Farmacologische en elektrische stimulatie van het enterisch zenuwstelsel als een nieuwe therapeutische strategie voor postoperatieve ileus.

Elke abdominale heelkundige ingreep leidt tot een verminderde motiliteit van de gastro-intestinale (GI) tractus die enkele dagen kan duren. Dit kan symptomen veroorzaken zoals nausea, vomitus, intolerantie van voedsel en afwezigheid van stoelgang. Hiernaar wordt verwezen als postoperatieve ileus (POI), welke verantwoordelijk is voor uitgesproken postoperatief ongemak en verlengde hospitalisatie. Bijgevolg vormt POI een noemenswaardige economische belasting voor de gezondheidszorg.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat intestinale manipulatie tijdens een abdominale ingreep zorgt voor de activatie van residente macrofagen in de spierwand van de darm. Dit leidt tot een ontstekingsproces in de spierwand van de darm, wat aan de basis ligt van het ontstaan van POI. Een interventie die de initiatie van dit onstekingsproces tegengaat (bvb inhibitie van macrofaag activatie), zou dus een grote rol kunnen spelen bij de behandeling van POI.

In diermodellen hebben we eerder aangetoond dat elektrische stimulatie van de cervicale nervus vagus (VNS) een anti-inflammatoir effect heeft en POI verkort. Cervicale VNS inihibeert namelijk de activatie van residente macrofagen via de binding van acetylcholine met α7 nicotinerge acetylcholine receptor op residente macrofagen. Dit leidt tot een verminderde influx van inflammatoire cellen, een significante reductie van pro-inflammatoire genexpressie in de darm en een versneld herstel van de GI transit. Deze gegevens suggereren dat VNS een potentiële behandeling kan zijn voor POI.

Cervicale VNS wordt tegenwoordig al veilig toegepast bij patiënten met epilepsie, reumatoïde artritis en de ziekte van Crohn. In het kort, een spiraalelektrode wordt chirurgisch geïmplanteerd rond de cervicale nervus vagus en verbonden met een pacemaker. Dit maakt het mogelijk om de zenuw dagelijks te stimuleren, wat leidt tot klinische verbetering in de eerder genoemde ziektebeelden. Eenmalige cervicale VNS is echter geen optie als behandeling voor POI, omdat dit een extra incisie in de nek vereist. De abdominale nervus vagus is echter gemakkelijk bereikbaar tijdens een abdominale ingreep ter hoogte van de hiatus van het diafragma, en elektrische stimulatie hiervan tijdens de ingreep kan dus een oplossing bieden om elektrische stimulatie van de nervus vagus toch toe te passen als behandeling voor POI. In deze thesis is deze mogelijkheid in detail bestudeerd vertrekkend van de muis, om via experimenten bij het varken deze techniek toe te passen bij de mens.

In eerste instantie hebben we de opbouw van de abdominale nervus vagus vergeleken met de cervicale nervus vagus (Hoofdstuk 1). Hieruit is gebleken dat de cervicale nervus vagus een significant hoger percentage gemyeliniseerde vezels bevat dan de abdominale vagus. Verder bestond de cervicale nervus vagus ook uit 3 verschillende types van gemyelineerde zenuwvezels (klein, medium en groot), terwijl de abdominale nervus vagus enkel de klein gemyelineerde vezels bevatte. Deze inzichten in de samenstelling en het type zenuwvezels in de nervus vagus zijn belangrijk, omdat ze bepalend kunnen zijn voor de keuze van de optimale stimulatie parameters.

In Hoofdstuk 2 hebben we daarom in een model van POI onderzocht in welke mate abdominale VNS vergelijkbare ontstekingsremmende eigenschappen bezit dan cervicale VNS gebruik makend van dezelfde stimulatieparameters bij beide methoden. Hieruit bleek dat net zoals cervicale VNS abdominale VNS zorgde voor een reductie van de musculaire inflammatie in de darm en leidde tot een verbetering van de intestinale transit.

In Hoofdstuk 3 hebben we dan bekeken op welke manier deze zenuw best elektrisch gestimuleerd kan worden. Hiervoor hebben we bij varkens meerdere elektrodes getest en nagegaan welke elektrode de grootste vagale activatie veroorzaakte bij verschillende stimulatieparameters (Hoofdstuk 2-3). Dit onderzoek toonde aan dat abdominale VNS het best uitvoerbaar is met pacing draden binnen een tijdsbestek van 15 minuten en geen cardiovasculaire effecten veroorzaakt. Op basis van deze gegevens hebben we vervolgens een pilootstudie opgezet bij patiënten die een abdominale ingreep ondergingen. Patiënten werden peroperatief behandeld met lage of hoge frequentie stimulatie van de abdominale nervus vagus om zo na te gaan welke frequentie het grootste ontstekingsremmend effect bezat. Hieruit is gebleken dat hoge, maar niet lage frequentiestimulatie van de abdominale nervus vagus leidde tot anti-inflammatoire effecten in het bloed in vergelijking met sham-gestimuleerde patiënten. Verder was deze techniek veilig in de mens, m.a.w. vagus stimulatie gaf geen aanleiding tot cardiovasculaire neveneffecten of lekkage van de anastomose (Hoofdstuk 2).

Recentelijk hebben we ook aangetoond dat de nervus vagus de residente macrofagen niet rechtstreeks inhibeert, maar ze indirect moduleert via activatie van enterische neuronen. Met deze wetenschap zijn we nagegaan of enterische neuronen anti-inflammatoire eigenschappen bezitten en bijdragen aan het tolerogene fenotype van residente macrofagen. Met behulp van immunohistochemische kleuringen hebben we aangetoond dat residente macrofagen zich inderdaad kortbij cholinerge enterische neuronen bevinden, zowel in de muis als in humaan ileum. Bovendien leidde het supernatant van enterische neuron culturen tot de inductie van een tolerogeen (M2-achtig) fenotype in macrofagen afkomstig van het beenmerg vergelijkbaar met dat van residente macrofagen. Vervolgens, met behulp van “live” Ca2+ imaging van Cx3cr1GFP/wt residente macrofagen in een geïsoleerde muscularis preparaat, toonden we aan dat elektrische of farmacologische (i.e. 5-HT4 receptor agonist prucalopride) stimulatie van enterische neuronen de door ATP geïnduceerde activering van residente macrofagen verminderde. Om de ontstekingsremmende eigenschappen van enterische neuronen verder te onderzoeken, evalueerden we het effect van nervus vagus stimulatie (wat werkt via activering van enterische neuronen) en behandeling met prucalopride in een muismodel van POI. Beide behandelingen verminderden de door chirurgie geïnduceerde ontstekingsreactie en verbeterde intestinale transit aanzienlijk, een mechanisme gemedieerd door α7- en β2-nicotinerge receptoren op de residente macrofagen. Tenslotte bevestigden we onze bevindingen bij patiënten die een abdominale ingreep ondergingen. Preoperatieve toediening van prucalopride verminderde de darmontsteking in de muscularis, die tijdens de operatie werden verzameld en zorgde voor een significant verbeterd klinisch herstel. Samengevat tonen onze gegevens aan dat enterische neuronen mediators afgeven die het tolerogene fenotype installeren en de activatie van residente macrofagen temperen. Deze anti-inflammatoire eigenschappen van enterische neuronen moeten verder worden onderzocht als nieuwe behandeling voor POI.