie van Showkat et al. [2] daarentegen, beweert dat niet zozeer een daling maar eerder een stijging van estradiol bij vrouwelijke ratten met STZ-DM aan de basis zou liggen van gastroparese. In deze studie zag men een gestegen serumoestradiol bij vrouwelijke, al dan niet gastroparetische, diabetische proefdieren. Dit zou mogelijk te wijten zijn aan een veranderd terminaal metabolisme van estradiol ten gevolge van DM. Men zag bij vrouwelijke ratten met diabetische gastroparese een gestegen concentratie van estradiol-receptoren t.h.v. de pylorus. Estradiol zou, op zijn beurt, zorgen voor een verlaagde expressie van nnosα. In zowel de groep met gastroparese als de groep zonder gastroparese stelde men inderdaad een gedaalde expressie van nnosα vast t.h.v. antrum en pylorus (enkel significant bij gastroparese). Daarnaast zag men een significante afname van de dimerisatie ( 93%) van nnosα in dezelfde regio s bij diabetische vrouwtjes met gastroparese. Deze afname werd enkel gezien in de groepen met verhoogde spiegels van oestrogenen, waarna men suggereerde dat dit te wijten is aan een oestrogeen-gemedieerde verstoorde fosforylatie van serine in de activatielus van nnosα. Om het verschil in de rol van estradiol bij de verschillende seksen verder uit te diepen onderzocht men ook de rol van estradiol bij mannelijke proefdieren. Mannelijke controleratten ontwikkelen geen gastroparese na behandeling met estradiol. Dit in tegenstelling tot behandeling van mannelijke ratten met DM. Men kan dus stellen dat in deze groep, DM een noodzakelijke voorwaarde is voor het ontwikkelen van gastroparese. Daarnaast vertonen mannelijke ratten met diabetische gastroparese een stijging van serum 33

40 estradiolspiegels. Dus speelt estradiol mogelijk wel een rol in het ontstaan van gastroparese bij mannen wanneer er reeds sprake is van DM. Daar tegenover staat de waarneming dat diabetische gastroparese bij mannelijke ratten, in tegenstelling tot de vrouwelijke ratten, niet geassocieerd is met een gedaalde expressie van nnosα t.h.v. gastrische antrum en pylorus.[2] Dit zou eventueel te wijten zijn aan mannelijke compensatoire mechanismen, die het oestrogeen-gemedieerde effect ongedaan maken. Samengevat tonen beide studiegroepen een duidelijk verstoorde nnosα dimerisatie bij vrouwelijke gastroparetische diabetesratten (figuur 8), maar dit ten gevolge van een ander oorzakelijk mechanisme. Volgens Gangula et al. [7] zou deze daling te wijten zijn aan een verlies van oestrogenen die belangrijk zijn in de dimerisatie van nnosα. Showkat et al. [2] stellen eerder een stijging vast van oestrogenen die zouden zorgen voor een inhibitie van dimerisatie van nnos door fosforylatie van een serineresidu in de activatielus van nnosα. Figuur 8: a) (links) nnos dimerisatie in het gastrische antrum van mannelijke en vrouwelijke ratten volgens Gangula et al. #P<0,05 voor vrouwelijke controles in vergelijking met mannelijke controles. $P<0,05 voor vrouwelijke diabetesratten in vergelijking met vrouwelijke controles.[28] b) (rechts) nnosα dimerisatie in het gastrische antrum van CF (control female), DF (diabetic female) en DF + GP (diabetic female and gastroparesis) volgens Showkat et al. met *p<0,05 [2] De significant verlaagde nitrerge tonus bij diabetesvrouwtjes met gastroparese in vergelijking met gezonde controles, leidt tot een verhoogde intragastrische druk, die niet significant verhoogt na toediening van L-NAME.[7] Dit laatste is waarschijnlijk het gevolg van het verlies van nitrerge tonus in deze groep. Deze bevindingen doen een sterkere aantasting van het nitrerge systeem bij diabetische vrouwtjes vermoeden in vergelijking met mannetjes. Bij diabetische mannetjes werd een niet-significante daling van de nitrerge relaxatie gezien t.o.v. gezonde mannetjes.[7] Ook ziet men na toediening van L-NAME aan gezonde mannetjes, een niet-significante stijging van de intragastrische druk, in tegenstelling tot gezonde vrouwtjes. 34

41 Dit bevestigt het vermoeden van een verhoogde nitrerge tonus bij gezonde vrouwtjes en dit kan wijzen op het feit dat vrouwtjes ontvankelijker zijn voor een verstoring van de nitrerge neurotransmissie na inductie van DM. Mannetjes daarentegen, hebben een lagere basale nitrerge tonus, die bovendien minder schade ondervindt na inductie van DM. De betere preservatie van de nitrerge tonus bij mannetjes met DM zorgt ervoor dat na toediening van L- NAME aan diabetische vrouwtjes en mannetjes met DM, de intragastrische tonus meer zal stijgen bij deze laatste (zie figuur 9). De pathogenese van diabetische gastroparese bij mannetjes zal bijgevolg waarschijnlijk meer gebaseerd zijn op aantasting van niet-nitrerge mechanismen. Figuur 9: De vergelijking van de intragastrische druk tussen vrouwelijke en mannelijke proefdieren, al dan niet met diabetes of met de associatie van een NO inhibitor (L-NAME). *<0,05 [7] HAEM OXYGENASE EN IMMUUNCELLEN A. DIEREN Het lichaam van diabetesmuizen is onderhevig aan verhoogde oxidatieve stress ten gevolge van chronische hyperglycemie. Deze oxidatieve stress kan gemeten worden a.d.h.v. de malondialdehydeconcentratie in het serum.[32] Gastrische macrofagen en enzymen zoals nnos en haem oxygenase-1 (HO-1) blijken hierbij een beschermende rol te spelen. In de gastrische mucosa zijn er steeds twee soorten residentiële macrofagen aanwezig: enerzijds de (potentieel schadelijke) pro-inflammatoire M1-macrofagen en anderzijds de beschermende M2-macrofagen. Een studie van Choi et al. [32, 33] bij type-1 en type-2 diabetesmuizen stelde, na inductie van DM, een reflectoire opregulatie van M2-macrofagen vast, wat voor een bescherming van de celproliferatie en overleving zorgt. Dit wordt verklaard door de expressie van HO-1 door deze cellen. Verdere fenotypering toonde aan dat het om CD206+ M2-macrofagen gaat. Deze laatste presenteren de CD206 mannose receptor op hun membraan. Onder normale omstandigheden is de expressie van HO-1 door M2-macrofagen in 35

42 de gastrische muscularis zeer beperkt. Macrofagen kunnen echter een fenotype switch ondergaan van M1 naar M2 onder invloed van veranderingen in de micro-omgeving. Hierbij zou HO-1 zelf verantwoordelijk zijn voor de verandering van fenotype alsook voor een opregulatie van IL10, een potente inductor van M2-macrofagen. Het feit dat HO-1 voor deze inductie zorgt, ziet men onder andere doordat een aantal van de niet-cd206+ macrofagen reeds HO-1 aanmaken voordat ze zelf CD206+ worden.[33] Het belang van de rol van HO-1 in de maagmotiliteit blijkt vrij uitgesproken, aangezien inhibitie van HO-1 activiteit bij type-1 diabetesmuizen een vertraagde maaglediging en verlies van expressie van ICC s in maagcorpus en antrum tot gevolg heeft.[32] HO-1 katalyseert de reactie van heem tot CO, waarbij tweewaardig ijzer en biliverdine vrijkomt. Biliverdine wordt dan verder omgezet tot bilirubine. Deze twee laatstgenoemde zijn krachtige antioxidantia en beschermen de cel. IJzer is potentieel toxisch en wordt gecapteerd door ferritine (aanmaak van ferritine wordt gestimuleerd door HO-1).[44] Ook CO blijkt een protectieve rol te spelen: in macrofagen werkt het anti-inflammatoir door stimulatie van het cytokine IL-10. Wanneer na een tijd deze opregulatie van HO-1 faalt, wordt het lichaam minder beschermd tegen verhoogde oxidatieve stress. Dit kan aanleiding geven tot schade aan diverse componenten zoals neuronen en netwerken van ICC s, met dysritmiëen en gastroparese tot gevolg.[8, 33] De opregulatie van HO-1 blijkt persisterend te zijn bij gastroparese-resistente muizen.[32] Opvallend bij diabetische gastroparese is dat men geen verlies ziet van het totaal aantal macrofagen, maar een verschuiving in het fenotype van deze immuuncellen. Het M2-fenotype wordt hierbij terug vervangen door het pro-inflammatoire M1-fenotype (zie figuur 10). Figuur 10: fenotype switch naar CD206+ bij muizen met type-1 DM (links) en verlies van dit fenotype na ontstaan van gastroparese (rechts). *P<0,05 [33] B. MENSEN Verschillende studies, waaronder een studie van The Gastroparesis Clinical Research Consortium, tonen de aanwezigheid van een immunologisch infiltraat t.h.v. de myenterische plexus van de maag bij patiënten met diabetische gastroparese.[1, 33, 35, 36] Het infiltraat 36

43 wordt, ongeacht de oorzaak (DG of IG), aangetroffen bij 43% van de patiënten met gastroparese. Hierbij wordt een stijging aan macrofagen gezien van gemiddeld 25%.[1] Deze kwantitatieve veranderingen gaan ook gepaard met een veranderde morfologie van de immuuncellen. Een opvallende vaststelling is dat, ondanks de frequente vaststelling, er geen significant verband tussen de grootte van het infiltraat en de ernst van gastrische retentie wordt gezien.[1] (figuur 11) Figuur 11: Correlatie tussen de ernst van de gastrische retentie na 4u en de mate van immuun infiltraat. P=0,83 (niet significant)[1] DE ROL VAN DE GLYCEMIE De glycemie en de maaglediging kunnen elkaar wederzijds beïnvloeden. Zo kan een verhoging of verlaging van de glycemie een belangrijk effect hebben op de maaglediging. Studies zijn lang niet eenduidig over de rol van acute of chronische hyperglycemie hierin. Diverse studies toonden aan dat een acute stijging van de bloedsuikerspiegel voor een vertraging van de maaglediging zorgt.[29, 31] Men ziet hierbij zowel bij voedselinname als bij vasten een verminderd aantal antrale contracties. Tijdens het vasten wordt dit veroorzaakt door inhibitie van het migrerend motorisch complex en dit leidt tot accumulatie van het resterend voedsel in de maag.[45] Dit, samen met een toegenomen relaxatie van de proximale maag en een gestimuleerde pylorische contractie, heeft een vertraging van de maaglediging tot gevolg.[8] Hyperglycemie geeft ook vaak aanleiding tot gastrische dysritmiëen en een verstoorde viscerale sensatie.[37] Men kan dus stellen dat hyperglycemische periodes bij diabetespatiënten voor exacerbaties bij reeds bestaande gastroparese kunnen zorgen. In tegenstelling tot deze bevindingen, is het effect van chronische hyperglycemie op de maaglediging veel minder duidelijk. Men stelt namelijk ook gastrische dysritmiëen vast bij gastroparetische diabetespatiënten die euglycemisch zijn.[21] Op welke manier kan hyperglycemie nu een rol spelen in de pathogenese van gastroparese? Verschillende hypothesen worden hiervoor aangehaald: o.a. een niet-enzymatische glycosylatie van diverse eiwitproducten en cellen, zoals nitrerge neuronen, waarbij deze aangetast worden.[8] Een ander hypothese postuleert dat een verhoogd mitochondriaal 37

44 glucosemetabolisme aanleiding zou geven tot vorming van superoxide, met oxidatieve stress tot gevolg. Dit komt doordat superoxide een vrij radicaal bevat en bijgevolg zeer gemakkelijk kan interageren met diverse moleculen. Dit proces speelt vooral een rol wanneer cytoprotectieve mechanismen tekort schieten, zoals gezien bij langdurige DM. Lysy et al. [23] onderstrepen het belang van vertraagde maaglediging op het ontstaan van postprandiale hypoglycemische episodes. Dit speelt vooral een rol bij diabetespatiënten onder insulinetherapie, aangezien insuline voor de maaltijd toegediend wordt en een glycemieverlagend effect heeft. Men ziet bij deze patiënten, naast verklaarbare oorzaken zoals fysieke inspanning, ook onverklaarbare hypoglycemische episodes. Dit is waarschijnlijk te wijten aan de vertraging waarmee het voedsel de dunne darm bereikt. Bijgevolg stijgt de glycemie niet snel genoeg om aan de gestegen insulineconcentratie tegemoet te komen. Deze studie kwam tot een verrassend resultaat: 26/31 (84%) patiënten met hypoglycemische episodes binnen de twee uur na de maaltijd bleken een abnormale maaglediging te hebben. Dit in tegenstelling tot 4/18 (22%) van de diabetespatiënten zonder postprandiale hypoglycemische episodes. Hiernaast stelde men vast dat patiënten met diabetische gastroparese in vergelijking met niet diabetische controlepatiënten significant minder insuline nodig hadden bij het gebruik van een testmaaltijd. 4.5 BEHANDELING HUIDIGE BEHANDELMETHODEN Gezien het beperkte inzicht in de pathogenese werden patiënten met diabetische gastroparese tot nu toe hoofdzakelijk symptomatisch behandeld. Hierbij is een multidisciplinaire aanpak vereist met een goede educatie van de patiënt. Inzicht in de eigen ziekte met kennis van alarmsymptomen verlaagt immers de kans op (ernstige) complicaties en zorgt ervoor dat patiënten beter met hun ziekte kunnen omgaan. Daarnaast zijn levensstijlaanpassingen, zoals het nuttigen van kleinere maaltijden op meer frequente basis en het vermijden van vet, roken en alcohol, een hulp. In meer ernstige gevallen is vloeibare voeding aangevuld met vitaminen en mineralen en in zeer ernstige gevallen enterale of zelfs parenterale nutritie noodzakelijk. Een ander belangrijk aandachtspunt in de behandeling van diabetische gastroparese is het behouden van een adequate glycemische controle, aangezien hyperglycemie een nefaste invloed kan hebben op de maaglediging.[37] Daarnaast heeft een verlaging van de HbA1cwaarde een daling van de kans op laattijdige complicaties en aldus een betere overleving tot gevolg. Theoretisch gezien zou een adequate toediening van insuline de kans op hyperglycemie minimaliseren en het verlies van ICC s kunnen verhinderen. De glycemie van 38

45 patiënten met diabetische gastroparese is echter moeilijk te regelen wegens de onvoorspelbare en vertraagde glucoseopname t.h.v. de dunne darm. Aanvullend op de niet-medicamenteuze behandeling, neemt ook de medicamenteuze behandeling met pijnstillers, anti-emetica en gastroprokinetica zoals domperidon, metoclopramide en erythromycine een belangrijke plaats in. De meest voorgeschreven antiemetica in de behandeling van diabetische gastroparese zijn fenothiazines (antipsychotica) en antihistaminica. Patiënten met onvoldoende verlichting van symptomen zijn potentiële kandidaten voor invasieve procedures, zoals gastrische neurostimulatie en zeer zelden gastrectomie. Het doel van de behandeling is voornamelijk het verlichten van gastrointestinale symptomen alsook het verbeteren van de nutritionele status van de patiënt.[45] Er is geen reden tot behandeling van asymptomatische patiënten, tenzij er sprake is van nutritionele tekorten. Een asymptomatisch vertraagde maaglediging kan zich eventueel wel uiten in episodes van onverklaarde hypoglycemie, wat een reden kan zijn tot aanpassing van het insulineschema. Het is vanzelfsprekend dat andere (asymptomatische) diabetische complicaties, zoals diabetische retinopathie en nefropathie, wel een tijdige aanpak vereisen. In normale omstandigheden bindt dopamine aan dopamine-2 (D2)-receptoren t.h.v. de chemoreceptor trigger zone, een zone gelegen t.h.v. de medulla oblongata, die op zijn beurt in contact staat met het braakcentrum in de hersenen. Deze zone is buiten de bloedhersenbarrière gelegen en vormt het doelwit voor de werking van de twee meest gebruikte farmaca in het kader van diabetische gastroparese: domperidon en metoclopramide. Via antagonisme van de receptoren ter hoogte van deze chemoreceptor trigger zone wordt het braakcentrum in de hersenen alsook allerlei efferente pathways die betrokken zijn in het braken verhinderd. Daarnaast kan metoclopramide de gastro-intestinale motiliteit verhogen door verhoogde vrijstelling van acetylcholine via binding aan 5HT4-receptoren op de cholinerge zenuwuiteinden in de maag- en darmwand. Hierdoor stijgt de tonus van de onderste slokdarmsfincter en neemt de antrale contractiliteit, de dundarmperistaltiek alsook de antroduodenale coördinatie toe, wat de maaglediging bevordert. De mate waarin domperidon voor een blokkade van gastro-intestinale dopaminereceptoren zorgt, is niet duidelijk. Deze twee medicijnen zorgen voor een efficiënte symptoomcontrole bij een groot deel van de symptomatische, al dan niet gastroparetische, diabetespatiënten. In een studie van Silvers et al. blijkt 75% van de 287 patiënten met bovenste gastro-intestinale symptomen een zeer sterk significante verbetering van hun symptomen te hebben na 4 weken behandeling met domperidon of metoclopramide aan een dosis van respectievelijk 20 mg en 10 mg, vier maal 39

46 per dag.[18] Symptomen als abdominale pijn, misselijkheid, volheidsgevoel, verzadigingsgevoel en braken waren hierbij significant verminderd. Dit zorgt voor een toename van de levenskwaliteit van de patiënten en dit zowel op fysiek als op mentaal vlak. Metoclopramide is even effectief als domperidon maar heeft het nadeel dat het de bloedhersenbarrière in beperkte mate kan doorkruisen, wat bijwerkingen t.h.v. het centrale zenuwstelsel tot gevolg kan hebben.[24] 23% van de patiënten met functionele dyspepsie vermelden hierbij symptomen zoals slaperigheid, concentratiestoornissen en (in mindere mate) rusteloosheid, angst en depressie. Deze bijwerkingen zijn vaak gerelateerd aan het stoppen van de medicatie en zijn slechts tijdelijk. Daarnaast kunnen, bij langdurig gebruik, ook permanente extrapiramidale symptomen voorkomen zoals tardieve dyskinesie.[18] Domperidon daarentegen, kan nauwelijks de bloed-hersenbarrière passeren, waardoor centraal nerveuze bijwerkingen zelden optreden.[24] Wel wordt domperidon in verband gebracht met verlenging van het Qt-interval bij jonge kinderen aan hoge dosis (>30 mg/d) en bij patiënten ouder dan 60 jaar.[46] De lange-termijn effectiviteit van beide farmaca wordt in vraag gesteld.[45] Daarom wordt het gebruik van domperidon en metoclopramide voornamelijk aangeraden voor korte termijn (4-12 weken). Ze kunnen eventueel ook genomen worden indien nodig. Het is aangeraden om de behandeling te starten aan een lage trial dose en te zoeken naar de laagste therapeutisch werkzame dosis voor de patiënt. Goed is om de therapie regelmatig te onderbreken (drug holiday). Ook macroliden zoals erythromycine worden aangewend in het kader van gastro-intestinale symptomen. Een preliminaire studie van Janssens et al. toont de efficaciteit aan van erythromycine in de behandeling van diabetische gastroparese.[47] Erythromycine oefent zijn effect uit door binding aan de motilinereceptoren t.h.v. de gladde spiercellen en neuronen in de gastro-intestinale tractus (vnl. ter hoogte van antrum en duodenum), wat de motiliteit verbetert. Motiline in fysiologische dosis blijkt te zorgen voor een inductie van fase 3 van het MMC. Erythromycine in farmacologische dosis zorgt voor een toename van antrale motiliteit, voor een verbeterde antroduodenale coördinatie en voor een significant herstel van de vertraagde maaglediging tot op het niveau van gezonde controles, zoals aangetoond met scintigrafie.[29] De effectiviteit is maximaal na intraveneuze toediening. Daarom wordt erythromycine voornamelijk gebruikt bij gehospitaliseerde patiënten met ernstige en therapieresistente gastroparese. Men ging na of erythromycine ook effectief is in hyperglycemische omstandigheden, waarbij men zag dat intraveneuze toediening van erythromycine voor een herstel van de vertraagde maaglediging zorgde, ondanks de 40

47 aanwezigheid van hyperglycemie. De patiënten die met erythromycine behandeld waren, hadden een snellere maaglediging in vergelijking met normoglycemische gastroparetische patiënten die placebo ontvingen.[29] Erythromycine kan dus ook aangewend worden bij patiënten met een onstabiele bloedsuikerspiegel. Erythromycine is ook beschikbaar voor orale therapie, maar het effect op de maaglediging is meer beperkt. Dit kan ook te wijten zijn aan de korte follow-up termijn van de studies tot op heden (4 weken).[47] Samengevat zijn er een aantal nadelen verbonden aan een therapie met erythromycine: ten eerste het intraveneus gebruik, wat het ambulant behandelen van patiënten quasi onmogelijk maakt; ten tweede is er een verhoogd risico op tolerantie bij chronisch gebruik; ten derde is er het bijkomende antibiotisch effect die in deze setting ongewenst is en kan leiden tot resistentiefenomenen. Voor het laatstgenoemde probleem kunnen alternatieve motiline-agonisten zoals Mitemcinal eventueel een oplossing bieden. Verder onderzoek naar de effectiviteit en veiligheid van deze moleculen is nodig. Een mogelijk probleem bij motiline-agonisten is dat ze ook zorgen voor een stijging van de intragastrische druk, wat op zich symptomen kan doen verergeren, ook al zorgen ze voor een versnelde maaglediging.[9] Invasieve behandelmethoden zoals gastrische neurostimulatie, worden toegepast bij patiënten die onvoldoende responsief zijn aan symptomatische farmacologische behandeling. Deze patiënten klagen voornamelijk van nausea en braken. De neurostimulator wordt ingeplant in de serosa van de curvatura major van de maag en geeft vervolgens hoogfrequente, laag energetische elektrische pulsen af. Men implanteert een device in de abdominale wand en connecteert deze aan de electroden. Naargelang de respons van de patiënt, kunnen de eigenschappen van deze pulsen aangepast worden tot een gewenste symptoomreductie bereikt wordt. Een studie van Velanovich [48] ging het effect van gastrische neurostimulatie na bij idiopathische en diabetische gastroparese en stelde daarbij een significante respons vast bij 75% van de patiënten. De patiënten vermeldden een verbetering van gastro-intestinale symptomen, subjectieve gezondheid en sociaal functioneren. Aangezien de parameters frequent moeten worden aangepast, was de mediane tijd om een maximale respons te bereiken vier maanden. Aangezien het een invasieve procedure met een potentieel verhoogde morbiditeit (voornamelijk infectie) en/of mortaliteit omvat, is het preoperatief detecteren van de non-responders belangrijk. Een andere potentiële therapie met beperkte effectiviteit is het inspuiten van botulinetoxine in de pylorussfincter. Dit veroorzaakt een reductie van eventuele spasmen en verbetering van de maagmotiliteit. Ook chirurgie is een optie bij therapieresistente diabetische gastroparese. Tot 41

48 de mogelijkheden behoren gastrostomie en occasioneel gastrectomie. Deze chirurgische aanpak staat niet garant voor een effectieve symptoomcontrole aangezien complicaties zoals aantasting van de zenuwbanen kunnen optreden. Ten slotte kunnen we opmerken dat bepaalde antidiabetische farmaca een vertraging van de maaglediging in de hand kunnen werken. Het betreft farmaca die zorgen voor een versterking van het incretine-effect, zoals α-glucosidase-inhibitoren en glucagon like peptide-1 (GLP-1)- analogen. Ze dragen bij tot een vertraagde maaglediging door een vermindering van de cholinerge neurotransmissie en veranderingen in de neuro-endocrine as. Na voedselinname worden incretines, zoals GLP-1, vrijgesteld door endocriene cellen van de gastro-intestinale tractus. Door stimulatie van de insulinesecretie en inhibitie van de glucagonsecretie zorgen ze voor een daling van de bloedglucose. Daarnaast zorgen ze voor een verzadigingsgevoel door inwerking op centraal niveau en een inhibitie van de maaglediging op perifeer niveau. Een aantal medicijnen, zoals GLP-1-analogen zijn recent op de markt gekomen ter controle van de glycemie bij patiënten met DM-2. Bij patiënten met gastroparese zorgen ze echter voor een verergering van de reeds vertraagde maaglediging. Het belang van het glycemieverlagend effect blijkt wel door te wegen t.o.v. de vertraging van de maaglediging maar hier moet wel rekening mee gehouden worden, aangezien op die manier ook de glycemische controle in het gedrang kan komen. Naast GLP-1-analogen zijn er ook dipeptidyl peptidase-4 (DPP4)- inhibitoren beschikbaar, die de metabolisatie van GLP-1 verhinderen en op die manier aanleiding geven tot gestegen spiegels van GLP-1. Ook het klassieke biguanide metformine kan zorgen voor een inhibitie van DPP4, met een vertraagde maaglediging en nausea tot gevolg.[45] Het stopzetten van deze medicamenteuze behandeling zou aldus een verbetering van de symptomen kunnen geven bij een deel van de patiënten RECENT ONDERZOEK ROND BEHANDELING Recente inzichten in en een beter begrip van de pathofysiologie van diabetische gastroparese zullen mogelijk leiden tot nieuwe en meer effectieve therapeutische alternatieven. Nieuwe behandelingen die gericht zijn op het onderhouden van IGF-1 niveaus, dimerisatie van nnos, Ano-1 kanalen, opregulatie van HO-1 en vermindering van oxidatieve stress, zijn nog volop in onderzoek. Andere studies rond nieuwe moleculen zoals ghreline-agonisten en hemine toonden reeds effectiviteit; dit wordt momenteel verder onderzocht in fase-2 klinische studies. 42

49 GHRELINE-AGONISTEN Ghreline, een endogene ligand voor de growth hormone releasing hormone receptor t.h.v. de hypofyse, blijkt naast zijn eetlust-stimulerend effect ook een regulerende rol te hebben in de maaglediging en motiliteit na vrijstelling uit de gastro-intestinale mucosa door inductie van het MMC tijdens het vasten. Een toename van motiliteit na voedselinname wordt enkel gezien bij toediening van farmacologische dosissen wegens het korte halfleven van endogeen ghreline.[49] Een synthetische vorm van ghreline met een langer halfleven zou aldus een therapeutisch alternatief kunnen zijn in het kader van diabetische gastroparese. Een recente fase-2 klinische studie van Ejskjaer et al. onderzocht de meest effectieve dosis van de ghreline-agonist TZP-101 in het verbeteren van de gastro-intestinale motiliteit bij patiënten met type-1 en type-2 DM.[49] Hierbij bleek een intraveneuze dosis van 80 µg/kg gedurende 4 dagen de meest effectieve dosis te zijn met een maximaal effect bereikt op dag 4. 63% van de patiënten vermeldden hier meer dan 50% verbetering van hun gastro-intestinale symptomen, zoals berekend met de GCSI-score (zie 3.2). Men ziet hierbij een reductie van alle gastrointestinale symptomen, waarbij vooral braken en verlies van eetlust significant bleken te verbeteren. Daarnaast zorgt TZP-101 voor een significant herstel van de maaglediging. Het wordt goed getolereerd en het bijwerkingenprofiel is gelijkaardig aan dat van placebo. In nieuwere klinische studies zal het klinische effect van TZP-101 verder onderzocht worden, waarbij men zich voornamelijk zal richten op patiënten met ernstige symptomen zoals braken die niet responsief zijn aan klassieke medische therapie OPREGULATIE VAN HO OF TOEDIENING VAN CO Zoals eerder vermeld, wordt de beschermende rol van HO-1 in de pathogenese van diabetische gastroparese gesuggereerd in meerdere studies. CO, een bijproduct van de katalytische reactie welke HO-1 verzekert, heeft zowel vasorelaxerende, anti-inflammatoire als anti-apoptotische eigenschappen. Daarnaast zijn biliverdine en bilirubine zowel antiinflammatoir, anti-oxidatief als anti-atherogeen.[50] Recent na het ontwikkelen van DM, vertonen muizen verhoogde spiegels van HO-1 t.h.v. het maagcorpus en -antrum.[32] Deze spiegels blijven verhoogd bij muizen resistent aan gastroparese. Inductie van HO-1 door moleculen zoals hemine kan hier aldus een mogelijke therapeutische optie zijn (figuur 12). 43

50 Figuur 12: Toediening van hemine aan type-1 diabetesmuizen zorgt voor een volledig herstel van Kit en nnos.[44] Dit wordt aangetoond in een studie van Moo Choi et al. waarbij gedurende 4 weken intraveneus hemine werd toegediend aan type-1 diabetische gastroparetische muizen. Het gevolg was een volledig herstel van de vertraagde maaglediging.[32] Daarnaast zorgt hemine voor een significant herstel van c-kit, voor expressie van nnos en voor een reductie van de aanwezige oxidatieve stress. Omgekeerd zorgt inhibitie van HO-1 bij diabetische muizen door toediening van chromium mesoporphyrine (CrMP) intraperitoneaal gedurende 3 weken voor een inductie van gastroparese met sterk significant verhoogde niveaus van oxidatieve stress en verlies van expressie van c-kit tot gevolg en dit bij alle muizen.[32] Dit was niet het geval bij toediening van CrMP bij gezonde muizen. Dit bevestigt het vermoeden dat HO-1 essentieel is in het beschermen van de ICC s tijdens een status van verhoogde oxidatieve stress, zoals DM. Bharucha et al. publiceerden de eerste studie die het therapeutisch effect van hemine bij mensen onderzocht.[50] Hemine werd gebonden aan albumine en intraveneus toegediend aan 5 patiënten met diabetische gastroparese, werd goed getolereerd en zorgde voor een significante stijging van de concentratie en activiteit van HO-1. Hieruit kon men besluiten dat 44