Responders to Wide-Pulse, High-Frequency Neuromuscular Electrical Stimulation Show Reduced Metabolic Demand: A 31P-MRS Study in Humans.

Conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (NMES) (i.e., short pulse duration, low frequencies) induces a higher energetic response as compared to voluntary contractions (VOL). In contrast, wide-pulse, high-frequency (WPHF) NMES might elicit-at least in some subjects (i.e., responders)-a different motor unit recruitment compared to CONV that resembles the physiological muscle activation pattern of VOL. We therefore hypothesized that for these responder subjects, the metabolic demand of WPHF would be lower than CONV and comparable to VOL. 18 healthy subjects performed isometric plantar flexions at 10% of their maximal voluntary contraction force for CONV (25 Hz, 0.05 ms), WPHF (100 Hz, 1 ms) and VOL protocols. For each protocol, force time integral (FTI) was quantified and subjects were classified as responders and non-responders to WPHF based on k-means clustering analysis. Furthermore, a fatigue index based on FTI loss at the end of each protocol compared with the beginning of the protocol was calculated. Phosphocreatine depletion (ΔPCr) was assessed using 31P magnetic resonance spectroscopy. Responders developed four times higher FTI's during WPHF (99 ± 37 ×103 N.s) than non-responders (26 ± 12 ×103 N.s). For both responders and non-responders, CONV was metabolically more demanding than VOL when ΔPCr was expressed relative to the FTI. Only for the responder group, the ∆PCr/FTI ratio of WPHF (0.74 ± 0.19 M/N.s) was significantly lower compared to CONV (1.48 ± 0.46 M/N.s) but similar to VOL (0.65 ± 0.21 M/N.s). Moreover, the fatigue index was not different between WPHF (-16%) and CONV (-25%) for the responders. WPHF could therefore be considered as the less demanding NMES modality-at least in this subgroup of subjects-by possibly exhibiting a muscle activation pattern similar to VOL contractions.

A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear

Stability of airborne nanoparticle agglomerates is important for occupational exposure and risk assessment in determining particle size distribution of nanomaterials. In this study, we developed an integrated method to test the stability of aerosols created using different types of nanomaterials. An aerosolization method, that resembles an industrial fluidized bed process, was used to aerosolize dry nanopowders. We produced aerosols with stable particle number concentrations and size distributions, which was important for the characterization of the aerosols' properties. Next, in order to test their potential for deagglomeration, a critical orifice was used to apply a range of shear forces to them. The mean particle size of tested aerosols became smaller, whereas the total number of particles generated grew. The fraction of particles in the lower size range increased, and the fraction in the upper size range decreased. The reproducibility and repeatability of the results were good. Transmission electron microscopy imaging showed that most of the nanoparticles were still agglomerated after passing through the orifice. However, primary particle geometry was very different. These results are encouraging for the use of our system for routine tests of the deagglomeration potential of nanomaterials. Furthermore, the particle concentrations and small quantities of raw materials used suggested that our system might also be able to serve as an alternative method to test dustiness in existing processes.

Iron metabolism and incidence of metabolic syndrome.

BACKGROUND AND AIMS: Whether iron metabolism affects metabolic syndrome (METS) is debated. We assessed the association between several markers of iron metabolism and incidence of METS. METHODS AND RESULTS: Data from 3271 participants (1870 women, 51.3 ± 10.4 years), free of METS at baseline and followed for 5.5 years. The association of serum iron, ferritin and transferrin with incident METS was assessed separately by gender. Incidence of METS was 22.6% in men and 16.5% in women (p < 0.001). After multivariate adjustment, a positive association was found between transferrin and incident METS in men: odds ratio (OR) and 95% confidence interval for the fourth relative to the first quartile 1.55 (1.04-2.31), p for trend = 0.03, while no association was found for iron OR = 0.81 (0.53-1.24), p for trend = 0.33 and ferritin OR = 1.30 (0.88-1.92), p for trend = 0.018. In women, a negative association was found between iron and incident METS: OR for the fourth relative to the first quartile 0.51 (0.33-0.80), p for trend<0.03; the association between transferrin and incident METS was borderline significant: OR = 1.45 (0.97-2.17), p for trend = 0.07 and no association was found for ferritin: OR = 1.11 (0.76-1.63), p for trend = 0.58. CONCLUSION: Transferrin, not ferritin, is independently associated with an increased risk of incident METS; the protective effect of iron in women should be further explored.

Imaging the time-integrated cerebral metabolic activity with subcellular resolution through nanometer-scale detection of biosynthetic products deriving from (13)C-glucose.

Glucose is the primary source of energy for the brain but also an important source of building blocks for proteins, lipids, and nucleic acids. Little is known about the use of glucose for biosynthesis in tissues at the cellular level. We demonstrate that local cerebral metabolic activity can be mapped in mouse brain tissue by quantitatively imaging the biosynthetic products deriving from [U-(13)C]glucose metabolism using a combination of in situ electron microscopy and secondary ion mass-spectroscopy (NanoSIMS). Images of the (13)C-label incorporated into cerebral ultrastructure with ca. 100nm resolution allowed us to determine the timescale on which the metabolic products of glucose are incorporated into different cells, their sub-compartments and organelles. These were mapped in astrocytes and neurons in the different layers of the motor cortex. We see evidence for high metabolic activity in neurons via the nucleus (13)C enrichment. We observe that in all the major cell compartments, such as e.g. nucleus and Golgi apparatus, neurons incorporate substantially higher concentrations of (13)C-label than astrocytes.

CRTC2 polymorphism as a risk factor for the incidence of metabolic syndrome in patients with solid organ transplantation.

NlmCategory="UNASSIGNED">Metabolic syndrome after transplantation is a major concern following solid organ transplantation (SOT). The CREB-regulated transcription co-activator 2 (CRTC2) regulates glucose metabolism. The effect of CRTC2 polymorphisms on new-onset diabetes after transplantation (NODAT) was investigated in a discovery sample of SOT recipients (n1=197). Positive results were tested for replication in two samples from the Swiss Transplant Cohort Study (STCS, n2=1294 and n3=759). Obesity and other metabolic traits were also tested. Associations with metabolic traits in population-based samples (n4=46'186, n5=123'865, n6>100,000) were finally analyzed. In the discovery sample, CRTC2 rs8450-AA genotype was associated with NODAT, fasting blood glucose and body mass index (Pcorrected<0.05). CRTC2 rs8450-AA genotype was associated with NODAT in the second STCS replication sample (odd ratio (OR)=2.01, P=0.04). In the combined STCS replication samples, the effect of rs8450-AA genotype on NODAT was observed in patients having received SOT from a deceased donor and treated with tacrolimus (n=395, OR=2.08, P=0.02) and in non-kidney transplant recipients (OR=2.09, P=0.02). Moreover, rs8450-AA genotype was associated with overweight or obesity (n=1215, OR=1.56, P=0.02), new-onset hyperlipidemia (n=1007, OR=1.76, P=0.007), and lower high-density lipoprotein-cholesterol (n=1214, β=-0.08, P=0.001). In the population-based samples, a proxy of rs8450G>A was significantly associated with several metabolic abnormalities. CRTC2 rs8450G>A appears to have an important role in the high prevalence of metabolic traits observed in patients with SOT. A weak association with metabolic traits was also observed in the population-based samples.The Pharmacogenomics Journal advance online publication, 8 December 2015; doi:10.1038/tpj.2015.82.

HDLs, diabetes, and metabolic syndrome.

The prevalence of type 2 diabetes mellitus and of the metabolic syndrome is rising worldwide and reaching epidemic proportions. These pathologies are associated with significant morbidity and mortality, in particular with an excess of cardiovascular deaths. Type 2 diabetes mellitus and the cluster of pathologies including insulin resistance, central obesity, high blood pressure, and hypertriglyceridemia that constitute the metabolic syndrome are associated with low levels of HDL cholesterol and the presence of dysfunctional HDLs. We here review the epidemiological evidence and the potential underlying mechanisms of this association. We first discuss the well-established association of type 2 diabetes mellitus and insulin resistance with alterations of lipid metabolism and how these alterations may lead to low levels of HDL cholesterol and the occurrence of dysfunctional HDLs. We then present and discuss the evidence showing that HDL modulates insulin sensitivity, insulin-independent glucose uptake, insulin secretion, and beta cell survival. A dysfunction in these actions could play a direct role in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus.

A measure of stability as a criterion for the verification and analysis of simulation models

The aim of this study is to define a new statistic, PVL, based on the relative distance between the likelihood associated with the simulation replications and the likelihood of the conceptual model. Our results coming from several simulation experiments of a clinical trial show that the PVL statistic range can be a good measure of stability to establish when a computational model verifies the underlying conceptual model. PVL improves also the analysis of simulation replications because only one statistic is associated with all the simulation replications. As well it presents several verification scenarios, obtained by altering the simulation model, that show the usefulness of PVL. Further simulation experiments suggest that a 0 to 20 % range may define adequate limits for the verification problem, if considered from the viewpoint of an equivalence test.

Markers of iron metabolism and metabolic syndrome in Swiss adults

Plusieurs études populationnelles ont montré l'existence d'une association entre des taux sanguins élevés de transferrine et le syndrome métabolique (SM). Bien que cette association soit bien établie, restent encore à être décrites les associations entre le SM et les autres marqueurs sanguins du métabolisme du fer, tels que le fer, la transferrine (Tsf), la capacité totale de fixation de la transferrine (CTF) ou la saturation de la transferrine (SaTsf) sanguins. Le but de notre étude a été d'identifier les associations entre les différents marqueurs du métabolisme du fer (fer, ferritine, Tsf, CTF et SaTsf) et le SM. Les données de l'étude CoLaus, récoltées entre 2003 et 2006, ont été utilisées. Le SM était défini selon les critères du National Cholesterol Education Program Adult Panel III. L'analyse statistique a été faite en stratifiant selon le genre ainsi que le status ménopausal chez les femmes. Des 6733 participants, 1235 (18%) ont été exclus de fait d'absence de données concernant les variables qui nous intéressaient, ou chez qui nous avons soupçonné une possible hémochromatose non diagnostiquée (SaTsf> 50%). Des 5498 participants restant (âge moyen ± écart-type: 53 ± 11 ans), 2596 étaient des hommes, 1285 des femmes pré- et 1617 des femmes postménopausées. La prévalence du SM était de 29,4% chez les hommes, 8,3% et 25,5% chez les femmes pré- et postménopausées, respectivement. Dans les trois groupes, la prévalence du SM était la plus haute dans les quartiles les plus élevés de ferritine, Tsf et CTF, ainsi que dans le quartile le plus bas de SaTsf. Après ajustement sur l'âge, l'indice de masse corporelle, la protéine C réactive, la consommation de tabac et/ou d'alcool, la prise de suppléments en fer et les marqueurs hépatiques, l'appartenance au quartile le plus élevé de ferritine, Tsf ou CTF était associée à un risque plus important de SM chez les hommes et les femmes postménopausées : Odds ratio (OR) et [intervalle de confiance à 95%] pour la ferritine 1.44 [1.07-1.94] et 1.47 [0.99-2.17]; pour la Tsf et la CTF, OR=1.43 [1.06-1.91] et 2.13 [1.44-3.15] pour les hommes et les femmes postménopausées, respectivement. Au contraire, l'appartenance au quartile le plus élevé de la SaTsf était associé à un risque moins important de SM: OR=0.77 [0.57-1.05] et 0.59 [0.39-0.90] pour les hommes et les femmes postménopausées, respectivement. Il n'y avait aucune association entre les marqueurs sanguins du métabolisme du fer et le SM chez les femmes préménopausées, ni entre le fer sanguin et le SM chez les trois groupes. En conclusion, la majorité des marqueurs sanguins du métabolisme du fer, mais pas le fer lui-même, sont associés de manière indépendante au SM chez les hommes et les femmes postménopausées. -- Context: Excessive iron storage has been associated with metabolic syndrome (MS). Objective: To assess the association between markers of iron metabolism and MS in a healthy population. Design: Cross-sectional study conducted between 2003 and 2006. Setting: Population-based study in Lausanne, Switzerland. Patients: 5,498 participants aged 35-75 years, stratified by sex and menopausal status. Participants with transferrin saturation (TSAT) >50% were excluded. Intervention: None. Main Outcome Measures: serum iron, ferritin, transferrin, total iron binding capacity (TIBC) and TSAT. MS was defined according to ATP-III criteria. Results: Prevalence of MS was 29.4% in men, 8.3% in premenopausal and 25.5% in postmenopausal women. On bivariate analysis, the highest prevalence of MS occurred in the highest quartiles of serum ferritin, transferrin and TIBC, and in the lowest quartile of TSAT. After multivariate adjustment for age, body mass index, C-reactive protein, smoking, alcohol, liver markers and iron supplementation, men and postmenopausal women in the highest quartile of serum ferritin, transferrin and TIBC had a higher risk of presenting with MS: for ferritin, Odds ratio and [95% CI]=1.44 [1.07-1.94] for men and 1.47 [0.99-2.17] for postmenopausal women; for transferrin and TIBC, OR=1.43 [1.06-1.91] and 2.13 [1.44-3.15], Participants in the highest quartile of TSAT had a lower risk of MS: OR=0.77 [0.57-1.05] for men and 0.59 [0.39-0.90] for postmenopausal women. No association was found between iron and MS and between markers of iron metabolism and MS in premenopausal women. Conclusion: Ferritin, transferrin, TIBC are positively and TSAT is negatively associated with MS in men and postmenopausal women.

Metabolic syndrome and nonalcoholic fatty liver disease: Is insulin resistance the link?

Metabolic syndrome (MetS) is a disease composed of different risk factors such as obesity, type 2 diabetes or dyslipidemia. The prevalence of this syndrome is increasing worldwide in parallel with the rise in obesity. Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is now the most frequent chronic liver disease in western countries, affecting more than 30% of the general population. NAFLD encompasses a spectrum of liver manifestations ranging from simple steatosis to nonalcoholic steatohepatitis (NASH), fibrosis and cirrhosis, which may ultimately progress to hepatocellular carcinoma. There is accumulating evidence supporting an association between NAFLD and MetS. Indeed, NAFLD is recognized as the liver manifestation of MetS. Insulin resistance is increasingly recognized as a key factor linking MetS and NAFLD. Insulin resistance is associated with excessive fat accumulation in ectopic tissues, such as the liver, and increased circulating free fatty acids, which can further promote inflammation and endoplasmic reticulum stress. This in turn aggravates and maintains the insulin resistant state, constituting a vicious cycle. Importantly, evidence shows that most of the patients developing NAFLD present at least one of the MetS traits. This review will define MetS and NAFLD, provide an overview of the common pathophysiological mechanisms linking MetS and NAFLD, and give a perspective regarding treatment of these ever growing metabolic diseases.

Nrf2 Activation Promotes Keratinocyte Survival during Early Skin Carcinogenesis via Metabolic Alterations.

Pharmacologic activation of the transcription factor NRF2 has been suggested to offer a strategy for cancer prevention. In this study, we present evidence from murine tumorigenesis experiments suggesting there may be limitations to this possibility, based on tumorigenic effects of Nrf2 in murine keratinocytes that have not been described previously. In this setting, Nrf2 expression conferred metabolic alterations in keratinocytes that were protumorigenic in nature, affecting enzymes involved in glutathione biosynthesis or in the oxidative pentose phosphate pathway and other NADPH-producing enzymes. Under stress conditions, coordinate increases in NADPH, purine, and glutathione levels promoted the survival of keratinocytes harboring oncogenic mutations, thereby promoting tumor development. The protumorigenic activity of Nrf2 in keratinocytes was particularly significant in a mouse model of skin tumorigenesis that did not rely upon chemical carcinogenesis. In exploring the clinical relevance of our findings, we confirm that NRF2 and protumorigenic NRF2 target genes were activated in some actinic keratoses, the major precancerous lesion in human skin. Overall, our results reveal an unexpected tumor-promoting activity of activated NRF2 during early phases of skin tumorigenesis. Cancer Res; 75(22); 4817-29. ©2015 AACR.

Metabolic and nutritional support of critically ill patients: consensus and controversies.

The results of recent large-scale clinical trials have led us to review our understanding of the metabolic response to stress and the most appropriate means of managing nutrition in critically ill patients. This review presents an update in this field, identifying and discussing a number of areas for which consensus has been reached and others where controversy remains and presenting areas for future research. We discuss optimal calorie and protein intake, the incidence and management of re-feeding syndrome, the role of gastric residual volume monitoring, the place of supplemental parenteral nutrition when enteral feeding is deemed insufficient, the role of indirect calorimetry, and potential indications for several pharmaconutrients.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.