Thiamine deficiency contributes to synapse and neural circuit defects

BACKGROUND: The previous studies have demonstrated the reduction of thiamine diphosphate is specific to Alzheimer's disease (AD) and causal factor of brain glucose hypometabolism, which is considered as a neurodegenerative index of AD and closely correlates with the degree of cognitive impairment. The reduction of thiamine diphosphate may contribute to the dysfunction of synapses and neural circuits, finally leading to cognitive decline. RESULTS: To demonstrate this hypothesis, we established abnormalities in the glucose metabolism utilizing thiamine deficiency in vitro and in vivo, and we found dramatically reduced dendrite spine density. We further detected lowered excitatory neurotransmission and impaired hippocampal long-term potentiation, which are induced by TPK RNAi in vitro. Importantly, via treatment with benfotiamine, Aß induced spines density decrease was considerably ameliorated. CONCLUSIONS: These results revealed that thiamine deficiency contributed to synaptic dysfunction which strongly related to AD pathogenesis. Our results provide new insights into pathogenesis of synaptic and neuronal dysfunction in AD.

Parámetros productivos y sanguíneos en pollos de carne suplementados con cocarboxilasa / Productive and blood performance of broiler supplemented with cocarboxylase

El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la cocarboxilasa sobre los parámetros productivos y niveles sanguíneos de glucosa y lipídos en pollos de carne. Fueron utilizados 11004 pollos machos de 1 día de edad los cuales fueron distribuidos al azar en 3 tratamientos con 4 repeticiones (917 pollos por cada repetición) y criados de forma convencional por 42 días. Los grupos formados fueron T1 (Dieta convencional), T2 (Dieta modificada, reducción del porcentaje de aceite de soya y la adición de cocarboxilasa) y T3 (Dieta modificada, reducción del porcentaje de aceite de soya y sin cocarboxilasa). El grupo tratado con cocarboxilasa (T2) obtuvo mayor peso final y ganancia de peso comparado con los otros dos tratamientos. La inclusión de cocarboxilasa tuvo influencia positiva en el peso por lo que podria ser utilizada como reemplazo parcial del aceite de soya utilizado en la dieta de pollos de carne.

The aim of this study was to evaluate the effect of cocarboxylase on productive performance, blood glucose and lipid profile in broilers. A total of 11004 one-day-old male broiler chickens were randomly allocated into 1 of 3 treatments with 4 replicates per treatment (917 chickens per replicate) and conventionally reared until 42 days old. The treatments were T1 (Conventional diet), T2 (Modified diet, reducing a percentage soybean oil and the addition of cocarboxylase) and T3 (Modified diet, reducing a percentage soybean oil without cocarboxylase). Broilers supplemented with cocarboxylase (T2) resulted in higher final weight and weight gain compared with the others treatments. The inclusion of cocarboxylase had positive influence on weight, which suggests its usefulness as a partial replacement of the oil used in chicken diets.

Can thiamine pyrophosphate prevent desflurane induced hepatotoxicity in rats?

ABSTRACT PURPOSE : To investigate the effects of thiamine pyrophosphate (TPP) against desflurane induced hepatotoxicity. METHODS : Thirty experimental animals were divided into groups as healthy (HG), desflurane control (DCG) , TPP and desflurane group (TDG). 20 mg/kg TPP was injected to intraperitoneally TDG. After one hour of TPP administration, desflurane was applied for two hours. After 24 hours, liver tissues of the animals killed with decapitation were removed. The oxidant/antioxidant levels and ALT, AST and LDH activities were measured. The histopathological examinations were performed in the liver tissues for all rats. RESULTS : Notwithstanding the levels of oxidants and liver enzymes were significantly increased (p<0.0001), antioxidant levels were significantly decreased in DCG (p<0.0001). On contrary to the antioxidant parameters were increased (p<0.05) the oxidant parameters and liver enzymes were decreased in TDG (p<0.0001). Whereas multiple prominent, congestion, hemorrhage and dilatation were observed in sinusoids and lymphocyte-rich inflammation results in the centrilobular and portal areas of liver tissue in DCG, these findings were observed less frequently in TDG. CONCLUSİON : Thiamine pyrophosphate prevented liver oxidative damage induced with desflurane and may be useful in prophylaxis of desflurane induced hepatotoxicity.

Implantação de um método para determinação da atividade da transcetolase eritrocitária para avaliação indireta da tiamina / Implementation of a method for determining the erythrocyte transketolase activity for indirect evaluation of thiamin

O teste de ativação da transcetolase eritrocitária (TK-E) pelo pirofosfato de tiamina (TPP) exógeno é um método indireto para mensurar a tiamina (vitamina B1). A diminuição da atividade da transcetolase eritrocitária e o aumento da estimulação in vitro com o TPP maior do que 17 % indicam deficiência de tiamina. Este é um método plausível, pois são nos eritrócitos que estão concentradas a maior parte desta vitamina. Em virtude de surtos de beribéri que tem ocorrido no Brasil desde 2006, o Instituto Adolfo Lutz (IAL), como Laboratório Central de Saúde Pública, propôs a implantação desse método para auxiliar na investigação de novos surtos ou de casos isolados. Foram avaliados o teste de precisão, a linearidade, a estabilidade do hemolisado e da amostra, e estimados os limites de detecção e de quantificação. A atividade da TK-E sem ativação pelo TPP foi de 0,732 UI/gHb e com ativação foi de 0,827 UI/gHb. Todos os resultados dos parâmetros avaliados neste estudo apresentaram-se dentro dos critérios de aceitabilidade garantindo-se a confiabilidade do método. Fica, assim, disponível mais um ensaio bioquímico para a Rede Pública de Saúde, mas ainda necessário definir os valores de referência para estabelecer os limites clínicos da deficiência de tiamina.

Erythrocyte transketolase activation test (TK-E) by exogenous thiamine pyrophosphate (TPP) is an indirect method to measure thiamine (vitamin B1). The decrease in the erythrocyte transketolase activity and the increase of in vitro stimulation with TPP greater than 17 % indicate thiamine deficiency. It is a reasonable method as the major portion of this vitamin are concentrated in erithrocytes. Due to the beriberi outbreaks that have occurred in Brazil since 2006, the Adolfo Lutz Institute (IAL), as a Central Public Health Laboratory, proposed the implementation of this method to give support to the investigation on the new outbreaks or isolated cases. The evaluated parameters were precision, linearity, hemolysate and sample stability, and the limits of detection and quantification were estimated. The TK-E activity without activation by TPP was 0.732 UI/gHb, and with activation was 0.827 UI/gHb. All of the results obtained from the evaluated parameters showed to be within the eligibility criteria, ensuring the reliability of the proposed methods. Thus, this method showed to be adequate as biochemical assay for the Public Health Network. However, there is a need to define the reference values to establish the clinical limits of thiamine deficiency.

Eficacia del pirofosfato de tiamina o cocarboxilasa en el rescate del pie diabético / Efficacy of thiamine pyrophosphate or carboxylase in the salvage of diabetic foot

El pie diabético representa una de las complicaciones más comunes en pacientes que han tenido una larga evolución. La etiología se circunscribe a la neuropatía, infecciones e isquemia, que actuando en conjunto contribuyen a la secuencia de necrosis tisular, ulceración y gangrena. Lo difícil que resulta su tratamiento hace necesaria la búsqueda de opciones que colaboren en la resolución de esta problemática, que se centra en la hiperglucemia crónica como detonante. El pirofosfato de tiamina o cocarboxilasa realiza múltiples actividades metabólicas y no metabólicas que han sido consideradas importantes en la solución de las alteraciones del diabético por lo que en el presente trabajo se muestran los resultados al emplearlo en pacientes con pie diabético. En un período comprendido entre Enero de 1998 y Julio de 2012 se trataron 29 pacientes con pie diabético: 19 Wagner tipo III y 12 Wagner tipo IV. El manejo consistió en administrar antibióticos, procedimientos quirúrgicos parciales y pirofosfato de tiamina. Se logró el control del proceso infeccioso, la aparición de tejido de granulación y cicatrización de la lesión en un período comprendido entre 2 y 6 meses de acuerdo a la gravedad del problema. Por los datos clínicos y la evolución de los pacientes, se concluye que la administración del pirofosfato de tiamina permitió el control de las disfunciones metabólicas y no metabólicas que conducen a las complicaciones del diabético, por lo que se debe considerar una herramienta para el tratamiento de los diabéticos en general y para el rescate del pie diabético en particular.

Diabetic foot represents one of the most common complications in patients with a long standing disease. The etiology is neuropathy, infections and ischemia that together contribute to the sequence of tissue necrosis, ulceration and gangrene. Since treatment is very difficult, we must look for several options to solve these problems caused by chronic hyperglycemia. Thiamine pyrophosphate or carboxylase perform multiple metabolic and non-metabolic activities that are considered important in the resolution of diabetic impairments, therefore, this work shows the results when using it in patients with diabetic foot. 29 patients with diabetic foot were treated between January 1998 and July 2012: 19 Wagner type III and 12 Wagner type IV. Management was the administration of antibiotics, partial surgical procedures and thiamine pyrophosphate. The infectious process was controlled, the appearance of granulation tissue and scarring of the lesion in a period of 2 to 6 months depending on the severity of the problem. Given the clinical data and evolution of the patients, we conclude that the administration of thiamine pyrophosphate was able to control metabolic and non-metabolic dysfunctions that lead to complications in diabetic patients, therefore we must consider it a tool in the treatment of diabetic patients in general and for diabetic foot salvage in particular.

El pirofosfato de tiamina reduce el daño celular inducido por hipoxia en el cerebro de ratas neonatas / Thiamine pyrophosphate reduces hypoxia-induced cellular damage in neonatal rat brain

La encefalopatía por hipoxia es causa de discapacidad y requiere de nuevas estrategias terapéuticas. El pirofosfato de tiamina (PPT) es un cofactor esencial de enzimas fundamentales en el metabolismo de la glucosa, cuya disminución puede conducir a la falla en la síntesis de ATP y a la muerte celular. El objetivo de este estudio fue determinar si la administración de PPT, puede reducir el daño celular en un modelo de hipoxia neonatal en ratas. Animales de 11 días de edad fueron tratados con PPT (130 mg/kg) en dosis única o solución salina, una hora antes del protocolo de hipoxia o al término de ésta. Los cerebros fueron colectados para la evaluación del daño celular. Además, se tomaron muestras sanguíneas para evaluar los indicadores gasométricos de presión de dióxido de carbono (PaCO2) y de oxígeno (PaO2) en sangre arterial y pH. Los resultados muestran que la administración de PPT previa a la inducción de hipoxia, reduce el daño celular y restablece los indicadores gasométricos. Estos datos indican que el uso de PPT reduce el daño inducido por la hipoxia en animales neonatos.

Hypoxic encephalopathy is a leading cause of disability and requires new therapeutic strategies. Thiamine pyrophosphate (TPP) is an essential cofactor of fundamental enzymes involved in glucose metabolism. TPP reduction may lead to ATP synthesis failure and cell death. The objective of this study was to determine if TPP administration can reduce cellular damage in a model of neonatal hypoxia in rats. Eleven day old animals were treated with TPP (130 mg/kg) as a single dose or with saline solution one hour before the hypoxia protocol or after ending the protocol. The brains were collected to evaluate cellular damage. Blood samples were also collected to evaluate arterial oxygen tension (PaO2), carbon dioxide tension (PaCO2) and acidity (pH). The results showed that TPP administration previous to hypoxia induction reduces cellular damage and reestablishes arterial blood gases. These data indicate that TPP use reduces the damage induced by hypoxia in neonatal animals.

A Korean Female Patient with Thiamine-responsive Pyruvate Dehydrogenase Complex Deficiency Due to a Novel Point Mutation (Y161C)in the PDHA1 Gene

Pyruvate dehydrogenase complex (PDHC) deficiency is mostly due to mutations in the X-linked E1alpha subunit gene (PDHA1). Some of the patients with PDHC deficiency showed clinical improvements with thiamine treatment. We report the results of biochemical and molecular analysis in a female patient with lactic acidemia. The PDHC activity was assayed at different concentrations of thiamine pyrophosphate (TPP). The PDHC activity showed null activity at low TPP concentration (1 x 10(-3) mM), but significantly increased at a high TPP concentration (1 mM). Sequencing analysis of PDHA1 gene of the patient revealed a substitution of cysteine for tyrosine at position 161 (Y161C). Thiamine treatment resulted in reduction of the patient's serum lactate concentration and dramatic clinical improvement. Biochemical, molecular, and clinical data suggest that this patient has a thiamine-responsive PDHC deficiency due to a novel mutation, Y161C. Therefore, to detect the thiamine responsiveness it is necessary to measure activities of PDHC not only at high but also at low concentration of TPP.

Regulation of mammalian pyruvate dehydrogenase complex by phosphorylation: complexity of multiple phosphorylation sites and kinases

This review summarizes the recent developments on the regulation of human pyruvate dehydrogenase complex (PDC) by site-specific phosphorylation by four kinases. Mutagenic analysis of the three phosphorylation sites of human pyruvate dehydrogenase (E1) showed the site-independent mechanism of phosphorylation as well as site-independent dephosphorylation of the three phosphorylation sites and the importance of each phosphorylation site for the inactivation of E1. Both the negative charge and size of the group introduced at site 1 were involved in human E1 inactivation. Mechanism of inactivation of E1 was suggested to be site-specific. Phosphorylation of site 1 affected E1 interaction with the lipoyl domain of dihydrolipoamide acetyltransferase, whereas phosphorylation site 3 appeared to be closer to the thiamine pyrophosphate (TPP)-binding region affecting coenzyme interaction with human E1. Four isoenzymes of pyruvate dehydrogenase kinase (PDK) showed different specificity for the three phosphorylation sites of E1. All four PDKs phosphorylated sites 1 and 2 in PDC with different rates, and only PDK1 phosphorylated site 3. PDK2 was maximally stimulated by the reduction/acetylation of the lipoyl groups of E2. Presence of the multiple phosphorylation sites and isoenzymes of PDK is important for the tissue-specific regulation of PDC under different physiological conditions.

Thiamin and riboflavin status of medical inpatients.

Thiamin status was assessed by erythrocyte transketolase activity (ETKA) and thiamin pyrophosphate effect (TPPE) and riboflavin status by erythrocyte glutathione reductase activity (EGRA) and activity coefficient (AC) in 165 medical inpatients in Ramathibodi Hospital. Based on TPPE > 15 per cent, 9 per cent of the medical inpatients had thiamin depletion. Most of them were patients with renal, cardiovascular, hematological and infectious diseases. Based on AC > or = 1.2, 17 per cent of these inpatients had riboflavin depletion. Most of them were patients with pulmonary, cardiovascular and hematological diseases. Only one patient with pulmonary disease had both thiamin and riboflavin depletion. The proportion of thiamin depletion (2/37) in subjects with thiamin supplementation (mean 32.4, median 6, mode 2 md/d) tended to be less than those without (9/98). But, subjects with riboflavin supplementation (mean 3.3, median 4, mode 1 md/d) had the proportion of riboflavin depletion (0/31) significantly (Z-test, p < 0.005) lower than without supplementation (23/104). The data suggested that although the usual dose of vitamin supplementation in medical inpatients is beneficial thiamin depletion can still be present in catabolic patients.

Actividad de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa en pacientes diabéticos tratados con pirofosfato de tiamina o cocarboxilasa / Activity of clucose-6-phosphate dehydrogenase on diabetic patients treated with thiramine pyrophosphate or cocarboxilase

Trabajos realizados con anterioridad tanto a nivel clínico como experimental en el Instituto de Investigaciones Cientificas Hans Selye, permiten proponer que la cocarboxilasa o pirofosfato de tiamina (PPT) estable en solución, al aplicarse a pacientes con hiperglucemia, mejora la incorporación de la glucosa a los tejidos. Con base en tales hechos, un posterior estudio pretende analizar si el PPT ejerce acción alguna sobre el ciclo de las pentosas. Para demostrar esto, se estudió la conducta de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G-6-PD) en el eritrocitos humanos, toda vez que su actividad se ha encontrado disminuida en los pacientes afectados por diabetes mellitus. Para comprobarlo se seleccionaron 10 pacientes de uno y otro sexo, de 45 a 70 años de edad y con diagnóstico de diabetes tipo II. De cada uno se tomó una muestra sanguínea antes de iniciar el traqtamiento con PPT y posteriormente a los 15, 30, 60, 90 y 120 días después de obtener la primera muestra, a fin de determinar la actividad de G-6-PD, así como las de glucosa, colesterol total, HDL, LDL, triglicériados y hemoglobina glucosilada. Los resultados obtenidos demuestran que la glucemia tiende a registrar niveles normales, alcanzando una recuperación física plena en 70 por ciento de los pacientes; en 100 por ciento de ellos también se normalizaron los niveles de colesterol y de triglicéridos. La hemoglobina glucosilada disminuye considerablemente en relación con los valores registrados antes de iniciar el tratamiento. Con respecto a la actividad de la G-6-PD, los autores observaron que ésta se incrementa, en promedio, de 3 a 5 U/g de hemoglobina en los pacientes hiperglucémicos: el máximo incremento de actividad se registra entre el segundo y tercer mes de tratamiento, lo cual indica que PPT participa en: 1) la incorporación de glucosa al interior de los eritrocitos, toda vez que dicha sustancia disminuye la glucosa sérica: 2) la utilización de la glucosa en el metabolismo de esta célilas, y 3) el ciclo de las pentosas, dado que la actividad de la G-6-PD aumenta en forma considerable.

Utilidad del pirofosfato de tiamina (cocarboxilasa) estable en solución en dos casos posinfarto del miocardio / Usefulnes of solution-stable tiamyne pyrophosphate (cocarboxylase) on two cases of postmyocardial infarction

En este estudio clínico se analizó el papel central que desempeña la cocarboxilasa (pirofosfato de tiamina) en el metabolismo energético celular, en particular en el tejido miocárdico, cuya dependencia de la energía es absolutamente constante. Se estudiaron dos casos de posinfarto agudo del miocardio, en los cuales la zona de necrosis desapareció después del tratamiento con cocarboxilasa con sus enlaces de fosfato estables en solución fisiológica. En uno de estos pacientes se mostró lisis completa de un trombo

Pirofosfato de tiamina como terapia preventiva y regenerativa delproceso de envejecimiento de los diábeticos / Thiamine pyrophosphate as a preventive and regenerative therapy in the aging of diabetics

Se han postulado diversas teorías sobre el envejecimiento, pero en el trabajo sólo se contempla a la depleción de la energía metabólica como causa inmediata y sustancial de los procesos degenerativos, cuya manifestación más visible es la disminución progresiva de las funciones normales del organismo, que se traduce en la pérdida gradual de la energía de adaptación y finaliza con la muerte. La falla de oxidación completa de la glucosa explica la merma energética sufrida por cualquier organismo aerobio, que exhibe una serie de eventos a nivel molecular, celular y orgánico consecuentes a un bloque del efecto Pasteur ocasionado por el efecto Crabtree. Por tal motivo, se escogió a la diabetes como modelo de envejecimiento prematuro y al pirofosfato de tiamina (PPT) o cocarboxilasa como terapia preventiva y degenerativa

Evaluación preliminar de la cocarboxilasa en la protección del miocardio isquémico / Preliminary evaluation of the cocarboxylase in the protection of schemic myocardium

La cocarboxilasa (CC), conocida también como pirofosfato de tiamina, es una coenzima importante para la síntesis de piruvato deshidrogenasa. La deshidrogenasa pirúvica es la enzima reguladora para el catabolismo del piruvato y posiblemente una enzima clave involucrada en la recuperación del miocardio isquémico. Se desarrolló una solución estable de CC y se agregaron concentraciones diferentes de CC a la solución cardiopléjica para evaluara la efectividad de este compuesto en la proteción del paro cardiaco. Se indujo cardioplejía en 47 corazones aislados de ratas perfundidos en una preparación de trabajo. La solución para el parao del corazón se perfundió a una presión de 40 mmHg y a una temperatura de 28-C durante dos minutos. Los corazones se congelaron al final de la isquemia global o al final de la reprefusión, y se hicieron determinaciones en cada corazón, de los niveles de ATP, fosfato de creatina, y lactato. La capacidad hemodinámica se midió antes y después de la cardioplejía. Una mejoría significativa en los parámetros hemodinámicos y metabólico se observó en los corazones sometidos al paro cardiaco electivo con solución cardiopléjica que contenía CC. Tambíen se encontró una respuesta dependiente de la concentración de CC. Concluimos que la CC seríaa un aditivo efectivo a nuestra solución cardiopléjica. Apoyada por HIH Grant HL-32231

Encefalopatia de Wernicke: control de la enzima tiamina pirofosfato en sangre, en 30 pacientes con alteración del estado de conciencia, que consultaron en el Departamento de Medicina Interna del Hospital General San Juan de Dios

En nuestro pais, Guatemala, nunca se habia investigado lo que es la encefalopatia de Wernicke que traducido se refiere a la deficiencia de la Tiamina (Vitamina B1)/. Para poder realizar nuestra investigación tomamos una muestra de 30 pacientes, adultos de uno y otro sexo, excluyéndose los pacientes que presentaban alteraciones del estado de conciencia con diagnóstico de hipertensión arterial, accidente cerebro vascular, alcohólicos, abcesos cerebrales, (alcohólicos) o traumatismo cerebral. Que ingresaron por bez primera al hospital sin diagnóstico; al llegar el paciente a la emergencia, inmediatametne se procedió extraer 5 cc de sangre, la que se centrifugaba, se extraia el suero. El cual se hacia reaccionar posteriormente con 4 reactivos (blanco muestra Standar y control) específico para medir el incremento en sangre de la enzima Tiamina pirofosfato (ver metododologia)

Consumo de glucosa bajo acción de una cocarboxilasa no degradable, utilizando cianuro como estimulante / Consuption of glucose under the action of a non degradable cocaiboxilase using cyamide as stimulant

Se determinó la variación del consumo de glucosa, por acción de una cocarboxilasa no degradable en animal sano y en animal intoxicado con cianuro como estimulante, midiendo las alteraciones electrofisiológicas de los quimiorreceptores aórticos y carotídeos. La conclusión fue que la cocarboxilasa no degradable inteviene en el metabolismo de la glucosa favorecendo funcional y notoriamente al músculo cardiaco sometido a la anoxia del cianuro, el cual reproduce masivametne los efectos de la isquemia

The vitamin B1, B2 and B6 status of school children in two resettlement areas in Northeast Thailand.

The vitamin B1, B2 and B6 status of school children were studied in the Khon Kaen resettlement and irrigation area and in the Lam-takong settlement in northease Thailand using the in vitro tests based on the erythrocyte transketolase, glutathione reductase and glutamate-oxaloacetate transaminase activities. Healthy school children from the Khon Kaen University School were selected as a reference group. The results demonstrate that the vitamin B1 status in the resettlement area is sufficient, but about 20% to 35% of all the children show evidence of vitamin B2 and B6 deficiencies. It is noticed that besides a high prevalence of parasitic infections and poor hygienic conditions the protein and vitamin intake is low and improvement of the situation is necessary.