Extra Forces induced by wide-pulse, high-frequency electrical stimulation: Occurrence, magnitude, variability and underlying mechanisms.

OBJECTIVE: In contrast to conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (NMES), the use of "wide-pulse, high-frequencies" (WPHF) can generate higher forces than expected by the direct activation of motor axons alone. We aimed at investigating the occurrence, magnitude, variability and underlying neuromuscular mechanisms of these "Extra Forces" (EF). METHODS: Electrically-evoked isometric plantar flexion force was recorded in 42 healthy subjects. Additionally, twitch potentiation, H-reflex and M-wave responses were assessed in 13 participants. CONV (25Hz, 0.05ms) and WPHF (100Hz, 1ms) NMES consisted of five stimulation trains (20s on-90s off). RESULTS: K-means clustering analysis disclosed a responder rate of almost 60%. Within this group of responders, force significantly increased from 4% to 16% of the maximal voluntary contraction force and H-reflexes were depressed after WPHF NMES. In contrast, non-responders showed neither EF nor H-reflex depression. Twitch potentiation and resting EMG data were similar between groups. Interestingly, a large inter- and intrasubject variability of EF was observed. CONCLUSION: The responder percentage was overestimated in previous studies. SIGNIFICANCE: This study proposes a novel methodological framework for unraveling the neurophysiological mechanisms involved in EF and provides further evidence for a central contribution to EF in responders.

Poly-N-acetyl glucosamine nanofibers for negative-pressure wound therapies.

The wound healing promoting effect of negative wound pressure therapies (NPWT) takes place at the wound interface. The use of bioactive substances at this site represents a major research area for the development of future NPWT therapies. To assess wound healing kinetics in pressure ulcers treated by NPWT with or without the use of a thin interface membrane consisting of poly-N-acetyl glucosamine nanofibers (sNAG) a prospective randomized clinical trial was performed. The safety of the combination of NPWT and sNAG was also assessed in patients treated with antiplatelet drugs. In the performed study, the combination of NPWT and sNAG in 10 patients compared to NPWT alone in 10 patients promoted wound healing due to an improved contraction of the wound margins (p = 0.05) without a change in wound epithelization. In 6 patients treated with antiplatelet drugs no increased wound bleeding was observed in patients treated by NPWT and sNAG. In conclusion, the application of thin membranes of sNAG nanofibers at the wound interface using NPWT was safe and augmented the action of NPWT leading to improved wound healing due to a stimulation of wound contraction.

Hepatocyte nuclear factor 4alpha transactivates the mitochondrial alanine aminotransferase gene in the kidney of Sparus aurata

Alanine aminotransferase (ALT) plays an important role in amino acid metabolism and gluconeogenesis. The preference of carnivorous fish for protein amino acids instead of carbohydrates as a source of energy lead us to study the transcriptional regulation of the mitochondrial ALT (mALT) gene and to characterize the enzyme kinetics and modulation of mALT expression in the kidney of gilthead sea bream (Sparus aurata) under different nutritional and hormonal conditions. 5′-Deletion analysis of mALT promoter in transiently transfected HEK293 cells, site-directed mutagenesis and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify HNF4α as a new factor involved in the transcriptional regulation of mALT expression. Quantitative RT-PCR assays showed that starvation and the administration of streptozotocin (STZ) decreased HNF4α levels in the kidney of S. aurata, leading to the downregulation of mALT transcription. Analysis of the tissue distribution showed that kidney, liver, and intestine were the tissues with higher mALT and HNF4α expression. Kinetic analysis indicates that mALT enzyme is more efficient in catalyzing the conversion of L-alanine to pyruvate than the reverse reaction. From these results, we conclude that HNF4α transactivates the mALT promoter and that the low levels of mALT expression found in the kidney of starved and STZ-treated fish result from a decreased expression of HNF4α. Our findings suggest that the mALT isoenzyme plays a major role in oxidazing dietary amino acids, and points to ALT as a target for a biotechnological action to spare protein and optimize the use of dietary nutrients for fish culture.

Three-dimensional hydrodynamic numerical modelling of fold nappe formation, basement-cover deformation and slab detachment with applications to the helvetic nappe system (W Switzerland)

Many three-dimensional (3-D) structures in rock, which formed during the deformation of the Earth's crust and lithosphere, are controlled by a difference in mechanical strength between rock units and are often the result of a geometrical instability. Such structures are, for example, folds, pinch-and-swell structures (due to necking) or cuspate-lobate structures (mullions). These struc-tures occur from the centimeter to the kilometer scale and the related deformation processes con-trol the formation of, for example, fold-and-thrust belts and extensional sedimentary basins or the deformation of the basement-cover interface. The 2-D deformation processes causing these structures are relatively well studied, however, several processes during large-strain 3-D defor-mation are still incompletely understood. One of these 3-D processes is the lateral propagation of these structures, such as fold and cusp propagation in a direction orthogonal to the shortening direction or neck propagation in direction orthogonal to the extension direction. Especially, we are interested in fold nappes which are recumbent folds with amplitudes usually exceeding 10 km and they have been presumably formed by ductile shearing. They often exhibit a constant sense of shearing and a non-linear increase of shear strain towards their overturned limb. The fold axes of the Morcles fold nappe in western Switzerland plunges to the ENE whereas the fold axes in the more eastern Doldenhorn nappe plunges to the WSW. These opposite plunge direc-tions characterize the Rawil depression (Wildstrubel depression). The Morcles nappe is mainly the result of layer parallel contraction and shearing. During the compression the massive lime-stones were more competent than the surrounding marls and shales, which led to the buckling characteristics of the Morcles nappe, especially in the north-dipping normal limb. The Dolden-horn nappe exhibits only a minor overturned fold limb. There are still no 3-D numerical studies which investigate the fundamental dynamics of the formation of the large-scale 3-D structure including the Morcles and Doldenhorn nappes and the related Rawil depression. We study the 3-D evolution of geometrical instabilities and fold nappe formation with numerical simulations based on the finite element method (FEM). Simulating geometrical instabilities caused by sharp variations of mechanical strength between rock units requires a numerical algorithm that can accurately resolve material interfaces for large differences in material properties (e.g. between limestone and shale) and for large deformations. Therefore, our FE algorithm combines a nu-merical contour-line technique and a deformable Lagrangian mesh with re-meshing. With this combined method it is possible to accurately follow the initial material contours with the FE mesh and to accurately resolve the geometrical instabilities. The algorithm can simulate 3-D de-formation for a visco-elastic rheology. The viscous rheology is described by a power-law flow law. The code is used to study the 3-D fold nappe formation, the lateral propagation of folding and also the lateral propagation of cusps due to initial half graben geometry. Thereby, the small initial geometrical perturbations for folding and necking are exactly followed by the FE mesh, whereas the initial large perturbation describing a half graben is defined by a contour line inter-secting the finite elements. Further, the 3-D algorithm is applied to 3-D viscous nacking during slab detachment. The results from various simulations are compared with 2-D resulats and a 1-D analytical solution. -- On retrouve beaucoup de structures en 3 dimensions (3-D) dans les roches qui ont pour origines une déformation de la lithosphère terrestre. Ces structures sont par exemple des plis, des boudins (pinch-and-swell) ou des mullions (cuspate-lobate) et sont présentés de l'échelle centimétrique à kilométrique. Mécaniquement, ces structures peuvent être expliquées par une différence de résistance entre les différentes unités de roches et sont généralement le fruit d'une instabilité géométrique. Ces différences mécaniques entre les unités contrôlent non seulement les types de structures rencontrées, mais également le type de déformation (thick skin, thin skin) et le style tectonique (bassin d'avant pays, chaîne d'avant pays). Les processus de la déformation en deux dimensions (2-D) formant ces structures sont relativement bien compris. Cependant, lorsque l'on ajoute la troisiéme dimension, plusieurs processus ne sont pas complètement compris lors de la déformation à large échelle. L'un de ces processus est la propagation latérale des structures, par exemple la propagation de plis ou de mullions dans la direction perpendiculaire à l'axe de com-pression, ou la propagation des zones d'amincissement des boudins perpendiculairement à la direction d'extension. Nous sommes particulièrement intéressés les nappes de plis qui sont des nappes de charriage en forme de plis couché d'une amplitude plurikilométrique et étant formées par cisaillement ductile. La plupart du temps, elles exposent un sens de cisaillement constant et une augmentation non linéaire de la déformation vers la base du flanc inverse. Un exemple connu de nappes de plis est le domaine Helvétique dans les Alpes de l'ouest. Une de ces nap-pes est la Nappe de Morcles dont l'axe de pli plonge E-NE tandis que de l'autre côté de la dépression du Rawil (ou dépression du Wildstrubel), la nappe du Doldenhorn (équivalent de la nappe de Morcles) possède un axe de pli plongeant O-SO. La forme particulière de ces nappes est due à l'alternance de couches calcaires mécaniquement résistantes et de couches mécanique-ment faibles constituées de schistes et de marnes. Ces différences mécaniques dans les couches permettent d'expliquer les plissements internes à la nappe, particulièrement dans le flanc inver-se de la nappe de Morcles. Il faut également noter que le développement du flanc inverse des nappes n'est pas le même des deux côtés de la dépression de Rawil. Ainsi la nappe de Morcles possède un important flanc inverse alors que la nappe du Doldenhorn en est presque dépour-vue. A l'heure actuelle, aucune étude numérique en 3-D n'a été menée afin de comprendre la dynamique fondamentale de la formation des nappes de Morcles et du Doldenhorn ainsi que la formation de la dépression de Rawil. Ce travail propose la première analyse de l'évolution 3-D des instabilités géométriques et de la formation des nappes de plis en utilisant des simulations numériques. Notre modèle est basé sur la méthode des éléments finis (FEM) qui permet de ré-soudre avec précision les interfaces entre deux matériaux ayant des propriétés mécaniques très différentes (par exemple entre les couches calcaires et les couches marneuses). De plus nous utilisons un maillage lagrangien déformable avec une fonction de re-meshing (production d'un nouveau maillage). Grâce à cette méthode combinée il nous est possible de suivre avec précisi-on les interfaces matérielles et de résoudre avec précision les instabilités géométriques lors de la déformation de matériaux visco-élastiques décrit par une rhéologie non linéaire (n>1). Nous uti-lisons cet algorithme afin de comprendre la formation des nappes de plis, la propagation latérale du plissement ainsi que la propagation latérale des structures de type mullions causé par une va-riation latérale de la géométrie (p.ex graben). De plus l'algorithme est utilisé pour comprendre la dynamique 3-D de l'amincissement visqueux et de la rupture de la plaque descendante en zone de subduction. Les résultats obtenus sont comparés à des modèles 2-D et à la solution analytique 1-D. -- Viele drei dimensionale (3-D) Strukturen, die in Gesteinen vorkommen und durch die Verfor-mung der Erdkruste und Litosphäre entstanden sind werden von den unterschiedlichen mechani-schen Eigenschaften der Gesteinseinheiten kontrolliert und sind häufig das Resulat von geome-trischen Istabilitäten. Zu diesen strukturen zählen zum Beispiel Falten, Pich-and-swell Struktu-ren oder sogenannte Cusbate-Lobate Strukturen (auch Mullions). Diese Strukturen kommen in verschiedenen Grössenordungen vor und können Masse von einigen Zentimeter bis zu einigen Kilometer aufweisen. Die mit der Entstehung dieser Strukturen verbundenen Prozesse kontrol-lieren die Entstehung von Gerbirgen und Sediment-Becken sowie die Verformung des Kontaktes zwischen Grundgebirge und Stedimenten. Die zwei dimensionalen (2-D) Verformungs-Prozesse die zu den genannten Strukturen führen sind bereits sehr gut untersucht. Einige Prozesse wäh-rend starker 3-D Verformung sind hingegen noch unvollständig verstanden. Einer dieser 3-D Prozesse ist die seitliche Fortpflanzung der beschriebenen Strukturen, so wie die seitliche Fort-pflanzung von Falten und Cusbate-Lobate Strukturen senkrecht zur Verkürzungsrichtung und die seitliche Fortpflanzung von Pinch-and-Swell Strukturen othogonal zur Streckungsrichtung. Insbesondere interessieren wir uns für Faltendecken, liegende Falten mit Amplituden von mehr als 10 km. Faltendecken entstehen vermutlich durch duktile Verscherung. Sie zeigen oft einen konstanten Scherungssinn und eine nicht-lineare zunahme der Scherverformung am überkipp-ten Schenkel. Die Faltenachsen der Morcles Decke in der Westschweiz fallen Richtung ONO während die Faltenachsen der östicher gelegenen Doldenhorn Decke gegen WSW einfallen. Diese entgegengesetzten Einfallrichtungen charakterisieren die Rawil Depression (Wildstrubel Depression). Die Morcles Decke ist überwiegend das Resultat von Verkürzung und Scherung parallel zu den Sedimentlagen. Während der Verkürzung verhielt sich der massive Kalkstein kompetenter als der Umliegende Mergel und Schiefer, was zur Verfaltetung Morcles Decke führ-te, vorallem in gegen Norden eifallenden überkippten Schenkel. Die Doldenhorn Decke weist dagegen einen viel kleineren überkippten Schenkel und eine stärkere Lokalisierung der Verfor-mung auf. Bis heute gibt es keine 3-D numerischen Studien, die die fundamentale Dynamik der Entstehung von grossen stark verformten 3-D Strukturen wie den Morcles und Doldenhorn Decken sowie der damit verbudenen Rawil Depression untersuchen. Wir betrachten die 3-D Ent-wicklung von geometrischen Instabilitäten sowie die Entstehung fon Faltendecken mit Hilfe von numerischen Simulationen basiert auf der Finite Elemente Methode (FEM). Die Simulation von geometrischen Instabilitäten, die aufgrund von Änderungen der Materialeigenschaften zwischen verschiedenen Gesteinseinheiten entstehen, erfortert einen numerischen Algorithmus, der in der Lage ist die Materialgrenzen mit starkem Kontrast der Materialeigenschaften (zum Beispiel zwi-schen Kalksteineinheiten und Mergel) für starke Verfomung genau aufzulösen. Um dem gerecht zu werden kombiniert unser FE Algorithmus eine numerische Contour-Linien-Technik und ein deformierbares Lagranges Netz mit Re-meshing. Mit dieser kombinierten Methode ist es mög-lich den anfänglichen Materialgrenzen mit dem FE Netz genau zu folgen und die geometrischen Instabilitäten genügend aufzulösen. Der Algorithmus ist in der Lage visko-elastische 3-D Ver-formung zu rechnen, wobei die viskose Rheologie mit Hilfe eines power-law Fliessgesetzes beschrieben wird. Mit dem numerischen Algorithmus untersuchen wir die Entstehung von 3-D Faltendecken, die seitliche Fortpflanzung der Faltung sowie der Cusbate-Lobate Strukturen die sich durch die Verkürzung eines mit Sediment gefüllten Halbgraben bilden. Dabei werden die anfänglichen geometrischen Instabilitäten der Faltung exakt mit dem FE Netz aufgelöst wäh-rend die Materialgranzen des Halbgrabens die Finiten Elemente durchschneidet. Desweiteren wird der 3-D Algorithmus auf die Einschnürung während der 3-D viskosen Plattenablösung und Subduktion angewandt. Die 3-D Resultate werden mit 2-D Ergebnissen und einer 1-D analyti-schen Lösung verglichen.

Candida albicans Inhibits Pseudomonas aeruginosa Virulence through Suppression of Pyochelin and Pyoverdine Biosynthesis.

Bacterial-fungal interactions have important physiologic and medical ramifications, but the mechanisms of these interactions are poorly understood. The gut is host to trillions of microorganisms, and bacterial-fungal interactions are likely to be important. Using a neutropenic mouse model of microbial gastrointestinal colonization and dissemination, we show that the fungus Candida albicans inhibits the virulence of the bacterium Pseudomonas aeruginosa by inhibiting P. aeruginosa pyochelin and pyoverdine gene expression, which plays a critical role in iron acquisition and virulence. Accordingly, deletion of both P. aeruginosa pyochelin and pyoverdine genes attenuates P. aeruginosa virulence. Heat-killed C. albicans has no effect on P. aeruginosa, whereas C. albicans secreted proteins directly suppress P. aeruginosa pyoverdine and pyochelin expression and inhibit P. aeruginosa virulence in mice. Interestingly, suppression or deletion of pyochelin and pyoverdine genes has no effect on P. aeruginosa's ability to colonize the GI tract but does decrease P. aeruginosa's cytotoxic effect on cultured colonocytes. Finally, oral iron supplementation restores P. aeruginosa virulence in P. aeruginosa and C. albicans colonized mice. Together, our findings provide insight into how a bacterial-fungal interaction can modulate bacterial virulence in the intestine. Previously described bacterial-fungal antagonistic interactions have focused on growth inhibition or colonization inhibition/modulation, yet here we describe a novel observation of fungal-inhibition of bacterial effectors critical for virulence but not important for colonization. These findings validate the use of a mammalian model system to explore the complexities of polymicrobial, polykingdom infections in order to identify new therapeutic targets for preventing microbial disease.

ß2-adrenergic agonists actions on the human skeletal muscle

Les ß2-agonistes sont des bronchodilatateurs qui sont prescrits pour traiter l'asthme et l'asthme induite par l'exercice (AIE). Il est relevant de comprendre s'il y a une utilisation adéquate de ces médicaments pour traiter l'AIE chez les athlètes de haut niveau, ou s'ils sont utilisés pour leur potentiel effet ergogénique sur la performance physique. Ce travail examine les actions centrales et périphériques sur la fonction contractile du muscle squelettique humain in vivo induits par l'ingestion d'une dose thérapeutique de ß2- agonistes. Le premier but était d'évaluer si les ß2-agonistes exerçaient une potentialisation de la contractilité du muscle humain et/ou un effet "anti¬fatigue" comme observé dans le modèle animal. Les résultats n'ont fournit aucune évidence d'une potentialisation sur le muscle squelettique humain in vivo non-fatigué et fatigué induit par l'administration orale de ß2-agonistes. Tout effet excitateur exercé par ce traitement sur le système nerveux central a été aussi exclu. Le deuxième but était de déterminer si les ß2-agonistes affaiblissaient la contractilité du muscle squelettique humain à contraction lente, et d'évaluer si ce changement pouvait interférer avec le contrôle moteur au muscle. Les résultats ont montré que les ß2-agonistes affaiblissent la contractilité des fibres lentes, comme conséquence de l'effet lusitrope positif se produisant dans ces fibres. La capacité de développer une force maximale n'est pas réduite par le traitement, même si une augmentation de la commande centrale au muscle est requise pour produire la même force lors de contractions sous-maximales. Le but final était d'examiner si une adaptation du contrôle moteur était re¬quis pour compenser l'affaiblissement des fibres lentes exercée par les ß2- agonistes pendant un exercice volontaire, et de déterminer si cette adaptation centrale pouvait accroître la fatigue musculaire. Malgré le fait que les résultats confirment l'effet affaiblissant induit par les ß2-agonistes, ce changement contractile n'influence pas le contrôle moteur au muscle pendant les contractions sous-maximales de l'exercice fatiguant, et n'accroît pas le degré de fatigue. Ce travail éclaircit les actions spécifiques des ß2-agonistes sur la fonction contractile du muscle squelettique humain in vivo et leurs influence sur le contrôle moteur. Les mécanismes sous-jacents de l'action ergogénique sur la performance physique produit par les ß2-agonistes sont aussi élucidés. -- ß2-Agonists are bronchodilators that are widely prescribed for the treatment of asthma and exercise-induced asthma (EIA). The extensive use of ß2-agonists by competitive athletes has raised the question as to whether there is a valid need for this class of drugs because of EIA or a misuse because of their potential ergogenic effect on exercise performance. This work investigated the central and peripheral actions that were elicited by the ingestion of a therapeutic dose of ß2-agonists on the contractility of human skeletal muscle in vivo. The first objective was to investigate whether ß2-agonists would potentiate muscle contractility and/or exert the "anti-fatigue" effect observed in animal models. The findings did not provide any evidence for the ß2-agonist-induced potentiation of in vivo human non-fatigued and fatigued skeletal muscle. Moreover, the findings exclude any excitatory action of this treatment on the central nervous system. The second objective was to explore whether the weakening action on the contractile function would occur after ß2-agonist intake in human slow-twitch skeletal muscle and to ascertain whether this contractile change may interfere with muscle motor control. The results showed that ß2-agonists weaken the contractility of slow-twitch muscle fibres as a result of the lusitropic effect occurring in these fibres. The maximal force-generating capacity of the skeletal muscle is not reduced by ß2-agonists, even though an augmented neural drive to muscle is required to develop the same force during submaximal contractions. The final objective was to examine whether a motor control adjustment is needed to compensate for the ß2-agonist-induced weakening effect on slow- twitch fibres during a voluntary exercise and to also assess whether this central adaptation could exaggerate muscle fatigue. Despite the findings confirming the occurrence of the weakening action that is exerted by ß2- agonists, this contractile change did not interfere with muscle motor control during the submaximal contractions of the fatiguing exercise and did not augment the degree of the muscle fatigue. This work contributes to a better understanding of the specific actions of ß2-agonists on the contractile function of in vivo human skeletal muscles and their influence on motor control. In addition, the findings elucidate mechanisms that could underlie the ergogenic effect that is exerted by ß2- agonists on physical performance.

The increase in hydric volume is associated to contractile impairment in the calf after the world's most extreme mountain ultra-marathon

BACKGROUND: Studies have recently focused on the effect of running a mountain ultra-marathon (MUM) and their results show muscular inflammation, damage and force loss. However, the link between peripheral oedema and muscle force loss is not really established. We tested the hypothesis that, after a MUM, lower leg muscles' swelling could be associated with muscle force loss. The knee extensor (KE) and the plantar flexor (PF) muscles' contractile function was measured by supramaximal electrical stimulations, potentiated low- and high-frequency doublets (PS10 and PS100) of the KE and the PF were measured by transcutaneous electrical nerve stimulation and bioimpedance was used to assess body composition in the runners (n = 11) before (Pre) and after (Post) the MUM and compared with the controls (n = 8). RESULTS: The maximal voluntary contraction of the KE and the PF significantly decreased by 20 % Post-MUM in the runners. Hydration of the non-fat mass (NF-Hyd) and extracellular water volume (Ve) were increased by 12 % Post-MUM (p < 0.001) in the runners. Calf circumference (+2 %, p < 0.05) was also increased. Significant relationships were found for percentage increases in Ve and NF-Hyd with percentage decrease in PS10 of the PF (r = -0.68 and r = -0.70, p < 0.05) and with percentage increase of calf circumference (r = 0.72 and r = 0.73, p < 0.05) in the runners. CONCLUSIONS: The present study suggests that increases in circumference and in hydric volume are associated to contractile impairment in the calf in ultra-marathon runners.