The epidemiology of incident fracture from cradle to senescence

To reduce the burden of fracture, not only does bone fragility need to be addressed, but also injury prevention. Thus, fracture epidemiology irrespective of degree of trauma is informative. We aimed to determine age-and-sex-specific fracture incidence rates for the Barwon Statistical Division, Australia, 2006-2007. Using radiology reports, incident fractures were identified for 5342 males and 4512 females, with incidence of 210.4 (95 % CI 204.8, 216.2) and 160.0 (155.3, 164.7)/10,000/year, respectively. In females, spine (clinical vertebral), hip (proximal femoral) and distal forearm fractures demonstrated a pattern of stable incidence through early adult life, with an exponential increase beginning in postmenopausal years for fractures of the forearm followed by spine and hip. A similar pattern was observed for the pelvis, humerus, femur and patella. Distal forearm, humerus, other forearm and ankle fractures showed incidence peaks during childhood and adolescence. For males, age-related changes mimicked the female pattern for fractures of the spine, hip, ribs, pelvis and humerus. Incidence at these sites was generally lower for males, particularly among the elderly. A similar childhood-adolescent peak was seen for the distal forearm and humerus. For ankle fractures, there was an increase during childhood and adolescence but this extended into early adult life; in contrast to females, there were no further age-related increases. An adolescent-young adult peak incidence was observed for fractures of the face, clavicle, carpal bones, hand, fingers, foot and toe, without further age-related increases. Examining patterns of fracture provides the evidence base for monitoring temporal changes in fracture burden, and for identifying high-incidence groups to which fracture prevention strategies could be directed.

Fracture prediction from repeat BMD measurements in clinical practice

Summary: We investigated whether repeat BMD measurements in clinical populations are useful for fracture risk assessment. We report that repeat BMD measurements are a robust predictor of fracture in clinical populations; this is not affected by preceding BMD change or recent osteoporosis therapy. Introduction: In clinical practice, many patients selectively undergo repeat bone mineral density (BMD) measurements. We investigated whether repeat BMD measurements in clinical populations are useful for fracture risk assessment and whether this is affected by preceding change in BMD or recent osteoporosis therapy. Methods: We identified women and men aged ≥50 years who had a BMD measurement during 1990–2009 from a large clinical BMD database for Manitoba, Canada (n = 50,215). Patient subgroups aged ≥50 years at baseline with repeat BMD measures were identified. Data were linked to an administrative data repository, from which osteoporosis therapy, fracture outcomes, and covariates were extracted. Using Cox proportional hazards models, we assessed covariate-adjusted risk for major osteoporotic fracture (MOF) and hip fracture according to BMD (total hip, lumbar spine, femoral neck) at different time points. Results: Prevalence of osteoporosis therapy increased from 18 % at baseline to 55 % by the fourth measurement. Total hip BMD was predictive of MOF at each time point. In the patient subgroup with two repeat BMD measurements (n = 13,481), MOF prediction with the first and second measurements was similar: adjusted-hazard ratio (HR) per SD 1.45 (95 % CI 1.34–1.56) vs. 1.64 (95 % CI 1.48–1.81), respectively. No differences were seen when the second measurement results were stratified by preceding change in BMD or osteoporosis therapy (both p-interactions >0.2). Similar results were seen for hip fracture prediction and when spine and femoral neck BMD were analyzed. Conclusion: Repeat BMD measurements are a robust predictor of fracture in clinical populations; this is not affected by preceding BMD change or recent osteoporosis therapy.

Humeral fractures in South-Eastern Australia: epidemiology and risk factors

In this study, we report the epidemiology and risk factors for humeral fractures (proximal humerus and shaft) among men and women residing in south-eastern Australia. Incident fractures during 2006 and 2007 were identified using X-ray reports (Geelong Osteoporosis Study Fracture Grid). Risk factors were identified using data from case-control studies conducted as part of the Geelong Osteoporosis Study. Median age of fracture was lower in males than females for proximal humerus (33.0 vs 71.2 years), but not for humeral shaft (8.9 vs 8.5 years). For females, proximal humerus fractures occurred mainly in the 70-79 and 80+ years age groups, whereas humeral shaft fractures followed a U-shaped pattern. Males showed a U-shaped pattern for both proximal humerus and humeral shaft fractures. Overall age-standardised incidence rates for proximal humerus fractures in males and females were 40.6 (95 % CI 32.7, 48.5) and 73.2 (95 % CI 62.2, 84.1) per 100,000 person years, respectively. For humeral shaft fractures, the age-standardised rate was 69.3 (95 % CI 59.0, 79.6) for males and 61.5 (95 % CI 51.9, 71.0) for females. There was an increase in risk of proximal humerus fractures in men with a lower femoral neck BMD, younger age, prior fracture and higher milk consumption. In pre-menopausal women, increased height and falls were both risk factors for proximal humerus fractures. For post-menopausal women, risk factors associated with proximal humerus fractures included a lower non-milk dairy consumption and sustaining a prior fracture. Humeral shaft fractures in both sexes were sustained mainly in childhood, while proximal humerus fractures were sustained in older adulthood. The overall age-standardised rates of proximal humerus fractures were nearly twice as high in females compared to males, whereas the incidence rates of humeral shaft fractures were similar.

Resistive exercise versus resistive vibration exercise to counteract vascular adaptations to bed rest

Bed rest results in marked vascular adaptations, and resistive vibration exercise (RVE) has been shown to be an effective countermeasure. As vibration exercise has practical and logistical limitations, the use of resistive exercise (RES) alone has the preference under specific circumstances. However, it is unknown if RES is sufficient to prevent vascular adaptations to bed rest. Therefore, the purpose of the present study was to examine the impact of RES and RVE on the vascular function and structure of the superficial femoral artery in young men exposed to 60 days of bed rest. Eighteen healthy men (age: 31 +/- 8 yr) were assigned to bed rest and randomly allocated to control, RES, or RVE groups. Exercise was applied 3 times/wk for 5-7 min/session. Resting diameter, blood flow, flow-mediated dilation (FMD), and dilator capacity of the superficial femoral artery were measured using echo-Doppler ultrasound. Bed rest decreased superficial femoral artery diameter and dilator capacity (P < 0.001), which were significantly attenuated in the RVE group (P < 0.01 and P < 0.05, respectively) but not in the RES group (P = 0.202 and P = 0.696, respectively). Bed rest significantly increased FMD (P < 0.001), an effect that was abolished by RVE (P < 0.005) but not RES (P = 0.078). Resting and hyperemic blood flow did not change in any of the groups. Thus, RVE abolished the marked increase in FMD and decrease in baseline diameter and dilator capacity normally associated with prolonged bed rest. However, the stimulus provided by RES alone was insufficient to counteract the vascular adaptations to bed rest.

Persisting side-to-side differences in bone mineral content, but not in muscle strength and tendon stiffness after anterior cruciate ligament reconstruction

Tendon stiffness may be involved in limiting peak musculoskeletal forces and thus may constitute an upper limit for bone strength. The patellar tendon bone (PTB) graft, which is harvested from the patellar tendon during surgical reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL), is an ideal scenario to test this hypothesis. Eleven participants were recruited who had undergone surgical reconstruction of the ACL with a PTB graft 1-10 years prior to study inclusion. As previously reported, there was no side-to-side difference in thigh muscle cross-sectional area, in maximum voluntary knee extension torque, or in patellar tendon stiffness, suggesting full recovery of musculature and tendon. However, in the present study bone mineral content (BMC), assessed by peripheral quantitative computed tomography, was lower on the operated side than on the control side in four regions studied (P = 0·0019). Differences were less pronounced in the two sites directly affected by the operation (patella and tibia epiphysis) when compared to the more remote sites. Moreover, significant side-to-side differences were found in BMC in the trabecular compartment in the femoral and tibial epiphysis (P = 0·004 and P = 0·047, respectively) with reductions on the operated side, but increased in the patella (P = 0·00016). Cortical BMC, by contrast, was lower on the operated side at all sites except the tibia epiphysis (P = 0·09). These findings suggest that impaired recovery of BMC following ACL reconstruction is not because of lack of recovery of knee extensor strength or patellar tendon stiffness. The responsible mechanisms still remain to be determined.

Impact of bed rest on conduit artery remodeling: effect of exercise countermeasures

Physical inactivity is a potent stimulus for vascular remodeling, leading to a marked decrease in conduit artery diameter. However, little is known about the impact of physical inactivity on artery wall thickness or wall:lumen ratio or the potential of exercise countermeasures to modify artery wall thickness. The purpose of the study was to examine the impact of 60 days of bed rest, with or without exercise countermeasures, on carotid and superficial femoral artery wall thickness. Eighteen men were assigned to bed rest (second Berlin Bed Rest Study) and randomly allocated to control, resistive exercise, or resistive vibration exercise. Both exercise countermeasures were applied 3 times per week while the subjects were in the supine position on the bed. Sonography was used to examine baseline diameter and wall thickness of the carotid and femoral arteries. Bed rest decreased diameter of the superficial femoral artery (P=0.001) but not the carotid artery (P=0.29). Bed rest induced a significant increase in carotid and superficial femoral artery wall thickness (P=0.007 and 0.03) and wall:lumen ratio (P=0.009 and 0.001). Exercise prevented the increase in wall thickness of the carotid artery. In addition, exercise partly prevented the increased wall:lumen ratio in the superficial femoral artery. In conclusion, 8 weeks of bed rest resulted in approximately 20% increase in conduit artery wall thickness. Exercise countermeasures completely (carotid artery) or partly (superficial femoral artery) abolished the increase in wall thickness. These findings suggest that conduit artery wall thickness, a vascular characteristic associated previously with atherosclerosis, can rapidly adapt to physical inactivity and exercise in humans.

Depression as a risk factor for fracture in women: a 10 year longitudinal study

BACKGROUND: Previous research has demonstrated deficits in bone mineral density (BMD) among individuals with depression. While reduced BMD is a known risk for fracture, a direct link between depression and fracture risk is yet to be confirmed. METHODS: A population-based sample of women participating in the Geelong Osteoporosis Study was studied using both nested case-control and retrospective cohort study designs. A lifetime history of depression was identified using a semi-structured clinical interview (SCID-I/NP). Incident fractures were identified from radiological reports and BMD was measured at the femoral neck using dual energy absorptiometry. Anthropometry was measured and information on medication use and lifestyle factors was obtained via questionnaire. RESULTS: Among 179 cases with incident fracture and 914 controls, depression was associated with increased odds of fracture (adjusted odds ratio (OR) 1.57, 95%CI 1.04-2.38); further adjustment for psychotropic medication use appeared to attenuate this association (adjusted OR 1.52, 95%CI 0.98-2.36). Among 165 women with a history of depression at baseline and 693 who had no history of depression, depression was associated with a 68% increased risk of incident fracture (adjusted hazard ratio (HR) 1.68, 95%CI 1.02-2.76), with further adjustment for psychotropic medication use also appearing to attenuate this association (adjusted HR 1.58, 95%CI 0.95-2.61). LIMITATIONS: Potential limitations include recall bias, unrecognised confounding and generalizability. CONCLUSIONS: This study provides both cross-sectional and longitudinal evidence to suggest that clinical depression is a risk factor for radiologically-confirmed incident fracture, independent of a number of known risk factors. If there is indeed a clinically meaningful co-morbidity between mental and bone health, potentially worsened by psychotropic medications, the issue of screening at-risk populations needs to become a priority.

Effects of antidepressants on postmenopausal bone loss - a 5-year longitudinal study from the OSTPRE cohort

BACKGROUND: Osteoporosis and depression are major health problems worldwide. The association between antidepressants, a treatment for depression, and bone health needs more detailed exploration. OBJECTIVE: The present study investigates antidepressant medication use and postmenopausal bone loss over time. METHODS: A total of 1988 women (aged 57-67) participating in the Kuopio Osteoporosis Risk Factor and Prevention Study (OSTPRE) cohort responded to a postal enquiry and had their femoral neck bone mineral density (BMD) measured in 1999 and again in 2004. Data on antidepressant use was obtained from the National Prescription Register. Multiple regression techniques were used to test the associations, before and after adjustment for anthropometric, medical, physical and lifestyle factors. RESULTS: Over the five years of follow-up, 319 (16.0%) women purchased antidepressants. Mean baseline femoral neck BMD for the entire study group was 881mg/cm(2) (SD 123) and mean 5-year bone loss was 6.0mg/cm(2) (SD 4.7). After adjustments, users of tricyclic antidepressants (TCA) had greater annual BMD loss than non-users (-3.6mg/cm(2) vs. -1.1mg/cm(2); P=0.031). Accelerated bone loss was also associated with selective serotonin reuptake inhibitor's (SSRI) use (P=0.001) and use of other antidepressants in a dose-response way, with the latter only among women of low-weight and normal-weight women who had lost weight over the study period. CONCLUSIONS: In conclusion, the use of SSRIs seems to accelerate postmenopausal bone loss in a dose-response manner. Associations between TCA and other antidepressant use and bone loss may also exist. Thus, the possibility of increased risk of osteoporosis should be considered when prescribing antidepressants for postmenopausal women.

Mechanism of Muscle Vibrations During Stimulated and Voluntary Isometric Contractions of Mammalian Skeletal Muscle

When a muscle contracts it produces vibrations. The origin of these vibrations is not known in detail. The purpose of this study was to determine the mechanism associated with muscle vibrations. Mechanisms which have been proposed in the literature were described as theories (cross-bridge cycling, vibrating string and unfused motor unit theories). Specific predictions were derived from each theory, and tested in three conceptually different studies. In the first study, the influence of recruitment strategies of motor units (MUs) on the vibromyographic (VMG) signal was studied in the in-situ cat soleus using electrical stimulation of the soleus nerve. VMG signals increased with increasing recruitment and decreased with increasing firing rates of MUs. Similar results were obtained for the human rectus femoris (RF) muscle using percutaneous electrical stimulation of the femoral nerve. The influence of MU activation on muscle vibrations was studied in RF by analyzing VMG signals at different percentages (0-100%) of the maximal voluntary contraction (MVC). In our second study, we tested the effects of changing the material properties of the in-situ cat soleus (through muscle length changes) on the VMG signal. The magnitude of the VMG signal was higher for intermediate muscle lengths compared to the longest and the shortest muscle lengths. The decreased magnitude of the VMG signal at the longest and at the shortest muscle lengths was associated with increased passive stiffness and with decreased force transients during unfused contractions, respectively. In the third study, the effect of fatigue on muscle vibrations was studied in human RF and vastus lateralis (VL) musc1es during isometric voluntary contractions at a leveI of 70% MVC. A decrease in the VMG signal magnitude was observed in RF (presumably due to derecruitment of MUs) and an increase in VL (probably related to the enhancement of physiological tremor, which may have occurred predorninantly in a mediolateral direction) with fatigue. The unfused MU theory, which is based on the idea that force transients produced by MUs during unfused tetanic contraction is the mechanism for muscle vibrations, was supported by the results obtained in the above three studies.

Efeito da administração aguda de arginina sobre aspectos bioquímicos e comportamentais em ratos adultos

Os erros inatos do metabolismo (EIM) constituem um grupo de doenças genéticas causadas pela deficiência ou ausência de uma proteína, geralmente uma enzima. A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência de arginase, enzima que converte a arginina em ornitina e uréia. O bloqueio desta reação resulta no acúmulo tecidual e plasmático de arginina e seus metabólitos, os compostos guanidínicos. As manifestações clínicas desta doença diferem substancialmente das demais doenças metabólicas do ciclo da uréia. Seus principais sintomas, que manifestam-se progressivamente, são caracterizados por espasticidade, epilepsia e retardo mental. A correlação entre o metabolismo da arginina e do óxido nítrico ocorre no chamado ciclo arginina-citrulina. A arginina é o substrato para a síntese de óxido nítrico pela ação da enzima óxido nítrico sintetase (ONS). Como os pacientes hiperargininêmicos apresentam altos níveis de arginina no plasma e tecidos, é provável que, devido ao excesso deste substrato, ocorra um aumento na síntese de óxido nítrico. O óxido nítrico em concentrações elevadas está associado à produção de radicais livres, neurotoxicidade e inibição da enzima Na+,K+-ATPase. A Na+,K+-ATPase é uma enzima fundamental ao funcionamento normal do sistema nervoso central (SNC), pois regula a transmissão do impulso nervoso, o volume celular e o transporte de moléculas ligadas ao cotransporte de Na+, tais como aminoácidos, glicose e neurotransmissores. A inibição da atividade da Na+,K+-ATPase nos sítios pré-sinápticos resulta na inibição da recaptação de glutamato, bem como na estimulação de sua liberação. A inibição desta enzima também tem sido associada a diversas neuropatologias. A Na+,K+-ATPase também está envolvida na LTP (long term potentiation – potenciação de longa duração), que é um tipo de neuroplasticidade celular que provoca alterações nas cascatas bioquímicas no SNC, que são, muitas vezes, idênticas àquelas que ocorrem durante o processo de formação da memória. Assim, acredita-se que a LTP seja um dos diversos mecanismos bioquímicos importantes para a formação da memória. Neste estudo investigamos o efeito in vivo da administração aguda de arginina, L-NAME (um potente inibidor da ONS) e a co-administração de Arg + L-NAME sobre a atividade da Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos adultos e sobre testes 6 comportamentais utilizados para avaliar o aprendizado e memória: campo aberto e esquiva inibitória. Os resultados obtidos demonstraram que a arginina inibiu significativamente a atividade da enzima Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos. A administração de L-NAME não alterou a atividade da enzima, mas preveniu a diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase causada pela arginina. Nos experimentos de comportamento foram avaliados o aprendizado, a consolidação e a evocação da memória de longa duração pela administração das soluções em três momentos diferentes. A arginina diminuiu o desempenho do teste de esquiva inibitória nos três momentos, o L-NAME isoladamente não alterou o comportamento dos animais, mas quando co-administrado com a arginina aumentou a capacidade de memorização desta tarefa. Estes resultados indicam que a administração de arginina in vivo reduz tanto a atividade da Na+,K+-ATPase como a modulação da memória em ratos, e que isso ocorreu, provavelmente, pelo aumento da síntese de óxido nítrico. Assumindo a possibilidade de que isso possa ocorrer em pacientes com hiperargininemia, os resultados obtidos podem ser relevantes para explicar, pelo menos em parte, a disfunção neurológica associada a essa doença.

Toxicidade genética das antraciclinas : associação entre estrutura química e ação inibitória sobre a topoisomerase II

Considerando não apenas a importância das antraciclinas na terapêutica do câncer, mas também os efeitos colaterais associados ao uso destas drogas, o presente estudo procurou avaliar a atividade genotóxica de seis antraciclinas em uso clínico - doxorrubicina (DOX), daunorrubicina (DNR), epirrubicina (EPI), idarrubicina (IDA), além dos análogos de última geração, pirarrubicina (THP) e aclarrubicina (ACLA). Para tanto, foi empregado o Teste de Mutação e Recombinação Somática (SMART) em Drosophila melanogaster, que permite a detecção simultânea de mutação gênica e cromossômica, assim como de eventos relacionados com recombinação mitótica - possibilitando quantificar a contribuição deste último parâmetro genético para a genotoxicidade total induzida pelas drogas em estudo. Os dados obtidos a partir desta análise demonstraram que todas as antraciclinas estudadas induziram acréscimos significativos, relacionados tanto à mutação, quanto à recombinação nas células somáticas deste inseto. Além disso, a recombinação mitótica - entre cromossomos homólogos - foi o evento responsável por, aproximadamente, 62 a 100% da toxicidade genética observada. A comparação do potencial genotóxico dos diferentes análogos, através da padronização do número de danos genéticos por unidade de tratamento (mM), caracterizou a ACLA e o THP como as drogas mais potentes – sendo cerca de 20 vezes mais efetivas, como genotoxinas, do que a DOX, o análogo menos potente. Já que a principal ação genotóxica desta família de compostos está relacionada à inibição da topoisomerase II (topo II) – uma enzima que atua no relaxamento da supertorção da dupla hélice de DNA, através da quebra e posterior religação de suas fitas - as diferenças observadas podem ser atribuídas ao mecanismo envolvido neste bloqueio Enquanto os análogos DOX, DNR, EPI, IDA e THP atuam como venenos de topo II - tornando permanentes as quebras induzidas pela enzima - a ACLA inibe a função catalítica desta enzima, impedindo a sua ligação ao DNA. Cabe ainda ressaltar que a genotoxicidade da ACLA não está restrita à sua atividade catalítica sobre a topo II, mas também à sua ação como veneno de topo I e à sua habilidade de intercalar-se na molécula de DNA. Quando a potência genotóxica destas drogas foi associada a suas estruturas químicas, observou-se que substituições no grupamento amino-açúcar levaram a uma maior atividade tóxico-genética, quando comparadas a modificações no cromóforo. Cabe ainda ressaltar que as modificações estruturais, presentes nos análogos DOX, DNR, EPI, IDA e THP, não alteraram a sua ação recombinogênica. No entanto, no que se refere a ACLA, observaram-se decréscimos significativos na indução de recombinação mitótica - que podem ser atribuídas às múltiplas substituições presentes tanto no grupamento amino-açúcar quanto no cromóforo. O conjunto destas observações evidencia que a genotoxicidade total das drogas em estudo está centrada na indução de recombinação homóloga - um evento predominantemente envolvido tanto na iniciação, quanto na progressão do câncer. A alta incidência de tumores secundários, em pacientes submetidos ao tratamento com as antraciclinas, pode, pois, ser atribuída à ação preferencial destas drogas sobre a recombinação mitótica – embora a atividade mutagênica não possa ser desconsiderada.

Efeito in vivo e in vitro da prolina sobre a atividade da Na+, K+-ATPase de cérebro de ratos

A hiperprolinemia tipo II é um erro inato do metabolismo de aminoácido causado pela deficiência na atividade da Ä1 pirrolino-5-carboxilato desidrogenase. O bloqueio dessa reação resulta no acúmulo tecidual de prolina. A doença caracteriza-se fundamentalmente por epilepsia, convulsões e um grau variável de retardo mental, cuja etiopatogenia ainda é desconhecida. No tecido nervoso, a Na+, K+ - ATPase controla o ambiente iônico relacionado com a atividade neuronal, regulando o volume celular, o fluxo de íons e o transporte de moléculas ligadas ao transporte de Na+, tais como, aminoácidos, neurotransmissores e glicose. Evidências na literatura mostram que recém nascidos humanos com baixos níveis de Na+, K+ -ATPase cerebral apresentam epilepsia e degeneração espongiforme. Alterações na atividade desta enzima têm sido associadas a várias doenças que afetam o sistema nervoso central, como isquemia cerebral e doença de Parkinson. Considerando que a inibição da Na+, K+ - ATPase por ouabaína tem sido associada com liberação de neurotransmissores, incluindo glutamato, em uma variedade de preparações neuronais, e que alguns autores sugerem que o efeito da prolina sobre a sinapse glutamatérgica possa ser, pelo menos em parte, responsável pelos sintomas neurológicos encontrados nos pacientes com hiperprolinemia, no presente trabalho verificamos efeitos dos modelos experimentais agudo e crônico de hiperprolinemia tipo II sobre a atividade da Na+, K+ - ATPase de membrana plasmática sináptica de córtex cerebral e hipocampo de ratos. No modelo crônico, a prolina foi administrada a ratos Wistar duas vezes ao dia do 6o ao 28o dia de vida, enquanto que no modelo agudo os animais, com 15 dias de vida, receberam uma única injeção de prolina e foram sacrificados 1hora após a administração da droga. Os animais tratados crônicamente com prolina não apresentaram alterações significativas no peso corporal, do encéfalo, do hipocampo e do córtex cerebral, bem como nas quantidades de proteínas do homogenizado cerebral e da membrana plasmática sináptica de córtex cerebral e hipocampo. Nossos resultados mostraram uma diminuição significativa na atividade da Na+, K+ - ATPase de membrana plasmática sináptica de cérebro de animais tratados aguda e crônicamente com prolina. Foram também testados os efeitos in vitro da prolina e do glutamato sobre a atividade da Na+, K+- ATPase. Os resultados mostraram que os dois aminoácidos, nas concentrações de 1,0 e 2,0 mM, inibiram significativamente a atividade da enzima. O estudo da interação cinética entre prolina e glutamato, sugere a existência de um sítio único de ligação na Na+, K+ - ATPase para os dois aminoácidos. É possível que a inibição na atividade da Na+, K+- ATPase possa estar envolvida nos mecanismos pelos quais a prolina é neurotóxica. Acreditamos que nossos resultados possam contribuir, pelo menos em parte, na compreensão da disfunção neurológica encontrada em pacientes com hiperprolinemia tipo II.

Efeito dos ácidos etilmalônico e metilsucínico sobre alguns parâmetros do sistema glutamatérgico e de estresse oxidativo em cérebro de ratos

A deficiência da enzima desidrogenase de acil-CoA de cadeia curta (SCAD) é um erro inato do metabolismo potencialmente letal que afeta o último ciclo da oxidação de ácidos graxos. O bloqueio da rota na conversão de n-butiril-CoA a acetil-CoA resultante da deficiência enzimática leva ao acúmulo tecidual e aumento da concentração nos líquidos biológicos predominantemente dos ácidos etilmalônico e metilsucínico. Os pacientes afetados apresentam episódios de acidose metabólica intermitente, hiperamonemia, coma e acidose neonatal com hiperreflexia, miopatia por depósito de lipídios e hipotonia. Os sinais e sintomas dessa doença são variáveis, podendo aparecer em qualquer idade, do nascimento à vida adulta, e em combinações variáveis, freqüentemente levando a episódios ameaçadores à vida de descompensação metabólica depois de um período de ingesta inadequada de calorias e/ou doença intercorrente. Tendo em vista que a patogênese do dano cerebral na deficiência da SCAD é pouco conhecida, no presente estudo investigamos a ação dos ácidos etilmalônico e metilsucínico sobre alguns parâmetros envolvendo o sistema glutamatérgico e a produção de estresse oxidativo em cérebro de ratos jovens. Observamos inicialmente que o ácido etilmalônico promoveu uma diminuição significativa na captação de L-[3H]glutamato por fatias de córtex nas concentrações de 0,01, 0,1 e 1,0 mM. Já nas técnicas relacionadas à união de L-[3H]glutamato em membranas sinápticas plasmáticas, o ácido provocou uma diminuição da ligação de L-[3H]glutamato às membranas na ausência de sódio em todas as concentrações testadas (0,01 – 1,0 mM) e, quando em presença de sódio, houve diminuição da união somente na concentração de 1,0 mM do ácido. Por outro lado, não foi verificado qualquer efeito desse ácido sobre a captação vesicular de L-[3H]glutamato nas concentrações utilizadas. O ácido metilsucínico comportou-se de forma semelhante ao ácido etilmalônico nos parâmetros de captação de L-[3H]glutamato por fatias e união de L-[3H]glutamato em membranas sinápticas plasmáticas. Houve uma diminuição da captação de glutamato por fatias de córtex cerebral, uma diminuição da união de L-[3H]glutamato na ausência de sódio em todas as concentrações e, na presença de sódio, uma diminuição da captação apenas na concentração de 1,0 mM. Por outro lado, distintamente do que ocorreu com o ácido etilmalônico, na captação vesicular observamos uma diminuição da captação em todas as concentrações testadas. Nossos resultados demonstram, desta forma, alterações importantes no sistema glutamatérgico pelos ácidos acumulados na deficiência da desidrogenase de acil-CoA de cadeia curta. A etapa seguinte foi investigar o efeito dos ácidos etilmalônico e metilsucínico sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens: medida do potencial antioxidante total (TRAP), medida das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e medida de quimiluminescência. Foi verificado que os dois ácidos não afetam a lipoperoxidação, medida através do TBA-RS e quimiluminescência e tampouco as defesas antioxidantes não-enzimáticas, medidas através do TRAP. Embora não tenhamos medido o efeito dos ácidos sobre as defesas enzimáticas antioxidantes representadas pelas enzimas superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase, os resultados dos parâmetros analisados no presente trabalho sugerem que os ácidos acumulados na deficiência da SCAD não produzem estresse oxidativo.

Estudo do processamento das memórias de curta e longa duração

(João Quevedo - Estudo do Processamento das Memórias de Curta e Longa Duração) - Este trabalho apresenta a compilação dos 4 principais experimentos carreados ao longo de 1999-2002: 3 deles envolvem o modelo animal e um quarto utilizase de voluntários humanos. Entretanto, o uso desses diferentes paradigmas não prejudica a unidade do conjunto. O Capítulo 1 apresenta sucintamente o marco teórico dos 4 trabalhos. Inicialmente são discutidos aspectos modulatórios da consolidação da memória. Após, alguns elementos da bioquímica da consolidação da memória são apresentados no intuito de permitir establecer um entendimento das vias da PKA e da MAPK e suas correlações com a via final comum – a síntese protéica. Adicionalmente, a dissociação STM e LTM é discutida a partir do referencial farmacológico. Uma última unidade apresenta conceitos primitivos do papel da amígdala na modulação da memória e das evidências da implicação das emoções, via amígdala, na modulação da memória em humanos. Os experimentos utilizando a esquiva inibitória como paradigma e o rato como sujeito ocupam os Capítulos 2, 3 e 4. No Capítulo 2 é apresentado um corpo de resultados que permite observar uma dissecção farmacológica da STM e LTM. Os dados demonstram um envolvimento de fenômenos dependentes de PKA em ambas STM e LTM, dependentes de MAPK apenas na STM, e dependentes de síntese protéica apenas na LTM. O Capítulo 3 apresenta um trabalho realizado em colaboração com o Prof. Steven P. R. Rose (Open University, UK), que envolve a determinação dos momentos sensíveis à inibição da síntese protéica na consolidação da LTM. Foram observados dois momentos: um inicial, junto ao treino, e um tardio apos 3h. Além disso, foi possível demonstrar que um treino prévio de baixa intensidade, mas não a pré-exposição ao aparato, pode impedir o estabelecimento de amnésia induzida pelo bloqueio da síntese protéica. O Capítulo 4 estende os achados com anisomicina observados no Capítulo 3, estudando também o inibidor da PKA, Rp-cAMPs, e o inibidor da MAPKK, PD 098059. Os dados obtidos confirmam também para essas cascatas a indução em um treino prévio de baixa intensidade de algum fenômeno celular de longa duração que torna o aprendizado de um segundo treino independente de PKA, MAPK ou síntese protéica. O estudo da dissociação da STM e LTM foi ampliado, agora no modelo humano, no experimento descrito no Capítulo 6. Nesse experimento, observamos uma clara influência do conteúdo emocional na LTM, mas a ausência desse efeito na STM. A discussão geral (Capítulo 7) busca integrar esses achados descritos nos capítulos anteriores dentro da nova perspectiva molecular da neurobiologia da memória. Além disso, abre discussão acerca de possíveis novas possibilidades de pesquisa.

Efeito in vitro dos ácidos glutárico e 3-hidroxiglutárico sobre alguns parâmetros do sistema glutamatérgico em córtex cerebral de ratos e em astrócitos cultivados de córtex de ratos

A acidemia glutárica tipo I (AG I) é um erro inato do metabolismo de herança autossômica recessiva que se caracteriza bioquimicamente pela deficiência da atividade da enzima glutaril-CoA desidrogenase da rota de degradação dos aminoácidos lisina, hidroxilisina e triptofânio. O bloqueio da rota na conversão de glutaril-CoA à crotonil-CoA e resultante da deficiência enzimática leva ao acúmulo tecidual e aumento da concentração nos líquidos biológicos predominantemente dos ácidos glutárico e 3-hidroxiglutárico e, em alguns casos, do ácido glutacônico. Os pacientes afetados apresentam sintomas neurológicos especialmente após crises encefalopáticas, comuns no primeiro ano de vida, em que ocorre necrose bilateral dos gânglios da base, degeneração do globo pálido e da substância branca. Tendo em vista que a patogênese do dano cerebral na AG I é pouco conhecida e que as lesões do SNC dos pacientes muito se assemelham às lesões devido à excitotoxicidade, no presente estudo investigamos a ação dos ácidos glutárico e 3-hidroxiglutárico sobre alguns parâmetros neuroquímicos envolvendo o sistema glutamatérgico em córtex cerebral e astrócitos cultivados de córtex cerebral de ratos. Alguns desses parâmetros já haviam sido testados previamente com o ácido glutárico. Observamos que o ácido 3-hidroxiglutárico, em concentrações de 10 µM a 1 mM, não alterou a captação de L-[3H]glutamato por preparações sinaptossomais. Verificamos também que os ácidos glutárico e 3- hidroxiglutárico, nas mesmas concentrações, não alteraram a liberação do L- [3H]glutamato por estas estruturas em condições basais ou estimuladas (despolarizadas) por potássio (20 mM e 40 mM). Já nos ensaios de união do L- [3H] glutamato a membranas plasmáticas, o ácido 3-hidroxiglutárico inibiu a união do neurotransmissor em meio de incubação sem sódio e cloreto (sítios receptores), quando em baixas concentrações (1 µM a 100 µM), enquanto não alterou esta união em altas concentrações (500 µM a 2 mM). Na presença de alto sódio (sítios transportadores), ambos os ácidos inibiram a união de L- [3H]glutamato em todas as concentrações testadas (10 µM a 1 mM). Outros experimentos demonstraram que o ácido 3-hidroxiglutárico não alterou a captação vesicular de L-[3H]glutamato. Avaliamos também a influência dos ácidos glutárico e 3-hidroxiglutárico sobre a captação de L-[3H]glutamato por astrócitos cultivados de córtex cerebral. Inicialmente verificamos a viabilidade destas células na presença dos ácidos pelo teste do MTT que reflete a atividade das desidrogenases mitocondriais e também pela liberação de lactato desidrogenase para o meio de incubação. Na concentração de 1 mM , os ácidos glutárico e 3- hidroxiglutárico não se mostraram citotóxicos para estas células. Por outro lado, quando incubados por 60 minutos, nas concentrações de 50 µM e 1mM, aumentaram significativamente a captação de L-[3H]glutamato pelos astrócitos.