Pathophysiological aspects of metabolism in patients with inflammatory bowel diseases and patients with liver cirrhosis: relevance for clinical nutrition

Abstract

Any type of disease inevitably alters metabolism at many levels. Some changes even persist when metabolism is corrected by pharmacological interventions. Pathophysiological changes may potentially affect the requirements for dietary nutrients. Furthermore, bioactive compounds in food may aggravate or potentially counteract pathophysiology. Detailed knowledge on the metabolic alterations and their underlying molecular and cellular mechanism is pivotal for the effectiveness of any nutritional therapy. The present work describes several new aspects of disease-specific mechanism in patients with inflammatory bowel diseases and in patients with liver cirrhosis. A prospective controlled multicentre trials included 183 patients with inactive and active inflammatory bowel diseases and resulted in an unexpectedly low prevalence of overt malnutrition according to internationally recommended malnutrition questionnaires for both Crohn’s disease and ulcerative colitis. Still, even patients classified as well-nourished showed in pair-matched comparison with healthy controls a significantly higher body fat mass with lower body cell mass and significantly lower handgrip strength. In contrast to our hypothesis, changes in nutritional status or body composition were neither associated with the location and duration of the disease nor with current disease activity (CDAI, CAI) or intestinal resections. We observed several alterations in plasma adipokine concentrations (leptin, adiponektin, resistin, visfatin, RBP-4) that were unrelated to disease duration, localisation and actual or previous medication. Hyperinsulinemia was observed in about 60% of our patients. Interestingly, plasma insulin concentration was negatively correlated to adiponectin concentration, and this change predicted the 6 month maintenance of remission. Additionally, we provided preliminary evidence that plasma bile acids are involved in the regulation of energy expenditure and glucose metabolism. Most relations were identified in patients with liver cirrhosis that presented with about 10-fold increased bile acid concentrations. Baseline correlation to energy expenditure was also seen in healthy subjects. Additionally, we explored whether plasma levels of peptide YY3-36, an anorexigenic intestinal hormone, are different in patients with liver cirrhosis compared with healthy controls. Concepts for evidence-based dietary recommendation to influence the course of a disease are still in their very early stages. One of the first steps is to accumulate evidence on physiologic associations between disease and nutritional biomarkers as well as to investigate and identify possible future targets for dietary interventions. This was done exemplarily on selected topics in the presented investigations.

Erkrankungen verändern den menschlichen Stoffwechsel auf verschiedenen Ebenen. Einige dieser Veränderungen bleiben selbst nach pharmakologischer Korrektur bestehen. Pathophysiologische Veränderungen können den Nährstoffbedarf beeinflussen. Umgekehrt ist es naheliegend, dass bioaktive Substanzen aus der Nahrung die Pathophysiologie verstärken oder ihr protektiv entgegenwirken können. Ein detailliertes Wissen der genauen Stoffwechselveränderungen und der zugrundeliegenden molekularen und zellulären Mechanismen ist daher für die effektive Konzeption jeder Ernährungstherapie notwendig. Die vorliegende Arbeit beschreibt mehrere neue Aspekte von krankheitsspezifischen Mechanismen bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen und Leberzirrhose. In einer prospektiven, kontrollierten und multizentrischen Studie wurden 183 Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (M. Crohn, Colitis ulzerosa) eingeschlossen. Bei Patienten in klinischer Remission resultierten international empfohlene Mangelernährungs-Screeningverfahren in einer überraschend geringen Prävalenz an mangelernährten Patienten. Dies wies auf eine zu geringe Sensitivität dieser Screeningverfahren hin, da nachweisbare Veränderungen im Ernährungsstatus vorlagen. Als gut ernährt klassifizierte Patienten zeigten im Paarvergleich mit gesunden Kontrollen eine signifikant höhere Fettmasse bei niedrigerer Körperzellmasse verbunden mit einer signifikant erniedrigten Handkraftstärke auf. Entgegen unserer Hypothese waren die Veränderungen weder mit der Lokalisation oder Dauer der Erkrankung noch mit der aktuellen Krankheitsaktivität oder mit intestinalen Resektionen assoziiert. Zusätzlich wurden veränderte Adipokinkonzentrationen im Plasma beobachtet (Leptin, Adiponektin, Resistin, Visfatin, Retinol-bindendes Protein-4). Im Weiteren wiesen circa 60% der Patienten eine Hyperinsulinämie auf, welche negativ mit der Adiponektinkonzentration im Plasma korrelierte und ein unabhängiger protektiver Faktor zum Remissionserhalt über 6 Monate war. Bei den Leberzirrhotikern, die sich durch stark erhöhte Serum- Gallensäurekonzentration charakterisierten, wurde erstmals ein möglicher Zusammenhang zwischen Serum-Gallensäurenkonzentrationen und dem Energieumsatz sowie der Glukosetoleranz auch beim Menschen nachgewiesen. Überraschend war, dass der Energieumsatz mit den Serum-Gallensäuren auch bei Gesunden unter Nüchternbedingungen korrelierte. Zusätzlich war bei Leberzirrhotikern verglichen mit gesunden Kontrollen das Peptid YY, ein anorexigenes intestinales Hormon, in Abhängigkeit des Schweregrades der Erkrankung verändert. Konzepte für evidenz-basierte Ernährungsempfehlungen zur Beeinflussung des Krankheitsverlaufes stehen noch in ihren frühen Anfängen. Ein erster Schritt ist der wissenschaftliche Beweis von Zusammenhängen zwischen der krankheitsspezifischen Pathophysiologie und Biomarkern der Ernährung. Er ermöglicht die Untersuchung und Identifikation zukünftiger molekularer oder zellulärer Ziele von Ernährungsinterventionen. Dies wurde exemplarisch anhand ausgewählter Themen in den vorgestellten Untersuchungen demonstriert.