Determinanti metabolici ed ormonali della funzione renale nell'obesità patologica

Riassunto analitico L'obesità rappresenta un rilevante problema di salute pubblica, considerata la sua crescente prevalenza nel mondo, tanto da meritare la definizione di "epidemia". Ad essa è stato riconosciuto un ruolo nell'aumento del rischio di sviluppare molteplici quadri morbosi, tra cui malattie metaboliche, malattie cardiovascolari e respiratorie. L'obesità contribuisce anche allo sviluppo e alla progressione della malattia renale cronica (chronic kidney disease, CKD), non solo indirettamente, attraverso gli effetti deleteri operati sulla funzione renale dalla ipertensione arteriosa e dal diabete, che comunemente si associano a questa condizione, ma anche direttamente, con lo sviluppo di un quadro istopatologico renale peculiare dell'obesità, definito obesity related glomerulopathy (ORG), la cui più precoce manifestazione clinica si identifica con la microalbuminuria. I principali meccanismi fisiopatologici dell'ORG consistono in alterazioni dell'emodinamica glomerulare e negli effetti, a livello glomerulare, di adipochine pro-infiammatorie secrete dal tessuto adiposo, che, nell'obesità, diventa bersaglio di una flogosi cronica di basso grado. Un rapido declino della velocità di filtrazione glomerulare (glomerular filtration rate, GFR), anche qualora non sia tale da superare la soglia per la definizione di CKD (60 ml/min/1.73 m2), è riconosciuto come potente determinante di rischio cardiovascolare sia nella popolazione generale che negli individui ad alto rischio; pertanto, nella pratica clinica, allo scopo di meglio definire il profilo di rischio renale e cardiovascolare individuale, occorre effettuare un'accurata valutazione della funzione renale. Le formule matematiche usate comunemente per stimare la funzione renale nei soggetti normali dimostrano di essere gravate da alcune limitazioni quando applicate ai pazienti con obesità severa e questo è comprensibile, anche considerando che il peso corporeo è un componente di alcune di queste formule. Ne consegue, quindi, la necessità di valutare l'affidabilità dell'eGFR (GFR stimato) negli individui con obesità severa, attraverso la sua comparazione con il GFR misurato (mGFR). Per rispondere a questa necessità e per fornire una completa caratterizzazione della funzione renale, nonché della sua relazione con l'emodinamica, in soggetti con obesità severa non diabetici, abbiamo reclutato 50 pazienti con obesità patologica (BMI >40 Kg/m2), afferenti alla sezione di Medicina Metabolica del nostro ospedale negli anni 2013-2014. I criteri di esclusione sono stati: età superiore ai 60 anni, presenza di diabete (escluso mediante OGTT standard), ipertensione arteriosa essenziale o secondaria, qualsiasi malattia infiammatoria sistemica, livelli di creatinina sierica superiori al range di normalità e presenza di micro o macroalbuminuria (esclusa attraverso valutazione su campione da raccolta delle urine delle 24 ore). Abbiamo misurato la velocità di filtrazione glomerulare (mGFR) con la clearance plasmatica dello ioexolo, il flusso plasmatico renale con 123I-orto-iodo-ippurato, gli indici vascolari renali basali e dopo stimolo (RRI e DRIN), la vasodilatazione endotelio-dipendente ed indipendente dell'arteria brachiale (FMD) e la velocità dell'onda di polso carotido-femorale (PWV); è stato determinato anche un dettagliato profilo ormonale (cortisolo, ACTH, GH, PTH). Dai risultati dello studio emergono alcune importanti novità, che sono qui riassunte. In primo luogo, possiamo affermare che, tra le formule comunemente usate per stimare il GFR, la CKD-EPI mostra la migliore performance quando confrontata con le misurazioni reali del GFR in individui con obesità patologica e funzione renale conservata, in assenza di comorbidità metaboliche. Inoltre, l'incremento dei livelli di glucosio durante OGTT correla con l'iperfiltrazione glomerulare, e il flusso plasmatico renale ed il diametro longitudinale renale sono determinanti indipendenti di mGFR. Infine, nell'obesità severa si osserva un pattern ormonale caratterizzato da valori relativamente bassi di GH e relativamente alti di PTH, come determinante principale del GFR reale. Abstract Obesity is a significant issue in public health, because of its increasing prevalence in the world; indeed, it is named "epidemic". It is recognized to play a role in the increased risk to develop several diseases, i.e. metabolic, cardiovascular and respiratory diseases. Furthermore, obesity plays a relevant role in the development and progression of chronic kidney disease (CKD), both directly, through hypertension and diabetes, generally associated with this condition, and indirectly, through the development of a cluster of renal histopathological lesions typical of obesity, named obesity related glomerulopathy (ORG), whose earlier clinical feature is microalbuminuria. Main pathophysiological mechanisms of ORG are the abnormalities of glomerular hemodynamics and the effects, on the glomerulus, of pro-inflammatory adipokines secreted by adipose tissue, which, in obesity, becomes a target of a chronic low degree inflammation. A fast glomerular filtration rate (GFR) decline, even remaining above the usual threshold defining CKD (60 ml/min/1.73 m2), is recognized as a powerful determinant of an increased cardiovascular (CV) risk in the general population and in high risk individuals; therefore, an accurate assessment of renal function is strongly recommended in the clinical practice, to better define the individual renal and CV risk profile. Mathematical formulae usually employed to estimate renal function in normal individuals have shown some limitations, when they are used in severely obese individuals; this is somehow expected, being body weight a component of some of these formulae. Therefore, it is necessary to assess the reliability of estimated GFR (eGFR) in severely obese individuals, through a comparison between eGFR and measured GFR (mGFR). To meet this need and to provide a complete characterization of renal function and its relation with hemodynamics in severely obese non diabetic individuals, we have recruited 50 patients with morbid obesity (BMI >40 Kg/m2), referring to the section of Metabolic Medicine in our hospital in the years 2013- 2014. Exclusion criteria were: age above 60 years, presence of diabetes (excluded by a standard OGTT), essential hypertension or any systemic inflammatory disease, serum creatinine above the normal range, presence of micro or macroalbuminuria (excluded by a 24h urine collection). We measured glomerular filtration rate (mGFR) by iohexol plasma clearance and renal plasma flow by 123I-ortho-iodo-hippurate, basal and stimulated vascular renal indices (RRI and DRIN), endothelium-dependent and independent vasodilation in the brachial artery (FMD) and pulse wave velocity (PWV); a detailed hormonal profile (cortisol, ACTH, GH, PTH) was also determined. From results of the present study we can deduce important novelties: a) we can assert that, among formulae commonly used for estimating GFR, CKD-EPI shows the best performance when compared to true GFR measurements in morbidly obese individuals with preserved renal function and no metabolic comorbidities; b) glucose levels increments during an OGTT are correlated to hyperfiltration; c) renal plasma flow and renal diameter are independent determinants of mGFR; d) in severe obesity, a hormonal pattern characterized by relatively low GH and relatively high PTH values can be identified as as a main determinant of true GFR

the best estimate plus uncertainty challenge in the current licensing process of present reactors

Within the licensing process of the KWU Atucha II PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor), the BEPU (Best Estimate Plus Uncertainty) approach has been selected for issuing of the Chapter 15 on FSAR (Final Safety Analysis Report). The key steps of the entire process are basically two: (a) the selection of PIE (Postulated Initiating Events) and (b) the analysis by best estimate models supported by uncertainty evaluation. Otherwise, key elements of the approach are (1) availability of qualified computational tools including suitable uncertainty method, (2) demonstration of quality, and (3) acceptability and endorsement by the licensing authority. The effort of issuing Chapter 15 is terminated at the time of issuing of the present paper, and the safety margins available for the operation of the concerned NPP (Nuclear Power Plant) have been quantified

Glucocorticoid-induced osteoporosis: 2013 update

Glucocorticoids are the most common cause of secondary osteoporosis leading to the so-called glucocorticoidinduced osteoporosis (GIO). A treatment with 10 mg/d of prednisone or equivalent for more than 3 months leads to a 7-fold increase in hip fractures and a 17-fold increase in vertebral fractures. The difference between bone quantity and quality in GIO makes bone mineral density measurements inadequate to detect patients at risk of fracture. The adverse effects of glucocorticoids on the skeleton derive from a direct impact on bone cells with a severe impairment of mechanical competence. Crucial to prevention of GIO is early timing of intervention. The World Health Organization has adopted a fracture prevention algorithm (FRAX) intended to estimate fracture risk in GIO. The American College of Rhematology modified its prevention and treatment guidelines taking into account the individual risk of fracture calculated in GIO on the basis of the FRAX algorithm. Recently, also a joint Guideline Working Group of the International Osteoporosis Foundation (IOF) and the European Calcified Tissue Society (ECTS) published a framework for the development of national guidelines for the management of GIO. Bisphosphonates are the first-line drugs to treat GIO; teriparatide counteracts several fundamental pathophysiologic aspects of GIO; denosumab is useful in patients with renal failure and in potentially pregnant young women. Vertebroplasty and kyphoplasty may be less beneficial in GIO than in primary involutional osteoporosis

Benchmark of Atucha-2 PHWR RELAP5-3D Control Rod Model by Monte Carlo MCNP5 Core Calculation

Atucha-2 is a Siemens-designed PHWR reactor under construction in the Republic of Argentina. Its geometrical complexity and peculiarities require the adoption of advanced Monte Carlo codes for performing realistic neutronic simulations. Therefore core models of Atucha-2 PHWR were developed using MCNP5. In this work a methodology was set up to collect the flux in the hexagonal mesh by which the Atucha-2 core is represented. The scope of this activity is to evaluate the effect of obliquely inserted control rod on neutron flux in order to validate the RELAP5-3DC/NESTLE three dimensional neutron kinetic coupled thermal-hydraulic model, applied by GRNSPG/UNIPI for performing selected transients of Chapter 15 FSAR of Atucha-2

Valutazione dell'espressione di PRDI-BF1 e dell'isoforma beta di PRDI-BF1 in pazienti in trattamento chemioterapico per Mieloma Multiplo

Valutazione dell'espressione di PRDI-BF1 e dell'isoforma beta di PRDI-BF1 in pazienti in trattamento chemioterapico per Mieloma Multiplo. Human Positive Regulatory Domain I Binding Factor 1 (PRDI-BF1 o Blimp-1) è un fattore di trascrizione cruciale per la genesi e la sopravvivenza a lungo termine delle plasmacellule. PRDI-BF1, guidando lo switch dei linfociti B maturi a plasmacellule, ha come bersaglio numerosi geni coinvolti nella maturazione dei linfociti B. Il gene PRDM1, che codifica per PRDI-BF1, contiene un promotore alternativo in grado di generare un’isoforma tronca (PRDI-BF1 beta). L’isoforma beta è stata riscontrata in quantità considerevoli soprattutto in linee cellulari di Mieloma Multiplo (MM) e la sua funzione rimane ancora da chiarire. Blimp-1 lega e trans-attiva sequenze specifiche come CS1, iper-espresso nelle cellule mielomatose, e ciò potrebbe esser d’aiuto nel chiarire la specifica funzione di nuovi farmaci come elotuzumab che blocca selettivamente CS1. Inoltre, l’interruzione dei pathway regolatori di Blimp-1 e Aiolos, quest’ultimo fattore trascrizionale anti-apoptotico delle cellule mielomatose che co-opera con Blimp-1, contribuisce all’attività anti-MM della lenalidomide. Pertanto, abbiamo condotto uno studio al fine di indagare la differente espressione di Blimp-1/PRDI-BF1 e della sua isoforma beta durante l’evoluzione clinica e il trattamento dei pazienti affetti da MM. Sono stati arruolati nel nostro dipartimento 26 pazienti affetti da MM e 3 soggetti sani. Undici pazienti sono ancora in trattamento e quindi con un follow-up troppo breve. Pertanto ci siamo concentrati principalmente su 15 pazienti di cui erano già fruibili due o più controlli nel tempo. Di questi ultimi pazienti, disponevamo di almeno due prelievi crio-preservati di sangue midollare intero, per un totale di 64 determinazioni. In particolare, sei pazienti sono stati precedentemente trattati con regime di induzione VTD e trapianto di cellule staminali autologhe (ASCT), in seguito hanno ottenuto almeno una VGPR (Very Good Partial Response) ed erano stati avviati a follow-up clinico periodico (Gruppo Stable Disease). Quattro pazienti, hanno ottenuto almeno una risposta parziale (PR) dopo il regime d’induzione (Gruppo Responders) ed i rimanenti cinque pazienti (Gruppo Non Responders/Progressive Disease, PD) hanno sviluppato una recidiva o non hanno ottenuto risposta al trattamento tra il primo ed il secondo prelievo. Tutti i pazienti hanno letto e firmato un consenso informato e, in accordo con la dichiarazione di Helsinki, sono stati sottoposti a biopsia osteo-midollare e aspirato midollare per analizzare campioni di sangue midollare a due diversi time-point. In dettaglio, i campioni dei 6 pazienti in follow-up e in VGPR sono stati presi a 6 mesi di distanza durante il periodo di controllo, i campioni dei 4 pazienti alla diagnosi sono stati raccolti prima dell’inizio del ciclo d’induzione e dopo 1 mese dal termine dello stesso. Infine, i campioni degli ultimi 5 pazienti sono stati analizzati al momento della progressione e 1 mese dopo la terapia di salvataggio. L’RNA totale è stato estratto e retro-trascritto dal sangue midollare mediante isolamento dell’RNA e specifici kit di trascrizione ed è stata eseguita un’analisi mediante Real Time Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR) di entrambi i fattori di trascrizione con due diversi primers oligonucleotidici, uno in grado di riconoscere entrambe le isoforme α- e beta-PRDI-BF1 e l’altro solo l’isoforma beta. I valori quantitativi sono stati calcolati utilizzando il metodo 2-ΔΔCt. Dai risultati emerge che PRDI-BF1 e PRDI-BF1beta erano entrambi espressi ad un livello considerevole in tutti i campioni analizzati. L’espressione media totale di PRDI-BF1 e dell’isoforma beta in tutti i pazienti affetti da MM, comparata all’espressione media totale nella popolazione sana di controllo, risulta nettamente aumentata. Inoltre, l’espressione media dei trascritti correla con lo stato di malattia (Complete Response/VGPR, PR o PD) ed altrettanto con l’infiltrazione midollare di malattia (<10%, 10-59% o ≥60%) in ciascuna della 64 determinazioni. Inoltre, anche nei tre gruppi descritti l’espressione media di PRDI-BF1 e dell’isoforma beta ai due (o tre) time-point, riflette lo stato di malattia. Nei pazienti del Gruppo Responders, l’espressione di PRDI-BF1 e della sua isoforma beta mostra un trend in netta diminuzione nell’espressione dei due trascritti al diminuire della quantità di malattia. Nei pazienti del Gruppo Non Responders/Progressive Disease, invece, l’espressione dei due trascritti mostra un trend in netto incremento, all’aumentare della quantità di malattia. Infine, nei pazienti del Gruppo Stable Disease, l’espressione dei trascritti dal 1° tp al 2° tp aumenta, seppur in modo assai contenuto, in condizioni di apparente stabilità clinica di malattia. Si osserva un possibile cut-off pari a 5,00 volte (NFE, Normalized Fold Expression) di aumento dei trascritti rispetto ai valori nei controlli sani evidente. Dunque, un aumento dei trascritti superiore a 5 volte potrebbe corrispondere ad una maggior probabilità di sviluppare una recidiva precoce di malattia. È un’ipotesi che deve essere ulteriormente validata. Questi risultati confermano quanto finora noto in letteratura e suggeriscono che i due trascritti correlano con lo stato di malattia, con la differente risposta al trattamento e con la quantità di malattia. Altresì, suggeriscono diverse possibili applicazioni di PRDI-BF1, come marcatore di risposta e di conseguenza come parametro di follow-up e di prognosi della malattia stessa

Instrumenting Full scale Boron Injection Test Facility to support Atucha-2 NPP licensing

The Atucha-2 Pressurized Heavy Water Reactor is equipped with a back-up shutdown system based on the fast injection of boron into the moderator tank. Such system had initially been designed to cope with a 10%-area (0.1A) break Loss Of Coolant Accident (LOCA) scenario, but based on upgraded licensing requirements the design had to be revised and possibly improved against a double-ended guillotine (2A) break LOCA. In particular, the boron injection had to be proven fast enough to allow a timely shutdown of the reactor, even in the case of a failure of the primary shutdown system (control rods). A full-scale test facility was built for such “design validation” purpose, in the framework of a cooperation program between the University of Pisa – San Piero a Grado Nuclear Research Group (GRNSPG) and the utility Nucleoeléctrica Argentina S.A. (NA-SA). A special instrumentation system, based on conductivity probes designed on purpose by the Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), was adopted for the measurement of the injection delay, as well as for the monitoring of pressure at several key locations. Care was taken to reproduce the relevant NPP conditions as closely as possible to those expected on the basis of extensive safety analyses performed adopting a Best Estimate Plus Uncertainty (BEPU) approach. In this respect, not only the test facility is full-scale, but also the key components (such as the fast opening air valves, the boric acid tanks, the rupture device, the injection lance) were directly borrowed from the Atucha-2 NPP. The experimental campaign carried out by NA-SA on such test facility allowed to improve the design of the boron injection system (especially as to some fluid-structure interaction issues) and finally to achieve the main goal, i.e. the demonstration that the system’s performance is fast enough to assure a timely and safe shutdown of the reactor. This was a key contribution to the successful completion of the NPP licensing process

Identification of Limiting Case Between DBA and SBDBA (CL Break Area Sensitivity): A New Model for the Boron Injection System

Atucha-2 is a Siemens-designed PHWR reactor under construction in the Republic of Argentina. Its geometrical complexity and (e.g., oblique Control Rods, Positive Void coefficient) required a developed and validated complex three dimensional (3D) neutron kinetics (NK) coupled thermal hydraulic (TH) model. Reactor shut-down is obtained by oblique CRs and, during accidental conditions, by an emergency shut-down system (JDJ) injecting a highly concentrated boron solution (boron clouds) in the moderator tank, the boron clouds reconstruction is obtained using a CFD (CFX) code calculation. A complete LBLOCA calculation implies the application of the RELAP5-3D© system code. Within the framework of the third Agreement “NA-SA – University of Pisa” a new RELAP5-3D control system for the boron injection system was developed and implemented in the validated coupled RELAP5-3D/NESTLE model of the Atucha 2 NPP. The aim of this activity is to find out the limiting case (maximum break area size) for the Peak Cladding Temperature for LOCAs under fixed boundary conditions

Functional neural differentiation of adult hippocampus derived stem cells

Stem cells are defined by their capacity to differentiate into different phenotypes while maintaining their ability to replicate indefinitely. These characteristics depend on their intrinsic capabilities and their interaction with the cellular niche. However, stem cells isolated later in development show a restricted differentiation capability limited to the cell lineage specifically present in the tissue of origin. Using an adult, hippocampal-derived stem cell line (designated the CHIP stem cell line), I started looking at their integration once they had been implanted into hippocampal organotypic slices. This would have given me an idea of the sequential steps they follow during their integration and how this relates to what is known to happen in vivo. Knowing that in the hippocampus, they originate from the sub granular zone and develop into granule cells, I carried out an electrophysiological characterization of dentate gyrus granule cells both in organotypic and in acute slice. It became clear that the survival of stem cells after the implantation was affected by the culture medium used for the organotypic slices. Switching to a different culture medium improved the survival of the stem cells but at the same time they did not show signs of integration (e.g. dendritic-like protrusions). I therefore started looking at stem cell functional differentiation in vitro without the slice. In the CHIP stem cell line plus, in addition, in another hippocampal stem cell line (HCN95) I compared the response to two differentiation protocols. I employed several standard neuronal markers (including NeuN) in order to define their developmental status. Unlike most other studies I also used a marker for the alpha subunit of the voltage-activated sodium channel (Nav1.2) which is responsible for the generation of action potentials in mature neurons. Checking stem cell ability to fire action potentials at various time intervals, in parallel to the expression of neuronal markers, I found that Nav1.2 expression better correlates with the functional maturation of our neuronal stem cell lines when compared to NeuN. Therefore, Nav1.2 expression can be employed as reliable marker of mature neuronal phenotype

Coupling of Thermal-Hydraulics and I&C for Licensing Analyses

The BEPU (Best Estimate Plus Uncertainty) approach constitutes a valuable and, under some circumstances, an unavoidable tool to demonstrate the safety of NPP (Nuclear Power Plants). Within the licensing process of the Atucha II PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) the BEPU approach has been followed for issuing the Chapter 15 of the FSAR (Final Safety Analysis Report). Namely, the BEPU approach replaced the classical conservative approach. The selection of PIE (Postulated Initiating Events) and, the analysis of each PIE by best estimate models supported by uncertainty evaluation constitute key elements for BEPU. An outline of the BEPU approach is included in the paper, which, otherwise focuses on the simulation needs for Instrumentation and Control (I & C). Sample results from the analysis of PIE are included in the paper. It is demonstrated that the simulation of I&C is necessary to evaluate the safety of the concerned NPP; furthermore, the simulation shall be part of the accident analysis in Chapter 15 of FSA