Efeitos dos principais ácidos graxos acumulados na deficiência da desidrogenase de acilas-CoA de cadeia muito longa sobre importantes funções mitocondriais em coração, fígado e músculo esquelético

As doenças de oxidação mitocondrial de ácidos graxos são patologias genéticas reconhecidas como importantes causas de morbidade e mortalidade na população infanto-juvenil. Uma das mais comuns é a deficiência da desidrogenase de acilas- CoA de cadeia muito longa (VLCAD). Essa doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo de ácidos graxos de cadeia longa e de seus conjugados de carnitina nos tecidos e líquidos biológicos dos pacientes afetados e, clinicamente, por disfunção cardíaca, hepática e muscular. Os ácidos cis-5-tetradecenoico (Cis-5) e mirístico (Myr) são os que mais se acumulam nessa doença, sendo que o primeiro é o marcador bioquímico. As disfunções cardíaca e hepática, que podem levar os pacientes à morte, bem como os recorrentes episódios de rabdomiólise ainda não possuem sua fisiopatologia esclarecida. A presente investigação objetivou estudar os efeitos desses metabólitos acumulados sobre parâmetros importantes da função mitocondrial (parâmetros respiratórios, potencial de membrana (ΔΨm), conteúdo de NAD(P)H, inchamento mitocondrial, capacidade de retenção de Ca2+, liberação de citocromo c, produção de ATP, atividades dos complexos da cadeia respiratória e enzimas do ciclo do ácido cítrico) em mitocôndrias isoladas de coração, fígado e músculo esquelético de ratos jovens, bem como em fibras permeabilizadas de coração e de músculo esquelético e células hepáticas e cardíacas cultivadas. Verificamos que o Cis-5 e o Myr, em concentrações patológicas, reduziram significativamente os estados 3 e desacoplado da respiração celular, a produção de ATP, o ΔΨm e a capacidade de retenção de Ca2+ nos três tecidos testados, bem como o conteúdo de NAD(P)H na matriz mitocondrial no coração, e a atividade do complexo I no coração, do complexo I-III no fígado e músculo esquelético e da enzima α-cetoglutarato desidrogenase no fígado. Estes ácidos graxos também aumentaram o estado 4 da respiração celular (efeito desacoplador) em todos os tecidos testados, com o envolvimento do translocador de nucleotídeos de adenina em coração e fígado, pois o carboxiatractilosídeo atenuou significantemente o aumento do estado 4 provocado pelos Cis-5 e Myr. Além disso, o Cis-5 e o Myr induziram inchamento mitocondrial e a liberação de citocromo c no fígado. Observamos ainda que os inibidores clássicos da formação do poro de transição de permeabilidade mitocondrial (MPT) ciclosporina A mais ADP, bem como o inibidor da captação de Ca2+ rutênio vermelho preveniram completamente a diminuição do ΔΨm mitocondrial em todos os tecidos testados, bem como a indução do inchamento mitocondrial em fígado, provocados pelo Myr e Cis-5 na presença de Ca2+, sugerindo, respectivamente, que a indução da abertura do poro de MTP e a contribuição do Ca2+ estão envolvidas nesses efeitos. Os efeitos observados na respiração celular obtidos em mitocôndrias isoladas se confirmaram em preparações in situ de células cultivadas (cardiomiócitos e hepatócitos) e em fibras musculares cardíacas e esqueléticas, reforçando os efeitos deletérios desses ácidos graxos. Não foram observadas alterações na homeostase redox avaliados através do conteúdo de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico e glutationa reduzida em coração. Os achados no presente trabalho indicam que, em concentrações patológicas, os ácidos graxos de cadeia longa que mais se acumulam na deficiência da VLCAD prejudicam a bioenergética mitocondrial e a homeostase do Ca2+, atuando como desacopladores e inibidores metabólicos da fosforilação oxidativa, além de serem indutores da abertura do poro de MPT em coração, fígado e músculo esquelético. Assim, presumimos que o comprometimento na bioenergética e na homeostase do Ca2+ possam contribuir para as manifestações cardíacas, hepáticas e musculares observadas na deficiência da VLCAD.The genetic fatty acid oxidation disorders are genetic pathologies recognized as important causes of morbidity and mortality in child-juvenile population. One of the most common is very-long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) deficiency. This disease is biochemically characterized by accumulation of fatty acids and their correspondent carnitine derivatives in tissues and biological fluids from affected patients, and clinically by cardiac, hepatic and muscular dysfunction. Cis-5- tetradecenoic (Cis-5) and myristic (Myr) acids are those that most accumulate in this disorder, wherein the first one is the biochemical hallmark. The cardiac and hepatic dysfunction, which may lead the patients to death, as well as the recurrent rhabdomyolysis episodes have the pathogenesis still poorly unknown. The present investigation was aimed to study the effects of these accumulated metabolites on important mitochondrial function parameters (respiratory parameters, membrane potential (ΔΨm), NAD(P)H content, mitochondrial swelling, Ca2+ retention capacity, cytochrome c release, ATP production, respiratory chain complexes and citric acid cycle enzymes activities) in isolated mitochondria of heart, liver and skeletal muscle from young rats, as well as in permeabilized heart and skeletal muscle fibers and hepatic and cardiac cultivated cells. We verified that Cis-5 and Myr, at pathological concentrations, strongly reduced states 3 and uncoupled of respiration, ATP production, ΔΨm and Ca2+ retention capacity in all tested tissues, as well as matrix mitochondrial NAD(P)H content in heart, complex I activity in heart, complex I-III in liver and skeletal muscle and α-ketoglutarate dehydrogenase activity in liver. Also, these fatty acids increased state 4 respiration (uncoupling effect) in all tested tissues, with the involvement of the adenine nucleotide translocator in heart and liver since carboxyatractyloside significantly attenuated the increased state 4 respiration provoked by Cis-5 and Myr. In addition, Cis-5 and Myr caused mitochondrial swelling and cytochrome c release in liver. We also observed that the classical inhibitors of mitochondrial permeability transition (MPT) pore cyclosporin A plus ADP, as well as the Ca2+ uptake blocker ruthenium red, fully prevented the decrease of ΔΨm in all tested tissues as well as mitochondrial swelling induction in liver provoked by Myr and Cis-5 in Ca2+-loaded mitochondria, suggesting, respectively, induction of MPT pore opening and the contribution of Ca2+ in these effects. The effects observed in cellular respiration obtained in isolated mitochondria were confirmed in in situ cell preparations (cardiomyocytes and hepatocytes), as well as in cardiac and skeletal muscle fibers, reinforcing the deleterious effects of the fatty acids. In contrast, there were no alterations of redox homeostasis evaluated by the content of thiobarbituric acid reative species and reduced glutathione in heart. The present findings indicate that the major long-chain fatty acids that accumulate in VLCAD deficiency disrupt mitochondrial bioenergetics and Ca2+ homeostasis, acting as uncouplers and metabolic inhibitors of oxidative phosphorylation, as well as inducers of MPT pore opening in the heart, liver and skeletal muscle at pathological relevant concentrations. It is therefore presumed that disturbance of bioenergetics and Ca2+ homeostasis may contribute to the cardiac, hepatic and muscular manifestations observed in VLCAD deficiency

Efeitos de ácidos graxos hidroxilados de cadeia longa acumulados nas deficiências da 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase de cadeia longa e da proteína trifuncional mitocondrial sobre a homeostase energética mitocondrial nos músculos cardíaco e esquelético de ratos jovens

As deficiências da 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase de cadeia longa (LCHAD) e da proteína trifuncional mitocondrial (MTP) são defeitos hereditários na oxidação de ácidos graxos. Os pacientes apresentam acúmulo de ácidos graxos hidroxilados de cadeia longa (LCHFA), especialmente os ácidos 3- hidroxitetradecanoico (3HTA) e 3-hidroxipalmítico (3HPA), no sangue e outros tecidos. A sintomatologia é bastante variada, incluindo cardiomiopatia severa e sintomas musculares como fraqueza, dor e episódios recorrentes de rabdomiólise, assim como hepatopatia, retinopatia, hipotonia, neuropatia periférica, atraso no desenvolvimento e na fala, podendo levar a morte ainda na infância. Considerando que os mecanismos patogênicos do dano aos tecidos musculares cardíaco e esquelético apresentados por esses pacientes ainda não estão esclarecidos, o presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos in vitro do 3HTA e 3HPA sobre importantes parâmetros da bioenergética mitocondrial, tais como os parâmetros respiratórios estado 3, estado 4, razão de controle respiratório (RCR) e estado desacoplado, bem como o potencial de membrana (ΔΨm), o inchamento, a liberação de citocromo c, a capacidade de retenção de Ca2+ e o conteúdo do NAD(P)H em mitocôndrias isoladas de músculo cardíaco e esquelético de ratos jovens. Inicialmente, observamos que o 3HTA e 3HPA em baixas concentrações (10-30 UM) aumentaram o estado 4 e diminuíram o RCR em mitocôndrias de músculo esquelético, indicando um efeito desacoplador. Quando em concentrações mais elevadas (50-100 UM), esses ácidos graxos diminuíram o estado 4, o estado 3 e o estado desacoplado da respiração mitocondrial, característicos de inibidores metabólicos. Ainda observamos que o 3HPA foi capaz de produzir efeitos semelhantes sobre a respiração mitocondrial em fibras musculares permeabilizadas, validando os resultados obtidos em mitocôndrias isoladas. Além disso, demonstramos que o 3HPA e o 3HTA (30 UM) diminuíram marcadamente o ΔΨm, o conteúdo de NAD(P)H, a capacidade de retenção de Ca2+ e a produção de ATP, além de induzirem inchamento, em mitocôndrias obtidas de ambos os tecidos e suplementadas com Ca2+. Esses efeitos foram prevenidos por ciclosporina A e ADP, assim como pelo rutênio vermelho, indicando o envolvimento do PTP e do Ca2+, respectivamente. O fato de termos verificado que o 3HPA aumentou marcadamente a fluidez das membranas mitocondriais em músculo esquelético indica que esse mecanismo pode estar envolvido no prejuízo da homeostase mitocondrial causado por esses compostos. Finalmente, verificamos que o análogo dicarboxílico do 3HTA, o ácido 3-hidroxitetradecanodioico, que também se acumula nos pacientes, não alterou os parâmetros avaliados, indicando uma ação seletiva para os ácidos monocarboxílicos. Analisando nossos resultados em conjunto, demonstramos que os principais LCHFA acumulados nas deficiências da LCHAD e MTP prejudicam a homeostase mitocondrial em músculo cardíaco e esquelético. Presumimos que esse mecanismo possa explicar, pelo menos em parte, a cardiomiopatia severa, os sintomas e alterações musculares que acometem os pacientes afetados.Long-chain 3-hydroxy-acyl-CoA dehydrogenase (LCHAD) and mitochondrial trifunctional protein (MTP) deficiencies are inborn errors of fatty acid oxidation. Affected patients present accumulation of long-chain hydroxylated fatty acids (LCHFA), particularly 3-hydroxytetradecanoic (3HTA) and 3-hydroxypalmitic (3HPA) acids, in blood and other tissues. The symptomatology is varied, including severe cardiomyopathy and muscular symptoms such as weakness, muscle pain and recurrent episodes of rhabdomyolysis, as well as hepatopathy, retinopathy, hypotonia, peripheral neuropathy, speech and development delay, leading to premature death. Considering that the pathogenesis of cardiac and skeletal muscle damage presented by the patients are still not established, the aim of the present work was to investigate the in vitro effects of 3HTA and 3HPA on important parameters of mitochondrial bioenergetics, namely the respiratory parameters state 3, state 4, respiratory control ratio (RCR) and uncoupled respiration, as well as mitochondrial membrane potential (ΔΨm), swelling, Ca2+ retention capacity and NAD(P)H redox state in cardiac and skeletal muscle mitochondria isolated from young rats. Initially, we observed that 3HTA and 3HPA at lower concentrations (10-30 UM) increased state 4 and decreased RCR in skeletal muscle mitochondria, indicating an uncoupling effect. At higher concentrations (50-100 UM), these fatty acids decreased state 4, state 3 and uncoupled respiration, suggesting metabolic inhibition. Furthermore, we observed that 3HPA was capable to provoke similar effects on mitochondrial respiration in permeabilized skeletal muscle fibers, validating the results obtained in isolated mitochondria. We also demonstrated that 3HPA and 3HTA (30 UM) strongly decreased the ΔΨm, NAD(P)H content, Ca2+ retention capacity and ATP production, besides inducing swelling, in mitochondria obtained from both tissues and supplemented with Ca2+. These effects were prevented by cyclosporin A and ADP, as well as by ruthenium red, indicating the involvement of mitochondrial permeability transition and Ca2+, respectively. The fact that 3HPA strongly increased the mitochondrial membrane fluidity in skeletal muscle indicates that this mechanism may be involved in the mitochondrial bioenergetics impairment caused by these compounds. Finally we verified that the 3HTA dicarboxylic analogue, 3-hydroxytetradecanodioic acid, which also accumulates in the affected patients, did not alter the tested parameters, indicating a selective action of the monocarboxylic acids. Taken together, we demonstrated that the major LCHFA accumulated in LCHAD and MTP deficiencies impair mitochondrial homeostasis in cardiac and skeletal muscle. We presume that these mechanisms may explain, at least in part, the severe cardiomyopathy, symptomatology and muscle alterations characteristics of the patients affected by these disorders

O planejamento da reabilitação na fase aguda após o acidente vascular encefálico

A reabilitação de pacientes portadores de lesões encefálicas é um processo que visa a recuperação precoce dos déficits e a preparação para uma reintegração na vida em comunidade, com o melhor resultado funcional possível, independência e qualidade de vida. Este estudo tem por objetivo levar ao conhecimento do corpo assistencial brasileiro os pontoschave referentes aos programas de reabilitação especializados na fase aguda do Acidente Vascular Encefálico desde o evento inicial até a transição para a comunidade. Para isso, baseandose em sua expertise, os autores realizaram uma discussão de 58 artigos selecionados nas bases de dados MEDLINE e COCHRANE LIBRARY, usando como descritores “Stroke” and Rehabilitation”, referentes a pacientes maiores de 18 anos, de ambos os sexos, no período de 1990 a 2008, nas línguas inglesa, portuguesa, francesa e espanhola. Mais estudos serão necessários no futuro para a discussão de questões como: medidas de qualidade de vida, prognóstico das deficiências, estratificação dos pacientes quanto à resposta à reabilitação, intensidade e duração da reabilitação à médio e longo prazo e medidas de qualidade dos serviços de reabilitação.The rehabilitation of patients with encephalic injuries is a process that seeks early recovery of the deficits and the preparation for reintegration into community life, with the best possible functional outcome, independence, and quality of life. This study aims to make it known to the Brazilian medical community the key-points referring to the rehabilitation programs specialized in the acute phase of an Encephalic Vascular Accident from the initial event until the transition back to community life. Based on their expertise, the authors made an analysis of 50 articles selected from the MEDLINE and the COCHRANE LIBRARY data bases, utilizing “Stroke” and “Rehabilitation” as descriptors, referring to patients older than 18 years, of both genders, in the period from 1990 to 2008, in the English, Portuguese, French, and Spanish languages More studies will be necessary in the future for the discussion of questions such as: measurements for quality of life, deficiency prognosis, stratification of the patients in relation to their response to rehabilitation, intensity, and duration of medium and long term rehabilitation, and measurements for the quality of rehabilitation services

Síndrome de Pusher após acidente vascular encefálico: relato de caso

O termo Síndrome de Pusher refere-se a uma alteração no controle postural de pacientes portadores de hemiparesia após lesões encefálicas. Objetivos: descrever o caso de uma paciente portadora de hemiparesia após Acidente Vascular Encefálico (AVC) e sintomas clínicos sugestivos da Síndrome de Pusher promovendo uma discussão sobre a etiologia, a fisiopatologia, a evolução clínica e o prognóstico da Síndrome de Pusher em pacientes portadores de lesões encefálicas. Métodos: Este é um relato de caso retrospectivo de uma paciente do sexo feminino, de 62 anos, portadora de hemiparesia esquerda após AVCH de tálamo, com score de 13 na National Institute of Health Stroke Scale, Medida de Independência Funcional (MIF) de 56 e sinais clínicos da Síndrome de Pusher. Um programa interdisciplinar de reabilitação foi instituído ainda na fase aguda, além de um programa domiciliar de adaptações arquitetônicas e fisioterapia motora para o treino do balance, alinhamento de tronco e cinturas, postura e verticalidade. Resultados e discussão: Apenas quatro meses após o ictus, os sinais da Síndrome de Pusher haviam desaparecido e a paciente apresentava MIF de 99, apesar da manutenção da hemiparesia, da disartria, da hipofonia e do humor deprimido. Conclusão: Este relato de caso sugere que a Síndrome de Pusher isoladamente pode influenciar a evolução e o grau de independência após o AVC, retardando a alta hospitalar e os ganhos do processo de reabilitação. Mais estudos são necessários para compreendermos a fisiopatologia, a evolução e o prognóstico da Síndrome de Pusher.Pusher syndrome is a disorder of balance in patients with brain injury. Aim: to report the case of a patient with hemiparesis after thalamic stroke and clinical signs suggesting Pusher Syndrome to promote a discussion about the etiology, pathophysiology, prognosis and clinical evolution of this syndrome for neurologic impaired patients. Method: Retrospective evaluation of a female inpatient aged 62 who developed mild hemiparesis and severe contraversive pushing behavior after acute hemorrhage affecting the right thalamus with NIHSS = 13, FIM = 56 and clinical signs of Pusher Syndrome. Following standard motor physiotherapy and architectonic adaptations, the pushing behavior completely resolved 4 months after the onset with a FIM of 99 although, at that time, left hemiparesis was still present. This case report illustrates that pushing behavior itself may be severely incapacitating, may occur with only mild hemiparesis and affected patients may have dramatic functional improvement and delayed hospital delivered and rehabilitation gains. More studies are crucial for better understanding Pusher Syndrome

Mitochondrial physiology

As the knowledge base and importance of mitochondrial physiology to evolution, health and disease expands, the necessity for harmonizing the terminology concerning mitochondrial respiratory states and rates has become increasingly apparent. The chemiosmotic theory establishes the mechanism of energy transformation and coupling in oxidative phosphorylation. The unifying concept of the protonmotive force provides the framework for developing a consistent theoretical foundation of mitochondrial physiology and bioenergetics. We follow the latest SI guidelines and those of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) on terminology in physical chemistry, extended by considerations of open systems and thermodynamics of irreversible processes. The concept-driven constructive terminology incorporates the meaning of each quantity and aligns concepts and symbols with the nomenclature of classical bioenergetics. We endeavour to provide a balanced view of mitochondrial respiratory control and a critical discussion on reporting data of mitochondrial respiration in terms of metabolic flows and fluxes. Uniform standards for evaluation of respiratory states and rates will ultimately contribute to reproducibility between laboratories and thus support the development of data repositories of mitochondrial respiratory function in species, tissues, and cells. Clarity of concept and consistency of nomenclature facilitate effective transdisciplinary communication, education, and ultimately further discovery

Mitochondrial physiology

As the knowledge base and importance of mitochondrial physiology to evolution, health and disease expands, the necessity for harmonizing the terminology concerning mitochondrial respiratory states and rates has become increasingly apparent. The chemiosmotic theory establishes the mechanism of energy transformation and coupling in oxidative phosphorylation. The unifying concept of the protonmotive force provides the framework for developing a consistent theoretical foundation of mitochondrial physiology and bioenergetics. We follow the latest SI guidelines and those of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) on terminology in physical chemistry, extended by considerations of open systems and thermodynamics of irreversible processes. The concept-driven constructive terminology incorporates the meaning of each quantity and aligns concepts and symbols with the nomenclature of classical bioenergetics. We endeavour to provide a balanced view of mitochondrial respiratory control and a critical discussion on reporting data of mitochondrial respiration in terms of metabolic flows and fluxes. Uniform standards for evaluation of respiratory states and rates will ultimately contribute to reproducibility between laboratories and thus support the development of data repositories of mitochondrial respiratory function in species, tissues, and cells. Clarity of concept and consistency of nomenclature facilitate effective transdisciplinary communication, education, and ultimately further discovery