L’excitotoxicité est un mécanisme physiopathologique majeur impliqué dans la pathogenèse de la déficience en thiamine (DT). Dans les régions cérébrales vulnérables à la DT, on observe une mort cellulaire induite par excitotoxicité dont l’origine semble être la conséquence d’une perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial, d’une dépolarisation membranaire soutenue et d’une diminution de l’absorption du glutamate par les astrocytes suite à la diminution de l’expression des transporteurs EAAT1 et EAAT2. Il est clairement établi que le glutamate joue un rôle central dans l’excitotoxicité lors de la DT. Ainsi, la mise en évidence des mécanismes impliqués dans la diminution de l’expression des transporteurs du glutamate est essentielle à la compréhension de la physiopathologie de la DT. L’objectif de cette thèse consiste en l’étude de la régulation des transporteurs astrocytaires du glutamate et la mise au point de stratégies thérapeutiques ciblant la pathogenèse de l’excitotoxicité lors de l’encéphalopathie consécutive à la DT. Les principaux résultats de cette thèse démontrent des perturbations des transporteurs du glutamate à la fois dans des modèles animaux de DT et dans des astrocytes en culture soumis à une DT. La DT se caractérise par la perte du variant d’épissage GLT-1b codant pour un transporteur du glutamate dans le thalamus et le colliculus inférieur, les régions cérébrales affectées lors d’une DT, en l’absence de modification des niveaux d’ARNm. Ces résultats suggèrent une régulation post-transcriptionnelle de l’expression des transporteurs du glutamate en condition de DT. Les études basées sur l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques des facteurs de transcription NFkB et de l’enzyme nucléaire poly(ADP)ribose polymérase-1 (PARP-1) démontrent que la régulation de l’expression du transporteur GLT-1 est sous le contrôle de voies de signalisation NFkB dépendantes de PARP-1. Cette étude démontre une augmentation de l’activation de PARP-1 et de NFkB dans les régions vulnérables chez le rat soumis à une DT et en culture d’astrocytes DT. L’inhibition pharmacologique du facteur de transcription NFkB par le PDTC induit une augmentation des niveaux d’expression de GLT-1, tandis que l’inhibition de PARP-1 par le DPQ conduit à l’inhibition de l’hyperactivation de NFkB observée lors de DT. L’ensemble de ces résultats met en évidence un nouveau mécanisme de régulation des transporteurs du glutamate par l’activation de PARP-1. L’accumulation de lactate est une caractéristique de la DT. Un traitement avec le milieu de culture d’astrocytes en condition de DT sur des cultures d’astrocytes naïfs induit une diminution de l’expression de GLT-1 ainsi qu’une inhibition de la capacité d’absorption du glutamate par les astrocytes naïfs. En revanche, l’administration de lactate exogène ne modifie pas le niveau d’expression protéique de GLT-1. Ainsi, des facteurs solubles autres que le lactate sont sécrétés par des astrocytes en condition de perturbation métabolique et peuvent potentiellement réguler l’activité des transporteurs du glutamate et contribuer à la pathogenèse du syncytium astroglial. En outre, la ceftriaxone, un antibiotique de la famille des β-lactamines, augmente de façon différentielle l’expression du variant-d’épissage GLT-1 dans le colliculus inférieur chez le rat DT et en culture d’astrocytes DT. Ces résultats suggèrent que la ceftriaxone peut constituer une avenue thérapeutique dans la régulation de l’activité des transporteurs du glutamate lors de DT. Pour conclure, la mort cellulaire d’origine excitotoxique lors de DT survient en conséquence d’une dysfonction mitochondriale associée à une perturbation du métabolisme énergétique cérébral. La modification de l’expression des transporteurs du gluatamate est sous le contrôle des voies de signalisation NFkB dépendantes du facteur PARP-1. De plus, l’inhibition métabolique et l’augmentation des sécrétions de lactate observées lors de DT peuvent également constituer un autre mécanisme physiopathologique expliquant la diminution d’expression des transporteurs de glutamate. Enfin, la ceftriaxone pourrait représenter une stratégie thérapeutique potentielle dans le traitement de la régulation de l’expression des transporteurs du glutamate et de la perte neuronale associés à l’excitotoxicité observée lors de DT. / Excitotoxicity has been implicated as a major pathophysiological mechanism in the pathogenesis of thiamine deficiency (TD). Excitotoxic-mediated cell death is localized in areas of focal vulnerability in TD and may occur as a consequence of impairment in mitochondrial energy metabolism, sustained cell membrane depolarization and decreased uptake of glutamate by astrocytes due to the loss of excitatory amino acid transporters, (EAAT1 and EAAT2). Over the years, a number of studies have identified glutamate as being a major contributor to excitotoxicity in the pathophysiology of TD. Thus, downregulation of astrocytic glutamate transporters resulting in excitotoxicity is a key feature of TD and understanding the regulation of these transporters is essential to understanding the pathophysiology of the disorder. The objective of the present thesis project was to examine the underlying basis of astrocytic glutamate transporter regulation during TD encephalopathy. Major findings of the studies presented in this thesis project provide evidence for glutamate transporter abnormalities in TD animal models and astrocyte cultures exposed to TD. TD results in the loss of the glutamate transporter splice variant-1b (GLT-1b) in vulnerable areas of brain, i.e. thalamus and inferior colliculus, with no significant alteration in the mRNA levels of the transporters, suggesting that glutamate transporter regulation under conditions of TD is a posttranscriptional event. Studies using a specific inhibitor of the transcription factor, Nuclear factor-kappa B (NF-κB) and a nuclear enzyme poly (ADP)ribose polymerase-1 (PARP-1) provided evidence for the regulation of GLT-1 by PARP-1 dependent NF-κB signalling pathways. The major findings of this study suggested an increase in the activation of PARP-1 and NF-κB molecule in the vulnerable areas of TD rat brain and TD astrocyte cultures. Pharmacological inhibition of NF-κB showed an increase in the levels of GLT-1, while inhibition of PARP-1 using a specific PARP-1 inhibitor, DPQ inhibited the increased activation of NF-κB that was observed during TD. Overall results of this finding provided evidence for a mechanism involving PARP-1 activation in the regulation of glutamate transporters. Given the increased lactate accumulation as a classical feature of TD, we studied the effect of soluble factors produced by astrocytes on glutamate transporter function. Treatment of naïve astrocyte cultures with TD conditioned media resulted in decreased levels of GLT-1 and inhibition of glutamate uptake capacity concomitant with a loss of mitochondrial membrane potential. Administration of exogenous lactic acid produced a similar reduction in glutamate uptake to that resulting from conditioned media. However, lactic acid treatment did not result in a change in GLT-1 protein levels. In addition, the pro-inflammatory cytokine TNF-α was shown to be increased in astrocytes treated with TD along with elevated levels of the phospho-IκB fragment, indicative of increased activation of NFκB. Inhibition of NFκB led to an amelioration of the decrease in GLT-1 that occurs in TD, along with recovery of glutamate uptake. Thus, soluble factors released from astrocytes under conditions of metabolic impairment such as lactate and TNF-α impairment appear to exert a regulatory influence on glutamate transporter function. Ceftriaxone, a β-lactam antibiotic, has the ability to differentially stimulate GLT-1b (splice-variant) expression in the inferior colliculus in TD rats and under in vitro conditions with TD astrocyte cultures. Thus, ceftriaxone may be a potential therapeutic strategy in the regulation of glutamate transporter function during TD. In summary, excitotoxic cell death in TD occurs as a consequence of mitochondrial dysfunction associated with cerebral energy impairment and abnormal glutamate transporter status. A major underlying mechanism for glutamate transporter abnormalities is mediated by PARP-1 dependent NF-κB signaling pathways. In addition, metabolic inhibition with substantial production of lactate and TNF-α may be perhaps another mechanism responsible for glutamate transporter downregulation in TD.

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Postula-se que o metabolismo do etanol gera substâncias de alta reatividade como o acetaldeído e radicais livres, que promovem o estresse oxidativo pelo excessivo consumo de substâncias do sistema antioxidante. Embora não haja consenso na literatura, o uso intravenoso de glicose em casos de intoxicação aguda por álcool é prática rotineira visando restabelecer a sobriedade do paciente através de um possível aumento do metabolismo do etanol. Apesar de se acreditar em um possível benefício do uso de glicose na intoxicação aguda por etanol, recentes estudos têm apontado que a hiperglicemia causa autoxidação da glicose, glicação de proteínas, e a ativação do metabolismo de polióis. Estas mudanças aceleram a geração de espécies reativas de oxigênio e aumento na oxidação de lipídios, DNA e proteínas em vários tecidos, pela produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs - Advanced glycation end products). Recentemente estudos têm apontado para um possível papel antioxidante da tiamina frente ao estresse oxidativo. Este trabalho teve como objetivo a padronização de uma técnica para dosagem de etanol por cromatografia gasosa a fim de se estudar os efeitos sobre o metabolismo desse álcool em ratos agudamente alcoolizados e submetidos a 3 tratamentos distintos que consistiram na administração de etanol na dose de 5g/kg peso, administração de etanol e posterior infusão endovenosa de glicose (0,06 mL de glicose em solução 50%/100 g de peso) ou administração de etanol e posterior infusão endovenosa de tiamina (0,143 mg/100 g de peso), bem como verificar os efeitos sobre o sistema antioxidante hepático, pela determinação das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (SRATB), glutationa reduzida (GSH) e vitamina E. A padronização da técnica por cromatografia gasosa para dosagem de etanol em sangue e urina foi realizada, obtendo-se bons resultados quanto à, precisão (C.V. entre amostras < 6%), exatidão (variação da recuperação < 15%) e linearidade (r=0,9991), o que permitiu analisar a alcoolemia e a excreção urinária dos grupos de ratos com diferentes tratamentos. Nesta determinação também foi possível a detecção de substâncias relacionadas ao metabolismo do etanol como, acetaldeído, acetona e metanol. Não foram observadas diferenças entre as curvas de etanolemia dos diferentes grupos. Entretanto, verificou-se uma excreção urinária cerca de 4 vezes maior no grupo que recebeu tiamina. Observou-se uma menor produção de substâncias relacionadas com a peroxidação lipídica (SRATB) e um menor consumo de antioxidantes (GSH e vitamina E) nos ratos tratados com tiamina, mesmo tendo-se verificado neste grupo uma manutenção da hiperglicemia até o período final de experimentação. Desta maneira, conclui-se que o tratamento com glicose no quadro de intoxicação aguda por etanol foi ineficaz na diminuição da etanolemia além de representar maior potencial de dano oxidativo. Em contraste, a tiamina mostrou-se eficaz principalmente no que diz respeito à manutenção do sistema antioxidante hepático. / It’s proposed that the metabolism of ethanol produces substances of high reactivity as acetaldehyde and free radicals, which promote oxidative stress through the excessive consumption of antioxidant substances. Although, there is no consensus in literature, the intravenous use of glucose in acute alcoholic intoxication, is a common practice, in tenting to recover soberness through the increase of ethanol metabolism. In spite of this possible benefit of the use of glucose in acute alcoholic intoxication, recent studies has showed that the hyperglycemia causes autoxidation of glucose, glycation of proteins and the activation of polyol metabolism. These changes speed up the generation of reactive oxygen species and the increase of lipid peroxidation, DNA and proteins oxidations in many tissues, through the production of advanced glycation end products (AGEs). Recently, some studies have pointed out for a possible antioxidant role of thiamine in oxidative stress. The aim of this study was to standardize a technique in order to dose ethanol using gas chromatography to study its effects in the alcohol metabolism in rats submitted to acute alcoholic intoxication and treatment in three distinct ways: 1) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg; 2) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of glucose (0,06 mL of 50% solution of glucose/100 g of weight), and, 3) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of thiamine (0,143 mg/100 g of weight). Also it has aimed to verify the effects on hepatic antioxidant system through the determination of thiobarbituric acid reactive substances, reduced glutathione and vitamin E. The standardization of the technique for gas chromatography to dose ethanol in blood and urine had fine results in relation of precision (C.V. among samples < 6%), accuracy (recovery variation < 15%) and linearity (r=0,9991), what permitted to analyze the alcoholemia and the urinary excretion of the groups of rats with distinct treatments. In this determination, it was also possible the detection of substances related to ethanol metabolism as acetaldehyde, acetone and methanol. It was not observed differences between the ethanolemia curves in the distinct groups. Although, it was encountered a urinary excretion about 4 times greater in the group that had received thiamine. It was observed a lesser production of substances related to lipid peroxidation (TBARS) and a lesser consumption of antioxidants (GSH and vitamin E) in rats treated with thiamine, in spite of that this group had keeped hyperglycemia until the last period of experimentation. Then, it can be concluded that the treatment with glucose in acute alcoholic intoxication was inefficient to diminish ethanolemia, besides it could provoke higher oxidative damage. In contrast, thiamine has showed to be efficient, mainly about the maintenance of hepatic antioxidant system.

Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

A forma ativa da vitamina B1, tiamina pirofosfato (TPP), é um cofator indispensável para certas enzimas que atuam no metabolismo de carboidratos e aminoácidos. Sua biossíntese se dá pela formação independente de suas partes componentes pirimidina e tiazol. Em procariotos a via de síntese para vitamina B1 já foi esclarecida, entretanto em eucariotos ainda existem ainda algumas lacunas a serem preenchidas. Em Arabidopsis thaliana a proteína Thi1 é possivelmente a responsável pela síntese do motivo tiazólico, uma vez que um composto relacionado a TPP foi encontrado em sua estrutura. Neste trabalho, Thi1 e seu mutante natural Thi1(A140V), o qual é responsável pela auxotrofia para tiamina numa linhagem mutante de A. thaliana, foram estudados com intuito de verificar a influência da mutação pontual na estrutura e na atividade de Thi1. As proteínas foram produzidas em E. coli e análises biofísicas usando anisotropia de fluorescência e Dicroísmo Circular (CD) mostraram diferenças consideráveis na estabilidade protéica. Estudos de desnaturação mostraram diferenças na temperatura de transição (Tm), de cerca de 4 ºC maior para Thi1, e na concentração de guanidina na qual metade das proteínas estavam desnaturadas, de 0,42 M para Thi1 e 0,24 M para Thi1(A140V). Os dados de anisotropia de fluorescência obtidos a partir da desnaturação térmica também confirmaram a maior instabilidade de Thi1(A140V) frente a Thi1. Para avaliar a presença e caracterizar o provável precursor de TPP em Thi1(A140V), foram também realizados ensaios de absorção, CD e infra-vermelho dos ligantes intrínsecos. Os resultados destas análises mostraram que as moléculas poderiam apresentar diferenças em seus grupos constituintes. Entretanto, os experimentos complementares de Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1D 1H e 2D TOCSY) revelaram que as diferenças observadas nas amostras dos ligantes, provenientes de Thi1 e de Thi1(A140V), tratavam-se na verdade de diferenças nas proporções de quatro populações distintas de compostos, compondo um pool de ligantes. Na amostra proveniente de Thi1(A140V), a população dominante correspondeu à molécula de adenosina difosfato, ADP. Ainda, embora em ambas as amostras o ADT tenha sido encontrado, aquela derivada de Thi1(A140V) apresentou uma população significativamente menor deste composto. Concluindo, os resultados demonstraram que a mutação A140V levou a uma maior instabilidade conformacional em Thi1 e, além disso, a presença de quantidades reduzidas de ADT em Thi1(A140V) sugerem que esta alteração tenha contribuído de alguma forma para a redução de sua atividade. / The active form of vitamin B1, Thiamine pyrophosphate (TPP), is an indispensable cofactor for some enzymes that act on carbohydrates and amino acids metabolism. Its biosynthesis requires the independent formation of its compounds, pyrimidine and thiazole. In prokaryotes, the vitamin B1 biosynthetic way has already been elucidated, but in eukaryotes there are some gaps to be filled. In Arabidopsis thaliana, the Thi1 protein is possibly responsible for the synthesis of the thiazole moiety, since a related compound to TPP was found in its structure. In this work, we have investigated Thi1 and its natural mutant Thi1(A140V), which is responsible for the thiamin auxotrophy in A. thaliana mutant line, to identify the role this mutation plays in the structure and activity of Thi1. The proteins were produced in E. coli and the results of biophysical analysis using fluorescence and Circular Dichroism (CD) showed considerable differences in the protein stability. Thermal and chemical unfolding studies have shown a difference in the melting temperature (around 4 ºC higher for Thi1) and concentration of guanidine at which half of the protein had unfolded (0,42 M for Thi1 and 0,24 M for Thi1(A140V)). The fluorescence anisotropy data obtained from thermal unfolding showed Thi1(A140V) is more unstable compared to Thi1. We have also carried out tests of absorption, CD and infra-red to assess the presence and to characterize the possible precursor of TPP in Thi1 (A140V). The results showed that the ligants could have different compositions. However, complementary results from NMR (1D 1H e 2D TOCSY) revealed that the difference observed in the ligant samples from both proteins were actually related to the proportion of four distinct compound population, representing a ligant pool. In the sample from Thi1(A140V), the dominant population corresponded to ADP. Besides, although both samples contained ADT, it was significantly less abundant in that one derived from Thi1(A140V). Concluding, the results demonstrated that the A140V mutation leaded to a more unstable conformation of Thi1 and, additionally, the presence of smaller amounts of ADT in Thi1(A140V) suggests this change might have contributed to reducing its activity.

Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

A forma ativa da vitamina B1, tiamina pirofosfato (TPP), é um cofator indispensável para certas enzimas que atuam no metabolismo de carboidratos e aminoácidos. Sua biossíntese se dá pela formação independente de suas partes componentes pirimidina e tiazol. Em procariotos a via de síntese para vitamina B1 já foi esclarecida, entretanto em eucariotos ainda existem ainda algumas lacunas a serem preenchidas. Em Arabidopsis thaliana a proteína Thi1 é possivelmente a responsável pela síntese do motivo tiazólico, uma vez que um composto relacionado a TPP foi encontrado em sua estrutura. Neste trabalho, Thi1 e seu mutante natural Thi1(A140V), o qual é responsável pela auxotrofia para tiamina numa linhagem mutante de A. thaliana, foram estudados com intuito de verificar a influência da mutação pontual na estrutura e na atividade de Thi1. As proteínas foram produzidas em E. coli e análises biofísicas usando anisotropia de fluorescência e Dicroísmo Circular (CD) mostraram diferenças consideráveis na estabilidade protéica. Estudos de desnaturação mostraram diferenças na temperatura de transição (Tm), de cerca de 4 ºC maior para Thi1, e na concentração de guanidina na qual metade das proteínas estavam desnaturadas, de 0,42 M para Thi1 e 0,24 M para Thi1(A140V). Os dados de anisotropia de fluorescência obtidos a partir da desnaturação térmica também confirmaram a maior instabilidade de Thi1(A140V) frente a Thi1. Para avaliar a presença e caracterizar o provável precursor de TPP em Thi1(A140V), foram também realizados ensaios de absorção, CD e infra-vermelho dos ligantes intrínsecos. Os resultados destas análises mostraram que as moléculas poderiam apresentar diferenças em seus grupos constituintes. Entretanto, os experimentos complementares de Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1D 1H e 2D TOCSY) revelaram que as diferenças observadas nas amostras dos ligantes, provenientes de Thi1 e de Thi1(A140V), tratavam-se na verdade de diferenças nas proporções de quatro populações distintas de compostos, compondo um pool de ligantes. Na amostra proveniente de Thi1(A140V), a população dominante correspondeu à molécula de adenosina difosfato, ADP. Ainda, embora em ambas as amostras o ADT tenha sido encontrado, aquela derivada de Thi1(A140V) apresentou uma população significativamente menor deste composto. Concluindo, os resultados demonstraram que a mutação A140V levou a uma maior instabilidade conformacional em Thi1 e, além disso, a presença de quantidades reduzidas de ADT em Thi1(A140V) sugerem que esta alteração tenha contribuído de alguma forma para a redução de sua atividade. / The active form of vitamin B1, Thiamine pyrophosphate (TPP), is an indispensable cofactor for some enzymes that act on carbohydrates and amino acids metabolism. Its biosynthesis requires the independent formation of its compounds, pyrimidine and thiazole. In prokaryotes, the vitamin B1 biosynthetic way has already been elucidated, but in eukaryotes there are some gaps to be filled. In Arabidopsis thaliana, the Thi1 protein is possibly responsible for the synthesis of the thiazole moiety, since a related compound to TPP was found in its structure. In this work, we have investigated Thi1 and its natural mutant Thi1(A140V), which is responsible for the thiamin auxotrophy in A. thaliana mutant line, to identify the role this mutation plays in the structure and activity of Thi1. The proteins were produced in E. coli and the results of biophysical analysis using fluorescence and Circular Dichroism (CD) showed considerable differences in the protein stability. Thermal and chemical unfolding studies have shown a difference in the melting temperature (around 4 ºC higher for Thi1) and concentration of guanidine at which half of the protein had unfolded (0,42 M for Thi1 and 0,24 M for Thi1(A140V)). The fluorescence anisotropy data obtained from thermal unfolding showed Thi1(A140V) is more unstable compared to Thi1. We have also carried out tests of absorption, CD and infra-red to assess the presence and to characterize the possible precursor of TPP in Thi1 (A140V). The results showed that the ligants could have different compositions. However, complementary results from NMR (1D 1H e 2D TOCSY) revealed that the difference observed in the ligant samples from both proteins were actually related to the proportion of four distinct compound population, representing a ligant pool. In the sample from Thi1(A140V), the dominant population corresponded to ADP. Besides, although both samples contained ADT, it was significantly less abundant in that one derived from Thi1(A140V). Concluding, the results demonstrated that the A140V mutation leaded to a more unstable conformation of Thi1 and, additionally, the presence of smaller amounts of ADT in Thi1(A140V) suggests this change might have contributed to reducing its activity.

Postula-se que o metabolismo do etanol gera substâncias de alta reatividade como o acetaldeído e radicais livres, que promovem o estresse oxidativo pelo excessivo consumo de substâncias do sistema antioxidante. Embora não haja consenso na literatura, o uso intravenoso de glicose em casos de intoxicação aguda por álcool é prática rotineira visando restabelecer a sobriedade do paciente através de um possível aumento do metabolismo do etanol. Apesar de se acreditar em um possível benefício do uso de glicose na intoxicação aguda por etanol, recentes estudos têm apontado que a hiperglicemia causa autoxidação da glicose, glicação de proteínas, e a ativação do metabolismo de polióis. Estas mudanças aceleram a geração de espécies reativas de oxigênio e aumento na oxidação de lipídios, DNA e proteínas em vários tecidos, pela produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs - Advanced glycation end products). Recentemente estudos têm apontado para um possível papel antioxidante da tiamina frente ao estresse oxidativo. Este trabalho teve como objetivo a padronização de uma técnica para dosagem de etanol por cromatografia gasosa a fim de se estudar os efeitos sobre o metabolismo desse álcool em ratos agudamente alcoolizados e submetidos a 3 tratamentos distintos que consistiram na administração de etanol na dose de 5g/kg peso, administração de etanol e posterior infusão endovenosa de glicose (0,06 mL de glicose em solução 50%/100 g de peso) ou administração de etanol e posterior infusão endovenosa de tiamina (0,143 mg/100 g de peso), bem como verificar os efeitos sobre o sistema antioxidante hepático, pela determinação das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (SRATB), glutationa reduzida (GSH) e vitamina E. A padronização da técnica por cromatografia gasosa para dosagem de etanol em sangue e urina foi realizada, obtendo-se bons resultados quanto à, precisão (C.V. entre amostras < 6%), exatidão (variação da recuperação < 15%) e linearidade (r=0,9991), o que permitiu analisar a alcoolemia e a excreção urinária dos grupos de ratos com diferentes tratamentos. Nesta determinação também foi possível a detecção de substâncias relacionadas ao metabolismo do etanol como, acetaldeído, acetona e metanol. Não foram observadas diferenças entre as curvas de etanolemia dos diferentes grupos. Entretanto, verificou-se uma excreção urinária cerca de 4 vezes maior no grupo que recebeu tiamina. Observou-se uma menor produção de substâncias relacionadas com a peroxidação lipídica (SRATB) e um menor consumo de antioxidantes (GSH e vitamina E) nos ratos tratados com tiamina, mesmo tendo-se verificado neste grupo uma manutenção da hiperglicemia até o período final de experimentação. Desta maneira, conclui-se que o tratamento com glicose no quadro de intoxicação aguda por etanol foi ineficaz na diminuição da etanolemia além de representar maior potencial de dano oxidativo. Em contraste, a tiamina mostrou-se eficaz principalmente no que diz respeito à manutenção do sistema antioxidante hepático. / It’s proposed that the metabolism of ethanol produces substances of high reactivity as acetaldehyde and free radicals, which promote oxidative stress through the excessive consumption of antioxidant substances. Although, there is no consensus in literature, the intravenous use of glucose in acute alcoholic intoxication, is a common practice, in tenting to recover soberness through the increase of ethanol metabolism. In spite of this possible benefit of the use of glucose in acute alcoholic intoxication, recent studies has showed that the hyperglycemia causes autoxidation of glucose, glycation of proteins and the activation of polyol metabolism. These changes speed up the generation of reactive oxygen species and the increase of lipid peroxidation, DNA and proteins oxidations in many tissues, through the production of advanced glycation end products (AGEs). Recently, some studies have pointed out for a possible antioxidant role of thiamine in oxidative stress. The aim of this study was to standardize a technique in order to dose ethanol using gas chromatography to study its effects in the alcohol metabolism in rats submitted to acute alcoholic intoxication and treatment in three distinct ways: 1) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg; 2) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of glucose (0,06 mL of 50% solution of glucose/100 g of weight), and, 3) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of thiamine (0,143 mg/100 g of weight). Also it has aimed to verify the effects on hepatic antioxidant system through the determination of thiobarbituric acid reactive substances, reduced glutathione and vitamin E. The standardization of the technique for gas chromatography to dose ethanol in blood and urine had fine results in relation of precision (C.V. among samples < 6%), accuracy (recovery variation < 15%) and linearity (r=0,9991), what permitted to analyze the alcoholemia and the urinary excretion of the groups of rats with distinct treatments. In this determination, it was also possible the detection of substances related to ethanol metabolism as acetaldehyde, acetone and methanol. It was not observed differences between the ethanolemia curves in the distinct groups. Although, it was encountered a urinary excretion about 4 times greater in the group that had received thiamine. It was observed a lesser production of substances related to lipid peroxidation (TBARS) and a lesser consumption of antioxidants (GSH and vitamin E) in rats treated with thiamine, in spite of that this group had keeped hyperglycemia until the last period of experimentation. Then, it can be concluded that the treatment with glucose in acute alcoholic intoxication was inefficient to diminish ethanolemia, besides it could provoke higher oxidative damage. In contrast, thiamine has showed to be efficient, mainly about the maintenance of hepatic antioxidant system.

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