Smoking patterns and lung function : A longitudinal twin study

In many countries, the prevalence of smoking and smokers average cigarette consumption have decreased, with occasional smoking and daily light smoking (1-4 cigarettes per day, CPD) becoming more common. Despite these changes in smoking patterns, the prevalence of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), a disorder characterized by a progressive decline in lung function, continues to rise globally. Smoking is the most important factor causing COPD, however, not all smokers develop the disease. Genetic factors partly explain the inter-individual differences in lung function and susceptibility of some smokers to COPD. No earlier research on the genetic and environmental determinants of lung function or on the phenomenon of light smoking exists in the Finnish population. Further, the association between low-rate smoking patterns and COPD remains partly unknown. This thesis aimed to study the prevalence and consistency of light smoking longitudinally in the Finnish population, to assess the characteristics of light smokers, and to examine the risks of chronic bronchitis and COPD associated with changing smoking patterns over time. A further aim was to estimate longitudinally the proportions of genetic and environmental factors that explain the inter-individual variances in lung function. Data from the Older Finnish Twin Cohort, including same-sex twin pairs born in Finland before 1958, were used. Smoking patterns and chronic bronchitis symptoms were consistently assessed in surveys conducted in 1975, 1981, and 1990. National registry data on reimbursement eligibilities and medication purchases were used to define COPD. Lung function data were obtained from a subsample of the cohort, 217 female twin pairs, who attended spirometry in 2000 and 2003 as part of the Finnish Twin Study on Ageing. The genetic and environmental influences on lung function were estimated by using genetic modeling. This thesis found that light smokers are more often female, well-educated, and exhibit a healthier lifestyle than heavy smokers. At individual level, light smoking is rarely a constant pattern. Light smoking, reducing from heavier smoking to light smoking, and relapsing to light smoking after quitting, are among patterns associated with an increased risk of chronic bronchitis and COPD. Constant light smoking is associated with an increased use of inhaled anticholinergics, a medication for CODP. In addition to smoking, other environmental factors influence lung function in the older age. During a three-year follow-up, new environmental effects influencing spirometry values were observed, whereas the genes affecting lung function remained mostly the same. In conclusion, no safe level of daily smoking exists with regard to pulmonary diseases. Even daily light smoking in middle-age is associated with increased respiratory morbidity later in life. Smoking reduction does not decrease the risk of COPD, and should not be recommended as an alternative to quitting smoking. In elderly people, attention should also be drawn to other factors that can prevent poor lung function.

Regulation of respiratory activity of brown adipose tissue mitochondria through changes in cytochromes.

Exposure of cold-acclimatized rats to heat (37 degrees C) for a short period decreased brown adipose tissue (BAT) mitochondrial substrate-dependent oxygen uptake and H2O2 generation. Both the concentration and substrate-dependent rate of cytochrome b reduction decreased as early as 3 h of heat exposure. These results identify cytochrome b as the locus of regulation of electron transport in BAT mitochondria under conditions of heat stress.

Nonlinear measures of respiration: Respiratory irregularity and increased chaos of respiration in patients with panic disorder

Background. Respiratory irregularity has been previously reported in patients with panic disorder using time domain measures. However, the respiratory signal is not entirely linear and a few previous studies used approximate entropy (APEN), a measure of regularity of time series. We have been studying APEN and other nonlinear measures including a measure of chaos, the largest Lyapunov exponent (LLE) of heart rate time series, in some detail. In this study, we used these measures of respiration to compare normal controls (n = 18) and patients with panic disorder (n = 22) in addition to the traditional time domain measures of respiratory rate and tidal volume. Methods: Respiratory signal was obtained by the Respitrace system using a thoracic and an abdominal belt, which was digitized at 500 Hz. Later, the time series were constructed at 4 Hz, as the highest frequency in this signal is limited to 0.5 Hz. We used 256 s of data (1,024 points) during supine and standing postures under normal breathing and controlled breathing at 12 breaths/min. Results: APEN was significantly higher in patients in standing posture during normal as well as controlled breathing (p = 0.002 and 0.02, respectively). LLE was also significantly higher in standing posture during normal breathing (p = 0.009). Similarly, the time domain measures of standard deviations and the coefficient of variation (COV) of tidal volume (TV) were significantly higher in the patient group (p = 0.02 and 0.004, respectively). The frequency of sighs was also higher in the patient group in standing posture (p = 0.02). In standing posture, LLE (p < 0.05) as well as APEN (p < 0.01) contributed significantly toward the separation of the two groups over and beyond the linear measure, i.e. the COV of TV. Conclusion: These findings support the previously described respiratory irregularity in patients with panic disorder and also illustrate the utility of nonlinear measures such as APEN and LLE as additional measures toward a better understanding of the abnormalities of respiratory physiology in similar patient populations as the correlation between LLE, APEN and some of the time domain measures only explained up to 50-60% of the variation. Copyright (C) 2002 S. Karger AG, Basel.

Electron transfer in cytochrome c oxidase : the rate of electron equillibration between cytochrome a and copper A

Intramolecular electron transfer in partially reduced cytochrome c oxidase has been studied by means of perturbed equilibrium techniques. We have prepared a three electron reduced, CO inhibited form of the enzyme in which cytochrome a and copper A are partially reduced an in intramolecular redox equilibrium. When these samples were photolyzed using a nitrogen laser (0.6 µs, 1.0 mJ pulses) changes in absorbance at 598 nm and 830 nm were observed which are consistent with a fast electron from cytochrome a to copper A. The absorbance changes at 598 nm have an apparent rate of 17,200 ± 1,700 s^(-1) (1σ), at pH 7.0 and 25.5 °C. These changes were not observed in either the CO mixed valence or CO inhibited fully reduced forms of the enzyme. The rate is fastest at about pH 8.0, and falls off in either direction, and there is a small, but clear temperature dependence. The process was also observed in the cytochrome c -- cytochrome c oxidase high affinity complex.

This rate is far faster than any rate measured or inferred previously for the cytochrome a -- copper A electron equilibration, but the interpretation of these results is hampered by the fact that the relaxation could only be followed during the time before CO became rebound to the oxygen binding site. The meaning of our our measured rate is discussed, along with other reported rates for this process. In addition, a temperature-jump experiment on the same system is discussed.

We have also prepared a partially reduced, cyanide inhibited form of the enzyme in which cytochrome a, copper A and copper B are partially reduced and in redox equilibrium. Warming these samples produced absorbance changes at 605 nm which indicate that cytochrome a was becoming more oxidized, but there were no parallel changes in absorbance at 830 nm as would be expected if copper A was becoming reduced. We concluded that electrons were being redistributed from cytochrome a to copper B. The kinetics of the absorbance changes at 605 nm were investigated by temperature-jump methods. Although a rate could not be resolved, we concluded that the process must occur with an (apparent) rate larger than 10,000 s^(-1).

During the course of the temperature-jump experiments, we also found that non-redox related, temperature dependent absorbance changes in fully reduced CO inhibited cytochrome c oxidase, and in the cyanide mixed valence enzyme, took place with an (apparent) rate faster that 30,000 s^(-1).

Part I. Kinetics of coarsening of the gamma-prime precipitate in nickel-silicon alloys. Part II. Rate of crystallization of an amorphous Fe-P-C alloy

The coarsening kinetics of Ni₃ Si(γ') precipitate in a binary Ni-Si alloy containing 6.5 wt. % silicon was studied by magnetic techniques and transmission electronmicroscopy. A calibration curve was established to determine the concentration of silicon in the matrix. The variation of the Si content of the Ni-rich matrix as a function of time follows Lifshitz and Wagner theory for diffusion controlled coarsening phenomena. The estimated values of equilibrium solubility of silicon in the matrix represent the true coherent equilibrium solubilities.

The experimental particle-size distributions and average particle size were determined from dark field electron micrographs. The average particle size varies linearly with t^-1/3 as suggested by Lifshitz and Wagner. The experimental distributions of particle sizes differ slightly from the theoretical curve at the early stages of aging, but the agreement is satisfactory at the later stages. The values of diffusion coefficient of silicon, interfacial free energy and activation energy were calculated from the results of coarsening kinetics. The experimental value of effective diffusion coefficient is in satisfactory agreement with the value predicted by the application of irreversible the rmodynamics to the process of volume constrained growth of coherent precipitate during coarsening. The coherent γ' particles in Ni-Sialloy unlike those in Ni-Al and Ni-Ti seem to lose coherency at high temperature. A mechanism for the formation of semi-coherent precipitate is suggested.

Preparo e administração de medicamentos por sondas em pacientes que recebem nutrição enteral

O objeto de estudo foi o preparo e a administração de medicamentos por cateter pela enfermagem em pacientes que recebem nutrição enteral. O objetivo geral foi investigar o padrão de preparo e administração dos medicamentos por cateter em pacientes que recebem nutrição enteral concomitante. Os objetivos específicos foram apresentar o perfil dos medicamentos preparados e administrados de acordo com a possibilidade de serem administrados por cateter enteral e avaliar o tipo e a freqüência de erros que ocorrem no preparo e administração de medicamentos por cateter. Tratou-se de uma pesquisa com desenho transversal de natureza observacional, sem modelo de intervenção. Foi desenvolvida em um hospital do Rio de Janeiro onde foram observados técnicos de enfermagem preparando e administrando medicamentos por cateter na Unidade de Terapia Intensiva. Foram observadas 350 doses de medicamentos sendo preparados e administrados. Os grupos de medicamentos prevalentes foram os que agem no Sistema Cardiovascular Renal com 164 doses (46,80%), seguido pelos que agem no Sistema Respiratório e Sangue com 12,85% e 12,56% respectivamente. Foram encontrados 19 medicamentos diferentes do primeiro grupo, dois no segundo e cinco no terceiro. As categorias de erro no preparo foram trituração, diluição e misturas. Encontrou-se uma taxa média de 67,71% no preparo de medicamentos. Comprimidos simples foram preparados errados em 72,54% das doses, e todos os comprimidos revestidos e de liberação prolongada foram triturados indevidamente entre sólidos a categoria de erro prevalente foi trituração com 45,47%, preparar misturando medicamentos foi um erro encontrado em quase 40% das doses de medicamentos sólidos. A trituração insuficiente ocorreu em 73,33% das doses de ácido fólico, do cloridrato de amiodarona (58,97%) e bromoprida (50,00%). A mistura com outros medicamentos ocorreu em 66,66% das doses de bromoprida, de besilato de anlodipina (53,33%), bamifilina (43,47%), ácido fólico (40,00%) e ácido acetilsalicílico (33,33%). Os erros na administração foram ausência de pausa e manejo indevido do cateter. A taxa média de erros na administração foi de 32,64%, distribuídas entre 17,14% para pausa e 48,14% para manejo do cateter. A ausência de lavagem do cateter antes foi o erro mais comum e o mais incomum foi não lavar o cateter após a administração. Os medicamentos mais envolvidos em erros na administração foram: cloridrato de amiodarona (n=39), captopril (n=33), cloridrato de hidralazina (n=7), levotiroxina sódica (n=7). Com relação à lavagem dos cateteres antes, ela não ocorreu em 330 doses de medicamentos. O preparo e administração inadequados de medicamentos podem levar à perdas na biodisponibilidade, diminuição do nível sérico e riscos de intoxicações para o paciente. Preparar e administrar medicamentos são procedimentos comuns, porém apresentou altas taxas de erros, o que talvez reflita pouco conhecimento desses profissionais sobre as boas práticas da terapia medicamentosa. Constata-se a necessidade de maior investimento de todos os profissionais envolvidos, médicos, enfermeiros e farmacêuticos nas questões que envolvam a segurança com medicamentos assim como repensar o processo de trabalho da enfermagem.

Rate and Microstructure Effects on the Dynamics of Carbon Nanotube Foams

Soft hierarchical materials often present unique functional properties that are sensitive to the geometry and organization of their micro- and nano-structural features across different lengthscales. Carbon Nanotube (CNT) foams are hierarchical materials with fibrous morphology that are known for their remarkable physical, chemical and electrical properties. Their complex microstructure has led them to exhibit intriguing mechanical responses at different length-scales and in different loading regimes. Even though these materials have been studied for mechanical behavior over the past few years, their response at high-rate finite deformations and the influence of their microstructure on bulk mechanical behavior and energy dissipative characteristics remain elusive.

In this dissertation, we study the response of aligned CNT foams at the high strain-rate regime of 10² - 10⁴ s^-1. We investigate their bulk dynamic response and the fundamental deformation mechanisms at different lengthscales, and correlate them to the microstructural characteristics of the foams. We develop an experimental platform, with which to study the mechanics of CNT foams in high-rate deformations, that includes direct measurements of the strain and transmitted forces, and allows for a full field visualization of the sample’s deformation through high-speed microscopy.

We synthesize various CNT foams (e.g., vertically aligned CNT (VACNT) foams, helical CNT foams, micro-architectured VACNT foams and VACNT foams with microscale heterogeneities) and show that the bulk functional properties of these materials are highly tunable either by tailoring their microstructure during synthesis or by designing micro-architectures that exploit the principles of structural mechanics. We also develop numerical models to describe the bulk dynamic response using multiscale mass-spring models and identify the mechanical properties at length scales that are smaller than the sample height.

The ability to control the geometry of microstructural features, and their local interactions, allows the creation of novel hierarchical materials with desired functional properties. The fundamental understanding provided by this work on the key structure-function relations that govern the bulk response of CNT foams can be extended to other fibrous, soft and hierarchical materials. The findings can be used to design materials with tailored properties for different engineering applications, like vibration damping, impact mitigation and packaging.

I. The rate and mechanism of the vapor-phase reaction between water and parts-per-million concentrations of nitrogen dioxide. II. The rate and mechanism of the air oxidation of parts-per-million concentrations of nitric oxide in the presence of water vapor.

Part I

A study of the thermal reaction of water vapor and parts-per-million concentrations of nitrogen dioxide was carried out at ambient temperature and at atmospheric pressure. Nitric oxide and nitric acid vapor were the principal products. The initial rate of disappearance of nitrogen dioxide was first order with respect to water vapor and second order with respect to nitrogen dioxide. An initial third-order rate constant of 5.5 (± 0.29) x 10⁴ liter² mole^-2 sec^-1 was found at 25˚C. The rate of reaction decreased with increasing temperature. In the temperature range of 25˚C to 50˚C, an activation energy of -978 (± 20) calories was found.

The reaction did not go to completion. From measurements as the reaction approached equilibrium, the free energy of nitric acid vapor was calculated. This value was -18.58 (± 0.04) kilocalories at 25˚C.

The initial rate of reaction was unaffected by the presence of oxygen and was retarded by the presence of nitric oxide. There were no appreciable effects due to the surface of the reactor. Nitric oxide and nitrogen dioxide were monitored by gas chromatography during the reaction.

Part II

The air oxidation of nitric oxide, and the oxidation of nitric oxide in the presence of water vapor, were studied in a glass reactor at ambient temperatures and at atmospheric pressure. The concentration of nitric oxide was less than 100 parts-per-million. The concentration of nitrogen dioxide was monitored by gas chromatography during the reaction.

For the dry oxidation, the third-order rate constant was 1.46 (± 0.03) x 10⁴ liter² mole^-2 sec^-1 at 25˚C. The activation energy, obtained from measurements between 25˚C and 50˚C, was -1.197 (±0.02) kilocalories.

The presence of water vapor during the oxidation caused the formation of nitrous acid vapor when nitric oxide, nitrogen dioxide and water vapor combined. By measuring the difference between the concentrations of nitrogen dioxide during the wet and dry oxidations, the rate of formation of nitrous acid vapor was found. The third-order rate constant for the formation of nitrous acid vapor was equal to 1.5 (± 0.5) x 10⁵ liter² mole^-2 sec^-1 at 40˚C. The reaction rate did not change measurably when the temperature was increased to 50˚C. The formation of nitric acid vapor was prevented by keeping the concentration of nitrogen dioxide low.

Surface effects were appreciable for the wet tests. Below 35˚C, the rate of appearance of nitrogen dioxide increased with increasing surface. Above 40˚C, the effect of surface was small.

The rate and mechanism of the partial oxidation of acetaldehyde by PPM concentrations of nitrogen dioxide

The thermal reaction between nitrogen dioxide and acetaldehyde in the gas phase was investigated at room temperature and atmospheric pressure. The initial rate of disappearance of nitrogen dioxide was 1.00 ± 0.03 order with respect to nitrogen dioxide and 1.00 ± 0.07 order with respect to acetaldehyde. An initial second order rate constant of (8.596 ± 0.189) x 10^-3 1.mole^-1 sec^-1 was obtained at 22.0 ± 0.1 °C and a total pressure of one atmosphere. The activation energy of the reaction was 12,900 cal/mole in the temperature range between 22°C and 122°C.

The products of the reaction were nitric oxide, carbon dioxide, methyl nitrite, nitromethane and a trace amount of trans-dimeric nitrosomethane. The addition of nitric oxide increased the rate of formation of nitromethane and decreased the rate of formation of methyl nitrite. There were no measurable surface effects due to the addition of glass wool or glass beads to the reactor.

Reactants and products were analyzed by gas chromatography. A mechanism was proposed incorporating the principal features of the reaction.

The ecological impact of different mechanisms of chronic sub-lethal toxicity on feeding and respiratory physiology

Sub-lethal toxicity tests, such as the scope-for-growth test, reveal simple relationships between measures of contaminant concentration and effect on respiratory and feeding physiology. Simple models are presented to investigate the potential impact of different mechanisms of chronic sub-lethal toxicity on these physiological processes. Since environmental quality is variable, even in unimpacted environments, toxicants may have differentially greater impacts in poor compared to higher quality environments. The models illustrate the implications of different degrees and mechanisms of toxicity in response to variability in the quality of the feeding environment, and variability in standard metabolic rate. The models suggest that the relationships between measured degrees of toxic stress, and the maintenance ration required to maintain zero scope-for-growth, may be highly nonlinear. In addition it may be possible to define critical levels of sub-lethal toxic effect above which no environment is of sufficient quality to permit prolonged survival.

Atividade pró-trombótica da toxina ExoU de Pseudomonas aeruginosa detectada em modelos experimentais in vivo e in vitro

Pseudomonas aeruginosa é um importante agente de pneumonia, particularmente em pacientes submetidos à ventilação mecânica, que pode evoluir para sepse, com elevadas taxas de letalidade. Na sepse, o processo inflamatório sistêmico exacerbado favorece o desequilíbrio entre as vias de coagulação e fibrinólise e a instalação de um estado pró-coagulante, com o aparecimento de trombose microvascular, coagulação intravascular disseminada e falência de múltiplos órgãos. Conhecendo a potente atividade pró-inflamatória da toxina ExoU produzida por P. aeruginosa, decorrente de sua atividade fosfolipásica A2, o objetivo desta tese foi investigar seu potencial de indução de alterações hemostáticas relacionadas à patogênese da sepse. Utilizando modelo de sepse em camundongos inoculados, por via intratraqueal, com suspensões de P. aeruginosa produtora de ExoU (PA103) ou de cepa com deleção do gene exoU, não produtora da toxina, foi mostrado que ExoU determinou maior gravidade da infecção, maior taxa de letalidade, leucopenia, trombocitose, hiperpermeabilidade vascular e transudação plasmática, evidenciadas, respectivamente, pela maior concentração de proteínas nos lavados broncoalveolares (LBAs) e acúmulo do corante Azul de Evans, previamente inoculado nos animais, por via endovenosa, no parênquima renal. ExoU favoreceu, também, a ativação plaquetária, confirmada pela maior concentração de plaquetas expressando P-selectina em sua superfície, maior número de micropartículas derivadas de plaquetas e maior concentração plasmática de tromboxano A2. A histopatologia dos pulmões e rins dos animais infectados com PA103 confirmou a formação de microtrombos, que não foram detectados nos animais controles ou infectados com a cepa mutante. Nos pulmões, a produção de ExoU determinou intensa resposta inflamatória com maior concentração de leucócitos totais e polimorfonucleados, interleucina-6 e fator de necrose tumoral-α nos LBAs. A análise imunohistoquímica mostrou intensa deposição de fibrina nos alvéolos e septos interalveolares. A atividade pró-coagulante dependente do fator tissular detectada nos LBAs dos camundongos infectados com PA103 foi independente da produção do inibidor da via de ativação do fator tissular (TFPI), mas associada ao aumento da produção do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1). Para investigar a participação do fator de ativação plaquetária (PAF) na liberação de PAI-1, foi pesquisada a atividade da enzima PAF-acetil-hidrolase (PAF-AH) nos LBAs dos camundongos. A atividade de PAF-AH apresentou-se significativamente elevada nos LBA dos camundongos infectados com PA103. O tratamento dos animais com um inibidor do PAF, antes da infecção, resultou na diminuição significativa das concentrações de PAI-1 e de leucócitos totais, bem como da atividade pró-coagulante dos LBAs. In vitro, ExoU induziu maior expressão do RNA mensageiro de PAI-1 e maior liberação da proteína PAI-1 nos sobrenadantes de células epiteliais respiratórias da linhagem A549. O tratamento das células A549 com um anticorpo anti-receptor de PAF, antes da infecção, reduziu significativamente a concentração de PAI-1 nos sobrenadantes de células infectadas com a cepa selvagem. Estes resultados demonstraram um novo mecanismo de virulência de P. aeruginosa através da atividade pró-trombótica de ExoU e a possibilidade de utilização da identificação de ExoU em isolados clínicos de pacientes graves como um marcador prognóstico para estes pacientes.

Mortalidade por asma no município do Rio de Janeiro no período de 2000 2009: análise de causas múltiplas

O estudo das causas múltiplas de óbitos permite conhecer a extensão real das estatísticas de mortalidade, minimizando a subestimação dos dados de mortalidade por asma. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a tendência das taxas de mortalidade por asma informada em qualquer linha ou parte do atestado médico da declaração de óbito, no município do Rio de Janeiro, no período de 2000-2009. Os dados foram obtidos no Sistema de Informações de Mortalidade (SIM), no período de 2000 a 2009, nas Declarações de Óbitos (DO) registradas com CID-10 J45 e J46, de residentes do município do Rio de Janeiro, com um ano ou mais de idade. Foram calculadas taxas de mortalidade padronizadas por idade, nas seguintes faixas etárias: 1-4 anos, 5-34 anos, 35-59 anos, 60 e mais anos, considerando-se asma como causa básica e como causas múltiplas, segundo gênero para cada ano do período. Para análise de dados foi utilizado a técnica de regressão linear. No período de 10 anos a asma foi causa básica em 67,2% dos óbitos que mencionaram asma. A subestimação da mortalidade por asma como causa básica, foi igual a 48,7%. A taxa de mortalidade padronizada por asma como causa básica declinou de 2000 a 2009 de 2,22 para 1,72/100.000 habitantes em 2009, (β= -0.06, p=0.017) e como causas múltiplas passou de 3,45 para 2,82/100.000 habitantes (β= -0.11, p=0.005). A análise segundo gênero evidenciou um declínio mais acentuado entre os homens, cuja taxa de mortalidade por asma como causa básica padronizada passou de 1,58/100.000 em 2000 para 0,59/100.000 em 2009 (β= -0.08, p=0.007); como causa múltipla a taxa diminuiu de 2,49/100.000 em 2000 para 1,11/100.000 em 2009 (β= -0.14, p<0.00001). Entre as mulheres a taxa de mortalidade passou de 2,79/100.000 em 2000 para 2,72/100.000 em 2009 como causa básica e de 4,29/100.000 em 2000 para 4,32/100.000 em 2009. A regressão linear segmentada, realizada em dois períodos, de 2000 a 2004 e 2004 a 2009, não foi estatisticamente significativa (2000 a 2004: β= -0,16, p=0,131 e 2004 a 2009: β= 0,04, p=0,630). Do total de óbitos nos quais a asma foi mencionada como causa múltipla 2,8% ocorreram na idade de 1 a 4 anos e 61% na faixa de 60 anos e mais. Quando a asma foi causa básica, as causas associadas mais frequentes foram as doenças do aparelho respiratório e nos óbitos em que foi classificada como causa associada destacaram-se como causas básicas as doenças do aparelho respiratório e circulatório. A magnitude das taxas de mortalidade por asma foi sempre maior nas mulheres comparado aos homens. A série histórica mostrou tendência ao declínio nas taxas de mortalidade, segundo causas básicas e múltiplas, com declínio entre os homens e estabilidade entre as mulheres. A mortalidade por asma foi subestimada quando considerada apenas como causa básica, o que poderia ser evitado com a utilização da metodologia de causas múltiplas nas estatísticas de mortalidade da asma.

Estudo da bioenergética mitocondrial de cardiomiócitos de camundongos obesos

A obesidade é uma doença crônica, resultante do excesso de gordura no organismo. O aumento da obesidade no mundo, tem se revelado como um dos fenômenos clínicos e epidemiológicos da atualidade. Estudos populacionais e em modelos animais demonstram que a origem da epidemia da obesidade está relacionada a fatores genéticos, modificações de hábitos nutricionais, redução da atividade física, e alterações nutricionais durante a lactação, desempenhando um papel relevante no desenvolvimento da obesidade, DM2 e cardiomiopatias. As mitocôndrias são os coordenadores centrais do metabolismo energético, assim, alterações funcionais e estruturais dessa organela têm sido associadas à desordens metabólicas. Elas exercem um papel na sobrevivência e função dos cardiomiócitos devido à alta demanda energética do miocárdio. Desta forma, disfunções mitocondriais estão relacionadas com disfunções no miocárdio e conseqüente progressão de cardiomiopatias. Neste estudo, avaliamos a bioenergética e a ultraestrutura de cardiomiócitos de camundongos obesos e controle hiperalimentados durante a lactação. O consumo de oxigênio das fibras cardíacas foi avaliado por respirometria de alta-resolução, utilizando um oxígrafo-2K-Oroboros. A ultraestrutura dos cardiomiócitos foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão e o conteúdo das proteínas Carnitina palmitoil transferase 1 (CPT1), Proteína desacopladora 2 (UCP2) , Transportador de glicose 1 e 4 (GLUT1) e (GLUT4), Proteína Kinase ativada por AMP (AMPK) e Proteína kinase ativada por AMP fosforilada p(AMPK) por Western blotting (WB). Além disso, o peso dos animais, a gordura retroperitoneal, epididimal e a glicemia em jejum foram determinadas. Nossos resultados confirmaram que os animais do grupo hiperalimentados (GH), aos 90 dias de vida, apresentaram aumento da massa corporal, de gordura epididimária e retroperitoneal comparado ao grupo controle (GC). As taxas respiratórias foram semelhantes nos dois grupos quando foram utilizados os substratos dos complexos I e II. Entretanto, quando o ácido graxo palmitoil-L-carnitina foi utilizado, a taxa respiratória máxima do GH foi significativamente menor. A análise ultraestrutural dos cardiomiócitos do GH demonstrou intenso dano na matriz mitocondrial e maior presença de gotículas de lipídios, caracterizando deposição ectópica. Os resultados do WB mostraram aumento significativo do conteúdo de CPT1 e UCP2 no GH comparado ao GC. Não foram encontradas diferenças significativas no conteúdo de GLUT1 entre os grupos, entretanto, observamos maior conteúdo do GLUT4 no GH. Além disso, encontramos maior conteúdo de AMPK no GH, ao passo que o conteúdo de pAMPK foi semelhante entre os grupos. Entretanto, a razão pAMPK/AMPK é significativamente menor no GH. Esses resultados sugerem que a hiperalimentação durante a lactação leva a obesidade na vida adulta com alterações na bioenergética e ultraestrutura dos cardiomiócitos.

Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas envolvidas no metabolismo energético de carboidratos, lipídeos e da fosfocreatina. De forma geral, o estudo mostrou que a irradiação cardíaca prejudica o processo de síntese energética, conduzindo a um déficit da taxa respiratória mitocondrial como efeito tardio. Tal evento pode culminar em disfunções mecânicas no coração, caracterizando o desenvolvimento de doenças cardíacas radioinduzidas.

Efeito da estimulação transcraniana por corrente contínua sobre o desempenho físico: análise das respostas cerebrais, metabólicas e perceptivas durante e após exercícios aeróbio e de força

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) sobre áreas corticais pré-selecionadas, tem aumentado o desempenho físico de diferentes populações. Porém, lacunas persistem no tocante aos mecanismos subjacentes à estes efeitos. Assim, a presente tese objetivou: a) investigar os efeitos da ETCC anódica (aETCC) e placebo (Sham) no córtex motor (CM) de indivíduos saudáveis sobre o desempenho de força máxima; b) comparar os efeitos da ETCC sobre a produção de força máxima e estabilidadade da força durante exercícios máximo e submáximo em sujeitos hemiparéticos e saudáveis; c) investigar o efeito da ETCC sobre a conectividade funcional inter-hemisférica (coerência eletroencefalográfica cEEG) do córtex pré-frontal (CPF), desempenho aeróbio e dispêndio energético (EE) durante e após exercício máximo e submáximo. No 1 estudo, 14 adultos saudáveis executaram 2 sessões de exercício máximo de força (EMF) dos músculos flexores e extensores do joelho dominante (3 séries de 10 rep máximas), precedidos por aETCC ou Sham (2mA; 20 mim). aETCC não foi capaz de aumentar o trabalho total e pico de torque (PT), resistência à fadiga ou atividade eletromiográfica durante o EMF. No 2 estudo, 10 hemiparéticos e 9 sujeitos saudáveis receberam aETCC e Sham no CM. O PT e a estabilidade da força (coeficiente de variação - CV) foram avaliados durante protocolo máximo e submáximo de extensão e flexão unilateral do joelho (1 série de 3 reps a 100% do PT e 2 séries de 10 reps a 50% do PT). Nenhuma diferença no PT foi observada nos dois grupos. Diminuições no CV foram obervadas durante a extensão (~25-35%, P<0.001) e flexão de joelho (~22-33%, P<0.001) após a aETCC comparada com Sham nos hemiparéticos, entretanto, somente o CV na extensão de joelhos diminuiu (~13-27%, P<0.001) nos saudáveis, o que sugere que aETCC pode melhorar o CV, mas não o PT em sujeitos hemiparéticos. No 3 estudo, 9 adultos saudáveis realizaram 2 testes incrementais máximos precedidos por aETCC ou Sham sobre o CPF com as respostas cardiorrespiratórias, percepção de esforço (PSE) e cEEG do CPF sendo monitoradas. O VO2 de pico (42.64.2 vs. 38.23.3 mL.kg.min-1; P=0,02), potência total (252.776.5 vs. 23773.3 W; P=0,05) e tempo de exaustão (531.1140 vs. 486.7115.3 seg; P=0,04) foram maiores após aETCC do que a Sham. Nenhuma diferença foi encontrada para FC e PSE em função da carga de trabalho (P>0,05). A cEEG do CPF aumentou após aETCC vs. repouso (0.700.40 vs. 0.380.05; P=0,001), mas não após Sham vs. repouso (0.360.49 vs. 0.330.50; P=0,06), sugerindo que a aETCC pode retardar a fadiga aumentando a conectividade funcional entre os hemisférios do CPF e desempenho aeróbio durante exercício exaustivo. No 4 estudo, o VO2 e EE foram avaliados em 11 adultos saudáveis antes, durante a aETCC ou Sham no CPF e 30 min após exercício aeróbio submáximo isocalórico (~200kcal). Diferenças não foram observadas no VO2 vs. repouso durante aETCC e Sham (P=0.95 e P=0.85). Porém, a associação entre exercício e aETCC aumentou em ~19% o EE após ao menos, 30 min de recuperação após exercício quando comparada a Sham (P<0,05).