Análisis y modelado de las oscilaciones biológicas

Desde el descubrimiento de los ritmos ultradianos (Halberg 1967) en el estudio de las etapas de sueño humano (Dement y Kleitman, 1957) , muchos investigadores han dado cuenta de la existencia de estas oscilaciones en varias funciones de conducta, emocionales o fisiológicas. Si anteriormente predominó la idea de que los ritmos ultradianos tenían lugar únicamente durante el sueño, el descubrimiento de las oscilaciones en estado insomne (Weltzman et al, 1.970) y su persistencia en diferentes funciones bajo el efecto de inhibición de la droga (estados REM, Baekeland, 1967), han demostrado que persiste el mismo ciclo en el sueño que en estado insomne (Kleitman, 1969) que conduce y controla simultáneamente diferentes parámetros biológicos. Basado en este principio y a partir de nuestras estimaciones estadísticas de oscilaciones en el rango de 70-250 minutos de periodo en la actividad locomotora de diferentes especies; un mecanismo básico de desencadenamiento de los ritmos ultradianos por sincronizantes externos y su sincronización coherente con las oscilaciones circadianas (a través de acoplamientos mutuos o jerárquicos); presentamos un modelo matemático que simula el sistema oscilatorio de comportamiento ultradiano-circadiano producido por una secuencia bien definida luz-oscuridad. El modelo se basa en una topología de círculo límite (representada en un espacio bidimensional de estados) con control paramétrico producido por las transiciones luz—oscuridad y viceversa, siendo el efecto paramétrico dependiente de la fase endógena del sistema cuando se aplica las transiciones.

Estudio cronobiológico de la respuesta farmacológica y la variación de parámetros hemodinámicos de la combinación etomidato-Midazolam en perros y gatos

Una doctrina fundamental de la biología, la medicina, la fisiología o la farmacología es la relativa constancia del medio biológico interno (Homeostasis). Las variables homeostáticas no se mantienen a un nivel constante, sino dentro de un cierto intervalo de valores repetidos a intervalos regulares (Ritmos Biológicos); cuando dicho ciclo se cumple en un periodo de 24 h se denomina Ritmo Circadiano. Los sincronizadores que definen este ritmo son, entre otros, la alternancia luz-oscuridad o la rutina de sueño (descanso-actividad). La Cronobiología estudia los ritmos biológicos y sus mecanismos de cronometraje, determinando la influencia que los mismos pueden ejercer en los seres vivos. La Cronofarmacología, a su vez, estudia los efectos de los fármacos en función del ritmo circadiano (bien por alteraciones en su cinética: cronofarmacocinética; o en su dinamia: cronofarmacodinamia), determinando el período decisivo de su administración, para conseguir un aumento de su eficacia y/o disminución de sus efectos adversos. Estas alteraciones son, particularmente, importantes en aquellos grupos farmacológicos más críticos como los anestésicos, ya que existen diferencias en la capacidad anestesia dependientes de la hora del día en que se administran estos fármacos. El etomidato es un agente anestésico no barbitúrico de acción rápida, recomendado para la inducción anestésica en animales que presentan patologías que comprometen su estabilidad hemodinámica, ya que no provoca alteraciones severas en el sistema cardiovascular o en la presión intracraneal. Actúa facilitando la transmisión mediada por GABA, al interactuar con una zona alostérica del complejo receptor GABA – ionóforo Cl-...

Efeitos da senescência no folheto intergeniculado do tálamo de ratos: análises morfológicas e neuroquímicas

The circadian timing system (CTS), in rodents, consists of interconnected neural structures such as the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus, Intergeniculate Leaflet (IGL) of the thalamus, synchronous pathways and behavioral effectors. The SCN has been described as the major circadian pacemaker in several species of mammals, while the IGL appears to be involved in integration of photic and non-photic clues relaying them to SCN. The CTS allows an ordered internal temporal organization to the organism, providing the proper execution of physiological and behavioral mechanisms, which brings homeostasis. However, this stability is disrupted with aging process causing numerous pathological disorders, ranging from simple loss of physiological functions to decreases in cognitive performance. Therefore, is fundamental understanding the effects of senescence in this system. In this context, is proposed in this study to check if there are changes in IGL cytoarchitecture, neurochemical and retinal afferent markers with aging and their possible morpho-functional implications. To achieve this goal wistar rats were divided into 3 groups: young (3 months); Middle Age (13 months); Old (23 months). They were submitted to paraformaldhyde (4%) transcardiac perfusion to tissue fixation. Then, they had their brain removed and sectioned in 30 µm slices, which every sixth section were collected. This sections were processed by nissl method and immunostaining for GFAP, GAD, ENK, NPY and CTb in order to analyze the IGL features. It was observed a cell loss in middle age and old animals at Nissl, NPY and CTb stains. In addition, it was shown a increase in GFAP in middle aged animals compared to young and old ones. No differences were found in other neurochemichal stains. These data suggests IGL loss retinal afferents and neurons, in special the NPY-IR ones, likely having a compensatory gliogenesis. This supports the correlations between the CTS functional deficits and an anatomical deterioration of its components with the aging process.

Influência de mudanças de fase no ciclo claro-escuro sobre o controle autonômico cardíaco de ratos

Introduction: The circadian system has neural projections for the Autonomic Nervous System (ANS), directly interfering with sympathetic-vagal modulation of the cardiovascular system. Disturbances in the circadian system, such as phase changes in light-dark cycle (LD), has been related to the risk of development of cardiovascular diseases due to increased sympathetic tone and reduction o Heart Rate Variability (HRV - RR intervals). Purpose: Investigate the interaction between Circadian Timing System and cardiac autonomic control in rats. Materials and methods: We used 18 Wistar rats (♀, age = 139.9 ± 32.1 days, weight = 219.5 ± 16.2 g), divided into three distinct groups: Control (CG), phase delay of 6h (GDe) and phase advance of 6h (GAd). Three animals were excluded during data collection (CG/GDe/GAd - n=5). Telemeters were surgically implanted in each animal for continuous acquisition of electrocardiographic (ECG) signals (duration of 21 days in the CG and 28 days in GDe/ GAd). A LD cycle was established 12h: 12h, beginning of light at18:00h and dark at 06:00h. The animals remained in the same CG LD cycle throughout the experimental period, while, on the 14th day of registration, the GDe and GAd underwent a delay and an advance in 6h, respectively. Throughout the experimental period, the locomotor activity (LA), the mean heart rate (mHR) and variables related to iRR [mean RR (mRR), SDNN, RMSSD, LF, HF and LF/ HF ratio ] were recorded. All data were analyzed in blocks of 3 and 7 days, for the presence of circadian rhythm, values of Cosinor - mesor, amplitude and acrophase (paired t test), phase relationship, differences between light and dark (t test independent), averages every 30 minutes along each time series (two-way ANOVA with post hoc Bonferroni). The data block B1,M1 and M2 in CG served as benchmarks for comparisons between series of analysis of the GAT/GAV. Results: We observed circadian rhythmicity in the variables LA, mRR and mFC(p<0.01). mRR and mFC showed phase relationship with the LA in all three groups, being less stable in GAd. In the CG, no significant differences between blocks were found in any of the analyzes(p>0.05). Among the 7 day blocks, there was a significant reduction in mRR(p=0.04) and mFC(p=0.03) in GDe and significant reduction in HF mean(p=0.02) in GAd; and between 3 day blocks, a significant increase of LF/HF(p= 0.04) in the GDe; besides mRR(p=0.03), SDNN(p=0.04), RMSSD (p=0.04), LF (p=0.01) and HF(p=0.02) significant increase in the GAd. It was found that the differences between the means of the mRR, LA and mFC in light and dark phases were not significant after phase changes in some of the blocks/moments (GDe and GAd). No significant results were found when comparing rhythmic variables means every 30 minutes over the blocks, except for a significant decrease in mRR at the middle of the dark phase (B2) and the start of light phase (B3) - (p<0.01). Conclusion: phase advances and delays (6h) altered cardiac autonomic control in the experimental groups by temporarily HRV decrease. Phase advances apparently had greater negative interference in this process, in relation to the phase delays.

Efeitos da privação do sono em tarefas cognitivas

Learning and memory are important mechanism for species, since its allows to recognize conspecifics, routes and food place. Sleep is one of behaviors known by facilitate learning, it is a widespread phenomenon, present in most of vertebrates lives and highly investigated in many aspects. It is known that sleep deprivation modifies physiologic behavioral processes in animals, however, sleep function in organism is still debatable. Hypothesis range from energy conservation to memory consolidation, with different roles in animal’s evolution. The zebrafish (Danio rerio) emerg e in the last years as vertebrate model in genetics and developmental biology and quickly become popular in behavioral studies, as learning and memory. Despite the fact that zebrafish is a diurnal animal and have well characterized sleep behavior, zebrafish fish still has advantages due to its small size and low cost of maintenance, whichestablishes this species as interesting model for research on sleep. In this study we aimed to analyze the effects of partial and total sleep deprivation on learning acquisition, as well the concomitant administration of alcohol and melatonin. For this, the research was divided in three phases, each one with a different kind of conditioning: (1) object Recognition, (2) avoidance conditioning and (3) appetitive conditioning. The results showed the fish partially sleep deprived and totally sleep deprived + et hanol could perform the tasks just like the control group, however, fish totally sleep deprived and totally sleep deprived + melatonin showed impairments in attention and memory during the tests. Our results suggest that only one night of sleep deprivation is enough to harm the zebrafish performance in cognitive tasks. In addition, ethanol exposure on the night previously the test seems to suppress the negative effects of sleep deprivation, while the melatonin treatment seems not to be enough to promote sleep state, at least on the protocol applied here.

Efeitos da privação do sono em tarefas cognitivas

Learning and memory are important mechanism for species, since its allows to recognize conspecifics, routes and food place. Sleep is one of behaviors known by facilitate learning, it is a widespread phenomenon, present in most of vertebrates lives and highly investigated in many aspects. It is known that sleep deprivation modifies physiologic behavioral processes in animals, however, sleep function in organism is still debatable. Hypothesis range from energy conservation to memory consolidation, with different roles in animal’s evolution. The zebrafish (Danio rerio) emerg e in the last years as vertebrate model in genetics and developmental biology and quickly become popular in behavioral studies, as learning and memory. Despite the fact that zebrafish is a diurnal animal and have well characterized sleep behavior, zebrafish fish still has advantages due to its small size and low cost of maintenance, whichestablishes this species as interesting model for research on sleep. In this study we aimed to analyze the effects of partial and total sleep deprivation on learning acquisition, as well the concomitant administration of alcohol and melatonin. For this, the research was divided in three phases, each one with a different kind of conditioning: (1) object Recognition, (2) avoidance conditioning and (3) appetitive conditioning. The results showed the fish partially sleep deprived and totally sleep deprived + et hanol could perform the tasks just like the control group, however, fish totally sleep deprived and totally sleep deprived + melatonin showed impairments in attention and memory during the tests. Our results suggest that only one night of sleep deprivation is enough to harm the zebrafish performance in cognitive tasks. In addition, ethanol exposure on the night previously the test seems to suppress the negative effects of sleep deprivation, while the melatonin treatment seems not to be enough to promote sleep state, at least on the protocol applied here.

Aprendizagem espaço-temporal e efeitos das condições luminosas no aprendizado do peixe paulistinha

Para processar a informação ambiental e perceber o tempo, os indivíduos utilizam-se de pistas ambientais, como luz e temperatura, que servem como guias para o relógio interno. O mecanismo temporizador endógeno é chamado relógio circadiano, o qual comanda uma grande variedade de ritmos diários bioquímicos, fisiológicos e comportamentais presentes nos organismos. Com isso, os animais podem antecipar eventos espaço-temporalmente distribuídos e usar essa informação para organizar as atividades diárias, o que é uma vantagem adaptativa para os indivíduos, já que muitos fatores ambientais apresentam variação circadiana. Aprendizagem espaço-temporal (do inglês: "time-place learning’’-TPL) é a habilidade de associar lugares com importantes eventos biológicos em diferentes horas do dia. Em nosso estudo utilizamos como modelo o peixe paulistinha (Danio rerio), conhecido por ser altamente social, para testar aprendizagem espaço-temporal baseada em reforço social. Além disso, objetivamos averiguar os efeitos das condições de claro constante e escuro constante na aprendizagem espaço-temporal, e se nessas condições, a atividade do peixe paulistinha é alterada. Para isso, testamos três diferentes condições (n=10): grupo claro-escuro (CE), grupo claro constante (CC) e grupo escuro constante (EE) durante 30 dias da seguinte maneira: diariamente, um grupo de 5 peixes paulistinha foi introduzido em um recipiente localizado no compartimento da manhã (um dos lados do aquário), às 8:00h e retirado às 9:00h, e em outro recipiente do compartimento da tarde (lado oposto do aquário), às 17:00h e removido às 18:00h, servindo como estímulo para que o peixe experimental ocupasse o compartimento onde o grupo fosse colocado. O comportamento foi filmado nos dois horários, 15 minutos antes e durante os 60 minutos de exposição ao estímulo, no 15º e no 30ª dia, porém neste último, os peixes foram filmados sem a presença do estímulo a fim de averiguarmos a aprendizagem espaço-temporal. Por fim, para saber a influência das três condições luminosas na atividade dos peixes, filmamos os últimos 6 dias de teste, para registrar o padrão de atividade. Nossos resultados mostraram que em ciclo claro-escuro (CE) o peixe paulistinha apresenta TPL, bem como é capaz de antecipar a hora e local do estímulo (grupo de coespecíficos), enfatizando a importância do estímulo social para a aprendizagem. Em condições de claro constante e escuro constante, o peixe paulistinha não apresentou aprendizagem espaço-temporal. Ademais, após 30 dias em condições luminosas constantes (claro constante e escuro constante), o peixe paulistinha mantém ritmo circadiano, porém em claro constante sua atividade é aumentada e seu ritmo atividade-repouso é alterado, através de um padrão de atividade distribuída homogeneamente ao longo das 24h, ao invés de concentrada na subjetiva fase clara, como nos grupos de ciclo claro-escuro e escuro constante, os quais conservam o padrão de atividade diurno da espécie.

Relógios biológicos, apetite e sono

Um ritmo circadiano normal, hábitos alimentares saudáveis, prática de exercício físico regular e uma boa higiene de sono constituem fatores imprescindíveis para o bom funcionamento do organismo e para a prevenção de diversas doenças. Os universitários constituem uma população bastante vulnerável a ritmos circadianos anormais, hábitos alimentares pouco saudáveis, sedentarismo e problemas de sono, provenientes das alterações no seu estilo de vida bem como alterações a nível comportamental. O objetivo deste estudo é identificar o cronótipo (matutino, intermédio ou vespertino), os hábitos alimentares e de sono dos alunos universitários. Neste sentido utilizou-se uma amostra de 302 estudantes da Universidade Fernando Pessoa, no qual 238 são do sexo feminino e os restantes 64 são do sexo masculino. Com a finalidade da recolha de dados foi elaborado um questionário através do Formulários do Google. Para avaliar o tipo de cronótipo dos universitários aplicou-se o Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ) e os hábitos de sono foram avaliados a partir do Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI) e da Epworth Sleepiness Scale (ESS). Para avaliar os hábitos alimentares dos participantes formulou-se um conjunto de questões tendo em conta este objetivo. Estes dados foram recolhidos on-line, tendo sido enviado o questionário a todos os alunos da Universidade Fernando Pessoa através do respetivo correio eletrónico institucional. No final desta investigação, foi possível concluir que a maioria dos alunos universitários apresenta um cronótipo intermédio (50 pontos ± 9,43), hábitos alimentares saudáveis e equilibrados e apresenta ainda uma má qualidade de sono (8 pontos ± 2,86) e padrões de sono irregulares, no entanto, não exibem sonolência diurna excessiva (8 pontos ± 3,96).

Diel variation in movement patterns and habitat use by the near-threatened cabrera vole in mediterranean farmland

As variações circadianas no comportamento animal e o seu impacto nas populações constituem desafios importantes em ecologia e conservação. Nesta tese documentam-se as variações circadianas no uso do habitat e padrões de movimento pelo rato de Cabrera, em habitats Mediterrânicos fragmentados. O estudo baseou-se no radio-seguimento de indivíduos em habitats dominados por herbáceas e arbustos. Os resultados indicaram que a proporção de tempo despendido em deslocações, a distância percorrida, e a selecção do tipo de vegetação, estão fortemente interrelacionados, variando consideravelmente ao longo de diferentes períodos do dia. Os ratos movimentaram-se mais frequentemente e maiores distâncias nos períodos diurnos, durante os quais as áreas dominadas por herbáceas foram usadas mais intensivamente. Durante a estação seca houve alguma tendência para a diminuição dos movimentos durante as horas mais quentes. Estes resultados são discutidos no sentido de mostrar como indicadores comportamentais podem contribuir para melhorar a gestão e conservação da espécie; ABSTRACT: Understanding the circadian variations in species behaviour and its impacts on population is a challenging topic in ecology and conservation. This thesis documents the circadian variations in habitat use and movement patterns by Cabrera voles in fragmented Mediterranean farmland. The study was based on radiotracking data of individuals living in habitat patches dominated by wet grasses and shrubs. Results indicated that the proportion of time animals spent moving, the distance moved and the selection strength of vegetation were closely linked behavioural traits, which varied considerably across the 24 hour cycle. Voles moved more frequently and over larger distances during daytime, which was when wet grasses were used more intensively. During the dry season there was some tendency for a decrease in movement activity during the hottest hours of the day. These results are used to discuss how behavioural indicators may be useful to improve conservation management of the species.