The propagation of nerve pulses: From the Hodgkin-Huxley model to the soliton theory

The present project aims to describe and study the nature and transmission of nerve pulses. First we review a classical model by Hodgkin-Huxley which describes the nerve pulse as a pure electric signal which propagates due to the opening of some time- and voltage-dependent ion channels. Although this model was quite successful when introduced, it fails to provide a satisfactory explanation to other phenomena that occur in the transmission of nerve pulses, therefore a new theory seems to be necessary. The soliton theory is one such theory, which we explain after introducing two topics that are important for its understanding: (i) the lipid melting of membranes, which are found to display nonlinearity and dispersion during the melting transition, and (ii) the discovery and the conditions required for the existence of solitons. In the soliton theory, the pulse is presented as an electromechanical soliton which forces the membrane through the transition while propagating. The action of anesthesia is also explained in the new framework by the melting point depression caused by anesthetics. Finally, we present a comparison between the two models.

Crioterapia: tecnologia não-invasiva de cuidado da enfermeira obstétrica para alívio da dor em parturientes

Pesquisa piloto de intervenção com dados prospectivos, grupo único de intervenção, cujo desfecho é a medida da dor de mulheres em trabalho de parto. Apresenta como objetivo discutir os efeitos da crioterapia no alívio da dor das parturientes. Como referencial teórico este trabalho apresentou o descrito por Soares e Low, onde se encontra que os mecanismos de ação do gelo para alívio da dor propiciam o decréscimo da transmissão das fibras de dor, a diminuição da excitabilidade nas terminações livres, a redução no metabolismo tecidual aumentando o limiar das fibras de dor e a liberação de endorfinas. Baseou-se ainda nos princípios da desmedicalização e do emprego de tecnologias não-invasivas de cuidado de enfermagem obstétrica conforme descritos por Vargens e Progianti. A pesquisa foi realizada no Centro Obstétrico do Hospital Municipal Maternidade Carmela Dutra, no Rio de Janeiro de abril a agosto de 2011. O gelo foi aplicado, utilizando-se para tal uma bolsa-cinta ajustável à região tóraco-lombar de 36 gestantes. A bolsa/cinta é descartável, de tecido TNT, com abertura na parte superior para introdução de gelo picado envolto em plástico. As aplicações se deram aos cinco centímetros de dilatação do colo uterino; e/ou aos sete centímetros de dilatação do colo uterino; e/ou aos nove centímetros de dilatação uterina, totalizando ao final das três aplicações um tempo de 60 minutos, que corresponde ao somatório de 20 minutos para cada uma. O gelo foi produzido em fôrma exclusiva para o projeto, em freezer da unidade. Os dados referentes à avaliação da dor foram coletados através de entrevista estruturada guiada por formulário previamente elaborado. Os resultados evidenciaram que a crioterapia produziu extinção ou alívio da dor quando aplicada na região tóraco-lombar das parturientes aos cinco, sete ou nove centímetros de dilatação do colo uterino, dando-lhes maiores condições de vivenciar o seu trabalho de parto; produziu um relaxamento geral e local (na região lombar) das parturientes; não interferiu na dinâmica uterina e, não causou dano ao binômio mãe-filho. Concluiu-se que a crioterapia, na forma como descrita no presente estudo, pode ser considerada uma tecnologia não-invasiva de cuidado de enfermagem obstétrica para alivio da dor no trabalho de parto.

Composição corporal de indivíduos com lesão medular cervical: influência do exercício físico e comparação de métodos

Objetivo: Comparar a composição corporal total e regional e a distribuição de gordura de homens com lesão medular LM cervical fisicamente ativos e não ativos, e sua relação com a concentração de proteína C reativa ultra-sensível (PCR-us). Além disso, identificar um protocolo de impedância bioelétrica (BIA) que forneça resultados de percentual de massa gorda (MG) total concordantes com os obtidos pelo método de referência, absorciometria de dupla emissão de raios-X (DXA). Métodos: Os participantes possuíam lesão medular entre C5-C7 e foram classificados em ativos (n=15) e não ativos (n=10). Consideraram-se ativos os indivíduos que praticavam exercícios físicos há pelo menos três meses, três vezes por semana ou mais, totalizando tempo mínimo de 150 minutos de atividades físicas por semana. A determinação da composição corporal total e regional (braços, pernas e tronco) foi realizada por DXA. A PCR-us foi mensurada por imunoturbidimetria. Os protocolos de BIA testados foram: a) para indivíduos com LM (KOCINA & HEYWARD, 1997); b) para grupos que incluem idosos (GRAY et al 1989); c) validado para idosos brasileiros (DEY et al, 2003). A análise estatística dos dados incluiu ANCOVA para comparar a massa corporal total, composição corporal e PCR-us entre os grupos; e correlação parcial com correção pelo tempo de lesão (TL) para identificar a associação de exercício físico com MG e da PCR-us com exercício físico e MG tronco. A comparação dos resultados de percentual de gordura obtidos por DXA e cada um dos protocolos de BIA foi realizada por ANOVA one way e Dunnet pós teste. A análise de Bland-Altman foi realizada para verificação da concordância entre os métodos testados. Conclusão: O exercício físico praticado de forma contínua e controlada é importante para manter menores valores de MG e evitar acúmulo de gordura na região do tronco. A melhor composição corporal e distribuição de gordura corporal observadas no grupo ativo possivelmente levaram à menor concentração de PCR-us sérica. Juntas, estas adaptações provavelmente contribuíram para a redução dos riscos de desenvolvimento de doenças cardiometabólicas. A semelhança na modificação da composição corporal entre idosos e indivíduos com LM sugere que protocolos de BIA propostos para idosos podem ser adequados para avaliação da composição corporal de indivíduos com lesão medular cervical.

Influência do exercício físico sobre a massa e o metabolismo ósseo de indivíduos com lesão medular cervical

Indivíduos que permanecem longo tempo em cadeira de rodas apresentam importante perda de massa óssea, principalmente nos membros inferiores, possivelmente agravada pela baixa ingestão de cálcio dietético e pelo inadequado estado nutricional de vitamina D. O exercício físico pode contribuir para a manutenção ou aumento da massa óssea em diferentes populações e nos indivíduos com lesão medular pode contribuir para atenuar a perda de massa óssea. O objetivo do presente estudo foi avaliar a influência da prática regular de exercício físico sobre a adequação da massa óssea, indicadores bioquímicos do metabolismo ósseo e estado nutricional de vitamina D em indivíduos com lesão medular cervical há pelo menos um ano. Em vinte e cinco homens de 19 a 56 anos sendo 15 fisicamente ativos e 10 sedentários, foi realizada análise sérica de cálcio, PTH, 25(OH)D, IGF-1, osteocalcina e NTx. As medidas do conteúdo mineral ósseo, densidade mineral óssea (DMO), massa magra e massa gorda foram realizadas por DXA. A pigmentação da pele (constitutiva e por bronzeamento) foi determinada por colorimetria com o objetivo de investigar sua influência sobre o estado de vitamina D. A ingestão habitual de cálcio foi registrada em um questionário de frequência alimentar direcionado para alimentos fonte. As comparações entre os dois grupos foram realizadas pela aplicação do Teste t de Student exceto para as variáveis ósseas que foram realizadas após ajustes pela massa corporal total, tempo de lesão e ingestão de cálcio utilizando-se análise de co-variância. Associações entre as variáveis estudadas foram avaliadas através de análise de correlação de Pearson. Valores de p<0.05 foram considerados significativos. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos para nenhuma variável óssea com exceção do z-score da DMO da coluna lombar, que foi significativamente maior no grupo de indivíduos sedentários (0,9 1,7 vs -0,7 0,8; p<0,05). No entanto, entre os indivíduos ativos, aqueles que iniciaram a prática de exercício físico com menos tempo decorrido após a lesão apresentaram maior DMO do fêmur (r=-0,60; p<0,05). Nos indivíduos ativos, a freqüência do exercício apresentou associação negativa com a concentração sérica de i-PTH (r = -0,50; p =0,05) e positiva com a concentração de 25(OH)D (r= 0,58; p <0,05). Após ajustes pela massa corporal total e tempo de lesão foram observadas associações positivas entre a ingestão diária de cálcio e z-score da DMO da coluna lombar (r = 0,73 e p <0,01) e DMO do rádio (r = 0,56 e p <0,05). Os resultados do presente estudo apontam para um efeito benéfico do exercício físico sobre a massa óssea e o perfil hormonal relacionado ao metabolismo ósseo. O início da prática regular de exercício físico o quanto antes após a lesão parece contribuir para atenuar a perda de massa óssea nos membros inferiores. Além disso, os resultados deste estudo sugerem uma possível potencialização do efeito osteogênico do exercício físico quando combinado a uma adequada ingestão de cálcio.

Uso pertinente del collarín cervical en el paciente traumático: una revisión sistemática.

Introducción y objetivo: El collarín cervical es un dispositivo que tiene como objetivo disminuir el movimiento del cuello para evitar lesiones secundarias en el manejo del paciente traumático en el ámbito prehospitalario. Mediante la realización de esta revisión sistemática se ha pretendido evaluar si la colocación del collarín cervical disminuye la movilidad del cuello en el paciente traumático, así como determinar si puede producir o evitar lesiones durante su manejo. Metodología: Revisión sistemática en base a las disposiciones PRISMA. Se elaboró un protocolo de búsqueda que se utilizó en cuatro bases de datos (Medline, Scopus, CINAHL y Web of Science) y se incluyeron ensayos clínicos y estudios observacionales publicados entre enero de 1995 y diciembre de 2014. Resultados: La revisión se realizó a partir de 10 ensayos clínicos no aleatorizados de modesta calidad metodológica: en 6 se utilizaron cadáveres con lesión cervical y en los otros 4 voluntarios sanos sin lesión cervical y un ensayo clínico aleatorizado de muestra pequeña realizado sobre cadáveres con lesión cervical. En los estudios realizados en pacientes sanos sin lesión cervical se observó que el collarín disminuía de forma significativa la movilidad del cuello frente a la no inmovilización. Por el contrario, en los estudios en los que participaban cadáveres con lesión cervical se determinó que el collarín cervical no disminuía la movilidad del cuello. Además en tres estudios se detectó un aumento de la separación intervertebral y en uno, un aumento de la presión venosa yugular. Conclusiones: Si bien la inmovilización cervical reduce la movilidad del cuello en pacientes sin lesión, este efecto no se produce en quienes presentan lesiones cervicales.

Capacidade antioxidante e a prática de atividade física em indivíduos com lesão medular cervical

A lesão medular está associada a uma série de alterações bioquímicas e decomposição corporal. O aumento da gordura corporal e seu acúmulo na regiãoabdominal aliados a processos infecciosos decorrentes da lesão medular podemacarretar o incremento da concentração plasmática da proteína c-reativa (PCR).Tanto a gordura corporal quanto a elevada concentração da PCR estimulam aprodução de espécies reativas de oxigênio, favorecendo o desequilíbrio oxidativo e odesencadeamento de doenças. É possível que a prática de atividade física regularpossa atuar de modo benéfico através da melhor distribuição da gordura corporal eadaptação dos sistemas antioxidantes nesses indivíduos. Considerando aimportância deste tema e a escassos estudos sobre o assunto, o objetivo desteestudo foi comparar, em indivíduos com lesão medular cervical a composiçãocorporal e indicadores bioquímicos de estado antioxidante em indivíduos fisicamenteativos e não ativos. Participaram do estudo 24 tetraplégicos do gênero masculino(3210 anos de idade e 108 anos de tempo de lesão), divididos em dois grupos,fisicamente ativos (n=15, com pratica de atividade física há pelo menos 3 meses, 3vezes/semana ou mais, totalizando tempo mínimo de 150 minutos/semana) e nãoativos (n=9). A composição corporal foi determinada por absorciometria de duplaemissão de raio-X. Amostras de sangue foram coletadas após jejum de 12 horaspara determinação dos indicadores bioquímicos: de capacidade antioxidante, ácidoúrico, bilirrubina, albumina, alfa-tocoferol, malondialdeído e PCR no plasma eatividade da superóxido dismutase em eritrócitos. O grupo não ativo apresentoumaior IMC (=0,003), gordura total (%) e de tronco (%) (=<0,001) do que o grupoppfisicamente ativo. Foi encontrada relação entre a PCR e a porcentagem de gorduratotal (r=0,72, p=<0,001), de tronco (r=0,70, p=<0,001), massa gorda total (r=0,73,p=<0,001) e de tronco (r=0,67, p=0,001). Não houve diferença significativa entre osindicadores bioquímicos de estado antioxidante, exceto a concentração da PCR quefoi maior no grupo não ativo (p=0,034). Considerando todos indivíduos, 50% apresentavam deficiência de alfa-tocoferol (concentração plasmática <11,6 mol/L).Foi observada relação negativa entre a concentração plasmática de alfa-tocoferol e aPCR (r=-0,18, =0,038).No grupo ativo houve correlação positiva entre a razãoptempo de atividade física:tempo de lesão e concentração plasmática demalondialdeido (r=0,38, =0,014). Nossos resultados, analisados em conjunto,psugerem que prática contínua de atividade física após a lesão atua auxiliando a umamelhor composição corporal e, possivelmente, a uma menor concentraçãoplasmática de PCR. O estado nutricional inadequado em alfa-tocoferol podecomprometer capacidade antioxidante, sendo necessárias medidas de apoionutricional para adequar a ingestão de alfa-tocoferol para este grupo.

Activity in the pallial nerve of knobbed (Busycon carica) and channeled (Busycotypus canaliculatum) whelks recorded during exposure of the osphradium to odorant solutions

Adult horseshoe crabs (Limulus polyphemus) are the preferred bait in the U.S. east coast whelk pot fishery, but their harvest is being restricted because of severe population declines in the Chesapeake and Delaware bays. To identify other baits, the activity in the pallial nerve of whelks was determined during exposure of the osphradium to odorant solutions prepared from horseshoe crab eggs, horseshoe crab hemolymph, and hard clam (Mercenaria mercenaria) tissue. All three elicited significant responses; bait based on them may provide an alternative to the use of adult horseshoe crabs, although extensive behavioral testing remains to be done. Channeled whelk did not respond to molecular weight fractions (>3 kDa and <3 kDa) prepared from horseshoe crab egg odorant solutions but did respond when the molecular weight fractions were recombined. Whelks appear to have broadly tuned chemoreceptors and manufactured baits may need to mimic the complex mixture of odorants derived from natural sources.

Hábitos posturais domiciliares e dor lombar e cervical entre adolescentes de uma escola pública de ensino médio do Rio de Janeiro

A prevalência de dor lombar e cervical na adolescência é tão elevada quanto nos adultos e seu início, na adolescência, aumenta o risco de desenvolver dor crônica na vida adulta. Existem poucos estudos que tenham investigado como são os hábitos posturais dos adolescentes durante o tempo que estão em atividades passivas em casa e se esses hábitos estão associados à dor lombar e à dor cervical. Objetivo: Investigar a prevalência de dor lombar (DL) e de dor cervical (DC) em adolescentes e suas associações com hábitos posturais domiciliares enquanto estão assistindo a TV e/ou usando o computador. Métodos: Estudo transversal com adolescentes de uma escola pública de ensino médio do Rio de Janeiro. Os estudantes responderam questões relativas a variáveis sociodemográficas, ao estilo de vida, aos hábitos posturais (ilustrações), ao tempo assistindo a TV, ao tempo usando o computador, ao tempo usando o videogame e sobre a presença da DL e da DC. Foi utilizada regressão logística multivariada para analisar a associação entre hábitos posturais domiciliares e dor lombar e cervical. Resultados: Foram 1102 participantes. A prevalência de DL foi de 46,8% (18,2% dor lombar crônica [DLC] e 28,6% dor lombar aguda [DLA]. A prevalência de dor cervical aguda (DCA) foi de 32,9%. Posturas slump (excessivamente relaxadas) ao assistir a TV e ao usar o computador de mesa estiveram associadas com DLC (RC [razão de chances] 3,22, IC 95% 1,38 7,5 e RC 1,7, IC 95% 1,06 2,73). Participantes que assistiam a TV sentados na cama tiveram uma RC de 2,14 (IC 95% 1,06 4,32) para DLA e os que usavam o notebook em decúbito ventral na cama tiveram uma RC de 2,26 (IC 95% 1,02 5,01) para DLA. Os participantes que assistiam a TV em decúbito dorsal por 2 horas ou mais tiveram uma RC de 6,21 (IC 95% 1,45 26,52) para DCA. Aqueles que disseram que mudavam de postura com frequência, ao usar o computador de mesa por 2 horas ou mais, tiveram uma RC de 0,34 (IC 95% 0,14 0,85) para DCA. Conclusão: Os nossos achados apoiam a elevada prevalência de DL e de DC na adolescência e adicionam a associação com os hábitos posturais domiciliares.

A nerve growth factor from the venom of Chinese cobra (Naja naja atra) and its effects on male reproductive system in rats

A nerve growth factor (NGF) was isolated from the venom of Chinese cobra (Naja naja ntr a) by ion exchange chromatography, gel filtration and fast protein liquid chromatography (FPLC). The N-terminal sequence of 22 amino acid residues was identical with other NGFs previously purified from the venom of the same genus. The NGF monomer molecular weight was estimated to be 13 500 by reducing SDS-PAGE and the isoelectric point was determined to be 7.2 by isoelectric focusing electrophoresis. NGF improved the epididymal sperm motility of male rats and increased the pregnancy rate and fetus number of mated female rats. The serum levels of luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH) of male rats administrated NGF + gossypol was lower than that of male rats administrated gossypol. Histological sections of testes and epididymides showed that NGF reduced the destructive effects of gossypol on rat testes. (C) 1999 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Chemical surface modification of poly-ε-caprolactone improves Schwann cell proliferation for peripheral nerve repair.

Poly-ε-caprolactone (PCL) is a biodegradable and biocompatible polymer used in tissue engineering for various clinical applications. Schwann cells (SCs) play an important role in nerve regeneration and repair. SCs attach and proliferate on PCL films but cellular responses are weak due to the hydrophobicity and neutrality of PCL. In this study, PCL films were hydrolysed and aminolysed to modify the surface with different functional groups and improve hydrophilicity. Hydrolysed films showed a significant increase in hydrophilicity while maintaining surface topography. A significant decrease in mechanical properties was also observed in the case of aminolysis. In vitro tests with Schwann cells (SCs) were performed to assess film biocompatibility. A short-time experiment showed improved cell attachment on modified films, in particular when amino groups were present on the material surface. Cell proliferation significantly increased when both treatments were performed, indicating that surface treatments are necessary for SC response. It was also demonstrated that cell morphology was influenced by physico-chemical surface properties. PCL can be used to make artificial conduits and chemical modification of the inner lumen improves biocompatibility.

Long term peripheral nerve regeneration using a novel PCL nerve conduit.

The gold standard in surgical management of a peripheral nerve gap is currently autologous nerve grafting. This confers patient morbidity and increases surgical time therefore innovative experimental strategies towards engineering a synthetic nerve conduit are welcome. We have developed a novel synthetic conduit made of poly ε-caprolactone (PCL) that has demonstrated promising peripheral nerve regeneration in short-term studies. This material has been engineered to permit translation into clinical practice and here we demonstrate that histological outcomes in a long-term in vivo experiment are comparable with that of autologous nerve grafting. A 1cm nerve gap in a rat sciatic nerve injury model was repaired with a PCL nerve conduit or an autologous nerve graft. At 18 weeks post surgical repair, there was a similar volume of regenerating axons within the nerve autograft and PCL conduit repair groups, and similar numbers of myelinated axons in the distal stump of both groups. Furthermore, there was evidence of comparable re-innervation of end organ muscle and skin with the only significant difference the lower wet weight of the muscle from the PCL conduit nerve repair group. This study stimulates further work on the potential use of this synthetic biodegradable PCL nerve conduit in a clinical setting.

Measuring the compressive viscoelastic mechanical properties of human cervical tissue using indentation.

The human cervix is an important mechanical barrier in pregnancy which must withstand the compressive and tensile forces generated from the growing fetus. Premature cervical shortening resulting from premature cervical remodeling and alterations of cervical material properties are known to increase a woman׳s risk of preterm birth (PTB). To understand the mechanical role of the cervix during pregnancy and to potentially develop indentation techniques for in vivo diagnostics to identify women who are at risk for premature cervical remodeling and thus preterm birth, we developed a spherical indentation technique to measure the time-dependent material properties of human cervical tissue taken from patients undergoing hysterectomy. In this study we present an inverse finite element analysis (IFEA) that optimizes material parameters of a viscoelastic material model to fit the stress-relaxation response of excised tissue slices to spherical indentation. Here we detail our IFEA methodology, report compressive viscoelastic material parameters for cervical tissue slices from nonpregnant (NP) and pregnant (PG) hysterectomy patients, and report slice-by-slice data for whole cervical tissue specimens. The material parameters reported here for human cervical tissue can be used to model the compressive time-dependent behavior of the tissue within a small strain regime of 25%.