Lipopolysaccharide and interleukin 1 augment the effects of hypoxia and inflammation in human pulmonary arterial tissue.

The combined effects of hypoxia and interleukin 1, lipopolysaccharide, or tumor necrosis factor alpha on the expression of genes encoding endothelial constitutive and inducible nitric oxide synthases, endothelin 1, interleukin 6, and interleukin 8 were investigated in human primary pulmonary endothelial cells and whole pulmonary artery organoid cultures. Hypoxia decreased the expression of constitutive endothelial nitric oxide synthase (NOS-3) mRNA and NOS-3 protein as compared with normoxic conditions. The inhibition of expression of NOS-3 corresponded with a reduced production of NO. A combination of hypoxia with bacterial lipopolysaccharide, interleukin 1 beta, or tumor necrosis factor alpha augmented both effects. In contrast, the combination of hypoxia and the inflammatory mediators superinduced the expression of endothelin 1, interleukin 6, and interleukin 8. Here, we have shown that inflammatory mediators aggravate the effect of hypoxia on the down-regulation of NOS-3 and increase the expression of proinflammatory cytokines in human pulmonary endothelial cells and whole pulmonary artery organoid cultures.

Role of the p21 cyclin-dependent kinase inhibitor in limiting intimal cell proliferation in response to arterial injury.

Arterial injury induces a series of proliferative, vasoactive, and inflammatory responses that lead to vascular proliferative diseases, including atherosclerosis and restenosis. Although several factors have been defined which stimulate this process in vivo, the role of specific cellular gene products in limiting this response is not well understood. The p21 cyclin-dependent kinase inhibitor affects cell cycle progression, senescence, and differentiation in transformed cells, but its expression in injured blood vessels has not been investigated. In this study, we report that p21 protein is induced in porcine arteries following balloon catheter injury and suggest that p21 is likely to play a role in limiting arterial cell proliferation in vivo. Vascular endothelial and smooth muscle cell growth was arrested through the ability of p21 to inhibit progression through the G1 phase of the cell cycle. Following injury to porcine arteries, p21 gene product was detected in the neointima and correlated inversely with the location and kinetics of intimal cell proliferation. Direct gene transfer of p21 using an adenoviral vector into balloon injured porcine arteries inhibited the development of intimal hyperplasia. Taken together, these findings suggest that p21, and possibly related cyclin-dependent kinase inhibitors, may normally regulate cellular proliferation following arterial injury, and strategies to increase its expression may prove therapeutically beneficial in vascular diseases.

Adenosine activates ATP-sensitive potassium channels in arterial myocytes via A2 receptors and cAMP-dependent protein kinase.

The mechanism by which the endogenous vasodilator adenosine causes ATP-sensitive potassium (KATP) channels in arterial smooth muscle to open was investigated by the whole-cell patch-clamp technique. Adenosine induced voltage-independent, potassium-selective currents, which were inhibited by glibenclamide, a blocker of KATP currents. Glibenclamide-sensitive currents were also activated by the selective adenosine A2-receptor agonist 2-p-(2-carboxethyl)-phenethylamino-5'-N- ethylcarboxamidoadenosine hydrochloride (CGS-21680), whereas 2-chloro-N6-cyclopentyladenosine (CCPA), a selective adenosine A1-receptor agonist, failed to induce potassium currents. Glibenclamide-sensitive currents induced by adenosine and CGS-21680 were largely reduced by blockers of the cAMP-dependent protein kinase (Rp-cAMP[S], H-89, protein kinase A inhibitor peptide). Therefore, we conclude that adenosine can activate KATP currents in arterial smooth muscle through the following pathway: (i) Adenosine stimulates A2 receptors, which activates adenylyl cyclase; (ii) the resulting increase intracellular cAMP stimulates protein kinase A, which, probably through a phosphorylation step, opens KATP channels.

Functional and developmental studies of the peripheral arterial chemoreceptors in rat: effects of nicotine and possible relation to sudden infant death syndrome.

The drive on respiration mediated by the peripheral arterial chemoreceptors was assessed by the hyperoxic test in 3-day-old rat pups. They accounted for 22.5 +/- 8.8% during control conditions, but only for 6.9 +/- 10.0% after nicotine exposure, an effect counteracted by blockade of peripheral dopamine type 2 receptors (DA2Rs). Furthermore, nicotine reduced dopamine (DA) content and increased the expression of tyrosine hydroxylase (TH) in the carotid bodies, further suggesting that DA mediates the acute effect of nicotine on arterial chemoreceptor function. During postnatal development TH and DA2R mRNA levels in the carotid bodies decreased. Thus, nicotine from smoking may also interfere with the postnatal resetting of the oxygen sensitivity of the peripheral arterial chemoreceptors by increasing carotid body TH mRNA, as well as DA release in this period. Collectively these effects of nicotine on the peripheral arterial chemoreceptors may increase the vulnerability to hypoxic episodes and attenuate the protective chemoreflex response. These mechanisms may underlie the well-known relation between maternal smoking and sudden infant death syndrome.

Oxygen-sensitive calcium channels in vascular smooth muscle and their possible role in hypoxic arterial relaxation.

We have investigated the modifications of cytosolic [Ca2+] and the activity of Ca2+ channels in freshly dispersed arterial myocytes to test whether lowering O2 tension (PO2) directly influences Ca2+ homeostasis in these cells. Unclamped cells loaded with fura-2 AM exhibit oscillations of cytosolic Ca2+ whose frequency depends on extracellular Ca2+ influx. Switching from a PO2 of 150 to 20 mmHg leads to a reversible attenuation of the Ca2+ oscillations. In voltage-clamped cells, hypoxia reversibly reduces the influx of Ca2+ through voltage-dependent channels, which can account for the inhibition of the Ca2+ oscillations. Low PO2 selectively inhibits L-type Ca2+ channel activity, whereas the current mediated by T-type channels is unaltered by hypoxia. The effect of low PO2 on the L-type channels is markedly voltage dependent, being more apparent with moderate depolarizations. These findings demonstrate the existence of O2-sensitive, voltage-dependent, Ca2+ channels in vascular smooth muscle that may critically contribute to the local regulation of circulation.

Function of von Willebrand factor after crossed bone marrow transplantation between normal and von Willebrand disease pigs: effect on arterial thrombosis in chimeras.

von Willebrand factor (vWF) is essential for the induction of occlusive thrombosis in stenosed and injured pig arteries and for normal hemostasis. To separate the relative contribution of plasma and platelet vWF to arterial thrombosis, we produced chimeric normal and von Willebrand disease pigs by crossed bone marrow transplantation; von Willebrand disease (vWD) pigs were engrafted with normal pig bone marrow and normal pigs were engrafted with vWD bone marrow. Thrombosis developed in the chimeric normal pigs that showed normal levels of plasma vWF and an absence of platelet vWF; but no thrombosis occurred in the chimeric vWD pigs that demonstrated normal platelet vWF and an absence of plasma vWF. The ear bleeding times of the chimeric pigs were partially corrected by endogenous plasma vWF but not by platelet vWF. Our animal model demonstrated that vWF in the plasma compartment is essential for the development of arterial thrombosis and that it also contributes to the maintenance of bleeding time and hemostasis.

Modelo numérico mecanobiológico para a obtenção da matriz de rigidez estrutural e da densidade mineral na remodelagem óssea

Neste trabalho é proposto um modelo mecanobiológico de remodelagem óssea para a estimativa de variações, provocadas por perturbações mecânicas ou biológicas, na matriz de rigidez estrutural da escala macroscópica e na densidade mineral em uma região do osso. Na cooperação entre as áreas da saúde e da engenharia, como nos estudos estruturais de biomecânica no sistema esquelético, as propriedades mecânicas dos materiais devem ser conhecidas, entretanto os ossos possuem uma constituição material altamente complexa, dinâmica e variante entre indivíduos. Sua dinâmica decorre dos ciclos de absorção e deposição de matriz óssea na remodelagem óssea, a qual ocorre para manter a integridade estrutural do esqueleto e adaptá-lo aos estímulos do ambiente, sejam eles biológicos, químicos ou mecânicos. Como a remodelagem óssea pode provocar alterações no material do osso, espera-se que suas propriedades mecânicas também sejam alteradas. Na literatura científica há modelos matemáticos que preveem a variação da matriz de rigidez estrutural a partir do estímulo mecânico, porém somente os modelos mais recentes incluíram explicitamente processos biológicos e químicos da remodelagem óssea. A densidade mineral óssea é um importante parâmetro utilizado no diagnóstico de doenças ósseas na área médica. Desse modo, para a obtenção da variação da rigidez estrutural e da densidade mineral óssea, propõe-se um modelo numérico mecanobiológico composto por cinco submodelos: da dinâmica da população de células ósseas, da resposta das células ao estímulo mecânico, da porosidade óssea, da densidade mineral óssea e, baseado na Lei de Voigt para materiais compósitos, da rigidez estrutural. Os valores das constantes das equações dos submodelos foram obtidos de literatura. Para a solução das equações do modelo, propõe-se uma implementação numérica e computacional escrita em linguagem C. O método de Runge-Kutta-Dorman-Prince, cuja vantagem consiste no uso de um passo de solução variável, é utilizado no modelo para controlar o erro numérico do resultado do sistema de equações diferenciais. Foi realizada uma avaliação comparativa entre os resultados obtidos com o modelo proposto e os da literatura dos modelos de remodelagem óssea recentes. Conclui-se que o modelo e a implementação propostos são capazes de obter variações da matriz de rigidez estrutural macroscópica e da densidade mineral óssea decorrentes da perturbação nos parâmetros mecânicos ou biológicos do processo de remodelagem óssea.

Efeitos da diabetes mellitus e hipertensão arterial sobre a audição de idosos

Introdução: Estudos têm demonstrado que doenças crônicas e alterações metabólicas podem atuar como fator de aceleração na degeneração do sistema auditivo decorrente da idade. Todavia, os estudos sobre a associação entre a perda auditiva com o diabetes mellitus (DM) e com a hipertensão arterial (HA) em idosos mostraram conclusões controversas. Sendo assim, novos estudos sobre este assunto são necessários, a fim de esclarecer o efeito destas doenças crônicas sobre o sistema auditivo. Objetivos: Comparar uma audiometria inicial (A1) com uma audiometria sequencial (A2) realizada com um intervalo de 3 a 4 anos em uma população de idosos portadores de DM e/ou HA; realizar um estudo comparativo entre quatro grupos de idosos: grupo controle (GC), formado por idosos sem alterações crônicas, grupo de idosos portadores de DM; grupo de idosos portadores de HA, grupo de idosos portadores de DM e HA. Métodos: Foi realizado um levantamento em 901 prontuários do Estudo Longitudinal de Saúde Auditiva do Adulto (ELSAA), de indivíduos atendidos no Hospital Universitário (HU) da Universidade de São Paulo, no período de 2009 a 2015. De acordo com os critérios de inclusão, foram selecionados 100 indivíduos para participarem da presente pesquisa. A avaliação inicial (A1), constando de anamnese, audiometria tonal e imitânciometria foram utilizadas e foi feita uma nova avaliação audiológica (A2) após o período de 3 a 4 anos. Os participantes foram distribuídos em quatro grupos: 20 indivíduos portadores de DM (grupo DM), 20 indivíduos portadores de HA (grupo HA), 20 indivíduos portadores de DM e HA (grupo DMHA) e 40 indivíduos não portadores de DM nem de HA (GC). Para cada grupo estudo (HA, DM e DMHA), foram selecionados indivíduos (entre os 40 do GC) de forma a parear as características referentes a idade e sexo. Foram utilizados os testes estatísticos ANOVA, teste exato de Fisher e Kruskal-Wallis, com nível de significância de 0,05. Foi também calculada a odds ratio, com intervalo de confiança de 95%. Resultados: Não houve diferença estatisticamente significante entre as orelhas para nenhum dos grupos; sendo assim, as orelhas direita e esquerda foram agrupadas para as outras comparações. Na comparação da média de aumento anual dos limiares auditivos da primeira avaliação A1 com a segunda avaliação A2 entre os grupos, pode-se observar que para o grupo DM, não houve diferença estatisticamente significante para nenhuma das frequências avaliadas, quando comparado ao seu respectivo controle; para o grupo HA foram observadas diferenças significantes a partir de 4kHz, bem como tendência à diferença estatisticamente significante em 3 kHz, quando comparado a seu respectivo controle. Já para o grupo DMHA, quando comparado a seu grupo controle, foram observadas diferenças significantes nas frequências de 500, 2k, 3k e 8kHz, além de tendência à diferença estatisticamente significante em 4k e 6kHz. Considerando-se os casos novos de perda auditiva, pode-se observar que houve diferença estatisticamente significante apenas para o grupo HA, para as frequências altas. Verificou-se também que, para as frequências altas (3k a 8kHz), os números de casos novos de perda auditiva foram sempre maiores nos grupos estudo quando comparados aos seus respectivos controles. Na comparação das médias dos limiares auditivos, tanto na avaliação A1 quanto na avaliação A2, observou-se que os grupos estudo (DM, HA e DMHA) apresentaram limiares auditivos mais prejudicados, quando comparados a seus respectivos grupos controle. Na comparação entre os grupos apenas para a avaliação A2, pode-se observar que para as frequências altas, houve associação estatisticamente significante entre apresentar as condições clínicas (DM, HA e DMHA) e a presença de perda auditiva. A OR para DM foi de 5,57 (2,9-14,65), para HA foi de 4,2 (1,35-13,06) e para DMHA foi de 5,72 (1,85-17,64). Conclusão: Verificou-se que os idosos portadores de DM, HA ou ambos apresentaram limiares auditivos mais rebaixados quando comparados a seus respectivos grupos controle, principalmente nas altas frequências, o que sugere que estas patologias podem ter um efeito deletério sobre a audição. Além disso, nota-se que o grupo HA apresentou limiares auditivos piores para a maioria das frequências e foi o que apresentou maior queda dos limiares auditivos no segmento de 3 a 4 anos, quando comparado aos outros dois grupos estudo (DMHA e DM), sugerindo que dentre as três condições estudadas, a hipertensão parece ser a que teve maior influência sobre a audição

Influência da rigidez vertical no comportamento mecânico e dimensionamento da via permanente ferroviária.

A via permanente representa um elemento imprescindível na composição do transporte ferroviário e seu desempenho deve ser adequado, de forma a garantir tanto segurança quanto conforto. Assim, diversos aspectos devem ser analisados ainda na fase de projeto, através de dimensionamentos que confrontem diferentes parâmetros da resposta da via e os limites estabelecidos. Dessa forma, o conhecimento do comportamento mecânico da via, devido aos esforços impostos pela passagem do material rodante, passa a ser essencial no projeto de uma estrutura que garanta os requisitos necessários, sem ser inviável economicamente. Visto que esse comportamento mecânico é muito sensível à rigidez vertical da estrutura, o presente trabalho apresenta análises da influência desse parâmetro na resposta da via e, consequentemente, no seu dimensionamento. Nesse contexto, o trabalho abrange tanto o caso de vias em lastro solicitadas por trens de carga, quanto o caso de vias em laje solicitadas por trens de passageiros em meios urbanos. No primeiro caso são realizados estudos paramétricos, por meio de modelos clássicos e um modelo mecanicista, para a análise de momentos fletores e deflexões nos trilhos, bem como tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Já no segundo caso, são realizados estudos paramétricos relativos à transmissibilidade e à atenuação de vibrações causadoras de ruído secundário. Também é feita uma análise da influência da rigidez vertical na amplificação dinâmica das cargas estáticas, que pode ser aplicada a ambos os casos citados e até extrapolada para casos de vias de alta velocidade. Os resultados mostraram que aumentos de rigidez vertical resultam em ganhos do ponto de vista de momentos fletores e deflexões nos trilhos, além de maior resistência e capacidade de dissipação de tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Por outro lado, esses aumentos também levaram a maiores tensões nas camadas subjacentes à grade citadas, além de atenuações de vibrações em menores intervalos de frequência e maiores amplificações dinâmicas das cargas estáticas em vias de alta velocidade. Assim, é mostrado que a influência da rigidez vertical, tanto da via como um todo quanto de alguns elementos específicos, não deve ser analisada de forma genérica, pois, dependendo do parâmetro da resposta da via considerado no dimensionamento, seu aumento pode representar uma influência positiva ou negativa.