CFD tools in engineering design studies and medical sciences

In the recent time CFD tools have become increasingly useful in the engineering design studies especially in the area of aerospace vehicles. This is largely due to the advent of high speed computing platforms in addition to the development of new efficient algorithms. The algorithms based on kinetic schemes have been shown to be very robust and further meshless methods offer certain advantages over the other methods. Preliminary investigations of blood flow visualization through artery using CFD tool have shown encouraging results which further needs to be verified and validated.

Macromolecular Transport Through Porous Arterial Walls

Arteries are heterogeneous, composite structures that undergo large cyclic deformations during blood transport. Presence, build-up and consequent rupture of blockages in blood vessels, called atherosclerotic plaques, lead to disruption in the blood flow that can eventually be fatal. Abnormal lipid profile and hypertension are the main risk factors for plaque progression. Treatments span from pharmacological methods, to minimally invasive balloon angioplasty and stent procedures, and finally to surgical alternatives. There is a need to understand arterial disease progression and devise methods to detect, control, treat and manage arterial disease through early intervention. Local delivery through drug eluting stents also provide an attractive option for maintaining vessel integrity and restoring blood flow while releasing controlled amount of drug to reduce and alleviate symptoms. Development of drug eluting stents is hence interesting albeit challenging because it requires an integration of knowledge of mechanical properties with material transport of drug through the arterial wall to produce a desired biochemical effect. Although experimental models are useful in studying such complex multivariate phenomena, numerical models of mass transport in the vessel have proved immensely useful to understand and delineate complex interactions between chemical species, physical parameters and biological variables. The goals of this review are to summarize literature based on studies of mass transport involving low density lipoproteins in the arterial wall. We also discuss numerical models of drug elution from stents in layered and porous arterial walls that provide a unique platform that can be exploited for the design of novel drug eluting stents.

The effect of cell size and channel density on neuronal information encoding and energy efficiency

Identifying the determinants of neuronal energy consumption and their relationship to information coding is critical to understanding neuronal function and evolution. Three of the main determinants are cell size, ion channel density, and stimulus statistics. Here we investigate their impact on neuronal energy consumption and information coding by comparing single-compartment spiking neuron models of different sizes with different densities of stochastic voltage-gated Na+ and K+ channels and different statistics of synaptic inputs. The largest compartments have the highest information rates but the lowest energy efficiency for a given voltage-gated ion channel density, and the highest signaling efficiency (bits spike(-1)) for a given firing rate. For a given cell size, our models revealed that the ion channel density that maximizes energy efficiency is lower than that maximizing information rate. Low rates of small synaptic inputs improve energy efficiency but the highest information rates occur with higher rates and larger inputs. These relationships produce a Law of Diminishing Returns that penalizes costly excess information coding capacity, promoting the reduction of cell size, channel density, and input stimuli to the minimum possible, suggesting that the trade-off between energy and information has influenced all aspects of neuronal anatomy and physiology.

The hemodynamic effects of in-tandem carotid artery stenosis: implications for carotid endarterectomy.

OBJECTIVES: It remains controversial whether patients with severe disease of the internal carotid artery and a coexisting stenotic lesion downstream would benefit from a carotid endarterectomy (CEA) of the proximal lesion. The aim of this study was to simulate the hemodynamic and wall shear effects of in-tandem internal carotid artery stenosis using a computational fluid dynamic (CFD) idealized model to give insight into the possible consequences of CEA on these lesions. METHODS: A CFD model of steady viscous flow in a rigid tube with two asymmetric stenoses was introduced to simulate blood flow in arteries with multiple constrictions. The effect of varying the distance between the two stenoses, and the severity of the upstream stenosis on the pressure and wall shear stress (WSS) distributions on the second plaque, was investigated. The influence of the relative positions of the two stenoses was also assessed. RESULTS: The distance between the plaques was found to have minimal influence on the overall hemodynamic effect except for the presence of a zone of low WSS (range -20 to 30 dyne/cm2) adjacent to both lesions when the two stenoses were sufficiently close (<4 times the arterial diameter). The upstream stenosis was protective if it was larger than the downstream stenosis. The relative positions of the stenoses were found to influence the WSS but not the pressure distribution. CONCLUSIONS: The geometry and positions of the lesions need to be considered when considering the hemodynamic effects of an in-tandem stenosis. Low WSS is thought to cause endothelial dysfunction and initiate atheroma formation. The fact that there was a flow recirculation zone with low WSS in between the two stenoses may demonstrate how two closely positioned plaques may merge into one larger lesion. Decision making for CEA may need to take into account the hemodynamic situation when an in-tandem stenosis is found. CFD may aid in the risk stratification of patients with this problem.

Forced Dissociation of Selectin-ligand Complexes Using Steered Molecular Dynamics Simulation

Selectin-ligand interactions are crucial to such biological processes as inflammatory cascade or tumor metastasis. How transient formation and dissociation of selectin-ligand bonds in blood flow are coupled to molecular conformation at atomic level, however, has not been well understood. In this study, steered molecular dynamics (SMD) simulations were used to elucidate the intramolecular and intermolecular conformational evolutions involved in forced dissociation of three selectin-ligand systems: the construct consisting of P-selectin lectin (Lec) and epidermal growth factor (EGF)-like domains (P-LE) interacting with synthesized sulfoglycopeptide or SGP-3, P-LE with sialyl Lewis X (sLeX), and E-LE with sLeX. SMD simulations were based on newly built-up force field parameters including carbohydrate units and sulfated tyrosine(s) using an analogy approach. The simulations demonstrated that the complex dissociation was coupled to the molecular extension. While the intramolecular unraveling in P-LESGP-3 system mainly resulted from the destroy of the two anti-parallel sheets of EGF domain and the breakage of hydrogen-bond cluster at the Lec-EGF interface, the intermolecular dissociation was mainly determined by separation of fucose (FUC) from Ca2+ ion in all three systems. Conformational changes during forced dissociations depended on pulling velocities and forces, as well as on how the force was applied. This work provides an insight into better understanding of conformational changes and adhesive functionality of selectin-ligand interactions under external forces.

Forced extension of P-selectin construct using steered molecular dynamics

P-selectin, a 70-nm-long cellular adhesive molecule, possesses elastic and extensible properties when neutrophils roll over the activated endotheliam of blood vessel in inflammatory reaction. Transient formation and dissociation of P-selectin/ligand bond on applied force of blood flow induces the extension of P-selectin and relevant ligands. Steered molecular dynamics simulations were performed to stretch a single P-selectin construct consisting of a lectin (Lec) domain and an epithelial growth factor (EGF)-like domain, where P-selectin construct was forced to extend in water with pulling velocities of 0.005-0.05 nm/ps and with constant forces of 1000-2500 pN respectively. Resulting force-extension profiles exhibited a dual-peak pattern on various velocities, while both plateaus and shoulders appeared in the extension-time profiles on various forces. The force or extension profiles along stretching pathways were correlated to the conformational changes, suggesting that the structural collapses of P-selectin Lec/EGF domains were mainly attributed to the burst of hydrogen bonds within the major beta sheet of EGF domain and the disruptions of two hydrophobic cores of Lee domain. This work furthers the understanding of forced dissociation of P-selectin/ligand bond.

重力对锥形血管中血流压力的影响——基于考虑体位改变的三维流固耦合数学模型

重力是体位改变过程中最基本的生物力学刺激因素．血流压力是表征心血管功能状态的一个基本指标．目前，体位改 变影响心血管系统的确切内部机制尚不清楚．为此，采用在流体和固体方程中分别引入体力项的方法，建立一个基于血流动 力学概念的三维流固耦合数学模型，用以研究体位改变，确切量化重力对血流压力的影响．通过数值计算，得到以下结果． 水平卧位条件下：a．单一血管中血流压力由无重力影响的轴对称二维分布变为重力影响下的三维不对称分布；b．随着进出 口压差由小变大，重力对压力分布和极值的影响由大变小，当压差值分别达到10 665.6 Pa(80 mmHg)和2 666.4 Pa(20 mmHg) 时，重力的影响就不再随进出口压差增大而变化；对三维单一流体，重力影响的总体趋势类似．对正、倒直立位，压力均为 二维轴对称分布，其重力影响强度约为水平卧位的2 倍以上．结果表明：基于血流动力学概念，引入体力项，建立三维流固 耦合模型为研究体位改变提供了一种新思路，重力对单一血管中血流压力分布和大小的影响因体位不同而不同，并与进出口 压差密切相关，提示，若血管进出口压差较小，忽略重力影响，不考虑体位改变，以二维轴对称模型来研究血管中血流状 态，须谨慎解释所得结果．

Efeito agudo dos exercícios resistidos sobre a reatividade vascular e adipocitocinas de mulheres com sobrepeso e obesidade

Introdução O exercício resistido (ER) agudo parece resultar em importantes efeitos sobre a liberação de substâncias vasoativas e sobre o controle endotélio-dependente do tônus vascular. Objetivos O objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos agudos de um ER isolado sobre a pressão arterial (PA), frequência cardíaca (FC), fluxo sanguíneo do antebraço (FSA), condutância vascular (CV), respostas endotelial e inflamatória de mulheres jovens com sobrepeso/obesidade (Sp/Ob). Materiais e Métodos As voluntárias foram separadas em grupos: controle (n = 16) e Sp/Ob (n = 16). Ambos os grupos realizaram cinco séries de 10 repetições com 70% de uma repetição máxima (1-RM) no exercício de flexão unilateral do cotovelo. A PA, FC e o FSA (medido por pletismografia por oclusão venosa), foram avaliados em repouso e durante uma hora após o ER em ambos os grupos. Adipocitocinas e endotelina-1 (ET-1) foram avaliadas em repouso nos dois grupos e após o ER apenas no grupo Sp/Ob. Resultados O grupo Sp/Ob apresentou massa corporal e IMC significativamente maiores que o controle (p<0,05). Surpreendentemente, o grupo Sp/Ob apresentou relação cintura-quadril significativamente menor (p<0,05). As diferenças entre grupos nas PAs diastólica e média observadas antes do ER (repouso) foram também observadas imediatamente e 20 minutos após a sessão de ER (p<0,05). Ambos os grupos apresentaram reduções significativas na PA diastólica imediatamente após a sessão de ER (p<0,01). A PA média apresentou redução significativa imediatamente após a sessão de ER apenas no grupo controle (p<0,05). O grupo Sp/Ob apresentou valores de FSA significativamente maiores que o controle em repouso (p<0,05), em 20 (p<0,01) e em 40 (p<0,01) minutos após o ER. A CV não apresentou diferença em repouso, porém em 20 e 40 minutos após o ER, o grupo Sp/Ob apresentou valores significativamente maiores (p<0,01). Em repouso e imediatamente após a sessão de ER, não foram observadas diferenças entre o grupo controle e o grupo Sp/Ob na vasodilatação endotélio-dependente. Deve-se ressaltar que em 30 minutos após a realização do ER, o grupo Sp/Ob apresentou maior vasodilatação endotélio-dependente que o controle (p<0,05). Surpreendentemente, a vasodilatação endotélio-independente em repouso era menor no grupo controle quando comparado ao grupo Sp/Ob (p<0,05). Entretanto, não foi observada diferença significativa entre os grupos 50 minutos após a sessão de ER. Como esperado, o grupo Sp/Ob apresentou valores significativamente menores de adiponectina (p<0,01) e significativamente maiores de IL-6 e leptina que o grupo controle (p<0,001). Foram observadas reduções significativas nos valores de IL-6 (p<0,05) e leptina (p<0,01), enquanto a ET-1 (p<0,05) apresentou aumento significativo. Conclusões Em conclusão, a realização do ER resultou em melhora aguda do FSA, da CV e da vasodilatação endotélio-dependente concomitantemente com mudanças no perfil inflamatório e ET-1 de mulheres saudáveis com Sp/Ob.

Cerebral hemodynamics during graded Valsalva maneuvers

The Valsalva maneuver (VM) produces large and abrupt changes in mean arterial pressure (MAP) that challenge cerebral blood flow and oxygenation. We examined the effect of VM intensity on middle cerebral artery blood velocity (MCAv) and cortical oxygenation responses during (phases I-III) and following (phase IV) a VM. Healthy participants (n = 20 mean +/- SD: 27 +/- 7 years) completed 30 and 90% of their maximal VM mouth pressure for 10 s (order randomized) whilst standing. Beat-to-beat MCAv, cerebral oxygenation (NIRS) and MAP across the different phases of the VM are reported as the difference from standing baseline. There were significant interaction (phase * intensity) effects for MCAv, total oxygenation index (TOI) and MAP (all P < 0.01). MCAv decreased during phases II and III (P < 0.01), with the greatest decrease during phase III (-5 +/- 8 and -19 +/- 15 cm.s(-1) for 30 and 90% VM, respectively). This pattern was also evident in TOI (phase III: -1 +/- 1 and -5 +/- 4%, both P < 0.05). Phase IV increased MCAv (22 +/- 15 and 34 +/- 23 cm.s(-1)), MAP (15 +/- 14 and 24 +/- 17 mm Hg) and TOI (5 +/- 6 and 7 +/- 5%) relative to baseline (all P < 0.05). Cerebral autoregulation, indexed, as the % MCAv/%MAP ratio, showed a phase effect only (P < 0.001), with the least regulation during phase IV (2.4 +/- 3.0 and 3.2 +/- 2.9). These data illustrate that an intense VM profoundly affects cerebral hemodynamics, with a reactive hyperemia occurring during phase IV following modest ischemia during phases II and III.

Inibição do receptor de glutamato do tipo NMDA em um modelo de hipóxia-isquemia prenatal: avaliação morfofuncional do cerebelo

Lesões sistêmicas peri e pré-natais alteram o desenvolvimento do SNC, levando a problemas cognitivos e motores em crianças que podem perdurar por toda a vida. Um tipo particular de lesão é a hipóxia-isquemia (HI), caracterizada pela interrupção momentânea ou permanente do fluxo sanguíneo. Um dos mecanismos propostos para as lesões decorrentes da HI é a excitotoxicidade glutamatérgica. O uso de inibidores da neurotransmissão glutamatérgica tem sido estudados em diversos modelos de HI. Neste trabalho, avaliamos os efeitos morfofuncionais da administração de um antagonista não-competitivo do receptor de glutamato NMDA sobre o desenvolvimento do cerebelo. Ratas no 18 dia de gestação foram anestesiadas, os cornos uterinos expostos e as 4 artérias uterinas obstruídas por 45 minutos (Grupo H). Animais controle tiveram os úteros expostos, sem a obstrução (Grupo S). Após a cirurgia a gestação prosseguiu. Somente animais nascidos a termo foram utilizados. Um dia após o nascimento, metade de cada ninhada foi designada para receber MK801, 0,3mg/kg/dia, (grupos SM e HM) e a outra metade recebeu solução salina (grupos SS e HS), por 5 dias. Após anestesia e perfusão-fixação com paraformaldeído 4% aos 9, 23, 30 e 60 dias pós-natais, cortes parassagitais do cerebelo foram obtidos em criótomo e submetidos à imunohistoquímica para calbindina, GFAP, GLAST, PDGFRα e MBP. A partir de 45 dias de vida, os animais foram testados em vários de testes comportamentais: labirinto em cruz elevado (LCE), campo vazado (CV), ROTAROD, teste de caminhada sobre barras (ladder test) e teste do comprimento da passada (stride length). Aos 9 dias, a espessura da árvore dendrítica era menor nos animais SM, HS/HM, demonstrando efeitos deletérios tanto do MK801 quanto da HI. Menor número de células PDGFRα+ foi observado nos animais HS/HM, sem efeitos da administração de MK801. Aos 23 dias, maior número de células PDGFRα+ foi observado nos animais HM comparado aos outros 3 grupos, indicando efeito neuroprotetor do MK801. Nessa idade, menor número de fibras mielinizadas (MBP+) foi observada nos animais HS, e a administração de MK801 parece reverter estes efeitos. Aos 9 dias a distribuição de GLAST estava alterada nos animais HS, com os efeitos da HI parcialmente revertidos pelo MK801. Não foram observados efeitos da HI ou do MK801 sobre comportamentos relacionados a ansiedade pelo LCE, assim como na latência de queda no ROTAROD. HI piora a performance motora no ladder test. No teste do CV, não observamos efeitos da HI sobre a busca por novidade assim como sobre a atividade locomotora espontânea. No entanto, MK801 diminui comportamentos de autolimpeza e a atividade locomotora espontânea. Menor variação das passadas foi observada em decorrência da administração de MK801 no stride length, com nenhum efeito da HI. Nossos resultados demonstram que a inibição do receptor NMDA tem um efeito neuroprotetor sobre os progenitores de oligodendrócitos e mielinização, provavelmente pela manutenção da capacidade proliferativa por um período maior. A atividade do receptor NMDA exerce importante papel na diferenciação das células de Purkinje, assim como na distribuição do transportador GLAST, corroborando a importância deste receptor na gênese das lesões causadas pela HI.

Efeitos do estradiol sobre a função endotelial, sensibilidade insulínica e viscosidade sanguínea em mulheres na pós-menopausa com excesso de peso

A ação que o estrogênio desempenha sobre o endotélio depende da integridade deste e consequentemente das características clínicas de cada indivíduo. O uso da terapia hormonal da menopausa (THM) em mulheres com baixo risco cardiovascular geralmente resulta em efeitos benéficos, desde que iniciado em um período próximo da menopausa. Em contrapartida, o seu uso em mulheres com alto risco cardiovascular, como diabéticas ou portadoras de lesões ateroscleróticas já estabelecidas, e ainda naquelas com início da THM em um período superior a dez anos da menopausa geralmente resulta em efeitos maléficos. Nosso objetivo é avaliar os efeitos do estrogênio sobre a função endotelial em mulheres com sobrepeso ou obesidade, ou seja, indivíduos com risco cardiovascular intermediário. Para isso, 44 mulheres na pós-menopausa com idade entre 47 a 55 anos e índice de massa corporal (IMC) de 27,5 a 34,9kg/m, foram randomizadas nos grupos placebo (P) e estrogênio transdérmico (ET). A intervenção consistiu no uso transdérmico de estradiol, 1mg por dia, por um período de três meses. As participantes realizaram avaliação da reatividade endotelial em repouso e após isquemia [pletismografia por oclusão venosa (POV), com medidas do fluxo sanguíneo do antebraço (FSA) e videocapilaroscopia dinâmica do leito periungueal (VCLP), com medidas da velocidade de deslocamento das hemácias (VDH)], dosagens de moléculas de adesão [E-selectina, molécula de adesão intercelular (ICAM-1) e molécula de adesão vascular (VCAM-1)], aferição da sensibilidade insulínica [através do homeostatic model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) e área sob a curva (AUC) da insulina durante o teste oral de tolerância à glicose (TOTG)] e mensurações das viscosidades sanguínea e plasmática. As participantes apresentaram idade de 51,77 2,3 anos, IMC de 31,52 2,54 kg/m e tempo de menopausa de 3 [2-5] anos. O grupo P não apresentou nenhuma mudança significativa em qualquer variável. Após a intervenção, o grupo ET comparado ao basal apresentou menor tempo para atingir a VDH máxima durante a hiperemia reativa pós-oclusiva (HRPO) após 1 min de isquemia (4,0 [3,25-5,0] vs. 5,0 [4,0-6,0] s, P<0.05) e maior VDH tanto em repouso (0,316 [0,309-0,326] vs. 0,303 [0,285-0,310] mm/s; P<0,001) quanto na HRPO (0,374 [0,353-0,376] vs. 0,341 [0,334-0,373] mm/s; P<0,001), assim como observamos maior FSA em repouso (2,46 [1,81-3,28] vs. 1,89 [1,46-2,44] ml/min.100ml tecido-1; P<0,01) e durante a HRPO após 3 min de isquemia (6,39 [5,37-9,39] vs. 5,23 [4,62-7,47] ml/min.100ml tecido-1; P<0,001). O grupo ET também apresentou diminuição nos níveis solúveis de E-Selectina (68,95 [50,18-102,8] vs. 58,4 [44,53-94,03] ng/ml; P<0,05), de ICAM-1 (188 [145-212] vs. 175 [130-200] ng/ml; P<0,01), do HOMAIR (3,35 1,67 vs. 2,85 1,60; P<0,05) e da AUC da insulina durante o TOTG (152 [117-186] vs. 115 [85-178]; P<0,01), além de diminuição das viscosidades sanguínea com hematócrito nativo (3,72 0,21 vs. 3,57 0,12 mPa.s; P<0,01) e plasmática (1,49 0,10 vs. 1,45 0,08 mPa.s; P<0,05), comparado ao seu basal. Em conclusão o uso de estradiol transdérmico em mulheres com excesso de peso e menopausa recente, promove melhora da função endotelial, além de oferecer proteção a outros fatores de risco cardiovascular.

Papel dos receptores β-adrenérgicos no reparo cutâneo de lesões crônicas em camundongos: modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão

Os receptores β1- e β2-adrenérgicos estão presentes em inúmeras células que participam do processo de reparo como fibroblastos, queratinócitos, células inflamatórias e células endoteliais. Diversos trabalhos demonstram que estes receptores modulam o processo de reparo tecidual. Entretanto, nenhum trabalho demonstrou se o bloqueio destes receptores compromete o reparo de úlceras de pressão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos no reparo de úlceras de pressão em camundongos, para isto utilizamos um modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão. No presente estudo, utilizamos animais que foram tratados por gavagem com propranolol (um antagonista não seletivo dos receptores β1- e β2-adrenérgicos). A administração do antagonista teve início um dia antes do início dos ciclos de isquemia e reperfusão e se manteve diariamente até a eutanásia. Para desenvolver a úlcera de pressão, um par de magnetos foi aplicado no dorso dos animais previamente depilado. O período de permanência do magneto é caracterizado como período de isquemia, enquanto sua retirada é caracterizada como período de reperfusão. Os ciclos de isquemia e reperfusão foram repetidos duas vezes, e ao final do último ciclo, duas úlceras circulares foram criadas no dorso dos animais. Os animais foram mortos 3, 7, 14 e 21 dias após a lesão. Após o último ciclo de isquemia, o fluxo sanguíneo da área comprimida foi nulo, 7 horas após a compressão o fluxo sanguíneo estava elevado, com níveis superiores ao da pele normal. Após 24 e 48 horas, o fluxo sanguíneo estava reduzido e abaixo dos níveis da pele normal. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou os níveis de peróxidos lipídicos 3 dias após a lesão, comprometeu a migração dos queratinócitos, levando a um aumento da proliferação epitelial, resultando em uma re-epitelização atrasada. O retardo na formação da neo-epiderme induzido pelo bloqueio destes receptores prejudicou a remoção do tecido necrótico. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou o número de células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos), os níveis proteicos de elastase neutrofílica 3 dias após a lesão e reduziu os níveis proteicos de MCP-1 3 dias após a lesão e os níveis proteicos de MMP-12 7 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a proliferação celular e apoptose no tecido conjuntivo 7 dias após a lesão e aumentou a densidade de vasos sanguíneos 14 e 21 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos retardou a diferenciação miofibroblástica e reduziu os níveis proteicos de TGF-β 1/2/3 3 dias após a lesão e a contração da lesão. Vinte e um dias após a lesão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a espessura da neo-epiderme e a expressão de tenascina-C em fibroblastos e reduziu a deposição de colágeno. Em conclusão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos atrasa o reparo tecidual em úlceras de pressão.

Influência do chá verde sobre a reatividade vascular em mulheres obesas

O Chá Verde, derivado das folhas da planta Camellia sinensis, rico em flavonóides, cuja maior concentração é de Epigalocatequina gallato (EGCG), possui efeito termogênico, além de promover a oxidação da gordura corporal, tendo potencial interesse para o tratamento da obesidade, que atinge prevalência alarmante em diversos países no mundo. O objetivo deste estudo foi a avaliação de parâmetros bioquímicos e investigação da função endotelial em mulheres com Índice de Massa Corporal (IMC) entre 30kg/m2 e 40kg/m2, na faixa de 30 e 50 anos, antes e após 03 meses de consumo de chá verde (600mL/dia, equivalente a 114,42mg de EGCG). Todas as 60 pacientes voluntárias foram submetidas à análise das medidas antropométricas (Peso, Altura, Índice de Massa Corporal, Circunferência de Cintura, Circunferência de Quadril, Relação Cintura-Quadril, Pressão Arterial, à análise da bioquímica de rotina (Glicemia e Insulina de jejum, Triglicerídeos, Colesterol Total, HDL-Colesterol, LDL-Colesterol, Teste Oral de Tolerância à Glicose, Hemograma Completo, Proteína C-Reativa), à análise da bioquímica específica para estresse oxidativo e inflamação (Interleucinas 1 e 6, Fator de Necrose Tumoral Alfa, LDL-Oxidado, VCAM Vascular Cell Adhesion Molecule, ICAM Intercellular Adhesion Molecule, e E-Selectina) e à Pletismografia de Oclusão Venosa (variação de fluxo médio máximo durante a Hiperemia Reativa/Fluxo Basal 1 (VQ Hiper) e fluxo após administração de 0,4mg de Nitroglicerina Sublingual/Fluxo Basal 2 (VQ Nitro)). Após os 3 meses (3M) de tratamento houve redução no peso corporal (86,35[83,00-94,25] vs 3M = 86,00[81,50-92,00] Kg, P < 0,05); no IMC (34,02[32,05-35,62] vs 3M = 33,13[32,28-35,05] kg/m2, P < 0,05); na circunferência de cintura (99[93-107] vs 3M = 98[91-105]cm, P < 0,001); na circunferência de quadril (115[110-119] vs 3M = 114[110-117] cm, P < 0,001); na relação cintura-quadril (0,89[0,84-0,93] vs 3M = 0,88[0,83-0,93], P < 0,001); e, na pressão arterial diastólica (75[73-82] vs 3M = 69[67-72] mmHg, P < 0,001); e, melhora significativa no fluxo sanguíneo da VQ Hiper (4,57[3,54-5,01] vs 3M = 5,83[4,46-6,56], P < 0,001); e da VQ Nitro (1,26[1,13-1,38] vs 3M = 1,41[1,25-1,50], P < 0,001). Com o uso do chá verde, 600mL/dia, contendo 114,42mg de EGCG, durante 3 meses observamos a redução de 3% no IMC e a redução da circunferência de cintura e de circunferência de quadril em 1cm; a não modificação do padrão bioquímico, incluindo os marcadores de inflamação e de estresse oxidativo; e, o aumento das vasodilatações endotélio-dependente e endotélio-independente, visualizadas por Pletismografia de Oclusão Venosa Não-Invasiva.

Modulação redox da homeostase de células musculares lisas através de estimuladores do sistema NADPH oxidase

As doenças cardiovasculares representam a principal causa de morte nos países ocidentais. Dentre essas doenças, a aterosclerose é que mais se destaca, sendo caracterizada pelo acúmulo de células musculares lisas vasculares (CMLV). O efeito patológico das CMLV em resposta a diferentes estímulos pode acarretar em disfunções nestas células. É notável que a aterosclerose ocorra principalmente em vasos sinuosos onde ocorre um forte turbilhonamento do fluxo sanguíneo, que pode acarretar em hemólise e, consequentemente, acúmulo de heme livre. Além disso, no processo de aterogênese as moléculas de adesão, principalmente integrinas, são de crucial importância durante a resposta de CMLV. Nesse trabalho nosso objetivo inicial foi avaliar o efeito do heme livre nas funções de CMLV, bem como os mecanismos moleculares por trás desses efeitos. Em uma segunda parte, investigamos o envolvimento da integrina α1ß1 no efeito da Angiotensina II (Ang II) em CMLV. Nós observamos que o heme livre é capaz de induzir a proliferação e migração de CMLV via espécies reativas de oxigênio (ERO) provenientes da NADPHoxidase (NADPHox). Adicionalmente vimos que o heme ativa vias de sinalização redox-sensíveis relacionadas à proliferação celular, como MAPKinases e o fator de transcrição NFκB. Também observamos que há uma ligação entre a NADPHox e o sistema heme oxigenase (HO), uma vez que o heme induz a expressão de HO-1 e o pré-tratamento das CMLV com inibidores de HO levam ao aumento tanto o efeito proliferação quanto a indução de ERO promovidas pelo heme. Além disso, vimos que o efeito contra-regulatório promovido pela HO ocorre devido as metabolites do heme: biliverdina, bilirrubina e monóxido de carbono. Por último, quando bloqueamos tanto a NADPHox quanto o sistema HO o heme não teve efeito algum na proliferação de CMLV. Em um segundo estudo, observamos que o efeito da Ang II sobre a migração de CMLV foi inibido quando as células foram pré-tratadas com o ligante da integrina α1ß1, a desintegrina Obtustatina. A seguir observamos que o efeito da Ang II na ativação de FAK e na colocalização actina-ILK é dependente da integrina α1ß1, que possivelmente ativa PKCα, uma vez que vimos que a produção de ERO induzida por Ang II foi inibida pela Obtustatina. Vimos que a indução da expressão de ILK por Ang II em CMLV é dependente da integrina α1ß1 e também observamos que a Obtustatina inibibiu o desacoplamento de ILK da FAK, uma vez que a Obtustatina bloqueou a fosforilação de FAK induzida por Ang II (processo crucial para o desacoplamento da ILK). Nós também observamos que a Ang II induz, via integrina α1ß1, a fosforilação de AKT e a diminuição da expressão de p21, provavelmente via ILK. Corroborando estes dados, nós mostramos que o pré-tratamento com Obtustatina induziu um estacionamento na fase G0 e diminuição da proliferação de CMLV tratadas com Ang II. Portanto, mostramos nesse trabalho que o heme livre induz a ativação de CML via NADPHox, que é elegantemente contra-regulado pelo sistema HO. Além disso, sugerimos que a integrina α1ß1 pode ser um importante alvo molecular para o desenvolvimento de intervenções mais efetivas para a aterosclerose.

Enzimas antioxidantes em sangue de peixes expostos à hipoxia e hiperoxia

O oxigênio é importante não só por sua participação no metabolismo energético, mas também por sua conversão em derivados parcialmente reduzidos, as espécies reativas de oxigênio (ERO). ERO participam de funções importantes em diversas vias do metabolismo, entretanto, em concentrações desequilibradamente elevadas deflagram a peroxidação lipídica, processo deletério que forma aldeídos tóxicos, como o 4-hidroxi-2-nonenal (4-HNE). A manutenção de concentrações não deletérias das ERO é realizada por moléculas componentes do sistema antioxidante. Peixes podem ser expostos a grandes variações das concentrações de oxigênio, o que provoca ciclos oxidantes. A maioria dos estudos usa fígado e rim para avaliar estresse oxidante por meio de ensaios das atividades antioxidantes, o que requer o sacrifício dos animais. Contudo, o sangue sofre efeitos das ERO e avaliações no sangue podem permitir o estudo de antioxidantes no mesmo animal, sem a necessidade de sacrifício. Em consequência, foram nossos objetivos estabelecer uma técnica de cateterismo branquial em peixes, a padronização dos ensaios e a avaliação em sangue de componentes do sistema antioxidante de duas espécies de teleósteos em diferentes tensões de oxigênio. Pacus e tilápias foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1 e em hipoxia a 0,5 mg de O2.L-1 por 42 horas . Para os ensaios de hiperoxia os animais foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1, depois de 6 horas em 9,5 mg de O2.L-1 e depois de 30 horas de recuperação a 6,0 mg de O2.L-1. A utilização de materiais para o cateterismo de humanos permitiu a implantação de um acesso branquial. Infelizmente, houve formação de trombo após 24 horas. Mesmo assim, a observação de fluxo sanguíneo no interior da cânula e a sobrevida dos animais testados, confirmam a viabilidade da técnica. Verificamos em sangue uma maior atividade da enzima glutationa S-transferase (GST) sobre o 4-HNE em relação ao 1-cloro-2-dinitrobenzeno (CDNB). Isto reflete a importância de avaliações de atividade de enzimas, como a GST, sobre substratos endógenos. As respostas enzimáticas de tilápias mostraram-se mais sensíveis que as dos pacus quando comparadas em diferentes tensões de oxigênio.