Οι ασθενείς με αποφρακτικό ίκτερο έχουν αυξημένη συχνότητα επιπλοκών και θανάτου ιδιαιτέρως μετά από επεμβατικούς διαγνωστικούς ή θεραπευτικούς χειρισμούς. Ο νετερικός βλεννογόνος αποτελεί ανατομικό και λειτουργικό φραγμό ο οποίος περιορίζει εντός του αυλού τα βακτηρίδια και τις ενδοτοξίνες εμποδίζοντας τους την δίοδο στη συστηματική κυκλοφορία και την διασπορά τους. Υπάρχουν όμως παθολογικές καταστάσεις κατά τις οποίες ο εντερικός βλεννογόνος ανεπαρκεί επιτρέποντας την είσοδο στην κυκλοφορία και την διασπορά ενδοτοξινών και ενερικών μικροβίων – το φαινόμενο είναι γνωστό με τον όρο βακτηριακή μετακίνηση (bacterial translocation) – με αποτέλεσμα σηπτικές επιλοκές, ανεπάρκεια πολλαπλών οργάνων και υψηλή θνητότητα. Πειραματικές και κλινικές μελέτες έδειξαν ότι ο αποφρακτικός ίκτερος προκαλεί δυσλειτουργία του βλεννογόνιου εντερικού φραγμού με αποτέλεσμα την ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση που διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη επιπλοκών στους ασθενείς με αποφρακτικό ίκτερο. Η έκθεση στην ενδοτοξίνη είναι σημαντική γιά την ανάπτυξη του ανοσοποιητικού συστήματος του ξενιστή, αλλά όταν εκτεθεί σε υψηλές συγκεντρώσεις τα αποτελέσματα είναι επιβλαβή. Υπό φυσιολογικές συνθήκες ο εντερικός φραγμός εμποδίζει την δίοδο των μικροβίων στο στείρο περιβάλλον της περιτοναικής κοιλότητας, της πυλαίας φλέβας και της συστηματικής κυκλοφορίας. Στο ήπαρ ο πληθυσμός των κυττάρων Kuppfer αποτελεί τον κύριο όγκο του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος κι είναι στρατηγικά τοποθετημένος στην συμβολή του συστήματος της πυλαίας για την εξουδετέρωση κι απομάκρυνση ενδοτοξινών και βακτηριδίων της πυλαίας. Λειτουργικές διαταραχές είτε του εντερικού βλεννογόνου είτε των κυττάρων Kuppfer -λόγω κατασταλμένης εκκαθαριστικής ικανότητας εξαιτίας της χολόστασης - έχει ως αποτέλεσμα την διαφυγή ενδοτοξινών και μικροβίων αρχικά στους μεσεντέριους λεμφαδένες, στην πυλαία και στην συνέχεια μέσω της συστηματικής κυκλοφορίας σε απομακρυσμένα όργανα. Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι η επιβεβαίωση και η μελέτη της ενδοτοξαιμίας και βακτηριακής μετακίνησης στο πειραματικό μοντέλο του αποφρακτικού ικτέρου , καθως και η προσπάθεια αποτροπής του φαινομένου μέσω χορήγησης τροφικών κι ανοσοδιεγερτικών παραγόντων και συγκεκριμένα γλουταμίνης κι αργινίνης. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης επιβεβαίωσαν την ύπαρξη πυλαίας και συστηματικής ενδοτοξιναιμίας και βακτηριακής μετακίνησης στην εξωηπατική απόφραξη των χοληφόρων. Παρατηρήθηκε επίσης αύξηση της απόπτωσης στον εντερικό βλεννογόνο όπως τεκμηριώθηκε με βάση την μορφομετρική ανάλυση και τις μετρήσεις DNA και πρωτείνης, μηχανισμός που οδηγεί στην περαιτέρω ατροφία του βλεννογόνου πιθανώτατα μέσω διαταραχής στην αναλογία κυτταρικού πολλαπλασιασμού και κυτταρικού θανάτου. Η γλουταμίνη διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον εντερικό μεταβολισμό, δομή και λειτουργία όπως και σε αλλα ταχέως πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα Η χορήγησή της φαίνεται να ελαττώνει την ΒΜ και να βελτιώνει την επιβίωση σε αρκετά μοντέλλα σήψης εντερικής προελεύσεως πιθανώς με τροφική δράση στον εντερικό βλεννογόνο και στα κύτταρα του ανοσοποιητικού Η αργινίνη, ειναι σημαντικό αμινοξύ για την λειτουργια των λεμφοκυττάρων και βελτιώνει την κυτταρική απάντηση του ανοσοποιητικού όταν χορηγηθεί τοσο σε ανθρώπους όσο και σε πειραματοζωα. Η αργινίνη όμως, επιπλέον συγκεντρώνει το ενδιαφέρον των μελετητών γιατι αποτελεί πρόδρομο μόριο του μονοξειδίου του αζώτου, μόριο με πολλαπλές λειτουργίες τόσο στην ανοσία και φλεγμονή όσο και στη εντερική διαπερατότητα και βακτηριακή μετακίνηση Η χορήγηση των δύο αυτών ανοσοθρεπτικών αμινοξέων μείωσε την ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση δρώντας πιθανώς τόσο στο ανοσοποιητικό σύστημα όσο και στην ακεραιότητα του εντερικού βλεννογόνου με μείωση της απόπτωσης και στην περίπτωση της γλουταμίνης παράλληλη αύξηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, όπως αναδείχθηκε στην μέτρηση των μιτώσεων και στην αύξηση του εντερικού DNA και πρωτείνης. Σε περιπτώσεις εξωηπατικής απόφραξης των χοληφόρων έχει παρατηρηθεί σημαντική καταστολή του ανοσοποιητικού συστήματος με επίδραση τόσο στα Τ-κύτταρα όσο και στα κύτταρα Kuppfer. Προηγούμενες αναφορές στη δυσλειτουργία της κυτταρικής ανοσίας εισηγούνται ότι η καταστολή της δραστηριότητας των Τ-κυττάρων έχουν άμεσο αποτέλεσμα στη συστηματική ενδοτοξιναιμία, ενώ η καταστολή του μιτογονικού ερεθίσματος των Τ- κυττάρων συμβαίνει δευτερογενώς ως αποτέλεσμα βακτηριακής μετακίνησης. Στη δική μας μελέτη η χορήγηση των ανοσοθρεπτικών αυτών πεπτιδίων ελάττωσε την βακτηριακή μετακίνηση και βελτίωσε σημαντικά τις ιστολογικές αλλοιώσεις που προκαλεί η εξωηπατική χολόσταση στα πυλαία διαστήματα του ήπατος με πιθανώτερο αιτιοπαθογενετικό μηχανισμό την μείωση της ενδοτοξιναιμίας στην πυλαία φλέβα. Συμπερασματικά τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης επιβεβαιώνουν την ενδοτοξιναιμία και βακτηριακή μετακίνηση στον πειραματικό αποφρακτικό ίκτερο και δείχνουν πως η χορήγηση ανοσοθρεπτικών αμινοξέων όπως η γλουταμίνη και αργινίνη περιορίζουν το φαινόμενο με παράλληλη βελτίωση της ιστολογικής εικόνας τόσο τού ήπατος όσο και του λεπτού εντέρου. / Invasive diagnostic and therapeutic procedures in the presence of obstructive jaundice are associated with a high morbidity and mortality rate, primarily due to septic complications and renal impairement. Bacterial translocation is known as the passage of viable bacteria or endotoxins from the gut to the mesenteric lymph nodes and other organs which may commence or exacerbate the septic state. This study was undertaken to investigate the influence of experimental obstructive jaundice in wistar rats on portal and systematic (aortal) endotoxaemia, on bacterial translocation (ΒΤ) to mesenteric lymph nodes and distant organs, and on liver and ileal histology and apoptosis. In addition, in an attempt for therapeutic intervention we have explored the possible beneficial effect of immunonutrition in obstructive jaundice by administration of glutamine or arginine per os. The amino-acid glutamine although non essential and in abundance, is required as an enterocyte fuel while it seems to possess anabolic properties for the liver, skeletal muscle, intestinal mucosa and the immune system (e.g. lymphocytes, macrophages) and its supplementation has resulted in beneficial clinical outcomes. Glutamine supplements have been used to protect the intestinal mucosa and enhance the immune system. Various authors have postulated that glutamine may prevent or attenuate BT. Arginine plays an important role in many functions including protein synthesis and katabolism. Arginine is important in the function of lymphocytes and improves cellular immune response when administered. In addition it is the sole precursor amino acid in the generation of the immunity-enhancing agent nitric oxide (NO) by NO-synthase. In animals and humans in sepsis plasma L-arginine concentrations are markedly low, may become an indispensable amino acid, and low arginine concentrations are correlated with a worse prognosis. Arginine deficiency was demonstrated in bile duct ligated rats. Dietary L- arginine has been shown to enhance the immune system and wound healing. In obstructive jaundice the absence of intraluminal bile deprives the gut from its bacteriostatic, endotoxin neutralizing and mucosal trophic effect leading to increased intestinal bacterial and endotoxin load together with mucosal atrophy. These alterations promote bacterial and endotoxin translocation into the portal circulation and subsequently, through a decreased clearance capacity of Kupffer cells due to cholestasis, into the systemic circulation. Systemic endotoxaemia activates further a systemic inflammatory response, with dysfunctions of remote organs which in a vicious circle aggrevates the intestinal barrier dysfunction and liver injury. Sevenry-five male Wistar rats were randomly divided in four groups (15 each): I controls, II sham operated, III bile duct ligation (BDL), IV BDL + glutamine (3%in drinking water) and V BDL + arginine (2% in drinking water). Ileal samples for histology, DNA and protein content, liver biopsies, mesenteric lymph nodes (MLN) for cultures, portal and systemic blood samples for endotoxin measurements were obtained 10 days later. Compared to control, a significant increase in contaminated MLN and liver samples and in endotoxaemia was noted in group III (P < 0.01) which was significantly reduced in group IV and V (P < 0.05). Group IV presented also a significantly higher number of mitoses/crypt (M/c) , less apoptotic body counts (as did group V) and a higher DNA content compared to group III (P < 0.05). Liver biopsies from group III displayed typical changes of large duct obstruction that were significantly improved after glutamine or arginine treatment, with decreased ductular proliferation. Two main features highlight the forementioned dual role of the liver in sepsis: the first is the importance of the liver blood supply and particularly the portal flow, which arises from the splachnomesenteric vascular bed, a region especially subject to vasoconstriction and bacterial translocation. The second is the cellular heterogenicity of the liver, which is mainly hepatocytes, Kupffer cells, and endothelial sinusoidal cells. All of these cell types are involved in the immune, anti-infectious, and metabolic responses through multiple cell cross-talk and interactions. We had a beneficial effect on alterations of portal triads in the liver of glutamine or arginine supplemented rats. The mechanisms involved are not fully elucidated but possible explanations could be either the reduction of BT or an immunostimulatory up regulation by administered two immunonutrients. In conclusion, the present study verifies the increased incidence of bacterial and endotoxin translocation in experimental obstructive jaundice. Apoptosis in the small bowel of bile duct ligated rats is also increased. Oral administration of glutamine or arginine was shown to reduce both BT and endotoxaemia, improved histology in the terminal ileum and liver and also decreased apoptosis in the small bowel in extrahepatic experimental jaundice. These findings offer further insight in the pathophysiology of obstructive jaundice and suggest important biological effects of immunonutrition. Understanding the pathophysiology of barrier alterations in obstructive jaundice at the cellular and molecular level will allow novel treatment approaches and a better prognosis for patients in clinical settings.

Οι ασθενείς µε αποφρακτικό ίκτερο, ιδιαίτερα όταν εκτίθενται στο επιπρόσθετο stress ενός επεµβατικού διαγνωστικού ή θεραπευτικού χειρισµού, είναι επιρρεπείς στην ανάπτυξη σηπτικών επιπλοκών και νεφρικής δυσλειτουργίας που οδηγούν σε υψηλά ποσοστά νοσηρότητας και θνητότητας. Πειραµατικές και κλινικές µελέτες έχουν δείξει ότι ο αποφρακτικός ίκτερος προκαλεί δυσλειτουργία του βλεννογόνιου εντερικού φραγµού, οδηγώντας σε ενδοτοξιναιµία, η οποία φαίνεται να διαδραµατίζει κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη των επιπλοκών αυτών. Η απουσία χολής µεταβάλλει τη λειτουργία του εντερικού φραγµού χωρίς να διασπά τη συνέχεια του επιθηλίου. Οι µοριακοί µηχανισµοί που ενέχονται στο φαινόµενο αυτό δεν έχουν αποσαφηνιστεί. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρεί να διερευνήσει την επίδραση του πειραµατικού αποφρακτικού ικτέρου στην έκφραση της αποφραξίνης, δοµικού συστατικού των αποφρακτικών ενώσεων, στον εντερικό βλεννογόνο, στην απόπτωση και στον πολλαπλασιασµό των επιθηλιακών κυττάρων στις κρύπτες και στα επίπεδα οξειδωτικού stress στο έντερο. Επιπλέον, σε µια προσπάθεια θεραπευτικής παρέµβασης, διερευνήθηκε ο πιθανός ρόλος των ρυθµιστικών εντερικών πεπτιδίων bombesin (BBS) και neurotensin (NT) στις ανωτέρω παραµέτρους, καθώς και στην ιστολογία και στα επίπεδα οξειδωτικού stress στο ήπαρ. Προηγούµενες µελέτες έχουν δείξει ότι τα πεπτίδια αυτά εξασκούν ένα ευρύ φάσµα δράσεων στον εντερο-ηπατικό άξονα και βελτιώνουν την ακεραιότητα του γαστρεντερικού βλεννογόνου έπειτα από την επίδραση διαφόρων βλαπτικών παραγόντων. Η απουσία χολής ενδοαυλικά, αποστερεί τον εντερικό βλεννογόνο από τις βακτηριοστατικές, αντι-ενδοτοξινικές και τροφικές της ιδιότητες, οδηγώντας σε αύξηση των βακτηριδίων και της ενδοτοξίνης ενδοαυλικά και σε εντερική ατροφία. Οι µεταβολές αυτές προάγουν τη µετακίνηση βακτηρίων και ενδοτοξινών στην πυλαία φλέβα και ακολούθως, µέσω µιας κατασταλµένης εκκαθαριστικής ικανότητας των κυττάρων Kupffer εξαιτίας της χολόστασης, στη συστηµατική κυκλοφορία. Η συστηµατική ενδοτοξιναιµία ενεργοποιεί τη συστηµατική φλεγµονώδη απάντηση, η οποία σχετίζεται µε τη δυσλειτουργία που αναπτύσσεται σε αποµακρυσµένα όργανα, ενώ συνεισφέρει και στην περαιτέρω επιδείνωση της λειτουργίας του εντερικού φραγµού και της ηπατικής βλάβης. Τα αποτελέσµατα της παρούσας µελέτης επιβεβαίωσαν την παρουσία πυλαίας και συστηµατικής ενδοτοξιναιµίας σε εξωηπατική απόφραξη των χοληφόρων. Η προκαλούµενη από τον αποφρακτικό ίκτερο ατροφία του εντερικού βλεννογόνου τεκµηριώθηκε µε µορφοµετρική ανάλυση και µε µετρήσεις του DNA και της πρωτεΐνης. Ένας πιθανός µηχανισµός προαγωγής της ατροφίας του εντερικού βλεννογόνου είναι η διαταραχή της ισορροπίας µεταξύ κυτταρικού πολλαπλασιασµού και κυτταρικού θανάτου στις κρύπτες, µε αύξηση της απόπτωσης και µείωση της µιτωτικής δραστηριότητας. Επίσης, ο αποφρακτικός ίκτερος οδήγησε σε αύξηση του οξειδωτικού stress στο έντερο, όπως τεκµηριώνεται από την αύξηση της υπεροξείδωσης των λιπιδίων, της οξείδωσης των πρωτεϊνών, της οξειδωµένης γλουταθειόνης (GSSG), των ολικών µη πρωτεϊνικών µεικτών δισουλφιδίων (NPSSR), και των πρωτεϊνικών δισουλφιδίων (PSSP), ενώ µειώθηκε το αντιοξειδωτικό µόριο της ανηγµένης γλουταθειόνης (GSH). Η ενδοτοξιναιµία και οι αυξηµένες συγκεντρώσεις χολικών αλάτων αποτελούν σηµαντικούς διεγέρτες της παραγωγής δραστικών µεταβολιτών οξυγόνου. Η παρουσία οξειδωτικού stress στο έντερο συνεισφέρει στην προαγωγή της αποπτωτικής διεργασίας και στην αναστολή του κυτταρικού πολλαπλασιασµού στις κρύπτες, οδηγώντας σε ατροφία του βλεννογόνου. Ένα άλλο πρωτότυπο εύρηµα αυτής της µελέτης είναι η διαταραχή του παρακυττάριου φραγµού του εντέρου στα πειραµατόζωα µε αποφρακτικό ίκτερο, η οποία τεκµηριώνεται µε την απώλεια της έκφρασης της αποφραξίνης περίπου στο 50% των επιθηλιακών κυττάρων στο κορυφαίο τµήµα της λάχνης. Συνεπώς, το άνοιγµα της παρακυττάριας οδού φαίνεται να είναι ένας σηµαντικός παράγων στη διαφυγή ενδοτοξίνης από τον εντερικό αυλό στην πυλαία κυκλοφορία. Η ενδοτοξιναιµία, η απελευθέρωση στη συστηµατική κυκλοφορία µεσολαβητών φλεγµονής και η παρουσία οξειδωτικού stress στο έντερο πιθανώς σχετίζονται µε τη µεταβολή της έκφρασης της αποφραξίνης στον εντερικό βλεννογόνο. Επιπλέον, στον αποφρακτικό ίκτερο ανεβρέθηκε µια διαβάθµιση της έκφρασης της αποφραξίνης κατά µήκος της λάχνης, µε µεγαλύτερη απώλεια της έκφρασής της στο άνω τριτηµόριο, µικρότερη στο µέσο και ακόµα µικρότερη στην κρύπτη. Μια πιθανή εξήγηση αυτής της διαβάθµισης της απώλειας της έκφρασης της αποφραξίνης είναι ότι, δεδοµένου ότι η ανανέωση του επιθηλίου γίνεται από την κρύπτη προς την κορυφή, τα κύτταρα της κορυφής της λάχνης έχουν εκτεθεί για περισσότερο χρονικό διάστηµα στις συνθήκες οξειδωτικού stress που επικρατούν στο έντερο. Τα ρυθµιστικά εντερικά πεπτίδια, BBS και ΝΤ, δρώντας είτε άµεσα, µέσω ειδικών υποδοχέων των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου, είτε έµµεσα, βελτιώνοντας τη µικροκυκλοφορία του εντέρου, αποκατέστησαν την έκφραση της αποφραξίνης στον εντερικό βλεννογόνο, µείωσαν σηµαντικά την απόπτωση και το οξειδωτικό stress και ανέστρεψαν την εντερική ατροφία. Η πρόληψη, από τα ρυθµιστικά πεπτίδια, των επαγόµενων από τον αποφρακτικό ίκτερο κυτταρικών και βιοχηµικών µεταβολών του εντερικού βλεννογόνου, οδήγησε σε σηµαντική µείωση της πυλαίας και συστηµατικής ενδοτοξιναιµίας. Επιπλέον, η BBS και η ΝΤ, εξασκώντας αντιοξειδωτική δράση και στο ήπαρ, προστατεύουν από δυο µείζονες παράγοντες ηπατικής βλάβης κατά τη χολόσταση, που είναι το οξειδωτικό stress και η ενδοτοξιναιµία, οδηγώντας σε βελτίωση των ιστολογικών αλλοιώσεων της αποφρακτικής χολαγγειοπάθειας. Συµπερασµατικά, τα αποτελέσµατα της παρούσας µελέτης δείχνουν ότι η δυσλειτουργία του εντερικού φραγµού στον αποφρακτικό ίκτερο σχετίζεται µε την επαγωγή κυτταρικών και βιοχηµικών µεταβολών στον εντερικό βλεννογόνο, οι οποίες χαρακτηρίζονται από κατά τόπους απώλεια της έκφρασης της αποφραξίνης, πρόκληση οξειδωτικού stress και επαγωγή της απόπτωσης. Τα ρυθµιστικά εντερικά πεπτίδια BBS και ΝΤ προλαµβάνοντας τις µεταβολές αυτές του εντερικού βλεννογόνου µειώνουν σηµαντικά την πυλαία και συστηµατική ενδοτοξιναιµία. Επίσης, εξασκούν προστατευτική δράση εναντίον του οξειδωτικού stress στο ήπαρ και διαφυλάσσουν την αρχιτεκτονική του πυλαίου διαστήµατος. Η συνδυασµένη ευεργετική επίδραση των ρυθµιστικών πεπτιδίων, τόσο στη δυσλειτουργία του εντερικού φραγµού και την ενδοτοξιναιµία, που ευθύνονται για την ανάπτυξη σηπτικών επιπλοκών και βλάβης αποµακρυσµένων οργάνων, όσο και στο οξειδωτικό stress και την ιστολογία του ήπατος, εισηγούνται µια νέα θεραπευτική προσέγγιση στον αποφρακτικό ίκτερο. Όπωσδήποτε απαιτούνται περαιτέρω µελέτες για τη διευκρίνιση των µηχανισµών δράσης και πιθανών παρενεργειών της BBS και της ΝΤ πριν την εφαρµογή τους στην κλινική πράξη. / Patients with obstructive jaundice, especially when exposed to the additional stress of an invasive diagnostic or therapeutic procedure, are prone to septic complications and renal dysfunction contributing to high morbidity and mortality rates. Experimental and clinical studies have shown that obstructive jaundice compromises intestinal barrier function resulting in endotoxemia, which appears to play a key role in the development of these complications. Lack of bile alters intestinal epithelial barrier function without disrupting epithelial continuity. The molecular mechanisms implicated in this phenomenon are poorly understood. This study was undertaken to investigate the influence of experimental obstructive jaundice on the expression of the key tight junction-associated protein occludin in the intestinal epithelium, epithelial cell apoptosis and proliferation in crypts and intestinal oxidative stress. In addition, in an attempt for therapeutic intervention in obstructive jaundice, we have explored the potential positive effect of gut regulatory peptides bombesin (BBS) and neurotensin (NT) on the above-described parameters and on liver histology and oxidative stress. These factors exert a wide spectrum of actions on the gut-liver axis and they improve gastrointestinal mucosa integrity after various injurious insults. The results of our study showed that experimental obstructive jaundice results in portal and aortic endotoxaemia. In jaundiced rats, there was total loss of occludin expression in numerous enterocytes and this effect was most profound at the upper third of the villi, while a gradient of positivity existed from crypt to tip. Intestinal cell apoptosis in crypts was significantly increased, while mitotic activity was reduced. This imbalance of cell proliferation and death in crypts was accompanied by induction of mucosal atrophy, as evidenced by morphometrical analysis and decreased DNA and protein content. Moreover, obstructive jaundice induced intestinal oxidative stress demonstrated by increased lipid peroxidation, protein oxidation, GSSG, NPSSR, PSSP and reduction of GSH. Administration of BBS or NT significantly reduced portal and systemic endotoxaemia. These agents restored occludin expression in the intestinal epithelium to the control state, significantly reduced apoptosis and oxidative stress and reversed mucosal atrophy. Moreover, both agents significantly ameliorated liver injury, as demonstrated by improvement of obstructive cholangiopathy, reduction of hepatic oxidative stress and prevention of neutrophilic accumulation in portal tracts. Absence of intraluminal bile deprives the gut from its bacteriostatic, endotoxin-neutralizing and mucosal-trophic effect leading to increased intestinal bacterial and endotoxin load and mucosal atrophy. These alterations promote bacterial and endotoxin translocation into portal circulation and subsequently, through a decreased clearance capacity of Kupffer cells because of cholestasis, into systemic circulation. Systemic endotoxemia activates a systemic inflammatory response, which is associated with dysfunction of remote organs, while it further aggravates intestinal barrier dysfunction and cholestatic liver injury. Endotoxin and bile acids represent important sources of reactive oxygen species formation. We have demonstrated increased intestinal oxidative stress in obstructive jaundice, which possibly contributes to induction of apoptosis and inhibition of cell proliferation in intestinal crypts, leading to mucosal atrophy. Another novel finding of this study is that the intestinal paracellular barrier in jaundiced rats is disrupted, as evidenced by loss of expression of the key tight junction-associated protein occludin in approximately 50% of enterocytes at the upper third of the villi. Therefore, the opened paracellular route may significantly contribute to the escape of endotoxin from the intestinal lumen into portal circulation. Endotoxemia, systemic release of inflammatory mediators and intestinal oxidative stress are possibly associated with decreased occludin expression. A possible explanation for the gradient of occludin expression from crypt to tip is that the cells at the tip of the villi have been exposed for a longer duration to the oxidative intestinal environment of jaundiced rats since epithelial renewal takes place from crypt to tip. Gut regulatory peptides, BBS and NT, acting either directly, through specific receptors located in intestinal epithelial cells, or indirectly, through improvement of intestinal microcirculation, prevent the above-described cellular and biochemical alterations of the intestinal mucosa, leading to lower portal and systemic endotoxin concentrations. Moreover, exerting an antioxidant effect on the liver as well, they prevent two major factors in the promotion of cholestatic liver injury, oxidative stress and endotoxemia, leading to significant amelioration of obstructive cholangiopathy. In conclusion, the results of the present study show that obstructive jaundice-induced gut barrier dysfunction is associated with regional loss of occludin expression in the intestinal epithelium, increased intestinal oxidative stress and induction of apoptosis / inhibition of proliferation in crypts leading to intestinal atrophy. Gut regulatory peptides BBS and NT exerting beneficial effects on these cellular and biochemical alterations of the intestinal mucosa prevent portal and systemic endotoxaemia. Moreover, these factors exert a protective action on portal tract architecture and hepatic oxidative stress. The combined beneficial effects of regulatory peptides on intestinal barrier dysfunction and endotoxemia, which account for septic complications and dysfunction of remote organs, and on liver oxidative status and histology, provide a novel therapeutic approach for obstructive jaundice. However, further investigation to elucidate the details of the functional mechanisms and possible side effects of BBS and NT are needed before any clinical application.

Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διερευνηθεί η σχέση μεταξύ του οξειδωτικού στρες και του ικτέρου στα θηλαστικά in vivo, χρησιμοποιώντας ένα πειραματικό μοντέλο αποφρακτικού ικτέρου στους αρουραίους, καθώς επίσης και στο αίμα ανθρώπων με τον αποφρακτικό ίκτερο κακοήθους προέλευσης. Ειδικότερα, το οξειδωτικό στρες αξιολογήθηκε άμεσα με τη μέτρηση του σχηματισμού της ελεύθερης ρίζας του σουπεροξειδίου (του κεντρικού παράγοντα του οξειδωτικού στρες) και έμμεσα από την υπεροξείδωση λιπιδίων στις διαφορετικές περιοχές εγκεφάλου και σε ορισμένα εσωτερικά όργανα των αρουραίων (έντερο, συκώτι, καρδιά και νεφρό) και στο πλάσμα των ανθρώπων με τον αποφρακτικό ίκτερο. Διαπιστώθηκε ότι η ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου αυξάνεται στον εγκεφαλικό φλοιό 67%, τον μεσεγκέφαλο 37%, το συκώτι 75%, το νεφρό 87%, το έντερο 124% και στο ανθρώπινο αίμα 33%, ενώ τα λιπιδικά υπεροξείδια αυξήθηκαν στο νεφρό 30%, το έντερο 15% και το αίμα 128%. Η αύξηση στην ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου στο ανθρώπινο αίμα αποδόθηκε στην οξειδάση της ξανθίνης επειδή μειώθηκε στα επίπεδα των μαρτύρων όταν προεπωάστηκε με τον ειδικό αναστολέα της, την αλλοπουρινόλη. Η μελέτη είναι σημαντική όχι μόνο επειδή αποκαλύπτει τον κεντρικό ρόλο της ελεύθερης ρίζας του σουπεροξειδίου στους παθολογικές καταστάσεις όπως ο ίκτερος, αλλά και επειδή εισάγει την ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου ως έναν νέο κλινικό δείκτη στους ανθρώπους. / The aim of the present study is to investigate the relationship between oxidative stress and jaundice in mamals in vivo, using an experimental obstructive jaundice model in rats, as well as in the blood of humans with obstructive jaundice of malignant origin. In particular, oxidative stress was assessed directly by measuring the rate of formation of superoxide radical (the central factor of oxidative stress), and indirectly by lipid peroxidation in different brain areas and in certain internal organs of rats (gut, liver, heart and kidney) and in plasma of humans with obstructive jaundice. It was found that superoxide radical was elevated in the cerebral cortex 67%, midbrain 37%, liver 75%, kidney 87%, gut 124% and in human blood 33%, while lipid peroxides were elevated in kidney 30%, gut 15% and blood 128%. The increase of superoxide radical in human blood was attributed to xanthine oxidase because it was decreased to control levels by its specific inhibitor allopurinol. The study is important not only because it uncovers the central role of superoxide radical in pathological conditions such as jaundice, but also because it introduces superoxide radical as a new clinical marker in humans.

Η ηπατική εγκεφαλοπάθεια είναι ένα σύνθετο νευροψυχιατρικό σύνδρομο το οποίο εκδηλώνεται κυρίως σε συνθήκες ηπατικής κίρρωσης. Διάφορες παθολογικές και τοξικές καταστάσεις μπορεί να επηρεάσουν την ηπατική λειτουργία σε τέτοια βαθμό ώστε να προκληθεί ηπατική εγκεφαλοπάθεια. Το οξειδωτικό στρές έχει ενεπλακεί σε διάφορες μελέτες στην παθογένεση της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας. Επιπλέον, η ανάπτυξη αυξημένου οξειδωτικού στρές υπό την επίδραση αποφρακτικού ικτέρου έχει μετρηθεί σε διάφορα όργανα πειραματοζώων, συμπεριλαμβανομένου και του εγκεφάλου. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να ανιχνεύσει της αλλαγές στις αποφρακτικές συνδέσεις των τριχοειδικών αγγείων του εγκεφάλου που συσχετίζονται με την οκκλουδίνη. Για να το επιτύχουμε αυτό χρησιμοποιήσαμε ένα μοντέλο απολίνωσης του κοινού χοληδόχου πόρου (BDL) σε πειραματόζωα (αρουραίους). Στο πείραμα 1 η έκφραση της οκκλουδίνης εκτιμήθηκε μέσω της μεθόδου ποσοτικοποίησης κατά Westernblot. Σε αυτό το πείραμα χρησιμοποιήθηκαν πέντε (BDL) και πέντε ψευδώς χειρουργηθέντα πειραματόζωα (sham). Τα πειραματόζωα θανατώθηκαν δέκα ημέρες μετα το χειρουργείο. Στην κατά Westernblot ποσοτικοποίηση παρατηρήθηκε μεγάλη μείωση της ποσότητας της οκκλουδίνης στα BDL πειραματόζωα σε σχέση με τα sham. Στο πείραμα 2 χρησιμοποιήθηκαν εννέα BDL και εννέα sham πειραματόζωα. Τρία πειραματόζωα από τις δύο παραπάνω ομάδες θανατώθηκαν την πρώτη, την πέμπτη και τη δέκατη μετεγχειρητική ημέρα. Τα επίπεδα οκκουδίνης σε αυτά τα πειραματόζωα συσχετιστήκαν με τις τιμές τηςinvivo μέτρησης των ελευθέρων ριζών οξυγόνο. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι η τιμή της οκκλουδίνης στα BDL ζώα ήταν σημαντικά μειωμένη σε σχέση με τα sham όλες τις χρονικές στιγμές που έγιναν οι μετρήσεις, ενώ οι χαμηλότερες τιμές καταγράφηκαν στα πειραματόζωα που παρέμειναν υπό αποφρακτικό ίκτερο για δέκα ημέρες. Επιπλέον καταδείχθη ότι η χρονικά συσχετιζόμενη μείωση των επιπέδων της οκκλουδίνης στα ενδοθηλιακά κύτταρα του εγκεφάλου συσχετίζεται με τα αυξανόμενα επίπεδα ελευθέρων ριζών οξυγόνου της ημέρες μετά το χειρουργείο, φανερώνοντας τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο φαινομένων. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη πρώτη παραθέτει στοιχεία που προτείνουν την εμπλοκή της οκκλουδίνης στην παθοφυσιολογία της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας σε συνθήκες εξωηπατικής χολόστασης. Αυτό γίνεται μέσω της μείωσης των επιπέδων τις οκκλουδίνης στις αποφρακτικές συνδέσεις των ενδοθηλιακών κυττάρων του εγκεφάλου υπο την επίδραση του χολοστατικού ικτέρου, η οποία οδηγεί σε άρση του αιματο-εγκεφαλικού φραγμού. / Hepatic encephalopathy in a complicate neuro-psychiatric syndrome which is common under hepatic cirrhosis. Various pathological and toxic lesions can deteriorate liver function in such way, so hepatic encephalopathy can be inflicted. Oxidative stress is involved in pathogenesis of hepatic encephalopathy in several protocols. Moreover the development of increased oxidative stress in the context of obstructive cholestasis has been proven in various rats' organs including the brain. The present study aimed to detect alterations of tight junction-associated occludin in rat brain capillaries. To accomplish that we have used a rats bile duct ligation experimental model (BDL). In experiment 1, occludin expression was evaluated by Western blot analysis. In this experiment were used five BDL and five sham rats. The experimental animals were sacrificed ten days after the operation. Western blot analysis revealed significant decrease of occlidins amount in BDL rats compared to the sham rats. In experiment 2, nine BDL and nine sham animals were used. Three animals from each group were sacrificed during the first, fifth and tenth post-operate day. The results of occludin level to these animals were associated with the in vivo superoxide radical production. The results indicated that occludin level in BDL animals, as opposed to sham-operated, was significantly reduced at every time point studied, being lowest in the rats remaining on BDL condition for 10 days. Moreover, it was demonstrated that the time-dependent reduction of occludin level in the brain endothelial was significantly correlated with the time dependent increase of brain superoxide radical level, implying a relationship between these two abnormalities. In conclusion, the evidence presented herein suggests for first time the implication of occludin in pathophysiology of hepatic encephalopathy under extra-hepatic cholestasis. This phenomenon occur due to the reduce of occludin level to cerebral endothelial cells’ tight junctions under cholestatic jaundice, which drives to lift of brain-blood barrier.

Η ηπατική εγκεφαλοπάθεια είναι ένα πολύπλοκο νευροψυχιατρικό σύνδρομο που έχει συσχετισθεί με οξείες και χρόνιες ηπατοπάθειες. Τα τελευταία χρόνια συσσωρεύονται πληροφορίες που εμπλέκουν το οξειδωτικό στρες (φορτίο) ως παράγοντα-κλειδί στην παθογένεση της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας σε μελέτες που χρησιμοποιούν ως μετρούμενους δείκτες την υπεροξείδωση λιπιδίων και το οξειδοαναγωγικό ζεύγος της γλουταθειόνης (GSH/GSSG). Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο πειραματικού αποφρακτικού ίκτερου με απολίνωση του χοληδόχου πόρου. Αρσενικοί αρουραίοι χωρίστηκαν σε ομάδες ελέγχου, ψευδώς χειρουργημένων, και σε ομάδες απολίνωσης χοληδόχου πόρου που είτε θυσιάστηκαν την 5η ημέρα, είτε τη 10η ημέρα, ή τους χορηγήθηκαν αντιοξειδωτικοί παράγοντες (NAC, ALP, Vit-E). Στη συνέχεια, μελετήθηκε η θειολική οξειδοαναγωγική κατάσταση στον εγκέφαλο των αρουραίων, και μάλιστα ανά περιοχές (εγκεφαλικός φλοιός, στέλεχος, παρεγκεφαλίδα), καθώς και η επίδραση των επιλεγμένων αντιοξειδωτικών παραγόντων σε αυτήν. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά μια πιο αντιπροσωπευτική εκτίμηση του οξειδωτικού στρες, καθώς ποσοτικοποιήθηκαν συγκεκριμένοι δείκτες υψηλού (GSSG, NPSSR, NPSSC, PSSR, PSSC, PSSP, υπεροξείδια λιπιδίων) και χαμηλού (GSH, CSH, PSH) οξειδωτικού στρες. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν αύξηση των πρώτων και μείωση των τελευταίων σε όλες τις εγκεφαλικές περιοχές καταδεικνύοντας έτσι την παρουσία αυξημένου οξειδωτικού φορτίου στον αποφρακτικό ίκτερο. Το σημαντικότερο αποτέλεσμα αυτής της μελέτης είναι ότι κατέδειξε πρώιμα σημεία οξειδωτικού στρες στον εγκέφαλο ήδη από την 5η ημέρα μετά την απολίνωση του χοληδόχου πόρου. Οι μεταβολές των βιοχημικών δεικτών, και αυτό αφορά σε όλους τους δείκτες και σε όλες τις εγκεφαλικές περιοχές, αρχίζουν να φαίνονται από την 5η ημέρα και γίνονται στατιστικά σημαντικές τη 10η ημέρα από την απολίνωση του χοληδόχου πόρου. Διαπιστώσαμε επιπλέον ότι η GSH είχε περίπου διπλάσιες τιμές στον εγκεφαλικό φλοιό από ό, τι στο στέλεχος και την παρεγκεφαλίδα, και ότι στο στέλεχος παρατηρήθηκε μια δραματική αύξηση των επιπέδων των NPSSR τη 10η ημέρα μετά την απολίνωση του χοληδόχου πόρου, τα οποία όμως παρέμειναν χαμηλά στις άλλες δύο περιοχές. Καθώς είναι γνωστό πως το οξειδωτικό στρες έχει ενοχοποιηθεί στην παθογένεση διαφόρων νευροεκφυλιστικών παθήσεων στον άνθρωπο, τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να συσχετισθούν με διαφορές στη φυσιολογία και τη βιοχημεία των περιοχών αυτών και ενδεχομένως να σχετίζονται με τον τρόπο που το οξειδωτικό στρες εκφράζεται στην παθοφυσιολογία και άλλων νοσολογικών καταστάσεων όπως η πλάγια αμυοτροφική σκλήρυνση, η νόσος Parkinson, και η νόσος Alzheimer. Έχει ενδιαφέρον το γεγονός ότι τα βασικά γάγγλια και οι πυρήνες του στελέχους είναι θέσεις εκλεκτικής βλάβης στην εγκεφαλοπάθεια από χολερυθρίνη στο νεογνικό ίκτερο. Στη δεύτερη πειραματική φάση, στους ικτερικούς αρουραίους χορηγήσαμε αντιοξειδωτικούς παράγοντες, που έχουν επανειλημμένα μελετηθεί τόσο in vitro όσο και σε ζωικά μοντέλα, σε μια προσπάθεια να αναστρέψουμε τις διαταραχές που είχαν παρατηρηθεί. Ένα πρώτο εύρημα ήταν η ευεργετική δράση στην υπεροξείδωση των λιπιδίων, που ποσοτικοποιήθηκε με τον υπολογισμό της MDA, στις ομάδες και των τριών αντιοξειδωτών αλλά κυρίως στις ALP και Vit-E. Και στις τρεις ομάδες που έλαβαν αντιοξειδωτικά, αντίθετα με την ομάδα απολίνωσης χοληδόχου πόρου, δεν παρατηρήθηκε εξάντληση του συνολικού κυτταρικού περιεχόμενου γλουταθειόνης. Επιπλέον, και στις τρεις ομάδες αντιοξειδωτικών δεν παρατηρήθηκε αύξηση των NPSSR στο εγκεφαλικό στέλεχος, γεγονός που υποδηλώνει ότι η συσσώρευση των μη-πρωτεϊνικών δισουλφιδίων στο στέλεχος εμποδίστηκε από τους αντιοξειδωτικούς παράγοντες. Η ανισορροπία των πρωτεϊνικών θειολών, όπως αυτή φάνηκε από τη μείωση της PSH και την αύξηση του PSSP, αναστράφηκε σημαντικά μόνο στην ομάδα NAC στην οποία η PSH αυξήθηκε στα φυσιολογικά επίπεδα. Εν συντομία, η παρούσα μελέτη είναι η πρώτη που καταδεικνύει με σαφήνεια το οξειδωτικό στρες στον εγκέφαλο στο μοντέλο του αποφρακτικού ίκτερου και μάλιστα αρκετά πρώιμα. Χρησιμοποιεί μια συστοιχία βιοχημικών δεικτών που περιγράφουν την θειολική αναγωγική κατάσταση και την υπεροξείδωση των λιπιδίων και μελετά τις ευεργετικές επιδράσεις γνωστών αντιοξειδωτικών παραγόντων στον πειραματικό αποφρακτικό ίκτερο. Τα αποτελέσματά της θα μπορούσαν να προσφέρουν κάποια βοήθεια στην κατανόηση ορισμένων μηχανισμών της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας στους ανθρώπους. Μελλοντικές έρευνες θα απαντήσουν ερωτήματα σχετικά με τα γενεσιουργά αίτια του οξειδωτικού στρες, την ίδια την παρουσία των ελευθέρων ριζών και την παθοφυσιολογία του φαινομένου. / Hepatic encephalopathy is a complex neuropsychiatric syndrome that has been associated with acute and chronic liver diseases. Accumulated evidence over the last several years has implicated oxidative stress a key factor in the pathogenesis of hepatic encephalopathy. These studies utilize measurements of lipid peroxidation products and glutathione (GSH) and its oxidized disulfide GSSG. A model of experimental obstructive jaundice after ligation of the biliary duct has been used in the present study. Male Wistar rats were divided into control, sham operated and bile duct ligated groups that were sacrificed either on the 5th or the 10th day, or they have been treated with antioxidant agents (NAC, ALP, Vit-E). Subsequently, the thiol redox state of various areas (cortex, midbrain and cerebellum) of the rat brain and the effect of selected antioxidants were studied. For the first time specific markers of high oxidative stress (GSSG, NPSSR, NPSSC, PSSR, PSSC, PSSP, lipid peroxides) and low oxidative stress (GSH, CSH, PSH) were quantified providing a more detailed assessment of the phenomenon. Our results show increase in the first and decrease in the latter group of markers in all studied brain areas, therefore demonstrating high oxidative stress in the obstructive jaundice. The major impact of the present study is the demonstration of early signs of oxidative stress in the brain. Using this battery of biochemical markers, deviations from control and sham animals occurred as early as 5 days following bile duct ligation; by the 10th day the majority of these changes became statistically significant. It was also observed that GSH values in cerebral cortex were twice as high as those in midbrain and cerebellum and a dramatic increase in the levels of NPSSR on the 10th day after bile duct ligation in midbrain that was not observed in the other brain areas. These findings could be attributed to specificities of metabolic or biochemical status of neurons and astrocytes and alterations of blood-brain barrier permeability in different brain areas and probably should be taken into account in further studies, since, as we know, oxidative stress has been implicated in the pathogenesis of many human diseases like Parkinson’s , Alzheimer’s and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). It is of interest that basal ganglia and brainstem nuclei are, as well, the sites of selective damage in bilirubin encephalopathy in jaundiced neonates. Jaundiced rats were treated with agents that have frequently been used in vitro and in vivo for their antioxidant effects, in an effort to reverse the observed alterations in redox state. In the treated groups, there was no decrease in the total cell glutathione content unlike the bile duct ligated rats. There was also no significant difference in the levels of lipid peroxidation as compared with control and sham groups. The imbalance of protein thiols demonstrated by the decrease of PSH and the increase of PSSP was considerably reversed only in the NAC group. In all treated groups, no NPSSR increase was found suggesting that the antioxidant agents suppressed the accumulation of non-protein disulfides in the midbrain. In brief, this experimental study demonstrates the oxidative profile of the brain associated with obstructive jaundice at an early and later stage. A battery of biochemical markers that define the thiol redox state is utilized and the beneficial effects of known antioxidants are examined. The evidence presented supports the concept that oxidative stress is neither a uniform matter affecting brain in a general way nor that any antioxidant agent could prevent damage by enhancing equally well different defence system. It is also likely that oxidative stress is one of the important mechanisms of jaundice-induced encephalopathy. Further studies could provide with more evidence on the pathogenetic mechanisms and generative causes of the oxidative stress in obstructive jaundice.