Anesthetic Activation of Central Respiratory Chemoreceptor Neurons Involves Inhibition of a THIK-1-Like Background K(+) Current

At surgical depths of anesthesia, inhalational anesthetics cause a loss of motor response to painful stimuli (i.e., immobilization) that is characterized by profound inhibition of spinal motor circuits. Yet, although clearly depressed, the respiratory motor system continues to provide adequate ventilation under these same conditions. Here, we show that isoflurane causes robust activation of CO(2)/pH-sensitive, Phox2b-expressing neurons located in the retrotrapezoid nucleus (RTN) of the rodent brainstem, in vitro and in vivo. In brainstem slices from Phox2b-eGFP mice, the firing of pH-sensitive RTN neurons was strongly increased by isoflurane, independent of prevailing pH conditions. At least two ionic mechanisms contributed to anesthetic activation of RTN neurons: activation of an Na(+)-dependent cationic current and inhibition of a background K(+) current. Single-cell reverse transcription-PCR analysis of dissociated green fluorescent protein-labeled RTN neurons revealed expression of THIK-1 (TWIK-related halothane-inhibited K(+) channel, K(2P)13.1), a channel that shares key properties with the native RTN current (i.e., suppression by inhalational anesthetics, weak rectification, inhibition by extracellular Na(+), and pH-insensitivity). Isoflurane also increased firing rate of RTN chemosensitive neurons in urethane-anesthetized rats, again independent of CO(2) levels. In these animals, isoflurane transiently enhanced activity of the respiratory system, an effect that was most prominent at low levels of respiratory drive and mediated primarily by an increase in respiratory frequency. These data indicate that inhalational anesthetics cause activation of RTN neurons, which serve an important integrative role in respiratory control; the increased drive provided by enhanced RTN neuronal activity may contribute, in part, to maintaining respiratory motor activity under immobilizing anesthetic conditions.

Respiratory rhythm of brainstem-spinal cord preparations: Effects of maturation, age, mass and oxygenation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Maternal protein restriction increases respiratory and sympathetic activities and sensitizes peripheral chemoreflex in male rat offspring

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Variabilidade ventilatória durante exercício dinâmico em indivíduos saudáveis e com insuficiência cardíaca

A presença de ventilação periódica durante o exercício confere pior prognóstico a pacientes com insuficiência cardíaca. Existem divergências quanto aos critérios para identificação deste fenômeno. Além disso, a interpretação dicotômica (presença ou ausência) quanto a este fenômeno dificulta a estratificação de risco mais detalhada dos pacientes com insuficiência cardíaca. Desta forma, esta tese avalia a utilização de técnicas estabelecidas para análise de variabilidade de sinais para quantificar as oscilações ventilatórias que ocorrem durante o teste cardiopulmonar de exercício, em indivíduos saudáveis, atletas e com insuficiência cardíaca. Um protocolo mais curto para realização de teste cardiopulmonar de exercício em cicloergômetro de braço foi proposto e validado. Tal protocolo foi utilizado em estudo posterior, onde se comprovou que, apesar dos tempos respiratórios não serem influenciados pelo tipo de exercício realizado, a variabilidade ventilatória é maior durante a realização de exercício dinâmico com membros superiores do que com membros inferiores. A capacidade aeróbica de indivíduos sadios também influencia a variabilidade ventilatória durante o teste cardiopulmonar de exercício. Isto foi comprovado pela menor variabilidade ventilatória no domínio do tempo em atletas do que sedentários durante exercício. A análise destes voluntários com o método da análise dos componentes principais revelou que em atletas a variabilidade do volume corrente é a principal responsável pela variabilidade da ventilação-minuto durante o exercício, ao passo que em sedentários a variabilidade da freqüência respiratória apresenta-se como principal responsável por tais variações. Em estudo randomizado e controlado comprovamos que, mesmo indivíduos sadios apresentam redução da variabilidade ventilatória ao exercício após 12 semanas de treinamento físico. Comprovamos que a reabilitação cardíaca reverteu a ocorrência de ventilação periódica em um paciente com insuficiência cardíaca e, finalmente, encontramos que a variabilidade ventilatória correlaciona-se inversamente com a fração de ejeção ventricular esquerda em pacientes com insuficiência cardíaca. Estudos futuros deverão analisar o poder prognóstico da variabilidade ventilatória nestes pacientes.

Changes in muscle sympathetic nerve activity and vascular responses evoked in the spinotrapezius muscle of the rat by systemic hypoxia.

Responses evoked in muscle sympathetic nerve activity (MSNA) by systemic hypoxia have received relatively little attention. Moreover, MSNA is generally identified from firing characteristics in fibres supplying whole limbs: their actual destination is not determined. We aimed to address these limitations by using a novel preparation of spinotrapezius muscle in anaesthetised rats. By using focal recording electrodes, multi-unit and discriminated single unit activity were recorded from the surface of arterial vessels. This had cardiac- and respiratory-related activities expected of MSNA, and was increased by baroreceptor unloading, decreased by baroreceptor stimulation and abolished by autonomic ganglion blockade. Progressive, graded hypoxia (breathing sequentially 12, 10, 8% O2 for 2 min each) evoked graded increases in MSNA. In single units, mean firing frequency increased from 0.2 ± 0.04 in 21% O2 to 0.62 ± 0.14 Hz in 8% O2, while instantaneous frequencies ranged from 0.04–6 Hz in 21% O2 to 0.09–20 Hz in 8% O2. Concomitantly, arterial pressure (ABP), fell and heart rate (HR) and respiratory frequency (RF) increased progressively, while spinotrapezius vascular resistance (SVR) decreased (Spinotrapezius blood flow/ABP), indicating muscle vasodilatation. During 8% O2 for 10 min, the falls in ABP and SVR were maintained, but RF, HR and MSNA waned towards baselines from the second to the tenth minute. Thus, we directly show that MSNA increases during systemic hypoxia to an extent that is mainly determined by the increases in peripheral chemoreceptor stimulation and respiratory drive, but its vasoconstrictor effects on muscle vasculature are largely blunted by local dilator influences, despite high instantaneous frequencies in single fibres.

Envelhecimento ativo : qualidade de vida relacionada com a saúde em idosos praticantes de atividade física : Gigong

RESUMO - Racional : A proporção da população nacional de idosos regista uma tendência crescente e as suas consequências a nível humano, social e económico são preocupantes para os gestores dos serviços de saúde. O Qigong, componente da Medicina Tradicional Chinesa, compreende a realização de movimentos suaves, controlo da respiração e meditação. Objetivos e hipóteses: No âmbito da prática de atividade física enquanto estratégia de um envelhecimento ativo, investigou-se a hipótese do Qigong contribuir para a melhoria da Qualidade de Vida Relacionada com a Saúde dos idosos participantes nesta investigação. Pretendeu-se igualmente investigar a contribuição do Qigong na redução das Frequências Respiratória e Cardíaca. Métodos: Tratou-se de um estudo quasi-experimental, antes e depois da prática de Qigong, caraterizando-se os idosos, avaliando-se a Qualidade de Vida Relacionada com a Saúde através do Questionário SF-12v2 e as Frequências Respiratória e Cardíaca, antes e depois das sessões de Qigong. Resultados: Observou-se uma adesão ao programa de 46%, constatando-se uma tendência global para a melhoria da Qualidade de Vida Relacionada com a Saúde após a prática de Qigong, com diferença estatisticamente significativa na dimensão Função Social do questionário (p = 0,046) e na redução da Frequência Respiratória (p = 0,031). Nas dimensões Desempenho Emocional e Medida Sumário Mental, observou-se um nível de tendência sugestivo de efeito (p <0,10). Foram demonstrados benefícios sentidos por parte dos idosos, decorrentes da prática de Qigong. Conclusão: O Qigong demonstrou efetividade na melhoria da qualidade de vida social e redução da Frequência Respiratória, sugerindo melhoria ao nível mental e emocional dos idosos.

Étude des mécanismes psychophysiologiques de la modulation volontaire de la douleur par le biofeedback et la respiration.

Bien que la douleur soit une expérience subjective universelle, la façon de la percevoir et de l’interpréter est modulée par une multitude de facteurs. Plusieurs interventions cognitives se sont montrées efficaces pour réduire la douleur dans des conditions cliniques et expérimentales. Cette thèse s’intéressera particulièrement aux mécanismes psychophysiologiques impliqués dans les stratégies de modulation volontaire de la douleur. Ces stratégies sont intéressantes puisqu’elles encouragent une prise en charge par l’individu, lui permettant de jouer un rôle actif dans la régulation de sa douleur. La première étude s’intéresse à l’efficacité du biofeedback comme moyen de modulation volontaire de la douleur. Il s’agissait de déterminer si le fait de présenter une rétroaction de l’amplitude du réflex RIII (évoqué par une stimulation électrique du nerf sural) au cours d’un entraînement de plusieurs essais permettrait au participant d’adopter des stratégies de modulation de la douleur et d’activer volontairement des mécanismes de contrôle descendant de la douleur. De façon à évaluer spécifiquement les changements induits par le biofeedback, la modulation du réflexe RIII et de la douleur était comparée dans trois groupes (biofeedback valide, faux biofeedback et groupe contrôle sans rétroaction). Dans les trois groupes, il était suggéré aux participants d’utiliser des stratégies cognitives de modulation de la douleur (attention, modulation de la respiration, réévaluation cognitive et imagerie mentale) afin d’augmenter ou de diminuer leur réflexe RIII comparativement à leur niveau de base. Les résultats de notre étude indiquent que les participants des 3 groupes ont réussi à moduler leur réflexe RIII (p<0,001) ainsi que leurs évaluations de douleur (p<0,001) (intensité et désagrément). Les résultats de notre étude montrent que l’entraînement au biofeedback n’était pas nécessaire pour obtenir une modulation du réflexe RIII et de la douleur, ce qui suggère que l’utilisation de stratégies cognitives pourrait être suffisante pour déclencher des mécanismes de contrôle de la douleur. La deuxième étude découle de la première et s’intéressait à l’influence de la fréquence et de la phase respiratoire sur la nociception spinale, l’activité cérébrale et la perception de douleur. Le contrôle volontaire de la respiration est un moyen commun de régulation des émotions et est fréquemment utilisé en combinaison avec d’autres techniques (ex. : relaxation, méditation) dans le but de réguler la douleur. Les participants étaient invités à synchroniser leur respiration à des indices sonores indiquant le moment de l’inspiration et de l’expiration. Trois patrons de respiration étaient proposés (respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 4 secondes, respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 2 secondes et respiration à 0,2Hz avec une inspiration de 2 secondes. La moitié des stimulations étaient données durant l’inspiration et l’autre moitié durant l’expiration. Afin d’évaluer l’effet de ces manipulations, l’amplitude du RIII, l’évaluation subjective d’intensité de la douleur et de l’anxiété suscitée par le choc en plus des potentiels évoqués étaient mesurés. Les résultats de cette étude démontrent que les évaluations d’intensité de la douleur n’étaient pas affectées par le patron respiratoire (p=0,3), mais étaient statistiquement plus basses durant l’inspiration comparativement à l’expiration (p=0,02). Un effet de phase (p=0,03) était également observé sur les potentiels évoqués durant la condition de respiration à 0,1hHz avec une inspiration de 2 secondes comparativement au patron de respiration de 0,2Hz. Paradoxalement, l’amplitude du réflexe RIII était augmenté durant l’inspiration (p=0,02) comparativement à l’expiration. Ces résultats montrent que la manipulation de la fréquence et de la phase respiratoires (par une synchronisation imposée) a un effet marginal sur les évaluations de douleur et sur l’activité cérébrale et spinale évoquée par une stimulation électrique (douleur aigüe). Cela suggère que d’autres mécanismes contribuent aux effets analgésiques observés dans la relaxation et la méditation. Plus largement, nos résultats font état de la nécessité d’études plus approfondies avec une méthodologie plus rigoureuse afin de contrôler les effets non spécifiques aux traitements évalués. Une meilleure connaissance des mécanismes sous-tendant chaque stratégie permettrait de mieux cibler les clientèles susceptibles d’y répondre et de mieux considérer le ratio coût bénéfice de chaque traitement.

Continuos and intervalic training on cardiovascular fitness in sedentary women

The purpose of this investigation was to evaluate if the intervallic exercise near to the maximum of intensity in a similar fitness population and in women is more effective to improve aerobic capacity than the continuous one of smaller intensity. In order to do it, ten healthy women between 18 and 25 years habitual inhabitants of Bogotá city (located at 2600masl) were selected. They signed the informed consent and were divided randomly in two groups of five participants. They were undergoing to two traditional types of training of ten weeks, three times per week, one hour of duration every day. The continuous training group (Group 1) had a VO2peak intensity of 60%; for his part, the intervallic training group (Group 2) had five sessions of ten minutes of exercise at 70% of VO2peak and 90 seconds of recovery between each session. It was possible to demonstrate that, although the Cardiac Frequency (CF) average of group 2 participants during the exercise sessions were always over those of group 1, this difference was not statistically significant. In the same way, the basal CF and the recovery CF, as well as the VO2peak, did not have significant differences between both groups. The systolic and diastolic blood pressure average, as well as the Respiratory Frequency (FR) were always superior in group 2, and these differences were really significant. It was possible to conclude that there is not a significant difference in cardiovascular fitness between sedentary young women, after 10 weeks of two traditional types of aerobic training, one 60% continuous and other one 70% intervalic.

Alternative body sites for heat stress measurement in milking cows under tropical conditions and their relationship to the thermal discomfort of the animals

This study was conducted to determine the relationship among temperatures measured at different anatomical sites of the animal body and their daily pattern as indicative of the thermal stress in lactating dairy cows under tropical conditions. Environmental dry bulb (DBT) and black globe (BGT) temperatures and relative humidity (RH) were recorded. Rectal temperature (RT), respiratory frequency (RF), body surface (BST), internal base of tail (TT), vulva (VT) and auricular temperatures (AT) were collected, from 37 Black and White Holstein cows at 0700, 1300 and 1800 hours. RT showed a moderately and positive correlations with all body temperatures, ranging from 0.59 with TT to 0.64 with BST. Correlations among AT, VT and TT with RF were very similar (from 0.63 to 0.64) and were greater than those observed for RF with RT (0.55) or with BST (0.54). RF and RT were positively correlated to TT (0.63 and 0.59, respectively), AT (r = 0.63 for both) and VT (r = 0.64 and 0.63, respectively). Positive and very high correlations were observed among AT, VT and TT (from 0.94 to 0.97) indicating good association of temperatures measured in these anatomical sites. Correlations of BST with AT and VT were positive and very similar (0.71 and 0.72, respectively) and lower with TT (0.66). The AT, TT, VT and BST presented similar patterns and follow the variations of DBT through the day. Temperatures measured at different anatomical sites of the animal body have the potential to be used as indicative of the thermal stress in lactating dairy cows.

Análise de algumas variáveis fisiológicas para avaliação do grau de adaptação de ovinos submetidos ao estresse por calor

Investigaram-se a temperatura retal, a freqüência respiratória e a taxa de evaporação total de ovinos Corriedale sob três temperaturas ambientes, visando uma melhor compreensão dos mecanismos de termorregulação desses animais. Inicialmente, 21 animais adultos foram alojados em câmara climática à temperatura de 45ºC, e pressão parcial de vapor (PV) variável, registrando-se a freqüência respiratória (FR) e a temperatura retal (TR). Baseando-se na FR e TR, foram selecionados 10 animais, cinco com os valores mais baixos, assumindo-os como mais adaptados ao calor (grupo 1) e cinco com valores mais altos, assumindo-os como menos adaptados (grupo 2). Os animais selecionados foram mantidos em câmara climática, onde mediram-se novamente TR, FR e taxa de evaporacão total (TET), sob 20, 30 e 40ºC de temperatura do ar e PV variável. Não houve diferença estatística entre os grupos classificados, para todas as variáveis medidas. Concluiu-se que a utilização das variáveis fisiológicas TR e FR como parâmetros únicos para a seleção destes animais não é suficiente para avaliar o grau de adaptação a temperaturas elevadas.

Efeito da técnica de oscilação oral de alta freqüência aplicada em diferentes pressões expiratórias sobre a função autonômica do coração e os parâmetros cardiorrespiratórios

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da técnica de oscilação oral de alta freqüência (com o aparelho Shaker), aplicada em diferentes pressões expiratórias (PE), sobre a função autonômica e parâmetros cardiorrespiratórios. Foram coletados dados de 20 voluntários jovens saudáveis (21,6±1,3 anos), que permaneceram em repouso inicial por 10 minutos e, em seguida, fizeram três séries de dez expirações no aparelho (com intervalo de descanso de 2 minutos entre as séries) em três diferentes PE - pressão livre (PL), de 10 (P10) e de 20 (P20) cmH2O - permanecendo por mais 10 minutos em repouso final. Os dados foram analisados estatisticamente, com nível de significância de 5%. Após a aplicação da técnica, constatou-se diferença significante nos índices de variabilidade da freqüência cardíaca em PL e um aumento significante na pressão arterial sistólica em P20. Na pressão arterial diastólica, freqüência respiratória e saturação periférica de oxigênio não foram encontradas diferenças antes, durante e após a técnica, nas diferentes PE. A percepção do esforço aumentou significantemente ao longo das séries em PL e P20 e entre P10 e P20 em cada série. A freqüência cardíaca (FC) aumentou e diminuiu em sincronia com os movimentos de inspiração e expiração, respectivamente. Foram observadas modificações na modulação autonômica do coração em PL. A aplicação da técnica nessa população, nas diferentes PE analisadas, promoveu modificações no comportamento da FC, no esforço percebido e, em PL, na modulação autonômica do coração.

Evaluation of Hemodynamic, Metabolic, and Electrolytic Changes After Graft Reperfusion in a Porcine Model of Intestinal Transplantation

Background. We sought to establish an anesthetic protocol to evaluate the hemodynamic, metabolic, and electrolytic changes after graft reperfusion in pigs undergoing orthotopic intestinal transplant (ITX).Methods. Fifteen pigs were distributed into two groups: GI (n = 6), without immunosuppression, and GII (n = 9), immunosuppressed before surgery with tacrolimus (0.3 mg/kg). The animals were premedicated at 1 hour before surgery with IM acepromazine (0.1 mg/kg), morphine (0.4 mg/kg), ketamine (10 mg/kg), and atropine (0.044 mg/kg IM). Anesthesia induction used equal proportions of diazepam and ketamine (0.1-0.15 mL/kg/IV) and for maintenance in IV infusion of xylazine (1 mg/mL), ketamine (2 mg/mL), and guaiacol glyceryl ether 5% (50 mg/mL), diluted in 250 mL of 5% glucose solution. In addition, recipient pigs were treated with isofluorane inhalation. Heart rate (HR), systolic (SAP), mean (MAP), and diastolic (DAP) arterial pressure, pulse oximetry, respiratory frequency (f), capnography, body temperature (T), blood gas analysis (pH, PaCO(2), PaO(2), base excess, BE; HCO(3)(-), SatO(2)), serum potassium (K), calcium (Ca), sodium, hematocrit (Hct), and glucose (Glu) were measured at four times; MO: after incision (basal value); M1: 10 minutes before reperfusion; and M2 and M3: 10 and 20 minutes after graft reperfusion.Results. All groups behaved in a similar pattern. There was significant hypotension after graft reperfusion in GI and GII (M2 = 56.2 +/- 6.4 and M3 = 57.2 +/- 8.3 mm Hg and M2 = 65.7 +/- 10.2 and M3 = 67.8 +/- 16.8 mm Hg, respectively), accompanied by elevated HR. The ETCO(2) was elevated at M2 (42 mm Hg) and M3 (40 mm Hg). Metabolic acidosis was observed after reperfusion, with significant increase in K levels.Conclusion. The anesthetic protocol for donors and recipients was safe to perform the procedure, allowing control of hemodynamic and metabolic changes after reperfusion without differences regarding immunosuppression.

Physiologic and productive responses of Holstein dairy cows with access to the constant or limited shade

The work: was carried out to evaluate the physiologic and productive responses of 16 Holstein breed cows, in different lactating stages and production levels, maintained in two free stall corral types, with or without plastic sheet covering, in the southeast-northwest of the covered area edges. The animals were confined in free stall system, during the months of the summer, with access to the constant or Limited shade. A complete randomized experimental design was: used. The physiological variables measured were respiratory frequency (morning an afternoon) and rectal temperature (morning and afternoon). The productive variables were milk production (morning, afternoon and daily), dry matter (DM) intake (% live weight) and efficiency of milk production (kg of milk/kg DM intake). The animals with access to the constant shade presented respiratory frequency (74.1 vs 81.0 breath/min.) and rectal temperature (39.5 vs 39.7 degrees C) lower and mirk production (22.6 vs 20.9 kg/day) and efficiency of milk production (1.3 vs 1.2 kg of milk/kg DM ingested) higher than the animals with access to the limited shade. There was no effect on the dry matter intake.

Efeitos do estresse térmico sobre a produção, composição química do leite e respostas termorreguladoras de cabras da raça alpina

Seis cabras da raça Alpina, com produção média de leite de 2,5 kg/dia, foram distribuídas aleatoriamente em dois grupos de três e submetidas à termoneutralidade ou estresse térmico por 56 dias em câmara climática. Usou-se um delineamento estatístico crossover. A temperatura média do ar diurna, incluindo radiação solar simulada, foi de 33,84ºC. Os animais estressados aumentaram a freqüência respiratória, o volume-minuto respiratório, a termólise-evaporativa respiratória, temperatura retal e a taxa de sudorese, enquanto o volume corrente respiratório e o volume globular diminuíram. Houve também perda de peso, redução da ingestão de alimentos e duplicação do consumo de água. A produção de leite e a porcentagem de gordura, proteína, lactose e sólidos totais diminuíram. Os teores de cloretos, cálcio e fósforo não sofreram alteração. Concluiu-se que, para manter a homeotermia, as cabras mobilizaram o sistema respiratório e sudoríparo para perder calor. A alta temperatura ambiente efetiva reduziu a produção e os teores de alguns componentes do leite.

Avaliação física e dos níveis séricos de cortisol de bezerros neonatos da raça Nelore, nascidos de partos normais e auxiliados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)