Neuron-glial Interactions

Although lagging behind classical computational neuroscience, theoretical and computational approaches are beginning to emerge to characterize different aspects of neuron-glial interactions. This chapter aims to provide essential knowledge on neuron-glial interactions in the mammalian brain, leveraging on computational studies that focus on structure (anatomy) and function (physiology) of such interactions in the healthy brain. Although our understanding of the need of neuron-glial interactions in the brain is still at its infancy, being mostly based on predictions that await for experimental validation, simple general modeling arguments borrowed from control theory are introduced to support the importance of including such interactions in traditional neuron-based modeling paradigms.Junior Leader Fellowship Program by “la Caixa” Banking Foundation (LCF/BQ/LI18/11630006

Neuron-Glial Interactions

Although lagging behind classical computational neuroscience, theoretical and computational approaches are beginning to emerge to characterize different aspects of neuron-glial interactions. This chapter aims to provide essential knowledge on neuron-glial interactions in the mammalian brain, leveraging on computational studies that focus on structure (anatomy) and function (physiology) of such interactions in the healthy brain. Although our understanding of the need of neuron-glial interactions in the brain is still at its infancy, being mostly based on predictions that await for experimental validation, simple general modeling arguments borrowed from control theory are introduced to support the importance of including such interactions in traditional neuron-based modeling paradigms.Comment: 43 pages, 2 figures, 1 table. Accepted for publication in the "Encyclopedia of Computational Neuroscience," D. Jaeger and R. Jung eds., Springer-Verlag New York, 2020 (2nd edition

A Neuron-Glial Perspective for Computational Neuroscience

International audienceThere is growing excitement around glial cells, as compelling evidence point to new, previously unimaginable roles for these cells in information processing of the brain, with the potential to affect behavior and higher cognitive functions. Among their many possible functions, glial cells could be involved in practically every aspect of the brain physiology in health and disease. As a result, many investigators in the field welcome the notion of a Neuron-Glial paradigm of brain function, as opposed to Ramon y Cayal's more classical neuronal doctrine which identifies neurons as the prominent, if not the only, cells capable of a signaling role in the brain. The demonstration of a brain-wide Neuron-Glial paradigm however remains elusive and so does the notion of what neuron-glial interactions could be functionally relevant for the brain computational tasks. In this perspective, we present a selection of arguments inspired by available experimental and modeling studies with the aim to provide a biophysical and conceptual platform to computational neuroscience no longer as a mere prerogative of neuronal signaling but rather as the outcome of a complex interaction between neurons and glial cells

Cirrosis y encefalopatía hepáticas: consecuencias clínico-metabólicas y soporte nutricional Liver cirrhosis and encephalopathy: clinical and metabolic consequences and nutritional support

La cirrosis representa el estadio final de muchas enfermedades crónicas del hígado y se asocia con malnutrición en mayor o menor grado, con independencia de su etiología, sobre todo en los estadios avanzados. Su origen es multifactorial, pudiendo señalarse tres factores que contribuyen a ella: a) la limitación o disminución de la ingesta; b) la alteración de la digestión y absorción de nutrientes; c) la interferencia en el metabolismo de los nutrientes. Un pobre estado nutricional se asocia con un peor pronóstico de supervivencia. Si la malnutrición calórico-proteica (MCP) es un predictor independiente de mortalidad o solo un reflejo de la severidad de la insuficiencia hepática, es algo que está sujeto a controversia. No hay consenso sobre cuales son los mejores criterios diagnósticos de MCP en la cirrosis. La evaluación de la malnutrición es extremadamente difícil puesto que muchos de los parámetros utilizados se afectan tanto por la enfermedad en sí como por los factores desencadenantes o etiológicos. Las alteraciones metabólicas remedan un estado hipercatabólico. Estos pacientes tienen una disminuida utilización y capacidad de almacenamiento de carbohidratos y un aumento del catabolismo proteico y graso, que conduce a la depleción de las reservas proteicas y lipídicas. Estas anormalidades, combinadas con un descenso en la ingesta y en la absorción de nutrientes, constituyen las bases de la MCP. La alteración metabólica más importante de los pacientes con enfermedad hepática avanzada es el cambio en el metabolismo de los aminoácidos. Los niveles plasmáticos de los aminoácidos de cadena ramificada (AARR) están disminuidos y los niveles de aminoácidos aromáticos (AAA) elevados, lo que tiene implicaciones terapéuticas. Entre las consecuencias de las alteraciones estructurales en la cirrosis, destaca el desarrollo de encefalopatía hepática, definida como una alteración en la función del sistema nervioso central que refleja una serie de manifestaciones neuropsiquiátricas, neuromusculares y de conducta. Se debe a la incapacidad del hígado enfermo para la metabolización de las neurotoxinas que se acumulan en el cerebro y que afectan a los neurotransmisores, atribuido al efecto tóxico del amonio sobre el tejido cerebral. El tratamiento nutricional reporta beneficios en los diferentes estadios de la enfermedad. A corto plazo, mejoría del balance nitrogenado, descenso en la estancia hospitalaria y mejoría de la función hepática. A largo plazo, disminución de la incidencia y severidad de la encefalopatía y mejoría de la calidad de vida. La suplementación con nutrición enteral puede mejorar el aporte proteico, descender la frecuencia de hospitalización, mejorar el estado nutricional, la función inmune y la severidad de la enfermedad. La restricción proteica no está indicada en la cirrosis compensada. Se recomienda una dieta conteniendo alrededor de 30 kcal/kg/d y 1,2 g de proteínas/kg/d. En la encefalopatía aguda puede necesitarse una restricción proteica temporal que no debe superar las 48 h y que debe minimizarse ya que, incluso en pacientes con EH, se obtienen mejores resultados sin una restricción proteica severa. La suplementación oral con AARR a largo plazo enlentece la progresión de la enfermedad hepática y prolonga la supervivencia y la calidad de vida. Se recomienda la suplementación con fibra o dietas con proteínas vegetales, que aportan alto contenido en fibra y menos AAA, o bien con proteínas lácteas además de una elevada relación calorías/nitrógeno.Cirrhosis represents the final stage of many chronic liver diseases and is associated to more or less pronounced hyponutrition, independently of the etiology, particularly at advanced stages. Its origin is multifactorial, with three factors contributing to it: a) limitation or decrease of intake; b) impairment in nutrients digestion or absorption; and c) the interference with nutrients metabolism. A poor nutritional status is associated with a poor survival prognosis. Whether caloric-protein malnourishment (CPM) is an independent predictor of mortality or only a marker of the severity of liver failure is subject to controversy. There is no consensus on which are the best diagnostic criteria for CPM in cirrhosis. Assessment of hyponutrition is extremely difficult since both the disease itself and the triggering or etiologic factors affect many of the parameters used. Metabolic impairments mimic a hypercatabolic state. These patients have decreased carbohydrate utilization and storage capacity and increased protein and fat catabolism leading to depletion of protein and lipid reserves. These abnormalities together with decreased nutrients intake and absorption are the bases for CPM. The most important metabolic impairment in patients with advanced liver disease is the change in amino acids metabolism. The plasma levels of branched amino acids (BAA) are decreased and of aromatic amino acids (AAA) are increased, which has therapeutic implications. Among the consequences of the structural impairments taking place in cirrhosis, we may highlight hepatic encephalopathy, defined as impaired central nervous system functioning that manifests as a series of neuropsychiatric, neuromuscular, and behavioral symptoms. These are due to the inability of the diseased liver to metabolize neurotoxins that accumulate in the brain affecting neurotransmitters and are attributed to the toxic effect of ammonium on the brain tissue. Nutritional therapy brings benefits in the different stages of the disease. In the short term, it improves nitrogen balance, decreases the hospital stay, and improves liver function. In the long term, it decreases the incidence and severity of encephalopathy and improves quality of life. Supplementation with enteral nutrition may improve protein intake, decrease the frequency of hospitalization, and improve the nutritional status, the immune function and the disease severity. Protein restriction is not indicated in compensated cirrhosis. A diet containing about 30 kcal/kg/d and 1.2 g of protein/kg/d is recommended. In acute encephalopathy temporary protein restriction may be needed, which should not last longer than 48 h and be minimized since even in patients with liver disease better outcomes are obtained without obtaining severe protein restriction. Oral supplementation with BAA slows the progression of liver disease and improves survival and quality of life. Supplementation should be done with fiber or diets with vegetable proteins, which bring high fiber content and less AAA, or either with dairy proteins in addition to a high ratio/nitrogen ratio

Acceso enteral y evaluación de la función intestinal en el paciente crítico Enteral access and intestinal function assessment in the critically ill patient

La utilización de la nutrición enteral (NE) en el paciente crítico hace necesario evaluar su eficacia e influencia en la consecución de los requerimientos pautados. La NE administrada a nivel gástrico tiene una tasa alta de complicaciones, particularmente aumento de residuo, que conlleva una infranutrición. La utilización del intestino delgado (yeyuno), puede conseguir un aumento del volumen administrado. Pero para ello hay tres aspectos que influyen directamente en su utilización: la vía de acceso intestinal, la capacidad motora y su capacidad absortiva y función de barrera. La elección de la vía de acceso al tubo digestivo debe realizarse tras valoración de la patología de base y el tiempo previsto de duración de la NE. Si es superior a 4-6 semanas se procederá a acceso definitivo a través de una técnica invasiva y ostomía (yeyunostomía radiológica, endoscópica o quirúrgica) y si es inferior a 4-6 semanas, técnica no invasiva o transnasal (nasoduodenal o nasoyeyunal) con endoscopia, fluoroscopia o ecografía. Se ha constatado que, mediante protocolización de los procedimientos y experiencia, la nutrición yeyunal puede conseguir un aumento de los requerimientos administrados al paciente crítico bajo ventilación mecánica respecto de la nutrición gástrica, aunque no son claros los beneficios en cuanto a la reducción de complicaciones infecciosas, estancia y mortalidad, por lo que su uso debe reservarse para aquellos casos en los que está documentado una clara intolerancia gástrica. Mediante técnica manométrica o con el test de absorción de acetaminofeno, se ha constatado que el 50% de los pacientes críticos con ventilación mecánica tienen, a nivel gástrico, hipomotilidad antral, disminución de los complejos motores migratorios y del vaciamiento gástrico, lo que dificulta considerablemente la nutrición. En condiciones normales, durante el ayuno existen unas contracciones motoras regulares o complejo motor migratorio interdigestivo cuyo patrón no es favorable a la absorción de nutrientes por ser altamente propulsivo, por lo que en la fase nutriente cambia al patrón postprandial, de actividad contráctil irregular y continua, sin frentes de actividad, mucho más adaptado a la absorción de nutrientes. En el paciente crítico se pierde este esquema propulsivo normal, desapareciendo con frecuencia el patrón postprandial y persistiendo el interdigestivo, lo que dificulta o impide la nutrición enteral. Son varios los factores que influyen en ese cambio, principalmente la patología de base, sepsis, TCE, ventilación mecánica, sedación y miorelajación. La utilización de agentes procinéticos, como la metoclopramida, puede, al menos en teoría, modificar la alteración de la motilidad y facilitar la correcta administración de los requerimientos pautados. Entre otras, el tracto gastrointestinal (TGI) desempeña una función de "barrera" entre los medios interno y externo que impide la entrada a sangre de bacterias, agentes antigénicos y tóxicos. Su fracaso se caracteriza por absorción disminuida de nutrientes, alteración de la respuesta inmunológica intestinal y aumento de la permeabilidad intestinal (PI). Entre las hipótesis que pretenden explicar la infección sistémica y el fracaso multiorgánico (FMO) figura precisamente el fallo en la integridad anatómica y funcional de la mucosa intestinal. Se ha constatado una alteración de dicha mucosa con aumento de la PI en patologías como quemados, politraumatismos, cirugía mayor, trasplante de células hemopoyéticas y sepsis, aunque no se ha establecido con claridad su relación con la traslocación bacteriana. Ante las evidencias que implican al TGI en el FMO, los métodos de monitorización dirigidos a corregir precozmente la hipopefusión esplácnica nos orientan sobre los mecanismos implicados en el aumento de la PI.The use of enteral nutrition (EN) in the critically-ill patient makes necessary to evaluate its effectiveness and impact on achieving the target requirements. Gastrically administered EN has a high complication rate, especially increased residue that leads to hyponutrition. The use of the small bowel (jejunum) may achieve greater administered volume, although there are three aspects that directly influence on its use: intestinal access route, motility and absorptive capability, and barrier function. The selection of the access route to the digestive tube has to be done after evaluating the underlying disease and predicted duration of EN. If it is greater than 4-6 weeks a definitive access will be performed through an invasive technique of ostomy (radiologic, endoscopic or surgical jejunostomy) and if it is shorter than 4-6 weeks, an endoscopic, fluoroscopic or ultrasonographic non-invasive or transnasal technique (naso-duodenal, or nasojejunal) will be used. By protocoling procedures and experiences, it has been shown that jejunal nutrition may achieve an increase in the amount of requirements administerd to critically-ill patients with mechanical ventilation as compared to gastric feeding, although the benefits with regards to reducing the number of infectious complications, hospital stay and mortality are not so clear-cut, so that it should be left to those cases in which gastric feeding has been clearly documented. By using the manometrich technique or the acetaminophen absorption tests it has been shown that 50% of critically-ill patients with mechanical ventilation have gastric antral hypomotility with decreased migratory motor complexes and gastric voiding, which considerably hampers nutrition. Under normal circumstances, during fasting, there are regular motor contractions, or an inter-digestive migratory motor complex which pattern prevents nutrient absorption because of being highly propulsive, so that during the nutrient phase, this pattern changes into the postprandial pattern with an irregular and continuous contraction activity, with no activity centers, which is much more adapted to nutrient absorption. In critically-ill patients, this normal propulsive pattern is lost, the postprandial pattern is frequently lost, and the inter-digestive pattern remains, which prevents enteral feeding. There are several factors that have an impact on this change, mainly the underlying disease, sepsis, head trauma, mechanical ventilation, sedation, and muscle relaxation. The use of pro-kinetic agents such as metoclopramide may, at least theoretically, modify motility impainment and facilitate the correct administration of prescribed requirements. Among other functions, the gastrointestinal tract (GIT) has a barrier function between inner and outer media, which prevents bacteria, antigenic agents, and toxicants from entering the blood. Its failure is characterized by decreased nutrient absorption, impaired intestinal immunological response and increased intestinal permeability (IP). Among the hypothesis trying to explain systemic infection and multiorgan failure (MOF), there is precisely anatomical and functional integrity of the intestinal mucosa. Mucosal impairment with increased IP has been shown in burn patients, polytrauma, major surgery, hematopoietic cell transplantation, and sepsis, although its relationship with bacterial translocation has not clearly been established. Before the evidences that link the GIT with MOF, the monitoring methods aimed at early correction of splaenic hypoperfusion focus on the mechanisms implicated in increased IP

Recomendaciones para el soporte nutricional y metabólico especializado del paciente crítico. Actualización. Consenso SEMICYUC-SENPE: paciente obeso

Guideline; Journal Article; Review;As a response to metabolic stress, obese critically-ill patients have the same risk of nutritional deficiency as the non-obese and can develop protein-energy malnutrition with accelerated loss of muscle mass. The primary aim of nutritional support in these patients should be to minimize loss of lean mass and accurately evaluate energy expenditure. However, routinely used formulae can overestimate calorie requirements if the patient's actual weight is used. Consequently, the use of adjusted or ideal weight is recommended with these formulae, although indirect calorimetry is the method of choice. Controversy surrounds the question of whether a strict nutritional support criterion, adjusted to the patient's requirements, should be applied or whether a certain degree of hyponutrition should be allowed. Current evidence suggested that hypocaloric nutrition can improve results, partly due to a lower rate of infectious complications and better control of hyperglycemia. Therefore, hypocaloric and hyperproteic nutrition, whether enteral or parenteral, should be standard practice in the nutritional support of critically-ill obese patients when not contraindicated. Widely accepted recommendations consist of no more than 60-70% of requirements or administration of 11-14 kcal/kg current body weight/day or 22-25 kcal/kg ideal weight/day, with 2-2.5 g/kg ideal weight/day of proteins. In a broad sense, hypocaloric-hyperprotein regimens can be considered specific to obese critically-ill patients, although the complications related to comorbidities in these patients may require other therapeutic possibilities to be considered, with specific nutrients for hyperglycemia, acute respiratory distress syndrome (ARDS) and sepsis. However, there are no prospective randomized trials with this type of nutrition in this specific population subgroup and the available data are drawn from the general population of critically-ill patients. Consequently, caution should be exercised when interpreting these data.YesEl paciente obeso crítico, como respuesta al estrés metabólico, tiene igual riesgo de depleción nutricional que el paciente no obeso, pudiendo desarrollar una malnutrición energeticoproteica,con una acelerada degradación de masa muscular. El primer objetivo del soporte nutricional en estos pacientes debe ser minimizar la pérdida de masa magra y realizar una evaluación adecuada del gasto energético. Sin embargo, la aplicación de las fórmulas habituales para el cálculo de las necesidades calóricas puede sobrestimarlas si se utiliza el peso real, por lo que sería más correcto su aplicación con el peso ajustado o el peso ideal, aunque la calorimetría indirecta es el método de elección. La controversia se centra en si hay que aplicar un criterio estricto de soporte nutricional ajustado a los requerimientos o se aplica un cierto grado de hiponutrición permisiva. La evidencia actual sugiere que la nutrición hipocalórica puede mejorar los resultados, en parte debido a una menor tasa de complicaciones infecciosas y a un mejor control de la hiperglucemia, por lo que la nutrición hipocalórica e hiperproteica, tanto enteral como parenteral, debe ser la práctica estándar en el soporte nutricional del paciente obeso crítico si no hay contraindicaciones para ello. Las recomendaciones generalmente admitidas se centran en no exceder el 60-70% de los requerimientos o administrar 11-14 o 22-25 kcal/kg peso ideal/día, con 2-2,5 g/kg peso ideal/día de proteínas. En sentido amplio puede considerarse la nutrición hipocalórica-hiperproteica como específica del paciente obeso crítico, aunque las complicaciones ligadas a su comorbilidad hace que se planteen otras posibilidades terapéuticas, con nutrientes específicos para hiperglucemia, síndrome del distrés respiratorio agudo (SDRA) y sepsis. Sin embargo, no existe ningún estudio prospectivo y aleatorio con este tipo de nutrientes en este subgrupo concreto de población y los datos de que disponemos se extraen de una población general de pacientes críticos, por lo que deben tomarse con mucha precaución

Guidelines for specialized nutritional and metabolic support in the critically-ill patient: Update. Consensus SEMICYUC-SENPE: Obese patient Recomendaciones para el soporte nutricional y metabólico especializado del paciente crítico: Actualización. Consenso SEMICYUC-SENPE: Paciente obeso

As a response to metabolic stress, obese critically-ill patients have the same risk of nutritional deficiency as the non-obese and can develop protein-energy malnutrition with accelerated loss of muscle mass. The primary aim of nutritional support in these patients should be to minimize loss of lean mass and accurately evaluate energy expenditure. However, routinelyused formulae can overestimate calorie requirements if the patient's actual weight is used. Consequently, the use of adjusted or ideal weight is recommended with these formulae, although indirect calorimetry is the method of choice. Controversy surrounds the question of whether a strict nutritional support criterion, adjusted to the patient's requirements, should be applied or whether a certain degree of hyponutrition should be allowed. Current evidence suggested that hypocaloric nutrition can improve results, partly due to a lower rate of infectious complications and better control of hyperglycemia. Therefore, hypocaloric and hyperproteic nutrition, whether enteral or parenteral, should be standard practice in the nutritional support of critically-ill obese patients when not contraindicated. Widely accepted recommendations consist of no more than 60-70% of requirements or administration of 11-14 kcal/kg current body weight/day or 22-25 kcal/kg ideal weight/day, with 2-2.5 g/kg ideal weight/day of proteins. In a broad sense, hypocaloric-hyperprotein regimens can be considered specific to obese critically-ill patients, although the complications related to comorbidities in these patients may require other therapeutic possibilities to be considered, with specific nutrients for hyperglycemia, acute respiratory distress syndrome (ARDS) and sepsis. Howe - ver, there are no prospective randomized trials with this type of nutrition in this specific population subgroup and the available data are drawn from the general population of critically-ill patients. Consequently, caution should be exercised when interpreting these data.El paciente obeso crítico, como respuesta al estrés metabólico, tiene igual riesgo de depleción nutricional que el paciente no obeso, pudiendo desarrollar una malnutrición energeticoproteica,con una acelerada degradación de masa muscular. El primer objetivo del soporte nutricional en estos pacientes debe ser minimizar la pérdida de masa magra y realizar una evaluación adecuada del gasto energético. Sin embargo, la aplicación de las fórmulas habituales para el cálculo de las necesidades calóricas puede sobrestimarlas si se utiliza el peso real, por lo que sería más correcto su aplicación con el peso ajustado o el peso ideal, aunque la alorimetría indirecta es el método de elección. La controversia se centra en si hay que aplicar un criterio estricto de soporte nutricional ajustado a los requerimientos o se aplica un cierto grado de hiponutrición permisiva. La evidencia actual sugiere que la nutrición hipocalórica puede mejorar los resultados, en parte debido a una menor tasa de complicaciones infecciosas y a un mejor control de la hiperglucemia, por lo que la nutrición hipocalórica e hiperproteica, tanto enteral como parenteral, debe ser la práctica estándar en el soporte nutricional del paciente obeso crítico si no hay contraindicaciones para ello. Las recomendaciones generalmente admitidas se centran en no exceder el 60-70% de los requerimientos o administrar 11-14 o 22-25 kcal/kg peso ideal/día, con 2-2,5 g/kg peso ideal/día de proteínas. En sentido amplio puede considerarse la nutrición hipocalórica-hiperproteica como específica del paciente obeso crítico, aunque las complicaciones ligadas a su comorbilidad hace que se planteen otras posibilidades terapéuticas, con nutrientes específicos para hiperglucemia, síndrome del distrés respiratorio agudo (SDRA) y sepsis. Sin embargo, no existe ningún estudio prospectivo y aleatorio con este tipo de nutrientes en este subgrupo concreto de población y los datos de que disponemos se extraen de una población general de pacientes críticos, por lo que deben tomarse con mucha precaución