Analysis of the esophagogastric junction using the 3D high resolution manometry

Contexte & Objectifs : La manométrie perfusée conventionnelle et la manométrie haute résolution (HRM) ont permis le développement d’une variété de paramètres pour mieux comprendre la motilité de l'œsophage et quantifier les caractéristiques de la jonction œsophago-gastrique (JOG). Cependant, l'anatomie de la JOG est complexe et les enregistrements de manométrie détectent à la fois la pression des structures intrinsèques et des structures extrinsèques à l'œsophage. Ces différents composants ont des rôles distincts au niveau de la JOG. Les pressions dominantes ainsi détectées au niveau de la JOG sont attribuables au sphincter œsophagien inférieur (SOI) et aux piliers du diaphragme (CD), mais aucune des technologies manométriques actuelles n’est capable de distinguer ces différents composants de la JOG. Lorsqu’on analyse les caractéristiques de la JOG au repos, celle ci se comporte avant tout comme une barrière antireflux. Les paramètres manométriques les plus couramment utilisés dans ce but sont la longueur de la JOG et le point d’inversion respiratoire (RIP), défini comme le lieu où le pic de la courbe de pression inspiratoire change de positif (dans l’abdomen) à négatif (dans le thorax), lors de la classique manœuvre de « pull-through ». Cependant, l'importance de ces mesures reste marginale comme en témoigne une récente prise de position de l’American Gastroenterology Association Institute (AGAI) (1) qui concluait que « le rôle actuel de la manométrie dans le reflux gastro-œsophagien (RGO) est d'exclure les troubles moteurs comme cause des symptômes présentés par la patient ». Lors de la déglutition, la mesure objective de la relaxation de la JOG est la pression de relaxation intégrée (IRP), qui permet de faire la distinction entre une relaxation normale et une relaxation anormale de la JOG. Toutefois, puisque la HRM utilise des pressions moyennes à chaque niveau de capteurs, certaines études de manométrie laissent suggérer qu’il existe une zone de haute pression persistante au niveau de la JOG même si un transit est mis en évidence en vidéofluoroscopie. Récemment, la manométrie haute résolution « 3D » (3D-HRM) a été développée (Given Imaging, Duluth, GA) avec le potentiel de simplifier l'évaluation de la morphologie et de la physiologie de la JOG. Le segment « 3D » de ce cathéter de HRM permet l'enregistrement de la pression à la fois de façon axiale et radiale tout en maintenant une position fixe de la sonde, et évitant ainsi la manœuvre de « pull-through ». Par conséquent, la 3D-HRM devrait permettre la mesure de paramètres importants de la JOG tels que sa longueur et le RIP. Les données extraites de l'enregistrement fait par 3D-HRM permettraient également de différencier les signaux de pression attribuables au SOI des éléments qui l’entourent. De plus, l’enregistrement des pressions de façon radiaire permettrait d’enregistrer la pression minimale de chaque niveau de capteurs et devrait corriger cette zone de haute pression parfois persistante lors la déglutition. Ainsi, les objectifs de ce travail étaient: 1) de décrire la morphologie de la JOG au repos en tant que barrière antireflux, en comparant les mesures effectuées avec la 3D-HRM en temps réel, par rapport à celle simulées lors d’une manœuvre de « pull-through » et de déterminer quelles sont les signatures des pressions attribuables au SOI et au diaphragme; 2) d’évaluer la relaxation de la JOG pendant la déglutition en testant l'hypothèse selon laquelle la 3D-HRM permet le développement d’un nouveau paradigme (appelé « 3D eSleeve ») pour le calcul de l’IRP, fondé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteur de pression le long de la JOG. Ce nouveau paradigme sera comparé à une étude de transit en vidéofluoroscopie pour évaluer le gradient de pression à travers la JOG. Méthodes : Nous avons utilisé un cathéter 3D-HRM, qui incorpore un segment dit « 3D » de 9 cm au sein d’un cathéter HRM par ailleurs standard. Le segment 3D est composé de 12 niveaux (espacés de 7.5mm) de 8 capteurs de pression disposés radialement, soit un total de 96 capteurs. Neuf volontaires ont été étudiés au repos, où des enregistrements ont été effectués en temps réel et pendant une manœuvre de « pull-through » du segment 3D (mobilisation successive du cathéter de 5 mm, pour que le segment 3D se déplace le long de la JOG). Les mesures de la longueur du SOI et la détermination du RIP ont été réalisées. La longueur de la JOG a été mesurée lors du « pull-through » en utilisant 4 capteurs du segment 3D dispersés radialement et les marges de la JOG ont été définies par une augmentation de la pression de 2 mmHg par rapport à la pression gastrique ou de l’œsophage. Pour le calcul en temps réel, les limites distale et proximale de la JOG ont été définies par une augmentation de pression circonférentielle de 2 mmHg par rapport à la pression de l'estomac. Le RIP a été déterminée, A) dans le mode de tracé conventionnel avec la méthode du « pull-through » [le RIP est la valeur moyenne de 4 mesures] et B) en position fixe, dans le mode de représentation topographique de la pression de l’œsophage, en utilisant l’outil logiciel pour déterminer le point d'inversion de la pression (PIP). Pour l'étude de la relaxation de la JOG lors de la déglutition, 25 volontaires ont été étudiés et ont subi 3 études de manométrie (10 déglutitions de 5ml d’eau) en position couchée avec un cathéter HRM standard et un cathéter 3D-HRM. Avec la 3D-HRM, l’analyse a été effectuée une fois avec le segment 3D et une fois avec une partie non 3D du cathéter (capteurs standard de HRM). Ainsi, pour chaque individu, l'IRP a été calculée de quatre façons: 1) avec la méthode conventionnelle en utilisant le cathéter HRM standard, 2) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment standard du cathéter 3D-HRM, 3) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment « 3D » du cathéter 3D-HRM, et 4) avec le nouveau paradigme (3D eSleeve) qui recueille la pression minimale de chaque niveau de capteurs (segment 3D). Quatorze autres sujets ont subi une vidéofluoroscopie simultanée à l’étude de manométrie avec le cathéter 3D-HRM. Les données de pression ont été exportés vers MATLAB ™ et quatre pressions ont été mesurées simultanément : 1) la pression du corps de l’œsophage, 2cm au-dessus de la JOG, 2) la pression intragastrique, 3) la pression radiale moyenne de la JOG (pression du eSleeve) et 4) la pression de la JOG en utilisant la pression minimale de chaque niveau de capteurs (pression du 3D eSleeve). Ces données ont permis de déterminer le temps permissif d'écoulement du bolus (FPT), caractérisé par la période au cours de laquelle un gradient de pression existe à travers la JOG (pression œsophagienne > pression de relaxation de la JOG > pression gastrique). La présence ou l'absence du bolus en vidéofluoroscopie et le FPT ont été codés avec des valeurs dichotomiques pour chaque période de 0,1 s. Nous avons alors calculé la sensibilité et la spécificité correspondant à la valeur du FPT pour la pression du eSleeve et pour la pression du 3D eSleeve, avec la vidéofluoroscopie pour référence. Résultats : Les enregistrements avec la 3D-HRM laissent suggérer que la longueur du sphincter évaluée avec la méthode du « pull-through » était grandement exagéré en incorporant dans la mesure du SOI les signaux de pression extrinsèques à l’œsophage, asymétriques et attribuables aux piliers du diaphragme et aux structures vasculaires. L’enregistrement en temps réel a permis de constater que les principaux constituants de la pression de la JOG au repos étaient attribuables au diaphragme. L’IRP calculé avec le nouveau paradigme 3D eSleeve était significativement inférieur à tous les autres calculs d'IRP avec une limite supérieure de la normale de 12 mmHg contre 17 mmHg pour l’IRP calculé avec la HRM standard. La sensibilité (0,78) et la spécificité (0,88) du 3D eSleeve étaient meilleurs que le eSleeve standard (0,55 et 0,85 respectivement) pour prédire le FPT par rapport à la vidéofluoroscopie. Discussion et conclusion : Nos observations suggèrent que la 3D-HRM permet l'enregistrement en temps réel des attributs de la JOG, facilitant l'analyse des constituants responsables de sa fonction au repos en tant que barrière antireflux. La résolution spatiale axiale et radiale du segment « 3D » pourrait permettre de poursuivre cette étude pour quantifier les signaux de pression de la JOG attribuable au SOI et aux structures extrinsèques (diaphragme et artéfacts vasculaires). Ces attributs du cathéter 3D-HRM suggèrent qu'il s'agit d'un nouvel outil prometteur pour l'étude de la physiopathologie du RGO. Au cours de la déglutition, nous avons évalué la faisabilité d’améliorer la mesure de l’IRP en utilisant ce nouveau cathéter de manométrie 3D avec un nouveau paradigme (3D eSleeve) basé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteurs de pression. Nos résultats suggèrent que cette approche est plus précise que celle de la manométrie haute résolution standard. La 3D-HRM devrait certainement améliorer la précision des mesures de relaxation de la JOG et cela devrait avoir un impact sur la recherche pour modéliser la JOG au cours de la déglutition et dans le RGO.

Metastable States and Irregular Behaviour in a Josephson Junction with Nonlinear Resistance

We consider a resistively shunted Josephson junction with a resistance that depends inversely on voltage. It is shown that such a junction in the underdamped case can give rise to extremely long-lived metastable states even in the absence of external noise. We investigate numerically this metastable state and its transition to a chaotic state. The junction voltages corresponding to these states are studied.

Creation and Annihilation of Fluxons in ac‐driven Semi-annular Josephson Junction

A new geometry (semiannular) for Josephson junction has been proposed and theoretical studies have shown that the new geometry is useful for electronic applications [1, 2]. In this work we study the voltage‐current response of the junction with a periodic modulation. The fluxon experiences an oscillating potential in the presence of the ac‐bias which increases the depinning current value. We show that in a system with periodic boundary conditions, average progressive motion of fluxon commences after the amplitude of the ac drive exceeds a certain threshold value. The analytic studies are justified by simulating the equation using finite‐difference method. We observe creation and annihilation of fluxons in semiannular Josephson junction with an ac‐bias in the presence of an external magnetic field.

A field study of factors influencing the concentrations of a traffic-related pollutant in the vicinity of a complex urban junction

The paper describes a field study focused on the dispersion of a traffic-related pollutant within an area close to a busy intersection between two street canyons in Central London. Simultaneous measurements of airflow, traffic flow and carbon monoxide concentrations ([CO]) are used to explore the causes of spatial variability in [CO] over a full range of background wind directions. Depending on the roof-top wind direction, evidence of both flow channelling and recirculation regimes were identified from data collected within the main canyon and the intersection. However, at the intersection, the merging of channelled flows from the canyons increased the flow complexity and turbulence intensity. These features, coupled with the close proximity of nearby queuing traffic in several directions, led to the highest overall time-average measured [CO] occurring at the intersection. Within the main street canyon, the data supported the presence of a helical flow regime for oblique roof-top flows, leading to increased [CO] on the canyon leeward side. Predominant wind directions led to some locations having significantly higher diurnal average [CO] due to being mostly on the canyon leeward side during the study period. For all locations, small changes in the background wind direction could cause large changes in the in-street mean wind angle and local turbulence intensity, implying that dispersion mechanisms would be highly sensitive to small changes in above roof flows. During peak traffic flow periods, concentrations within parallel side streets were approximately four times lower than within the main canyon and intersection which has implications for controlling personal exposure. Overall, the results illustrate that pollutant concentrations can be highly spatially variable over even short distances within complex urban geometries, and that synoptic wind patterns, traffic queue location and building topologies all play a role in determining where pollutant hot spots occur.

Dynamic behavior of Arabidopsis eif4a-iii, putative core protein of exon junction complex: fast relocation to nucleolus and splicing speckles under hypoxia

Here, we identify the Arabidopsis thaliana ortholog of the mammalian DEAD box helicase, eIF4A-III, the putative anchor protein of exon junction complex (EJC) on mRNA. Arabidopsis eIF4A-III interacts with an ortholog of the core EJC component, ALY/Ref, and colocalizes with other EJC components, such as Mago, Y14, and RNPS1, suggesting a similar function in EJC assembly to animal eIF4A-III. A green fluorescent protein (GFP)-eIF4A-III fusion protein showed localization to several subnuclear domains: to the nucleoplasm during normal growth and to the nucleolus and splicing speckles in response to hypoxia. Treatment with the respiratory inhibitor sodium azide produced an identical response to the hypoxia stress. Treatment with the proteasome inhibitor MG132 led to accumulation of GFP-eIF4A-III mainly in the nucleolus, suggesting that transition of eIF4A-III between subnuclear domains and/or accumulation in nuclear speckles is controlled by proteolysis-labile factors. As revealed by fluorescence recovery after photobleaching analysis, the nucleoplasmic fraction was highly mobile, while the speckles were the least mobile fractions, and the nucleolar fraction had an intermediate mobility. Sequestration of eIF4A-III into nuclear pools with different mobility is likely to reflect the transcriptional and mRNA processing state of the cell.

Ligand bridging of the DNA Holliday junction: molecular recognition of a stacked-X four-way junction by a small molecule

Planning a Holliday: A new mode of binding to a stacked-X, four-way Holliday junction is described in which a chromophore molecule binds across the center of the junction and two adenine residues are replaced by the acridine chromophores at either side of the crossover. This binding mode is specific for the Holliday junction and does not cause unwinding of the DNA helices.

Conformational and hydration effects of site-selective sodium, calcium and strontium ion binding to the DNA Holliday junction structure d(TCGGTACCGA)(4)

The role of metal ions in determining the solution conformation of the Holliday junction is well established, but to date the picture of metal ion binding from structural studies of the four-way DNA junction is very incomplete. Here we present two refined structures of the Holliday junction formed by the sequence d(TCGGTACCGA) in the presence of Na+ and Ca2+, and separately with Sr2+ to resolutions of 1.85 Angstrom and 1.65 Angstrom, respectively. This sequence includes the ACC core found to promote spontaneous junction formation, but its structure has not previously been reported. Almost complete hydration spheres can be defined for each metal cation. The Na+ sites, the most convincing observation of such sites in junctions to date, are one on either face of the junction crossover region, and stabilise the ordered hydration inside the junction arms. The four Ca2+ sites in the same structure are at the CG/CG steps in the minor groove. The Sr2+ ions occupy the TC/AG, GG/CC, and TA/TA sites in the minor groove, giving ten positions forming two spines of ions, spiralling through the minor grooves within each arm of the stacked-X structure. The two structures were solved in the two different C2 lattices previously observed, with the Sr2+ derivative crystallising in the more highly symmetrical form with two-fold symmetry at its centre. Both structures show an opening of the minor groove face of the junction of 8.4degrees in the Ca2+ and Na+ containing structure, and 13.4degrees in the Sr2+ containing structure. The crossover angles at the junction are 39.3degrees and 43.3degrees, respectively. In addition to this, a relative shift in the base pair stack alignment of the arms of 2.3 Angstrom is observed for the Sr2+ containing structure only. Overall these results provide an insight into the so-far elusive stabilising ion structure for the DNA Holliday junction. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Biomechanics of a branch-stem junction in softwood

Direct measurement of strain field in a mechanically loaded Norway spruce branch-stem junction was performed by means of electronic speckle pattern analysis. Results were compared with strain distribution in a polyester cast of identical shape as the branch-stem junction, and a simplified polyester model consisting of two half-cylinders. Compared to polyester models, the branch-stem junction was characterised by a very homogeneous distribution of strain, which can be interpreted as a homogeneous distribution of stress in terms of fraction of material strength. This optimised transfer of mechanical load from the branch to the stem is achieved by a combination of naturally optimised shape with, additionally, optimised mechanical wood properties in the junction area.

Building integration photovoltaic module with reference to Ghana: using triple junction amorphous silicon

This paper assesses the potential for using building integrated photovoltaic (BIPV) roof shingles made from triple-junction amorphous silicon (3a-Si) for electrification and as a roofing material in tropical countries, such as Accra, Ghana. A model roof was constructed using triple-junction amorphous (3a-Si) PV on one section and conventional roofing tiles on the other. The performance of the PV module and tiles were measured, over a range of ambient temperatures and solar irradiance. PVSyst (a computer design software) was used to determine the most appropriate angle of tilt. It was observed that 3a-Si performs well in conditions such as Accra, because it is insensitive to high temperatures. Building integration gives security benefits, and reduces construction costs and embodied energy, compared to freestanding PV systems. Again, it serves as a means of protection from salt spray from the oceans and works well even when shaded. However, compared to conventional roofing materials, 3a-Si would increase the indoor temperature by 1-2 °C depending on the surface area of the roof covered with the PV modules. The results presented in this research enhance the understanding of varying factors involved in the selection of an appropriate method of PV installation to offset the short falls of the conventional roofing material in Ghana.

Neuromuscular junction morphology, fiber-type proportions, and satellite-cell proliferation rates are altered in MyoD(-/-) mice

Gene compensation by members of the myogenic regulatory factor (MRF) family has been proposed to explain the apparent normal adult phenotype of MyoD(-/-) mice. Nerve and field stimulation were used to investigate contraction properties of muscle from MyoD(-/-) mice, and molecular approaches were used to investigate satellite-cell behavior. We demonstrate that MyoD deletion results in major alterations in the organization of the neuromuscular junction, which have a dramatic influence on the physiological contractile properties of skeletal muscle. Second, we show that the lineage progression of satellite cells (especially initial proliferation) in the absence of MyoD is abnormal and linked to perturbations in the nuclear localization of beta-catenin, a key readout of canonical Wnt signaling. These results show that MyoD has unique functions in both developing and adult skeletal muscle that are not carried out by other members of the MRF family.

Specialization of right temporo-parietal junction for mentalizing and its relation to social impairments in autism

Over the last 25years, "mindblindness" (deficits in representing mental states) has been one of the primary explanations behind the hallmark social-communication difficulties in autism spectrum conditions (ASC). However, highlighting neural systems responsible for mindblindness and their relation to variation in social impairments has remained elusive. In this study we show that one of the neural systems responsible for mindblindness in ASC and its relation to social impairments is the right temporo-parietal junction (RTPJ). Twenty-nine adult males with ASC and 33 age and IQ-matched Controls were scanned with fMRI while making reflective mentalizing or physical judgments about themselves or another person. Regions of interest within mentalizing circuitry were examined for between-group differences in activation during mentalizing about self and other and correlations with social symptom severity. RTPJ was the only mentalizing region that responded atypically in ASC. In Controls, RTPJ was selectively more responsive to mentalizing than physical judgments. This selectivity for mentalizing was not apparent in ASC and generalized across both self and other. Selectivity of RTPJ for mentalizing was also associated with the degree of reciprocal social impairment in ASC. These results lend support to the idea that RTPJ is one important neural system behind mindblindness in ASC. Understanding the contribution of RTPJ in conjunction with other neural systems responsible for other component processes involved in social cognition will be illuminating in fully explaining the hallmark social-communication difficulties of autism.

Structural characterisation of bisintercalation in higher-order DNA at a junction-like quadruplex

We report the single-crystal X-ray structure for the complex of the bisacridine bis-(9-aminooctyl(2-(dimethylaminoethyl)acridine-4-carboxamide)) with the oligonucleotide d(CGTACG)2 to a resolution of 2.4 Å. Solution studies with closed circular DNA show this compound to be a bisintercalating threading agent, but so far we have no crystallographic or NMR structural data conforming to the model of contiguous intercalation within the same duplex. Here, with the hexameric duplex d(CGTACG), the DNA is observed to undergo a terminal cytosine base exchange to yield an unusual guanine quadruplex intercalation site through which the bisacridine threads its octamethylene linker to fuse two DNA duplexes. The 4-carboxamide side-chains form anchoring hydrogen-bonding interactions with guanine O6 atoms on each side of the quadruplex. This higher-order DNA structure provides insight into an unexpected property of bisintercalating threading agents, and suggests the idea of targeting such compounds specifically at four-way DNA junctions.

Structural characterization of a new crystal form of the four-way Holliday junction formed by the DNA sequence d(CCGGTACCGG)2: sequence versus lattice?

DNA-strand exchange is a vital step in the recombination process, of which a key intermediate is the four-way DNA Holliday junction formed transiently in most living organisms. Here, the single-crystal structure at a resolution of 2.35 Å of such a DNA junction formed by d(CCGGTACCGG)2, which has crystallized in a more highly symmetrical packing mode to that previously observed for the same sequence, is presented. In this case, the structure is isomorphous to the mismatch sequence d(CCGGGACCGG)2, which reveals the roles of both lattice and DNA sequence in determining the junction geometry. The helices cross at the larger angle of 43.0° (the previously observed angle for this sequence was 41.4°) as a right-handed X. No metal cations were observed; the crystals were grown in the presence of only group I counter-cations.