Management of hyperkalaemia

Hyperkalaemia, an elevated extracellular fluid potassium concentration, is a common electrolyte disorder and is present in 1-10% of hospitalised patients. Elevated serum potassium concentrations are usually asymptomatic but may be associated with electrocardiogram (ECG) changes. Hyperkalaemia occasionally leads to life-threatening cardiac arrhythmias. Prompt recognition of this disorder, patient risk management and administration of appropriate treatment can prevent serious cardiac complications of hyperkalaemia. Further assessment of the underlying basis for hyperkalaemia usually reveals a problem with renal potassium excretion (rather than transcellular shift of potassium or excess potassium intake). Reduced potassium excretion is typically associated with decreased potassium secretion in the aldosterone-sensitive distal nephron of the kidney. Common causes for hyperkalaemia include kidney failure, limited delivery of sodium and water to the distal nephron and drugs that inhibit the renin-angiotensin-aldosterone system. Treatment of life-threatening hyperkalaemia (particularly those patients with ECG changes) involves administration of intravenous calcium salts to stabilise the resting cardiac membrane potential. The potassium concentration can be lowered by administration of intravenous insulin combined with an infusion of glucose to stimulate intracellular uptake of potassium. Nebulised β-2 adrenoceptor agonists can augment the effects of intravenous insulin and glucose pending more definitive management of the recurrent hyperkalaemia risk. Additional management steps include stopping further potassium intake and careful review of prescribed drugs that may be adversely affecting potassium homeostasis. Changes to prescribing systems and an agreed institutional protocol for management of hyperkalaemia can improve patient safety for this frequently encountered electrolyte disorder.

Treatment of relapse after allogeneic bone marrow transplantation with reduced intensity conditioning (FLAG +/- Ida) and second allogeneic stem cell transplant

Acute leukaemias in relapse after allogeneic stem cell transplantation (SCT) respond poorly to donor leucocyte infusions (DLI) compared with chronic myeloid leukaemia (CML), at least in part because of faster disease kinetics. Fludarabine-containing 'non-myeloablative' chemotherapy followed by further allo SCT may offer more rapid and effective disease control. We report 14 patients with relapse after allo SCT for acute leukaemia [seven acute myeloid leukaemia (AML), five acute lymphoblastic leukaemia (ALL)] or refractory anaemia with excess blasts in transformation (RAEB-t, n = 2) treated with fludarabine, high-dose cytosine arabinoside (ara-C) and granulocyte colony-simulating factor (G-CSF) with (n = 10) or without (n = 2) idarubicin (FLAG +/- Ida) or DaunoXome (FLAG-X) (n = 2) and second allo SCT from the original donor. Donors were fully human leucocyte antigen (HLA) -matched in 13 cases with a single class A mismatch in one. Actuarial overall survival was 60% and disease-free survival was 26% at 58 months. Remissions after the second SCT were longer than those after the first bone marrow transplantation (BMT) in eight of the 13 assessable patients to date. Haematopoietic recovery was rapid. Transplants were well tolerated with no treatment-related deaths. The major complication was graft-versus-host disease (GvHD, acute >/= grade II-2 cases, chronic - eight cases, two limited, six extensive) although there have been no deaths attributable to this. FLAG +/- Ida and second allo SCT is a safe and useful approach and may be more effective than DLI in the treatment of acute leukaemias relapsing after conventional allo SCT.

Randomized comparison of unfractionated heparin with corticosteroids in severe active inflammatory bowel disease

BACKGROUND: Heparin therapy may be effective in steroid resistant inflammatory bowel disease.

AIM: A randomized pilot study, to compare unfractionated heparin as a first-line therapy with corticosteroids in colonic inflammatory bowel disease.

METHODS: Twenty patients with severe inflammatory bowel disease (ulcerative colitis, n=17; Crohn's colitis, n=3) were randomized to either intravenous heparin for 5 days, followed by subcutaneous heparin for 5 weeks (n=8), or high-dose intravenous hydrocortisone for 5 days followed by oral prednisolone 40 mg daily, reducing by 5 mg per day each week (n=12). After 5 days, non-responders in each treatment group were commenced on combination therapy. Response to therapy was monitored by: clinical disease activity (ulcerative colitis: Truelove and Witt Index; Crohn's colitis: Harvey and Bradshaw Index), stool frequency, serum C-reactive protein and alpha1 acid glycoprotein, endoscopic and histopathological grading.

RESULTS: The response rates were similar in both treatment groups: clinical activity index (heparin vs. steroid; 75% vs. 67%; P=0.23), stool frequency (75% vs. 67%; P=0.61), endoscopic (75% vs. 67%; P=0.4) and histopathological grading (63% vs. 50%; P=0.67). Both treatments were well-tolerated with no serious adverse events.

CONCLUSION: Heparin as a first line therapy is as effective as corticosteroids in the treatment of colonic inflammatory bowel disease. Large multicentre randomized comparative studies are required to determine the role of heparin in the management of inflammatory bowel disease.

Engineering new strategies to improve pharmacokinetics of therapeutic proteins

Tese de doutoramento, Farmácia (Biotecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Teor mineral e capacidade antioxidante em chás e infusões

Mestrado em Engenharia Química – Ramo Optimização Energética na Indústria Química

High-resolution magnetic resonance imaging quantitatively detects individual pancreatic islets.

OBJECTIVE-We studied whether manganese-enhanced high-field magnetic resonance (MR) imaging (MEHFMRI) could quantitatively detect individual islets in situ and in vivo and evaluate changes in a model of experimental diabetes.RESEARCH DESIGN AND METHODS-Whole pancreata from untreated (n = 3), MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6), and mice injected with either streptozotocin (STZ; n = 4) or citrate buffer (n = 4) were imaged ex vivo for unambiguous evaluation of islets. Exteriorized pancreata of MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6) were imaged in vivo to directly visualize the gland and minimize movements. In all cases, MR images were acquired in a 14.1 Testa scanner and correlated with the corresponding (immuno)histological sections.RESULTS-In ex vivo experiments, MEHFMRI distinguished different pancreatic tissues and evaluated the relative abundance of islets in the pancreata of normoglycemic mice. MEHFMRI also detected a significant decrease in the numerical and volume density of islets in STZ-injected mice. However, in the latter measurements the loss of beta-cells was undervalued under the conditions tested. The experiments on the externalized pancreata confirmed that MEHFMRI could visualize native individual islets in living, anesthetized mice.CONCLUSIONS-Data show that MEHFMRI quantitatively visualizes individual islets in the intact mouse pancreas, both ex vivo and in vivo. Diabetes 60:2853-2860, 2011

Metabolic and respiratory effects of infused sodium acetate in healthy human subjects.

The metabolic and respiratory effects of intravenous 0.5 M sodium acetate (at a rate of 2.5 mmol/min during 120 min) were studied in nine normal human subjects. O2 consumption (VO2) and CO2 production (VCO2) were measured continuously by open-circuit indirect calorimetry. VO2 increased from 251 +/- 9 to 281 +/- 9 ml/min (P < 0.001), energy expenditure increased from 4.95 +/- 0.17 kJ/min baseline to 5.58 +/- 0.16 kJ/min (P < 0.001), and VCO2 decreased nonsignificantly (211 +/- 7 ml/min vs. 202 +/- 7 ml/min, NS). The extrapulmonary CO2 loss (i.e., bicarbonate generation and excretion) was estimated at 48 +/- 5 ml/min. This observation is consistent with 1 mol of bicarbonate generated from 1 mol of acetate metabolized. Alveolar ventilation decreased from 3.5 +/- 0.2 l/min basal to 3.1 +/- 0.2 l/min (P < 0.001). The minute ventilation (VE) to VO2 ratio decreased from 22.9 +/- 1.3 to 17.6 +/- 0.9 l/l (P < 0.005), arterial PO2 decreased from 93.2 +/- 1.9 to 78.7 +/- 1.6 mmHg (P < 0.0001), arterial PCO2 increased from 39.2 +/- 0.7 to 42.1 +/- 1.1 mmHg (P < 0.0001), pH from 7.40 +/- 0.005 to 7.50 +/- 0.007 (P < 0.005), and arterial bicarbonate concentration from 24.2 +/- 0.7 to 32.9 +/- 1.1 (P < 0.0001). These observations indicate that sodium acetate infusion results in substantial extrapulmonary CO2 loss, which leads to a relative decrease of total and alveolar ventilation.

Effects of infused amino acids on glucose production and utilization in healthy human subjects.

Amino acids have been reported to increase endogenous glucose production in normal human subjects during hyperinsulinemia: however, controversy exists as to whether insulin-mediated glucose disposal is inhibited under these conditions. The effect of an amino acid infusion on glucose oxidation rate has so far not been determined. Substrate oxidation rates, endogenous glucose production, and [13C]glucose synthesis from [13C]bicarbonate were measured in six normal human subjects during sequential infusions of exogenous glucose and exogenous glucose with (n = 5) or without (n = 5) exogenous amino acids. Amino acids increased endogenous glucose production by 84% and [13C]glucose synthesis by 235%. Glucose oxidation estimated from indirect calorimetry decreased slightly after amino acids, but glucose oxidation estimated from [13C]glucose-13CO2 data was increased by 14%. It is concluded that gluconeogenesis is the major pathway of amino acid degradation. During amino acid administration, indirect calorimetry underestimates the true rate of glucose oxidation, whereas glucose oxidation calculated from the 13C enrichment of expired CO2 during [U-13C]glucose infusion does not. A slight stimulation of glucose oxidation during amino acid infusion, concomitant with an increased plasma insulin concentration, indicates that amino acids do not inhibit glucose oxidation.

Blunting the response to endotoxin in healthy subjects: effects of various doses of intravenous fish oil.

To test the dose response effect of infused fish oil (FO) rich in n-3 PUFAs on the inflammatory response to endotoxin (LPS) and on membrane incorporation of fatty acids in healthy subjects. Prospective, sequential investigation comparing three different FO doses. Three groups of male subjects aged 26.8 +/- 3.2 years (BMI 22.5 +/- 2.1). One of three FO doses (Omegaven10%) as a slow infusion before LPS: 0.5 g/kg 1 day before LPS, 0.2 g/kg 1 day before, or 0.2 g/kg 2 h before. Temperature, hemodynamic variables, indirect calorimetry and blood samples (TNF-alpha, stress hormones) were collected. After LPS temperature, ACTH and TNF-alpha concentrations increased in the three groups: the responses were significantly blunted (p < 0.0001) compared with the control group of the Pluess et al. trial. Cortisol was unchanged. Lowest plasma ACTH, TNF-alpha and temperature AUC values were observed after a single 0.2 g/kg dose of FO. EPA incorporation into platelet membranes was dose-dependent. Having previously shown that the response to LPS was reproducible, this study shows that three FO doses blunted it to various degrees. The 0.2 g/kg perfusion immediately before LPS was the most efficient in blunting the responses, suggesting LPS capture in addition to the systemic and membrane effects.

GLUT4, AMP kinase, but not the insulin receptor, are required for hepatoportal glucose sensor-stimulated muscle glucose utilization.

Recent evidence suggests the existence of a hepatoportal vein glucose sensor, whose activation leads to enhanced glucose use in skeletal muscle, heart, and brown adipose tissue. The mechanism leading to this increase in whole body glucose clearance is not known, but previous data suggest that it is insulin independent. Here, we sought to further determine the portal sensor signaling pathway by selectively evaluating its dependence on muscle GLUT4, insulin receptor, and the evolutionarily conserved sensor of metabolic stress, AMP-activated protein kinase (AMPK). We demonstrate that the increase in muscle glucose use was suppressed in mice lacking the expression of GLUT4 in the organ muscle. In contrast, glucose use was stimulated normally in mice with muscle-specific inactivation of the insulin receptor gene, confirming independence from insulin-signaling pathways. Most importantly, the muscle glucose use in response to activation of the hepatoportal vein glucose sensor was completely dependent on the activity of AMPK, because enhanced hexose disposal was prevented by expression of a dominant negative AMPK in muscle. These data demonstrate that the portal sensor induces glucose use and development of hypoglycemia independently of insulin action, but by a mechanism that requires activation of the AMPK and the presence of GLUT4.

Une lésion neurotoxique de l’habenula latérale amplifie la locomotion induite par un psychostimulant sans altérer la récompense

L’habenula, un noyau épithalamique, est située au centre de la voie dorsale diencéphalique. Cette voie relie les structures limbiques et les ganglions de la base aux cellules monoaminergiques du mésencéphale. En particulier, l’habenula latérale (HbL) projette directement aux cellules dopaminergiques et GABAergiques de l’aire tegmentale ventrale (ATV). L’ATV est le site d’origine de la voie mésolimbique dopaminergique, une voie impliquée de façon cruciale dans la manifestation des comportements dirigés. L’importance de cette projection habenulaire pour le comportement demeure encore méconnue. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’approfondir notre compréhension du rôle de régulation de l’HbL sur les comportements dépendants de la neurotransmission dopaminergique. MATÉRIEL ET MÉTHODES: Des rats adultes mâles Sprague-Dawley ont été anesthésiés avec de l’isofluorane et installés sur un appareil stéréotaxique. L’acide iboténique, une neurotoxine agoniste des récepteurs glutamatergiques, était infusée bilatéralement dans l’HbL (0,25 μg/0,25 μl/côté). Les rats du groupe contrôle recevaient des infusions NaCl 0,9%. Les rats de l’expérience d’autostimulation intracérébrale (ASIC) étaient aussi implantés d’une électrode monopolaire dans le mésencéphale postérieur. Un groupe de rats était testé pour leur réponse de locomotion à l’amphétamine (0; 0,5 ou 1 mg/kg, intrapéritonéal), dix jours suivant la lésion de l’HbL. La locomotion était mesurée dans des chambres d’activité, chacune équipée de deux faisceaux parallèles infrarouges. Le jour du test, les rats étaient pesés et placés dans la chambre d’activité puis leur activité locomotrice de base était mesurée pendant une heure. Les rats recevaient ensuite une dose d’amphétamine ou le véhicule (NaCl 0,9%) par voie intrapéritonéale et l’activité locomotrice était mesurée pendant deux heures supplémentaires. Un groupe de rats distinct a été utilisé dans l’expérience d’ASIC. Commençant sept jours suivant la lésion, les rats étaient entraînés à appuyer sur un levier afin de s’autoadministrer des stimulations électriques, au cours de sessions quotidiennes. Nous avons ensuite mesuré chacun des taux de réponses d’une série de stimulations aux fréquences décroissantes. À partir d’une courbe réponses-fréquences, le seuil de récompense était inféré par la fréquence de la stimulation nécessaire pour produire une réponse semi-maximale. Les seuils de récompense étaient stabilisés à un niveau similaire pour l’ensemble des rats. Enfin, l’effet sur la récompense de l’amphétamine était testé aux mêmes doses employées pour l’expérience de locomotion. RÉSULTATS: Une lésion neurotoxique de l’HbL n’a pas altéré les niveaux de base de l’activité locomotrice dans chaque groupe. Cependant, une telle lésion a potentialisé l’effet de locomotion de l’amphétamine (1 mg/kg) pendant la première heure suivant son administration, et une tendance similaire était observable pendant la seconde heure. À l’inverse, nous n’avons observé aucune interaction entre une lésion à l’HbL et l’effet amplificateur sur la récompense de l’amphétamine. CONCLUSION: Nos résultats révèlent une importante contribution fonctionnelle de l’HbL à la locomotion induite par l’activation de la voie mésolimbique dopaminergique avec une dose de 1 mg/kg d’amphétamine. À l’opposé, aucun effet sur la récompense n’a été observé. Ces résultats suggèrent que l’activation psychomotrice et l’amplifiation de la récompense produite par l’amphétamine dépendent de substrats dissociables, chacun étant différentiellement sensible à la modulation provenant de l’HbL.

L’amphétamine intra-habenulaire n’altère pas l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal

La contribution de la neurotransmission dopaminergique dans le noyau accumbens à l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du cerveau a été l’objet de plusieurs années de recherche. Cependant, d’autres sites recevant des terminaisons dopaminergiques pourraient contribuer à moduler la récompense dans d’autres régions cérébrales. Parmi elles, on retrouve l’habenula qui reçoit des projections dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale. La contribution de cette voie au phénomène de récompense en général et à l’effet de recompense induit par l’autostimulation intracrânienne est peu connue. Le but de cette recherche était d’étudier la contribution de la dopamine mésohabenulaire à l’effet de recompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal. Des rats ont été implantés d’une bicanule dans l’Hb et d’une électrode dans le raphé dorsal. Le paradigme du déplacement de la courbe a été utilisé pour évaluer les changements dans l’effet de récompense à la suite de l’injection intra-habenulaire d’amphétamine (10-40 μg). À titre de contrôles positifs, des rats ont reçu l’amphétamine dans le core et dans le shell (1-20 μg) du noyau accumbens. Les injections d’amphétamine dans l’habenula n’ont pas changé l’effet de récompense induit par la stimulation électrique. Dans le noyau accumbens, les injections dans le shell et le core provoquent des augmentations dans l’effet de récompense comme il a déjà été démontré. Nos résultats suggèrent que la neurotransmission dopaminergique dans l’habenula latérale ne contribue pas significativement au circuit soutenant l’effet renforçant de la stimulation électrique du cerveau.

Augmenter la vitesse d’injection de la cocaïne favorise l’apparition de comportements de consommation caractéristiques de la toxicomanie

Nombreux individus vont expérimenter avec les drogues d’abus, mais peu vont devenir toxicomanes. Plusieurs facteurs sont impliqués dans la transition d’un usage récréatif à l’addiction. Les drogues, les conditionnements et les voies d’administration qui mènent à l’augmentation rapide du taux drogue dans le cerveau favorisent cette évolution. La raison est méconnue. Nous avons émis l’hypothèse que l’injection rapide de drogue promeut des changements dans le cerveau qui mènent à l’augmentation de la consommation et de la motivation à obtenir la drogue. Nous avons comparé la consommation lors de conditions à ratio fixe (FR) et à ratio progressif (PR) chez des rats s’auto-administrant la cocaïne administrée par voie intraveineuse (i.v.) en 5 ou 90 secondes (s). Tous les rats ont été entrainés à peser sur un levier afin de s’auto administrer des injections de cocaïne de 0.25 ou 0.5 mg/kg par voie intraveineuse injectée en 5 s sous FR avant d’être divisés en groupes s’auto administrant la cocaïne injectée en 5 ou 90 s pendant 1 heure (h)/session. Pour étudier les différences potentielles en consommation, l’accès à la cocaïne à été augmenté à 6 h/session. Les différences en motivation ont été détectées par l’auto administration de la cocaïne sous PR en fonction de la dose et de la vitesse d’infusion. L’accès à la drogue pendant 1 h/session n’a pas influencé la consommation. Lorsque l’accès a été prolongé à 6 h, tous les animaux ont augmenté leur consommation, mais l’augmentation était plus prononcée chez les rats s’injectant la cocaïne en 5 s. De plus, la vitesse d’injection a influencé la motivation pour obtenir la drogue. Lors de conditions à PR, la courbe dose-réponse pour le nombre d’infusions prises a été déplacée vers le haut pour les rats s’auto administrant des injections de cocaïne en 5 s versus 90 s. De plus, des différences qualitatives on été observées en PR. La consommation de cocaïne des rats s’injectant des infusions en 5 s était dépendante de la dose, tandis que les rats s’auto administrant la drogue en 90 s ont pris la même quantité de drogue, peu importe la dose. Finalement, les rats s’auto administrant des infusions de cocaïne 0.5 mg/kg en 5 s ont consommé plus de cocaïne que les rats prenant des infusions en 90 s, peu importe si elle était injectée en 5 ou 90 s le jour du test. Ainsi, nos résultats montrent que l’injection rapide de drogue dans le cerveau mène à l’augmentation de la consommation et de la motivation pour obtenir la cocaïne, deux symptômes qui caractérisent la toxicomanie.

L-ornithine-L-aspartate in experimental portal-systemic encephalopathy: therapeutic efficacy and mechanism of action.

Strategies aimed at the lowering of blood ammonia remain the treatment of choice in portal-systemic encephalopathy (PSE). L-ornithine-L-aspartate (OA) has recently been shown to be effective in the prevention of ammonia-precipitated coma in humans with PSE. These findings prompted the study of mechanisms of the protective effect of OA in portacaval-shunted rats in which reversible coma was precipitated by ammonium acetate administration (3.85 mmol/kg i.p.). OA infusions (300 mg/kg/h, i.v) offered complete protection in 12/12 animals compared to 0/12 saline-infused controls. This protective effect was accompanied by significant reductions of blood ammonia, concomitant increases of urea production and significant increases in blood and cerebrospinal fluid (CSF) glutamate and glutamine. Increased CSF concentrations of leucine and alanine also accompanied the protective effect of OA. These findings demonstrate the therapeutic efficacy of OA in the prevention of ammonia-precipitated coma in portacaval-shunted rats and suggest that this protective effect is both peripherally-mediated (increased urea and glutamine synthesis) and centrally-mediated (increased glutamine synthesis).