Academic literature on the topic 'Elettrofisiologia'

- Negli ultimi decenni lo sviluppo delle metodiche elettrofunzionali ha permesso di determinare in maniera oggettiva e sufficientemente precisa l'evoluzione visiva nei primi anni di vita. Nel presente lavoro viene descritto uno studio condotto su 92 nati a termine e 29 nati pretermine (tra 28 e 35 sett. di Etŕ Gestazionale). Tutti i soggetti sono stati sottoposti a valutazione elettrofisiologica con PEV flash, PEV pattern transient di tipo reversal, PEV pattern di tipo steady-state; tali esami sono stati praticati 2 volte (a 3 ed a 8 mesi di vita) nei nati a termine e 4 volte (a 3 mesi post-natali, a 3 mesi di etŕ corretta, a 8 mesi post-natali, a 8 mesi di etŕ corretta) nei prematuri. I risultati confermano l'utilitŕ degli esami elettrofisiologici nello studio della maturazione neurovisiva del prematuro.Parole chiave: maturazione visiva, potenziali evocati visivi da flash (f-PEV), potenziali evocati visivi da pattern transient (p-PEV), potenziali evocati visivi da pattern steady-state (ss-PEV), elettroretinogramma

La digossina è un farmaco appartenente alla famiglia dei glicosidi cardioattivi, che hanno importanti effetti inotropi, neuro-ormonali ed elettrofisiologici e che viene tuttora impiegata nel trattamento sintomatico dello scompenso car-diaco con compromissione della funzione ventricolare sinistra e della fibrillazione/flutter atriale. La conoscenza della sua farmacologia e dei suoi effetti clinici è di fondamentale importanza al fine di selezionare i pazienti che possano trarre beneficio da tale terapia ed al fine di evitare l’intossicazione digitalica, che è tuttora un importante problema con il quale il clinico deve confrontarsi. Parole chiave: Digossina; Intossicazione digitalica; Scompenso cardiaco; Iperpotassiemia.

La sindrome da neuropatia periferica canalicolare non traumatica è un'affezione relativamente frequente e può rappresentare il risultato di numerose noxe che direttamente o indirettamente agiscono su segmenti di nervo che percorrono canali osteo-fibrosi. In tali strettoie il nervo, struttura più vulnerabile, può subire fenomeni meccanici di frizione o di pressione che, agendo sui vasa nervorum possono produrre ipossia, anossia, ischemia del nervo. Viene riportato lo studio di 31 pazienti affetti da sindromi canalicolari spontanee non traumatiche degli arti superiori. Viene sottolineato il ruolo svolto dalla RM nell'analisi morfologica dei singoli casi, i cui risultati correlati ai reperti clinici ed elettrofisiologici, possono essere utilizzati quale parametro di gravità nella valutazione prognostica e nella programmazione terapeutica della sindrome.

In una popolazione di 34 pazienti con trauma cranico chiuso e periodo di coma di durata variabile tra 1 e 236 giorni, sono state compiute valutazioni comparative tra il quadro neurologico, EEGrafico e RM. Si riscontra una stretta relazione tra la gravità del quadro clinico, neurofisiologico e RM con la durata del coma; in particolare si rileva una corrispondenza tra le lesioni del tronco e l'idrocefalo con la gravità della sintomatologia neurologica. Si osserva un'incongruenza nella relazione dei «reperti normali», che rappresentano il 32% nella valutazione clinica neurologica e il 44% degli esami EEG, ma che non sono presenti nell'indagine RM. Si ipotizza che tale incongruenza dipenda dalla tuttora incerta relazione tra struttura anatomica e funzione neurologica, e può essere spiegata sia considerando i danni della sfera neuropsicologica e cognitiva che l'effetto di copertura esercitato dalla terapia anticomiziale sul quadro elettrofisiologico. Nerve injuries following head trauma constitute a dynamic process in which primary lesions are accompanied by secondary changes which many continue to evolve for years. This study aimed to establish a correlation between lesions detected by MR and the clinical and electrophysiological findings (duration of coma, neurological damage and EEG) for the purposes of prognostic and forensic assessment. The series comprises 34 patients in coma for periods ranging from 1 to 236 days following closed head injury who did not undergo neurosurgery. The patients were divided into 2 groups according to coma duration. A comparative assessment of neurological, EEG and MR findings was made in all cases. Clinical assessment was confined to motor injury as it was easiest to quantify as tetraparesis and tetraplegia, hemiparesis and hemiplegia. EEG assessment was based on focal or diffuse electrical changes, while MR findings included isolated and associated mono and bilateral focal lesions to the cortex and white matter, lesions to the brainstel and corpus callosum as a sign of primary brain injury and diffuse cortical atrophy and hydrocephalus as secondary damage.

La tesi tratta del normale funzionamento del cuore in un paziente sano, il ciclo cardiaco con le relative fasi e l'elettrocardiogramma. E alcune delle possibili cause di un paziente malato che richiede l'uso del pacemaker. Analisi di come è strutturato un laboratorio di elettrofisiologia, la preparazione del paziente pre e post-operatorio e gli strumenti necessari. Analisi della storia del pacemaker partendo dai suoi componenti principali. I vari tipi di pacemaker e le modalità di stimolazione. Analisi più approfondita di un pacemaker guidato da un sensore, le indicazioni per l'impianto di pacemaker permanenti e le relative tecniche di inserimento. Per concludere i problemi dovuti e i possibili malfunzionamenti dei pacemaker permanenti e il pacemaker più piccolo del mondo.

La messa a punto di tecniche come il patch clamp e la creazione di doppi strati lipidici artificiali (artificial bilayers) ha permesso di effettuare studi su canali ionici per valutarne la permeabilità, la selettività ionica, la dipendenza dal voltaggio e la cinetica, sia in ambito di ricerca, per analizzarne il funzionamento specifico, sia in quello farmaceutico, per studiare la risposta cellulare a nuovi farmaci prodotti. Tali tecniche possono essere inoltre impiegate nella realizzazione di biosensori, combinando così i vantaggi di specificità e sensibilità dei sistemi biologici alla veloce risposta quantitativa degli strumenti elettrochimici. I segnali in corrente che vengono rilevati con questi metodi sono dell’ordine dei pA e richiedono perciò l’utilizzo di strumentazioni molto costose e ingombranti per amplificarli, analizzarli ed elaborarli correttamente. Il gruppo di ricerca afferente al professor Tartagni della facoltà di ingegneria di Cesena ha sviluppato un sistema miniaturizzato che possiede molte delle caratteristiche richieste per questi studi. L’obiettivo della tesi riguarda la caratterizzazione sperimentale di tale sistema con prove di laboratorio eseguite in uno spazio ridotto e senza l’impiego di ulteriori strumentazioni ad eccezione del PC. In particolare le prove effettuate prevedono la realizzazione di membrane lipidiche artificiali seguita dall’inserimento e dallo studio del comportamento di due particolari canali ionici comunemente utilizzati per questa tipologia di studi: la gramicidina A, per la facilità d’inserimento nella membrana e per la bassa conduttanza del singolo canale, e l’α-emolisina, per l’attuale impiego nella progettazione e realizzazione di biosensori. Il presente lavoro si sviluppa in quattro capitoli di seguito brevemente riassunti. Nel primo vengono illustrate la struttura e le funzioni svolte dalla membrana cellulare, rivolgendo particolare attenzione ai fosfolipidi e alle proteine di membrana; viene inoltre descritta la struttura dei canali ionici utilizzati per gli esperimenti. Il secondo capitolo comprende una descrizione del metodo utilizzato per realizzare i doppi strati lipidici artificiali, con riferimento all’analogo elettrico che ne risulta, ed una presentazione della strumentazione utilizzata per le prove di laboratorio. Il terzo e il quarto capitolo sono dedicati all’elaborazione dei dati raccolti sperimentalmente: in particolare vengono prima analizzati quelli specifici dell’amplificatore, quali quelli inerenti il rumore che si somma al segnale utile da analizzare e la variabilità inter-prototipo, successivamente si studiano le prestazioni dell’amplificatore miniaturizzato in reali condizioni sperimentali e dopo aver inserito i canali proteici all’interno dei bilayers lipidici.

La stimolazione termica è una tecnica esplorata negli ultimi anni in quanto promettente per il differenziamento cellulare. Studi precedenti hanno dimostrato che questo metodo può indurre il differenziamento di diverse tipologie cellulari, dalle staminali alle tumorali, probabilmente attraverso cambiamenti della capacità della membrana e delle proprietà biofisiche dei canali ionici. Tuttavia, i meccanismi che sostengono questo processo restano a oggi sconosciuti. Il presente progetto ha l’obiettivo di studiare gli effetti della stimolazione termica sul comportamento di un modello in vitro di neuroni dei gangli delle radici dorsali (DRG), la linea cellulare F-11, caratterizzata nel nostro laboratorio. Queste cellule possono esprimere canali ionici e recettori di membrana, caratteristici dei neuroni sensoriali, e possono essere impiegate come modello per studiare i meccanismi coinvolti nella proliferazione e nel differenziamento neuronale. Inizialmente, per valutare gli effetti della tecnica di riscaldamento sul modello cellulare scelto, abbiamo effettuato esperimenti di stimolazione “in bulk” utilizzando un incubatore. Le cellule sono state poste nell’incubatore ed esposte a temperature diverse per intervalli di tempo differenti, per due giorni consecutivi. Analisi morfologiche e funzionali sono state condotte a partire dalla semina fino a 8 giorni. I risultati hanno mostrato una differenza significativa nella lunghezza dei neuriti e nelle proprietà elettrofisiologiche (potenziale di membrana, densità di corrente di Na+ e K+, e frequenza della scarica dei potenziali d’azione) nei campioni mantenuti a 41,5°C per 30 minuti rispetto al controllo (mantenuto a 37°C). È stata inoltre condotta un’analisi dei segnali intracellulari di Ca2+ indotti da capsaicina, per verificare l’eventuale coinvolgimento dei canali TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) negli effetti indotti dal calore. I risultati hanno mostrato segnali intracellulari di Ca2+ maggiori nelle cellule riscaldate rispetto al controllo, suggerendo che l’esposizione al calore potrebbe influenzare l’espressione e/o le proprietà dei canali TRPV1, permeabili al Ca2+. Inoltre, il saggio della lattato-deidrogenasi (LDH) ha permesso di escludere effetti citotossici della metodica utilizzata sui campioni trattati. Considerando questi risultati, abbiamo studiato gli effetti di una stimolazione termica localizzata, ottenuta tramite l’irraggiamento di nanoparticelle Prussian Blue (PBNP) con un laser nel vicino infrarosso (NIR). Le PBNP sono state applicate sulla superficie esterna delle petri in cui sono state seminate le cellule, evitando in questo modo il contatto tra di esse e le cellule. Anche con questo approccio si sono registrate differenze significative nella lunghezza dei neuriti e nelle proprietà elettrofisiologiche, confermando l’induzione al differenziamento. Per verificare che l’effetto sulle proprietà cellulari potesse mantenersi nel tempo, ulteriori analisi delle proprietà morfologiche e funzionali sono state condotte a tempi successivi agli 8 giorni. I risultati hanno mostrato che le cellule F-11 possono mantenere un fenotipo differenziato anche a 12 giorni. Le tecniche di riscaldamento utilizzate in letteratura sono risultate efficaci per modificare l’eccitabilità dei neuroni e hanno effetti sulla morfologia, ma a oggi non sono stati ancora riportati gli effetti funzionali. Inoltre, le cellule primarie rappresentano un modello ideale per studiare i neuroni sensoriali, ma la loro disponibilità è limitata. L’uso di una linea immortalizzata ha permesso di effettuare uno studio funzionale degli effetti del riscaldamento, e i risultati ottenuti dimostrano che una stimolazione termica localizzata può essere un metodo promettente per indurre il differenziamento e supportano la possibile applicazione futura di questa tecnica come una nuova strategia per modificare il comportamento neuronale in vivo.
Heating represents a promising approach to induce neurite outgrowth and neuronal function recovery. In previous studies, protocols with different temperatures (from 38°C to 50°C) and durations (from milliseconds to several days) could induced differentiation of different cell types like Xenopus laevis oocytes, cultured mammalian cells, neurons, stem cells and cancer cells. This effect has been attributed to changes in cell membrane capacitance and in ion channel properties, but the underlying mechanism remains so far unknown. The present project was aimed to investigate the eventual modifications, induced by two approaches of thermal stimulation, on the behaviour of a model of dorsal root ganglion (DRG) neurons, the F-11 cell line, previously characterized in our laboratory. These cells could express ion channels and cell membrane receptors consistent with those of sensory neurons and could be employed as a good model to study neuronal proliferation and differentiation mechanisms. Initially, to test if heating could effectively induce differentiation of our cellular model, we performed experiments of bulk stimulation: cells were placed in an incubator at different time and temperature combinations for two consecutive days. Thus, morphological and functional analysis were performed to investigate neuronal differentiation until 8 days. Results showed a significant difference in neurite elongation and in electrophysiological properties (resting membrane potential, Na+ and K+ current density and action potential frequency) in samples maintained at 41,5°C for 30 minutes versus 37°C samples. An intracellular Ca2+ signal analysis evoked by Capsaicin was performed to verify the involvement of TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) channels in the effects of heating. Results showed that the Ca2+ signal was higher in heated cells compared to the control, suggesting that the treatment could increase the expression and/or the properties of TRPV1 channels, which are permeable to Ca2+. Moreover, we performed a lactate dehydrogenase activity (LDH) assay to verify if the treatment could induce cell stress and results showed that heat had no detrimental effects on F-11 cells. Considering these results, we investigated the effects of a scalable thermal stimulation method, established by irradiating Prussian Blue nanoparticles (PBNPs) with a near infrared laser. A disk of PBNPs-PVA was placed on the outer surface of the petri dish in which the cells were seeded, avoiding a direct contact between the material and the cells, and it was irradiated by a near infrared laser to increase culture medium temperature to 41,5°C. Neurite elongation was significantly increased in irradiated cells compared to non-irradiated control cells and significant differences were also observed during the functional analysis by patch-clamp technique. To verify if the effects on cellular properties could be maintained for a longer period, we performed a functional investigation also on heated and irradiated cells after 12 days in culture. Results showed that F-11 cells could maintain a differentiated phenotype also after 12 days in culture. The heating techniques used in literature could modify neuron excitability and had effects on cell morphology and staining, but the functional effects has not been reported so far. Moreover, primary cells represent an ideal model to study sensory neurons, but their availability is limited. The use of an immortalized cell line allowed to perform a functional study on the effects of heating, and the results demonstrated that a targeted thermal stimulation could be a promising approach to induce cell differentiation and support the future application of this method as a strategy to modify neuronal behaviour in vivo.

Lo scopo dell'elaborato di tesi è la progettazione e lo sviluppo di alcuni moduli di un software per la lettura ad elevato throughput di dati da particolari dispositivi per elettrofisiologia sviluppati dall'azienda Elements s.r.l. Elements produce amplificatori ad alta precisione per elettrofisiologia, in grado di misurare correnti a bassa intensità prodotte dai canali ionici. Dato il grande sviluppo che l'azienda sta avendo, e vista la previsione di introdurre sul mercato nuovi dispositivi con precisione e funzionalità sempre migliori, Elements ha espresso l'esigenza di un sistema software che fosse in grado di supportare al meglio i dispositivi già prodotti, e, soprattutto, prevedere il supporto dei nuovi, con prestazioni molto migliori del software già sviluppato da loro per la lettura dei dati. Il software richiesto deve fornire una interfaccia grafica che, comunicando con il dispositivo tramite USB per leggere dati da questo, provvede a mostrarli a schermo e permette di registrarli ed effettuare basilari operazioni di analisi. In questa tesi verranno esposte analisi, progettazione e sviluppo dei moduli di software che si interfacciano direttamente con il dispositivo, quindi dei moduli di rilevamento, connessione, acquisizione ed elaborazione dati.

Lo scopo di questa tesi è fornire una relazione in merito alla progettazione e allo sviluppo di un modulo software che permetta l'elaborazione e l'analisi di dati acquisiti nell'ambito dell'elettrofisiologia. Questo plug-in software è stato richiesto dall'azienda Elements S.r.l. e dovrà essere integrato in un loro software preesistente il cui nome è EDA (Elements Data Analyzer). Il modulo software creato aggiunge diverse funzionalità ad EDA quali creazione di istogrammi, curve fitting, identificazione di tempi medi di eventi di blocking molecolari, determinazione della conduttanza, cinetica del canale, visualizzazione di spettri del segnale, FFT,filtraggio digitale ed altre misure specifiche.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quindi quello di ricercare e archiviare tutti i dati sperimentali di correnti ioniche umane ventricolari presenti in letteratura fino ad oggi, per costruire uno strumento di facile utilizzo per chiunque abbia la necessità di sviluppare o validare modelli matematici di potenziale d’azione. Partendo da una fase iniziale di ricerca vera e propria degli articoli in letteratura, utilizzando il motore di ricerca PubMed come strumento principale, sono stati estratti e archiviati tutti i dati di interesse, divisi per tipo di corrente, memorizzando le informazioni principali in un foglio di lavoro e salvando i dati sia come immagini che come vettori, per consentirne in futuro una rapida consultazione e un facile utilizzo.

I meccanismi neurali che sottendono i processi sensoriali e motori nel cervello dei primati non sono ancora stati chiariti. Decenni di letteratura neurofisiologica evidenziano la presenza di distinte proprietà neuronali in molti nodi dei circuiti corticali per l’afferramento, dai neuroni puramente motori che codificano lo scopo a quelli sensori-motori che rispondono alla presentazione visiva di oggetti, azioni o entrambi. L’attribuzione di queste proprietà funzionali a specifiche classi neuronali, come agli interneuroni inibitori o ai neuroni piramidali, sarebbe fondamentale per comprendere al meglio le funzioni cognitive e percettive che emergono dalla organizzazione intrinseca del sistema motorio. Ad oggi, molti studi mostrano che i neuroni corticali possono essere identificati prendendo in considerazione le diverse caratteristiche della loro forma d’onda e delle loro proprietà di scarica. Tuttavia, la specifica relazione tra classi neuronali identificate fisiologicamente e le loro proprietà di codifica resta ancora da chiarire, specialmente nelle aree appartenenti al sistema motorio dei primati. Per indagare questo problema abbiamo studiato le caratteristiche dei potenziali d’azione di 355 singoli neuroni ben isolati registrati extracellularmente. I neuroni sono stati registrati in 5 emisferi di tre scimmie macaco mentre svolgevano un compito di raggiungimento e afferramento di tipo go/nogo con tre differenti oggetti bersaglio, e mentre osservavano uno sperimentatore svolgere lo stesso compito. L’attività dei singoli neuroni è stata registrata dall’area intraparietale anteriore AIP (n=86), dall’area premotoria ventrale F5 (n=106) e dall’area pre-supplementare motoria F6 (n=163). Inizialmente abbiamo suddiviso tutte le forme d’onda registrate nelle tre aree in 3 gruppi attraverso una procedura di clustering non supervisionato. Queste tre classi di neuroni presentavano caratteristiche fisiologiche diverse e non si distribuivano uniformemente tra le aree. Nell’ area F6 prevalevano cellule con forma d’onda ampia e il numero di neuroni facilitati e inibiti era bilanciato sia durante il compito di esecuzione sia durante quello di osservazione. Al contrario, i neuroni con forma d’onda stretta risultavano più facilitati dai segnali visivi e dotati di una maggiore modulazione visuo-motoria congiunta sia quando l’azione veniva compiuta sia quando veniva osservata, soprattutto nelle are AIP e F5. Questi risultati chiariscono i meccanismi cellulari alla base dell'elaborazione locale delle informazioni sensori-motorie per la pianificazione, l'esecuzione e l’osservazione di azioni di prensione. Ulteriori studi potrebbero rilevare il contributo di reti cortico-sottocorticali più ampie ai meccanismi chiariti nel presente lavoro.
The neural machinery underlying sensory and motor processes in the primate brain remain largely unclear. Decades of neurophysiological literature evidenced the presence of distinct neuronal properties in many nodes of the cortical grasping network, from purely motor neurons encoding motor goals to sensorimotor neurons responsive to visually presented objects, observed actions or both. The attribution of these functional properties to specific neuronal classes, such as inhibitory interneurons or pyramidal neurons, would be crucial to achieve a better understanding of the motor-based perceptual and cognitive functions stemming from the inner organization of the motor system. To date, several studies showed that cortical neurons can be identified by jointly considering a variety of features of their spike waveform and firing properties, but the specific relation between physiologically characterized neuronal classes and their coding properties remains unclear, especially in areas of the primates’ motor system. To address this issue, here we studied the features of extracellularly recorded spikes of 355 well-isolated single neurons. Neurons were sampled from 5 hemispheres of 3 macaque monkeys while they performed or observed an experimenter performing, a reaching-grasping go/no-go task with three different objects as targets. Single neuron activity was recorded from anterior intraparietal area AIP (n=86), ventral premotor area F5 (n=106) and pre-supplementary motor area F6 (n=163). First, we performed an unsupervised clustering of spike waveforms that reliably dissociated 3 clusters. We found that physiologically-identified classes of cells, unevenly distributed across the investigated areas, carry distinct visuomotor signals. Broadly spiking neurons are prevalent in area F6 and exhibit a balanced amount of facilitated and suppressed activity during action execution and observation. In contrast, narrow spiking neurons are mostly facilitated by visual signals and show greater mutual modulation of their motor and visual response during one’s own and others’ action, particularly in areas AIP and F5. These findings shed light on the cellular mechanisms underlying local processing of sensorimotor information for planning and executing grasping actions and for processing others’ observed action. Further studies may unravel the contribution of larger cortico-subcortical brain network to the mechanisms elucidated by the present work.

La Sindrome di Brugada (BrS) è una patologia caratterizzata da disfunzioni del sistema di conduzione cardiaco, che aumenta il rischio di morte cardiaca improvvisa dovuta ad aritmie ventricolari, in assenza di alterazioni strutturali del cuore. La diagnosi si basa sull'analisi del tracciato ECG, infatti, i pazienti affetti dalla sindrome presentano anomalie in comune. Il tipico pattern ECG, tuttavia, può rimanere latente e i pazienti asintomatici: il primo sintomo spesso coincide con la morte. Le mutazioni del gene SCN5A, codificante il canale cardiaco del sodio, sono considerate la causa più comune dello sviluppo della sindrome, quando non ereditaria. Recentemente, è stata identificata una nuova mutazione (S805L) associata alla BrS. Dalla sua caratterizzazione su cellule HEK 293 e da esperimenti di current-clamp su cellule ventricolari di guinea pig, è stata formulata una nuova ipotesi sull'insorgenza del fenotipo patologico della BrS: la riduzione della corrente di sodio è enfatizzata a potenziali di riposo più negativi rispetto a quelli fisiologici e questo può provocare fenomeni aritmici. Lo scopo della tesi è quello di analizzare, tramite simulazione numerica di modelli matematici di potenziale d’azione ventricolare, come alcuni fattori influenzino il potenziale di riposo cellulare. Allo stesso tempo si vuole verificare come un’eventuale iperpolarizzazione del resting amplifichi l’effetto della mutazione sulla corrente di sodio. Per fare questo, sono state attuate delle modifiche ai modelli Luo-Rudy e O’Hara-Rudy e sono stati definiti dei set di parametri per riprodurre sia la condizione in Wild-type che mutata. Da questa analisi è stato ipotizzato che il fattore incisivo, per quanto riguarda gli aspetti già citati, sia il calo della concentrazione di potassio extracellulare. Infatti, è simulando una condizione di ipokaliemia che si è misurata la maggior perdita di funzione del canale del sodio, che potrebbe causare eventi aritmici letali nel paziente.