Optimal Body Size and Energy Expenditure during Winter: Why are voles smaller in declining populations?

Winter is energetically challenging for small herbivores because of greater energy requirements for thermogenesis at a time when little energy is available. We formulated a model predicting optimal wintering body size, accounting for the scaling of both energy expenditure and assimilation to body size, and the trade-off between survival benefits of a large size and avoiding survival costs of foraging. The model predicts that if the energy cost of maintaining a given body mass differs between environments, animals should be smaller in the more demanding environments, and there should be a negative correlation between body mass and daily energy expenditure (DEE) across environments. In contrast, if animals adjust their energy intake according to variation in survival costs of foraging, there should be a positive correlation between body mass and DEE. Decreasing temperature always increases equilibrium DEE, but optimal body mass may either increase or decrease in colder climates depending on the exact effects of temperature on mass-specific survival and energy demands. Measuring DEE with doubly labeled water on wintering Microtus agrestis at four field sites, we found that DEE was highest at the sites where voles were smallest despite a positive correlation between DEE and body mass within sites. This suggests that variation in wintering body mass between sites was due to variation in food quality/availability and not adjustments in foraging activity to varying risks of predation.

Are there species smaller than 1 mm?

The rapid advance in genetic sequencing technologies has provided an unprecedented amount of data on the biodiversity of meiofauna. It was hoped that these data would allow the identification and counting of species, distinguished as tight clusters of similar genomes. Surprisingly, this appears not to be the case. Here, we begin a theoretical discussion of this phenomenon, drawing on an individual-based ecological model to inform our arguments. The determining factor in the emergence (or not) of distinguishable genetic clusters in the model is the product of population size with mutation rate—a measure of the adaptability of the population as a whole. This result suggests that indeed one should not expect to observe clearly distinguishable species groupings in data gathered from ultrasequencing of meiofauna.

Photograph - Julia Canby French (smaller image)

Black and white, 16 ½ cm x 11 ½ cm, of Julia Canby French (this is a larger versions of the photo listed above).

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Methodology for evidence-based practice smaller

Protocol writing Methodology for evidence-based practice smaller player

ATD: a multiplatform for semiautomatic 3-D detection of kidneys and their pathology in real time

This research presents a novel multi-functional system for medical Imaging-enabled Assistive Diagnosis (IAD). Although the IAD demonstrator has focused on abdominal images and supports the clinical diagnosis of kidneys using CT/MRI imaging, it can be adapted to work on image delineation, annotation and 3D real-size volumetric modelling of other organ structures such as the brain, spine, etc. The IAD provides advanced real-time 3D visualisation and measurements with fully automated functionalities as developed in two stages. In the first stage, via the clinically driven user interface, specialist clinicians use CT/MRI imaging datasets to accurately delineate and annotate the kidneys and their possible abnormalities, thus creating “3D Golden Standard Models”. Based on these models, in the second stage, clinical support staff i.e. medical technicians interactively define model-based rules and parameters for the integrated “Automatic Recognition Framework” to achieve results which are closest to that of the clinicians. These specific rules and parameters are stored in “Templates” and can later be used by any clinician to automatically identify organ structures i.e. kidneys and their possible abnormalities. The system also supports the transmission of these “Templates” to another expert for a second opinion. A 3D model of the body, the organs and their possible pathology with real metrics is also integrated. The automatic functionality was tested on eleven MRI datasets (comprising of 286 images) and the 3D models were validated by comparing them with the metrics from the corresponding “3D Golden Standard Models”. The system provides metrics for the evaluation of the results, in terms of Accuracy, Precision, Sensitivity, Specificity and Dice Similarity Coefficient (DSC) so as to enable benchmarking of its performance. The first IAD prototype has produced promising results as its performance accuracy based on the most widely deployed evaluation metric, DSC, yields 97% for the recognition of kidneys and 96% for their abnormalities; whilst across all the above evaluation metrics its performance ranges between 96% and 100%. Further development of the IAD system is in progress to extend and evaluate its clinical diagnostic support capability through development and integration of additional algorithms to offer fully computer-aided identification of other organs and their abnormalities based on CT/MRI/Ultra-sound Imaging.

Medial contact and smaller plantar loads characterize individuals with Patellofemoral Pain Syndrome during stair descent

Objectives: To investigate plantar pressure distribution in individuals with and without Patellofemoral Pain Syndrome during the Support phase of stair descent. Design: Observational case-control study. Participants: 30 Young adults With Patellofemoral Pain Syndrome and 44 matched controls. Main outcome measures: Contact area, peak pressure and pressure-time integral (Novel Pedar-X system) were evaluated in six plantar areas (medial, central and lateral rearfoot: midfoot; medial and lateral forefoot) during stair descent. Results: Contact area was greater in the Patellofemoral Pain Syndrome Group at medial rearfoot (p = 0.019) and midfoot (p < 0.001). Subjects with Patellofemoral pain Syndrome presented smaller peak pressures (p < 0.001). Conclusion: The pattern of plantar pressure distribution during stair descent in Patellofemoral Pain Syndrome Subjects was different from controls. This seems to be related to greater medial rearfoot and midfoot Support. Smaller plantar loads found in Patellofemoral Pain Syndrome subjects during stair descent reveal a more Cautious motor pattern in a challenging task. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Histopathology and laser autofluorescence of ischemic kidneys of rats

The purpose of this research was to evaluate the severity of renal ischemia/reperfusion injury as determined by histology and by laser-induced fluorescence (LIF) with excitation wavelengths of 442 nm and 532 nm. Wistar rats (four groups of six animals) were subjected to left renal warm ischemia for 20, 40, 60 and 80 min followed by 10 min of reperfusion. Autofluorescence was determined before ischemia (control) and then every 5-10 min thereafter. Tissue samples for histology were harvested from the right kidney (control) and from the left kidney after reperfusion. LIF and ischemia time showed a significant correlation (p < 0.0001 and r (2)=0.47, and p=0.006 and r (2)=0.25, respectively, for the excitation wavelengths of 442 nm and 532 nm). Histological scores showed a good correlation with ischemia time (p < 0.0001). The correlations between optical spectroscopy values and histological damage were: LIF at 442 nm p < 0.0001, LIF at 532 nm p=0.001; IFF (peak of back scattered light/LIF) at 442 nm p > 0.05, and IFF at 532 nm p > 0.05. After reperfusion LIF tended to return to preischemic basal levels which occurred in the presence of histological damage. This suggests that factors other than morphological alterations may have a more relevant effect on changes observed in LIF. In conclusion, renal ischemia/reperfusion changed tissue fluorescence induced by laser. The excitation light of 442 nm showed a better correlation with the ischemia time and with the severity of tissue injury.