Kidney Disease in Diabetes Mellitus: Cross-Linking between Hyperglycemia, Redox Imbalance and Inflammation / Doença Renal do Diabetes: Cross-Linking entre Hiperglicemia, Desequilíbrio Redox e Inflamação

Abstract Chronic hyperglycemia is the key point of macro- and microvascular complications associated with diabetes mellitus. Excess glucose is responsible for inducing redox imbalance and both systemic and intrarenal inflammation, playing a critical role in the pathogenesis of diabetic kidney disease, which is currently the leading cause of dialysis in the world. The pathogenesis of the disease is complex, multifactorial and not fully elucidated; many factors and mechanisms are involved in the development, progression and clinical outcomes of the disease. Despite the disparate mechanisms involved in renal damage related to diabetes mellitus, the metabolic mechanisms involving oxidative/inflammatory pathways are widely accepted. The is clear evidence that a chronic hyperglycemic state triggers oxidative stress and inflammation mediated by altered metabolic pathways in a self-perpetuating cycle, promoting progression of cell injury and of end-stage renal disease. The present study presents an update on metabolic pathways that involve redox imbalance and inflammation induced by chronic exposure to hyperglycemia in the pathogenesis of diabetic kidney disease.

Resumo A hiperglicemia crônica é o ponto-chave das complicações macro e microvasculares associadas ao diabetes mellitus. O excesso de glicose é responsável por induzir desequilíbrio redox e inflamação sistêmica e intra-renal, desempenhando um papel crítico na patogênese da doença renal do diabetes, configurada atualmente como a principal causa de doença renal dialítica em todo o mundo. A patogênese da doença é complexa, multifatorial e, não totalmente elucidada, estando vários fatores e mecanismos associados ao seu desenvolvimento, progressão e desfechos clínicos. Apesar dos mecanismos díspares envolvidos nos danos renais durante o diabetes, os caminhos metabólicos pela via oxidativa/inflamatória são amplamente aceitos e discutidos. As evidências acentuam que o estado hiperglicêmico crônico desencadeia o estresse oxidativo e a inflamação mediada por diversas vias metabólicas alteradas em um ciclo-vicioso de autoperpetuação, promovendo aumento da injúria celular e progressão para a doença renal dialítica. O presente artigo traz, portanto, uma atualização sobre os caminhos metabólicos que envolvem o desequilíbrio redox e a inflamação induzidos pela exposição crônica à hiperglicemia na patogênese da doença renal do diabetes.

Rabdomiólise como manifestação de uma doença metabólica: relato de caso / Rhabdomyolysis as a manifestation of a metabolic disease: a case report

RESUMO A rabdomiólise é um processo de destruição muscular com manifestações clínicas variáveis. Em pacientes pediátricos, tem como principal etiologia as doenças infecciosas. Apresentamos o caso de uma adolescente previamente saudável, que foi admitida ao nosso pronto-socorro com histórico de 4 dias com mialgia, fraqueza muscular e urina escura. Na avaliação inicial, apresentava-se desidratada. Os exames de sangue revelaram insuficiência renal aguda e aumento de enzimas musculares. A paciente foi transferida para nossa unidade de terapia intensiva pediátrica. Foi realizado tratamento clínico para correção da desidratação e das consequências iônicas e metabólicas da insuficiência renal. Em razão da oligúria, deu-se início à terapia de substituição renal. A investigação etiológica revelou um defeito da betaoxidação. Sabe-se que doenças metabólicas podem provocar rabdomiólise. A destruição muscular deve ser identificada precocemente, para evitar suas potenciais consequências. Em geral, o tratamento da rabdomiólise é conservador, embora em algumas situações seja necessária uma abordagem mais invasiva.

ABSTRACT Rhabdomyolysis is a process of muscle destruction that can present with varying clinical manifestations. In pediatric patients, its main etiology is infectious diseases. We present a previously healthy adolescent who was admitted to our emergency department with a four-day history of myalgia, muscle weakness and dark urine. At presentation, she was dehydrated. Blood analysis revealed acute renal failure and increased muscular enzymes. She was transferred to our pediatric intensive care unit. Medical therapies for correction of dehydration and the ionic and metabolic consequences of renal failure were performed. Due to oliguria, renal replacement therapy was initiated. An etiological investigation revealed a beta-oxidation defect. Metabolic diseases are a known cause of rhabdomyolysis. Muscular destruction should be diagnosed early in order to avoid its potential consequences. Generally, the treatment of rhabdomyolysis is conservative, although in some situations, a more invasive approach is needed.

Desbalanço redox: NADPH oxidase como um alvo terapêutico no manejo cardiovascular / Redox unbalance: NADPH oxidase as therapeutic target in blood pressure control

Vários estudos destacam as espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (ERONs) como importantes contribuintes na patogênese de numerosas doenças cardiovasculares, incluindo hipertensão, aterosclerose e falência cardíaca. Tais espécies são moléculas altamente bioativas e com vida curta derivadas, principalmente, da redução do oxigênio molecular. O complexo enzimático da NADPH oxidase é a maior fonte dessas espécies reativas na vasculatura. Sob condições fisiológicas, a formação e eliminação destas substâncias aparecem balanceadas na parede vascular. Durante o desbalanço redox, entretanto, há um aumento na atividade da NADPH oxidase e predomínio de agentes pró-oxidantes, superando a capacidade de defesa orgânica antioxidante. Além disso, tal hiperatividade enzimática reduz a biodisponibilidade do óxido nítrico, crucial para a vasodilatação e a manutenção da função vascular normal. Apesar de a NADPH oxidase relacionar-se diretamente à disfunção endotelial, foi primeiramente descrita por sua expressão em fagócitos, onde sua atividade determina a eficácia dos mecanismos de defesa orgânica contra patógenos. As sutis diferenças existentes entre as unidades estruturais das NADPH oxidases, a depender do tipo celular que as expressa, podem ter implicações terapêuticas, permitindo a inibição seletiva do desequilíbrio redox induzido pela NADPH oxidase, sem comprometer, entretanto, sua participação nas vias fisiológicas de sinalização celular que garantem a proteção contra microorganismos.

Several studies refer to reactive oxygen and nitrogen species (RONS) as important agents in the pathogenesis of a number of heart diseases, including high blood pressure, arteriosclerosis and heart failure. Such species are highly bioactive molecules and a short life due chiefly to reduction of molecular oxygen. The enzyme complex of NADPH oxidase is the main source of these reactive species in vascular system. Under physiological conditions, formation and elimination of these substances seem balanced in vascular wall. During redox Unbalance, nonetheless, there is increase in NADPH oxidase activity and predominance of pro-oxidizing agents, surpassing the anti-oxidant capacity of the organism self-defense. Besides this, such enzyme hyperactivity reduces the bioavailability of nitric oxide, capital for vasodilation and maintenance of normal vascular function. In spite of NADPH oxidase being directly connected to the endothelial dysfunction, it was firstly described as for its expression in phagocytes, where its activity determines efficiency of organism defense mechanisms against pathogens. Slight differences between structural units of NADPH oxidases, depending on the type of cell which expresses it, may create therapeutic implications, allowing to selectively inhibiting redox unbalance triggered by NADPH oxidase, without compromising, however, its participation in physiological cellular signaling which make sure protection against micro-organisms.

Resíduos de azevém na superfície de um Planossolo alagado e seus efeitos na concentração de nutrientes na solução do solo e em plantas de arroz / Ryegrass residues on soil surface of a flooded Albaqualf soil and their effects on nutrients concentration in soil solution and rice plants

A incorporação de resíduos de culturas ao solo em lavouras de arroz irrigado tem o potencial de melhorar as características físicas, químicas e biológicas do solo e acelerar as reações de oxirredução durante o alagamento, proporcionando maior disponibilidade de nutrientes para as plantas, que respondem com maior crescimento e maior absorção de nutrientes. Com o objetivo de determinar a concentração de nutrientes na solução do solo e quantificar a absorção de nutrientes e o crescimento de plantas de arroz submetidas a quantidades crescentes de resíduos de azevém aplicadas na superfície do solo, foi conduzido um experimento em casa de vegetação. O experimento foi delineado em blocos ao acaso, com três repetições, sendo utilizadas como tratamentos doses de resíduos de azevém (0,0; 1,25; 2,5; 5,0; 7,5 e 10,0Mg ha-1) aplicadas na superfície de um Planossolo. Sementes de arroz pré-germinadas da cultivar 'BRS 7 Taim' foram semeadas na superfície do solo, que foi alagado 15 dias após, e as plantas foram cultivadas por um período de 45 dias. Nas plantas de arroz, foram avaliados a massa seca da parte aérea e os teores dos nutrientes: N, K, P, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu e Zn. Na solução do solo, foram avaliados o potencial redox (Eh), o pH e as concentrações de Mn, Fe, K, Ca e Mg. Os resultados mostraram que a adição de doses crescentes de resíduos de azevém na superfície do solo alagado, até a dose máxima de 10Mg ha-1, intensificou o processo de oxirredução do solo, aumentando a concentração de Mn, Fe, Ca, Mg e K na solução do solo, aumentou os teores de K e Fe na parte aérea das plantas de arroz e aumentou a massa seca de arroz.

The incorporation of ryegrass residues on the soil in rice irrigated fields can improve the physical, chemical and biological soil properties. It can also accelerate the redox reaction during the soil flooding, allowing a higher availability of nutrients to the plants, which responds with a higher growing and nutrient absorptions. The objectives of this research are to quantify the nutrient absorptions, the rice crop growing, and to determine the concentration of nutrients in the soil solution on a flooding Albaqualf soil. For this, increasing doses of ryegrass residues were applied in the soil surface. A greenhouse experiment was carried out using a randomized complete block design with six doses of ryegrass residues (0.0; 1.25; 2.5; 5.0; 7.5 and 10.0Mg ha-1) applied to the soil surface. Cultivar 'BRS 7 Taim' pre-germinated seeds were sown in plastic pots. The soil in the pots was flooded 15 days after this procedure and plants were hept in this condition for an additional 45 days. In the rice plants were evaluated the dry matter weight of the shoots and the following nutrients: N, K, P, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu and Zn. In the soil solution were evaluated the redox potential (Eh), pH, and the concentration of Mn, Fe, K, Ca, Mg. Results show that the addition of increasing doses of ryegrass residues in the flooded soil surface until 10Mg ha-1 strengthened the soil redox reaction process increasing the concentration of Mn, Fe, Ca, Mg and K in the soil solution. It also increased the K and Fe contents in the aerial part of rice plants as well increased their dry matter weight.

Geração de espécies reativas por exossomos plaquetários: um possível novo mecanismo de disfunção vascular na sepse / Generation of reactive oxygen species by platelet-derived exosomes: a possible novel mechanism of vascular dysfunction in sepsis

Sepse, a resposta do organismo a uma infecção, está associada a altas taxas de mortalidade. A razão pela qual um mecanismo protetor resulta num quadro clínico fatal permanece inexplicada. Em trabalho prévio nosso grupo demonstrou que exossomos de origem plaquetária são os mais frequentes em plasma de pacientes com choque séptico e que estes podem induzir apoptose em células musculares lisas vasculares e células endoteliais em cultura. Demonstramos ainda que tais exossomos possuíam uma fonte enzimática de ROS, uma NADPH oxidase cuja atividade poderia estar associada à indução da apoptose (Janiszewski et al., 2004). No presente trabalho, nós buscamos criar um modelo de geração ex vivo de exossomos similares aos encontrados em pacientes sépticos e identificar possíveis vias responsáveis pela liberação destes e seus efeitos. Choque séptico é uma condição relacionada com exposição a lipopolissacarídeo (LPS) e geração de alta quantidade de trombina, TNF e espécies reativas de nitrogênio. Através de citometria de fluxo revelamos que plaquetas humanas expostas ao doador de NO dietilamina-NONOato e ao LPS geraram exossomos similares àqueles encontrados em pacientes com choque séptico, expondo alta quantidade de tetraspaninas CD9, CD63 e CD81 mas pouca fosfatidilserina. Por outro lado, plaquetas expostas à trombina ou TNF liberaram partículas com características claramente distintas, com alta exposição de fosfatidilserina e baixa de tetraspaninas. Assim como os exossomos sépticos, os exossomos obtidos pela exposição de NO e LPS geraram radical superóxido e NO, como demonstrado pela quimioluminescência da lucigenina (5M) e celenterazinina (5M) e pela fluorescência da 4,5-diaminofluoresceína (10mM) e 2,7-diclorofluoresceína (10mM). A análise por Western Blot nos permitiu identificar as subunidades Nox1, Nox2 e p22phox da NADPH oxidase e a isoforma induzível da enzima NO sintase (NOS) nesses exossomos. Como esperado, inibidores da NOS e da NADPH oxidase...

Sepsis, the bodys response to infection, is associated with high mortality rates. Why a protective mechanism turns into a deadly clinical picture is a matter of debate, and goes largely unexplained. In previous work we demonstrated that plateled derived exosomes are found in the plasma of septic patients with septic shock and can induce endothelial and vascular smooth muscle cell apoptosis in culture through an enzymatic superoxide source (Janiszewski et al., 2004). In this work we sought to create a model for ex vivo generation of exosomes, and to identify the pathways responsible for ROS release by exosomes and their effects. Septic shock is a condition related to exposure of lipopolysaccharide (LPS), generation of high amounts of thrombin, TNF and nitrogen reactive species. Through flow cytometry we demonstrated that human platelets exposed to the NO-donor diethylamine-NONOate, and to LPS, generated exosomes similar to those found in the blood of septic shock patients, with high exposure of the tetraspanin CD9, CD63, and CD81, but little phosphatidylserine. On the other hand, platelets exposed to thrombin or TNF released particles with clearly distinct characteristics, such as high phosphatidylserine and low tetraspanin. Like the septic exosomes, the exosomes obtained by NO and LPS exposure generated superoxide radical and NO, as disclosed by lucigenin and coelenterazine chemiluminescence and by 4,5-diaminofluorescein and 2,7-dichlorofluorescein fluorescence. Western Blot analysis revealed the presence of Nox1, Nox2 and p22phox NADPH oxidase subunits and the inducible isoform of NO synthase (NOS) in these exosomes. As expected, NOS inhibitors or NADPH oxidase inhibitors significantly reduced the fluorescence and chemiluminescente signals. In addition, endothelial cells exposed to NO or LPS generated exosomes underwent apoptotic death, while control exosomes had no effects on apoptosis. NADPH oxidase as well as NOS inhibition significantly reduced...