Prenatal hypoxia leads to increased muscle sympathetic nerve activity, sympathetic hyperinnervation, premature blunting of NPY signalling and hypertension in adult life

Adverse conditions prenatally increase the risk of cardiovascular disease, including hypertension. Chronic hypoxia in utero (CHU) causes endothelial dysfunction, but whether sympathetic vasoconstrictor nerve functioning is altered is unknown. We, therefore, compared in male CHU and control (N) rats muscle sympathetic nerve activity, vascular sympathetic innervation density, and mechanisms of sympathetic vasoconstriction. In young (Y)-CHU and Y-N rats (≈3 months), baseline arterial blood pressure was similar. However, tonic muscle sympathetic nerve activity recorded focally from arterial vessels of spinotrapezius muscle had higher mean frequency in Y-CHU than in Y-N rats (0.56±0.075 versus 0.33±0.036 Hz), and the proportions of single units with high instantaneous frequencies (1–5 and 6–10 Hz) being greater in Y-CHU rats. Sympathetic innervation density of tibial arteries was ≈50% greater in Y-CHU than in Y-N rats. Increases in femoral vascular resistance evoked by sympathetic stimulation at low frequency (2 Hz for 2 minutes) and bursts at 20 Hz were substantially smaller in Y-CHU than in Y-N rats. In Y-N only, the neuropeptide Y Y1-receptor antagonist BIBP3226 attenuated these responses. By contrast, baseline arterial blood pressure was higher in middle-aged (M)-CHU than in M-N rats (≈9 months; 139±3 versus 126±3 mmHg, respectively). BIBP3226 had no effect on femoral vascular resistance increases evoked by 2 Hz or 20 Hz bursts in M-N or M-CHU rats. These results indicate that fetal programming induced by prenatal hypoxia causes an increase in centrally generated muscle sympathetic nerve activity in youth and hypertension by middle age. This is associated with blunting of sympathetically evoked vasoconstriction and its neuropeptide Y component that may reflect premature vascular aging and contribute to increased risk of cardiovascular disease

Next generation Bridge weigh-in-motion using fibre optic sensors

There have been over 3000 bridge weigh-in-motion (B-WIM) installations in 25 countries worldwide, this has led vast improvements in post processing of B-WIM systems since its introduction in the 1970’s. Existing systems are based on electrical resistance strain gauges which can be prohibitive in achieving data for long term monitoring of rural bridges due to power consumption. This paper introduces a new low-power B-WIM system using fibre optic sensors (FOS). The system consisted of a series of FOS which were attached to the soffit of an existing integral bridge with a single span of 19m. The site selection criteria and full installation process has been detailed in the paper. A method of calibration was adopted using live traffic at the bridge site and based on this calibration the accuracy of the system was determined. New methods of axle detection for B-WIM were investigated and verified in the field.

Nerve Growth Factor Sensitisation of TRPA1 on Sensory Neurones

Background: Sensory neurones from the trigeminal nerve innervate the oro-facial region and teeth. Transient receptor potential channels (TRPs) expressed by these neurones are responsible for relaying sensory information such as changes in ambient temperature, mechanical sensations and pain. Study of TRP channel expression and regulation in human sensory neurones therefore merits investigation to improve our understanding of allodynia and hyperalgesia. Objective: The objective of this study was to differentiate human dental pulp stem cells (hDPSCs) towards a neuronal phenotype (peripheral neuronal equivalents; PNEs) and employ this model to study TRP channel sensitisation. Method: hDPSCs were enriched by preferential adhesion to fibronectin, plated on coverslips (thickness 0) coated with poly-l-ornithine and laminin and then differentiated for 7 days in neurobasal A medium with additional supplementation. A whole cell patch clamp technique was used to investigate whether TRP channels on PNE membranes were modulated in the presence of nerve growth factor (NGF). PNEs were treated with NGF for 20 minutes immediately before experimentation and then stimulated for TRPA1 activity using cinnamaldehyde. Peak currents were read at 80 mV and -80 mV and compared to peak currents recorded in untreated PNEs. Data were analysed and plotted using Clampfit9 software (Molecular Devices, Sunnyvale, California, USA). Result: Results showed for the first time that pre-treatment of PNEs by NGF produced significantly larger inward and outward currents demonstrating that TRPA1 channels on PNE membranes were capable of becoming sensitised following treatment with NGF. Conclusion: Sensitisation of TRPA1 by NGF provides evidence of a mechanism for rapid neuronal sensitisation that is independent of TRPA1 gene expression

Polarization effects in fiber-optic communication systems

In this thesis we perform a detailed analysis of the state of polarization (SOP) of light scattering process using a concatenation of ber-coil based polarization controllers (PCs). We propose a polarization-mode dispersion (PMD) emulator, built through the concatenation of bercoil based PCs and polarization-maintaining bers (PMFs), capable of generate accurate rst- and second-order PMD statistics. We analyze the co-propagation of two optical waves inside a highbirefringence ber. The evolution along the ber of the relative SOP between the two signals is modeled by the de nition of the degree of co-polarization parameter. We validate the model for the degree of co-polarization experimentally, exploring the polarization dependence of the four-wave mixing e ect into a ber with high birefringence. We also study the interaction between signal and noise mediated by Kerr e ect in optical bers. A model accurately describing ampli ed spontaneous emission noise in systems with distributed Raman gain is derived. We show that the noise statistics depends on the propagation distance and on the signal power, and that for distances longer than 120 km and signal powers higher than 6 mW it deviates signi catively from the Gaussian distribution. We explore the all-optical polarization control process based on the stimulated Raman scattering e ect. Mapping parameters like the degree of polarization (DOP), we show that the preferred ampli cation of one particular polarization component of the signal allows a polarization pulling over a wavelength range of 60 nm. The e ciency of the process is higher close to the maximum Raman gain wavelength, where the DOP is roughly constant for a wavelength range of 15 nm. Finally, we study the polarization control in quantum key distribution (QKD) systems with polarization encoding. A model for the quantum bit error rate estimation in QKD systems with time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing based polarization control schemes is derived.

Fiber optic sensors for the biomechanical study of the intervertebral disc

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar o comportamento mecânico do disco intervertebral recorrendo a sensores em fibra ótica. Na expetativa de efetuar o melhor enquadramento do tema foi efetuada uma revisão exaustiva das várias configurações de sensores em fibra ótica que têm vindo a ser utilizadas em aplicações biomédicas e biomecânicas, nomeadamente para medição de temperatura, deformação, força e pressão. Nesse âmbito, procurou-se destacar as potencialidades dos sensores em fibra ótica e apresentá-los como uma tecnologia alternativa ou até de substituição das tecnologias associadas a sensores convencionais. Tendo em vista a aplicação de sensores em fibra ótica no estudo do comportamento do disco intervertebral efetuou-se também uma revisão exaustiva da coluna vertebral e, particularmente, do conceito de unidade funcional. A par de uma descrição anatómica e funcional centrada no disco intervertebral, vértebras adjacentes e ligamentos espinais foram ainda destacadas as suas propriedades mecânicas e descritos os procedimentos mais usuais no estudo dessas propriedades. A componente experimental do presente trabalho descreve um conjunto de experiências efetuadas com unidades funcionais cadavéricas utilizando sensores convencionais e sensores em fibra ótica com vista à medição da deformação do disco intervertebral sob cargas compressivas uniaxiais. Inclui ainda a medição in vivo da pressão intradiscal num disco lombar de uma ovelha sob efeito de anestesia. Para esse efeito utilizou-se um sensor comercial em fibra ótica e desenvolveu-se a respetiva unidade de interrogação. Finalmente apresenta-se os resultados da investigação em curso que tem como objetivo propor e desenvolver protótipos de sensores em fibra ótica para aplicações biomédicas e biomecânicas. Nesse sentido, são apresentadas duas soluções de sensores interferométricos para medição da pressão em fluídos corporais.

Fiber-optic components for optical communicatios and sensing

Nos últimos anos, a Optoelectrónica tem sido estabelecida como um campo de investigação capaz de conduzir a novas soluções tecnológicas. As conquistas abundantes no campo da óptica e lasers, bem como em comunicações ópticas têm sido de grande importância e desencadearam uma série de inovações. Entre o grande número de componentes ópticos existentes, os componentes baseados em fibra óptica são principalmente relevantes devido à sua simplicidade e à elevada de transporte de dados da fibra óptica. Neste trabalho foi focado um destes componentes ópticos: as redes de difracção em fibra óptica, as quais têm propriedades ópticas de processamento únicas. Esta classe de componentes ópticos é extremamente atraente para o desenvolvimento de dispositivos de comunicações ópticas e sensores. O trabalho começou com uma análise teórica aplicada a redes em fibra e foram focados os métodos de fabricação de redes em fibra mais utilizados. A inscrição de redes em fibra também foi abordado neste trabalho, onde um sistema de inscrição automatizada foi implementada para a fibra óptica de sílica, e os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação ao estudo de simulação. Também foi desenvolvido um sistema de inscrição de redes de Bragg em fibra óptica de plástico. Foi apresentado um estudo detalhado da modulação acústico-óptica em redes em fibra óptica de sílica e de plástico. Por meio de uma análise detalhada dos modos de excitação mecânica aplicadas ao modulador acústico-óptico, destacou-se que dois modos predominantes de excitação acústica pode ser estabelecidos na fibra óptica, dependendo da frequência acústica aplicada. Através dessa caracterização, foi possível desenvolver novas aplicações para comunicações ópticas. Estudos e implementação de diferentes dispositivos baseados em redes em fibra foram realizados, usando o efeito acústico-óptico e o processo de regeneração em fibra óptica para várias aplicações tais como rápido multiplexador óptico add-drop, atraso de grupo sintonizável de redes de Bragg, redes de Bragg com descolamento de fase sintonizáveis, método para a inscrição de redes de Bragg com perfis complexos, filtro sintonizável para equalização de ganho e filtros ópticos notch ajustáveis.