Điện sinh lý là gì? Các công bố khoa học về Điện sinh lý

Tóm tắt —Nguồn lực Nghiên cứu Đối với Tín hiệu Sinh lý Phức tạp mới ra mắt, được tạo ra dưới sự bảo trợ của Trung tâm Nguồn lực Nghiên cứu Quốc gia của Viện Y tế Quốc gia, nhằm kích thích các nghiên cứu hiện tại và khám phá mới trong nghiên cứu các tín hiệu tim mạch và các tín hiệu sinh y học phức tạp khác. Nguồn lực này có 3 thành phần phụ thuộc lẫn nhau. Ngân hàng Sinh lý (PhysioBank) là một kho lưu trữ lớn và đang phát triển nhanh các bản ghi kỹ thuật số được xác định rõ về tín hiệu sinh lý và dữ liệu liên quan để sử dụng bởi cộng đồng nghiên cứu sinh y học. Hiện tại, nó bao gồm các cơ sở dữ liệu về tín hiệu sinh y học đa thông số từ hệ tim-phổi, thần kinh và các cơ sở dữ liệu khác từ những người khỏe mạnh cũng như từ các bệnh nhân mắc nhiều tình trạng khác nhau có ý nghĩa lớn đối với sức khỏe cộng đồng, bao gồm loạn nhịp nguy hiểm đến tính mạng, suy tim sung huyết, ngưng thở khi ngủ, rối loạn thần kinh và lão hóa. Bộ công cụ Sinh lý (PhysioToolkit) là một thư viện phần mềm nguồn mở cho xử lý và phân tích tín hiệu sinh lý, phát hiện các sự kiện có ý nghĩa sinh lý sử dụng cả kỹ thuật cổ điển và phương pháp mới dựa trên vật lý thống kê và động lực phi tuyến, hiển thị và mô tả tín hiệu tương tác, tạo cơ sở dữ liệu mới, mô phỏng các tín hiệu sinh lý và tín hiệu khác, đánh giá định lượng và so sánh các phương pháp phân tích, và phân tích các quá trình không ổn định. Mạng Sinh lý (PhysioNet) là diễn đàn trực tuyến để phổ biến và trao đổi các tín hiệu sinh y học đã ghi và phần mềm nguồn mở để phân tích chúng. Nó cung cấp các cơ sở cho việc phân tích hợp tác dữ liệu và đánh giá các thuật toán mới được đề xuất. Ngoài việc cung cấp quyền truy cập điện tử miễn phí vào dữ liệu của PhysioBank và phần mềm của PhysioToolkit thông qua Mạng Lưới Toàn Cầu (http://www.physionet.org), PhysioNet cung cấp các dịch vụ và đào tạo thông qua các hướng dẫn trực tuyến để hỗ trợ người dùng với các mức độ chuyên môn khác nhau.

Chúng tôi mô tả một phương pháp phân tử mới để phân tích đa dạng di truyền của các quần thể vi sinh vật phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên việc tách biệt các đoạn gene mã hóa cho 16S rRNA, có cùng chiều dài, được khuếch đại bằng phản ứng chuỗi polymerase (PCR) thông qua điện di gel gradient biến tính (DGGE). Phân tích DGGE của các cộng đồng vi sinh vật khác nhau cho thấy sự hiện diện của tối đa 10 băng phân biệt trong mẫu tách, nhiều khả năng đến từ nhiều loài khác nhau cấu thành các quần thể này, và do đó tạo ra một hồ sơ DGGE của các quần thể đó. Chúng tôi đã chỉ ra rằng có thể xác định các thành phần chỉ chiếm 1% tổng số quần thể. Với một probe oligonucleotide đặc hiệu cho vùng V3 của 16S rRNA của vi khuẩn khử sulfate, một số đoạn DNA cụ thể từ một số quần thể vi sinh vật có thể được xác định thông qua phân tích lai ghép. Phân tích DNA gen của một màng sinh học vi khuẩn phát triển dưới điều kiện hiếu khí cho thấy rằng vi khuẩn khử sulfate, bất chấp tính kỵ khí của chúng, vẫn hiện diện trong môi trường này. Các kết quả mà chúng tôi thu được chứng tỏ rằng kỹ thuật này sẽ góp phần vào việc hiểu biết về đa dạng di truyền của các quần thể vi sinh vật chưa được mô tả.

Các tiềm năng liên quan đến sự kiện (ERPs) gắn liền với việc nhận diện khuôn mặt đã được ghi lại bằng cách sử dụng điện cực trên da đầu từ các tình nguyện viên bình thường. Các đối tượng thực hiện một nhiệm vụ phát hiện mục tiêu thị giác, trong đó họ tính toán số lần xuất hiện của các kích thích hình ảnh thuộc một danh mục nhất định như bướm. Trong các thí nghiệm riêng biệt, các kích thích mục tiêu được chèn vào giữa một loạt các kích thích khác bao gồm khuôn mặt người không quen thuộc và các thành phần khuôn mặt tách rời, khuôn mặt đảo ngược, khuôn mặt biến dạng, khuôn mặt động vật và các kích thích không phải khuôn mặt khác. Khuôn mặt người đã gây ra một tiềm năng âm ở 172 msec (N170), mà không thấy xuất hiện trong các ERPs được sinh ra bởi các kích thích không phải khuôn mặt sống và vô tri khác. N170 lớn nhất tập trung ở vùng da đầu thái dương sau và lớn hơn ở bán cầu phải so với bán cầu trái. N170 bị trì hoãn khi khuôn mặt được trình bày ngược chiều, nhưng độ lớn của nó không thay đổi. Khi được trình bày riêng lẻ, mắt tạo ra một N170 lớn hơn đáng kể so với N170 của toàn bộ khuôn mặt, trong khi mũi và môi tạo ra các ERPs âm nhỏ xảy ra khoảng 50 msec sau N170. Những khuôn mặt người bị biến dạng, trong đó vị trí các thành phần bên trong của khuôn mặt bị thay đổi, đã tạo ra một N170 tương đương về độ lớn với N170 được sinh ra bởi các khuôn mặt bình thường. Tuy nhiên, các khuôn mặt động vật, tay người, ô tô và đồ nội thất không tạo ra N170. N170 có thể phản ánh hoạt động của một cơ chế thần kinh được điều chỉnh để phát hiện (khác với xác định) các khuôn mặt người, tương tự như "bộ mã hóa cấu trúc" được đề xuất bởi Bruce và Young (1986). Một chức năng tương tự đã được đề xuất cho N200 ERP chọn lọc khuôn mặt ghi lại từ những nếp gấp fusiform giữa và hạ trước thái dương bằng cách sử dụng điện cực dưới màng não ở người (Allison, McCarthy, Nobre, Puce, & Belger, 1994c). Tuy nhiên, độ nhạy khác biệt của N170 đối với mắt khi riêng lẻ cho thấy rằng N170 có thể phản ánh sự kích hoạt của một vùng vỏ nhạy cảm với mắt. Phân bố điện áp của N170 trên da đầu tương thích với một nguồn phát thần kinh nằm ở rãnh chẩm-thái dương bên cạnh vùng fusiform/thái dương dưới, nơi tạo ra N200.

Việc định lượng các quá trình sinh học hoặc sinh hóa là vô cùng quan trọng cho các ứng dụng y sinh, sinh học và công nghệ sinh học. Tuy nhiên, việc chuyển đổi thông tin sinh học thành tín hiệu điện tử dễ xử lý là một thách thức do sự phức tạp trong việc kết nối thiết bị điện tử trực tiếp với môi trường sinh học. Các cảm biến điện hóa sinh học cung cấp một phương tiện hấp dẫn để phân tích nội dung của mẫu sinh học nhờ vào việc chuyển đổi trực tiếp một sự kiện sinh học thành tín hiệu điện tử. Trong vài thập kỷ qua, nhiều khái niệm cảm biến và các thiết bị liên quan đã được phát triển. Trong bài đánh giá này, các kỹ thuật truyền thống phổ biến nhất, chẳng hạn như voltammetry tuần hoàn, chronoamperometry, chronopotentiometry, quang phổ trở kháng, và các phương pháp dựa trên transistor hiệu ứng trường khác được trình bày bên cạnh những cách tiếp cận mới hứa hẹn, chẳng hạn như cảm biến dựa trên nanowires hoặc hạt nano từ. Các kỹ thuật đo lường bổ sung, đã được chứng minh là hữu ích khi kết hợp với phát hiện điện hóa, cũng được tóm tắt, chẳng hạn như các phiên bản điện hóa của cộng hưởng plasmon bề mặt, quang phổ ánh sáng chế độ sóng quang học, ellipsometry, cân vi tinh thể thạch anh, và kính hiển vi quét. Quá trình truyền tín hiệu và hiệu suất chung của các cảm biến điện hóa thường được xác định bởi cấu trúc bề mặt kết nối phần tử cảm biến với mẫu sinh học ở quy mô nanomet. Các kỹ thuật sửa đổi bề mặt phổ biến nhất, các cơ chế chuyển đổi điện hóa khác nhau và sự lựa chọn của các phân tử thụ thể nhận diện đều ảnh hưởng đến độ nhạy cuối cùng của cảm biến. Các phương pháp mới dựa trên công nghệ nano, chẳng hạn như việc sử dụng các kênh ion đã được thiết kế trong lớp màng lipid, sự bao bọc các enzyme vào các túi, polymersomes, hoặc các viên nang polyme điện giải, cung cấp thêm khả năng khuếch đại tín hiệu. Đặc biệt, bài đánh giá này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát chính xác sự tương tác tinh tế giữa các kiến trúc nano bề mặt, chức năng hóa bề mặt và nguyên lý chuyển đổi cảm biến đã chọn, cũng như tính hữu ích của các công cụ đặc trưng bổ sung để giải thích và tối ưu hóa phản ứng của cảm biến.

Sự kết nối của oxy với các ion hem trong hemoglobin thúc đẩy sự gắn kết của nitric oxide (NO) vào cysteineβ93, hình thành S-nitrosohemoglobin. Quá trình loại bỏ oxy đi kèm với một sự chuyển đổi dị hợp trong S-nitrosohemoglobin [từ cấu trúc R (oxy hóa) sang T (giảm oxy)] giải phóng nhóm NO. S-nitrosohemoglobin khiến các mạch máu co thắt và giảm tưới máu não trong cấu trúc R và làm giãn mạch để cải thiện lưu lượng máu trong cấu trúc T. Bằng cách cảm nhận gradient oxy sinh lý trong các mô, hemoglobin khai thác những thay đổi liên quan đến cấu trúc trong vị trí của cysteineβ93 SNO để điều chỉnh lưu lượng máu địa phương phù hợp với nhu cầu oxy.

Khái niệm mới nổi về psychobiotic—các vi sinh vật sống có lợi ích tiềm năng cho sức khỏe tâm thần—đại diện cho một phương pháp tiếp cận mới trong việc quản lý các tình trạng liên quan đến căng thẳng. Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào các mô hình động vật. Gần đây, các nghiên cứu tiền lâm sàng đã xác định chủng B. longum 1714 là một psychobiotic khả thi có ảnh hưởng đến hành vi, sinh lý và hiệu suất nhận thức liên quan đến căng thẳng. Liệu những tác động tiền lâm sàng này có thể chuyển giao sang những tình nguyện viên khỏe mạnh hay không vẫn còn chưa biết. Chúng tôi đã kiểm tra xem việc tiêu thụ psychobiotic có thể ảnh hưởng đến phản ứng căng thẳng, nhận thức và các mô hình hoạt động não hay không. Trong một thiết kế nội bộ, các tình nguyện viên khỏe mạnh (N=22) đã hoàn thành các đánh giá về nhận thức, điện não đồ khi nghỉ ngơi và được tiếp xúc với bài kiểm tra nước lạnh bị đánh giá xã hội ở mức cơ sở, sau khi dùng giả dược và sau khi tiêu thụ psychobiotic. Sự tăng lên trong việc tiết cortisol và lo âu chủ quan trong phản ứng với bài kiểm tra nước lạnh bị đánh giá xã hội đã giảm. Hơn nữa, mức độ căng thẳng hàng ngày cũng giảm do việc tiêu thụ psychobiotic. Chúng tôi cũng quan sát thấy những cải thiện tinh tế trong hiệu suất trí nhớ hình ảnh không gian phụ thuộc vào hồi hải mã, cũng như sự tăng cường tính di động điện não đồ ở vị trí trán giữa sau khi tiêu thụ psychobiotic. Những lợi ích tinh tế nhưng rõ ràng này phù hợp với tác động được dự đoán từ các nền tảng sàng lọc tiền lâm sàng. Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng việc tiêu thụ B. longum 1714 có liên quan đến việc giảm căng thẳng và cải thiện trí nhớ. Các nghiên cứu tiếp theo là cần thiết để đánh giá những lợi ích của psychobiotic khả thi này trong các tình trạng liên quan đến căng thẳng và khám phá các cơ chế làm nền tảng cho những hiệu ứng như vậy.

Phân loại mới về Tachycardia tâm nhĩ. Tachycardia tâm nhĩ định kỳ thường được phân loại thành flutter hoặc tachycardia, tùy thuộc vào tốc độ và sự hiện diện của đường cơ bản ổn định trên điện tâm đồ (ECG). Tuy nhiên, sự hiểu biết hiện tại về điện sinh lý của tachycardia tâm nhĩ làm cho phân loại này trở nên lỗi thời, vì nó không tương quan với các cơ chế. Phân loại được đề xuất dựa trên các cơ chế điện sinh lý, được định nghĩa bằng cách lập bản đồ và sự tham gia. Phá hủy bằng sóng cao tần một tâm điểm hoặc eo hẹp quan trọng có thể chứng minh. Tachycardias tâm nhĩ khu trú được đặc trưng bởi sự lan tỏa hoạt hóa theo hướng bán kính và hoạt hóa nội tâm mạch không bao phủ toàn bộ chu kỳ. Việc phá hủy điểm xuất phát làm ngắt quãng tachycardia. Cơ chế của sự phóng điện khu trú rất khó xác định bằng các phương pháp lâm sàng. Tachycardias tái nhập macro được đặc trưng bởi các mẫu hoạt hóa tròn bao phủ toàn bộ chu kỳ. Sự hợp nhất có thể được thể hiện trong quá trình tham gia trên ECG hoặc bởi nhiều ghi chép nội tâm mạch. Phá hủy một eo hẹp quan trọng làm ngắt quãng tachycardia. Macroreentry có thể xảy ra xung quanh các cấu trúc bình thường (gờ tận cùng, gờ eustachian) hoặc xung quanh các tổn thương tâm nhĩ. Cơ sở giải phẫu của các tachycardias này cần được xác định, để hướng dẫn điều trị thích hợp. Atrial flutter chỉ là một mô tả về sóng không ngừng trên ECG, và chỉ một số mẫu flutter điển hình được xác định rõ ràng tương quan với macroreentry tâm nhĩ bên phải bị giới hạn bởi van ba lá, gờ tận cùng, và lỗ tĩnh mạch chủ. Phân loại này nên được coi là mở, vì một số tachycardias được mô tả theo cách cổ điển, chẳng hạn như tachycardia xoắn nhĩ tái nhập, tachycardia xoắn nhĩ không thích hợp, và flutter tâm nhĩ loại II, không thể được phân loại chính xác. Hơn nữa, khả năng dẫn truyền rung nhĩ khiến cho các giới hạn với rung nhĩ tâm nhĩ vẫn chưa rõ ràng.

1. Nhân dưới đồi hạ đồi (PVN) là một vị trí tích hợp quan trọng trong não, bao gồm các nơron lớn (magnocellular) và nhỏ (parvocellular). Nó được biết đến với khả năng ảnh hưởng đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm.

2. Nhân PVN nhỏ chứa các nơron phát triển đến cột tế bào bên trung gian của tủy sống ngực-lưng (IML). Điều này xác định PVN như một 'nhân tiền vận động' tự động, là một trong năm nhân duy nhất có trong não.

3. Một dự án khác từ PVN là một chi phối rõ ràng đến vùng gây tăng huyết áp của tủy sống phía tráng (RVLM), cũng là một nhân tiền vận động. Phân bố của các nơron PVN chi phối đến RVLM tương tự như của các nơron PVN chi phối đến IML.

4. Đã được phát hiện rằng lên đến 30% các nơron chiếu đến tủy sống trong PVN cũng gửi nhánh đến RVLM. Do đó, có những nơron trong PVN có thể: (i) ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm (thông qua kết nối PVN–IML); (ii) ảnh hưởng gián tiếp đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm (thông qua kết nối PVN–RVLM); và (iii) ảnh hưởng cả trực tiếp và gián tiếp đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm (thông qua các nơron có nhánh đến IML và RVLM).

5. Trong nghiên cứu trên chuột, kết quả từ các nghiên cứu sử dụng protein Fos để xác định các nơron hoạt động trong não cho thấy rằng các nơron trong PVN có các phát triển đến IML hoặc RVLM có thể được kích hoạt bởi sự giảm thể tích máu.

6. Kết luận, PVN có thể ảnh hưởng đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm. Trong PVN có các nơron với các kết nối giải phẫu cho phép chúng ảnh hưởng đến hoạt động của dây thần kinh giao cảm một cách trực tiếp, gián tiếp hoặc qua cả hai cơ chế (thông qua các nhánh). Các nghiên cứu đã xem xét vai trò của các nhóm nhỏ cụ thể trong PVN gợi ý rằng các nơron PVN có kết nối với IML hoặc với RVLM có thể có vai trò trong các thay đổi phản xạ trong hoạt động của dây thần kinh giao cảm liên quan đến việc điều hòa thể tích máu.

Chiến lược gốm sứ từ polymer (PDC) cho thấy nhiều lợi thế trong việc chế tạo gốm sứ tiên tiến. Các polymer gốc organosilicon hỗ trợ quá trình định hình và các loại gốm sứ gốc silicon khác nhau với các thành phần có thể điều chỉnh có thể được chế tạo bằng cách sửa đổi polymer gốc organosilicon hoặc thêm phụ gia. Đáng chú ý, gốm silicat cũng có thể được chế tạo từ polymer gốc organosilicon bằng cách giới thiệu các phụ gia hoạt động, có thể phản ứng với silica được tạo ra trong quá trình nhiệt phân. Gốm sứ gốc polymer organosilicon thể hiện nhiều tính chất độc đáo, đã thu hút sự chú ý trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Bài tổng quan này tóm tắt các polymer gốc organosilicon điển hình và quy trình chế biến polymer gốc organosilicon để chế tạo gốm sứ gốc silicon, đặc biệt nhấn mạnh công nghệ in 3D (3D) cho quá trình định hình gốm sứ gốc polymer organosilicon, mở ra khả năng chế tạo gốm gốc silicon với cấu trúc phức tạp. Quan trọng hơn, các nghiên cứu gần đây về việc chế tạo các gốm sứ không oxit và silicat điển hình từ polymer gốc organosilicon và các ứng dụng sinh y học của chúng cũng sẽ được làm nổi bật.

Bài báo này tổng hợp tài liệu liên quan đến các ứng dụng điện phân phân tích của các mảng điện cực vi dạng trong suốt 20 năm qua. Một mô tả lý thuyết ngắn về cơ chế vận chuyển khối lượng điều khiển hành vi của chúng được đưa ra, sau đó các phương pháp chế tạo chính được mô tả. Các ứng dụng được trình bày trong các phần sau của bài đánh giá này trải dài từ phân tích điện hóa thông thường, cụ thể là các phương pháp tước kim loại vi lượng, sử dụng các mảng được chỉnh sửa bằng thủy ngân đến những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực cảm biến sinh học (cảm biến enzym, cảm biến miễn dịch và cảm biến dựa trên axit nucleic).