Diaphragmatic Breathing Training Program Improves Abdominal Motion During Natural Breathing in Patients With Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Randomized Controlled Trial

Yamaguti WP, Claudino RC, Neto AP, Chammas MC, Gomes AC, Salge TM, Moriya HT, Cukier A, Carvalho CR. Diaphragmatic breathing training program improves abdominal motion during natural breathing in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil 2012;93:571-7. Objective: To investigate the effects of a diaphragmatic breathing training program (DBTP) on thoracoabdominal motion and functional capacity in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Design: A prospective, randomized controlled trial. Setting: Academic medical center. Participants: Subjects (N=30; forced expiratory volume in Is, 4270 +/- 13% predicted) were randomly allocated to either a training group (TG) or a control group (CG). Interventions: Subjects in the TG completed a 4-week supervised DBTP (3 individualized weekly sessions), while those in the CG received their usual care. Main Outcome Measures: Effectiveness was assessed by amplitude of the rib cage to abdominal motion ratio (RC/ABD ratio) (primary outcome) and diaphragmatic mobility (secondary outcome). The RC/ABD ratio was measured using respiratory inductive plethysmography during voluntary diaphragmatic breathing and natural breathing. Diaphragmatic mobility was measured by ultrasonography. A 6-minute walk test and health-related quality of life were also evaluated. Results: Immediately after the 4-week DBTP, the TG showed a greater abdominal motion during natural breathing quantified by a reduction in the RC/ABD ratio when compared with the CG (F=8.66; P<.001). Abdominal motion during voluntary diaphragmatic breathing after the intervention was also greater in the TG than in the CG (F=4.11; P<.05). The TG showed greater diaphragmatic mobility after the 4-week DBTP than did the CG (F=15.08; P<.001). An improvement in the 6-minute walk test and in health-related quality of life was also observed in the TG. Conclusions: DBTP for patients with chronic obstructive pulmonary disease induced increased diaphragm participation during natural breathing, resulting in an improvement in functional capacity.

Secondary skull fractures in head wounds inflicted by captive bolt guns: autopsy findings and experimental simulation

Apart from one article published by Rabl and Sigrist in 1992 (Rechtsmedizin 2:156-158), there are no further reports on secondary skull fractures in shots from captive bolt guns. Up to now, the pertinent literature places particular emphasis on the absence of indirect lesions away from the impact point, when dealing with the wounding capacity of slaughterer's guns. The recent observation of two suicidal head injuries accompanied by skull fractures far away from the bolt's path gave occasion to experimental studies using simulants (glycerin soap, balls from gelatin) and skull brain models. As far as ballistic soap was concerned, the dimensions of the bolt's channel were assessed by multi-slice computed tomography before cutting the blocks open. The test shots to gelatin balls and to skull-brain models were documented by means of a high-speed motion camera. As expected, the typical temporary cavity effect of bullets fired from conventional guns could not be observed when captive bolt stunners were discharged. Nevertheless, the visualized transfer of kinetic energy justifies the assumption that the secondary fractures seen in thin parts of the skull were caused by a hydraulic burst effect.

Periacetabular osteotomy restores the typically excessive range of motion in dysplastic hips with a spherical head

BACKGROUND Residual acetabular dysplasia is seen in combination with femoral pathomorphologies including an aspherical femoral head and valgus neck-shaft angle with high antetorsion. It is unclear how these femoral pathomorphologies affect range of motion (ROM) and impingement zones after periacetabular osteotomy. QUESTIONS/PURPOSES (1) Does periacetabular osteotomy (PAO) restore the typically excessive ROM in dysplastic hips compared with normal hips; (2) how do impingement locations differ in dysplastic hips before and after PAO compared with normal hips; (3) does a concomitant cam-type morphology adversely affect internal rotation; and (4) does a concomitant varus-derotation intertrochanteric osteotomy (IO) affect external rotation? METHODS Between January 1999 and March 2002, we performed 200 PAOs for dysplasia; of those, 27 hips (14%) met prespecified study inclusion criteria, including availability of a pre- and postoperative CT scan that included the hip and the distal femur. In general, we obtained those scans to evaluate the pre- and postoperative acetabular and femoral morphology, the degree of acetabular reorientation, and healing of the osteotomies. Three-dimensional surface models based on CT scans of 27 hips before and after PAO and 19 normal hips were created. Normal hips were obtained from a population of CT-based computer-assisted THAs using the contralateral hip after exclusion of symptomatic hips or hips with abnormal radiographic anatomy. Using validated and computerized methods, we then determined ROM (flexion/extension, internal- [IR]/external rotation [ER], adduction/abduction) and two motion patterns including the anterior (IR in flexion) and posterior (ER in extension) impingement tests. The computed impingement locations were assigned to anatomical locations of the pelvis and the femur. ROM was calculated separately for hips with (n = 13) and without (n = 14) a cam-type morphology and PAOs with (n = 9) and without (n = 18) a concomitant IO. A post hoc power analysis based on the primary research question with an alpha of 0.05 and a beta error of 0.20 revealed a minimal detectable difference of 4.6° of flexion. RESULTS After PAO, flexion, IR, and adduction/abduction did not differ from the nondysplastic control hips with the numbers available (p ranging from 0.061 to 0.867). Extension was decreased (19° ± 15°; range, -18° to 30° versus 28° ± 3°; range, 19°-30°; p = 0.017) and ER in 0° flexion was increased (25° ± 18°; range, -10° to 41° versus 38° ± 7°; range, 17°-41°; p = 0.002). Dysplastic hips had a higher prevalence of extraarticular impingement at the anteroinferior iliac spine compared with normal hips (48% [13 of 27 hips] versus 5% [one of 19 hips], p = 0.002). A PAO increased the prevalence of impingement for the femoral head from 30% (eight of 27 hips) preoperatively to 59% (16 of 27 hips) postoperatively (p = 0.027). IR in flexion was decreased in hips with a cam-type deformity compared with those with a spherical femoral head (p values from 0.002 to 0.047 for 95°-120° of flexion). A concomitant IO led to a normalization of ER in extension (eg, 37° ± 7° [range, 21°-41°] of ER in 0° of flexion in hips with concomitant IO compared with 38° ± 7° [range, 17°-41°] in nondysplastic control hips; p = 0.777). CONCLUSIONS Using computer simulation of hip ROM, we could show that the PAO has the potential to restore the typically excessive ROM in dysplastic hips. However, a PAO can increase the prevalence of secondary intraarticular impingement of the aspherical femoral head and extraarticular impingement of the anteroinferior iliac spines in flexion and internal rotation. A cam-type morphology can result in anterior impingement with restriction of IR. Additionally, a valgus hip with high antetorsion can result in posterior impingement with decreased ER in extension, which can be normalized with a varus derotation IO of the femur. However, indication of an additional IO needs to be weighed against its inherent morbidity and possible complications. The results are based on a limited number of hips with a pre- and postoperative CT scan after PAO. Future prospective studies are needed to verify the current results based on computer simulation and to test their clinical importance.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Simulation of the secondary electrons energy deposition produced by proton beams in PMMA: influence of the target electronic excitation description

We have studied the radial dependence of the energy deposition of the secondary electron generated by swift proton beams incident with energies T = 50 keV–5 MeV on poly(methylmethacrylate) (PMMA). Two different approaches have been used to model the electronic excitation spectrum of PMMA through its energy loss function (ELF), namely the extended-Drude ELF and the Mermin ELF. The singly differential cross section and the total cross section for ionization, as well as the average energy of the generated secondary electrons, show sizeable differences at T ⩽ 0.1 MeV when evaluated with these two ELF models. In order to know the radial distribution around the proton track of the energy deposited by the cascade of secondary electrons, a simulation has been performed that follows the motion of the electrons through the target taking into account both the inelastic interactions (via electronic ionizations and excitations as well as electron-phonon and electron trapping by polaron creation) and the elastic interactions. The radial distribution of the energy deposited by the secondary electrons around the proton track shows notable differences between the simulations performed with the extended-Drude ELF or the Mermin ELF, being the former more spread out (and, therefore, less peaked) than the latter. The highest intensity and sharpness of the deposited energy distributions takes place for proton beams incident with T ~ 0.1–1 MeV. We have also studied the influence in the radial distribution of deposited energy of using a full energy distribution of secondary electrons generated by proton impact or using a single value (namely, the average value of the distribution); our results show that differences between both simulations become important for proton energies larger than ~0.1 MeV. The results presented in this work have potential applications in materials science, as well as hadron therapy (due to the use of PMMA as a tissue phantom) in order to properly consider the generation of electrons by proton beams and their subsequent transport and energy deposition through the target in nanometric scales.

The separation of secondary oil-water dispersions in particulate beds

The literature relating to haze formation, methods of separation, coalescence mechanisms, and models by which droplets <100 μm are collected, coalesced and transferred, have been reviewed with particular reference to particulate bed coalescers. The separation of secondary oil-water dispersions was studied experimentally using packed beds of monosized glass ballotini particles. The variables investigated were superficial velocity, bed depth, particle size, and the phase ratio and drop size distribution of inlet secondary dispersion. A modified pump loop was used to generate secondary dispersions of toluene or Clairsol 350 in water with phase ratios between 0.5-6.0 v/v%.Inlet drop size distributions were determined using a Malvern Particle Size Analyser;effluent, coalesced droplets were sized by photography. Single phase flow pressure drop data were correlated by means of a Carman-Kozeny type equation. Correlations were obtained relating single and two phase pressure drops, as (ΔP2/μc)/ΔP1/μd) = kp Ua Lb dcc dpd Cine A flow equation was derived to correlate the two phase pressure drop data as, ΔP2/(ρcU2) = 8.64*107 [dc/D]-0.27 [L/D]0.71 [dp/D]-0.17 [NRe]1.5 [e1]-0.14 [Cin]0.26  In a comparison between functions to characterise the inlet drop size distributions a modification of the Weibull function provided the best fit of experimental data. The general mean drop diameter was correlated by: q_p q_p p_q /β      Γ ((q-3/β) +1) d qp = d fr  .α        Γ ((P-3/β +1 The measured and predicted mean inlet drop diameters agreed within ±15%. Secondary dispersion separation depends largely upon drop capture within a bed. A theoretical analysis of drop capture mechanisms in this work indicated that indirect interception and London-van der Waal's mechanisms predominate. Mathematical models of dispersed phase concentration m the bed were developed by considering drop motion to be analogous to molecular diffusion.The number of possible channels in a bed was predicted from a model in which the pores comprised randomly-interconnected passage-ways between adjacent packing elements and axial flow occured in cylinders on an equilateral triangular pitch. An expression was derived for length of service channels in a queuing system leading to the prediction of filter coefficients. The insight provided into the mechanisms of drop collection and travel, and the correlations of operating parameters, should assist design of industrial particulate bed coalescers.

Ray-theoretical modeling of secondary microseism P-waves

Secondary microseism sources are pressure fluctuations close to the ocean surface. They generate acoustic P-waves that propagate in water down to the ocean bottom where they are partly reflected, and partly transmitted into the crust to continue their propagation through the Earth. We present the theory for computing the displacement power spectral density of secondary microseism P-waves recorded by receivers in the far field. In the frequency domain, the P-wave displacement can be modeled as the product of (1) the pressure source, (2) the source site effect that accounts for the constructive interference of multiply reflected P-waves in the ocean, (3) the propagation from the ocean bottom to the stations, (4) the receiver site effect. Secondary microseism P-waves have weak amplitudes, but they can be investigated by beamforming analysis. We validate our approach by analyzing the seismic signals generated by Typhoon Ioke (2006) and recorded by the Southern California Seismic Network. Back projecting the beam onto the ocean surface enables to follow the source motion. The observed beam centroid is in the vicinity of the pressure source derived from the ocean wave model WAVEWATCH IIIR. The pressure source is then used for modeling the beam and a good agreement is obtained between measured and modeled beam amplitude variation over time. This modeling approach can be used to invert P-wave noise data and retrieve the source intensity and lateral extent.