Psychological traits influence autonomic nervous system recovery following esophageal intubation in health and functional chest pain

Background: Esophageal intubation is a widely utilized technique for a diverse array of physiological studies, activating a complex physiological response mediated, in part, by the autonomic nervous system (ANS). In order to determine the optimal time period after intubation when physiological observations should be recorded, it is important to know the duration of, and factors that influence, this ANS response, in both health and disease. Methods: Fifty healthy subjects (27 males, median age 31.9 years, range 20-53 years) and 20 patients with Rome III defined functional chest pain (nine male, median age of 38.7 years, range 28-59 years) had personality traits and anxiety measured. Subjects had heart rate (HR), blood pressure (BP), sympathetic (cardiac sympathetic index, CSI), and parasympathetic nervous system (cardiac vagal tone, CVT) parameters measured at baseline and in response to per nasum intubation with an esophageal catheter. CSI/CVT recovery was measured following esophageal intubation. Key Results: In all subjects, esophageal intubation caused an elevation in HR, BP, CSI, and skin conductance response (SCR; all p < 0.0001) but concomitant CVT and cardiac sensitivity to the baroreflex (CSB) withdrawal (all p < 0.04). Multiple linear regression analysis demonstrated that longer CVT recovery times were independently associated with higher neuroticism (p < 0.001). Patients had prolonged CSI and CVT recovery times in comparison to healthy subjects (112.5 s vs 46.5 s, p = 0.0001 and 549 s vs 223.5 s, p = 0.0001, respectively). Conclusions & Inferences: Esophageal intubation activates a flight/flight ANS response. Future studies should allow for at least 10 min of recovery time. Consideration should be given to psychological traits and disease status as these can influence recovery. The psychological trait of neuroticism retards autonomic recovery following esophageal intubation in health and functional chest pain. © 2013 John Wiley & Sons Ltd.

Autonomic nervous system, circadian rhythms, and primary open-angle glaucoma

The etiology of primary open-angle glaucoma (POAG) remains the subject of continuing investigation. Despite the many known risk factors and mechanism of damage, the principal treatment objectives in POAG still consist of reduction of intraocular pressure, which although straightforward in many cases, often leaves the clinician with the question of how far to pursue a sufficiently low pressure to prevent further damage. Other risk factors such as hemodynamic insufficiency due to vascular dysregulation and abnormal blood pressure are often overlooked in the day-to-day practice; their harmful effects for glaucoma are, it seems, more potent at night while the patient sleeps and when clinical investigation is most difficult. Although the status of autonomic nervous system is an important determinant of the systemic hemodynamic parameters, this issue is usually ignored by the clinician in the process of glaucoma diagnosis. Consequently, there is a lack of alternative therapies tailored to address associated systemic risk factors for POAG on a case and chronological basis; this approach could be more effective in preventing the progression and visual loss in selected glaucoma cases. © 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Development of a physiologically-based pharmacokinetic model of the rat central nervous system

Central nervous system (CNS) drug disposition is dictated by a drug’s physicochemical properties and its ability to permeate physiological barriers. The blood–brain barrier (BBB), blood-cerebrospinal fluid barrier and centrally located drug transporter proteins influence drug disposition within the central nervous system. Attainment of adequate brain-to-plasma and cerebrospinal fluid-to-plasma partitioning is important in determining the efficacy of centrally acting therapeutics. We have developed a physiologically-based pharmacokinetic model of the rat CNS which incorporates brain interstitial fluid (ISF), choroidal epithelial and total cerebrospinal fluid (CSF) compartments and accurately predicts CNS pharmacokinetics. The model yielded reasonable predictions of unbound brain-to-plasma partition ratio (Kpuu,brain) and CSF:plasma ratio (CSF:Plasmau) using a series of in vitro permeability and unbound fraction parameters. When using in vitro permeability data obtained from L-mdr1a cells to estimate rat in vivo permeability, the model successfully predicted, to within 4-fold, Kpuu,brain and CSF:Plasmau for 81.5% of compounds simulated. The model presented allows for simultaneous simulation and analysis of both brain biophase and CSF to accurately predict CNS pharmacokinetics from preclinical drug parameters routinely available during discovery and development pathways.

The potential role of environmental exposures and genomic signaling in development of central nervous system tumors

The etiology of central nervous system tumors (CNSTs) is mainly unknown. Aside from extremely rare genetic conditions, such as neurofibromatosis and tuberous sclerosis, the only unequivocally identified risk factor is exposure to ionizing radiation, and this explains only a very small fraction of cases. Using meta-analysis, gene networking and bioinformatics methods, this dissertation explored the hypothesis that environmental exposures produce genetic and epigenetic alterations that may be involved in the etiology of CNSTs. A meta-analysis of epidemiological studies of pesticides and pediatric brain tumors revealed a significantly increased risk of brain tumors among children whose mothers had farm-related exposures during pregnancy. A dose response was recognized when this risk estimate was compared to those for risk of brain tumors from maternal exposure to non-agricultural pesticides during pregnancy, and risk of brain tumors among children exposed to agricultural activities. Through meta-analysis of several microarray studies which compared normal tissue to astrocytomas, we were able to identify a list of 554 genes which were differentially expressed in the majority of astrocytomas. Many of these genes have in fact been implicated in development of astrocytoma, including EGFR, HIF-1α, c-Myc, WNT5A, and IDH3A. Reverse engineering of these 554 genes using Bayesian network analysis produced a gene network for each grade of astrocytoma (Grade I-IV), and ‘key genes’ within each grade were identified. Genes found to be most influential to development of the highest grade of astrocytoma, Glioblastoma multiforme (GBM) were: COL4A1, EGFR, BTF3, MPP2, RAB31, CDK4, CD99, ANXA2, TOP2A, and SERBP1. Lastly, bioinformatics analysis of environmental databases and curated published results on GBM was able to identify numerous potential pathways and geneenvironment interactions that may play key roles in astrocytoma development. Findings from this research have strong potential to advance our understanding of the etiology and susceptibility to CNSTs. Validation of our ‘key genes’ and pathways could potentially lead to useful tools for early detection and novel therapeutic options for these tumors.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Emerging pathogens in the central nervous system: a cerebral abscess by Streptococcus porcinus

Brain abscesses can cause an incapacitating neurological deicit in up to 50% of patients, thus the reduction of these sequelae becomes the main goal of its timely and speciic surgical and medical treatment. With technological advances in bacteriological identiication and diagnostic imaging, the clinical suspicion can be conirmed, and the speciic etiological agent can be identiied in a larger number of cases. New pathogens have emerged through this process, such as Streptococcus porcinus, in which the ability to affect the central nervous system has not been documented. A clinical case is presented of a brain abscess in an immunocompetent patient, and its favorable response to surgical drainage t hrough a skull burr h ole and nee dle aspiration with antibiotic therapy (ceftriaxone, metronidazole and vancomycin) is discussed.

Infection of the central nervous system by Mycobacterium tuberculosis in patients infected with human immunodeficiency virus (the new neurotuberculosis)

Neurologic complications of HIV infection are numerous. This review focuses on the clinical presentation, diagnostic particularities and therapeutic issues of neurotuberculosis. The pertinent literature describing this important infection is succinctly summarized with a particular emphasis on the discussion of differences in clinical presentation between HIV-infected and -uninfected patients.

Effect of host genotype and prion strain on the phenotypic heterogeneity of Creutzfeldt-Jakob disease: the peripheral nervous system involvement and the spectrum of the genetic form

The first study was designed to assess whether the involvement of the peripheral nervous system (PNS) belongs to the phenotypic spectrum of sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD). To this aim, we reviewed medical records of 117 sCJDVV2, 65 sCJDMV2K, and 121 sCJDMM(V)1 subjects for symptoms/signs and neurophysiological data. We looked for the presence of PrPSc in postmortem PNS samples from 14 subjects by western blotting and real-time quaking-induced conversion (RT-QuIC) assay. Seventy-five (41.2%) VV2-MV2K patients, but only 11 (9.1%) MM(V)1, had symptoms/signs suggestive of PNS involvement and neuropathy was documented in half of the VV2-MV2K patients tested. RT-QuIC was positive in all PNS samples, whereas western blotting detected PrPSc in the sciatic nerve in only one VV2 and one MV2K. These results support the conclusion that peripheral neuropathy, likely related to PrPSc deposition, belongs to the phenotypic spectrum of sCJDMV2K and VV2, the two variants linked to the V2 strain. The second study aimed to characterize the genetic/molecular determinants of phenotypic variability in genetic CJD (gCJD). To this purpose, we compared 157 cases of gCJD to 300 of sCJD. We analyzed: demographic aspects, neurological symptoms/signs, histopathologic features and biochemical characteristics of PrPSc. The results strongly indicated that the clinicopathological phenotypes of gCJD largely overlap with those of sCJD and that the genotype at codon 129 in cis with the mutation (i.e. haplotype) contributes more than the latter to the disease phenotype. Some mutations, however, cause phenotypic variations including haplotype-specific patterns of PrPSc deposition such as the “dense” synaptic pattern (E200K-129M), the intraneuronal dots (E200K-129V), and the linear stripes perpendicular to the surface in the molecular layer of cerebellum (OPRIs-129M). Overall, these results suggest that in gCJD PRNP mutations do not cause the emergence of novel prion strains, but rather confer increased susceptibility to the disease in conjunction with “minor” clinicopathological variations.

Effects of perinatal protein deprivation and recovery on esophageal myenteric plexus

AIM: To evaluate effects of pre- and postnatal protein deprivation and postnatal recovery on the myenteric plexus of the rat esophagus. METHODS: Three groups of young Wistar rats (aged 42 d) were studied: normal-fed (N42), protein-deprived (D42), and protein-recovered (R42). The myenteric neurons of their esophagi were evaluated by histochemical reactions for nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), nitrergic neurons (NADPH)-diaphorase and acetylcholinesterase (AChE), immunohistochemical reaction for vasoactive intestinal polypeptide (VIP), and ultrastructural analysis by transmission electron microscopy. RESULTS: The cytoplasms of large and medium neurons from the N42 and R42 groups were intensely reactive for NADH. Only a few large neurons from the D42 group exhibited this aspect. NADPH detected in the D42 group exhibited low reactivity. The AChE reactivity was diffuse in neurons from the D42 and R42 groups. The density of large and small varicosities detected by immunohistochemical staining of VIP was low in ganglia from the D42 group. In many neurons from the D42 group, the double membrane of the nuclear envelope and the perinuclear cisterna were not detectable. NADH and NADPH histochemistry revealed no group differences in the profile of nerve cell perikarya (ranging from 200 to 400 mu m(2)). CONCLUSION: Protein deprivation causes a delay in neuronal maturation but postnatal recovery can almost completely restore the normal morphology of myenteric neurons. (C) 2010 Baishideng. All rights reserved.

Histologic and immunohistochemical evaluation of intestinal innervation in dogs with and without intussusception

Objective-To assess viability of innervation in bowel segments appearing macroscopically viable from dogs with intussusception. Animals-7 dogs without gastrointestinal dysfunction that had been euthanized for reasons unrelated to the study (control dogs) and 13 dogs with intussusception that underwent enterectomy and intestinal anastomosis (affected dogs). Procedures-A total of 31 samples of intestinal tissue were obtained from the control dogs; 28 samples were obtained from affected dogs during surgery. Samples were histologically and immunohistochemically prepared and subjectively scored for degree of vacuolization and staining, respectively. Other data collected included mean muscle cell density of circular and longitudinal muscular layers, ratio between areas of muscular layers, mean number of myenteric plexuses, mean ganglion cell density of myenteric plexuses, and degree of degeneration in neuronal plexuses as estimated through synaptophysin and neuron-specific enolase (NSE) immunoreactivity. Results-Mean muscle cell density of longitudinal muscular layers, ratio between areas of muscular layers, and synaptophysin immunoreactivity did not differ significantly between affected and control dogs; values of all other variables did. Correlations were evident between mean ganglion cell density in myenteric plexuses and mean muscle cell density in circular muscular layers, degree of neuronal degeneration in myenteric plexuses and NSE immunoreactivity, and degree of neuronal degeneration in myenteric plexuses and mean ganglion cell density of myenteric plexuses. Conclusions and Clinical Relevance-Innervation may be impaired in bowel segments that appear macroscopically viable. Therefore, careful evaluation of preserved surgical margins during enterectomy and enteroanastomosis and monitoring of digestive function after surgery are important. (Am J Vet Res 2010;71:636-642)

BLOOD VESSELS IN GANGLIA IN HUMAN ESOPHAGUS MIGHT EXPLAIN THE HIGHER FREQUENCY OF MEGAESOPHAGUS COMPARED WITH MEGACOLON

This study aimed to determine the existence of blood vessels within ganglia of the myenteric plexus of the human esophagus and colon. At necropsy, 15 stillborns, newborns and children up to two years of age, with no gastrointestinal disorders, were examined. Rings of the esophagus and colon were analyzed and then fixed in formalin and processed for paraffin. Histological sections were stained by hematoxylin-eosin, Giemsa and immunohistochemistry for the characterization of endothelial cells, using antibodies for anti-factor VIII and CD31. Blood vessels were identified within the ganglia of the myenteric plexus of the esophagus, and no blood vessels were found in any ganglia of the colon. It was concluded that the ganglia of the myenteric plexus of the esophagus are vascularized, while the ganglia of the colon are avascular. Vascularization within the esophageal ganglia could facilitate the entrance of infectious agents, as well as the development of inflammatory responses (ganglionitis) and denervation, as found in Chagas disease and idiopathic achalasia. This could explain the higher frequency of megaesophagus compared with megacolon.