Experimental approach for studying structural changes in axonal membrane upon nerve excitation

The Hodgkin and Huxley (HH) model of action potential has become a central paradigm of neuroscience. Despite its ability to predict action potentials with remarkable accuracy, it fails to explain several biophysical findings related to the initiation and propagation of the nerve impulse. The isentropic heat release and optical phenomena demonstrated by various experiments suggest that action potential is accompanied by a transient phase change in the axonal membrane. In this study a method was developed for preparing a giant axon from the crayfish abdominal cord for studying the molecular mechanisms of action potential simultaneously by electrophysiological and optical methods. Also an alternative setup using a single-cell culture of an Aplysia sensory neuron is presented. In addition to the description of the method, the preliminary results on the effect of phloretin, a dipole potential lowering compound, on the excitability of a crayfish giant axon are presented.

Nerve growth factor induced turnover of phosphatidylinositol in rat superior cervical ganglia

The addition of nerve growth factor to organ cultures of superior cervical ganglia from immature rats specifically stimulated the incorporation of 32P-orthophosphate into phosphatidylinositol fraction. Equimolar concentrations of other hormones such as insulin, glucagon, thyroxine and growth hormone did not cause any stimulation of the incorporation of 14C-myoinositol into phosphatidylinositol. The stimulation of phosphatidylinositol turnover was observed over a concentration of nerve growth factor ranging from 10?10M to 10?7M. Nerve growth factor specific �inositide effect� was found to be sensitive to nerve growth factor antibody, 2,4-dinitrophenol, a high concentration of bovine growth hormones but not to Actinomycin D. The physiological significance of this finding in relation to nerve growth factor action in this target tissue is discussed.NGF, Nerve Growth Factor; SCG, Superior Cervical Ganglia; PI, Phosphatidylinositol

Involvement of cytoskeletal structures in nerve-growth-factor-mediated induction of ornithine decarboxylase.

Induction of ornithine decarboxylase elicited in response to nerve-growth factor in target organs is greatly decreased by preincubation of these tissues with cytoskeletal poisons such as vinblastine, diamide, cytochalasin B and colchicine. These results are interpreted as evidence for the involvement of receptor-associated cytoskeletal structures in mediating the nerve-growth-factor-specific induction of ornithine decarboxylase.

Involvement of cytoskeletal structures in nerve-growth-factor-mediated induction of ornithine decarboxylase

Induction of ornithine decarboxylase elicited in response to nerve-growth factor in target organs is greatly decreased by preincubation of these tissues with cytoskeletal poisons such as vinblastine, diamide, cytochalasin B and colchicine. These results are interpreted as evidence for the involvement of receptor-associated cytoskeletal structures in mediating the nerve-growth-factor-specific induction of ornithine decarboxylase.

Vacancy-Engineered Nanoceria: Enzyme Mimetic Hotspots for the Degradation of Nerve Agents

Organophosphorus-based nerve agents, such as paraoxon, parathion, and malathion, inhibit acetylcholinesterase, which results in paralysis, respiratory failure, and death. Bacteria are known to use the enzyme phosphotriesterase (PTE) to break down these compounds. In this work, we designed vacancy-engineered nanoceria (VE CeO2 NPs) as PTE mimetic hotspots for the rapid degradation of nerve agents. We observed that the hydrolytic effect of the nano-material is due to the synergistic activity between both Ce3+ and Ce4+ ions located in the active site-like hotspots. Furthermore, the catalysis by nanoceria overcomes the product inhibition generally observed for PTE and small molecule-based PTE mimetics.

Vacancy-Engineered Nanoceria: Enzyme Mimetic Hotspots for the Degradation of Nerve Agents

Organophosphorus-based nerve agents, such as paraoxon, parathion, and malathion, inhibit acetylcholinesterase, which results in paralysis, respiratory failure, and death. Bacteria are known to use the enzyme phosphotriesterase (PTE) to break down these compounds. In this work, we designed vacancy-engineered nanoceria (VE CeO2 NPs) as PTE mimetic hotspots for the rapid degradation of nerve agents. We observed that the hydrolytic effect of the nano-material is due to the synergistic activity between both Ce3+ and Ce4+ ions located in the active site-like hotspots. Furthermore, the catalysis by nanoceria overcomes the product inhibition generally observed for PTE and small molecule-based PTE mimetics.

Estudio de la eficacia y seguridad de un dispositivo intraoral de avance mandibular en pacientes roncadores habituales con síndrome de apnea-hipopnea de carácter leve-moderado

184 p. : il.

Avaliação da estabilidade da cirurgia de avanço mandibular através da superposição de modelos tridimensionais

Embora a cirurgia de avanço mandibular seja considerada um procedimento altamente estável, existem algumas preocupações clínicas em relação a mudanças nos côndilos e nos segmentos proximais, que podem levar a recidiva sagital e abertura de mordida. A avaliação dos resultados da cirurgia através de ferramentas de geração e superposição de modelos virtuais tridimensionais (3D) permite a identificação e quantificação dos deslocamentos e remodelação óssea que podem ajudar a explicar as interações entre os componentes dentários, esqueléticos e de tecido mole que estão relacionados a resposta ao tratamento. Este estudo observacional prospectivo avaliou, através de tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT), mudanças na posição/remodelação 3D dos ramos mandibulares, côndilos e mento. Assim, exames CBCT de 27 pacientes foram adquiridos antes da cirurgia (T1), imediatamente após a cirurgia(T2), e 1 ano após a cirurgia(T3). Uma técnica automática de superposição na base do crânio foi utilizada para permitir a avaliação das mudanças ocorridas nas regiões anatômicas de interesse (RAI). Os deslocamentos foram visualizados e quantificados em mapas coloridos 3D através da ferramenta de linha de contorno (ISOLINE). Pelo teste t pareado compararam-se as mudanças entre T1-T2 e T2-T3. O coeficiente de correlação de Pearson verificou se os deslocamentos ocorridos nas RAI foram correlacionados entre si e entre os tempos de avaliação. O nível de significância foi determinado em 0,05. O avanço mandibular médio foi de 6,813,2mm em T2 e 6,363,41mm em T3 (p=0,13). Entre T2 e T3, a posição do mento variou positivamente (≥2mm) em 5 pacientes negativamente em 7. 12% dos pacientes sofreram recidivas ≥4mm. Para todas as outras RAI avaliadas, apenas a porção inferior dos ramos (lado direito - 2,342,35mm e lado esquerdo 2,972,71mm) sofreram deslocamentos médios >2mm com a cirurgia. No acompanhamento em longo prazo, esse deslocamento lateral da porção inferior dos ramos foi mantido (lado direito - 2,102,15mm, p=0,26; e lado esquerdo -2,762,80, p=0,46), bem como todos os outros deslocamentos observados (p>0,05). As mudanças na posição do mento foram correlacionadas a adaptações pós-cirúrgicas nos bordos posteriores dos ramos (esquerdo r=-0,73 e direito r=-0,68) e côndilos (esquerdo r=-0,53 e direito r=-0,46). Os deslocamentos médios sofridos pelas estruturas do lado esquerdo foram suavemente maiores do que no direito. Correlações dos deslocamentos ocorridos entre T1-T2 e T2-T3 mostraram que: os deslocamentos dos côndilos esquerdos com a cirurgia foram negativamente correlacionados às adaptações pós-cirúrgicas destes (r=-0,51); e que o deslocamento da porção superior do ramo esquerdo com a cirurgia foi correlacionado à adaptação pós-cirúrgica ocorrida nos bordos posteriores (r=0,39) e côndilos do mesmo lado (r=0,39). Pode-se concluir que: (1) os deslocamentos causados pela cirurgia foram de modo geral estáveis no acompanhamento de 1 ano, mas identificou-se uma considerável variação individual; (2) as mudanças pós-cirúrgicas na posição do mento foram correlacionadas a adaptações sofridas pelos côndilos e bordos posteriores dos ramos; e que (3) deslocamentos suavemente maiores causados pela cirurgia nas estruturas do lado esquerdo levaram a maiores adaptações pós-cirúrgicas no segmento proximal deste lado.

Avaliação tridimensional da via aérea superior de pacientes com apneia obstrutiva do sono que utilizaram aparelho de avanço mandibular

Os objetivos deste estudo foram avaliar o efeito do aparelho de avanço mandibular (Twin block - TB) no volume das vias aéreas superiores, por meio de tomografia computadorizada cone beam (CBCT); analisar, por meio da polissonografia, as mudanças no índice de apneia e hipopneia (IAH) e índice de apneia por hora de sono (IA), saturação de oxi-hemoglobina e eficiência do sono; e correlacionar o volume na CBCT e as polissonografias. Dezesseis pacientes portadores de apneia obstrutiva do sono, idade média de 47,06 anos, participaram deste estudo prospectivo, com acompanhamento médio de 7 meses. Foram feitas polissonografias iniciais (T1) e de acompanhamento (T2) com o TB em posição, e CBCT sem e com TB em posição. A segmentação e obtenção dos volumes das vias aéreas superiores foram realizadas e utilizados os testes t de Student pareado, de Wilcoxon e o índice de correlação de Spearman, com 5% de significância. Os resultados das polissonografias mostraram diferenças estatisticamente significativas entre T1 e T2 apenas para IAH (p<0,05). Houve aumento do volume da via aérea superior com TB quando comparado com o volume sem TB (p<0,05). Foi possível estabelecer-se correlação positiva entre volume da via aérea superior sem TB e IAH e IA em T1 (p<0,05), mas não houve correlação entre o volume da via aérea com TB e índices polissonográficos em T2. Pode-se concluir que, houve aumento de volume da via aérea superior com o TB e houve redução do IAH em T2 porém, sem correlação entre estes dados.

The propagation of nerve pulses: From the Hodgkin-Huxley model to the soliton theory

The present project aims to describe and study the nature and transmission of nerve pulses. First we review a classical model by Hodgkin-Huxley which describes the nerve pulse as a pure electric signal which propagates due to the opening of some time- and voltage-dependent ion channels. Although this model was quite successful when introduced, it fails to provide a satisfactory explanation to other phenomena that occur in the transmission of nerve pulses, therefore a new theory seems to be necessary. The soliton theory is one such theory, which we explain after introducing two topics that are important for its understanding: (i) the lipid melting of membranes, which are found to display nonlinearity and dispersion during the melting transition, and (ii) the discovery and the conditions required for the existence of solitons. In the soliton theory, the pulse is presented as an electromechanical soliton which forces the membrane through the transition while propagating. The action of anesthesia is also explained in the new framework by the melting point depression caused by anesthetics. Finally, we present a comparison between the two models.

Activity in the pallial nerve of knobbed (Busycon carica) and channeled (Busycotypus canaliculatum) whelks recorded during exposure of the osphradium to odorant solutions

Adult horseshoe crabs (Limulus polyphemus) are the preferred bait in the U.S. east coast whelk pot fishery, but their harvest is being restricted because of severe population declines in the Chesapeake and Delaware bays. To identify other baits, the activity in the pallial nerve of whelks was determined during exposure of the osphradium to odorant solutions prepared from horseshoe crab eggs, horseshoe crab hemolymph, and hard clam (Mercenaria mercenaria) tissue. All three elicited significant responses; bait based on them may provide an alternative to the use of adult horseshoe crabs, although extensive behavioral testing remains to be done. Channeled whelk did not respond to molecular weight fractions (>3 kDa and <3 kDa) prepared from horseshoe crab egg odorant solutions but did respond when the molecular weight fractions were recombined. Whelks appear to have broadly tuned chemoreceptors and manufactured baits may need to mimic the complex mixture of odorants derived from natural sources.

Avaliação tridimensional da sínfise mandibular em crânios secos e sua associação com diferentes classificações de tipos faciais

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um estudo morfológico quantitativo e qualitativo da região da sínfise mandibular (SM), através da construção de modelos tridimensionais (3D) e avaliar o seu grau de associação com diferentes classificações de padrões faciais. Foram avaliados 61 crânios secos humanos de adultos jovens com oclusão normal, com idade entre 18 e 45 anos e dentadura completa. Tomografias computadorizadas de feixe cônico (TCFC) de todos os crânios foram obtidas de forma padronizada. O padrão facial foi determinado por método antropométrico e cefalométrico. Utilizando o critério antropométrico, tomando como referência o índice facial (IF), o padrão facial foi classificado em: euriprósopo (≤84,9), mesoprósopo (85,0 - 89,9) e leptoprósopo (≥90,0). Pelo critério cefalométrico, o plano mandibular (FMA) determinou o padrão facial em curto (≤21,0), médio (21,1 - 29,0) e longo (≥29,1); e o índice de altura facial (IAF) classificou a face em hipodivergente (≥0,750), normal (0,749 - 0,650) e hiperdivergente (≤0,649). A construção de modelos 3D, representativos da região da SM, foi realizada com o auxílio do software ITK-SNAP. Os dentes presentes nesta região, incisivos, caninos e pré-molares inferiores, foram separados do modelo por técnica de segmentação semi-automática, seguida de refinamento manual. Em seguida, foram obtidos modelos 3D somente com o tecido ósseo, possibilitando a mensuraçãodo volume ósseo em mm3 (VOL) e da densidade radiográfica, pela média de intensidade dos voxels (Mvox). No programa Geomagic Studio 10 foi feita uma superposição anatômica dos modelos 3D em bestfit para estabelecer um plano de corte padronizado na linha média. Para cada sínfise foi medida a altura (Alt), a largura (Larg) e calculado o índice de proporção entre altura e largura (PAL). A avaliação da presença de defeitos alveolares foi feita diretamente na mandíbula,obtendo-se a média de todas as alturas ósseas alveolares (AltOss) e a média da dimensão das deiscências presentes (Medef). O índice de correlação intra-classe (ICC) com valores entre 0,923 a 0,994,indicou alta reprodutibilidade e confiabilidade das variáveis medidas. As diferenças entre os grupos, determinados pelas classificações do padrão facial (IF, FMA e IAF), foram avaliadas através da análise de variância (oneway ANOVA) seguida do teste post-hoc de Tukey. O grau de associação entre o padrão facial e as variáveis Vol, Mvox, PAL, Alt, Larg, AltOss e Medef foi avaliado pelo coeficiente de correlação de Pearson com um teste t para r. Os resultados indicaram ausência de diferença ou associação entre o volume, densidade radiográfica e presença de defeitos alveolares da SM e o padrão facial quando determinado pelo IF, FMA e IAF. Verificou-se tendência de SM mais longas nos indivíduos com face alongada, porém a largura não mostrou associação com o padrão facial. Estes resultados sugerem que as classificações utilizadas para determinar o padrão facial não representam satisfatoriamente o caráter 3D da face humana e não estão associadas com a morfologia da SM.