Die Wirkung der akuten Tryptophan-Mangel (ATD) auf die Empfindlichkeit der Speiseröhre bei gesunden Probanden

1. EINFÜHRUNG Die gastroösophageale Refluxkrankheit (GERD), definiert als das Vorhandensein von Symptomen oder Läsionen, die auf einen Rückfluss von Mageninhalt in die Speiseröhre zurückzuführen sind, ist eine zunehmend verbreitete Erkrankung in westlichen Gesellschaften. Typische Refluxsymptome sind Sodbrennen und Aufstoßen, aber GERD kann sich durch eine Vielzahl von ösophagealen und extraösophagealen (atypischen) Symptomen äußern (z. Chronischer Husten).

   Beim Menschen ist Schmerz ein multimodales Erleben, das sich aus sensorischen, physiologischen und psychologischen Aspekten zusammensetzt. Um die klinische Situation nachzuahmen, sollten experimentelle Modelle auf multimodalen Testschemata basieren, bei denen verschiedene Rezeptoren und Mechanismen des zentralen Nervensystems aktiviert werden.

   Fortschritte bei der sensorischen Stimulation der Speiseröhre haben gezeigt, dass sowohl typische als auch atypische Symptome nicht nur durch sauren Reflux entstehen können, sondern auch durch Reflux-Ereignisse mit weniger saurem pH-Wert (pH 4-7). Bei GERD-Patienten mit anhaltenden Symptomen trotz Behandlung mit Protonenpumpenhemmern (PPI) (refraktäre GERD) ist ein andauernder schwach saurer Reflux als Hauptursache bekannt.

   Die Grundlage für die Symptombildung bei schwach saurem Reflux muss noch aufgeklärt werden, aber Säureempfindlichkeit im pH-Bereich 4-7, mechanische Dehnung (verstärkt durch Luft im Refluxat), Empfindlichkeit gegenüber anderen chemischen Faktoren (z. Galle) und ösophageale Überempfindlichkeit gegenüber physiologischem Reflux wurden alle vorgeschlagen.

   Die Forscher spekulieren, dass viszerale Überempfindlichkeit eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung von Ösophagussymptomen spielt. Dafür sprechen die Refluxparameter, die während der PPI-Therapie im Rahmen der physiologischen Zahl üblich sind. Frühere Studien zeigten auch, dass refraktäre GERD-Patienten unter PPI-Therapie im Vergleich zu gesunden Probanden eine erhöhte viszerale Überempfindlichkeit gegenüber thermischer, chemischer und mechanischer Ösophagusstimulation aufweisen.

   Serotonin oder 5-Hydroxytryptamin (5-HT) ist ein wichtiger Neurotransmitter, der vorwiegend im Zentralnervensystem und im Gastrointestinaltrakt (GI) (schleimige enterochromaffine Zellen) vorkommt. 5-HT wird aus Tryptophan gewonnen und spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation der GI-Sekretion und -Motilität und wird seit langem mit der Emotionsregulation und psychologischen Problemen wie Depressionen, Angstzuständen und Phobien in Verbindung gebracht.

   Akute Tryptophandepletion (ATD), die vorübergehend die Verfügbarkeit der essentiellen Aminosäure Tryptophan (TRP) verringert, verringert die 5-HT-Synthese und ist eine validierte Technik, um die zentralen und peripheren 5-HT-Konzentrationen akut zu senken. Dies wird durch Verabreichung einer Aminosäuremischung ohne TRP erreicht.

   ATD wird in der psychiatrischen Forschung häufig verwendet, um die Rolle von zentralem 5-HT bei affektiven Störungen zu untersuchen, aber weitere Forschungen zeigten, dass ATD auch die GI-Physiologie beeinflusst, indem es die Magenentleerung verzögert und die viszerale Schmerzwahrnehmung während der rektalen Ballondehnung verbessert. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ATD die postprandiale motorische Funktion des Magens und durch Dehnung verursachte Übelkeit verändert. Diese Befunde belegen die Beteiligung von 5-HT an der Kontrolle der Magenakkommodation und -empfindlichkeit.

2. BEGRÜNDUNG UND ZIELE Mehrere Studien zeigen, dass 5-HT eine wichtige Rolle in der Gehirn-Darm-Achse spielt, aber seine genaue Rolle ist derzeit nicht klar. Es wurde zuvor gezeigt, dass die akute Verabreichung von Citalopram, einem selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI), die chemische und mechanische Empfindlichkeit bei überempfindlichen gesunden Probanden signifikant senkt. Buspiron, ein partieller 5-HT1A-Rezeptoragonist, kann die Motilität des Ösophagus verändern. Das Ziel der aktuellen Studie ist es, die Wirkung einer akuten Tryptophan-Depletion (ATD) auf die Empfindlichkeit der Speiseröhre in einer Gruppe gesunder Probanden zu untersuchen und ihre Rolle bei der Symptomwahrnehmung zu bewerten.
3. ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER STUDIE Alle Teilnehmer erhalten und unterschreiben die Einverständniserklärung vor Beginn der Studie. Die Empfindlichkeit der Speiseröhre wird durch multimodale Stimulation in zwei Sitzungen (nach Placebo-Aminosäurelösung und nach ATD) im Abstand von mindestens einer Woche getestet.
4. MATERIAL UND METHODEN Die Studien werden unter Verwendung einer multimodalen Ösophagus-Stimulationssonde durchgeführt, die thermische, mechanische, elektrische und chemische Stimulationen der Speiseröhre ermöglicht.

Während jeder Stimulation werden die Probanden angewiesen, die Wahrnehmung von Symptomen mit einem elektronischen visuellen Analogskalensystem (VAS) aufzuzeichnen. Dieses Gerät ermöglicht es dem Probanden, Wahrnehmung und Schmerz auf einer Skala von 0 bis 10 zu skalieren.

Erste Wahrnehmung (VAS=1), Schmerzwahrnehmungsschwelle (VAS=5) und Schmerztoleranzschwelle (VAS=7) werden aufgezeichnet. Alle Arten von ösophagealen Stimulationen werden sofort beendet, wenn die Schmerztoleranzschwelle erreicht ist. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Schmerztoleranzschwelle erreicht ist (VAS = 7), werden die Probanden gebeten, den übertragenen Schmerzbereich zu zeichnen, um den Ort und den Übertragungsbereich des Schmerzes zu identifizieren.

Die thermische Stimulation wird durchgeführt, indem eine durch ein Wasserbad erhitzte Kochsalzlösung (NaCl 0,09 %) durch den an der Sonde angebrachten Ballon rezirkuliert wird. Die Stimulationstemperatur wird stetig erhöht, indem die Flussrate vom Wasserbad zum Ballon erhöht wird. Die Durchflussrate wird durch eine computergesteuerte Pumpe gesteuert. Das Volumen im Ballon wird konstant auf 5 ml gehalten, um eine mechanische Stimulation der Speiseröhre zu vermeiden. Ein im Ballon vorhandener Temperatursensor überwacht kontinuierlich die Stimulationstemperatur, die während der gesamten Studie online auf einem Computerdisplay angezeigt wird.

Die mechanische Stimulation erfolgt durch Dehnung des an der Sonde befestigten Ballons. Der Fluss von Kochsalzlösung (NaCl 0,09 %) in den Ballon, der die Aufblähung herbeiführt, wird durch eine computergesteuerte Pumpe reguliert. Das Volumen im Ballon wird während der gesamten Stimulation online auf dem Computerbildschirm angezeigt. Mechanische Stimulationen werden mit 37°C warmem Wasser durchgeführt, um eine thermische Stimulation der Speiseröhre zu vermeiden.

Der mechanischen Stimulation geht eine Vorkonditionierungsperiode voraus, während der der Ballon ausgedehnt wird, bis die Schmerzwahrnehmungsschwelle (VAS = 5) erreicht ist. Diese Vorkonditionierungsperiode wird verwendet, um das Ösophagusgewebe vorzukonditionieren und dem Patienten zu ermöglichen, sich an das Gefühl der mechanischen Ausdehnung zu gewöhnen.

Die elektrische Stimulation erfolgt über 2 Stimulationselektroden, die proximal zum Ballon angebracht sind. Elektrische Blockimpulse werden unter Verwendung eines standardmäßigen elektrischen Stimulators gegeben. Es werden einzelne Burst-Impulse mit einer Dauer von 1 ms bei 200 Hz abgegeben. Die Amplitude der Impulse nimmt stetig zu, mit Schritten von 0,5 mA und einem Intervall von 15 Sekunden. Aus Sicherheitsgründen ist die maximale Intensität auf 50 mA begrenzt. Als Sicherheitsmaßnahme wird während der elektrischen Stimulation der Speiseröhre eine EKG-Überwachung durchgeführt.

Die chemische Stimulation wird im distalen Ösophagus durchgeführt, indem eine saure Lösung (HCl 0,1 N) in den Ösophagus infundiert wird. Die Infusionsrate wird durch eine peristaltische Infusionspumpe mit einer Flussrate von 2 ml/min gesteuert. Die Stimulation dauert maximal 30 Minuten.

Akuter Tryptophanmangel

Die Wirkung von ATD auf die Empfindlichkeit der Speiseröhre wird untersucht. Das Aminosäuregemisch wird gemäß einem zuvor von den Forschern verwendeten Protokoll hergestellt. Alle Substrate sind mit einer Isotopen- und chemischen Reinheit von mindestens 99 % im Handel erhältlich. Die Identität der Produkte wird mittels Gaschromatographie - Massenspektrometrie (GC-MS, GC-Säule: AT5-MS 30 m x 0,25 mm Innendurchmesser; 0,25 µm Film (Grace)) bestätigt. Die Aminosäuremischung besteht aus 15 Aminosäuren (4,1 g L-Alanin, 2,4 g Glycin, 2,4 g L-Histidin, 6,0 g L-Isoleucin, 10,1 g L-Leucin, 6,7 g L-Lysin, 4,3 g L-Phenylalanin , 9,2 g L-Prolin, 5,2 g L-Serin, 4,3 g L-Threonin, 5,2 g L-Tyrosin, 6,7 g L-Valin, 3,7 g L-Argin, 2,0 g L-Cystein, 3,0 g L-Methionin und 3,0 g L-Trypyophan). Die TRP-defiziente Aminosäuremischung besteht aus den gleichen 15 Aminosäuren, aber ohne Tryptophan.

Die Aminosäuremischung wird über eine Magensonde verabreicht, um Übelkeit aufgrund des unangenehmen Geschmacks und Geruchs der Mischung zu vermeiden. Während der Placebo-Sitzungen wird eine Kontroll-Aminosäuremischung verwendet, die dieselben Aminosäuren enthält, die mit TRP angereichert sind, um eine Abnahme der TRP-Spiegel zu verhindern. Im Laufe der Zeit erhält jeder Teilnehmer in der ersten Sitzung in zufälliger Reihenfolge Placebo oder ATD. In der zweiten Sitzung erhält der Proband das andere Produkt, das er/sie beim ersten Mal nicht erhalten hat. Da die Aminosäuremischung den 5-HT-Spiegel des HV beeinflusst, werden wir zuerst das Mini International Neuropsychiatric Interview (niederländisch, Version 5.0.0, DSM-IV) während der Rekrutierung der Freiwilligen zur Beurteilung ihres psychiatrischen Zustands.

STUDIENÜBERSICHT Nach einer schnellen Übernachtung kommen die Probanden in die Endoskopieabteilung des UZ Gasthuisberg, wo die Studie durchgeführt wird. Für jedes Subjekt werden zwei Sitzungen angesetzt: eine Placebo- und eine ATD-Sitzung, mit einem Abstand von mindestens einer Woche zwischen jeder der Sitzungen. Die Sitzungen werden einfach verblindet durchgeführt, die Reihenfolge von Placebo und ATD wird randomisiert.

Da die maximale TRP-Verarmung etwa 5 Stunden nach Einnahme der Aminosäuremischung erreicht wird, wird die Aminosäure 5 Stunden vor dem eigentlichen Beginn der ösophagealen Stimulation durch eine nasogastrale Infusion verabreicht.

In der Zeit zwischen der Verabreichung der Aminosäuremischung und dem eigentlichen Beginn der ösophagealen Stimulation werden die Probanden aufgefordert, sich standardisierte Filme mit neutralem emotionalem Inhalt anzusehen. Fünf Stunden nach Verabreichung der Aminosäuremischung wird die multimodale Stimulationssonde durch den Mund positioniert. Nachdem die Sonde in der Speiseröhre (10 cm über dem unteren Ösophagussphinkter) positioniert wurde, wird sie am Kinn befestigt und der Proband verbleibt während der gesamten Studiendauer in einer halb liegenden Position. Vor Beginn der Stimulationen gibt es für die Probanden eine Eingewöhnungsphase von 15 Minuten, um sich an das Gefühl der Sonde zu gewöhnen und Anweisungen für die korrekte Verwendung des VAS-Messgeräts zu geben.

VAS-Scores werden während jeder Art von Stimulation überwacht. Alle Stimulationen werden sofort gestoppt, wenn das Subjekt die Schmerztoleranzschwelle (VAS = 7) erreicht, mit Ausnahme der elektrischen Stimulation, bei der wir die Stimulation aus Sicherheitsgründen nach Erreichen von VAS 5 stoppen.