Pathophysiology of muscle dysfunction in COPD

Muscle dysfunction often occurs in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and may involve both respiratory and locomotor (peripheral) muscles. The loss of strength and/or endurance in the former can lead to ventilatory insufficiency, whereas in the latter it limits exercise capacity and activities of daily life. Muscle dysfunction is the consequence of complex interactions between local and systemic factors, frequently coexisting in COPD patients. Pulmonary hyperinflation along with the increase in work of breathing that occur in COPD appear as the main contributing factors to respiratory muscle dysfunction. By contrast, deconditioning seems to play a key role in peripheral muscle dysfunction. However, additional systemic factors, including tobacco smoking, systemic inflammation, exercise, exacerbations, nutritional and gas exchange abnormalities, anabolic insufficiency, comorbidities and drugs, can also influence the function of both respiratory and peripheral muscles, by inducing modifications in their local microenvironment. Under all these circumstances, protein metabolism imbalance, oxidative stress, inflammatory events, as well as muscle injury may occur, determining the final structure and modulating the function of different muscle groups. Respiratory muscles show signs of injury as well as an increase in several elements involved in aerobic metabolism (proportion of type I fibers, capillary density, and aerobic enzyme activity) whereas limb muscles exhibit a loss of the same elements, injury, and a reduction in fiber size. In the present review we examine the current state of the art of the pathophysiology of muscle dysfunction in COPD.

A systems biology approach identifies molecular networks defining skeletal muscle abnormalities in chronic obstructive pulmonary disease.

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is an inflammatory process of the lung inducing persistent airflow limitation. Extensive systemic effects, such as skeletal muscle dysfunction, often characterize these patients and severely limit life expectancy. Despite considerable research efforts, the molecular basis of muscle degeneration in COPD is still a matter of intense debate. In this study, we have applied a network biology approach to model the relationship between muscle molecular and physiological response to training and systemic inflammatory mediators. Our model shows that failure to co- ordinately activate expression of several tissue remodelling and bioenergetics pathways is a specific landmark of COPD diseased muscles. Our findings also suggest that this phenomenon may be linked to an abnormal expression of a number of histone modifiers, which we discovered correlate with oxygen utilization. These observations raised the interesting possibility that cell hypoxia may be a key factor driving skeletal muscle degeneration in COPD patients.

Mitochondrial DNA mutations induce mitochondrial dysfunction, apoptosis and sarcopenia in skeletal muscle of mitochondrial DNA mutator mice

Background: Aging results in a progressive loss of skeletal muscle, a condition known as sarcopenia. Mitochondrial DNA (mtDNA) mutations accumulate with aging in skeletal muscle and correlate with muscle loss, although no causal relationship has been established. Methodology/Principal Findings: We investigated the relationship between mtDNA mutations and sarcopenia at the gene expression and biochemical levels using a mouse model that expresses a proofreading-deficient version (D257A) of the mitochondrial DNA Polymerase c, resulting in increased spontaneous mtDNA mutation rates. Gene expression profiling of D257A mice followed by Parametric Analysis of Gene Set Enrichment (PAGE) indicates that the D257A mutation is associated with a profound downregulation of gene sets associated with mitochondrial function. At the biochemical level, sarcopenia in D257A mice is associated with a marked reduction (35–50%) in the content of electron transport chain (ETC) complexes I, III and IV, all of which are partly encoded by mtDNA. D257A mice display impaired mitochondrial bioenergetics associated with compromised state-3 respiration, lower ATP content and a resulting decrease in mitochondrial membrane potential (Dym). Surprisingly, mitochondrial dysfunction was not accompanied by an increase in mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production or oxidative damage. Conclusions/Significance: These findings demonstrate that mutations in mtDNA can be causal in sarcopenia by affecting the assembly of functional ETC complexes, the lack of which provokes a decrease in oxidative phosphorylation, without an increase in oxidative stress, and ultimately, skeletal muscle apoptosis and sarcopenia.

Bases per crear un tractament de prevenció secundaria per pacients amb fuetada cervical

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al departament d’anestesiologia de la University of Washington durant juliol i agost del 2006. La fuetada cervical és una lesió molt freqüent. Encara que els problemes associats es resolen en un període de temps curt en la majoria de casos, un percentatge de casos que oscil·la entre el 12 i el 42% desenvolupa dolor cervical crònic i discapacitat associada. Aquesta situació provoca un elevat cost econòmic per a la societat i un elevat patiment per a les persones que pateixen dolor crònic cervical i discapacitat com a conseqüència de la fuetada cervical. Ambdues conseqüències podrien ser evitades dissenyant estratègies de prevenció secundaria efectives. Aquest és precisament l’objectiu de la tesis del doctorant Aquesta va ser considerada essencial perquè en aquesta universitat esta l’únic grup de recerca que esta realitzant un tractament de prevenció secundaria per a pacients amb fuetada cervical. La realització de totes aquestes tasques ha permès al doctorant millorar el seu treball de recerca i començar a dissenyar un programa de prevenció secundaria per a la nostra població de pacients amb fuetada cervical. A més, s’han establert lligams de col·laboració.

Implication of Nerve Growth Factor in intestinal mucosal mast cell activity and colonic motor alterations in a model of ovalbumin-induced gut dysfunction in rats

We determined NGF involvement in MMCs and colonic motor alterations in an ovalbumin (OVA)-induced gut dysfunction model in rats. Animals received OVA (6 weeks), with/without simultaneous K252a (TrkA antagonist) treatment. MMCs, rat mast cell protease II (RMCPII) levels and colonic contractility in vitro were assessed. OVA increased MMC density and RMCPII concentration. Spontaneous contractility was similar in both groups and inhibited by K252a. Carbachol responses were increased by OVA in a K252a-independent manner. NO-synthase inhibition increased spontaneous activity in OVA-treated animals in a K252a-dependent manner. These observations support an involvement of NGF in the functional changes observed in this model.

Evolución de la frecuencia de ingresos por infección cervical profunda

La incidència de les infeccions cervicals profundes (ICP) va disminuir amb la introducció dels antibiòtics i la millora de la cura dental i de la cavitat oral. Es va realitzar una revisió retrospectiva i sistemàtica de tots els ingressos a la sala d'hospitalització d'adults d'Otorinolaringologia, i es van registrar tots els casos amb diagnòstic de ICP, entre gener 2003 i desembre 2010. Es va trobar un augment progressiu i significatiu de la freqüència anual d'ingressos amb aquest diagnòstic, especialment en els últims 4 anys. Aquest augment ha estat substancial, i no hi ha elements en aquest moment que puguin explicar-ho de forma definitiva.

Discectomía cervical anterior y artrodesis con caja intersomática de titanio: experiencia clínica con 272 casos

El present estudi revisa l’experiència clínica quirúrgica en el servei de neurocirurgia de l’hospital universitari de Bellvitge amb 272 pacients sotmesos a discectomia cervical anterior i artrodesi amb caixa intersomàtica de titani per patologia degenerativa discal. Es revisen els resultats clínics, radiològics i les complicacions presentades. S’obtenen a l’any de la intervenció, resultats clínics excel•lents o bons en un 68.25 % dels pacients, una alta taxa de fusió cervical (97.34 %) i un baix índex de complicacions operatòries (4.41 %)

Alteraciones posturográficas en fases agudas del latigazo cervical.

L’objectiu del treball és evidenciar l’existència d’alteracions posturogràfiques en la primera fase posterior a l’accident. Es realitzà un estudi prospectiu a 14 pacients utilitzant una plataforma dinamomètrica fixa. Predominà el sexe femení (79.9%) amb edat mitja de 29 anys. La mitjana del temps fins realitzar la valoració fou de 14 hores. Obtenim un patró de disfunció somatosensorial en 7 pacients (50%), 2 presentaren disfunció vestibular i 5 patró normal o compensat. La prova Romberg d’ulls tancats s’observaren les majors diferències. Conclusions : La postugrafia permet trobar diferències objectivables del control postural respecte la població normal.

Cortical mapping of the neuronal circuits modulating the muscle tone. Introduction to the electrophysiological treatment of the spastic hand.

L’objectiu d’aquest estudi es investigar l’organització cortical junt amb la connectivitat còrtico-subcortical en subjectes sans, com a estudi preliminar. Els mapes corticals s’han fet per TMS navegada, i els punts motors obtinguts s’han exportant per estudi tractogràfic i anàlisi de las seves connexions. El coneixement precís de la localització de l’àrea cortical motora primària i les seves connexions es la base per ser utilitzada en estudis posteriors de la reorganització cortical i sub-cortical en pacients amb infart cerebral. Aquesta reorganització es deguda a la neuroplasticitat i pot ser influenciada per els efectes neuromoduladors de la estimulació cerebral no invasiva.

Columna cervical traumática: Hallazgos en tomografía computarizada multidetector

Se realiza una reseña histórica de la tomografía computarizada desde su inicio hasta la actualidad, así mismo una exhaustiva revisión de la anatomía, fisiología y patología traumática más frecuente de la columna cervical para finalmente presentar los datos estadísticos de la revisión realizada de las historias clínicas de los pacientes que ingresaron a nuestra institución con sospecha clínica de traumatismo de columna cervical y a quienes les fue realizada una tomografía computarizada multidetector, explicando los hallazgos radiológicos más frecuentes y su relación con los datos estadísticos tales como edad, género, mecanismo de la lesión y tipo de lesión cervical.

Natural abundance of stable isotopes (15N and 13C) and isotopic fractionation of sea bream muscle as markers of food and culture conditions and its relationship with metabolic and proteomic analyses

Els isòtops estables com a traçadors de la cadena alimentària, s'han utilitzat per caracteritzar la relació entre els consumidors i els seus aliments, ja que el fraccionament isotòpic implica una discriminació en contra de certs isòtops. Però les anàlisis d'isòtops estables (SIA), també es poden dur a terme en peixos cultivats amb dietes artificials, com la orada (Sparus aurata), la especie más cultivada en el Mediterráneo. Canvis en l'abundància natural d'isòtops estables (13C i 15N) en els teixits i les seves reserves poden reflectir els canvis en l'ús i reciclatge dels nutrients ja que els enzims catabòlics implicats en els processos de descarboxilació i desaminació mostren una preferència pels isòtops més lleugers. Per tant, aquestes anàlisis ens poden proporcionar informació útil sobre l'estat nutricional i metabòlic dels peixos. L'objectiu d'aquest projecte va ser determinar la capacitat dels isòtops estables per ser utilitzats com a marcadors potencials de la capacitat de creixement i condicions de cria de l'orada. En aquest sentit, les anàlisis d'isòtops estables s'han combinat amb altres metabòlics (activitats citocrom-c-oxidasa, COX, i citrat sintasa, CS) i els paràmetres de creixement (ARN/ADN). El conjunt de resultats obtinguts en els diferents estudis realitzats en aquest projecte demostra que el SIA, en combinació amb altres paràmetres metabòlics, pot servir com una eina eficaç per discriminar els peixos amb millor potencial de creixement, així com a marcador sensible de l'estat nutricional i d'engreix. D'altra banda, la combinació de l'anàlisi d'isòtops estables amb les eines emergents, com ara tècniques de proteòmica (2D-PAGE), ens proporciona nous coneixements sobre els canvis metabòlics que ocorren en els músculs dels peixos durant l‟increment del creixement muscular induït per l'exercici.

Amelioration of Duchenne muscular dystrophy in mdx mice by elimination of matrix-associated fibrin-driven inflammation coupled to the αMβ2 leukocyte integrin receptor

In Duchenne muscular dystrophy (DMD), a persistently altered and reorganizing extracellular matrix (ECM) within inflamed muscle promotes damage and dysfunction. However, the molecular determinants of the ECM that mediate inflammatory changes and faulty tissue reorganization remain poorly defined. Here, we show that fibrin deposition is a conspicuous consequence of muscle-vascular damage in dystrophic muscles of DMD patients and mdx mice and that elimination of fibrin(ogen) attenuated dystrophy progression in mdx mice. These benefits appear to be tied to: (i) a decrease in leukocyte integrin α(M)β(2)-mediated proinflammatory programs, thereby attenuating counterproductive inflammation and muscle degeneration; and (ii) a release of satellite cells from persistent inhibitory signals, thereby promoting regeneration. Remarkably, Fib-gamma(390-396A) (Fibγ(390-396A)) mice expressing a mutant form of fibrinogen with normal clotting function, but lacking the α(M)β(2) binding motif, ameliorated dystrophic pathology. Delivery of a fibrinogen/α(M)β(2) blocking peptide was similarly beneficial. Conversely, intramuscular fibrinogen delivery sufficed to induce inflammation and degeneration in fibrinogen-null mice. Thus, local fibrin(ogen) deposition drives dystrophic muscle inflammation and dysfunction, and disruption of fibrin(ogen)-α(M)β(2) interactions may provide a novel strategy for DMD treatment.

Muscle protein waste in tumor-bearing rats is effectively antagonized by a beta 2-adrenergic agonist (clenbuterol). Role of the ATP-ubiquitin-dependent proteolytic pathway.

Tissue protein hypercatabolism (TPH) is a most important feature in cancer cachexia, particularly with regard to the skeletal muscle. The rat ascites hepatoma Yoshida AH-130 is a very suitable model system for studying the mechanisms involved in the processes that lead to tissue depletion, since it induces in the host a rapid and progressive muscle waste mainly due to TPH (Tessitore, L., G. Bonelli, and F. M. Baccino. 1987. Biochem. J. 241:153-159). Detectable plasma levels of tumor necrosis factor-alpha associated with marked perturbations in the hormonal homeostasis have been shown to concur in forcing metabolism into a catabolic setting (Tessitore, L., P. Costelli, and F. M. Baccino. 1993. Br. J. Cancer. 67:15-23). The present study was directed to investigate if beta 2-adrenergic agonists, which are known to favor skeletal muscle hypertrophy, could effectively antagonize the enhanced muscle protein breakdown in this cancer cachexia model. One such agent, i.e., clenbuterol, indeed largely prevented skeletal muscle waste in AH-130-bearing rats by restoring protein degradative rates close to control values. This normalization of protein breakdown rates was achieved through a decrease of the hyperactivation of the ATP-ubiquitin-dependent proteolytic pathway, as previously demonstrated in our laboratory (Llovera, M., C. García-Martínez, N. Agell, M. Marzábal, F. J. López-Soriano, and J. M. Argilés. 1994. FEBS (Fed. Eur. Biochem. Soc.) Lett. 338:311-318). By contrast, the drug did not exert any measurable effect on various parenchymal organs, nor did it modify the plasma level of corticosterone and insulin, which were increased and decreased, respectively, in the tumor hosts. The present data give new insights into the mechanisms by which clenbuterol exerts its preventive effect on muscle protein waste and seem to warrant the implementation of experimental protocols involving the use of clenbuterol or alike drugs in the treatment of pathological states involving TPH, particularly in skeletal muscle and heart, such as in the present model of cancer cachexia.

Conditional BDNF release under pathological conditions improves Huntington's disease pathology by delaying neuronal dysfunction

Background Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is the main candidate for neuroprotective therapy for Huntington's disease (HD), but its conditional administration is one of its most challenging problems. Results Here we used transgenic mice that over-express BDNF under the control of the Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) promoter (pGFAP-BDNF mice) to test whether up-regulation and release of BDNF, dependent on astrogliosis, could be protective in HD. Thus, we cross-mated pGFAP-BDNF mice with R6/2 mice to generate a double-mutant mouse with mutant huntingtin protein and with a conditional over-expression of BDNF, only under pathological conditions. In these R6/2:pGFAP-BDNF animals, the decrease in striatal BDNF levels induced by mutant huntingtin was prevented in comparison to R6/2 animals at 12 weeks of age. The recovery of the neurotrophin levels in R6/2:pGFAP-BDNF mice correlated with an improvement in several motor coordination tasks and with a significant delay in anxiety and clasping alterations. Therefore, we next examined a possible improvement in cortico-striatal connectivity in R62:pGFAP-BDNF mice. Interestingly, we found that the over-expression of BDNF prevented the decrease of cortico-striatal presynaptic (VGLUT1) and postsynaptic (PSD-95) markers in the R6/2:pGFAP-BDNF striatum. Electrophysiological studies also showed that basal synaptic transmission and synaptic fatigue both improved in R6/2:pGAP-BDNF mice. Conclusions These results indicate that the conditional administration of BDNF under the GFAP promoter could become a therapeutic strategy for HD due to its positive effects on synaptic plasticity.