Descripción de parámetros glóticos basados en el modelado de los pliegues vocales para la detección de patología de la voz

Las patologías de la voz se han transformado en los últimos tiempos en una problemática social con cierto calado. La contaminación de las ciudades, hábitos como el de fumar, el uso de aparatos de aire acondicionado, etcétera, contribuyen a ello. Esto alcanza más relevancia en profesionales que utilizan su voz de manera frecuente, como, por ejemplo, locutores, cantantes, profesores o teleoperadores. Por todo ello resultan de especial interés las técnicas de ayuda al diagnóstico que son capaces de extraer conclusiones clínicas a partir de una muestra de la voz grabada con un micrófono, frente a otras invasivas que implican la exploración utilizando laringoscopios, fibroscopios o videoendoscopios, técnicas en cualquier caso mucho más molestas para los pacientes al exigir la introducción parcial del instrumental citado por la garganta, en actuaciones consideradas de tipo quirúrgico. Dentro de aquellas técnicas se ha avanzado mucho en un período de tiempo relativamente corto. En lo que se refiere al diagnóstico de patologías, hemos pasado en los últimos quince años de trabajar principalmente con parámetros extraídos de la señal de voz –tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia– y con escalas elaboradas con valoraciones subjetivas realizadas por expertos a hacerlo también con parámetros procedentes de estimaciones de la fuente glótica. La importancia de utilizar la fuente glótica reside, a grandes rasgos, en que se trata de una señal vinculada directamente al estado de la estructura laríngea del locutor y también en que está generalmente menos influida por el tracto vocal que la señal de voz. Es conocido que el tracto vocal guarda más relación con el mensaje hablado, y su presencia dificulta el proceso de detección de patología vocal. Estas estimaciones de la fuente glótica han sido obtenidas a través de técnicas de filtrado inverso desarrolladas por nuestro grupo de investigación. Hemos conseguido, además, profundizar en la naturaleza de la señal glótica: somos capaces de descomponerla y relacionarla con parámetros biomecánicos de los propios pliegues vocales, obteniendo estimaciones de elementos como la masa, la pérdida de energía o la elasticidad del cuerpo y de la cubierta del pliegue, entre otros. De las componentes de la fuente glótica surgen también los denominados parámetros biométricos, relacionados con la forma de la señal, que constituyen por sí mismos una firma biométrica del individuo. También trabajaremos con parámetros temporales, relacionados con las diferentes etapas que se observan dentro de la señal glótica durante un ciclo de fonación. Por último, consideraremos parámetros clásicos de perturbación y energía de la señal. En definitiva, contamos ahora con una considerable cantidad de parámetros glóticos que conforman una base estadística multidimensional, destinada a ser capaz de discriminar personas con voces patológicas o disfónicas de aquellas que no presentan patología en la voz o con voces sanas o normofónicas. Esta tesis doctoral se ocupa de varias cuestiones: en primer lugar, es necesario analizar cuidadosamente estos nuevos parámetros, por lo que ofreceremos una completa descripción estadística de los mismos. También estudiaremos cuestiones como la distribución de los parámetros atendiendo a criterios como el de normalidad estadística de los mismos, ocupándonos especialmente de la diferencia entre las distribuciones que presentan sujetos sanos y sujetos con patología vocal. Para todo ello emplearemos diferentes técnicas estadísticas: generación de elementos y diagramas descriptivos, pruebas de normalidad y diversos contrastes de hipótesis, tanto paramétricos como no paramétricos, que considerarán la diferencia entre los grupos de personas sanas y los grupos de personas con alguna patología relacionada con la voz. Además, nos interesa encontrar relaciones estadísticas entre los parámetros, de cara a eliminar posibles redundancias presentes en el modelo, a reducir la dimensionalidad del problema y a establecer un criterio de importancia relativa en los parámetros en cuanto a su capacidad discriminante para el criterio patológico/sano. Para ello se aplicarán técnicas estadísticas como la Correlación Lineal Bivariada y el Análisis Factorial basado en Componentes Principales. Por último, utilizaremos la conocida técnica de clasificación Análisis Discriminante, aplicada a diferentes combinaciones de parámetros y de factores, para determinar cuáles de ellas son las que ofrecen tasas de acierto más prometedoras. Para llevar a cabo la experimentación se ha utilizado una base de datos equilibrada y robusta formada por doscientos sujetos, cien de ellos pertenecientes al género femenino y los restantes cien al género masculino, con una proporción también equilibrada entre los sujetos que presentan patología vocal y aquellos que no la presentan. Una de las aplicaciones informáticas diseñada para llevar a cabo la recogida de muestras también es presentada en esta tesis. Los distintos estudios estadísticos realizados nos permitirán identificar aquellos parámetros que tienen una mayor contribución a la hora de detectar la presencia de patología vocal. Alguno de los estudios, además, nos permitirá presentar una ordenación de los parámetros en base a su importancia para realizar la detección. Por otra parte, también concluiremos que en ocasiones es conveniente realizar una reducción de la dimensionalidad de los parámetros para mejorar las tasas de detección. Por fin, las propias tasas de detección constituyen quizá la conclusión más importante del trabajo. Todos los análisis presentes en el trabajo serán realizados para cada uno de los dos géneros, de acuerdo con diversos estudios previos que demuestran que los géneros masculino y femenino deben tratarse de forma independiente debido a las diferencias orgánicas observadas entre ambos. Sin embargo, en lo referente a la detección de patología vocal contemplaremos también la posibilidad de trabajar con la base de datos unificada, comprobando que las tasas de acierto son también elevadas. Abstract Voice pathologies have become recently in a social problem that has reached a certain concern. Pollution in cities, smoking habits, air conditioning, etc. contributes to it. This problem is more relevant for professionals who use their voice frequently: speakers, singers, teachers, actors, telemarketers, etc. Therefore techniques that are capable of drawing conclusions from a sample of the recorded voice are of particular interest for the diagnosis as opposed to other invasive ones, involving exploration by laryngoscopes, fiber scopes or video endoscopes, which are techniques much less comfortable for patients. Voice quality analysis has come a long way in a relatively short period of time. In regard to the diagnosis of diseases, we have gone in the last fifteen years from working primarily with parameters extracted from the voice signal (both in time and frequency domains) and with scales drawn from subjective assessments by experts to produce more accurate evaluations with estimates derived from the glottal source. The importance of using the glottal source resides broadly in that this signal is linked to the state of the speaker's laryngeal structure. Unlike the voice signal (phonated speech) the glottal source, if conveniently reconstructed using adaptive lattices, may be less influenced by the vocal tract. As it is well known the vocal tract is related to the articulation of the spoken message and its influence complicates the process of voice pathology detection, unlike when using the reconstructed glottal source, where vocal tract influence has been almost completely removed. The estimates of the glottal source have been obtained through inverse filtering techniques developed by our research group. We have also deepened into the nature of the glottal signal, dissecting it and relating it to the biomechanical parameters of the vocal folds, obtaining several estimates of items such as mass, loss or elasticity of cover and body of the vocal fold, among others. From the components of the glottal source also arise the so-called biometric parameters, related to the shape of the signal, which are themselves a biometric signature of the individual. We will also work with temporal parameters related to the different stages that are observed in the glottal signal during a cycle of phonation. Finally, we will take into consideration classical perturbation and energy parameters. In short, we have now a considerable amount of glottal parameters in a multidimensional statistical basis, designed to be able to discriminate people with pathologic or dysphonic voices from those who do not show pathology. This thesis addresses several issues: first, a careful analysis of these new parameters is required, so we will offer a complete statistical description of them. We will also discuss issues such as distribution of the parameters, considering criteria such as their statistical normality. We will take special care in the analysis of the difference between distributions from healthy subjects and the distributions from pathological subjects. To reach these goals we will use different statistical techniques such as: generation of descriptive items and diagramas, tests for normality and hypothesis testing, both parametric and nonparametric. These latter techniques consider the difference between the groups of healthy subjects and groups of people with an illness related to voice. In addition, we are interested in finding statistical relationships between parameters. There are various reasons behind that: eliminate possible redundancies in the model, reduce the dimensionality of the problem and establish a criterion of relative importance in the parameters. The latter reason will be done in terms of discriminatory power for the criterion pathological/healthy. To this end, statistical techniques such as Bivariate Linear Correlation and Factor Analysis based on Principal Components will be applied. Finally, we will use the well-known technique of Discriminant Analysis classification applied to different combinations of parameters and factors to determine which of these combinations offers more promising success rates. To perform the experiments we have used a balanced and robust database, consisting of two hundred speakers, one hundred of them males and one hundred females. We have also used a well-balanced proportion where subjects with vocal pathology as well as subjects who don´t have a vocal pathology are equally represented. A computer application designed to carry out the collection of samples is also presented in this thesis. The different statistical analyses performed will allow us to determine which parameters contribute in a more decisive way in the detection of vocal pathology. Therefore, some of the analyses will even allow us to present a ranking of the parameters based on their importance for the detection of vocal pathology. On the other hand, we will also conclude that it is sometimes desirable to perform a dimensionality reduction in order to improve the detection rates. Finally, detection rates themselves are perhaps the most important conclusion of the work. All the analyses presented in this work have been performed for each of the two genders in agreement with previous studies showing that male and female genders should be treated independently, due to the observed functional differences between them. However, with regard to the detection of vocal pathology we will consider the possibility of working with the unified database, ensuring that the success rates obtained are also high.

Infrared thermography and shoulder pain in wheelchair users = Termografía infrarroja y dolor de hombro en usuarios de sillas de ruedas

Las personas que usan la silla de ruedas como su forma de movilidad prioritaria presentan una elevada incidencia (73%) de dolor de hombro debido al sobreuso y al movimiento repetitivo de la propulsión. Existen numerosos métodos de diagnóstico para la detección de las patologías del hombro, sin embargo la literatura reclama la necesidad de un test no invasivo y fiable, y sugiere la termografía como una técnica adecuada para evaluar el dolor articular. La termografía infrarroja (IRT) proporciona información acerca de los procesos fisiológicos a través del estudio de las distribuciones de la temperatura de la piel. Debido a la alta correlación entre ambos lados corporales, las asimetrías térmicas entre flancos contralaterales son una buena indicación de patologías o disfunciones físicas subyacentes. La fiabilidad de la IRT ha sido estudiada con anterioridad en sujetos sanos, pero nunca en usuarios de sillas de ruedas. Las características especiales de la población con discapacidad (problemas de sudoración y termorregulación, distribución sanguínea o medicación), hacen necesario estudiar los factores que afectan a la aplicación de la IRT en usuarios de sillas de ruedas. La bibliografía discrepa en cuanto a los beneficios o daños resultantes de la práctica de la actividad física en las lesiones de hombro por sobreuso en usuarios de sillas de ruedas. Recientes resultados apuntan a un aumento del riesgo de rotura del manguito rotador en personas con paraplejia que practican deportes con elevación del brazo por encima de la cabeza. Debido a esta falta de acuerdo en la literatura, surge la necesidad de analizar el perfil termográfico en usuarios de sillas de ruedas sedentarios y deportistas y su relación con el dolor de hombro. Hasta la fecha sólo se han publicado estudios termográficos durante el ejercicio en sujetos sanos. Un mayor entendimiento de la respuesta termográfica al ejercicio en silla de ruedas en relación al dolor de hombro clarificará su aparición y desarrollo y permitirá una apropiada intervención. El primer estudio demuestra que la fiabilidad de la IRT en usuarios de sillas de ruedas varía dependiendo de las zonas analizadas, y corrobora que la IRT es una técnica no invasiva, de no contacto, que permite medir la temperatura de la piel, y con la cual avanzar en la investigación en usuarios de sillas de ruedas. El segundo estudio proporciona un perfil de temperatura para usuarios de sillas de ruedas. Los sujetos no deportistas presentaron mayores asimetrías entre lados corporales que los sedentarios, y ambos obtuvieron superiores asimetrías que los sujetos sin discapacidad reportados en la literatura. Los no deportistas también presentaron resultados más elevados en el cuestionario de dolor de hombro. El área con mayores asimetrías térmicas fue hombro. En deportistas, algunas regiones de interés (ROIs) se relacionaron con el dolor de hombro. Estos resultados ayudan a entender el mapa térmico en usuarios de sillas de ruedas. El último estudio referente a la evaluación de la temperatura de la piel en usuarios de sillas de ruedas en ejercicio, reportó diferencias significativas entre la temperatura de la piel antes del test y 10 minutos después del test de propulsión de silla de ruedas, en 12 ROIs; y entre el post-test y 10 minutos después del test en la mayoría de las ROIs. Estas diferencias se vieron atenuadas cuando se compararon las asimetrías antes y después del test. La temperatura de la piel tendió a disminuir inmediatamente después completar el ejercicio, e incrementar significativamente 10 minutos después. El análisis de las asimetrías vs dolor de hombro reveló relaciones significativas negativas en 5 de las 26 ROIs. No se encontraron correlaciones significativas entre las variables de propulsión y el cuestionario de dolor de hombro. Todas las variables cinemáticas correlacionaron significativamente con las asimetrías en múltiples ROIs. Estos resultados indican que los deportistas en sillas de ruedas exhiben una capacidad similar de producir calor que los deportistas sin discapacidad; no obstante, su patrón térmico es más característico de ejercicios prolongados que de esfuerzos breves. Este trabajo contribuye al conocimiento de la termorregulación en usuarios de sillas de ruedas durante el ejercicio, y aporta información relevante para programas deportivos y de rehabilitación. ABSTRACT Individuals who use wheelchairs as their main means of mobility have a high incidence (73%) of shoulder pain (SP) owing to overuse and repetitive propulsion movement. There are numerous diagnostic methods for the detection of shoulder pathologies, however the literature claims that a noninvasive accurate test to properly assess shoulder pain would be necessary, and suggests thermography as a suitable technique for joint pain evaluation. Infrared thermography (IRT) provides information about physiological processes by studying the skin temperature (Tsk) distributions. Due to the high correlation of skin temperature between both sides of the body, thermal asymmetries between contralateral flanks are an indicator of underlying pathologies or physical dysfunctions. The reliability of infrared thermography has been studied in healthy subjects but there are no studies that have analyzed the reliability of IRT in wheelchair users (WCUs). The special characteristics of people with disabilities (sweating and thermoregulation problems, or blood distribution) make it necessary to study the factors affecting the application of IRT in WCUs. Discrepant reports exist on the benefits of, or damage resulting from, physical exercise and the relationship to shoulder overuse injuries in WCUs. Recent findings have found that overhead sports increase the risk of rotator cuff tears in wheelchair patients with paraplegia. Since there is no agreement in the literature, the thermographic profile of wheelchair athletes and nonathletes and its relation with shoulder pain should also be analysed. Infrared thermographic studies during exercise have been carried out only with able-bodied population at present. The understanding of the thermographic response to wheelchair exercise in relation to shoulder pain will offer an insight into the development of shoulder pain, which is necessary for appropriate interventions. The first study presented in this thesis demonstrates that the reliability of IRT in WCUs varies depending on the areas of the body that are analyzed. Moreover, it corroborates that IRT is a noninvasive and noncontact technique that allows the measurement of Tsk, which will allow for advances to be made in research concerned with WCUs. The second study provides a thermal profile of WCUs. Nonathletic subjects presented higher side-to-side skin temperature differences (ΔTsk) than athletes, and both had greater ΔTsk than the able-bodied results that have been published in the literature. Nonathletes also revealed larger Wheelchair Users Shoulder Pain Index (WUSPI) score than athletes. The shoulder region of interest (ROI) was the area with the highest ΔTsk of the regions measured. The analysis of the athletes’ Tsk showed that some ROIs are related to shoulder pain. These findings help to understand the thermal map in WCUs. Finally, the third study evaluated the thermal response of WCUs in exercise. There were significant differences in Tsk between the pre-test and the post-10 min in 12 ROIs, and between the post-test and the post-10 in most of the ROIs. These differences were attenuated when the ΔTsk was compared before and after exercise. Skin temperature tended to initially decrease immediately after the test, followed by a significant increase at 10 minutes after completing the exercise. The ΔTsk versus shoulder pain analysis yielded significant inverse relationships in 5 of the 26 ROIs. No significant correlations between propulsion variables and the results of the WUSPI questionnaire were found. All kinematic variables were significantly correlated with the temperature asymmetries in multiple ROIs. These results present indications that high performance wheelchair athletes exhibit similar capacity of heat production to able-bodied population; however, they presented a thermal pattern more characteristic of a prolonged exercise rather than brief exercise. This work contributes to improve the understanding about temperature changes in wheelchair athletes during exercise and provides implications to the sports and rehabilitation programs.

Prevención de patologías de la columna vertebral

En esta revisión bibliográfica, llevada a cabo a través de una búsqueda en distintas bases de datos (PubMed, SportDiscus, Scielo) así como en revistas tales como Elsevier y buscadores como Google, se busca la evidencia referente a las patologías de la columna vertebral en la infancia así como programas educativos de prevención y tratamiento y el papel que puede desempeñar la educación física en las patologías de la columna vertebral en general y de la hiperlordosis específicamente. La literatura existente debía estar comprendida entre los años 2005g2015. Como visión global de esta revisión, podríamos decir que los problemas de espalda en la niñez son muy habituales pese a producirse en menor número que en poblaciones adultas y que, actualmente, siguen considerándose como un desafío clínico debido a que, en la mayoría de las veces, vienen acompañadas de patologías más complejas. Dentro de los problemas más prevalentes se encuentran algunos como la hiperlordosis, el genu valgum, el desequilibrio entre los hombros, la inclinación pélvica lateral, la escoliosis, la rotación del tronco y la hipercifosis torácica, entre otros. Se exponen, además de los problemas más habituales de columna vertebral en la niñez, las posibles causas, diversos programas de prevención e intervención y, finalmente, se exponen la importancia que tienen la educación postural, el papel del profesor de educación física en la prevención, detección y tratamiento de dichas patologías así como el papel vital que puede desarrollar la educación física en dichos niños. ABSTRACT This literature review was carried out through a search in different databases (PubMed, SportDiscus, Scielo) as well as in magazines such as Elsevier and, finally, in Google. Evidences related to the pathologies of the spine in children as well as educational programs for the prevention and treatment were searched. The role that educational programs can play in the prevention of the spine pathologies in general and specifically in the hyperlordosis was also analyzed. Literature review period was from 2005 till 2015. Results showed that back problems in childhood are very common although the prevalence is lower than in adults. The fact that these pathologies come normally associated with other more important problems, makes spine diseases a medical challenge. Within the most prevalent problems we can find hyperlordosis, genu valgum, lateral pelvic tilt, scoliosis, trunk rotation, uneven shoulders and chest’s hipercifosis, among others. Most common problems of vertebral column in the childhood, the possible causes, different programs of prevention and intervention were also reviewed. Importance of postural education in schools as well as the figure of the physical education teacher in the prevention, detection and treatment were analyzed.

Análisis de la marcha: evaluación de un exoesqueleto aplicado a la marcha asistida

La marcha humana es el mecanismo de locomoción por el cual el cuerpo humano se traslada en línea recta gracias a una serie de movimientos coordinados de la pelvis y de las articulaciones del miembro inferior. Frecuentemente se encuentra influenciada por factores biomecánicos, anatómicos o patologías del sistema neuromusculoesquelético que modifican la forma de caminar de cada individuo. La lesión de médula espinal es una de las patologías que afectan el desarrollo normal de los patrones de la marcha por alteración de la movilidad, de la sensibilidad o del sistema nervioso autónomo. Aunque la lesión medular afecta otras funciones, además de la pérdida de función motora y sensorial, la recuperación de la capacidad de caminar es la mayor prioridad identificada por los pacientes durante la rehabilitación. Por ello, el desarrollo de dispositivos que faciliten la rehabilitación o compensación de la marcha es uno de los principales objetivos de diferentes grupos de investigación y empresas. En el contexto del proyecto Hybrid Technological Platform for Rehabilitation, Functional Compensation and Training of Gait in Spinal Cord Injury Patients se ha desarrollado un dispositivo que combina una órtesis activa (exoesqueleto) y un andador motorizado. Este sistema, como otros dispositivos, tiene el movimiento humano como estándar de referencia, no obstante no se evalúa de manera habitual, cómo es el patrón de la marcha reproducido y su similitud o diferencias con la marcha humana, o las modificaciones o adaptaciones en la interacción con el cuerpo del paciente. El presente estudio trata de examinar las características de la marcha normal en diversos grupos de población, y las diferencias con el patrón de marcha lenta. Finalmente, se pretende evaluar qué modificaciones y adaptaciones sufre el patrón de marcha lenta teórico al ser reproducido por el exoesqueleto. La presente investigación consiste en un estudio cuantitativo transversal desarrollado en dos etapas: estudio 1 y estudio 2. En el estudio 1 se analizó el patrón de la marcha a velocidad libremente seleccionada (normal) y el patrón de la marcha a velocidad lenta (0.25m/s) en 62 sujetos distribuidos en grupos considerando el sexo y los percentiles 25, 50 y 75 de estatura de la población española. Durante el estudio 2 se analizó el patrón de la marcha lenta reproducido por el dispositivo Hybrid a diferentes porcentajes de peso corporal (30%, 50% y 70%) en diez sujetos seleccionados aleatoriamente de la muestra del estudio 1. En ambos estudios se obtuvieron variables espacio-temporales y cinemáticas mediante un sistema de captura de movimiento con 6 cámaras distribuidas a lo largo de un pasillo de marcha. Se calcularon las medias, las desviaciones estándar y el 95% de intervalo de confianza, y el nivel alfa de significación se estableció en α=0.05 para todas las pruebas estadísticas. Las principales diferencias en el patrón normal de la marcha se encontraron en los parámetros cinemáticos de hombres y mujeres, aunque también se presentaron diferencias entre los grupos en función de la estatura. Las mujeres mostraron mayor flexión de cadera y rodilla, y mayor extensión de tobillo que los hombres durante el ciclo normal, aunque la basculación lateral de la pelvis, mayor en las mujeres, y el desplazamiento lateral del centro de gravedad, mayor en los hombres, fueron los parámetros identificados como principales discriminantes entre sexos. La disminución de la velocidad de la marcha mostró similares adaptaciones y modificaciones en hombres y en mujeres, presentándose un aumento de la fase de apoyo y una disminución de la fase de oscilación, un retraso de los máximos y mínimos de flexoextensión de cadera, rodilla y tobillo, y una disminución del rango articular en las tres articulaciones. Asimismo, la basculación lateral de la pelvis y el movimiento vertical del centro de gravedad disminuyeron, mientras que el movimiento lateral del centro de gravedad y el ancho de paso aumentaron. Durante la evaluación del patrón de la marcha reproducido por el exoesqueleto se observó que las tres articulaciones del miembro inferior disminuían el rango de movimiento por la falta de fuerza de los motores para contrarrestar el peso corporal, incluso con un 70% de descarga de peso. Además, la transferencia de peso se encontró limitada por la falta de movimiento de la pelvis en el plano frontal y se sustituyó por un aumento de la inclinación del tronco y, por tanto, del movimiento lateral del centro de gravedad. Este hecho, junto al aumento del desplazamiento vertical del centro de gravedad, hizo del patrón de la marcha reproducido por el exoesqueleto un movimiento poco eficiente. En conclusión, se establecen patrones de marcha normal diferenciados por sexos, siendo la basculación lateral de la pelvis y el movimiento lateral del centro de gravedad los parámetros discriminantes más característicos entre sexos. Comparando la marcha a velocidad libremente seleccionada y la velocidad lenta, se concluye que ambos sexos utilizan estrategias similares para adaptar el patrón de la marcha a una velocidad lenta y se mantienen las características diferenciadoras entre hombres y mujeres. En relación a la evaluación del dispositivo Hybrid, se deduce que la falta de movimiento lateral de la pelvis condiciona la transferencia de peso y el aumento del rango de movimiento del centro de gravedad y, en consecuencia, tiene como resultado un patrón de la marcha poco eficiente. Este patrón no resultaría indicado para los procesos de rehabilitación o recuperación de la marcha, aunque podría considerarse adecuado para la compensación funcional de la bipedestación y la locomoción. ABSTRACT The human walking is a means of moving body forward using a repetitious and coordinated sequence of pelvis and lower limb motions. It is frequently influenced by biomechanical and anatomical factors or by musculoskeletal pathologies which modify the way of walking. The spinal injury is one of those pathologies which affect the normal pattern of walking, due to the alteration of the mobility, the sensory or the autonomic nervous system. Although the spinal injury affects many other body functions, apart from the motor and sensory ones, the main priority for patients is to recover the ability of walking. Consequently, the main objective of many research groups and private companies is the development of rehabilitation and compensation devices for walking. In this context, the Hybrid Technological Platform for Rehabilitation, Functional Compensation and Training of Gait in Spinal Cord Injury Patients project has developed a device which integrates an exoskeleton and a motorized smart walker. This system, as other similar devices, has the human movement as standard reference. Nevertheless, these devices are not usually evaluated on the way they reproduce the normal human pattern or on the modifications and in the interactions with the patient’s body. The aim of the present study is to examine the normal walking characteristics, to analyze the differences between self-selected and low speed walking patterns, and to evaluate the modifications and adaptations of walking pattern when it is reproduced by the exoskeleton. The present research is a quantitative cross-sectional study carried out in two phases: study 1 and study 2. During the study 1, the self-selected and the low speed (0.25m/s) walking patterns were analyzed in sixty-two people distributed in groups, according to sex and 25th, 50th and 75th percentiles of height for Spanish population. The study 2 analyzed the low speed walking pattern reproduced by the Hybrid system in three conditions: 30%, 50% and 70% of body weight support. To do this, ten subjects were randomly selected and analyzed from the people of study 1. An optoelectronic system with six cameras was used to obtain spatial, temporal and kinematic parameters in both studies. Means, standard deviations and 95% confidence intervals of the study were calculated. The alpha level of significance was set at α=0.05 for all statistical tests. The main differences in normal gait pattern were found in kinematic parameters between men and women. The hip and the knee were more flexed and the ankle plantar flexion was higher in women than in men during normal gait cycle. Although the greater pelvic obliquity of women and the higher lateral movement of center of gravity of men were the most relevant discriminators between male and female gait patterns. Comparing self-selected and low speed walking patterns, both sexes showed similar adaptations and modifications. At low speed walking, men and women increased the stance phase ratio and decreased the swing phase ratio. The maximum and minimum peak flexion of hip, knee and ankle appeared after and the range of motion of them decreased during low speed walking. Furthermore, the pelvic obliquity and the vertical movement of the center of gravity decreased, whereas the lateral movement of center of gravity and step width increased. Evaluating the gait pattern reproduced by the exoskeleton, a decrease of lower limb range of motion was observed. This was probably due to the lack of strength of the engines, which were not able to control the body weight, even with the 70% supported. Moreover, the weight transfer from one limb to the contralateral side was restricted due to the lack of pelvis obliquity. This movement deficiency was replaced by the lateral torso sway and, consequently, the increase of lateral movement of the center of gravity. This fact, as well as the increase of the vertical displacement of the center of gravity, made inefficient the gait pattern reproduced by the exoskeleton. In conclusion, different gait patterns of both sexes have been determined, being pelvis obliquity and lateral movement of center of gravity the most relevant discriminators between male and female gait patterns. Comparing self-selected and low speed walking patterns, it was concluded that both sexes use similar strategies for adapting the gait pattern to a low speed, and therefore, the differentiating characteristics of normal gait are maintained. Regarding the Hybrid system evaluation, it was determined that the gait pattern reproduced by the exoskeleton is inefficient. This was due to the lack of pelvis obliquity and the increase of the center of gravity displacement. Consequently, whereas the walking pattern reproduced by the exoskeleton would not be appropriated for the rehabilitation process, it could be considered suitable for functional compensation of walking and standing.

El tiempo como sustancia de la forma : una aproximación al Museo de Arte Romano de Mérida desde los presupuestos del vitalismo

El modelo dominante durante la Era Moderna asume la presencia del hombre como sujeto dentro del gran engranaje mecánico del Cosmos. Asimismo, recoge una idea acerca del ser natural dentro de la tradición ontológica iniciada por el eleatismo presocrático que concibe a éste como lo inmutable y estático frente al cambio y al movimiento, los cuales se constituyen como meras apariencias. Durante el periodo anterior a la aparición de los grandes filósofos griegos se produce una transformación en donde, de la inicial cosmología vinculada a un tiempo primordial, se pasará a una visión del Universo como ente indestructible, atemporal, inmutable, perfecto, geométrico y espacial. Si en Demócrito se admite un universo sometido al azar y a la necesidad, en Platón el Universo sólo atiende a la necesidad. Este modelo ontológico se pone en entredicho cuando el hombre ya no es concebido como pieza de un sistema más amplio, sino como centro radical del pensamiento. La condición radical del hombre es entonces su propia vida, siendo éste el concepto troncal del denominado vitalismo cuyo más influyente representante en España es José Ortega y Gasset. El estatismo del ser –del hombre- pierde sentido; en palabras del propio Ortega, “no es un ser sino un estar siendo” lo que caracteriza a la vida humana. La razón cartesiana es ahora la razón vital y su objeto de estudio no es la naturaleza sino el propio devenir, es decir, el tiempo, la historia. Este planteamiento es fundamental para comprender el edificio que es objeto de este estudio, el Museo de Arte Romano de Mérida (1980-1985) de Rafael Moneo. Por ello el concepto de tiempo es utilizado como marco y estructura de la presente tesis, a sabiendas del notorio y muy significativo papel que este edificio desempeñó en la carrera de su autor y en el panorama nacional e internacional de la arquitectura y de la museología. Este proyecto nos permite acercarnos al pensamiento de su autor a través de un edificio que, aun habiendo sido ampliamente reconocido, no cuenta con un estudio suficientemente exhaustivo que recoja la amplitud y riqueza que encierra. Esta tesis no es un compendio de lo que ya se ha investigado sobre Mérida; es una aproximación global e interpretativa cuyo sentido sólo puede concebirse al vislumbrar la estructura completa de la misma en sintonía con el "lógos" vital, histórico y narrativo que el proyecto encierra. Se revisará la concepción histórica según la cual, la configuración espacial de la forma habría tenido primacía respecto a su configuración temporal, al remitir esta última a una condición espacializada y circunstancial. La componente vicaria de la circunstancia será elevada por Ortega a la categoría de esencial, visualizando así una paradoja cuya reformulación nos lleva a la concepción de un tiempo sustancial. El diccionario de la RAE, en su tercera acepción, define la sustancia como “aquello que permanece en algo que cambia”, lo cual nos remite al pensamiento antiguo. Se mostrará que lo que permanece no necesariamente implica una concepción estática y eleática de la forma, que la arquitectura esencial no es unívocamente la arquitectura atemporal del platonismo y que cabe concebir la "firmitas" desde la atención a la "durée" bergsoniana. Al asociar tradicionalmente la sustancia con el referido estatismo, se margina al tiempo y a la duración a lo no sustancial; por ello, se tratará de aproximar los términos de tiempo y sustancia para definir la forma. Ello conllevará al estudio de las notables patologías derivadas de la asunción de un tiempo cronológico en nuestra contemporaneidad frente a las cuales, las intuiciones contenidas en Mérida, se alinearán con la actual actitud revisionista en el ámbito del pensamiento filosófico y científico. En Mérida, la memoria recogerá los aspectos de la conciencia así como los aspectos vinculados a la experiencia íntima y colectiva como soporte para la consecución de un discurso. La dualidad entre intuición e inteligencia será recogida por Moneo con idea de trascender su incomunicabilidad, mediante una operación que consistirá en la reivindicación de una memoria irreductible, cuya morada estaría incardinada en el propio tiempo de la duración y de la vida y no en la espacialidad coextensiva del presente y de la acción funcional sobre la materia. Moneo asumirá el papel de la memoria como condición central de una forma que se encarnará al concebirse como un teatro. En la respuesta a la contradicción entre el hecho físico y el efecto psíquico de la experiencia humana residirá la pertinencia de un tiempo narrativo. Será entonces el lenguaje el encargado de aportar sentido a la obra mediante el recurso fundado en la dramatización de la experiencia, es decir, a través de una conexión entre la conciencia íntima y el carácter social y colectivo intrínseco en la arquitectura. ABSTRACT TIME AS A SUBSTANCE OF FORM. AN APPROACH TO THE ROMAN ART MUSEUM OF MÉRIDA FROM THE VIEWPOINT OF VITALISM. The dominant model during the Modern Era placed man as a subject inside the great mechanism of the cosmos. It is also based in an idea about natural being within the ontological tradition initiated by the pre-Socratic Eleatism that conceives it as something immutable and static in respect with change and movement, which are considered as mere appearances. Prior to the emergence of the great Greek philosophers occurred a transformation where concepts of cosmology linked to a primordial time, changed to a view of the universe as indestructible, timeless, unchanging, perfect, geometric and spatial. If Democritus accepted a universe subjected to randomness and necessity, Plato thought that the universe only worked by necessity. This ontological model is called into question when man is not conceived as a piece of a broader system, but as a radical center of thinking. The radical condition of man then is his own life. This is the core concept of so-called Vitalism, whose most influential representative in Spain was José Ortega y Gasset. The stillness of being – of man - loses its meaning; in the words of Ortega, “it is not being but being in progress” that characterizes human life. The Cartesian reason is now the vital reason and its subject of study is no longer nature but its own evolution, in other words, time and history. This approach is fundamental to understand the building which is the subject of this study, the Museum of Roman Art in Mérida (1980-1985) by Rafael Moneo. The concept of time is used as a framework and structure of this thesis, demonstrating the notorious and very significant role this building has implied in the career of its author and in the national and international panorama of architecture and museology. This project allow us to approach the thought of its author through a building that, even whilst widely recognized, does not yet have a sufficiently comprehensive study covering its breadth and richness. This thesis is not a compendium of what already has been researched on Merida; it is a global and interpretative approach whose meaning can only be conceived as a study of its complete structure in line with the vital, historical and narrative logos the project implies. We will review the historical idea where spatial configuration of the form would have had primacy with respect to temporary configuration, because the latter refers to a spatial and circumstantial condition. The vicarious nature of the circumstance will be elevated by Ortega to the category of essential, thus showing a paradox which reformulation leads us to the conception of a substantial time. The dictionary of the Spanish Royal Academy, in its third meaning, defines substance as "that which remains in something that changes". This is a reference to ancient thought. It will be shown that what remains does not necessarily imply a static and Eleatic conception of form. It will also be shown that the essential architecture is not uniquely the timeless architecture of Platonism and that it is possible to conceive the "firmitas" parallel to the "durée" of Henri Bergson. As a result of this traditional association between substance and stillness, it marginalizes the time and the duration to the non-substantial; for this reason, we will try to approach terms of time and substance to define the shape. This will involve studying significant pathologies resulting from an assumption of chronological time in our contemporary world against which, the insights contained in Merida, will be aligned with the current revisionist attitude in the fields of philosophical and scientific thought. In Merida, memory includes aspects of consciousness as well as aspects linked to the intimate and collective experience as a foundation for the achievement of discourse. The duality between intuition and intelligence is put forward by Moneo with the idea of transcending its lack of communication, by means of a resource consisting of the vindication of an irreducible memory, whose home would be embodied in the time of duration and life and not in the coextensive spatiality of the present and in the functional action on the matter. Moneo demonstrates the role of memory as a central condition of form as a theatre. In response to the contradiction between the physical fact and the psychological effect of human experience lies the relevance of narrative time. Language then assumes the responsibility of giving meaning to the work through the dramatization of experience, i.e., through a connection between the intimate consciousness and the intrinsic social and collective character of architecture.

Desarrollo de una herramienta de análisis de la señal de voz

El habla es la principal herramienta de comunicación de la que dispone el ser humano que, no sólo le permite expresar su pensamiento y sus sentimientos sino que le distingue como individuo. El análisis de la señal de voz es fundamental para múltiples aplicaciones como pueden ser: síntesis y reconocimiento de habla, codificación, detección de patologías, identificación y reconocimiento de locutor… En el mercado se pueden encontrar herramientas comerciales o de libre distribución para realizar esta tarea. El objetivo de este Proyecto Fin de Grado es reunir varios algoritmos de análisis de la señal de voz en una única herramienta que se manejará a través de un entorno gráfico. Los algoritmos están siendo utilizados en el Grupo de investigación en Aplicaciones MultiMedia y Acústica de la Universidad Politécnica de Madrid para llevar a cabo su tarea investigadora y para ofertar talleres formativos a los alumnos de grado de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación. Actualmente se ha encontrado alguna dificultad para poder aplicar los algoritmos ya que se han ido desarrollando a lo largo de varios años, por distintas personas y en distintos entornos de programación. Se han adaptado los programas existentes para generar una única herramienta en MATLAB que permite: . Detección de voz . Detección sordo/sonoro . Extracción y revisión manual de frecuencia fundamental de los sonidos sonoros . Extracción y revisión manual de formantes de los sonidos sonoros En todos los casos el usuario puede ajustar los parámetros de análisis y se ha mantenido y, en algunos casos, ampliado la funcionalidad de los algoritmos existentes. Los resultados del análisis se pueden manejar directamente en la aplicación o guardarse en un fichero. Por último se ha escrito el manual de usuario de la aplicación y se ha generado una aplicación independiente que puede instalarse y ejecutarse aunque no se disponga del software o de la versión adecuada de MATLAB. ABSTRACT. The speech is the main communication tool which has the human that as well as allowing to express his thoughts and feelings distinguishes him as an individual. The analysis of speech signal is essential for multiple applications such as: synthesis and recognition of speech, coding, detection of pathologies, identification and speaker recognition… In the market you can find commercial or open source tools to perform this task. The aim of this Final Degree Project is collect several algorithms of speech signal analysis in a single tool which will be managed through a graphical environment. These algorithms are being used in the research group Aplicaciones MultiMedia y Acústica at the Universidad Politécnica de Madrid to carry out its research work and to offer training workshops for students at the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación. Currently some difficulty has been found to be able to apply the algorithms as they have been developing over several years, by different people and in different programming environments. Existing programs have been adapted to generate a single tool in MATLAB that allows: . Voice Detection . Voice/Unvoice Detection . Extraction and manual review of fundamental frequency of voiced sounds . Extraction and manual review formant voiced sounds In all cases the user can adjust the scan settings, we have maintained and in some cases expanded the functionality of existing algorithms. The analysis results can be managed directly in the application or saved to a file. Finally we have written the application user’s manual and it has generated a standalone application that can be installed and run although the user does not have MATLAB software or the appropriate version.

DROGAS E ALUNOS USUÁRIOS DE DROGAS NA ESCOLA: ESTUDO DE REPRESENTAÇÕES SOCIAIS DE PROFESSORES DO ENSINO MÉDIO DA REDE ESTADUAL DE SÃO PAULO

Este estudo apresenta uma discussão a respeito de drogas e de alunos usuários de drogas na escola, explorando as Representações Sociais manifestadas por professores que atuam na Rede Estadual de São Paulo, no ensino Médio. O estudo resgata aspectos históricos e sociais que influenciaram representações sociais sobre drogas em diferentes contextos da sociedade, na perspectiva de buscar compreender a maneira como atualmente elas se apresentam. Discute aspectos conceituais da Teoria das Representações Sociais a partir de Moscovici, considerando contribuições de Jodelet, e outros autores. Os dados coletados por meio de questionários e entrevistas foram analisados com o auxílio de dois softwares, o ALCESTE para análise lexical e o EVOC para análise de associação de palavras ou expressões, em articulação com uma análise de conteúdo clássica sugerida por Maria Laura Puglisi Barbosa Franco. O resultado identificou que as representações sociais sobre drogas na escola e alunos usuários estão ancoradas no modo como a grande mídia trata o tema, de forma alarmista e sensacionalista, influenciando grande parte dos professores que associa drogas na escola à violência. Verificou-se ainda que objetivação do aluno usuário de drogas é simbolizada como doença e que o grupo pesquisado segue as representações sociais há muito tempo estruturadas na sociedade, tendo a normalidade como sinônimo de saúde e a drogadição como condição desviante, decorrente de patologias. Assim, espera-se estar contribuindo para a reflexão sobre o uso e abuso de drogas nas escolas, um tema indispensável e que precisa ser enfrentado para construir-se uma via que leve a uma Educação justa e democrática.(AU)

DROGAS E ALUNOS USUÁRIOS DE DROGAS NA ESCOLA: ESTUDO DE REPRESENTAÇÕES SOCIAIS DE PROFESSORES DO ENSINO MÉDIO DA REDE ESTADUAL DE SÃO PAULO

Este estudo apresenta uma discussão a respeito de drogas e de alunos usuários de drogas na escola, explorando as Representações Sociais manifestadas por professores que atuam na Rede Estadual de São Paulo, no ensino Médio. O estudo resgata aspectos históricos e sociais que influenciaram representações sociais sobre drogas em diferentes contextos da sociedade, na perspectiva de buscar compreender a maneira como atualmente elas se apresentam. Discute aspectos conceituais da Teoria das Representações Sociais a partir de Moscovici, considerando contribuições de Jodelet, e outros autores. Os dados coletados por meio de questionários e entrevistas foram analisados com o auxílio de dois softwares, o ALCESTE para análise lexical e o EVOC para análise de associação de palavras ou expressões, em articulação com uma análise de conteúdo clássica sugerida por Maria Laura Puglisi Barbosa Franco. O resultado identificou que as representações sociais sobre drogas na escola e alunos usuários estão ancoradas no modo como a grande mídia trata o tema, de forma alarmista e sensacionalista, influenciando grande parte dos professores que associa drogas na escola à violência. Verificou-se ainda que objetivação do aluno usuário de drogas é simbolizada como doença e que o grupo pesquisado segue as representações sociais há muito tempo estruturadas na sociedade, tendo a normalidade como sinônimo de saúde e a drogadição como condição desviante, decorrente de patologias. Assim, espera-se estar contribuindo para a reflexão sobre o uso e abuso de drogas nas escolas, um tema indispensável e que precisa ser enfrentado para construir-se uma via que leve a uma Educação justa e democrática.(AU)

Targeted overexpression of protein kinase C β2 isoform in myocardium causes cardiomyopathy

Increased cardiovascular mortality occurs in diabetic patients with or without coronary artery disease and is attributed to the presence of diabetic cardiomyopathy. One potential mechanism is hyperglycemia that has been reported to activate protein kinase C (PKC), preferentially the β isoform, which has been associated with the development of micro- and macrovascular pathologies in diabetes mellitus. To establish that the activation of the PKCβ isoform can cause cardiac dysfunctions, we have established lines of transgenic mice with the specific overexpression of PKCβ2 isoform in the myocardium. These mice overexpressed the PKCβ2 isoform transgene by 2- to 10-fold as measured by mRNA, and proteins exhibited left ventricular hypertrophy, cardiac myocyte necrosis, multifocal fibrosis, and decreased left ventricular performance without vascular lesions. The severity of the phenotypes exhibited gene dose-dependence. Up-regulation of mRNAs for fetal type myosin heavy chain, atrial natriuretic factor, c-fos, transforming growth factor, and collagens was also observed. Moreover, treatment with a PKCβ-specific inhibitor resulted in functional and histological improvement. These findings have firmly established that the activation of the PKCβ2 isoform can cause specific cardiac cellular and functional changes leading to cardiomyopathy of diabetic or nondiabetic etiology.

Neuronal death in the central nervous system demonstrates a non-fibrin substrate for plasmin

Mice deficient for plasminogen exhibit a variety of pathologies, all of which examined to date are reversed when the animals are also made fibrin(ogen) deficient. These results suggested that the predominant, and perhaps exclusive, physiological role of plasminogen is clearance of fibrin. Plasminogen-deficient mice also display resistance to excitotoxin-induced neurodegeneration, in contrast with wild-type mice, which are sensitive. Based on the genetic interaction between plasminogen and fibrinogen, we investigated whether resistance to neuronal cell death in the plasminogen-deficient mice is dependent on fibrin(ogen). Unexpectedly, mice lacking both plasminogen and fibrinogen are resistant to neurodegeneration to levels comparable to plasminogen-deficient mice. Therefore, plasmin acts on substrates other than fibrin during experimental neuronal degeneration, and may function similarly in other pathological settings in the central nervous system.

Identification of a structural determinant for resistance to β-lactam antibiotics in Gram-positive bacteria

Streptococcus pneumoniae is the main causal agent of pathologies that are increasingly resistant to antibiotic treatment. Clinical resistance of S. pneumoniae to β-lactam antibiotics is linked to multiple mutations of high molecular mass penicillin-binding proteins (H-PBPs), essential enzymes involved in the final steps of bacterial cell wall synthesis. H-PBPs from resistant bacteria have a reduced affinity for β-lactam and a decreased hydrolytic activity on substrate analogues. In S. pneumoniae, the gene coding for one of these H-PBPs, PBP2x, is located in the cell division cluster (DCW). We present here structural evidence linking multiple β-lactam resistance to amino acid substitutions in PBP2x within a buried cavity near the catalytic site that contains a structural water molecule. Site-directed mutation of amino acids in contact with this water molecule in the “sensitive” form of PBP2x produces mutants similar, in terms of β-lactam affinity and substrate hydrolysis, to altered PBP2x produced in resistant clinical isolates. A reverse mutation in a PBP2x variant from a clinically important resistant clone increases the acylation efficiency for β-lactams and substrate analogues. Furthermore, amino acid residues in contact with the structural water molecule are conserved in the equivalent H-PBPs of pathogenic Gram-positive cocci. We suggest that, probably via a local structural modification, the partial or complete loss of this water molecule reduces the acylation efficiency of PBP2x substrates to a point at which cell wall synthesis still occurs, but the sensitivity to therapeutic concentrations of β-lactam antibiotics is lost.

Increased IGF-II protein affects p57kip2 expression in vivo and in vitro: Implications for Beckwith–Wiedemann syndrome

In both human and mouse, the Igf2 gene, localized on chromosomes 11 and 7, respectively, is expressed from the paternally inherited chromosome in the majority of tissues. Insulin-like growth factor-II (IGF-II) plays an important role in embryonic growth, and aberrant IGF2 expression has been documented in several human pathologies, such as Beckwith–Wiedemann syndrome (BWS), and a wide variety of tumors. Human and mouse genetic data strongly implicate another gene, CDKN1C (p57kip2), located in the same imprinted gene cluster on human chromosome II, in BWS. p57KIP2 is a cyclin-dependent kinase inhibitor and is required for normal mouse embryonic development. Mutations in CDKN1C (p57kip2) have been identified in a small proportion of patients with BWS, and removal of the gene from mice by targeted mutagenesis produces a phenotype with elements in common with this overgrowth syndrome. Patients with BWS with biallelic expression of IGF2 or with a CDKN1C (p57kip2) mutation, as well as overlapping phenotypes observed in two types of mutant mice, the p57kip2 knockout and IGF-II-overexpressing mice, strongly suggest that the genes may act in a common pathway of growth control in situations where Igf2 expression is abnormal. Herein, we show that p57kip2 expression is reduced on IGF-II treatment of primary embryo fibroblasts in a dose-dependent manner. In addition, p57kip2 expression is down-regulated in mice with high serum levels of IGF-II. These data suggest that the effects of increased IGF-II in BWS may, in part, be mediated through a decrease in p57kip2 gene expression.

Guanylyl cyclase C is a selective marker for metastatic colorectal tumors in human extraintestinal tissues

Guanylyl cyclase C (GCC) has been detected only in intestinal mucosa and colon carcinoma cells of placental mammals. However, this receptor has been identified in several tissues in marsupials, and its expression has been suggested in tissues other than intestine in placental mammals. Selective expression of GCC by colorectal tumor cells in extraintestinal tissues would permit this receptor to be employed as a selective marker for metastatic disease. Thus, expression of GCC was examined in human tissues and tumors, correlating receptor function with detection by PCR. GCC was detected by ligand binding and catalytic activation in normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not in extraintestinal tissues or tumors. Similarly, PCR yielded GCC-specific amplification products with specimens from normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not from extraintestinal tissues or tumors. Northern blot analysis employing GCC-specific probes revealed an ≈4-kb transcript, corresponding to recombinant GCC, in normal intestine and primary and metastatic colorectal tumors, but not in extraintestinal tissues. Thus, GCC is selectively expressed in intestine and colorectal tumors in humans and appears to be a relatively specific marker for metastatic cancer cells in normal tissues. Indeed, PCR of GCC detected tumor cells in blood from some patients with Dukes B colorectal cancer and all patients examined with Dukes C and D colorectal cancer, but not in that from normal subjects or patients with Dukes A colon carcinoma or other nonmalignant intestinal pathologies.

Allosteric inhibitors of inducible nitric oxide synthase dimerization discovered via combinatorial chemistry

Potent and selective inhibitors of inducible nitric oxide synthase (iNOS) (EC 1.14.13.39) were identified in an encoded combinatorial chemical library that blocked human iNOS dimerization, and thereby NO production. In a cell-based iNOS assay (A-172 astrocytoma cells) the inhibitors had low-nanomolar IC50 values and thus were >1,000-fold more potent than the substrate-based direct iNOS inhibitors 1400W and N-methyl-l-arginine. Biochemical studies confirmed that inhibitors caused accumulation of iNOS monomers in mouse macrophage RAW 264.7 cells. High affinity (Kd ≈ 3 nM) of inhibitors for isolated iNOS monomers was confirmed by using a radioligand binding assay. Inhibitors were >1,000-fold selective for iNOS versus endothelial NOS dimerization in a cell-based assay. The crystal structure of inhibitor bound to the monomeric iNOS oxygenase domain revealed inhibitor–heme coordination and substantial perturbation of the substrate binding site and the dimerization interface, indicating that this small molecule acts by allosterically disrupting protein–protein interactions at the dimer interface. These results provide a mechanism-based approach to highly selective iNOS inhibition. Inhibitors were active in vivo, with ED50 values of <2 mg/kg in a rat model of endotoxin-induced systemic iNOS induction. Thus, this class of dimerization inhibitors has broad therapeutic potential in iNOS-mediated pathologies.

Activation of flavin-containing oxidases underlies light-induced production of H2O2 in mammalian cells

Violet-blue light is toxic to mammalian cells, and this toxicity has been linked with cellular production of H2O2. In this report, we show that violet-blue light, as well as UVA, stimulated H2O2 production in cultured mouse, monkey, and human cells. We found that H2O2 originated in peroxisomes and mitochondria, and it was enhanced in cells overexpressing flavin-containing oxidases. These results support the hypothesis that photoreduction of flavoproteins underlies light-induced production of H2O2 in cells. Because H2O2 and its metabolite, hydroxyl radicals, can cause cellular damage, these reactive oxygen species may contribute to pathologies associated with exposure to UVA, violet, and blue light. They may also contribute to phototoxicity often encountered during light microscopy. Because multiphoton excitation imaging with 1,047-nm wavelength prevented light-induced H2O2 production in cells, possibly by minimizing photoreduction of flavoproteins, this technique may be useful for decreasing phototoxicity during fluorescence microscopy.