Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Recursos de información en una biblioteca virtual : la Biblioteca Virtual de la Universitat Oberta de Catalunya

La Biblioteca Virtual de la UOC té com a principal objectiu ésser al servei d'una comunitat acadèmica formada per estudiants, personal docent i personal de gestió i administració que desenvolupen la seva activitat totalment en línia, usant per a aquesta finalitat una intranet o Campus Virtual. Sobre la base d'aquest objectiu, es dissenyen i ofereixen tota una sèrie de serveis, recursos i eines que permetin cobrir les necessitats informatives que se'ls plantegin als membres d'aquesta comunitat virtual en el desenvolupament de les seves activitats - ja siguin aquestes laborals, docents o acadèmiques - i oferint diferents vies d'accés per tal d'aconseguir una major personalització.

La organización de recursos digitales y la oferta de servicios documentales en un entorno virtual de aprendizaje

El creixement d'usuaris potencials i el de l'oferta de serveis per part de la Biblioteca Virtual de l'UOC, va generar un procés de reflexió estratègica per donar resposta a nou escenari de l'organització. El resultat ha estat tres eixos o línies d'actuació que permetin afrontar aquest canvi i creixement: organització dels recursos en una base de dades, el desenvolupament dels serveis "push" i el facilitar l'accés a la biblioteca des de qualsevol entorn i de forma personalitzada a aquest.

DinaWEB : l'organització de recursos accessibles en línia a la Biblioteca Virtual de la Universitat Oberta de Catalunya

El DinaWEB (Dinàmic WEB), és una base de dades desenvolupada per la Universitat Oberta de Catalunya, que té com a objectiu organitzar la informació i els recursos disponibles a la Biblioteca Virtual de la UOC de forma àgil per els usuaris i que permet a l'administrador l'actualització i modificació d'aquests recursos de forma més amigable que fins l'actualitat. La seva funció és substituir les pàgines estàtiques de la intranet de la Biblioteca Virtual de la UOC, per pàgines dinàmiques, generades automàticament per aquesta base de dades.

La gestió dels recursos documentals a les aules de la UOC

La gestió dels recursos documentals a les aules de la UOC es fa de manera compartida entre el professorat i la Biblioteca de la Universitat. La responsabilitat dels continguts que trobem com a 'recursos de l'aula' i de l'actualització d'aquests recau en el professor/a responsable de l'assignatura que és qui decideix quins recursos electrònics han de tenir les aules de les seves assignatures i comunica a la Biblioteca aquests recursos i les possibles actualitzacions i/o modificacions que cal fer-hi. La gestió d'aquests recursos que es fa des de la biblioteca és un element clau perquè, a través d'aquest procés, la biblioteca esdevingui un element realment facilitador de l'aprenentatge i la docència, i situa la biblioteca com un element central en el model d'aprenentatge de la UOC. S'inclou al final de la presentació un seguit de recomanacions per a l'èxit dels recursos documentals a les aules virtuals.

La gestió dels recursos documentals a les aules de la Universitat Oberta de Catalunya

The management of the documental resources in the classrooms of the UOC is shared between the teaching staff and the Library of the University. The responsibility of the contents that we find as "resources of the classroom" and updating these falls on the teacher responsible for the course which is the one who decides which electronic resources must have the classrooms of his/her courses and communicates these resources and the possible updates or modifications to the Library. The management of these resources done from the library is a key element because, through this process, the library becomes a really facilitating element of the learning and the teaching, and places the library like a central element in the learning model of the UOC. A series of recommendations for the success of the documental resources in the virtual classrooms are included at the end of the presentation.

La gestión de los recursos digitales en una biblioteca virtual : la Biblioteca virtual de la UOC

Les Biblioteques i Centres de Documentació han exercit sempre un paper molt important en el desenvolupament de l'aprenentatge, de la docència i de la investigació, però el canvi experimentat en aquests últims anys en l'àmbit docent, ha potenciat la funció d'aquest tipus de centres que han incorporat paulatinament una gran quantitat i varietat de recursos multimèdia d'informació, dissenyant i incorporant al mateix temps sistemes i programes de gestió que permetin un accés fàcil, amigable i eficient a aquests recursos. En el present article s'exposa l'experiència d'una biblioteca / centre de documentació virtual, per donar solució a una realitat que a poc a poc estan assumint la majoria de biblioteques universitàries espanyoles.

La contribución del Centro de Recursos para el Aprendizaje y la Investigación a la promoción del acceso abierto en la Universidad de Barcelona

Aquesta comunicació té com a objectiu principal exposar les iniciatives preses des del Centre de Recursos per a l'Aprenentatge i la Investigació de la UB per promocionar l'accés obert. Les principals iniciatives empreses són la posada en funcionament del dipòsit institucional i la creació de l'Oficina de Difusió del Coneixement l'any 2007. Aquestes són dues estructures de recolzament i suport que a la pràctica permeten, avalen o propicien l'existència de polítiques institucionals de promoció de l'accés obert. Es posa a disposició de la institució la infraestructura necessària que permeti, per una banda recollir, arxivar i processar, difondre i preservar la producció científica de la universitat (dipòsits digitals) i d'una altra assessorar sobre la gestió dels drets d'autor i promocionar la lliure difusió del coneixement.

Pulsed-field gel electrophoresis, virulence determinants and antimicrobial susceptibility profiles of type Ia group B streptococci isolated from humans in Brazil

Group B streptococci (GBS) infections occur worldwide. Although serotyping has been used for epidemiologic purposes, this does not accurately characterize enough members of a genetically heterogeneous bacterial population. The aims of this work were to evaluate the genetic diversity of 45 type Ia GBS strains isolated in Brazil by pulsed-field gel electrophoresis as well as to evaluate antimicrobial susceptibility profiles and identify virulence genes. Twenty-four strains were assigned to cluster A. All strains under study contained the hylB and scpB genes. The bca gene was detected in only 10 strains and none of the streptococci carried the bac gene. Thirty-nine strains were resistant to tetracycline.

Molecular characterisation of Sporothrix schenckii isolates from humans and cats involved in the sporotrichosis epidemic in Rio de Janeiro, Brazil

An epidemic of sporotrichosis, a subcutaneous mycosis caused by the fungus Sporothrix schenckii, is ongoing in Rio de Janeiro, Brazil, in which cases of human infection are related to exposure to cats. In an attempt to demonstrate the zoonotic character of this epidemic using molecular methodology, we characterised by DNA-based typing methods 19 human and 25 animal S. schenckii isolates from the epidemic, as well as two control strains. To analyse the isolates, the random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique was performed using three different primers, together with DNA fingerprinting using the minisatellite derived from the wild-type phage M13 core-sequence. The analyses generated amplicons with considerable polymorphism. Although isolates exhibited high levels of genetic relatedness, they could be clustered into 5-10 genotypes. The RAPD profiles of epidemic S. schenckii isolates could be distinguished from that of the United States isolate, displaying 20% similarity to each primer and 60% when amplified with the M13 primer. DNA fingerprinting of S. schenckii isolated from the nails (42.8%) and the oral cavities (66%) of cats were identical to related human samples, suggesting that there is a common infection source for animals and humans in this epidemic. It is clear that cats act as a vehicle for dissemination of S. schenckii.

Granada Virus: a Natural Phlebovirus Reassortant of the Sandfly Fever Naples Serocomplex with Low Seroprevalence in Humans

A new member of the phlebovirus genus, tentatively named Granada virus, was detected in sandflies collected in Spain. By showing the presence of specific neutralizing antibodies in human serum collected in Granada, we show that Granada virus infects humans. The analysis of the complete genome of Granada virus revealed that this agent is likely to be a natural reassortant of the recently described Massilia virus (donor of the long and short segments) with ayet unidentified phlebovirus (donor of the medium segment)

Segmental body composition assessed by bioelectrical impedance analysis and DEXA in humans.

The present study assessed the relative contribution of each body segment to whole body fat-free mass (FFM) and impedance and explored the use of segmental bioelectrical impedance analysis to estimate segmental tissue composition. Multiple frequencies of whole body and segmental impedances were measured in 51 normal and overweight women. Segmental tissue composition was independently assessed by dual-energy X-ray absorptiometry. The sum of the segmental impedance values corresponded to the whole body value (100.5 +/- 1.9% at 50 kHz). The arms and legs contributed to 47.6 and 43.0%, respectively, of whole body impedance at 50 kHz, whereas they represented only 10.6 and 34.8% of total FFM, as determined by dual-energy X-ray absorptiometry. The trunk averaged 10.0% of total impedance but represented 48.2% of FFM. For each segment, there was an excellent correlation between the specific impedance index (length2/impedance) and FFM (r = 0.55, 0.62, and 0.64 for arm, trunk, and leg, respectively). The specific resistivity was in a similar range for the limbs (159 +/- 23 cm for the arm and 193 +/- 39 cm for the leg at 50 kHz) but was higher for the trunk (457 +/- 71 cm). This study shows the potential interest of segmental body composition by bioelectrical impedance analysis and provides specific segmental body composition equations for use in normal and overweight women.

Do peroxisome proliferating compounds pose a hepatocarcinogenic hazard to humans?

The purpose of the workshop "Do Peroxisome Proliferating Compounds Pose a Hepatocarcinogenic Hazard to Humans?" was to provide a review of the current state of the science on the relationship between peroxisome proliferation and hepatocarcinogenesis. There has been much debate regarding the mechanism by which peroxisome proliferators may induce liver tumors in rats and mice and whether these events occur in humans. A primary goal of the workshop was to determine where consensus might be reached regarding the interpretation of these data relative to the assessment of potential human risks. A core set of biochemical and cellular events has been identified in the rodent strains that are susceptible to the hepatocarcinogenic effects of peroxisome proliferators, including peroxisome proliferation, increases in fatty acyl-CoA oxidase levels, microsomal fatty acid oxidation, excess production of hydrogen peroxide, increases in rates of cell proliferation, and expression and activation of the alpha subtype of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR-alpha). Such effects have not been identified clinically in liver biopsies from humans exposed to peroxisome proliferators or in in vitro studies with human hepatocytes, although PPAR-alpha is expressed at a very low level in human liver. Consensus was reached regarding the significant intermediary roles of cell proliferation and PPAR-alpha receptor expression and activation in tumor formation. Information considered necessary for characterizing a compound as a peroxisome proliferating hepatocarcinogen include hepatomegaly, enhanced cell proliferation, and an increase in hepatic acyl-CoA oxidase and/or palmitoyl-CoA oxidation levels. Given the lack of genotoxic potential of most peroxisome proliferating agents, and since humans appear likely to be refractive or insensitive to the tumorigenic response, risk assessments based on tumor data may not be appropriate. However, nontumor data on intermediate endpoints would provide appropriate toxicological endpoints to determine a point of departure such as the LED10 or NOAEL which would be the basis for a margin-of-exposure (MOE) risk assessment approach. Pertinent factors to be considered in the MOE evaluation would include the slope of the dose-response curve at the point of departure, the background exposure levels, and variability in the human response.

Differential energetic response of brain vs. skeletal muscle upon glycemic variations in healthy humans.

The brain regulates all metabolic processes within the organism, and therefore, its energy supply is preserved even during fasting. However, the underlying mechanism is unknown. Here, it is shown, using (31)P-magnetic resonance spectroscopy that during short periods of hypoglycemia and hyperglycemia, the brain can rapidly increase its high-energy phosphate content, whereas there is no change in skeletal muscle. We investigated the key metabolites of high-energy phosphate metabolism as rapidly available energy stores by (31)P MRS in brain and skeletal muscle of 17 healthy men. Measurements were performed at baseline and during dextrose or insulin-induced hyperglycemia and hypoglycemia. During hyperglycemia, phosphocreatine (PCr) concentrations increased significantly in the brain (P = 0.013), while there was a similar trend in the hypopglycemic condition (P = 0.055). Skeletal muscle content remained constant in both conditions (P > 0.1). ANOVA analyses comparing changes from baseline to the respective glycemic plateau in brain (up to +15%) vs. muscle (up to -4%) revealed clear divergent effects in both conditions (P < 0.05). These effects were reflected by PCr/Pi ratio (P < 0.05). Total ATP concentrations revealed the observed divergency only during hyperglycemia (P = 0.018). These data suggest that the brain, in contrast to peripheral organs, can activate some specific mechanisms to modulate its energy status during variations in glucose supply. A disturbance of these mechanisms may have far-reaching implications for metabolic dysregulation associated with obesity or diabetes mellitus.