Gait Analysis of Natural and Artificial Walking Systems

This paper studies periodic gaits of multi-legged locomotion systems based on dynamic models. The purpose is to determine the system performance during walking and the best set of locomotion variables. For that objective the prescribed motion of the robot is completely characterized in terms of several locomotion variables such as gait, duty factor, body height, step length, stroke pitch, foot clearance, legs link lengths, foot-hip offset, body and legs mass and cycle time. In this perspective, we formulate three performance measures of the walking robot namely, the mean absolute energy, the mean power dispersion and the mean power lost in the joint actuators per walking distance. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion variables in the proposed indices.

Leishmaniasis in Bolivia: II. The involvement of Psychodopygus yucumensis and Psychodopygus llanosmartinsi in the selvatic transmission cycle of Leishmania braziliensis braziliensis in a lowland subandean region

An epidemiological survey of the vectors of cutaneous leishmaniasis ("espúndia" type) was caried out in the Alto Beni region of Bolivia, an area of Andean foothills at the Eastern limit of the Amazonian lowlands. The climate is typical wet tropical (15ºS latitude). Anthropophilic phlebotomine sandfly species were sampled at 20 sites, all forested. The importance of species from the Psychodopygus group, already suspected as a vector in the transmission of Leishmania from the braziliensis complex, was confirmed by: 1) the aggressiveness and diversity of the species encountered (83% of catches, nine species), 2) the discovery of a new anthropophilic species, P. yucumensis and 3) the isolation of a strain of Leishmania braziliensis braziliensis indistinguishable from human strains from the same area, from two species, P. llanosmartinsi and P. yucumensis.

Distinct levels in Pom1 gradients limit Cdr2 activity and localization to time and position division.

Where and when cells divide are fundamental questions. In rod-shaped fission yeast cells, the DYRK-family kinase Pom1 is organized in concentration gradients from cell poles and controls cell division timing and positioning. Pom1 gradients restrict to mid-cell the SAD-like kinase Cdr2, which recruits Mid1/Anillin for medial division. Pom1 also delays mitotic commitment through Cdr2, which inhibits Wee1. Here, we describe quantitatively the distributions of cortical Pom1 and Cdr2. These reveal low profile overlap contrasting with previous whole-cell measurements and Cdr2 levels increase with cell elongation, raising the possibility that Pom1 regulates mitotic commitment by controlling Cdr2 medial levels. However, we show that distinct thresholds of Pom1 activity define the timing and positioning of division. Three conditions-a separation-of-function Pom1 allele, partial downregulation of Pom1 activity, and haploinsufficiency in diploid cells-yield cells that divide early, similar to pom1 deletion, but medially, like wild-type cells. In these cells, Cdr2 is localized correctly at mid-cell. Further, Cdr2 overexpression promotes precocious mitosis only in absence of Pom1. Thus, Pom1 inhibits Cdr2 for mitotic commitment independently of regulating its localization or cortical levels. Indeed, we show Pom1 restricts Cdr2 activity through phosphorylation of a C-terminal self-inhibitory tail. In summary, our results demonstrate that distinct levels in Pom1 gradients delineate a medial Cdr2 domain, for cell division placement, and control its activity, for mitotic commitment.

Soft tissue artifact assessment during treadmill walking in subjects with total knee arthroplasty.

Accurate measurement of knee kinematics during functional activities suffers mainly from soft tissue artifact (STA): the combination of local surface deformations and rigid movement of markers relative to the underlying bone (also called rigid STA movement: RSTAM). This study proposes to assess RSTAM on the thigh, shank, and knee joint and to observe possible features between subjects. Nineteen subjects with knee arthroplasty were asked to walk on a treadmill while a biplane fluoroscopic system (X-rays) and a stereophotogrammetric system (skin markers) recorded their knee movement. The RSTAM was defined as the rigid movement of the cluster of skin markers relative to the prosthesis. The results showed that RSTAM amplitude represents approximately 80-100% of the STA. The vertical axis of the anatomical frame of the femur was influenced the most by RSTAM. Combined with tibial error, internal/external rotation angle and distraction-compression were the knee kinematics parameters most affected by RSTAM during the gait cycle, with average rms values of 3.8° and 11.1 mm. This study highlighted higher RSTAM during the swing phase particularly in the thigh segment and suggests new features for RSTAM such as the particular shape of some RSTAM waveforms and the absence of RSTAM in certain kinematics during the gait phases. The comparison of coefficient of multiple correlations showed some similarities of RSTAM between subjects, while some correlations were found with gait speed and BMI. These new insights could potentially allow the development of new methods of compensation to avoid STA.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

Modélisation de l'évolution du réseau magnétique au cours du cycle solaire

Le réseau magnétique consiste en un ensemble de petites concentrations de flux magnétique sur la photosphère solaire. Vu sa petite échelle de taille et de flux, à la limite de détection, son comportement n'est connu que depuis récemment. Les interactions du réseau sont pourtant cruciales afin de comprendre la dynamo et l'irradiance solaires, car beaucoup de caractérisques du réseau dépendent de ces interactions. De plus, le réseau est la principale contribution magnétique surfacique à l'irradiance solaire. Les modèles existants du réseau ne tenaient jusqu'à maintenant pas compte des interactions du réseau. Nous avons tenté de combler cette lacune avec notre modèle. Nos simulations impliquent une marche aléatoire en 2D de tubes de flux magnétiques sur la photosphère solaire. Les tubes de flux sont injectés puis soumis à des règles de déplacement et d'interaction. L'injection se fait à deux échelles, respectivement la plus petite et la plus grande observables: les tubes de flux élémentaires et les taches solaires. Des processus de surface imitant ceux observés sont inclus, et consistent en l'émergence, la coalescence, l'annulation et la submergence de flux. La fragmentation des concentrations n'est présente que pour les taches, sous forme de désintégration libérant des tubes de flux. Le modèle est appliqué au cycle solaire 21 (1976-1986, le mieux documenté en termes de caractéristiques de taches solaires. Il en résulte des réponses à deux questions importantes en physique solaire. La première est: l'injection de flux magnétique à deux échelles très distinctes peut-elle conduire à une distribution de flux en loi de puissance comme on l'observe, si l'on inclut des processus de surface qui retraitent le flux? Cette question est étroitement liée à l'origine de la dynamo solaire, qui pourrait produire ladite distribution. Nous trouvons qu'on peut effectivement produire une telle distribution avec ce type d'injection et ce type de processus de surface. Cela implique que la distribution de flux observée ne peut servir à déterminer quel type de dynamo opère dans le Soleil. La deuxième question à laquelle nous avons apporté un élément de réponse est celle à savoir combien de temps il faut au réseau pour retrouver son état d'activité de base. Cet état a été observé lors du minimum de Maunder en 1645-1715 et touche de près la question de l'influence de l'activité solaire sur le climat terrestre. Le récent minimum d'activité est considéré par certains comme ayant atteint cet état. Nous trouvons plutôt que ça n'a pas été le cas. En effet, le temps de relaxation du réseau que nous avons calculé est supérieur au temps écoulé entre la fin du dernier cycle solaire d'activité et celui de l'amorce du présent cycle.

Ant semiochemicals limit apterous aphid dispersal

Some organisms can manipulate the nervous systems of others or alter their physiology in order to obtain benefit. Ants are known to limit alate aphid dispersal by physically removing wings and also through chemical manipulation of the alate developmental pathway. This results in reduced dispersal and higher local densities of aphids, which benefit ants in terms of increased honeydew and prey availability. Here, we show that the walking movement of mutualistic apterous aphids is also reduced by ant semiochemicals. Aphids walk slower and their dispersal from an unsuitable patch is hampered by ants. If aphid walking dispersal has evolved as a means of natural enemy escape, then ant chemicals may act as a signal indicating protection; hence, reduced dispersal could be adaptive for aphids. If, however, dispersal is primarily a means to reduce competition or to maintain persistent metapopulations, then manipulation by ants could be detrimental. Such manipulation strategies, common in host-parasite and predator-prey interactions, may be more common in mutualism than expected.

Targeting the cell cycle machinery for the treatment of cardiovascular disease

Cardiovascular disease represents a major clinical problem affecting a significant proportion of the world's population and remains the main cause of death in the UK. The majority of therapies currently available for the treatment of cardiovascular disease do not cure the problem but merely treat the symptoms. Furthermore, many cardioactive drugs have serious side effects and have narrow therapeutic windows that can limit their usefulness in the clinic. Thus, the development of more selective and highly effective therapeutic strategies that could cure specific cardiovascular diseases would be of enormous benefit both to the patient and to those countries where healthcare systems are responsible for an increasing number of patients. In this review, we discuss the evidence that suggests that targeting the cell cycle machinery in cardiovascular cells provides a novel strategy for the treatment of certain cardiovascular diseases. Those cell cycle molecules that are important for regulating terminal differentiation of cardiac myocytes and whether they can be targeted to reinitiate cell division and myocardial repair will be discussed as will the molecules that control vascular smooth muscle cell (VSMC) and endothelial cell proliferation in disorders such as atherosclerosis and restenosis. The main approaches currently used to target the cell cycle machinery in cardiovascular disease have employed gene therapy techniques. We will overview the different methods and routes of gene delivery to the cardiovascular system and describe possible future drug therapies for these disorders. Although the majority of the published data comes from animal studies, there are several instances where potential therapies have moved into the clinical setting with promising results.

The energy-cycle analysis of the interactions between shallow and deep atmospheric convection

Interactions between different convection modes can be investigated using an energy–cycle description under a framework of mass–flux parameterization. The present paper systematically investigates this system by taking a limit of two modes: shallow and deep convection. Shallow convection destabilizes itself as well as the other convective modes by moistening and cooling the environment, whereas deep convection stabilizes itself as well as the other modes by drying and warming the environment. As a result, shallow convection leads to a runaway growth process in its stand–alone mode, whereas deep convection simply damps out. Interaction between these two convective modes becomes a rich problem, even when it is limited to the case with no large–scale forcing, because of these opposing tendencies. Only if the two modes are coupled at a proper level can a self–sustaining system arise, exhibiting a periodic cycle. The present study establishes the conditions for self–sustaining periodic solutions. It carefully documents the behaviour of the two mode system in order to facilitate the interpretation of global model behaviours when this energy–cycle is implemented as a closure into a convection parameterization in future.

Reproducibility of 6-minute walking test in patients with COPD

The reproducibility of the 6-min walking test (6MWT) needs to be more solidly studied. This study aimed to investigate the reproducibility of two 6MWTs performed on subsequent days in a large and representative sample of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD), and to quantify the learning effect between the two tests, as well as its determinants.In a retrospective observational study, 1,514 patients with COPD performed two 6MWTs on subsequent days. Other measurements included body composition (dual X-ray absorptiometry), dyspnoea (Medical Research Council scale) and comorbidity (Charlson index).Although the 6MWT was reproducible (intraclass correlation coefficient=0.93), patients walked farther in the second test (391 m, 95% CI 155-585 m versus 418 m, 95% CI 185-605 m; p < 0.0001). on average, the second 6MWT increased by 27 m (or 7%), and 82% of patients improved in the second test. Determinants of improvement >= 42 m in the second test (upper limit of the clinically important change) were as follows: first 6MWT < 350 m, Charlson index < 2 and body mass index < 30 kg.m(-2) (OR 2.49, 0.76 and 0.60, respectively).The 6MWT was statistically reproducible in a representative sample of patients with COPD. However, the vast majority of patients improved significantly in the second test by an average learning effect of 27 m.

On the optimum parameters of a device for harvesting energy from running and walking

This paper investigates the feasibility of using an energy harvesting device tuned such that its natural frequency coincides with higher harmonics of the input to capture energy from walking or running human motion more efficiently. The paper starts by reviewing the concept of a linear resonant generator for a tonal frequency input and then derives an expression for the power harvested for an input with several harmonics. The amount of power harvested is estimated numerically using measured data from human subjects. Assuming that the input is periodic, the signal is reconstructed using a Fourier series before being used in the simulation. It is found that although the power output depends on the input frequency, the choice of tuning the natural frequency of the device to coincide with a particular higher harmonic is restricted by the amount of damping that is needed to maximize the amount of power harvested, as well as to comply with the size limit of the device. It is also found that it is not feasible to tune the device to match the first few harmonics when the size of the device is small, because a large amount of damping is required to limit the motion of the mass.

Effects of isolated cycle ergometer training on patients with moderate-to-severe chronic obstructive pulmonary disease

Background: Pulmonary rehabilitation (PR) programs are beneficial to patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD), and lower-extremity training is considered a fundamental component of PR. Nevertheless, the isolated effects of each PR component are not well established. Objective: We aimed to evaluate the effects of a cycle ergometry exercise protocol as the only intervention in a group of COPD patients, and to compare these results with a control group. Methods: 25 moderate-to-severe COPD patients were evaluated regarding pulmonary function, respiratory muscle strength, exercise capacity, quality of life and body composition. Patients were allocated to one of two groups: (a) the trained group (TG; n=13; 6 men) was submitted to a protocol of 24 exercise sessions on a cycle ergometer, with training intensity initially set at a heart rate (HR) close to 80% of maximal HR achieved in a maximal test, and load increase based on dyspnea scores, and (b) the control group (CG; n=12; 6 men) with no intervention during the protocol period. Results: TG showed within-group significant improvements in endurance cycling time, 6-min walking distance test, maximal inspiratory pressure and in the domain 'dyspnea' related to quality of life. Despite the within-group changes, no between-group significant differences were observed. Conclusion: In COPD patients, the results of isolated low-to-moderate intensity cycle ergometer training are not comparable to effects of multimodality and high-intensity training programs. Copyright (C) 2004 S. Karger AG, Basel.

Kinetic and temporospatial parameters in male and female cats walking over a pressure sensing walkway

Background: Several factors may influence kinetic data measurements, including body conformation and body mass. In addition, gender differences in gait pattern have been observed in healthy humans. Therefore, the aim of this study was to compare the kinetic and temporospatial parameters in clinically healthy male and female cats using a pressure-sensitive walkway. Eighteen crossbreed adult cats were divided into two groups: G1 had ten male cats (nine neutered) aged from 1 to 4 years and body mass 3.1-6.8 kg; G2 had eight spayed female cats, aged from 1 to 6 years and body mass 3.3-4.75 kg. The data from the first five valid trials were collected for each cat. A trial was considered valid if the cat maintained a velocity between 0.54-0.74 m/s and acceleration from -0.20 to 0.20 m/s2. The peak vertical force (PVF), vertical impulse (VI), gait cycle time, stance time, swing time, stride length, and percentage body weight distribution among the four limbs were determined. In addition, the lengths of each forelimb and each hind limb were measured using a tape with the animal standing.Results: No significant differences were observed in each group in either the forelimbs or the hind limbs or between the left and right sides for any of the variables. For both groups, the PVF (%BW), the VI, and the percentage body weight distribution were higher at the forelimbs than the hind limbs. The stride length was larger for males; however, the other kinetic and temporospatial variables did not show any statistically significant differences between the groups. The lengths of the forelimbs and hind limbs were larger in the male cats. There was a significant moderate positive correlation between the stride length and the length of the limbs.Conclusions: In conclusion, the only difference observed between male and female cats was the stride length, and this was due to the greater body size of male cats. This difference did not affect other temporospatial or kinetics variables. © 2013 Verdugo et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Excess body weight and gait influence energy cost of walking in older adults

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)