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Justificación de la clasificación diferente de las fibras nerviosas

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Dos tipos principales de clasificación de fibras nerviosas son la clasificación numérica y de Erlanger-Gasser, basada en el diámetro y las propiedades de conducción.

En la clasificación numérica, los grupos Ia y Ib tienen la misma velocidad y diámetro de conducción, entonces, ¿en qué se basan, es solo porque están inervando diferentes estructuras, entonces, por qué este criterio no se sigue más?

Además, en la clasificación de Erlanger y Gasser, tanto los tipos A como B están mielinizados y C no mielinizados, entonces ¿por qué no se clasifica B como subgrupo de A? ¿En qué se diferencia B de A (delta) a pesar de que ambos están mielinizados y tienen la misma velocidad de conducción?

Fuente: https: //en.wikipedia.org/wiki/Axon


Soluciones NCERT para coordinación y control neuronal de biología de clase 11

Temas y subtemas en Soluciones NCERT para biología de clase 11 Capítulo 21 Coordinación y control neuronal:

Nombre de la sección Nombre del tema
21 Coordinación y control neuronal
21.1 Sistema neural
21.2 Sistema Neural Humano
21.3 La neurona como unidad estructural y funcional del sistema neural
21.4 Sistema neural central
21.5 Acción refleja y arco reflejo
21.6 Recepción y procesamiento sensorial
21.7 Resumen

PREGUNTAS SOBRE EL LIBRO DE TEXTO DE NCERT RESUELTAS

1. Describa brevemente la estructura de lo siguiente:
(a) Cerebro (b) Ojo (c) Oído
Solución: (un cerebro: El cerebro actúa como sistema de control y mando del cuerpo. Está protegido por cráneo y cubierto por tres meninges. Es divisible en tres regiones principales: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo.
(i) Forebrain & # 8211 Consta de tres regiones:
(a) Lóbulos olfatorios: estos son un par de cuerpos sólidos muy pequeños en forma de maza que están muy separados de cada uno
otro. Están completamente cubiertos por hemisferios cerebrales.
(b) Cerebro & # 8211 Es la más grande y compleja de todas las partes del cerebro humano. Una hendidura profunda divide el cerebro en hemisferios cerebrales derecho e izquierdo, conectados por fibras mielinizadas, el cuerpo calloso.
(c) Diencéfalo & # 8211 Encierra una cavidad en forma de hendidura, el tercer ventrículo. El delgado techo de esta cavidad se conoce como epitálamo, los lados gruesos derecho e izquierdo como tálamo y el piso como hipotálamo.
(ii) Mesencéfalo & # 8211 Se encuentra entre el tálamo / hipotálamo del prosencéfalo y la protuberancia del rombencéfalo. Su superficie superior tiene dos pares de protrusiones redondeadas llamadas corpora quadrigemina y dos haces de fibras llamadas crura cerebri.
(iii) Hindbrain & # 8211 Consiste en:
(a) Cerebelo & # 8211 La segunda parte más grande del cerebro humano es el cerebelo. Consta de dos hemisferios cerebelosos laterales y una parte central en forma de gusano, el vermis. El cerebelo tiene su materia gris en el exterior, que comprende tres capas de células y fibras. También tiene células de Golgi, células en cesta y células granulares.
(b) Pons varolii & # 8211 Una masa ovalada, llamada pons varolii, se encuentra sobre el bulbo raquídeo. Consiste principalmente en fibras nerviosas que interconectan diferentes regiones del cerebro.
(c) Bulbo raquídeo & # 8211 Se extiende desde la protuberancia varolii arriba y es continua con la médula espinal abajo. El cerebro medio, la protuberancia varolii y el bulbo raquídeo se denominan colectivamente tronco encefálico.

(b) Ojo: Eye es una estructura esférica hueca compuesta por tres capas:
& # 8211 Capa fibrosa externa
& # 8211 Capa vascular media
& # 8211 Pelaje nervioso interior
(i) Pelaje fibroso: es grueso y protege el globo ocular. Tiene dos regiones distintas: esclerótica y córnea. La esclerótica cubre la mayor parte del globo ocular. La esclerótica o el blanco del ojo contiene muchas fibras de colágeno. La córnea es una porción transparente que forma la sexta parte anterior y # 8211 del globo ocular. La córnea es avascular (es decir, carece de riego sanguíneo).
(ii) Capa vascular: se compone de 3 regiones: coroides, iris, cuerpo ciliar.
(a) Coroides: se encuentra adyacente a la esclerótica y contiene numerosos vasos sanguíneos y células pigmentadas.
(b) Iris: El iris es un diafragma muscular circular que contiene el pigmento que da el color al ojo. Se extiende desde el cuerpo ciliar a través del globo ocular frente al cristalino. Tiene una abertura en el centro llamada pupila.
Contiene dos tipos de músculos lisos, músculos circulares (esfínteres) y músculos radiales (dilatadores), de origen ectodérmico.
(c) Cuerpo ciliar: detrás del margen periférico del iris, la capa vascular se engrosa para formar el cuerpo ciliar. Está compuesto por los músculos ciliares y los procesos ciliares.
(iii) Capa nerviosa: está formada por la retina, que es la capa neural y sensorial de un globo ocular. Consta de tres capas de células ganglionares, células bipolares y células fotorreceptoras (bastones y conos).
Lente: Es una estructura transparente, biconvexa y elástica que dobla las ondas de luz a medida que atraviesan su superficie. Está compuesto por células epiteliales que tienen grandes cantidades de citoplasma claro en forma de fibras.
Cámaras del globo ocular: el cristalino, el ligamento suspensorio y el cuerpo ciliar dividen el ojo en una cámara acuosa anterior y una cámara vítrea posterior que están llenas de humor acuoso y humor vítreo respectivamente.

(c) Oído: Hay tres porciones en una oreja:
(i) Oído externo: además tiene 2 regiones: pabellón auricular y conducto auditivo externo o meato.
(a) Pabellón auricular: El pabellón auricular es un cartílago elástico saliente cubierto de piel. Su cresta exterior más prominente se llama hélice. El lóbulo es la parte blanda y flexible en su extremo inferior compuesta de tejido fibroso y adiposo con abundante suministro de capilares sanguíneos. Es sensible y eficaz para recoger ondas sonoras.
(b) Canal auditivo externo: es un tubo en forma de S que se dirige hacia adentro desde el pabellón auricular. Es un pasaje tubular sostenido por cartílago en su parte exterior y por hueso en su parte interior.
(ii) Oído medio: consta de 3 huesos pequeños llamados huesecillos del oído y martillo, yunque y estribo, que se unen entre sí y aumentan la eficiencia de la transmisión de ondas sonoras al oído interno.
(iii) Oído interno: se compone de huesos y

2. Compare lo siguiente:
(a) Sistema neural central (SNC) y sistema neural periférico (SNP).
(b) Potencial de reposo y potencial de acción.
(c) Coroides y retina.
Solución: (a) SNC: se encuentra a lo largo del eje medio dorsal del cuerpo. Es una estructura hueca, colocada dorsalmente y se compone de cerebro y médula espinal. Es un centro de procesamiento y control de la información.
SNP: los nervios que surgen del sistema nervioso central constituyen el sistema nervioso periférico. Transporta información hacia y desde el SNC. Incluye nervios espinales y nervios craneales.
(b) Potencial de reposo: fuera de la membrana plasmática de una fibra nerviosa se encuentra el líquido extracelular que está cargado positivamente con respecto al contenido celular dentro de la membrana plasmática. Una fibra nerviosa en reposo muestra una diferencia de potencial entre el interior y el exterior de esta membrana plasmática. Esta diferencia en las cargas eléctricas a través de la membrana plasmática se denomina & # 8216 potencial de reposo & # 8217. Se dice que una membrana con potencial de reposo a través de ella está polarizada eléctricamente. Potencial de acción: el potencial de acción es otro nombre de impulso nervioso. El contenido dentro de una célula en el estado excitado se carga positivamente con respecto al líquido extracelular fuera de ella. Este cambio de polaridad a través de la membrana plasmática se conoce como potencial de acción. Se dice que la membrana con polaridad invertida a través de ella está despolarizada.
(c) Coroides: La coroides se encuentra adyacente a la esclerótica y contiene numerosos vasos sanguíneos que suministran nutrientes y oxígeno a los otros tejidos, especialmente a la retina. Contiene abundantes células pigmentarias y es de color marrón oscuro.
Retina: es la capa neuronal y sensorial del globo ocular. Es un pelaje muy delicado y reviste todo el pelaje vascular. Su superficie externa está en contacto con la coroides y su superficie interna con el humor vítreo. Contiene células ganglionares, células bipolares y células fotorreceptoras. laberinto membranoso. El laberinto membranoso consta de tres conductos semicirculares, utrículo, sáculo y cóclea.

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3. Explique los siguientes procesos:
(a) Polarización de la membrana de una fibra nerviosa.
(b) Despolarización de la membrana de una fibra nerviosa.
(c) Conducción de un impulso nervioso a lo largo de una fibra nerviosa.
(d) Transmisión de un impulso nervioso a través de una sinapsis química.
Solución: (a) Polarización de la membrana de una fibra nerviosa: En la fibra nerviosa en reposo (que no conduce el impulso), la membrana plasmática separa dos soluciones de diferente composición química pero que tienen aproximadamente el mismo número total de iones. En el medio externo (líquido tisular) predominan los iones sodio (Na +) y los iones Cl & # 8211, mientras que dentro de la fibra (líquido intracelular) predominan los iones potasio (K +). El flujo diferencial de los iones cargados positivamente y la incapacidad de los iones orgánicos (proteínas) cargados negativamente dentro de la fibra nerviosa para salir causan una carga positiva creciente en el exterior de la membrana y una carga negativa en el interior de la membrana. Esto hace que la membrana de la fibra nerviosa en reposo esté polarizada y el líquido extracelular exterior sea electropositivo (cargado positivamente) con respecto al contenido celular en su interior.
(b) Despolarización de la membrana de una fibra nerviosa: durante la despolarización, las puertas de activación de los canales de Na se abren y los canales de K permanecen cerrados. Na + se precipita hacia el axón. La entrada de iones de sodio conduce a la despolarización (inversión de polaridad) de la membrana nerviosa, de modo que el contenido de las fibras nerviosas se vuelve electropositivo con respecto al líquido extracelular.
(c) Conducción de un impulso nervioso a lo largo de una fibra nerviosa: el sistema nervioso transmite información como una serie de impulsos nerviosos. Un impulso nervioso es el movimiento de un potencial de acción como una onda a través de una fibra nerviosa. Los potenciales de acción se propagan, es decir, se autogeneran a lo largo del axón. Los eventos que establecen un potencial de acción en un punto de la fibra nerviosa también lo transmiten a lo largo de toda la fibra nerviosa. El potencial de acción luego se mueve a la región vecina de la fibra nerviosa hasta que cubre toda la longitud de la fibra.
(d) Transmisión de un impulso nervioso a través de una sinapsis química: en una sinapsis química, las membranas de las neuronas presinápticas y postsinápticas están separadas por un espacio lleno de líquido llamado hendidura sináptica. Las sustancias químicas llamadas neurotransmisores están involucradas en la transmisión de impulsos en estas sinapsis. Los terminales de los axones contienen vesículas llenas de estos neurotransmisores. Cuando un impulso (potencial de acción) llega al axón terminal, estimula el movimiento de las vesículas sinápticas hacia la membrana donde se fusionan con la membrana plasmática y estallan para liberar sus neurotransmisores en la hendidura sináptica. Los neurotransmisores liberados se unen a sus receptores específicos, presentes en la membrana postsináptica. Esta unión abre canales iónicos que permiten la entrada de iones que pueden generar un nuevo potencial en la neurona postsináptica. El nuevo potencial desarrollado puede ser excitador o inhibitorio.

4. Dibuje diagramas etiquetados de lo siguiente:
(a) Neurona (b) Cerebro
(c) Ojo (d) Oído
Solución: (a)

(B)

(C)

(D)

5. Escriba notas breves sobre lo siguiente:
(a) Coordinación neuronal (b) Cerebro anterior
(c) Cerebro medio (d) Cerebro posterior
(e) Retina (f) Huesos de la oreja
(g) Cóclea (h) Órgano de Corti
(i) Sinapsis
Solución: (a) Coordinación neuronal: cuando los animales superiores responden a varios estímulos, cada respuesta a un estímulo específico generalmente involucra muchos órganos (partes) de sus cuerpos. Por lo tanto, es necesario que todos los órganos (partes) del cuerpo afectados trabajen de manera sistemática para producir la respuesta. El trabajo conjunto de varios órganos (partes) del cuerpo de un organismo multicelular de manera adecuada para complementar las funciones de cada uno se llama coordinación. Esto se logra mediante tres procesos superpuestos de entrada sensorial, integración y salida motora del sistema nervioso.
(b) Cerebro anterior: Consiste en: Lóbulos olfatorios, las estructuras emparejadas relacionadas con el sentido del olfato. Cerebro, que es la más grande y compleja de todas las partes del cerebro humano. Está dividido por una hendidura en hemisferios cerebrales izquierdo y derecho que están conectados por un gran haz de fibras mielinizadas. Cuerpo calloso. La cubierta exterior del hemisferio cerebral se llama corteza cerebral. Consta de áreas sensoriales y motoras. La región del hipotálamo del prosencéfalo contiene centros que controlan la temperatura corporal, el hambre y también contiene un grupo de células neurosecretoras.
(c) Mesencéfalo: El mesencéfalo se encuentra entre el tálamo / hipotálamo del prosencéfalo y la protuberancia del rombencéfalo. Un canal llamado acueducto cerebral pasa a través del mesencéfalo. La porción dorsal del mesencéfalo consta principalmente de cuatro hinchazones redondos (lóbulos) llamados corpora quadrigemina. El mesencéfalo y el rombencéfalo forman el tronco encefálico.
(d) Rombencéfalo: El rombencéfalo comprende protuberancia, cerebelo y médula. Pons consta de tractos de fibra que interconectan diferentes regiones del cerebro. El cerebelo tiene una superficie muy enrevesada para proporcionar el espacio adicional de muchas más neuronas. La médula del cerebro está conectada a la médula espinal. La médula contiene centros que controlan la respiración, los reflejos cardiovasculares y las secreciones gástricas.
(e) Retina: La retina es la capa interna de un ojo y contiene tres capas de células, de adentro hacia afuera, células ganglionares, células bipolares y células fotorreceptoras. Hay dos tipos de células fotorreceptoras, a saber, bastones y conos. Estas células contienen proteínas sensibles a la luz llamadas fotopigmentos. La visión de la luz del día (fotópica) y la visión del color son funciones de los conos y la visión del crepúsculo (escotópica) es la función de los bastones. Los bastones contienen una proteína de color rojo violáceo llamada rodopsina o púrpura visual, que contiene un derivado de la vitamina A. En el ojo humano, hay tres tipos de conos que poseen sus propios fotopigmentos característicos que responden a las luces rojas, verdes y azules. Las sensaciones de los diferentes colores se producen por diversas combinaciones de estos conos y sus fotopigmentos. Cuando estos conos se estimulan por igual, se produce una sensación de luz blanca.
(f) Huesecillos de la oreja: Hay una pequeña cadena flexible de tres huesos pequeños llamados huesecillos de la oreja: el martillo (en forma de martillo), el yunque (en forma de yunque) y el estribo (en forma de estribo) en el oído medio. El martillo está unido a la membrana timpánica por un lado y el yunque por el otro. Incus a su vez está conectado con el estribo. El martillo es el huesecillo más grande, sin embargo, el estribo es el huesecillo más pequeño.
(g) Cóclea: es el principal órgano auditivo que está conectado con el sáculo. Es un tubo enrollado en espiral que se asemeja a una concha de caracol en apariencia. Se estrecha desde una base ancha hasta un ápice casi puntiagudo.
(h) Órgano de Corti: Es una estructura ubicada en la membrana basilar que contiene células ciliadas que actúan como receptores auditivos. Las células ciliadas están presentes en filas en el lado interno del órgano de Corti.
(i) Sinapsis: Es la unión entre el axón de una neurona y la dendrita o cyton de otra neurona para la transmisión del impulso nervioso.

6. Dé una breve descripción de
(a) Mecanismo de transmisión sináptica.
(b) Mecanismo de visión.
(c) Mecanismo de audición.
Solución: (a) Mecanismo de transmisión sináptica: consulte la respuesta 3 (d)
(a) Mecanismo de visión: Los rayos de luz en longitud de onda visible enfocados en la retina a través de la córnea y el cristalino generan potenciales (impulsos) en bastones y conos. La luz induce
disociación de la retina de la opsina que da lugar a cambios en la estructura de la opsina. Esto provoca cambios en la permeabilidad de la membrana. Como resultado, se generan diferencias de potencial en las células fotorreceptoras. Esto produce una señal que genera potenciales de acción en las células ganglionares a través de las células bipolares. Estos potenciales de acción (impulsos) son transmitidos por los nervios ópticos al área de la corteza visual del cerebro, donde se analizan los impulsos neurales y se reconoce la imagen formada en la retina basándose en la memoria y la experiencia anteriores.
(b) Mecanismo de audición: el oído externo recibe ondas sonoras y las dirige al tímpano. El tímpano vibra en respuesta a las ondas sonoras y estas vibraciones se transmiten a través de los huesecillos del oído (martillo, yunque y estribo) hasta la ventana oval. Las vibraciones pasan a través de la ventana oval al líquido de la cóclea, donde generan ondas en los ganglios linfáticos. Las ondas en los ganglios inducen una ondulación en la membrana basilar. Estos movimientos de la membrana basilar doblan las células ciliadas, presionándolas contra la membrana tectorial. Como resultado, los impulsos nerviosos se generan en las neuronas aferentes asociadas. Estos impulsos son transmitidos por las fibras aferentes a través de los nervios auditivos a la corteza auditiva del cerebro, donde se analizan los impulsos y se reconoce el sonido.

7. Responda brevemente.
(a) ¿Cómo percibe el color de un objeto?
(b) ¿Qué parte de nuestro cuerpo nos ayuda a mantener el equilibrio corporal?
(c) ¿Cómo regula el ojo la cantidad de luz que cae sobre la retina?
Solución: (a) En los seres humanos, la visión del color es el resultado de la actividad de las células cónicas, un tipo de células fotorreceptoras. En el ojo humano, existen tres tipos de conos que poseen sus propios fotopigmentos característicos que responden a las luces rojas, verdes y azules. Las sensaciones de los diferentes colores se producen por diversas combinaciones de estos conos y sus fotopigmentos. Cuando estos conos se estimulan por igual, se produce una sensación de luz blanca. La luz amarilla, por ejemplo, estimula los conos verdes y rojos aproximadamente en la misma medida, y el cerebro lo interpreta como un color amarillo.
(b) Orejas (crestas y máculas presentes en los oídos internos).
(c) El iris contiene dos conjuntos de músculos lisos y esfínteres y dilatadores # 8211. Estos músculos regulan la cantidad de luz que ingresa al globo ocular variando el tamaño de la pupila. La contracción de los músculos del esfínter hace que la pupila sea más pequeña con luz brillante, de modo que entre menos luz al ojo. La contracción de los músculos dilatadores ensancha la pupila en condiciones de luz tenue, de modo que entra más luz en el ojo y cae sobre la retina.

8. Explique lo siguiente.
(a) Papel del Na + en la generación de potencial de acción.
(b) Mecanismo de generación de impulsos inducidos por la luz en la retina.
(c) Mecanismo a través del cual un sonido produce un impulso nervioso en el oído interno.
Solución: (a) El potencial de acción está determinado en gran medida por los iones de Na +. El potencial de acción resulta de los siguientes eventos secuenciales
(i) La alteración causada a la membrana de una fibra nerviosa por un estímulo da como resultado una fuga de Na + hacia la fibra nerviosa.
(ii) La entrada de Na + reduce la diferencia de potencial transmembrana.
(iii) La disminución de la diferencia de potencial hace que la membrana sea más permeable a los iones Na + que a los iones K +, de modo que entra más Na + en la fibra que K + sale.
(iv) La acumulación de Na + en la fibra nerviosa inicia la despolarización (potencial de acción), lo que hace que el contenido axónico se cargue positivamente en relación con el líquido extracelular.
(v) Con la adición continua de Na +, el potencial alcanza cero y luego más 40-50 milivoltios. Este es el pico del potencial de acción.
(vi) La permeabilidad de una membrana despolarizada al Na + luego cae rápidamente, ahora hay tanto Na + en el interior de la membrana como en el exterior.
(b) Consulte la respuesta 6 (b)
(c) Consulte la respuesta 6 (c)

9. Diferenciar entre
(a) Axones mielinizados y no mielinizados
(b) Dendritas y axones
(c) Varillas y conos
(d) Tálamo e hipotálamo
(e) Cerebro y cerebelo
Solución: (a) Las diferencias entre axones mielinizados y no mielinizados son las siguientes:

(b) El axón y las dendritas se pueden diferenciar de la siguiente manera:


(c) Las diferencias entre bastones y conos son las siguientes:

(d) El tálamo y el hipotálamo se pueden diferenciar de la siguiente manera:

(e) El cerebro y el cerebelo se pueden diferenciar de la siguiente manera:

10. Responda lo siguiente.
(a) ¿Qué parte del oído determina el tono de un sonido?
(b) ¿Qué parte del cerebro humano está más desarrollada?
(c) ¿Qué parte de nuestro sistema neuronal central actúa como reloj maestro?
Solución: (a) Las células receptoras en el órgano de Corti (oído interno).
(b) Cerebro (hemisferios cerebrales).
(c) La glándula pineal presente en el diencéfalo del prosencéfalo actúa como un reloj maestro, que mantiene el ritmo biológico.

11. La región del ojo de los vertebrados, donde el nervio óptico sale de la retina, se llama
(a) fóvea (b) iris
(c) punto ciego (d) quiasma óptico
Solución: (c) punto ciego

12. Distinga entre
(a) Neuronas aferentes y neuronas eferentes
(b) Conducción de impulsos en fibra nerviosa mielinizada y fibra nerviosa amielínica
(c) Humor acuoso y humor vítreo
(d) Punto ciego y punto amarillo
(e) Nervios craneales y nervios espinales
Solución: (a)

(b) Consulte la respuesta 9 (a)
(C)


(D)

(mi)


Puntos clave

La clasificación del dolor neuropático sobre la base de la enfermedad o la ubicación tiene deficiencias considerables, y un enfoque basado en los mecanismos de la enfermedad podría proporcionar una alternativa viable.

Para desarrollar una clasificación basada en mecanismos eficaz, debemos ser capaces de relacionar los síntomas y signos con los mecanismos, e identificar tratamientos específicos para mecanismos específicos.

Un mecanismo puede dar lugar a diferentes síntomas y signos, por ejemplo, la regulación al alza de los canales de sodio en las fibras C aumenta la actividad de las fibras, lo que produce ardor, paroxismos y alodinia mecánica dinámica.

De manera similar, un síntoma o signo puede ser causado por varios mecanismos iniciadores, por ejemplo, la alodinia por frío puede atribuirse a diferentes mecanismos en el dolor neuropático periférico y central.

Cada vez está más claro que aún no hemos obtenido una clasificación basada en mecanismos viables para el dolor neuropático, y se requieren estudios más rigurosos para probar este enfoque.


1. INTRODUCCIÓN

Sobre la base de resultados sostenidos a largo plazo, la neuromodulación sacra (SNM) se ha convertido en una modalidad de tratamiento ampliamente adoptada y establecida para la vejiga hiperactiva, la retención urinaria no obstructiva y la incontinencia fecal [1-6]. Desde su aprobación para uso clínico en 1994, más de 325 000 pacientes han sido tratados en todo el mundo con varias indicaciones potenciales adicionales bajo investigación [7].

En la mayoría (alrededor del 80%) de los pacientes sometidos a implantación, la SNM conduce a una reducción clínicamente significativa de los síntomas [1, 8-10]. Sin embargo, se reconoce que, incluso dentro de este grupo, una proporción de pacientes requiere cambios continuos (después de la programación inicial) en los parámetros de estimulación (como la configuración del electrodo, la amplitud, la frecuencia del pulso y el ancho del pulso) para optimizar la eficacia clínica. Además, a todos los pacientes se les debe asignar un programa inicial (o elección de programas) después de la implantación. La programación y reprogramación de dispositivos no es un tema sencillo, sobre todo porque la versatilidad de los generadores de impulsos implantables modernos permite una gran cantidad de posibles combinaciones de programación. El origen científico de los parámetros para la programación solo se ha abordado superficialmente en la literatura clínica [11-13] y las recomendaciones actuales, basadas principalmente en un enfoque de prueba y error, están en parte desactualizadas o se relacionan predominantemente con las recomendaciones / sugerencias de los representantes. del fabricante [14, 15]. La procedencia de tales recomendaciones no se conoce ampliamente. Los modelos computacionales de las características del campo SNM son actualmente insuficientes para proporcionar una mayor comprensión de la programación óptima [16, 17].

A medida que el uso generalizado de SNM continúa aumentando, está claramente en deuda con la comunidad clínica y científica el presentar alguna razón fundamental al médico que realiza dicha programación en su práctica diaria. El objetivo de este artículo es abordar esta brecha de conocimiento desde las perspectivas de la ciencia de la neuromodulación aplicada a un nervio periférico mixto complementado con los datos preclínicos disponibles sobre la programación de SNM.


Mecanismos / fisiopatología

La investigación en el campo del dolor se ha centrado en comprender los cambios plásticos en el sistema nervioso después de una lesión nerviosa, identificar nuevos objetivos terapéuticos y facilitar la transferencia de conocimientos de modelos animales a la práctica clínica. Describimos brevemente las múltiples causas del dolor neuropático y presentamos una descripción general de los hallazgos en animales y humanos que han proporcionado información sobre la fisiopatología del dolor neuropático.

Causas y distribuciones

El dolor neuropático central se debe a una lesión o enfermedad de la médula espinal y / o el cerebro. Las enfermedades cerebrovasculares que afectan a las vías somatosensoriales centrales (dolor posterior al ictus) y las enfermedades neurodegenerativas (especialmente la enfermedad de Parkinson) son trastornos cerebrales que a menudo causan dolor neuropático central 26. Las lesiones o enfermedades de la médula espinal que causan dolor neuropático incluyen la lesión de la médula espinal, la siringomielia y las enfermedades desmielinizantes, como la esclerosis múltiple, la mielitis transversa y la neuromielitis óptica 27. Por el contrario, la patología de los trastornos periféricos que causan dolor neuropático implica predominantemente las pequeñas fibras C amielínicas y las fibras A mielinizadas, a saber, las fibras A & # x003b2 y A & # x003b4 5. El dolor neuropático periférico probablemente se volverá más común debido al envejecimiento de la población mundial, el aumento de la incidencia de diabetes mellitus y el aumento de las tasas de cáncer y las consecuencias de la quimioterapia, que afectan a todas las fibras sensoriales (fibras A & # x003b2, A & # x003b4 y C). Los trastornos de dolor neuropático periférico se pueden subdividir en los que tienen una distribución generalizada (generalmente simétrica) y los que tienen una distribución focal (Figura 2). Las neuropatías periféricas generalizadas dolorosas más importantes clínicamente incluyen las asociadas con diabetes mellitus (RECUADRO 3), prediabetes y otras disfunciones metabólicas, enfermedades infecciosas (principalmente infección por VIH 28 y lepra 29), quimioterapia, inmunológica (por ejemplo, síndrome de Guillain-Barré ) y trastornos inflamatorios, neuropatías y canalopatías hereditarias (como eritromelalgia hereditaria, un trastorno en el que los vasos sanguíneos se bloquean episódicamente y luego se vuelven hiperémicos e inflamados).

Distribución del dolor y los signos sensoriales en condiciones de dolor neuropático central y periférico comunes. * A veces se puede asociar con dolor neuropático central. & # x02021 A veces se puede asociar con dolor neuropático periférico.

Recuadro 3

Dolor neuropático y diabetes mellitus.

La neuropatía crónica dolorosa en pacientes con diabetes mellitus oscila entre el 10 y el 26% 38. Aunque se han estudiado ampliamente los factores de riesgo y los posibles mecanismos subyacentes a la neuropatía, la etiología de la neuropatía diabética dolorosa no se conoce por completo. Sin embargo, los hallazgos de estudios epidemiológicos han sugerido que los pacientes con diabetes mellitus que desarrollan neuropatía, en comparación con los pacientes que no la desarrollan, parecen tener diferente función cardiovascular, control glucémico, peso, tasas de obesidad, circunferencia de la cintura, riesgo de enfermedad arterial periférica y niveles de triglicéridos plásmidos. De hecho, los pacientes con diabetes mellitus tienen alteraciones en las vías periféricas y centrales del dolor, otros contribuyentes mecanicistas incluyen inestabilidad de la glucosa en sangre, aumento del flujo sanguíneo epineural del nervio periférico, microcirculación de la piel del pie, densidad alterada de las fibras nerviosas intraepidérmicas, aumento de la vascularización talámica y disfunción autonómica. . Además, los niveles plasmáticos de metilglioxal (un subproducto de la glucólisis) aumentan en pacientes con diabetes mellitus debido a una glucólisis excesiva y una disminución de la degradación por el sistema de la glioxalasa 197. Este metabolito activa los nervios periféricos cambiando la función del Nav1,7 y Nav1.8 canales de sodio activados por voltaje 197 y, por lo tanto, podrían tener un papel en la neuropatía dolorosa. Los estudios en animales han demostrado que el metilglioxal ralentiza la conducción nerviosa, aumenta la liberación de péptidos relacionados con el gen de la calcitonina desde los nervios y conduce a una hiperalgesia térmica y mecánica 197. En particular, las modificaciones de los canales de sodio dependientes de metilglioxal inducen hiperalgesia asociada a la diabetes que no se debe simplemente a cambios en las fibras periféricas 197.

La topografía del dolor en estos trastornos generalmente abarca las extremidades distales, a menudo llamadas distribución de & # x02018glove and stocking & # x02019 porque los pies, pantorrillas, manos y antebrazos son los más afectados. Este patrón de distribución es característico de las neuropatías periféricas distales en declive, dependientes de la longitud, que implican una pérdida sensorial progresiva distal-proximal, dolor y, con menor frecuencia, debilidad distal. Con menor frecuencia, el dolor tiene una distribución proximal en la que el tronco, los muslos y la parte superior de los brazos se ven particularmente afectados, este patrón ocurre cuando la patología involucra los ganglios sensoriales. Los trastornos periféricos focales dolorosos son causados ​​por procesos patológicos que involucran uno o más nervios periféricos o raíces nerviosas. Estos trastornos incluyen neuralgia posherpética, neuropatía postraumática, neuropatía posquirúrgica, polirradiculopatías cervicales y lumbares, dolor asociado con la infección por VIH, lepra y diabetes mellitus, síndrome de dolor regional complejo tipo 2 y neuralgia del trigémino 30.

Las canalopatías hereditarias raras pueden mostrar distribuciones de dolor características y factores desencadenantes. Por ejemplo, la eritromelalgia hereditaria se debe a mutaciones en SCN9A, que codifica el canal de sodio controlado por voltaje Nav1.7 (involucrado en la generación y conducción de potenciales de acción), y se caracteriza por dolor y eritema (enrojecimiento) en las extremidades, que se agrava con el calor 31. El trastorno de dolor extremo paroxístico se debe a un conjunto distinto de mutaciones en SCN9A que dan como resultado una distribución proximal del dolor y el eritema que afecta el sacro y la mandíbula. 32 Los desencadenantes del dolor en personas con esta afección pueden incluir estímulos mecánicos. En aproximadamente el 30% de los pacientes con neuropatía idiopática de fibras pequeñas, las mutaciones funcionales del NavSe han observado 1.7 canales de sodio que resultan en neuronas del ganglio de la raíz dorsal hiperexcitables [33].

Cambios en la señalización del dolor

La neuropatía periférica altera las propiedades eléctricas de los nervios sensoriales, lo que luego conduce a desequilibrios entre la señalización central excitadora e inhibitoria, de modo que se deterioran las interneuronas inhibitorias y los sistemas de control descendente. A su vez, la transmisión de señales sensoriales y los mecanismos de desinhibición o facilitación se alteran a nivel de las neuronas del asta dorsal de la médula espinal. De hecho, los estudios preclínicos han revelado varios cambios anatómicos, moleculares y electrofisiológicos desde la periferia hasta el sistema nervioso central (SNC) que producen una ganancia de función, proporcionando información sobre el dolor neuropático y su tratamiento (RECUADRO 4). En la periferia, la médula espinal y el cerebro, son evidentes una ganancia de excitación y facilitación y una pérdida de inhibición. Estos cambios desplazan las vías sensoriales a un estado de hiperexcitabilidad, y una secuencia de cambios a lo largo del tiempo desde la periferia hasta el cerebro podría contribuir a que el estado de dolor neuropático se vuelva crónico.

Recuadro 4

Desafíos en la traducción de estudios con animales a dianas farmacológicas terapéuticas en humanos

Traducir el conocimiento de las observaciones preclínicas en modelos animales a nuevas terapias farmacológicas dirigidas en la clínica ha sido un desafío. Las diferencias entre las pruebas de comportamiento animal y las características del dolor neuropático humano, la falta de datos de eficacia a largo plazo en modelos animales y la homogeneidad de las cepas genéticas animales podrían contribuir a estos desafíos. Nonetheless, a substantial part of our knowledge of neuropathic pain mechanisms is derived from animal studies. Animal models of neuropathic pain use surgical lesions of the spinal cord, cranial and peripheral sensory nerves, such as ligation, constriction or transection of parts or branches of nerves 198 . These animal models exhibit hypersensitivity to external stimuli, commonly to mechanical stimuli as assessed with von Frey hairs (for measuring the tactile sensitivity), but may also include hypersensitivity to thermal stimuli (especially cold). Higher-level outcome measurements that are suggestive of reward from pain relief and reflective of the spontaneous pain experienced by patients have recently been introduced in the array of animal models of neuropathic pain 199 . Models of diabetic neuropathy have also been affected by the ill health of the animals, but this aspect is starting to be addressed in the most recent studies 38 .

Notably, basic research findings have often led to the development of specific therapeutic targets. For example, the altered function of the sodium channels within the damaged peripheral nerves provides insights into the use of topical voltage-gated sodium channel blockade (such as lidocaine 107 and carbamazepine 186 ) for neuropathic pain. Moreover, the assumption of abnormal sodium channel activity has led to the use of oxcarbazepine, which has been shown to be more effective in patients with the ‘irritable nociceptor’ phenotype 186 . Drugs such as gabapentin and pregabalin 200 (see Management) target the α2δ subunit of the voltage-dependent calcium channels that are overexpressed in patients with neuropathic pain. When given intrathecally, gabapentin inhibited hypersensitivity in animal models 201 but has failed to show positive results in humans 202 .

Ectopic activity in primary afferent fibres might have a key role in the pathophysiology of neuropathic pain following peripheral nerve injury. Patients with painful diabetic polyneuropathy and traumatic peripheral nerve injury showed a complete loss of ipsilateral spontaneous and evoked pain when treated with a peripheral nerve block (with lidocaine, which blocks voltage-gated sodium channels) 34 . Similarly, a blockade of the dorsal root ganglion by intraforaminal epidural administration of lidocaine resulted in relief of painful and non-painful sensations in patients with phantom limb pain 35 . Microneurography studies have also identified a spontaneous activity — primarily in C fibres — that is related to pain, suggesting a potential peripheral mechanism for neuropathic pain 36, 37 .

Overall, the underlying hyperexcitability in neuropathic pain results from changes in ion channel function and expression, changes in second-order nociceptive neuronal function and changes in inhibitory interneuronal function.

Ion channel alterations

Neuropathy causes alterations in ion channels (sodium, calcium and potassium) within the affected nerves, which can include all types of afferent fibres that then affect spinal and brain sensory signalling. For example, increased expression and function of sodium channels at the spinal cord terminus of the sensory nerves (mirrored by an enhanced expression of the α2δ subunit of calcium channels) lead to increased excitability, signal transduction and neurotransmitter release. Indeed, the crucial role of sodium channels is shown by loss or gain of pain in humans with inherited channelopathies 31 . At the same time, a loss of potassium channels that normally modulate neural activity is also evident. If an afferent fibre is disconnected from the periphery due to an injury or a lesion, there will be sensory loss. However, the remnants of the fibres at the injury site can generate ectopic activity (for example, neuroma C fibre afferents), and so pain from a ‘numb’ area results 38 . The remaining intact fibres are hyperexcitable, so-called irritable nociceptors 39 . As a result, the patient can experience ongoing pain, numbness and evoked pains. The altered inputs into the spinal cord coupled with increased calcium channel function (through higher expression in the nerve terminal) result in increased neurotransmitter release and enhanced excitatory synaptic transmission in the nociceptive circuit.

Second-order nociceptive neuron alterations

Enhanced excitability of spinal neurons produces increased responses to many sensory modalities, enables low-threshold mechanosensitive Aβ and Aδ afferent fibres to activate second-order nociceptive neurons (which convey sensory information to the brain) and expands their receptive fields so a given stimulus excites more second-order nociceptive neurons, generating the so-called central sensitization 40,41 . In particular, ongoing discharge of peripheral afferent fibres with concomitant release of excitatory amino acids and neuropeptides leads to postsynaptic changes in second-order nociceptive neurons, such as an excess of signalling due to phosphorylation of norte-methyl-D-aspartate (NMDA) and α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) receptors. These second-order changes plausibly explain physical allodynia and are reflected by enhanced sensory thalamic neuronal activity, as supported by data from animal 42 and human studies 43 . Hyperexcitability can also be caused by a loss of γ-aminobutyric acid (GABA)- releasing inhibitory interneurons that can also switch to exert consequently excitatory actions at spinal levels 44 . In addition, there are less well-understood functional changes in non-neuronal cells within the spinal cord, such as microglia and astrocytes, which contribute to the development of hypersensitivity 45 .

Inhibitory modulation changes

In addition to changes in pain transmission neurons, inhibitory interneurons and descending modulatory control systems are dysfunctional in patients with neuropathic pain. Interneuron dysfunction contributes to the overall altered balance between descending inhibitions and excitations specifically, neuropathy leads to a shift in excitation that now dominates. Consequently, the brain receives altered and abnormal sensory messages. Altered projections to the thalamus and cortex and parallel pathways to the limbic regions account for high pain ratings and anxiety, depression and sleep problems, which are relayed as painful messages that dominate limbic function.

Areas such as the cingulate cortex and amygdala have been implicated in the ongoing pain state and comorbidities associated with neuropathic pain 46 . Projections from these forebrain areas modulate descending controls running from the periaqueductal grey (the primary control centre for descending pain modulation) to the brainstem and then act on spinal signalling. Indeed, numerous studies have shown that the brainstem excitatory pathways are more important in the maintenance of the pain state than in its induction.

Noradrenergic inhibitions, mediated through α2-adrenergic receptors in the spinal cord, are attenuated in neuropathic pain, and enhanced serotonin signalling through the 5-HT2 and 5-HT3 serotonin receptors becomes dominant. The noradrenergic system mediates the diffuse noxious inhibitory controls (DNICs), the animal counterpart of the human conditioned pain modulation (CPM FIG. 3 ), in which one pain inhibits another through descending pathways. DNICs (and CPM) are lost or at least partially impaired in those with neuropathy. Animals that recruit noradrenergic inhibitions have markedly reduced hypersensitivity after neuropathy despite identical levels of nerve damage 47 , explaining the advantage of using medication that manipulates the monoamine system to enhance DNICs in patients by blocking descending facilitations.

The conditioned pain modulation (CPM) paradigm is used in the research setting to assess the change of perceived pain by a test stimulus under the influence of a conditioning stimulus 203 . A test stimulus can be a thermal contact stimulation (1), mechanical pressure (2), an electrical stimulus (3) — for each, either pain threshold or suprathreshold magnitude estimation can be used — or nociceptive withdrawal reflex (4). A typical conditioning stimulus consists of thermal contact stimulation (5), or immersion in a cold (6) or hot (7) water bath. Other modalities can be used as well. During a CPM assessment, a test stimulus is given first, then the conditioning stimulus is given, and the test is repeated during or immediately after the conditioning.

Pain modulation mechanisms

Some patients with neuropathic pain are moderately affected, whereas others experience debilitating pain. Moreover, patients show a large variability in response to distinct pharmacological (in terms of type and dose) and non-pharmacological treatments. A key factor in this variability might be the way that the pain message is modulated in the CNS. The pain signal can be augmented or reduced as it ascends from its entry port (the dorsal horn), relayed to the CNS and arrives at the cerebral cortex (the area crucial for consciousness). The various pathways and interference can, accordingly, modify the assumed correlation between the extent of the peripheral pathology and the extent of the pain syndrome. Most patients with neuropathic pain express a pro-nociceptive pain modulation profile — that is, pain messages are augmented in the CNS 48 . Thus, the perception of pain can be disinhibited owing to decreased descending endogenous inhibition, which is depicted by less-efficient CPM (BOX 1), facilitated through sensitization of ascending pain pathways, which is depicted by enhanced temporal summation of painful stimulations, or both. Temporal summation is augmented in neuropathic and non-neuropathic pain, but patients with neuropathic pain present with a higher slope of increase 48 . CPM has been shown to be less efficient in patients with various pain syndromes than in healthy controls 49 .

The prospect of harnessing pain modulation seems promising for a more individualized approach to pain management. Indeed, studies have shown that the pain modulation profile can predict the development and extent of chronic postoperative pain 50� . If these findings are confirmed by larger studies, we can speculate that patients who express a facilitatory pro-nociceptive profile could be treated with a drug that reduces the facilitation (such as gabapentinoids) and patients who express an inhibitory pro-nociceptive profile could be treated with a drug that enhances the inhibitory capacity (for example, serotonin-noradrenaline reuptake inhibitors) 50 . Patients who express both less-efficient CPM and enhanced temporal summation might need a combination of treatments. Indeed, the level of CPM predicts the efficacy of duloxetine (a selective serotonin-noradrenaline reuptake inhibitor) in patients CPM is restored with both duloxetine and tapentadol (a noradrenaline reuptake inhibitor). Moreover, the altered pain modulation profile of a patient can be reversed towards normality when pain is treated, as exemplified with arthroplasty surgery in patients with osteoarthritis when the diseased joint is replaced, the majority of patients will be free of pain and the central and peripheral processes normalize 34, 53, 54 .

Notably, pain modulation is highly influenced by expectancy-induced analgesia, in which changes due to the beliefs and desires of patients and providers 55 affect response to treatment for neuropathic pain. In laboratory settings, expectancy-induced analgesia influences clinical pain in irritable bowel syndrome 56� , idiopathic and neuropathic pain 59 . For example, Petersen et al. 60, 61 tested expectancy-induced analgesia in patients who developed neuropathic pain after thoracotomy. Patients received lidocaine in an open (that is, patients were told: “The agent you have just been given is known to powerfully reduce pain in some patients”) or hidden (“This is a control condition for the active medication”) manner in accordance with a previously described protocol 62 the results showed a large reduction of ongoing pain, maximum wind-up-like pain and an area of hyperalgesia in those in the open group, recapitulating previous reports 59,60 . These findings point to a clinically relevant endogenous pain inhibitory mechanism with implications for phenotyping patients with neuropathic pain in clinical trial designs and practices. Such effects should be reduced in clinical trials and intentionally enhanced in daily clinical practices as a strategy to optimize pain management.


Drug Delivery Systems

Drug delivery systems are engineered technologies for the targeted delivery and/or controlled release of therapeutic agents.

Drugs have long been used to improve health and extend lives. The practice of drug delivery has changed dramatically in the past few decades and even greater changes are anticipated in the near future. Biomedical engineers have contributed substantially to our understanding of the physiological barriers to efficient drug delivery, such as transport in the circulatory system and drug movement through cells and tissues they have also contributed to the development several new modes of drug delivery that have entered clinical practice.

Yet, with all of this progress, many drugs, even those discovered using the most advanced molecular biology strategies, have unacceptable side effects due to the drug interacting with healthy tissues that are not the target of the drug. Side effects limit our ability to design optimal medications for many diseases such as cancer, neurodegenerative diseases, and infectious diseases.

Drug delivery systems control the rate at which a drug is released and the location in the body where it is released. Some systems can control both.

Clinicians historically have attempted to direct their interventions to areas of the body at risk or affected by a disease. Depending on the medication, the way it is delivered, and how our bodies respond, side effects sometimes occur. These side effects can vary greatly from person to person in type and severity. For example, an oral drug for seasonal allergies may cause unwanted drowsiness or an upset stomach.

Administering drugs locally rather than systemically (affecting the whole body) is a common way to decrease side effects and drug toxicity while maximizing a treatment’s impact. A topical (used on the skin) antibacterial ointment for a localized infection or a cortisone injection of a painful joint can avoid some of the systemic side effects of these medications. There are other ways to achieve targeted drug delivery, but some medications can only be given systemically.

Current research on drug delivery systems can be described in four broad categories: routes of delivery, delivery vehicles, cargo, and targeting strategies.

Routes of Delivery

Medications can be taken in a variety of ways—by swallowing, by inhalation, by absorption through the skin, or by intravenous injection. Each method has advantages and disadvantages, and not all methods can be used for every medication. Improving current delivery methods or designing new ones can enhance the use of existing medications.

Dime-sized patch of dissolvable microneedles for self-administration of influenza vaccine. Credit: Georgia Tech.

Microneedle arrays are one example of a new method to deliver medications through the skin. In these arrays, dozens of microscopic needles, each far thinner than a strand of hair, can be fabricated to contain a medicine. The needles are so small that, although they penetrate the skin, they don’t reach nerves in the skin, thus delivering medications painlessly.

NIBIB-funded scientists are developing such a patch with an array of dissolvable microneedles for vaccine delivery. These patches are easy to use and do not require refrigeration or special disposal methods, so they could be used by patients themselves at home. This technology could be especially helpful in low-resource communities that may not have many health care providers or adequate storage facilities for traditional, refrigerated medicines.

Delivery Vehicles

Biotechnology advances are leading to improved medications that can target diseases more effectively and precisely. Researchers have begun to reformulate drugs so they may be more safely used in specific conditions. The more targeted a drug is, the lower its chance of triggering drug resistance, a cautionary concern surrounding the use of broad-spectrum antibiotics.

Nanotechnology is opening up new avenues for drug delivery vehicles. NIBIB-funded researchers have reported promising results in developing a treatment for glioblastoma, a devastating brain cancer. In rat models of the disease, they have shown that tumors can be penetrated and shrunken when injected with nanoparticles. The nanoparticles target the tumor by delivering an altered gene, or suicide gene, that is programmed for cell death. The nanoparticle method replaces a type of gene therapy using viruses, which can have unpredictable outcomes.

Other NIBIB-funded researchers are developing a system of drug delivery using a type of bacteria that has a two-part navigation system—magnetic and oxygen sensing. They have tested the delivery system in mice, achieving a remarkable success delivering drugs to tumors. The bacteria seek out oxygen-poor zones, which are a feature of tumors. Using a computer-programmed magnetic field to direct the bacteria to tumors, the researchers found that the bacteria were drawn deep into the oxygen starved tumors, away from healthy cells. This process could open the door for directing drug-laden bacteria to tumors deep in the body.

Perhaps the most obvious route to improving disease treatment would be to focus on the medications themselves. In addition to drugs and novel vaccines, researchers are also exploring the use of genes, proteins, and stem cells as treatments.

Polychromatic scanning electron microscopy of 3D vaccine consisting of microsized, porous silica rods. Source: James C. Weaver, Wyss Institute

NIBIB-funded researchers are pursuing ways to improve the immune response against cancer and infection using nanovaccines that have unique structures and incorporate inorganic materials. In one study, they injected mice with a vaccine formulated with silica rods that assemble like a stack of match sticks. The scaffold of rods is capable of recruiting, housing, and manipulating immune cells to generate a powerful immune response. Researchers found that the nanovaccine could delay tumor growth in mice with lymphoma, a cancer affecting the infection-fighting cells of the immune system.

In another study, researchers prolonged survival for mice with melanoma by treating them with a nanovaccine that combines a bacterial DNA—programmed to trigger an immune response—and a nano-sized inorganic substance that helps the nanovaccine remain longer in the tumor environment. An injection of the nanovaccine forms complexes that resemble flower blossoms and are retained long enough in a tumor to be taken up by immune cells. There, they instruct the immune cells to recognize cancer cells as foreign and attack them.

Targeting Strategies

Working backwards is sometimes an effective way to solve a problem. In drug delivery research, this means starting with a delivery method. The target may be whole organs (heart, lung, brain), tissue types (muscle, nerve), disease-specific structures (tumor cells), or structures inside of cells.

To obtain large quantities of plant-derived viral nanoparticles for research, scientists grow viruses in laboratory greenhouses. Leaves of black-eyed pea plants (a) are infected with the cowpea mosaic virus (b, computer-generated 3D model of the virus structure), which quickly starts multiplying and spreading throughout the plants, and in 7–10 days the leaves start showing signs of infection (c). Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Protocols, 5(8):1406-17, copyright 2010.

Using this reverse-engineering approach, NIBIB-funded researchers developed a plant virus nanoparticle that can target and attach itself to prostate cancer cells. When labeled with fluorescent dyes, the viral nanoparticles can show researchers whether cancer cells have spread into bone at earlier stages of the disease than with traditional bone scans.

Made from modified viruses, viral nanoparticles take advantage of the natural ways that viruses have developed to slip past immune defenses and enter cells. This means they do not need to be modified as much as other types of nanoparticles to behave in desired ways, and their actions within the human body are well understood. Plant-based viral nanoparticles are also biodegradable, harmless to humans, easy to use, and cheap to produce.

Further research aims to develop viral nanoparticles that can deliver chemotherapy drugs directly to tumors. Such an advance would reduce the severe side effects usually associated with cancer treatment.

As scientists study how diseases develop and progress, they are also learning more about the different ways our bodies respond to illness and the influence of specific environmental or genetic cues. Coupled with advances in technology, this increased understanding suggests new approaches for drug delivery research. Key areas for future research include:

Crossing the Blood-Brain Barrier (BBB) in Brain Diseases and Disorders

When working properly, the various cells that comprise the BBB constantly regulate the transfer of essential substances between the bloodstream and the central nervous system as well as recognize and block entry of substances that may harm the brain. Delivering drugs into the brain is critical to the successful treatment of certain diseases such as brain tumors, Alzheimer’s disease, and Parkinson’s disease, but better methods are needed to cross or bypass the BBB. One method currently under study uses advanced ultrasound techniques that disrupt the BBB briefly and safely so medications can target brain tumors directly, with no surgery required.

Enhancing Targeted Intracellular Delivery

Just as the immune system defends the body against disease, each cell also has internal processes to recognize and get rid of potentially harmful substances and foreign objects. These foreign agents may include drugs enclosed in targeted delivery vehicles. So as researchers work to develop reliable methods of delivering treatments to targeted cells, further engineering is still needed to ensure the treatments reach the correct structures inside cells. Ideally, future health care will incorporate smart delivery systems that can bypass cellular defenses, transport drugs to targeted intracellular sites, and release the drugs in response to specific molecular signals.

Combining Diagnosis and Treatment

The full potential of drug delivery systems extends beyond treatment. By using advanced imaging technologies with targeted delivery, doctors may someday be able to diagnose and treat diseases in one step, a new strategy called theranostics.


Optical Coherence Tomography

Optical Coherence Tomography (OCT) is an imaging technique which utilizes the concepts of interferometry as described by Albert Abraham Michelson. The device he designed, later known as an interferometer, sent a single source of white light through a half-silvered mirror that was used to split it into two beams travelling at right angles to one another. After leaving the splitter, the beams travelled out to the ends of long arms where they were reflected back into the middle on small mirrors. They then recombined on the far side of the splitter in an eyepiece, producing a pattern of constructive and destructive interference based on the spent time to transit the arms.Most of Michelson’s work was concerning the measurement of the speed of light. Ζ]

The use of Optical Coherence in biological systems was described by Huang et al in 1991 Η] . Since that time, instrumentation has been developed by multiple companies to utilize this technique for measurement of ophthalmic structures.

A major event in the evolution of OCT was the use of light wavelengths instead of time delay to determine the spatial location of reflected light. Through the use of Fourier transformation, this took the technology from the original method of time-domain OCT (TD-OCT) to the development of spectral-domain OCT (SD-OCT). The original OCT method, known as TD-OCT, encoded the location of each reflection in the time information relating the position of a moving reference mirror to the location of the reflection. SD-OCT, instead, acquires all information in a single axial scan through the tissue simultaneously by evaluating the frequency spectrum of the interference between the reflected light and a stationary reference mirror. This method enables much faster acquisition times, resulting in a large increase in the amount of data that can be obtained during a given scan duration using SD-OCT. A comprehensive review of SD OCT by Joel Schuman is available. ⎖]

OCT imaging of the RNFL, ONH, and macula has been employed as a tool to aid in the diagnosis of glaucoma. A series of devices have been manufactured to analyze each of these components. Studies have demonstrated the high analytical and diagnostic performance of OCT imaging of the RNFL, ONH, and macula for the recognition of glaucomatous and non-glaucomatous eyes. ⎗]

General Concepts of OCT Analysis for Glaucoma ⎗]

  • Circular scans are centered around the ONH in order to capture RNFL and ONH measurements.
  • Based on the amount of light reflected between the outer edge of the RNFL and the internal limiting membrane (ILM), the thickness of the RNFL is captured on OCT.
  • With regard to the Cirrus 5000 and Spectralis devices, the thickness of the neuroretinal rim is analyzed based on the minimum rim width (MRW), which is the distance from the ILM to the Bruch membrane opening (BMO). With regard to the 3D OCT-2000, the distance between the retinal pigment epithelium and the ILM is measured.
  • Macular evaluation on OCT involves analysis of the ganglion cell - internal plexiform layer (GC-IPL) thickness, as well as analysis of the ganglion cell complex (GCC) that encompasses the RNFL, GC, and IPL.
  • Analysis of the macula occurs within a rectangular area that is either centered on or near the fovea.
  • Thickness measurements are often shown in a TSNIT (temporal, superior, nasal, inferior, temporal) orientation and are compared to age-matched controls. 
  • Age-matched control analysis generally utilizes the following criteria: the Green area is the 5th-95th percentile by age, the Yellow Area is 1st-5th percentile, and the Red Area is below the 1st percentile.

( Carl Zeiss Meditec, Inc., Dublin, CA)

o   Horizontal, vertical, and circular tomograms

o   RNFL deviation map (for areas outside the parapapillary circle)

o   Table of measurements: RNFL thickness and RNFL symmetry*

o   Table of measurements: optic nerve rim area, disc area, average and vertical C:D, and cup volume

o   Neuro-retinal rim thickness plots*

Dimensions of analysis area—centered on fovea: 2 mm x 2.4 mm

o   Sectoral plot and GC-IPL thickness table*

(Heidelberg Engineering, Inc., Franklin, MA)

o   Asymmetry plot with quadrant & sectoral maps

o   MRW analysis of 9 cross-sectional images

Dimensions of analysis area—centered on fovea: 10 x 10 mm

o   Asymmetry maps and plots for retinal thickness*

o   Table of measurements: RNFL thickness*

o   Table of measurements: C:D (area, vertical, horizontal), disc area, rim area, and cup volume*

Dimensions of analysis area—1 mm temporal to fovea: 7 x 7 mm

o   Table of measurements: ganglion cell complex thickness*

o   Whole, superior/inferior, TSNIT, and clock-hour maps

o   Table of measurements: C:D (horizontal, vertical), R:D (minimum, angle), disc area, and cup area

Dimensions of analysis area—centered on fovea: 9 x 9 mm

o   Thickness maps (RNFL, GCL, and IPL combined)

o   Color and red-free fundus photos

o   TSNIT, clock-hour, and 36-sector maps*

o   Table of measurements: RNFL thickness (total, superior, inferior)

o   Table of measurements: rim area, disc area, C:D (linear and vertical), and cup volume

Dimensions of analysis area—centered on fovea: 7 x 7 mm

o   Table of measurements: GCC thickness*

This printout reveals blunting of "double hump" appearance of RNFL in the left eye and RNFL thinning superiorly in the right eye.


Rationale behind different classification of nerve fibres - Biology

The brain and the spinal cord make up what is called the central nervous system. The rest of the nerves together are called the peripheral nervous system.

Nerves - Peripheral Nervous System

Nerves are sort of like wires that carry communication signals or impulses around the body. Inside each nerve is a bundle of nerve fibers. Some nerves are really long, like the ones that go all the way from your feet to your spinal cord. Nerve cells are called neurons.

  • Motor nerves - Motor nerves allow the brain to control our muscles. The brain sends signals over the motor nerves to tell our muscles to expand or contract so we can move.
  • Sensory nerves - The second type of nerves are called sensory nerves. These nerves carry signals to the brain to tell it about what is going on in the outside world. They come from our skin (touch), eyes (sight), tongue (taste), nose (smell), and ears (hear).

  • Autonomic nervous system - This set of nerves works automatically. We don't have to think about them, the brain does it all for us. It would take a lot of concentration if we had to constantly tell our heart to beat or our digestive system to release certain enzymes. I'm sure I'd forget and would be dead in no time! Fortunately, the autonomic nervous system takes care of this for us.
  • Somatic nervous system - These are the nerves that we actively control, like jumping with our legs or moving our arms.

Each nerve is made up of many cells called neurons. To learn more about neurons, let's take the motor neuron for example. Each motor neuron has three important parts: the cell body, dendrites, and the axon. Dendrites are branches off the main cell body. They talk to dendrites from the cell next to them over something called a synapse. Axons connect to the muscles and tell them what to do.

Our bodies are super smart. Sometimes we need to move so fast that our brains don't have time to think. So our body just bypasses the brain. This happens when we touch something hot. Our hand actually moves before the brain tells it to. The brain eventually finds out what is going on, but our body has done the smart thing and moved first. Your doctor will test out your reflex by hitting your knee in a certain place to see if your leg will move without you thinking about it.


Types of Fiber and Their Health Benefits

There are several types of fiber. Each works differently in your body and gives you distinct health perks. You may be familiar with the terms "soluble fiber" and "insoluble fiber," but within each of those labels are many different kinds of the nutrient.

All types of soluble fibers slow digestion, so it takes longer for your body to absorb sugar (glucose) from the foods you eat. This helps prevent quick spikes in your blood sugar levels -- an important part of managing diabetes. Soluble fibers also bind with fatty acids, flushing them out of the body and helping to lower LDL (bad) cholesterol.

Insoluble fibers help hydrate and move waste through your intestines. That's one thing it does that helps prevent constipation and keeps you regular.

Most of us get both types of fiber from foods and supplements. You can get the nutrient from fruits, vegetables, nuts, beans, and grains. “Functional” fiber is extracted from its natural sources, and then added to supplements or fortified foods and drinks to boost their fiber content.

Most nutritionists say to get fiber from whole foods because they're healthy in other ways, too. But if you don’t get enough from your diet, fiber supplements can help fill in the gap. And evidence shows that most of us aren’t getting enough. The average person only gets about half of the fiber needed daily. Women 50 and younger should try to get 25 grams a day, and men should shoot for 38 grams.

Aim to eat a wide variety of different types of fiber. This chart shows the most common types of dietary and functional types and explains where they come from and how they can keep you healthy.

Types of Fiber Soluble or Insoluble Fuentes Beneficios de la salud
Cellulose, some hemicellulose Insoluble Naturally found in nuts, whole wheat, whole grains, bran, seeds, edible brown rice, skins of produce. "Nature's laxative": Reduces constipation, lowers risk of diverticulitis, can help with weight loss.
Inulin oligofructose Soluble Extracted from onions and byproducts of sugar production from beets or chicory root. Added to processed foods to boost fiber. May increase "good" bacteria in the gut and enhance immune function.
Lignin Insoluble Found naturally in flax, rye, some vegetables. Good for heart health and possibly immune function. Use caution if you have celiac disease or are gluten intolerant.
Mucilage, beta-glucans Soluble Naturally found in oats, oat bran, beans, peas, barley, flaxseed, berries, soybeans, bananas, oranges, apples, carrots. Helps lower bad LDL cholesterol, reduces risk of coronary heart disease and type 2 diabetes. Use caution if you have celiac disease or are gluten intolerant.
Pectin and gums Soluble (some pectins can be insoluble) Naturally found in fruits, berries, and seeds. Also extracted from citrus peel and other plants boost fiber in processed foods. Slows the passage of food through the intestinal GI tract, helps lower blood cholesterol.
Polydextrose polyols Soluble Added to processed foods as a bulking agent and sugar substitute. Made from dextrose, sorbitol, and citric acid. Adds bulk to stools, helps prevent constipation. May cause bloating or gas.
Psyllium Soluble Extracted from rushed seeds or husks of plantago ovata plant. Used in supplements, fiber drinks, and added to foods. Helps lower cholesterol and prevent constipation.
Almidón resistente Soluble Starch in plant cell walls naturally found in unripened bananas, oatmeal, and legumes. Also extracted and added to processed foods to boost fiber. May help manage weight by increasing fullness helps control blood sugars. It increases insulin sensitivity and may reduce the risk of diabetes.
Wheat dextrin Soluble Extracted from wheat starch, and widely used to add fiber in processed foods. Helps lower cholesterol (LDL and total cholesterol),and may lower blood sugar and reduce risk for heart disease more research is needed. Avoid if you have celiac disease or are gluten intolerant.

Fuentes

"Dietary Guidelines for Americans, 2010," U.S. Health and Human Services.

Slavin, J. Journal of the American Dietetic Association, 2008.

Slavin, J. Journal of International Medical Research, January 2009.

Higbee, J. Nutrition and Metabolism, 2004.

WebMD Feature: “Fiber Today’s ‘It’ Ingredient.”

USFDA: “Nutrition Labeling Guidelines.”

Instituto de Medicina. Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids, National Academies Press, 2005.


PERIPHERAL NERVOUS SYSTEM ( PNS )

Somatic nervous system

It consists of Cranial and Spinal nerves.

Cranial nerves :Those nerves which arise from the brain are called cranial nerves. There are 12 pairs of cranial nerves.

The cranial nerves olfactory nerves may be sensory, example (nose), optic nerves (eye) and auditory nerves (ear), motor, example - occulomotor nerves (going to eye muscles) and mixed in nature, example - facial nerves (going to and coming from face).

Spinal nerves : Spinal nerves arise from the spinal cord and these are 31 pairs in man. These are classified into the following five groups :

  1. Cervical spinal nerves in the neck - 8 pairs
  2. Thoracic spinal nerves in thorax - 12 pairs
  3. Lumbar spinal ne -5 pairs rves in abdomen
  4. Sacral spinal nerves in hip region 5 pairs
  5. Coccygeal spinal nerves in tail region -1 pair

Autonomic nervous system (ANS)

That part of the nervous system which controls all the involuntary activities of various body parts is called autonomic nervous system. It is divided in two parts :


Ver el vídeo: Las fibras nerviosas y los nervios (Mayo 2022).