Early protein malnutrition disrupts cerebellar development and impairs motor coordination

Maternal malnutrition affects every aspect of fetal development. The present study asked the question whether a low-protein diet of the mother could result in motor deficits in the offspring. Further, to examine whether cerebellar pathology was correlated with motor deficits, several parameters of the postnatal development of the cerebellum were assayed. This is especially important because the development of the cerebellum is unique in that the time scale of development is protracted compared with that of the cortex or hippocampus. The most important result of the study is that animals born to protein-deficient mothers showed significant delays in motor development as assessed by rotarod and gait analysis. These animals also showed reduced cell proliferation and reduced thickness in the external granular layer. There was a reduction in the number of calbindin-positive Purkinje cells (PC) and granular cells in the internal granular layer. However, glial fibrillary acidic protein-positive population including Bergmann glia remained unaffected. We therefore conclude that the development of the granular cell layer and the PC is specifically prone to the effects of protein malnutrition potentially due to their protracted developmental period from approximately embryonic day 11 to 13 until about the third postnatal week.

Nutrition, growth and body composition in infancy

This thesis is presented in two parts. Data for this research is from the Cork BASELINE (Babies after SCOPE, Evaluating Longitudinal Impact using Neurological and Nutritional Endpoints) Birth Cohort Study (n = 2137). In this prospective birth cohort study, pediatric follow-up with in-person appointments were repeated from the time of birth through to 2, 6 and 12 months, and at 2 years. Body composition was measured by air displacement plethysmography at birth and at 2 months using the PEA POD Infant Body Composition Tracking System. This thesis provides the first extensive report on the study’s 2 year assessment. In part one, the aims were to investigate potential early-life risk factors for childhood overweight and obesity, including rapid growth and body composition in infancy and umbilical cord concentrations of leptin and high molecular weight (HMW) adiponectin. This research is the first to describe rapid growth in early infancy in terms of changes in direct measures of body composition. These are also the first data to examine associations between umbilical cord leptin and HMW adiponectin concentrations and changes in fat and lean mass in early infancy. These data provide additional insight into characterising the growth trajectory in infancy and into the role of perinatal factors in determining infant growth and subsequent overweight/obesity risk. In part two of this thesis, the aims were to quantify vitamin D intake and status at 2 years and to investigate whether 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D] concentrations in early pregnancy and in umbilical cord blood are associated with infant growth and body composition. There was a low prevalence of vitamin D deficiency among Irish 2 year olds (n = 742) despite a high prevalence of inadequate intakes and high latitude (51°N). Maternal 25(OH)D concentrations at 15 weeks gestation and cord 25(OH)D concentrations at delivery were not associated with infant growth or adiposity.

How does developmental plasticity differ between diverse types of nutrition regimes?

Tese de mestrado em Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Development and current use of parenteral nutrition in critical care - an opinion paper.

Critically ill patients depend on artificial nutrition for the maintenance of their metabolic functions and lean body mass, as well as for limiting underfeeding-related complications. Current guidelines recommend enteral nutrition (EN), possibly within the first 48 hours, as the best way to provide the nutrients and prevent infections. EN may be difficult to realize or may be contraindicated in some patients, such as those presenting anatomic intestinal continuity problems or splanchnic ischemia. A series of contradictory trials regarding the best route and timing for feeding have left the medical community with great uncertainty regarding the place of parenteral nutrition (PN) in critically ill patients. Many of the deleterious effects attributed to PN result from inadequate indications, or from overfeeding. The latter is due firstly to the easier delivery of nutrients by PN compared with EN increasing the risk of overfeeding, and secondly to the use of approximate energy targets, generally based on predictive equations: these equations are static and inaccurate in about 70% of patients. Such high uncertainty about requirements compromises attempts at conducting nutrition trials without indirect calorimetry support because the results cannot be trusted; indeed, both underfeeding and overfeeding are equally deleterious. An individualized therapy is required. A pragmatic approach to feeding is proposed: at first to attempt EN whenever and as early as possible, then to use indirect calorimetry if available, and to monitor delivery and response to feeding, and finally to consider the option of combining EN with PN in case of insufficient EN from day 4 onwards.

Perioperative nutrition is still a surgical orphan

Objective: To assess if screening programs and treatment of preoperative malnutrition have been implemented into surgical practice to decrease morbidity. There is strong evidence that postoperative morbidity can be minimized by early identifying and treating patients at nutritional risk before major surgery.The validated nutritional risk score (NRS) is recommended by the European Society of Parenteral and Enteral Nutrition for nutritional screening. It remains unclear whether routine preoperative nutritional assessment and perioperative nutrition is widely implemented.Methods: A survey was conducted in 173 Swiss and Austrian surgical departments. Implementation of nutritional screening, perioperative nutrition, and estimated impact on clinical outcome were assessed. Non-responders were repeatedly contacted by the authors.Results: The overall response rate was 55%, whereby 69% (54/78) of Swiss and 44% (42/95) of Austrian centers responded. Despite 80% and 59% of the responding centers are aware of a reduced complication rate and shortened hospital stay, respectively, only 20% of them implemented routine nutritional screening. Financial (49%) and logistic restrictions (33%) are the predominant reasons against the routine clinical use. Screening is mainly performed either in the outpatient's clinic (52%) or during admission (54%). The NRS is only used by 14%. Instead, various clinical (78%), e.g. BMI and laboratory findings (56%), e.g. albumine, are used. Indication for perioperative nutrition is based on preoperative screening in 49%.While 23% use preoperative nutrition, 68% apply nutritional support pre- and postoperatively. Preoperative nutritional treatment ranged from three days (33%), to five days (31%) and even seven days (20%).Conclusion: Despite malnutrition is well recognized as major risk factor for increased postoperative morbidity, the majority of surgeons are reluctant to implement routine screening and nutritional support. If nutritional assessment is performed, local institutional screening parameters are still preferred. It remains difficult to overcome traditions, and to change surgeon's mind.

Parenteral nutrition in the intensive care unit: cautious use improves outcome.

Critical illness is characterised by nutritional and metabolic disorders, resulting in increased muscle catabolism, fat-free mass loss, and hyperglycaemia. The objective of the nutritional support is to limit fat-free mass loss, which has negative consequences on clinical outcome and recovery. Early enteral nutrition is recommended by current guidelines as the first choice feeding route in ICU patients. However, enteral nutrition alone is frequently associated with insufficient coverage of the energy requirements, and subsequently energy deficit is correlated to worsened clinical outcome. Controlled trials have demonstrated that, in case of failure or contraindications to full enteral nutrition, parenteral nutrition administration on top of insufficient enteral nutrition within the first four days after admission could improve the clinical outcome, and may attenuate fat-free mass loss. Parenteral nutrition is cautious if all-in-one solutions are used, glycaemia controlled, and overnutrition avoided. Conversely, the systematic use of parenteral nutrition in the ICU patients without clear indication is not recommended during the first 48 hours. Specific methods, such as thigh ultra-sound imaging, 3rd lumbar vertebra-targeted computerised tomography and bioimpedance electrical analysis, may be helpful in the future to monitor fat-free mass during the ICU stay. Clinical studies are warranted to demonstrate whether an optimal nutritional management during the ICU stay promotes muscle mass and function, the recovery after critical illness and reduces the overall costs.

Preoperative nutritional screening by the specialist instead of the nutritional risk score might prevent excess nutrition: a multivariate analysis of nutritional risk factors.

BACKGROUND: The aim of the current study was to assess whether widely used nutritional parameters are correlated with the nutritional risk score (NRS-2002) to identify postoperative morbidity and to evaluate the role of nutritionists in nutritional assessment. METHODS: A randomized trial on preoperative nutritional interventions (NCT00512213) provided the study cohort of 152 patients at nutritional risk (NRS-2002 ≥3) with a comprehensive phenotyping including diverse nutritional parameters (n=17), elaborated by nutritional specialists, and potential demographic and surgical (n=5) confounders. Risk factors for overall, severe (Dindo-Clavien 3-5) and infectious complications were identified by univariate analysis; parameters with P<0.20 were then entered in a multiple logistic regression model. RESULTS: Final analysis included 140 patients with complete datasets. Of these, 61 patients (43.6%) were overweight, and 72 patients (51.4%) experienced at least one complication of any degree of severity. Univariate analysis identified a correlation between few (≤3) active co-morbidities (OR=4.94; 95% CI: 1.47-16.56, p=0.01) and overall complications. Patients screened as being malnourished by nutritional specialists presented less overall complications compared to the not malnourished (OR=0.47; 95% CI: 0.22-0.97, p=0.043). Severe postoperative complications occurred more often in patients with low lean body mass (OR=1.06; 95% CI: 1-1.12, p=0.028). Few (≤3) active co-morbidities (OR=8.8; 95% CI: 1.12-68.99, p=0.008) were related with postoperative infections. Patients screened as being malnourished by nutritional specialists presented less infectious complications (OR=0.28; 95% CI: 0.1-0.78), p=0.014) as compared to the not malnourished. Multivariate analysis identified few co-morbidities (OR=6.33; 95% CI: 1.75-22.84, p=0.005), low weight loss (OR=1.08; 95% CI: 1.02-1.14, p=0.006) and low hemoglobin concentration (OR=2.84; 95% CI: 1.22-6.59, p=0.021) as independent risk factors for overall postoperative complications. Compliance with nutritional supplements (OR=0.37; 95% CI: 0.14-0.97, p=0.041) and supplementation of malnourished patients as assessed by nutritional specialists (OR=0.24; 95% CI: 0.08-0.69, p=0.009) were independently associated with decreased infectious complications. CONCLUSIONS: Nutritional support based upon NRS-2002 screening might result in overnutrition, with potentially deleterious clinical consequences. We emphasize the importance of detailed assessment of the nutritional status by a dedicated specialist before deciding on early nutritional intervention for patients with an initial NRS-2002 score of ≥3.

L’effet à long terme de la nutrition parentérale totale néonatale sur le métabolisme énergétique

En raison de la prématurité ou de conditions médicales, un grand nombre de nouveau-nés reçoivent de la nutrition parentérale totale (NPT) en période néonatale. Durant la période d’administration, l’impact métabolique et les effets néfastes de la NPT et celui de son administration avec des sacs exposés à la lumière sont en grande partie connus. Il est admis que des évènements se produisant in utero ou en période néonatale entraînent des modifications métaboliques chez l'adulte. Mais on ignore si la nutrition parentérale possède des effets à long terme. Le but de notre étude est donc d’évaluer l'effet d'une courte période néonatale de NPT sur le métabolisme énergétique de l’adulte. De J3 à J7, des cochons d'Inde sont nourris par NPT dont le sac et la tubulure sont exposés ou protégés de la lumière et sont comparés à des animaux nourris par voie entérale. Après J7, les trois groupes sont nourris de la même façon, par voie entérale exclusivement. Les animaux nourris par NPT montrent une prise pondérale inférieure, un catabolisme plus marqué et des concentrations de substrats énergétiques abaissées (glucose, cholestérol et triglycérides). À 3 mois, le foie des groupes NPT montre des concentrations de triglycérides et de cholestérol abaissées et des changements d'activité enzymatique. La photoprotection de la NPT néonatale diminue la prise pondérale et les concentrations de triglycérides et de cholestérol hépatiques. Notre étude est la première à explorer l’effet à long terme de la NPT néonatale. Elle ouvre la porte à des études humaines qui permettront, nous l’espérons, d’améliorer la prise en charge des nouveau-nés les plus fragiles et les plus immatures.

Maternal nutrition and the risk of preeclampsia

La prééclampsie est responsable du quart des mortalités maternelles et est la deuxième cause de décès maternels associés à la grossesse au Canada et dans le monde. L’identification d’une stratégie efficace pour la prévention de la prééclampsie est une priorité et un défi primordial dans les milieux de recherche en obstétrique. Le rôle des éléments nutritifs dans le développement de la prééclampsie a récemment reçu davantage d’attention. Plusieurs études cliniques et épidémiologiques ont été menées pour déterminer les facteurs de risque alimentaires potentiels et examiner les effets d’une supplémentation nutritive dans le développement de troubles hypertensifs de la grossesse. Pour déterminer les effets de suppléments antioxydants pris pendant la grossesse sur le risque d’hypertension gestationnelle (HG) et de prééclampsie, un essai multicentrique contrôlé à double insu a été mené au Canada et au Mexique (An International Trial of Antioxidants in the Prevention of Preeclampsia – INTAPP). Les femmes, stratifiées par risque, étaient assignées au traitement expérimental quotidien (1 gramme de vitamine C et 400 UI de vitamine E) ou au placebo. En raison des effets secondaires potentiels, le recrutement pour l’essai a été arrêté avant que l’échantillon complet ait été constitué. Au total, 2640 femmes éligibles ont accepté d’être recrutées, dont 2363 (89.5%) furent incluses dans les analyses finales. Nous n’avons retrouvé aucune évidence qu’une supplémentation prénatale de vitamines C et E réduisait le risque d’HG et de ses effets secondaires (RR 0,99; IC 95% 0,78-1,26), HG (RR 1,04; IC 95% 0,89-1,22) et prééclampsie (RR 1,04; IC 95% 0,75-1,44). Toutefois, une analyse secondaire a révélé que les vitamines C et E augmentaient le risque de « perte fœtale ou de décès périnatal » (une mesure non spécifiée au préalable) ainsi qu’une rupture prématurée des membranes avant terme. Nous avons mené une étude de cohorte prospective chez les femmes enceintes recrutées dans l’INTAPP afin d’évaluer les relations entre le régime alimentaire maternel en début et fin de grossesse et le risque de prééclampsie et d’HG. Un questionnaire de fréquence alimentaire validé était administré deux fois pendant la grossesse (12-18 semaines, 32-34 semaines). Les analyses furent faites séparément pour les 1537 Canadiennes et les 799 Mexicaines en raison de l’hétérogénéité des régimes alimentaires des deux pays. Parmi les canadiennes, après ajustement pour l’indice de masse corporelle (IMC) précédant la grossesse, le groupe de traitement, le niveau de risque (élevé versus faible) et les autres facteurs de base, nous avons constaté une association significative entre un faible apport alimentaire (quartile inférieur) de potassium (OR 1,79; IC 95% 1,03-3,11) et de zinc (OR 1,90; IC 95% 1,07-3,39) et un risque augmenté de prééclampsie. Toujours chez les Canadiennes, le quartile inférieur de consommation d’acides gras polyinsaturés était associé à un risque augmenté d’HG (OR 1,49; IC 95% 1,09-2,02). Aucun des nutriments analysés n’affectait les risques d’HG ou de prééclampsie chez les Mexicaines. Nous avons entrepris une étude cas-témoins à l’intérieur de la cohorte de l’INTAPP pour établir le lien entre la concentration sérique de vitamines antioxydantes et le risque de prééclampsie. Un total de 115 cas de prééclampsie et 229 témoins ont été inclus. Les concentrations de vitamine E ont été mesurées de façon longitudinale à 12-18 semaines (avant la prise de suppléments), à 24-26 semaines et à 32-34 semaines de grossesse en utilisant la chromatographie liquide de haute performance. Lorsqu’examinée en tant que variable continue et après ajustement multivarié, une concentration de base élevée de gamma-tocophérol était associée à un risque augmenté de prééclampsie (quartile supérieur vs quartile inférieur à 24-26 semaines : OR 2,99, IC 95% 1,13-7,89; à 32-34 semaines : OR 4,37, IC 95% 1,35-14,15). Nous n’avons pas trouvé de lien entre les concentrations de alpha-tocophérol et le risque de prééclampsie. En résumé, nous n’avons pas trouvé d’effets de la supplémentation en vitamines C et E sur le risque de prééclampsie dans l’INTAPP. Nous avons toutefois trouvé, dans la cohorte canadienne, qu’une faible prise de potassium et de zinc, tel qu’estimée par les questionnaires de fréquence alimentaire, était associée à un risque augmenté de prééclampsie. Aussi, une plus grande concentration sérique de gamma-tocophérol pendant la grossesse était associée à un risque augmenté de prééclampsie.

The effect of oxygen and parenteral nutrition on the redox potential and bronchopulmonary dysplasia in extremely preterm infants

Introduction: Le supplément d’oxygène et la nutrition parentérale (NP) sont les deux sources majeures de stress oxydant chez le nouveau-né. Lors de la détoxification des oxydants, le potentiel redox du glutathion s’oxyde. Notre hypothèse est que le supplément d’oxygène et la durée de la NP sont associés à un potentiel redox plus oxydé et à une augmentation de la sévérité de la dysplasie bronchopulmonaire (DBP). Patients et Méthodes: Une étude observationnelle prospective incluant des enfants de moins de 29 semaines d’âge gestationnel. Les concentrations sanguines de GSH et GSSG à jour 6-7 et à 36 semaines d’âge corrigé étaient mesurées par électrophorèse capillaire et le potentiel redox était calculé selon l’équation de Nernst. La sévérité de la DBP correspondait à la définition du NICHD. Résultats: Une FiO2≥ 25% au 7ième jour de vie ainsi que plus de 14 jours de NP sont significativement associés à un potentiel redox plus oxydé et à une DBP plus sévère. Ces relations sont indépendantes de l’âge de gestation et de la gravité de la maladie initiale. La corrélation entre le potentiel redox et la sévérité de la DBP n’est pas significative. La durée de la NP était responsable de 15% de la variation du potentiel redox ainsi que de 42% de la variation de la sévérité de la DPB. Conclusion: Ces résultats suggèrent que l’oxygène et la NP induisent un stress oxydant et que les stratégies visant une utilisation plus judicieuse de l’oxygène et de la NP devraient diminuer la sévérité de la DBP.

Contribution des légumineuses, des champignons endophytes et mycorhiziens dans la nutrition azotée des prairies indigènes semi-arides

Les prairies indigènes présentent une source importante d'alimentation pour le pâturage du bétail dans les prairies Canadiennes semi-arides. L'addition de légumineuses fixatrices d'azote et de phosphore dans les prairies indigènes peut améliorer la productivité et la valeur nutritive de fourrage. Ces pratiques peuvent induire des modifications de la structure et de la diversité des communautés fongiques du sol, ce qui peut en retour avoir un impact sur la production et le contenu nutritionnel du fourrage. L’objectif de cette étude était de développer un système de pâturage à bas niveau d’intrants, productif, autonome et durable. À court terme, nous voulions 1) déterminer l'effet des légumineuses (Medicago sativa, une légumineuse cultivée ou Dalea purpurea, une légumineuse indigène) et la fertilité en phosphore du sol sur la productivité et la valeur nutritive des graminées indigènes, comparées avec celles de la graminée introduite Bromus biebersteinii en mélange avec le M. sativa, 2) identifier l'effet de ces pratiques sur la diversité et la structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) et des champignons totaux, 3) identifier l'effet des légumineuses et des CMA sur les interactions compétitives entre les graminées de saison fraîche et les graminées de saison chaude. Les expériences menées au champ ont montré que M. sativa améliorait les teneurs en azote et en phosphore des graminées indigènes au début de l'été, ainsi que la teneur en azote de la graminée de saison chaude Bouteloua gracilis à la fin de l'été de l'année sèche 2009. Par contre, la fertilité en phosphore du sol n'ait pas affecté la productivité des plantes. D'autre part, l'inclusion des légumineuses augmentait la diversité des CMA dans le mélange de graminées indigènes. Cette modification présentait des corrélations positives avec la productivité et la quantité totale d'azote chez le M. sativa et avec la teneur en phosphore des graminées indigènes, au début de l'été. La structure des communautés de champignons totaux était influencée par l'interaction entre le mélange des espèces et la fertilité en phosphore du sol seulement en 2008 (année humide). Cet effet pourrait être lié en partie avec la productivité des plantes et l'humidité du sol. Les expériences menées en chambre de culture ont montré que les CMA peuvent favoriser la productivité des graminées de saison chaude au détriment des graminées de saison fraîche. En effet, Glomus cubense augmentait la productivité de la graminée de saison chaude B. gracilis, en présence de M. sativa. Cet effet pourrait être associé à l’effet négatif du G. cubense sur la fixation de l’azote par le M. sativa et à la diminution de l’efficacité d’utilisation de l'azote de certaines graminées de saison fraîche résultant en une augmentation de la disponibilité de l'azote pour B. gracilis. Par contre, le Glomus sp. augmentait la biomasse de Schizachyrium scoparium, autre graminée de saison chaude, en absence de légumineuse. Ce phénomène pourrait être attribuable à une amélioration de l’efficacité d’utilisation du P de cette graminée. En conclusion, mes travaux de recherche ont montré que la légumineuse cultivée M. sativa peut améliorer la valeur nutritive des graminées indigènes au début de l'été ainsi que celle de la graminée de saison chaude B. gracilis, dans des conditions de sécheresse sévère de la fin de l'été. De plus, l'addition de M. sativa dans le mélange de graminées indigènes peut contribuer à augmenter le nombre des espèces bénéfiques des CMA pour la production et la nutrition du fourrage au début de l'été.

British Nutrition Foundation annual lecture: chips with everything? Nutritional genomics and the application of diet in disease prevention

The development of high throughput techniques ('chip' technology) for measurement of gene expression and gene polymorphisms (genomics), and techniques for measuring global protein expression (proteomics) and metabolite profile (metabolomics) are revolutionising life science research, including research in human nutrition. In particular, the ability to undertake large-scale genotyping and to identify gene polymorphisms that determine risk of chronic disease (candidate genes) could enable definition of an individual's risk at an early age. However, the search for candidate genes has proven to be more complex, and their identification more elusive, than previously thought. This is largely due to the fact that much of the variability in risk results from interactions between the genome and environmental exposures. Whilst the former is now very well defined via the Human Genome Project, the latter (e.g. diet, toxins, physical activity) are poorly characterised, resulting in inability to account for their confounding effects in most large-scale candidate gene studies. The polygenic nature of most chronic diseases offers further complexity, requiring very large studies to disentangle relatively weak impacts of large numbers of potential 'risk' genes. The efficacy of diet as a preventative strategy could also be considerably increased by better information concerning gene polymorphisms that determine variability in responsiveness to specific diet and nutrient changes. Much of the limited available data are based on retrospective genotyping using stored samples from previously conducted intervention trials. Prospective studies are now needed to provide data that can be used as the basis for provision of individualised dietary advice and development of food products that optimise disease prevention. Application of the new technologies in nutrition research offers considerable potential for development of new knowledge and could greatly advance the role of diet as a preventative disease strategy in the 21st century. Given the potential economic and social benefits offered, funding for research in this area needs greater recognition, and a stronger strategic focus, than is presently the case. Application of genomics in human health offers considerable ethical and societal as well as scientific challenges. Economic determinants of health care provision are more likely to resolve such issues than scientific developments or altruistic concerns for human health.

Symposium on 'nutrition interventions in high-risk groups' - CVD risk in South Asians: the importance of defining adiposity and influence of dietary polyunsaturated fat

The prevalence of the metabolic syndrome (MetS), CVD and type 2 diabetes (T2D) is known to be higher in populations from the Indian subcontinent compared with the general UK population. While identification of this increased risk is crucial to allow for effective treatment, there is controversy over the applicability of diagnostic criteria, and particularly measures of adiposity in ethnic minorities. Diagnostic cut-offs for BMI and waist circumference have been largely derived from predominantly white Caucasian populations and, therefore, have been inappropriate and not transferable to Asian groups. Many Asian populations, particularly South Asians, have a higher total and central adiposity for a similar body weight compared with matched Caucasians and greater CVD risk associated with a lower BMI. Although the causes of CVD and T2D are multi-factorial, diet is thought to make a substantial contribution to the development of these diseases. Low dietary intakes and tissue levels of long-chain (LC) n-3 PUFA in South Asian populations have been linked to high-risk abnormalities in the MetS. Conversely, increasing the dietary intake of LC n-3 PUFA in South Asians has proved an effective strategy for correcting such abnormalities as dyslipidaemia in the MetS. Appropriate diagnostic criteria that include a modified definition of adiposity must be in place to facilitate the early detection and thus targeted treatment of increased risk in ethnic minorities.