Low-intensity Treadmill Exercise-related Changes in the Rat Stellate Ganglion Neurons

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

Ultrasound imaging to estimate risk of esophageal and vascular puncture after conventional stellate ganglion block

The most common techniques to perform stellate ganglion blocks (SGBs) are the blind C6 approach and the fluoroscopic-controlled paratracheal C7 approach, both after manual dislocation of the large vessels. Complications due to vascular or esophageal puncture have been reported. The goal of this ultrasound imaging study was to determine how frequently hazardous structures are located along the needle path of conventional SGB and to determine the influence of the dislocation maneuver on their position.

Analyse de l’activité neuronale dans le ganglion stellaire en relation avec la fonction cardiaque

Quatre microélectrodes ont été insérées dans le ganglion stellaire gauche (GS) de préparations canines in vivo pour évaluer la décharge des potentiels d’action dans les neurones situés dans ce ganglion périphérique durant un état cardiovasculaire stable et suivant des injections systémiques et locales de nicotine. Durant les périodes de contrôle, des changements mineurs ont été observés dans la pression artérielle systolique, dans le rythme cardiaque et dans le temps de conduction atrio-ventriculaire. L’activité générée par les neurones du GS est demeurée relativement constante à l’intérieure de chaque chien, mais variait entre les préparations. L’administration de nicotine systémique a altéré les variables physiologiques et augmenté l’activité neuronale. Même si différents changements au niveau des variables physiologiques ont été observés entre les animaux, ces changements demeuraient relativement constants pour un même animal. La dynamique de la réponse neuronale était similaire, mais l’amplitude et la durée variaient entre et au sein des chiens. L’injection de nicotine dans une artère à proximité du GS a provoqué une augmentation marquée des potentiels d’action sans faire changer les variables physiologiques. La technique d’enregistrement permet donc de suivre le comportement de multiples populations de neurones intrathoraciques situés dans le GS. La relation entre l’activation neuronale du GS et les changements physiologiques sont stables pour chaque chien, mais varient entre les animaux. Cela suggère que le poids relatif des boucles de rétroaction impliquées dans la régulation cardiovasculaire peut être une caractéristique propre à chaque animal.

Effet d’un bloc stellaire par bupivacaïne combinée ou non à la néostigmine sur la douleur chez des patients présentant un syndrome douloureux régional complexe

Le syndrome douloureux régional complexe (SDRC) est un trouble neurologique qui se caractérise par des douleurs intenses, des troubles vasomoteurs, sudomoteurs, moteurs et trophiques, accompagnés d’un œdème au niveau du membre affecté. Malgré la présence de peu de données en faveur, à cause de l’absence d’un traitement clé du SDRC, le blocage sympathique a été utilisé depuis de nombreuses années pour traiter ce syndrome. Objectif Le but principal de ce projet est d’étudier l’effet antalgique de la néostigmine utilisée comme adjuvant à la bupivacaïne lors d’un bloc stellaire dans le traitement du syndrome douloureux régional complexe du membre supérieur. Méthodes Il s’agit d’une étude pilote, randomisée en double insu. L’intensité de la douleur a été évaluée en utilisant l’échelle numérique. La force de préhension aux deux mains a été estimée par dynamométrie de Jamar. La dextérité fine des doigts a été mesurée par le « Purdue Pegboard Test ». L’œdème au niveau de la main a été déterminé par la volumétrie. Le questionnaire « SF-36 » a été utilisé afin de déterminer l’homogénéité des échantillons. Résultats Notre étude a eu des difficultés à établir l’efficacité de la thérapie par bloc stellaire dans le traitement du syndrome douloureux régional complexe. Conclusion Notre recherche n’a pu prouver l’hypothèse que le traitement de la douleur dans le SDRC du membre supérieur par un bloc stellaire est plus efficace quand l’action de l’anesthésique local est potentialisée par l’ajout de la néostigmine.

Analysis of intrinsic cardiac neuron activity in relation to neurogenic atrial fibrillation and vagal stimulation

La fibrillation auriculaire est le trouble du rythme le plus fréquent chez l'homme. Elle conduit souvent à de graves complications telles que l'insuffisance cardiaque et les accidents vasculaires cérébraux. Un mécanisme neurogène de la fibrillation auriculaire mis en évidence. L'induction de tachyarythmie par stimulation du nerf médiastinal a été proposée comme modèle pour étudier la fibrillation auriculaire neurogène. Dans cette thèse, nous avons étudié l'activité des neurones cardiaques intrinsèques et leurs interactions à l'intérieur des plexus ganglionnaires de l'oreillette droite dans un modèle canin de la fibrillation auriculaire neurogène. Ces activités ont été enregistrées par un réseau multicanal de microélectrodes empalé dans le plexus ganglionnaire de l'oreillette droite. L'enregistrement de l'activité neuronale a été effectué continument sur une période de près de 4 heures comprenant différentes interventions vasculaires (occlusion de l'aorte, de la veine cave inférieure, puis de l'artère coronaire descendante antérieure gauche), des stimuli mécaniques (toucher de l'oreillette ou du ventricule) et électriques (stimulation du nerf vague ou des ganglions stellaires) ainsi que des épisodes induits de fibrillation auriculaire. L'identification et la classification neuronale ont été effectuées en utilisant l'analyse en composantes principales et le partitionnement de données (cluster analysis) dans le logiciel Spike2. Une nouvelle méthode basée sur l'analyse en composante principale est proposée pour annuler l'activité auriculaire superposée sur le signal neuronal et ainsi augmenter la précision de l'identification de la réponse neuronale et de la classification. En se basant sur la réponse neuronale, nous avons défini des sous-types de neurones (afférent, efférent et les neurones des circuits locaux). Leur activité liée à différents facteurs de stress nous ont permis de fournir une description plus détaillée du système nerveux cardiaque intrinsèque. La majorité des neurones enregistrés ont réagi à des épisodes de fibrillation auriculaire en devenant plus actifs. Cette hyperactivité des neurones cardiaques intrinsèques suggère que le contrôle de cette activité pourrait aider à prévenir la fibrillation auriculaire neurogène. Puisque la stimulation à basse intensité du nerf vague affaiblit l'activité neuronale cardiaque intrinsèque (en particulier pour les neurones afférents et convergents des circuits locaux), nous avons examiné si cette intervention pouvait être appliquée comme thérapie pour la fibrillation auriculaire. Nos résultats montrent que la stimulation du nerf vague droit a été en mesure d'atténuer la fibrillation auriculaire dans 12 des 16 cas malgré un effet pro-arythmique défavorable dans 1 des 16 cas. L'action protective a diminué au fil du temps et est devenue inefficace après ~ 40 minutes après 3 minutes de stimulation du nerf vague.

Anestesia regional y periférica guiada por ultrasonido en el paciente critico

El presente trabajo es un capítulo de libro titulado “Anestesia Regional y Periférica Guiada por Ultrasonido en el Paciente Crítico” que será incluido en la última edición del libro “Manual de Ultrasonido en Terapia Intensiva y Emergencias” cuyo editor es el Doctor José de Jesús Rincón Salas y que será publicado por la Editorial Prado de México para distribución latinoamericana desde dicho país. Por solicitud del editor y teniendo en cuenta el enfoque del libro, el presente trabajo está dirigido a estudiantes de formación, médicos graduados y especialistas en las áreas de cuidado intensivo, anestesiología, dolor, medicina interna y medicina de urgencias. Tiene como propósito empapar de conocimientos necesarios y prácticos en anestesia regional a personas que usualmente no han tenido contacto con la anestesia regional, pues desafortunadamente sólo en los últimos años ha sido posible que la anestesia regional haya comenzado a salir de las salas de cirugía, ámbito donde ha estado confinada tradicionalmente. El lenguaje utilizado es sencillo y el capítulo ha sido escrito para que sea fácil de leer y consultar, dejando así mensajes muy claros sobre la utilidad, viabilidad e implicaciones que tiene el uso de anestesia regional guiada por ultrasonido en cuidado intensivo. Los autores esperamos que de esta manera, el presente capítulo permita continuar superando los obstáculos que se interponen entre los invaluables beneficios de la anestesia regional y los pacientes de cuidado intensivo que necesitan de ella.

Phenotypic alterations of neuropeptide Y and calcitonin gene-related peptide-containing neurons innervating the rat temporomandibular joint during carrageenan-induced arthritis

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

Phenotypic alterations of neuropeptide Y and calcitonin gene-related peptide-containing neurons innervating the rat temporomandibular joint during carrageenan-induced arthritis

The aim of this study was to identify immunoreactive neuropeptide Y (NPY) and calcitonin gene-related peptide (CGRP) neurons in the autonomic and sensory ganglia, specifically neurons that innervate the rat temporomandibular joint (TMJ). A possible variation between the percentages of these neurons in acute and chronic phases of carrageenan-induced arthritis was examined. Retrograde neuronal tracing was combined with indirect immunofluorescence to identify NPY-immuno-reactive (NPY-IR) and CGRP-immunoreactive (CGRP-IR) neurons that send nerve fibers to the normal and arthritic temporomandibular joint. In normal joints, NPY-IR neurons constitute 78 +/- 3%, 77 +/- 6% and 10 +/- 4% of double-labeled nucleated neuronal profile originated from the superior cervical, stellate and otic ganglia, respectively. These percentages in the sympathetic ganglia were significantly decreased in acute (58 +/- 2% for superior cervical ganglion and 58 +/- 8% for stellate ganglion) and chronic (60 +/- 2% for superior cervical ganglion and 59 +/- 15% for stellate ganglion) phases of arthritis, while in the otic ganglion these percentages were significantly increased to 19 +/- 5% and 13 +/- 3%, respectively. In the trigeminal ganglion, CGRP-IR neurons innervating the joint significantly increased from 31 +/- 3% in normal animals to 54 +/- 2% and 49 +/- 3% in the acute and chronic phases of arthritis, respectively. It can be concluded that NPY neurons that send nerve fibers to the rat temporomandibular joint are located mainly in the superior cervical, stellate and otic ganglia. Acute and chronic phases of carrageenan-induced arthritis lead to an increase in the percentage of NPY-IR parasympathetic and CGRP-IR sensory neurons and to a decrease in the percentage of NPY-IR sympathetic neurons related to TMJ innervation.

Ultrasound-guided blocks for the treatment of chronic pain

Ultrasound (US) is an emerging imaging technique in interventional pain management. The main advantages are the identification of soft tissues, vessels, and nerves, without exposing patients and personnel to radiation, the possibility to perform continuous imaging, and the visualization of the fluid injected in a real-time fashion. Possible applications are nerve blocks of the cervical and lumbar zygapophysial joints, stellate ganglion block, intercostal nerve blocks, occipital nerve blocks, blocks of the inguinal nerves, peripheral nerve blocks of the extremities, blocks of painful stump neuromas, caudal epidural injections, and injections of tender points. US may also be used for destructive procedures, such as cryoanalgesia, radiofrequency lesions, or chemical neurolysis. The increasing published data available suggest that US has a potential usefulness in interventional pain management, but also limitations. There is still a need for clinical trials investigating efficacy and safety of US-guided pain procedures. Until these studies are made, fluoroscopy or computed tomography remain the gold standard for most interventional pain procedures.

Localization of choline acetyltransferase in rat peripheral sympathetic neurons and its coexistence with nitric oxide synthase and neuropeptides.

Indirect immunofluorescence methods using a mouse monoclonal antibody raised to rat choline acetyltransferase (ChAT) revealed dense networks of ChAT-immunoreactive fibers in the superior cervical ganglion, the stellate ganglion, and the celiac superior mesenteric ganglion of the rat. Numerous and single ChAT-immunoreactive cell bodies were observed in the stellate and superior cervical ganglia, respectively. The majority of ChAT-immunoreactive fibers in the stellate and superior cervical ganglia were nitric oxide synthase (NOS) positive. Some ChAT-immunoreactive fibers contained enkephalin-like immunoreactivity. Virtually all ChAT-positive cell bodies in the stellate ganglion were vasoactive intestinal polypeptide (VIP)-positive, and some were calcitonin gene-related peptide (CGRP)-positive. After transection of the cervical sympathetic trunk almost all ChAT- and NOS-positive fibers and most enkephalin- and CGRP-positive fibers disappeared in the superior cervical ganglion. The results suggest that most preganglionic fibers are cholinergic and that the majority of these in addition can release nitric oxide, some enkephalin, and a few CGRP. Acetylcholine, VIP, and CGRP are coexisting messenger molecules in some postganglionic sympathetic neurons.

Combining ganglion cell topology and data of patients with glaucoma to determine a structure-function map

PURPOSE: To introduce techniques for deriving a map that relates visual field locations to optic nerve head (ONH) sectors and to use the techniques to derive a map relating Medmont perimetric data to data from the Heidelberg Retinal Tomograph. METHODS: Spearman correlation coefficients were calculated relating each visual field location (Medmont M700) to rim area and volume measures for 10 degrees ONH sectors (HRT III software) for 57 participants: 34 with glaucoma, 18 with suspected glaucoma, and 5 with ocular hypertension. Correlations were constrained to be anatomically plausible with a computational model of the axon growth of retinal ganglion cells (Algorithm GROW). GROW generated a map relating field locations to sectors of the ONH. The sector with the maximum statistically significant (P < 0.05) correlation coefficient within 40 degrees of the angle predicted by GROW for each location was computed. Before correlation, both functional and structural data were normalized by either normative data or the fellow eye in each participant. RESULTS: The model of axon growth produced a 24-2 map that is qualitatively similar to existing maps derived from empiric data. When GROW was used in conjunction with normative data, 31% of field locations exhibited a statistically significant relationship. This significance increased to 67% (z-test, z = 4.84; P < 0.001) when both field and rim area data were normalized with the fellow eye. CONCLUSIONS: A computational model of axon growth and normalizing data by the fellow eye can assist in constructing an anatomically plausible map connecting visual field data and sectoral ONH data.

Intrinsically photosensitive melanopsin retinal ganglion cell contributions to the pupillary light reflex and circadian rhythm

Recently discovered intrinsically photosensitive melanopsin retinal ganglion cells contribute to the maintenance of pupil diameter, recovery and post-illumination components of the pupillary light reflex and provide the primary environmental light input to the suprachiasmatic nucleus for photoentrainment of the circadian rhythm. This review summarises recent progress in understanding intrinsically photosensitive ganglion cell histology and physiological properties in the context of their contribution to the pupillary and circadian functions and introduces a clinical framework for using the pupillary light reflex to evaluate inner retinal (intrinsically photosensitive melanopsin ganglion cell) and outer retinal (rod and cone photoreceptor) function in the detection of retinal eye disease.

The circadian response of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells

Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGC) signal environmental light level to the central circadian clock and contribute to the pupil light reflex. It is unknown if ipRGC activity is subject to extrinsic (central) or intrinsic (retinal) network-mediated circadian modulation during light entrainment and phase shifting. Eleven younger persons (18–30 years) with no ophthalmological, medical or sleep disorders participated. The activity of the inner (ipRGC) and outer retina (cone photoreceptors) was assessed hourly using the pupil light reflex during a 24 h period of constant environmental illumination (10 lux). Exogenous circadian cues of activity, sleep, posture, caffeine, ambient temperature, caloric intake and ambient illumination were controlled. Dim-light melatonin onset (DLMO) was determined from salivary melatonin assay at hourly intervals, and participant melatonin onset values were set to 14 h to adjust clock time to circadian time. Here we demonstrate in humans that the ipRGC controlled post-illumination pupil response has a circadian rhythm independent of external light cues. This circadian variation precedes melatonin onset and the minimum ipRGC driven pupil response occurs post melatonin onset. Outer retinal photoreceptor contributions to the inner retinal ipRGC driven post-illumination pupil response also show circadian variation whereas direct outer retinal cone inputs to the pupil light reflex do not, indicating that intrinsically photosensitive (melanopsin) retinal ganglion cells mediate this circadian variation.

Intrinsically photosensitive melanopsin retinal ganglion cell contributions to the post-illumination pupil response and circadian rhythm

Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs) in the eye transmit the environmental light level, projecting to the suprachiasmatic nucleus (SCN) (Berson, Dunn & Takao, 2002; Hattar, Liao, Takao, Berson & Yau, 2002), the location of the circadian biological clock, and the olivary pretectal nucleus (OPN) of the pretectum, the start of the pupil reflex pathway (Hattar, Liao, Takao, Berson & Yau, 2002; Dacey, Liao, Peterson, Robinson, Smith, Pokorny, Yau & Gamlin, 2005). The SCN synchronizes the circadian rhythm, a cycle of biological processes coordinated to the solar day, and drives the sleep/wake cycle by controlling the release of melatonin from the pineal gland (Claustrat, Brun & Chazot, 2005). Encoded photic input from ipRGCs to the OPN also contributes to the pupil light reflex (PLR), the constriction and recovery of the pupil in response to light. IpRGCs control the post-illumination component of the PLR, the partial pupil constriction maintained for > 30 sec after a stimulus offset (Gamlin, McDougal, Pokorny, Smith, Yau & Dacey, 2007; Kankipati, Girkin & Gamlin, 2010; Markwell, Feigl & Zele, 2010). It is unknown if intrinsic ipRGC and cone-mediated inputs to ipRGCs show circadian variation in their photon-counting activity under constant illumination. If ipRGCs demonstrate circadian variation of the pupil response under constant illumination in vivo, when in vitro ipRGC activity does not (Weng, Wong & Berson, 2009), this would support central control of the ipRGC circadian activity. A preliminary experiment was conducted to determine the spectral sensitivity of the ipRGC post-illumination pupil response under the experimental conditions, confirming the successful isolation of the ipRGC response (Gamlin, et al., 2007) for the circadian experiment. In this main experiment, we demonstrate that ipRGC photon-counting activity has a circadian rhythm under constant experimental conditions, while direct rod and cone contributions to the PLR do not. Intrinsic ipRGC contributions to the post-illumination pupil response decreased 2:46 h prior to melatonin onset for our group model, with the peak ipRGC attenuation occurring 1:25 h after melatonin onset. Our results suggest a centrally controlled evening decrease in ipRGC activity, independent of environmental light, which is temporally synchronized (demonstrates a temporal phase-advanced relationship) to the SCN mediated release of melatonin. In the future the ipRGC post-illumination pupil response could be developed as a fast, non-invasive measure of circadian rhythm. This study establishes a basis for future investigation of cortical feedback mechanisms that modulate ipRGC activity.