Impact of training at ventilatory threshold on cardiopulmonary and functional capacity in overweight patients with chronic kidney disease

INTRODUCTION: Chronic kidney disease (CKD) and obesity are both associated with reduced physical capacity. The potential benefit of aerobic training on physical capacity has been recognized. The exercise intensity can be established using different methods mostly subjective or indirect. Ventilatory threshold (VT) is a direct and objective method that allows prescribing exercise intensity according to individual capacity. OBJECTIVES: To evaluate the impact of aerobic training at VT intensity on cardiopulmonary and functional capacities in CKD patients with excess of body weight. METHODS: Ten CKD patients (eight men, 49.7 ± 10.1 years; BMI 30.4 ± 3.5 kg/m², creatinine clearance 39.4 ± 9.8 mL/min/1.73 m²) underwent training on a treadmill three times per week during 12 weeks. Cardiopulmonary capacity (ergoespirometry), functional capacity and clinical parameters were evaluated. RESULTS: At the end of 12 weeks, VO2PEAK increased by 20%, and the speed at VO2PEAK increased by 16%. The training resulted in improvement in functional capacity tests, such as six-minute walk test (9.2%), two-minute step test (20.3%), arm curl test (16.3%), sit and stand test (35.7%), and time up and go test (15.3%). In addition, a decrease in systolic and diastolic blood pressures was observed despite no change in body weight, sodium intake and antihypertensive medication. CONCLUSION: Aerobic exercise performed at VT intensity improved cardipulmonary and functional capacities of overweight CKD patients. Additional benefit on blood pressure was observed. These results suggest that VT can be effectively applied for prescribing exercise intensity in this particular group of patients.

Electrical Safety of Island Operated Low Voltage DC Network

Today, renewable energy technologies and modern power electronics have made it feasible to implement low voltage direct current (LVDC) microgrids (MGs) ca-pable to island operation. Such LVDC networks are particularly useful in remote areas. However, there are still pending issues in island operated LVDC MGs like electrical safety and controlled operation, which should be addressed before wide-scale implementation. This thesis is focused on the overall protection of an island operated LVDC network concept, including protection against electrical shocks, mains equipment protection and protection of photovoltaic (PV) power sources and battery energy storage systems (BESSs). The topic is approached through ex-amination of the safety hazards and the appropriate methods to protect against them, comprising considerations for earthing system selection and realisation of the protection system.

Power Electronic Converters in Low-Voltage Direct Current Distribution – Analysis and Implementation

Over the recent years, smart grids have received great public attention. Many proposed functionalities rely on power electronics, which play a key role in the smart grid, together with the communication network. However, “smartness” is not the driver that alone motivates the research towards distribution networks based on power electronics; the network vulnerability to natural hazards has resulted in tightening requirements for the supply security, set both by electricity end-users and authorities. Because of the favorable price development and advancements in the field, direct current (DC) distribution has become an attractive alternative for distribution networks. In this doctoral dissertation, power electronic converters for a low-voltage DC (LVDC) distribution system are investigated. These include the rectifier located at the beginning of the LVDC network and the customer-end inverter (CEI) on the customer premises. Rectifier topologies are introduced, and according to the LVDC system requirements, topologies are chosen for the analysis. Similarly, suitable CEI topologies are addressed and selected for study. Application of power electronics into electricity distribution poses some new challenges. Because the electricity end-user is supplied with the CEI, it is responsible for the end-user voltage quality, but it also has to be able to supply adequate current in all operating conditions, including a short-circuit, to ensure the electrical safety. Supplying short-circuit current with power electronics requires additional measures, and therefore, the short-circuit behavior is described and methods to overcome the high-current supply to the fault are proposed. Power electronic converters also produce common-mode (CM) and radio-frequency (RF) electromagnetic interferences (EMI), which are not present in AC distribution. Hence, their magnitudes are investigated. To enable comprehensive research on the LVDC distribution field, a research site was built into a public low-voltage distribution network. The implementation was a joint task by the LVDC research team of Lappeenranta University of Technology and a power company Suur-Savon S¨ahk¨o Oy. Now, the measurements could be conducted in an actual environment. This is important especially for the EMI studies. The main results of the work concern the short-circuit operation of the CEI and the EMI issues. The applicability of the power electronic converters to electricity distribution is demonstrated, and suggestions for future research are proposed.

Benefits of a low-cost one-phase current distortion detection device in appliance supply in low-voltage residential networks

In this bachelor’s thesis are examined the benefits of current distortion detection device application in customer premises low voltage networks. The purpose of this study was to find out if there are benefits for measuring current distortion in low-voltage residential networks. Concluding into who can benefit from measuring the power quality. The research focuses on benefits based on the standardization in Europe and United States of America. In this research, were also given examples of appliances in which current distortion detection device could be used. Along with possible illustration of user interface for the device. The research was conducted as an analysis of the benefits of current distortion detection device in residential low voltage networks. The research was based on literature review. The study was divided to three sections. The first explain the reasons for benefitting from usage of the device and the second portrays the low-cost device, which could detect one-phase current distortion, in theory. The last section discuss of the benefits of usage of current distortion detection device while focusing on the beneficiaries. Based on the result of this research, there are benefits from usage to the current distortion detection device. The main benefitting party of the current distortion detection device was found to be manufactures, as they are held responsible of limiting the current distortion on behalf of consumers. Manufactures could adjust equipment to respond better to the distortion by having access to on-going current distortion in network. The other benefitting party are system operators, who would better locate distortion issues in low-voltage residential network to start prevention of long-term problems caused by current distortion early on.

Modelling of faults in low-voltage cables

Power line modelling has become an interesting research area in recent years as a result of advances in the power line distribution network system. Extensive knowledge about the power line cable characteristics can be implemented in a software algorithm in a modern broadband power-line communication modem. In this study, a novel approach for modelling power line cables (AMCMK) based on the broadband impedance spectroscopy (BIS) and transmission line matrix (TLM) techniques is recommended in characterizing a healthy cable and the various faults associated with low-voltage cables for both open and short circuit situation. Models for different cable conditions are developed and tuned, which include six models for both healthy and faulty cables situations. The models are on the basis of impedance response analysis of the cable. The resulting spectra from the simulations are also cross-correlated to determine the degree of similarities between the healthy cable spectra and their respective faulty spectra.

The effects of the menstrual cycle and hormonal contraceptives on the central thermoeffector threshold temperatures and width of the interthreshold zone

Basal body temperature (BBT) and thermoeffector thresholds increase following ovulation in many women. This study investigated if solely central thermoregulatory alterations are responsible. Seven females in a non-contraceptive group (NCG) were compared with 5 monophasic contraceptive users (HCG) on separate accounts: pre-ovulation (Trial I; d 2-5) and post-ovulation (Trial 2; 4-8 d post-positive ovulation) for NCG, and active phase for HCG (d 2-5, d 18-21). During immersion in 28°C water to the axilla, participants exercised for 20-30 min on an underwater ergometer. After steadily sweating, immersion continued until metabolism increased two-fold due to shivering. Rectal (Tre) BBT was not different between trials for neither NCG (1: 37.34±0.16°C; 2: 37.35±0.27°C) nor HCG. At exercise termination, Tre forehead sweating cessation increased (P<0.05) in trial 2 irrespective of group (1: 37.55±0.39°C; 2: 37.90±0,46°C). Tre shivering onset did not increase (P>0.05) in trial 2 (1: 36.91±0.50°C; 2: 37.07±0,45°C). The widths of the interthreshold zone increased (P<0.05) in trial 2 (1: 0.64±0.22°C; 2: 0.82±0.37°C) due to the increased sweating threshold only. HCG cooled quicker (1: -l.15±0,43°C; 2: -1.00±0.50°C) than NCG participants (1: - 0.58±0.22°C; 2: -0.52±O.29°C), and tympanic (Tty) sweat thresholds were significantly (P<0.05) decreased (1: 34.76±0.54°C; 2: 35.39±0.61°C) versus NCG (l: 35.57±0.77°C; 2: 35.89±1.04°C). Lastly, Tre and Tty thresholds were significantly different (Pthresholds within the same trial. In conclusion, BBT is not a reliable indicator of ovulation, only the central thermoregulatory drive for sweating is altered by menstrual phase, contraceptive users have enhanced thermal sensitivities, and Tty opposed to Tre provides different measures of core temperature.

The effect of synchronized group activities on pain threshold as a predictor of cooperation

Recent research suggests that participating in vigorous synchronized physical activity may result in elevated levels of endorphins, which may in turn affect social bonding (Cohen et. al., 2009). The present research aimed to examine whether or not the change in pain tolerance would be able to predict participants’ willingness to cooperate after statistically controlling for the groups’ condition. Participants were asked to run on a treadmill for 30 minutes under one of two conditions (control vs. synchronized). Prior to and after the run participants underwent a pain tolerance test. Once completed, a second activity was introduced to the participants; a cooperative game. A public goods game was used to measure an individual’s willingness to cooperate. The results showed the synchronized condition was able to predict that participants cooperated more during the public goods game (p = .009), however the change in pain threshold was unable to significantly predict cooperation (p = .32).

The electromyographic threshold in children: Differences in neuromuscular activation during progressive exercise between boys and men

The electromyographic threshold (EMGTh), defined as an upward inflexion in the rising EMG signal during progressive exercise, is thought to reflect the onset of increased type-II MU recruitment. The study’s objective was to compare the relative exercise intensity at which the EMGTh occurs in boys vs. men. Participants included 21 men (23.4±4.1 yrs) and 23 boys (11.1±1.1 yrs). Ramped cycle-ergometry was conducted to volitional exhaustion with surface EMG recorded from the vastus lateralis muscles. The EMGTh was mathematically determined using a composite of both legs. EMGTh was detected in 95.2% of the men and in 78.3% of the boys (χ2(1, n=44) =2.69, p =.10). The boys’ EMGTh was significantly higher than the men’s (86.4±9.6 vs. 79.7±10.0% of peak power-output at exhaustion; p <.05). These findings suggest that boys activate their type-II MUs to a lesser extent than men during progressive exercise and support the hypothesis of differential child–adult MU activation.

The electromyographic threshold in boys and men

Abstract Background Children have been shown to have higher lactate (LaTh) and ventilatory (VeTh) thresholds than adults, which might be explained by lower levels of type-II motor-unit (MU) recruitment. However, the electromyographic threshold (EMGTh), regarded as indicating the onset of accelerated type-II MU recruitment, has been investigated only in adults. Purpose To compare the relative exercise intensity at which the EMGTh occurs in boys versus men. Methods Participants were 21 men (23.4 ± 4.1 years) and 23 boys (11.1 ± 1.1 years), with similar habitual physical activity and peak oxygen consumption (VO2pk) (49.7 ± 5.5 vs. 50.1 ± 7.4 ml kg−1 min−1, respectively). Ramped cycle ergometry was conducted to volitional exhaustion with surface EMG recorded from the right and left vastus lateralis muscles throughout the test (~10 min). The composite right–left EMG root mean square (EMGRMS) was then calculated per pedal revolution. The EMGTh was then determined as the exercise intensity at the point of least residual sum of squares for any two regression line divisions of the EMGRMS plot. Results EMGTh was detected in 20/21 of the men (95.2 %) and only in 18/23 of the boys (78.3 %). The boys’ EMGTh was significantly higher than the men’s (86.4 ± 9.6 vs. 79.7 ± 10.0 % of peak power output at exhaustion; p < 0.05). The pattern was similar when EMGTh was expressed as percentage of VO2pk. Conclusions The boys’ higher EMGTh suggests delayed and hence lesser utilization of type-II MUs in progressive exercise, compared with men. The boys–men EMGTh differences were of similar magnitude as those shown for LaTh and VeTh, further suggesting a common underlying factor.

Influence des glycines du lien S4-S5 sur le couplage électromécanique des canaux ioniques dépendants du voltage

Les canaux potassiques dépendants du voltage sont formés de quatre sous-unités, chacune possédant six segments transmembranaires (S1-S6) et une boucle (p-loop) qui se trouve entre le cinquième et le sixième segment au niveau du pore. Il est connu que le segment senseur du voltage (S1-S4) subit un mouvement lorsque le potentiel membranaire change. Pour ouvrir le canal, il est nécessaire de transférer l'énergie du senseur du voltage (généré par le mouvement des charges positives de S4) au pore. Le mécanisme exact de ce couplage électromécanique est encore sous étude. Un des points de liaison entre le senseur de voltage et le pore est le lien physique fait par le segment S4-S5 (S45L). Le but de cette étude est de déterminer l'influence de la flexibilité du segment S45L sur le processus de couplage. Dans le S45L, trois glycines sont distribuées dans des positions différentes. Elles sont responsables de la flexibilité des hélices-alpha. Ces glycines (mais pas leurs positions exactes) sont conservées pour tous les canaux potassiques dépendants de potentiel. En utilisant la technique de mutagènes dirigé, la glycine a été remplacée dans chacune de ces différentes positions par une alanine et dans une deuxième étape, par une proline (pour introduire un angle dans l'hélice). Pour étudier le comportement des canaux dans cette nouvelle conformation, on a appliqué la technique de « patch clamp » pour déterminer les effets lors de l'ouverture du pore (courant ionique). Avec le « cut-open oocyte voltage-clamp », nous avons étudié les effets sur le mouvement du senseur de voltage (courant “gating”) et la coordination temporelle avec l'ouverture du pore (courant ionique). Les données ont montré qu’en réduisant la flexibilité dans le S45L, il faut avoir plus d'énergie pour faire ouvrir le canal. Le changement pour une proline suggère que le mouvement du senseur est indépendant du pore pendant l'ouverture du canal.

Études de type structure fonction du couplage électromécanique et de la coopérativité sous-unitaire chez les canaux potassiques dépendants du voltage

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique.

Global Justice, Basic Goods and the Sufficiency Threshold Claim

This paper deals with a prevailing assumption that basic goods are accessory to claims of justice. Against such an assumption, the paper advances the idea that basic goods (the core of what I wish to call the sufficiency threshold) are fundamental as a matter of justice. The paper then addresses the question as to what is the elemental justifiability of a social minimum and how that relates to theories of justice, particularly to emerging theories of global justice. The arguments against the aforementioned assumption call upon the strengths of a general theory of justice already in place, namely, John Rawls’s theory of justice and the enriching response and criticism thereof—particularly David Miller’s theory of justice.

Études de type structure fonction des mutations causant l’ataxie épisodique de type I sur les canaux potassiques dépendants du voltage

Les ataxies épisodiques (EA) d’origine génétique sont un groupe de maladies possédant un phénotype et génotype hétérogènes, mais ont en commun la caractéristique d’un dysfonctionnement cérébelleux intermittent. Les EA de type 1 et 2 sont les plus largement reconnues des ataxies épisodiques autosomiques dominantes et sont causées par un dysfonctionnement des canaux ioniques voltage-dépendants dans les neurones. La présente étude se concentrera sur les mutations causant l'EA-1, retrouvées dans le senseur de voltage (VSD) de Kv1.1, un canal très proche de la famille des canaux Shaker. Nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques de six mutations différentes à la position F244 et partiellement celles des mutations T284 A/M, R297 K/Q/A/H, I320T, L375F, L399I et S412 C/I dans la séquence du Shaker grâce à la technique du ‘’cut open voltage clamp’’ (COVC). Les mutations de la position F244 situées sur le S1 du canal Shaker sont caractérisées par un décalement des courbes QV et GV vers des potentiels dépolarisants et modifient le couplage fonctionnel entre le domaine VSD et le pore. Un courant de fuite est observé durant la phase d'activation des courants transitoires et peut être éliminé par l'application du 4-AP (4-aminopyridine) ou la réinsertion de l'inactivation de type N mais pas par le TEA (tétraéthylamonium). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la stabilisation d’un état intermédiaire, nous avons étudié séparément la neutralisation des trois premières charges positives du S4 (R1Q, R2Q et R3Q). Il en est ressorti l’existence d’une interaction entre R2 et F244. Une seconde interface entre S1 et le pore proche de la surface extracellulaire agissant comme un second point d'ancrage et responsable des courants de fuite a été mis en lumière. Les résultats suggèrent une anomalie du fonctionnement du VSD empêchant la repolarisation normale de la membrane des cellules nerveuses affectées à la suite d'un potentiel d'action.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.