Hepatic parasympathetic nerve dysfunction involved in the deregulation of postprandial whole-body insulin sensitivity:a road to diabetes and associated pathologies

FCM: UC Fisiologia - Teses de Doutoramento

Aplicação de ensaios não destrutivos por correntes induzidas à caracterização de propriedades eléctricas de materiais processados no estado sólido

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção de Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Fast-to-fed shift in glucose homeostasis: clues to an earlier detection of human prediabetic states

FCM: UC Bioquímica I - PhD Thesis

Sensibilidade à insulina pós-prandial: mecanismos fisiológicos e de activação e fisiopatologia na obesidade

RESUMO A acção hipoglicemiante da insulina é máxima no estado pós-prandial e depende da substância hepática sensibilizadora da insulina (HISS). Esta dissertação visa o estudo do mecanismo de acção da insulina no estado pós-prandial e em particular da via dependente da HISS, em modelos animais fisiológicos e patológicos (obesidade e diabetes mellitus tipo 2). Avaliaram-se diferentes tipos de refeição quanto ao seu efeito potenciador da acção da insulina, em ratos Sprague-Dawley (modelo fisiológico). A administração intragástrica de glícidos não afecta a acção da insulina, mas a refeição mista (lípidos, glícidos e proteínas), promove a sensibilização para a acção da insulina, através de um processo que parece ser iniciado no intestino e envolve a activação da via da HISS. Nos estudos de obesidade, o primeiro modelo utilizado foi o rato alimentado com dieta hiperlipídica (HFD), no qual se observou uma insulinorresistência pós-prandial devida quase exclusivamente à perda de acção da HISS, que se correlaciona com a adiposidade (corporal e abdominal) e parece ser devida à diminuição da sua síntese. O segundo modelo de obesidade usado foi o rato Zucker obeso (OZR), modelo genético que apresenta uma diminuição idêntica de ambas as componentes de acção da insulina (dependente e independente da HISS). A alteração na via da HISS parece localizar-se a jusante da sua síntese, sugerindo que um ou vários pontos comuns entre as vias de sinalização intracelular da HISS e da insulina per se estão alterados, resultando num diminuto aporte de glucose. No OZR, a acção da HISS não se altera com a idade, apresentando-se baixa também às 52 semanas de idade. Em ratos não obesos (LZR), a acção da HISS diminui entre as 9 e 52 semanas, sendo acompanhada por um decréscimo menos acentuado, embora significativo, da acção da insulina per se. A diminuição da acção da HISS com a idade parece ser a principal causa de insulinorresistência pós-prandial em LZR velhos, não se agravando no OZR. No modelo de diabetes tipo 2 estudado, o rato Zucker diabético (ZDF), também ambas as componentes de acção da insulina estavam diminuídas. No entanto, a alimentação com ração Purina, ligeiramente mais energética e lipídica do que a ração standard, agrava a disfunção da via da HISS nestes animais, sugerindo que a sensibilidade à insulina em ratos ZDF é muito susceptível a factores nutricionais. A via da HISS é essencial para potenciar a acção da insulina do estado de jejum para o pós-prandial e a sua disfunção é em grande medida responsável pela insulinorresistência observada nos modelos animais de obesidade e diabetes estudados. xix SUMMARY Hypoglycemic insulin action is maximal in the postprandial state and depends on the hepatic insulin sensitizing substance (HISS). The present thesis focus on the postprandial insulin action and, in particular, on the HISS-dependent pathway, both in physiological and pathological (obesity and type 2 diabetes mellitus) animal models. Different meals were tested in Sprague-Dawley rats (physiological model) for their capacity to potentiate insulin action. It was observed that intragastric administration of either glucose or sucrose does not affect insulin sensitivity, unlike the mixed meal, composed of lipids carbohydrates and proteins, which significantly potentiated insulin action through a process that seems to be initiated at the intestine and involves activation of the HISS pathway. For the obesity studies, the first of the two obesity models used was the high fat-fed rat (HFD), in which the postprandial insulin resistance was almost exclusively caused by the decrease of HISS action, probably due to the impairment of HISS synthesis. This impairment correlates with both corporal and abdominal adiposity. The second obesity model used was the obese Zucker rat (OZR), a genetic model, which presented a similar impairment of both components of insulin action (HISSdependent and –independent). The modification in HISS pathway in OZR seems to be located downstream from HISS synthesis, that is, at its site of action – the skeletal muscle -, suggesting that one or several points common to both HISS and insulin per se signaling cascades are defective, resulting in a decreased glucose uptake. In OZR, HISS action does not decrease with age and is also low at 52 weeks of age. In non-obese rats (LZR), HISS action decreases from 9 to 52 weeks and it is accompanied by a lower, although significant, impairment of insulin action per se. HISS action impairment with aging seems to be the major cause of insulin resistance in old LZR, whereas insulin resistance is not aggravated in aging OZR. In the type 2 diabetes model, the diabetic Zucker rat (ZDF), both components of insulin action were also equally impaired. However, feeding the animals with Purina rat chow, which is slightly more caloric and more lipidic, induces additional HISS deterioration when compared with the standard lab diet, suggesting that insulin sensitivity in ZDF is very susceptible to nutritional factors. In conclusion, HISS pathway is essential to potentiate insulin action from the fasted to the fed state and its dysfunction is highly responsible for the insulin resistance observed in the obesity and diabetes animal models studied.

Caracterização da função do monóxido de azoto e glutationo hepáticos na sensabilidade periférica à insulina

xi RESUMO A acção da insulina no músculo esquelético depende de um reflexo parassimpático hepático que conduz à libertação de uma substância hepática sensibilizadora da insulina, designada por HISS, responsável por cerca de 55% do efeito hipoglicemiante da insulina. A acção da HISS é finamente regulada pelo monóxido de azoto (NO) hepático e pelo estado prandial, aumentando no período pós-prandial imediato e diminuindo progressivamente com as horas de jejum. A secreção da HISS pode ser inibida cirúrgica ou farmacologicamente, quer por desnervação selectiva do plexo anterior hepático, quer por administração de atropina, quer por inibição do sintase do NO (NOS) hepático. O objectivo geral do trabalho apresentado nesta dissertação foi a caracterização da via de transdução de sinal que conduz à libertação da HISS. O modelo utilizado neste estudo foi o rato Wistar. A sensibilidade à insulina foi avaliada através do teste rápido de sensibilidade à insulina (RIST). A primeira hipótese de trabalho testada foi que a sequência de eventos que conduzem à secreção da HISS inicia-se com a activação do sistema parassimpático hepático seguida de activação do NOS hepático com subsequente produção de NO e activação do guanilato ciclase (GC). Observou-se que a administração de um dador de NO reverteu a resistência à insulina induzida, quer por inibição do NOS hepático, quer por antagonismo dos receptores muscarínicos com atropina. Em contraste, a resistência à insulina produzida por inibição do NOS hepático não foi revertida por administração intraportal de acetilcolina (ACh). Constatou-se que a inibição do GC hepático diminuiu a sensibilidade à insulina. Estes resultados sugerem que: a ACh libertada no fígado induz a síntese de NO hepático que conduz à libertação da HISS, que por sua vez é modulada pelo GC hepático. A libertação da HISS em resposta à insulina é regulada pelo estado prandial. Uma vez que os níveis hepáticos de glutationo (GSH) se encontram, tal como a HISS, diminuídos no estado de jejum e aumentados após a ingestão de uma refeição, testou-se a hipótese de que o GSH hepático está envolvido na secreção da HISS. Observou-se que a depleção do GSH hepático induziu resistência à insulina, comparável à obtida após inibição do NOS hepático. Estes resultados suportam a hipótese de que o GSH hepático desempenha um papel crítico na acção periférica da insulina. Considerando que, no estado de jejum, tanto os níveis de GSH hepático como os níveis de NO hepático são baixos, testou-se a hipótese de que a co-administração intraportal de um dador de GSH e de um dador de NO promove um aumento da sensibilidade à insulina no estado de jejum, devido ao restabelecimento do mecanismo da HISS. Observou-se que a administração sequencial de dadores de GSH e de NO no fígado provocou um aumento na sensibilidade à insulina, dependente da dose de dador de GSH administrada. Concluiu-se portanto que ambos, GSH e NO, são essenciais para que o mecanismo da HISS esteja completamente funcional. O GSH e o NO reagem para formar um S-nitrosotiol, o S-nitrosoglutationo (GSNO). Os resultados supra-mencionados conduziram à formulação da hipótese de que a secreção/acção da HISS depende da formação de GSNO. Observou-se que a administração intravenosa de S-nitrosotióis (RSNOs) aumentou a sensibilidade à insulina, em animais submetidos a um período de jejum, ao contrário da administração intraportal destes fármacos, o que RSNOs têm uma acção periférica, mas não hepática, na sensibilidade à insulina. Os resultados obtidos conduziram à reformulação da hipótese da HISS, sugerindo que a ingestão de uma refeição activa os nervos parassimpáticos hepáticos levando à libertação de ACh no fígado que, por sua vez activa o NOS. Simultaneamente, ocorre um aumento dos níveis de GSH hepático que reage com o NO hepático para formar um composto nitrosado, o GSNO. Este composto mimetiza a acção hipoglicemiante da HISS no músculo esquelético. SUMMARY Insulin action at the skeletal muscle depends on a hepatic parasympathetic reflex that promotes the release of a hepatic insulin sensitizing substance (HISS) from the liver, which contributes 55% to total insulin action. HISS action is modulated by hepatic nitric oxide (NO) and also by the prandial status so as to, in the immediate ostprandial state, HISS action is maximal, decreasing with the duration of fasting. HISS secretion may be inhibited by interruption of the hepatic parasympathetic reflex, achieved either by surgical denervation of the liver or by cholinergic blockade with atropine, or by prevention of hepatic NO release, using NO synthase (NOS) antagonists. The main objective of this work was to characterize the signal transduction pathways that lead to HISS secretion by the liver. Wistar rats were used and insulin sensitivity was evaluated using the rapid insulin sensitivity test (RIST). The first hypothesis tested was that the sequence of events that lead to HISS secretion starts with an increase in the hepatic parasympathetic tone, followed by the activation of hepatic NOS and subsequent triggering of guanylate cyclase (GC). We observed that insulin resistance produced either by muscarinic receptor antagonism with atropine or by hepatic NOS inhibition was reversed by the intraportal administration of an NO donor. In contrast, intraportal acetylcholine (ACh) did not restore insulin sensitivity after NOS inhibition. We also observed that GC inhibition lead to a decrease in insulin sensitivity.These results suggest that the release of ACh in the liver activates hepatic NO synthesis in order to allow HISS secretion, through a signaling pathway modulated by GC. HISS release in response to insulin is controlled by the prandial status. The second hypothesis tested was that glutathione (GSH) is involved in HISS secretion since the hepatic levels of GSH are, like HISS action, decreased in the fasted state and increased after ingestion of a meal. We observed that hepatic GSH depletion led to insulin resistance of the same magnitude of that observed after inhibition of hepatic NOS. These results support the hypothesis that hepatic GSH is crucial in peripheral insulin action. Since, in the fasted state, both hepatic GSH and NO levels are low, we tested the hypothesis that intraportal o-administration of a GSH donor and an NO donor enhances insulin sensitivity in fasted Wistar rats, by restoring HISS secretion. We observed that GSH and NO increased insulin sensitivity in a GSH dose-dependent manner. We concluded that HISS secretion requires elevated levels of both GSH and NO in the liver. GSH and NO react to form a S-nitrosothiol, S-nitrosoglutathione (GSNO). The last hypothesis tested in this work was that HISS secretion/ action depends on the formation of GSNO. We observed that intravenous administration of -nitrosothiols (RSNOs) increased insulin sensitivity in animals fasted for 24 h, in contrast with the intraportal administration of the drug. This result suggests that RSNOs enhanced insulin sensitivity through a peripheral, and not hepatic, mechanism. The results obtained led to a restructuring of the HISS hypothesis, suggesting that the ingestion of a meal triggers the hepatic parasympathetic nerves, leading to the release of Ach in the liver, which in turn activates NOS. Simultaneously, hepatic GSH levels increase and react with NO to form a nitrosated compound, GSNO. S-nitrosoglutathione mimics HISS hypoglycaemic action at the skeletal muscle.

Estabilização dinâmica em patologia degenerativa da coluna lombar: estado da arte e contributo pessoal

Resumo Este trabalho encontra-se dividido em três capítulos distintos. No primeiro, é caracterizada a doença degenerativa lombar, demorando-se o autor na descrição pormenorizada das alterações anatómicas, biomecânicas, e bioquímicas inerentes à sua ocorrência. Segue-se a descrição da evolução das diferentes formas de terapêutica, enumerando as que de forma clássica mais frequentemente são utilizadas (cirúrgicas e não cirúrgicas). No segundo capítulo, são referidos os mais recentes avanços tecnológicos nesta área, mencionando, nas suas vertentes biomecânicas, clínicas e terapêuticas, as particularidades das estabilizações dinâmicas interespinhosas e pediculares, bem como da artroplastia de disco. Após esta longa introdução, inicia-se o terceiro capítulo no qual se apresenta um estudo prospectivo da avaliação clínica, funcional, imagiológica e da variação da densidade mineral óssea vertebral em 20 doentes com patologia degenerativa, tratados com sistemas de estabilização dinâmica semi-rígida interespinhosa, e seguidos durante dois anos. Do estudo realizado conclui-se que os sistemas referidos são eficazes clínica e funcionalmente no tratamento de doentes com doença degenerativa lombar. Mais ainda, estes instrumentais proporcionam um aumento da altura do disco confirmado na incidência radiográfica de perfil no nível instrumentado. Constatámos ainda que a densidade mineral óssea vertebral dos doentes intervencionados, avaliada com sistema DXA, não demonstra diferenças com significância estatística ao longo do tempo, omparativamente à determinada em idêntica população mas sem qualquer patologia lombar. Acresce que se obteve uma correlação entre a funcionalidade física e a BMD radial, com significância estatística crescente nas duas medições realizadas. Abstract This study is divided in three different chapters. In the first one the author describes the anatomical, biomechanical and biochemical changes that go along with degenerative lumbar spine disease. The therapeutically possibilities are mentioned, mainly with the classic fusion and decompression as well as the non surgical options. Then, in the second chapter, the author describes, from the biomechanical, clinical and therapeutically point of view, the new techniques of dynamic stabilization, interspinous and pedicular systems, as well as disc replacement. After this introduction, in the third chapter a prospective clinical, functional, imagiologic and vertebral bone mineral density variation study is presented. Twenty patients with degenerative lumbar spine disease are selected, and operated with a semi rigid interspinous system device, and followed for a two year period. The author concludes that the interspinous semi rigid systems were clinically and functionally effective in lumbar degenerative patients. It was also founded that the disc height at the implant segment level increased after surgery. Bone density was assessed with a DXA system device. As far as vertebral bone density is concerned, the author found no differences what so ever inside the group during the study, or to an identical control group without any lumbar pathology. The correlation study between the BMD and physical function showed that there was only significant statistically data in radial BMD measurement, and this happened with growing correlation from year 2006 to 2007.

Modelação de equações estruturais para avaliar e monitorizar o estado de condição de um sistema mecânico.

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação.

As Reformas Militares do Século XX Português – Da I República ao fim do Estado Novo

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em História Contemporânea

Percepção do estado de saúde da pessoa idosa institucionalizada

RESUMO: O envelhecimento da população portuguesa é um facto. Esta alteração da estrutura demográfica exige o investimento no conhecimento científico para que se conheçam as consequências a nível, económico, social, cultural, biológico, físico e, principalmente, a nível da saúde. Isto porque, é emergente que a sociedade tenha capacidade para responder às necessidades específicas das pessoas neste estádio de vida, tendo sempre por base o conceito de qualidade de vida. Este estudo teve como objectivo avaliar a percepção do estado de saúde da pessoa idosa institucionalizada. Foram nove as instituições participantes, denominadas por lares de idosos de residência permanente, onde se contou com uma amostra de 75 indivíduos entre os 66 e 100 anos, de ambos os sexos. Foram recolhidos dados através de uma caracterização sócio-demográfica, através do Mini Mental State e através do Questionário de auto-avaliação da saúde e do bem-estar físico (de Fonseca e Paúl, 1999). Os dados obtidos foram trabalhados numa perspectiva de estatística descritiva e estatística inferencial, nomeadamente com a análise do coeficiente de Spearman. A partir desta análise determinou-se que: a grande maioria da amostra designa como “aceitável” ou “fraca” a sua percepção da saúde, em geral; os dados sócio-demográficos, e a instituição a que cada indivíduo pertence não têm relação com a percepção do estado de saúde destas pessoas; existe relação significativa entre a percepção do estado de saúde das pessoas idosas institucionalizadas e a saúde dos seus pares, essencialmente quando se abordam itens relacionados com aspectos físicos; no que concerne aos hábitos de vida, não existe relação entre a percepção do estado de saúde das pessoas idosas e os hábitos tabágicos e os hábitos alcoólicos. Os dados obtidos nem sempre são os dados que se esperavam efectivamente, porém fazem sentido ao serem consolidados com a teoria.--------ABSTRACT: The aging of the Portuguese population is a reality. It is imperative that society has the capacity to face the specific necessities of those who are in this phase of their lives. Therefore, this change in the demographics requires investment in scientific knowledge in order to know the consequences at levels such as: the economic, social cultural, biological and physical, mainly related to health. The main purpose of this study has been to evaluate the perceptions of elderly people concerning their health conditions. There were nine institutions involved, which are referred to as nursing homes, and a sample of 75 people between 66 and 100 years-old, from both genders, cooperated. Data has been collected through social-demographic, Mini Mental State and also through the questionnaire of the self-evaluation of health and physical well-being (from Fonseca and Paúl, 1999). The obtained data was worked within a perspective of descriptive/ inference statistic. From this analysis, it was determined that the great majority of the sample describes their perception of health as “acceptable” or “weak”, in general; the social-demographic information and the institution to where each person belongs do not show a connection with their perception of their health condition; however, there seems to be a significant relation between an institutionalized elderly person´s perception of their health condition and their spouse’s health, mainly when related to physical issues. In as far as life styles are concerned, do not show a connection between elderly people’s perception of health and smoking habits and alcohol habits. The obtained data does not always match expectations; nevertheless they make sense when being complemented by the theory.

A resposta do estado ás barreiras linguísticas dos imigrantes. O caso português

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Migrações, Inter-etnicidades e Transnacionalismo

O imperativo das tecnologias do estado. Estratégias de e-government para empresas em Portugal

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciência Política e Relações Internacionais, área de especialização em Ciência Política

Saber e poder. Estado e investigação social agrária nos primórdios da sociologia em Portugal

Dissertação apresentada para o cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Sociologia na especialidade de Sociologia Histórica e Política Comparadas

Modelação dos efeitos viscosos no comportamento de túneis em maciços terrosos

Dissertação elaborada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil no Ramo de Geotecnia pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre a FCTUNL e o LNEC

A propriedade e os sujeitos: colonização interna e colónias agrícolas durante o Estado Novo

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em História Contemporânea