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20.9: Luz - Biología

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Como ocurre con los estímulos auditivos, la luz viaja en ondas. Un vistazo al espectro electromagnético muestra que la luz visible para los humanos es solo una pequeña porción de todo el espectro, que incluye radiación que no podemos ver como luz porque está por debajo de la frecuencia de la luz roja visible y por encima de la frecuencia de la luz violeta visible.

Ciertas variables son importantes cuando se habla de percepción de la luz. La longitud de onda (que varía inversamente con la frecuencia) se manifiesta como tono. La luz en el extremo rojo del espectro visible tiene longitudes de onda más largas (y es de menor frecuencia), mientras que la luz en el extremo violeta tiene longitudes de onda más cortas (y es de mayor frecuencia). La longitud de onda de la luz se expresa en nanómetros (abreviado nm); un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro. Los seres humanos percibimos una luz que oscila entre aproximadamente 380 nm y 740 nm. Sin embargo, algunos otros animales pueden detectar longitudes de onda fuera del rango humano. Por ejemplo, las abejas ven la luz casi ultravioleta para localizar guías de néctar en las flores, y algunos reptiles no aviares perciben la luz infrarroja (el calor que emite la presa).

La amplitud de onda se percibe como intensidad luminosa o brillo. La unidad estándar de intensidad de la luz es la candela, que es aproximadamente la intensidad luminosa de una vela común.

Las ondas de luz viajan 299,792 km por segundo en el vacío (y algo más lento en varios medios como el aire y el agua), y esas ondas llegan al ojo como ondas largas (rojas), medianas (verdes) y cortas (azules). Lo que se denomina "luz blanca" es la luz que el ojo humano percibe como blanca. Este efecto es producido por la luz que estimula igualmente los receptores de color en el ojo humano. El color aparente de un objeto es el color (o colores) que refleja el objeto. Así, un objeto rojo refleja las longitudes de onda rojas en luz mixta (blanca) y absorbe todas las demás longitudes de onda de luz.


20.9: Luz - Biología

Todos los artículos publicados por MDPI están disponibles inmediatamente en todo el mundo bajo una licencia de acceso abierto. No se requiere un permiso especial para reutilizar todo o parte del artículo publicado por MDPI, incluidas las figuras y tablas. Para los artículos publicados bajo una licencia Creative Common CC BY de acceso abierto, cualquier parte del artículo puede ser reutilizada sin permiso siempre que el artículo original esté claramente citado.

Los artículos de fondo representan la investigación más avanzada con un potencial significativo de alto impacto en el campo. Los artículos de fondo se envían por invitación individual o recomendación de los editores científicos y se someten a una revisión por pares antes de su publicación.

El artículo destacado puede ser un artículo de investigación original, un estudio de investigación novedoso y sustancial que a menudo implica varias técnicas o enfoques, o un artículo de revisión completo con actualizaciones concisas y precisas sobre los últimos avances en el campo que revisan sistemáticamente los avances científicos más interesantes. literatura. Este tipo de artículo ofrece una perspectiva sobre las futuras direcciones de la investigación o sus posibles aplicaciones.

Los artículos de Editor's Choice se basan en las recomendaciones de los editores científicos de las revistas de MDPI de todo el mundo. Los editores seleccionan una pequeña cantidad de artículos publicados recientemente en la revista que creen que serán particularmente interesantes para los autores o importantes en este campo. El objetivo es proporcionar una instantánea de algunos de los trabajos más interesantes publicados en las diversas áreas de investigación de la revista.


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Estructuras versátiles de α-sinucleína

La α-sinucleína (α-syn) es una proteína intrínsecamente desordenada distribuida abundantemente en las terminales presinápticas. La agregación de α-syn en cuerpos de Lewy (LB) es un sello molecular de la enfermedad de Parkinson (EP). α-Syn presenta una diversidad conformacional extrema, que se adapta a diferentes condiciones y cumple funciones versátiles. Sin embargo, el mecanismo molecular de la transformación α-syn y la relación entre diferentes especies estructurales y sus roles funcionales y patogénicos en las actividades neuronales y la EP siguen siendo desconocidos. En esta mini revisión, resumimos los descubrimientos recientes de las estructuras α-syn en el estado unido a la membrana, en el citosol y en el estado amiloide en condiciones fisiológicas y patológicas. A partir del conocimiento actual sobre diferentes especies estructurales de α-syn, pretendemos encontrar una pista sobre su función y toxicidad en neuronas normales y en condiciones de enfermedad, lo que podría arrojar luz sobre la patogénesis de la EP.

Palabras clave: Enfermedad de Parkinson, estructura atómica amiloide, agregación de proteínas, tráfico de vesículas, α-sinucleína.


Tratamiento de la amiloidosis asociada a neoplasias de células plasmáticas

Opciones de tratamiento para la amiloidosis asociada con neoplasias de células plasmáticas

El tratamiento depende de evaluar la extensión del daño sistémico de la amiloidosis y la discrasia de células plasmáticas subyacente. [1] Un nivel creciente y elevado de péptido natriurético pro cerebral N-terminal puede predecir la insuficiencia cardíaca inminente en el contexto de la amiloidosis cardíaca, y se debe considerar el tratamiento temprano para estos pacientes. [2]

Las opciones de tratamiento para la amiloidosis asociada con neoplasias de células plasmáticas son las siguientes:

Quimioterapia

Como ocurre con todas las discrasias de células plasmáticas, se notificaron respuestas para los mismos regímenes activos en el mieloma múltiple. [3-9] El daratumumab, con o sin otros agentes activos, también ha mostrado respuestas para la amiloidosis, por lo general en combinación con otros agentes. utilizado para el mieloma. [10-16]

Rescate de células madre

En un estudio prospectivo aleatorizado de 100 pacientes con amiloidosis de cadena ligera de inmunoglobulina se comparó melfalán más dexametasona en dosis alta con melfalán en dosis alta más rescate de células madre autólogas. [17] Después de una mediana de seguimiento de 3 años, la mediana de supervivencia general (SG) favoreció al grupo sin trasplante (56,9 meses frente a 22,2 meses PAG = .04). [17] [Grado de comprobación: 1iiA] El 24% de mortalidad relacionada con el trasplante en esta serie y en otras refleja las dificultades relacionadas con la quimioterapia de dosis alta en pacientes de edad avanzada con disfunción orgánica. [17-22] Entre 2007 y 2012, el Programa internacional de investigación sobre trasplantes de sangre y médula ósea identificó 800 pacientes con amiloidosis que se sometieron a un autotrasplante de células madre (ASCT), la tasa de SG a 5 años fue del 77% y la mortalidad relacionada con el trasplante fue del 5%, lo que sugiere una mejor selección de pacientes para el trasplante . [23] [Grado de comprobación: 3iiiA] De manera similar, en una revisión retrospectiva de 672 pacientes consecutivos con amiloidosis que se sometieron a un TACM durante 20 años, la mortalidad relacionada con el tratamiento se redujo al 2,4% entre 2010 y 2016 en comparación con el 8,6% entre 2003. y 2009, y 14,5% entre 1996 y 2002. [24] [Grado de comprobación: 3iiiD] No se prevé un ensayo aleatorizado que confirme el beneficio del trasplante autólogo. [2,25]

Una serie anecdótica describe el TCM alogénico de intensidad completa y de intensidad reducida. [26]

Ensayos clínicos actuales

Utilice nuestra búsqueda avanzada de ensayos clínicos para encontrar ensayos clínicos sobre el cáncer respaldados por el NCI que ahora están inscribiendo pacientes. La búsqueda se puede restringir según la ubicación del ensayo, el tipo de tratamiento, el nombre del fármaco y otros criterios. También se encuentra disponible información general sobre ensayos clínicos.

Referencias
  1. Gertz MA, Dispenzieri A: Reconocimiento, pronóstico y terapia de la amiloidosis sistémica: una revisión sistemática. JAMA 324 (1): 79-89, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  2. Merlini G, Wechalekar AD, Palladini G: Amiloidosis sistémica de cadenas ligeras: una actualización para los médicos tratantes. Blood 121 (26): 5124-30, 2013. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  3. Kumar SK, Hayman SR, Buadi FK, et al .: lenalidomida, ciclofosfamida y dexametasona (CRd) para la amiloidosis de cadena ligera: resultados a largo plazo de un ensayo de fase 2. Blood 119 (21): 4860-7, 2012. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  4. Venner CP, Lane T, Foard D, et al.: La terapia con ciclofosfamida, bortezomib y dexametasona en la amiloidosis AL se asocia con altas tasas de respuesta clonal y una supervivencia libre de progresión prolongada. Blood 119 (19): 4387-90, 2012. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  5. Wechalekar AD, Schonland SO, Kastritis E, et al .: Un estudio colaborativo europeo de los resultados del tratamiento en 346 pacientes con amiloidosis AL cardíaca en estadio III. Blood 121 (17): 3420-7, 2013. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  6. Sanchorawala V, Shelton AC, Lo S, et al .: pomalidomida y dexametasona en el tratamiento de la amiloidosis AL: resultados de un ensayo de fase 1 y 2. Blood 128 (8): 1059-62, 2016. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  7. Palladini G, Milani P, Foli A, et al .: Presentación y resultado con tratamiento de segunda línea en amiloidosis AL previamente sensible a terapias sin trasplante. Blood 131 (5): 525-532, 2018. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  8. Manwani R, Cohen O, Sharpley F, et al .: Un estudio observacional prospectivo de 915 pacientes con amiloidosis AL sistémica tratados con bortezomib inicial. Blood 134 (25): 2271-2280, 2019. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  9. Kastritis E, Leleu X, Arnulf B, et al .: Bortezomib, Melphalan y Dexamethasone para la amiloidosis de cadenas ligeras. J Clin Oncol 38 (28): 3252-3260, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  10. Palladini G, Kastritis E, Maurer MS, et al .: Daratumumab más CyBorD para pacientes con amiloidosis AL recién diagnosticada: resultados de prueba de seguridad de ANDROMEDA. Blood 136 (1): 71-80, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  11. Sanchorawala V, Sarosiek S, Schulman A, et al .: Seguridad, tolerabilidad y tasas de respuesta de daratumumab en amiloidosis AL recurrente: resultados de un estudio de fase 2. Blood 135 (18): 1541-1547, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  12. Nooka AK, Kaufman JL, Hofmeister CC, et al .: Daratumumab en mieloma múltiple. Cancer 125 (14): 2364-2382, 2019. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  13. Dispenzieri A: Los pacientes de AL no se atreven a ir sin dara. Blood 135 (18): 1509-1510, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  14. Roussel M, Merlini G, Chevret S, et al .: Un ensayo prospectivo de fase 2 de daratumumab en pacientes con amiloidosis sistémica de cadenas ligeras previamente tratada. Blood 135 (18): 1531-1540, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  15. Kimmich CR, Terzer T, Benner A, et al .: Daratumumab para la amiloidosis AL sistémica: factores pronósticos y resultado adverso con albuminuria en rango nefrótico. Blood 135 (18): 1517-1530, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  16. Royal V, Leung N, Troyanov S, et al .: Predictores clínico-patológicos de los resultados renales en la nefropatía por cilindros de cadenas ligeras: un estudio retrospectivo multicéntrico. Blood 135 (21): 1833-1846, 2020. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  17. Jaccard A, Moreau P, Leblond V, et al .: Melfalán en dosis altas versus melfalán más dexametasona para la amiloidosis AL. N Engl J Med 357 (11): 1083-93, 2007. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  18. Dispenzieri A, Kyle RA, Lacy MQ, et al .: Supervivencia superior en pacientes con amiloidosis sistémica primaria sometidos a trasplante de células madre de sangre periférica: un estudio de casos y controles. Blood 103 (10): 3960-3, 2004. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  19. Skinner M, Sanchorawala V, Seldin DC, et al .: Melfalán de dosis alta y trasplante autólogo de células madre en pacientes con amiloidosis AL: un estudio de 8 años. Ann Intern Med 140 (2): 85-93, 2004. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  20. Leung N, Leung TR, Cha SS, et al .: Acumulación excesiva de líquido durante la movilización de células madre: un nuevo factor pronóstico de supervivencia al primer año después del trasplante de células madre en pacientes con amiloidosis AL. Blood 106 (10): 3353-7, 2005. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  21. Madan S, Kumar SK, Dispenzieri A, et al .: Trasplante de melfalán en dosis altas y células madre de sangre periférica para la amiloidosis de cadenas ligeras con afectación cardíaca. Blood 119 (5): 1117-22, 2012. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  22. Cibeira MT, Sanchorawala V, Seldin DC, et al .: Resultado de la amiloidosis AL después del trasplante de células madre autólogas y melfalán a dosis altas: resultados a largo plazo en una serie de 421 pacientes. Blood 118 (16): 4346-52, 2011. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  23. D'Souza A, Dispenzieri A, Wirk B, et al.: Resultados mejorados después del trasplante autólogo de células hematopoyéticas para amiloidosis de cadenas ligeras: un centro para el estudio internacional de investigación sobre trasplantes de sangre y médula ósea. J Clin Oncol 33 (32): 3741-9, 2015. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  24. Sidiqi MH, Aljama MA, Buadi FK, et al .: Trasplante de células madre para amiloidosis de cadenas ligeras: disminución de la mortalidad temprana con el tiempo. J Clin Oncol 36 (13): 1323-1329, 2018. & # 160 [Resumen de PUBMED]
  25. Mehta J, Gerta MA, Dispenzieri A: Terapia de dosis altas para la amiloidosis: ¿el final del principio? Blood 103 (10): 3612-3, 2004.
  26. Sch & # 246nland SO, Lokhorst H, Buzyn A, et al .: Trasplante de células hematopoyéticas alogénicas y singénicas en pacientes con amiloidosis de cadenas ligeras amiloides: un informe del Grupo Europeo de Trasplantes de Sangre y Médula. Blood 107 (6): 2578-84, 2006. & # 160 [Resumen de PUBMED]

Abstracto

Abstracto—La infiltración de monocitos en la pared arterial es un evento celular temprano en la aterogénesis. La evidencia reciente muestra que la proteína C reactiva (PCR) se deposita en la íntima arterial en los sitios de aterogénesis. En este estudio, demostramos que la deposición de CRP precede a la aparición de monocitos en lesiones ateroscleróticas tempranas. La PCR es quimiotáctica para los monocitos de sangre humana recién aislados. Se demuestra un receptor de CRP específico en monocitos tanto in vitro como in vivo, y el bloqueo del receptor mediante el uso de un anticuerpo antirreceptor monoclonal anula por completo la quimiotaxis inducida por CRP. La PCR puede desempeñar un papel importante en el reclutamiento de monocitos durante la aterogénesis.

La inflamación es una característica patogénica importante en la formación de lesiones ateroscleróticas. 1 Las respuestas inflamatorias celulares y humorales están involucradas en el inicio y progresión de las placas ateroscleróticas. 1 2

La mayoría de las células inflamatorias que infiltran la pared arterial en la aterogénesis temprana son monocitos. 2 El hecho de que apenas haya neutrófilos presentes en la lesión es un enigma de la investigación de la aterosclerosis. La liberación local de la proteína quimiotáctica 1 de monocitos, un quimioatrayente de monocitos específico sintetizado por las células de la lesión, y otras quimiocinas pueden explicar en parte este fenómeno. 3 4 5

La proteína C reactiva (PCR) es el prototipo de proteína de fase aguda en humanos. En la respuesta de fase aguda, su concentración plasmática puede exceder la concentración normal en 1000 veces. 6 Por el contrario, el amiloide P sérico, el segundo miembro de la familia de las pentraxinas, está presente de forma constitutiva en el suero humano en concentraciones de 30 a 50 μg / ml, con un aumento máximo de 2 veces durante la sepsis, mientras que es un reactivo de fase aguda en ratones. . 7

La asociación predictiva entre PCR y enfermedad de las arterias coronarias ha sido ampliamente confirmada. La asociación observada con elevaciones moderadas de PCR existe en pacientes hospitalizados con angina inestable grave, 8 en pacientes ambulatorios con angina, 9 e incluso en poblaciones generales aparentemente sanas. 10 11 Ahora se están acumulando pruebas que sugieren que la PCR puede contribuir a la inflamación en el ateroma y también puede participar activamente en la aterogénesis temprana. La proteína muestra unión in vitro dependiente de Ca 2+ a LDL 12 13 y activa el sistema del complemento. 14 15 La CRP nativa se deposita en lesiones ateroscleróticas humanas. 16 17 18 Recientemente, se ha demostrado la colocalización de CRP y C5b-9, el complejo terminal del complemento, en lesiones ateroscleróticas humanas tempranas, lo que indica que la CRP es una molécula importante que activa el complemento en la lesión. 19 La colocalización de la PCR y las células espumosas en las estrías grasas sugiere una interacción de la PCR con las células, 19 pero el significado patobiológico de esta interacción aún no está claro.

Se han descrito diferentes receptores para la PCR. En los monocitos, la unión de CRP específica se produce a través de FcγRI / CD64 con baja afinidad 20, así como FcγRIIa / CD32 con alta afinidad. 21 Muy recientemente, se ha demostrado que la unión de CRP a FcγRIIa / CD32 en monocitos y neutrófilos humanos es específica de alelo. 22 Sin embargo, más datos sugieren la existencia de un receptor de CRP "único" adicional (CRP-R) 23 implicado en la unión y señalización de CRP. En esta etapa, se necesita investigación adicional para aclarar la contribución de los diferentes receptores a la unión de CRP. 24

Los informes sobre los efectos quimiotácticos de la PCR en monocitos / macrófagos son controvertidos. Un informe anterior indica que la CRP estimula la quimiotaxis de monocitos humanos y la actividad procoagulante. 25 Sin embargo, otro estudio muestra que la PCR nativa no tiene efectos quimiotácticos sobre los monocitos. 26 Informes recientes demuestran la inhibición de la quimiotaxis de neutrófilos por CRP. 23 27 28 Algunos informes sobre la acción de la PCR sobre los leucocitos tratan de los péptidos de la PCR. La relevancia in vivo de estos péptidos de CRP es al menos cuestionable porque la CRP es muy resistente a la proteólisis, y todavía no se han informado fragmentos de CRP en fluidos biológicos in vivo o ex vivo.

El presente estudio se centra exclusivamente en material humano. A la luz de la creciente evidencia de un papel activo de la PCR en la formación de lesiones ateroscleróticas, hemos investigado un posible papel funcional de la PCR en el reclutamiento de monocitos.

Métodos

Muestras de arteria coronaria

Se prepararon muestras de arterias coronarias a partir de corazones obtenidos en autopsias. Se fijaron en formalina, se incluyeron en parafina, se seccionaron y se tiñeron con hematoxilina y eosina. Se seleccionaron para el análisis diez muestras de lesiones ateroscleróticas tempranas de las denominadas áreas gelatinosas edematosas, 29 30 31 lesiones ateroscleróticas iniciales y estrías grasas 31. Se cortaron secciones transversales en serie de 4 a 5 µm. También se estudiaron secciones de arterias coronarias con íntima libre de aterosclerosis pero con engrosamiento de la íntima adaptativo y difuso.

Anticuerpos

El anticuerpo monoclonal murino (mAb) dirigido contra CRP humana (clon CRP-8, IgG1, usado en una dilución 1: 500) se adquirió de Sigma Chemical Co. 19 El mAb murino dirigido contra el marcador de macrófagos CD68 (clon PG-M1, La IgG3, usada a una dilución 1: 100) se adquirió de DAKO.

El clon RC10.2 de mAb murino (IgM κ) está dirigido contra el ligando específico de inhibición de CRP-R de leucocitos que se une a líneas celulares humanas granulocíticas y monocíticas. Se han descrito en detalle los controles de generación y especificidad de este anticuerpo. 23 La línea de células promonocíticas humanas U937 sirvió como fuente para la proteína CRP-R. El anticuerpo se generó mediante inmunización de ratones BALB / c. 23

Los anticuerpos primarios se detectaron utilizando anticuerpos policlonales anti-ratón biotinilados (Vector Laboratories, DAKO).

Tinción inmunohistoquímica con anticuerpos individuales

La tinción inmunohistoquímica para CRP y CD68 se realizó como se describe. 19 Preabsorción de mAb CRP-8 con CRP en fase sólida mediante acoplamiento de ligando a columnas de afinidad HiTrap (Amersham Pharmacia Biotech) y un anticuerpo de isotipo coincidente irrelevante para mAb RC10.2 (dirigido contra Aspergillus niger glucosa oxidasa, clon DAK-GO8, IgM, DAKO) para controlar la especificidad de la tinción.

Cultivo de células

El medio de cultivo utilizado para los monocitos fue DMEM (GIBCO) tamponado con 3,7 g / L de NaHCO3 y gaseado con 5% CO2. El pH del medio de cultivo fue de 7,25. Las células se mantuvieron en una incubadora humidificada a 37 ° C. Se aislaron monocitos de sangre humana de donantes como se describe. Se realizaron 32 ensayos de quimiotaxis inmediatamente después de la preparación. La viabilidad celular se evaluó mediante la absorción de azul tripán.

Proteína C-reactiva

La CRP humana se adquirió de Sigma (solución en 0,02 mol / L de Tris y 0,25 mol / L de cloruro de sodio, pH 8,0). La CRP se purificó a partir de plasma humano utilizando la afinidad dependiente de Ca2 + de la proteína por la fosforilcolina. La pureza de la proteína es ≥98%, según se determina mediante SDS-PAGE. La preparación mostró una única banda de proteína de METROr ≈21 000. El estado físico se examinó centrifugando 100 μg en 5 ml de un gradiente lineal de densidad de sacarosa del 10% al 40% (peso / volumen) en Tris 20 mmol / L, NaCl 100 mmol / L y 2 mmol / L Tampón Ca 2+ (50000 rpm, rotor vertical VTi 65, 4 ° C, 60 minutos, ultracentrífuga Beckman modelo L60). La proteína sedimentó en un pico simétrico de ≈5.5S, y no se detectó proteína en METROr fracciones (& gt19S). Por lo tanto, el CRP no se autoagregó. Durante la preparación, se tomaron precauciones para evitar la contaminación por lipopolisacáridos. Este último fue excluido por Limulus ensayo de endotoxinas (Kinetic-QCL, BioWhittaker). La sensibilidad del ensayo es de 0,015 a 400 UI / ml.

Ensayo de quimiotaxis

La quimiotaxis de monocitos se ensayó en una cámara de microquimiotaxis de 48 pocillos (Neuroprobe). Se utilizaron 33 células a una densidad de 5 x 105 / ml en DMEM. Los pocillos superior e inferior se separaron mediante una membrana de policarbonato sin polivinilpirrolidona (25 x 80 mm, tamaño de poro 5 μm, Costar). El tiempo de incubación fue de 3 horas. Las células migradas presentes en la cara inferior del filtro se tiñeron y contaron bajo el microscopio óptico usando una rejilla de conteo específica. Las células se contaron en 5 campos aleatorios de alta potencia por pocillo. Cada muestra se analizó en 4 pocillos. Se utilizó DMEM como control negativo de formil-Met-Leu-Phe (FMLP) a una concentración de 100 nmol / L, induciendo un índice quimiotáctico (número de células migradas en la muestra por número de células migradas en el control) de ≈2 , se utilizó como control positivo. Se realizó un análisis de tablero de ajedrez para diferenciar las respuestas quimiotácticas de las quimiocinéticas. El análisis estadístico fue realizado por Student subsiguiente t pruebas. Un valor de PAG& lt0.05 se consideró estadísticamente significativo. Para bloquear la actividad quimiotáctica de la PCR, se preincubaron los monocitos con el mAb anti-CRP-R a una concentración de 4 μg / ml.

Tinción inmunofluorescente con RC10.2

Los monocitos se sembraron en portaobjetos de vidrio en DMEM / suero AB al 10% y se fijaron en formaldehído al 4%. Las células se incubaron con mAb anti-CRP-R (2 μg / mL) durante 30 minutos. Se añadió un anticuerpo secundario marcado con TRITC (IgM de burro anti-ratón TRITC, Dianova) a una dilución de 1:50 durante otros 30 minutos. Las células se montaron en Mowiol (Calbiochem) y se visualizaron con un microscopio inmunofluorescente. Los controles incluyeron el reemplazo del mAb anti-CRP-R por un mAb de ratón de isotipo irrelevante y la preincubación de células con CRP (640 μg / ml) durante 3 horas a 4 ° C antes de teñir con RC10.2.

Tinción doble para CRP y CD68

Los portaobjetos se incubaron con el primer anticuerpo contra CRP, se visualizaron por inmersión en tetracloruro de diaminobencidina, 19 y se aclararon en solución salina tamponada con Tris. Después de un nuevo bloqueo con suero de caballo normal al 5%, los portaobjetos se incubaron con anti-CD68. Luego se incubaron 19 portaobjetos con anticuerpo anti-ratón conjugado con biotina, seguido de reactivo avidina-biotina peroxidasa. Esta vez, los productos de reacción se visualizaron sumergiendo los portaobjetos en 3-amino-9-etilcarbazol. Finalmente, los portaobjetos se tiñeron con hematoxilina y se montaron.

Resultados

Hallazgos morfológicos

Las muestras de arteria coronaria cumplieron los criterios de lesiones gelatinosas edematosas 29 30 y ateroscleróticas tempranas 31. Estas lesiones estaban todas dentro de engrosamientos intimales adaptativos difusos que consisten en una capa fibromuscular en la base de la íntima y una capa fibroelástica que bordea la luz. Las lesiones gelatinosas edematosas se caracterizaron por un aspecto disperso y translúcido de la íntima. Las lesiones tempranas se caracterizaron por la aparición de macrófagos como grupos aislados de células redondas o fusiformes dentro de la íntima o formando una capa ≥1 junto a la superficie luminal. De vez en cuando, estas células eran obvias en la mayor parte de la íntima. No hubo evidencia de una cubierta endotelial debido a la disociación post mortem temprana del endotelio. 34

Depósitos de PCR en lesiones gelatinosas edematosas que preceden a la infiltración de monocitos

No se pudo ver tinción de CRP dentro de engrosamientos intimales adaptativos y difusos sin ningún signo de desarrollo de lesión aterosclerótica (Figura 1A). Se pudo observar un depósito difuso de PCR en las áreas donde la mitad exterior de la capa fibroelástica y la capa fibromuscular de la íntima de engrosamientos intimales adaptativos y difusos parecían translúcidos (Figura 1C). Sin embargo, los macrófagos estaban ausentes o solo se distribuían escasamente dentro de la íntima en engrosamientos intimales adaptativos y difusos normales y dispersos (Figura 1B y 1D). El patrón general de depósitos de PCR en lesiones ateroscleróticas tempranas se ha descrito previamente. 19 La Figura 1 muestra un ejemplo de una sección secuencial de una lesión aterosclerótica inicial con una sola capa de células espumosas de macrófagos junto a la superficie luminal (Figura 1F) y una deposición difusa de CRP en la mitad exterior de la capa fibroelástica y en la capa fibromuscular capa de la íntima adyacente a la media (Figura 1E). Algunos de los macrófagos también se tiñeron positivamente para CRP (Figura 1E).

Para obtener información más precisa sobre la relación temporal y espacial entre la deposición de CRP y la infiltración de monocitos, utilizamos el método de inmunoperoxidasa de doble tinción. La Figura 2 muestra una doble inmunotinción para CRP (marrón) y CD68 (rojo) aplicada a un solo tejido de otra lesión aterosclerótica inicial. Los monocitos se infiltran en la pared arterial en los sitios de depósito de CRP.

Cuando se preabsorbió mAb CRP-8 con CRP en fase sólida, la tinción inmunohistoquímica se volvió negativa (Figura 1C, inserto).

La PCR es quimiotáctica para los monocitos de sangre humana

A concentraciones de PCR que varían de 5 a 160 μg / mL, se utilizó DMEM como medio de prueba para la quimiotaxis en la cámara de microquimiotaxis. DMEM sirvió como control negativo y FMLP (100 nmol / L) se utilizó como control positivo. La Figura 3A muestra un aumento significativo en la migración de monocitos con concentraciones crecientes de CRP. La respuesta quimiotáctica máxima se observó a una concentración de PCR de 40 μg / ml. El índice quimiotáctico medio a esta concentración fue 2,4. Las concentraciones más altas de CRP dieron como resultado una disminución de la actividad quimiotáctica, lo que representa una respuesta quimiotáctica característica. El análisis de tablero de ajedrez indicó una verdadera respuesta quimiotáctica en lugar de quimiocinética (Figura 3B), porque la migración de monocitos dependía de la presencia de un gradiente de CRP entre la cara superior e inferior del filtro.

CRP-R es expresado por monocitos y la actividad quimiotáctica de CRP es anulada por mAb anti-CRP-R

La tinción inmunofluorescente de monocitos recién aislados con el mAb anti-CRP-R mostró una intensa tinción positiva de células centrada en la membrana celular (Figura 4). El anticuerpo IgM de isotipo coincidente irrelevante a concentraciones equivalentes no reveló ninguna tinción inmunofluorescente (Figura 4B). La preincubación de células con CRP (640 μg / mL) a 4 ° C durante 3 horas redujo marcadamente la tinción inmunofluorescente con el anti-CRP-R (Figura 4C).

Se ofreció PCR (40 μg / mL) a los monocitos recién aislados en la cámara de microquimiotaxis. Se permitió que los monocitos se unieran con mAb anti-CRP-R a 4 μg / mL antes de que las células se usaran en el ensayo de quimiotaxis. La Figura 5 demuestra el bloqueo completo de la quimiotaxis mediada por CRP. Por el contrario, el anticuerpo IgM de isotipo coincidente irrelevante (4 μg / ml) no inhibió la quimiotaxis mediada por CRP. La viabilidad celular no se vio afectada por el mAb anti-CRP-R o por la propia CRP, según lo evaluado por la captación de exclusión del colorante azul tripán (datos no mostrados).

Localización de CRP-R en lesiones ateroscleróticas tempranas

Se encontró que la CRP-R estaba localizada en todas las lesiones ateroscleróticas tempranas estudiadas. Sin embargo, no se observó tinción de CRP-R en lesiones gelatinosas edematosas ni en engrosamientos intimales adaptativos y difusos sin ningún signo de desarrollo de lesiones ateroscleróticas. La manifestación predominante de la CRP-R en las primeras lesiones fue una tinción positiva a lo largo de la superficie celular de las células espumosas. Ocasionalmente, también hubo una fuerte tinción citoplásmica. En las lesiones ateroscleróticas iniciales, las células positivas para CRP-R se localizaron junto a la superficie luminal (Figura 6A y 6B). En las vetas grasas, eran evidentes en la mayor parte de la íntima, incluida la capa basal de la íntima adyacente a la media (Figura 6C). En general, no hubo tinción de CRP-R dentro de la media de la arteria. Un procedimiento de tinción similar realizado con el mAb IgM irrelevante produjo resultados negativos con todas las muestras de tejido (Figura 6D).

Discusión

Se están acumulando pruebas de que la PCR puede desempeñar un papel en la aterogénesis: (1) La evidencia epidemiológica revela una asociación entre los niveles elevados de PCR en plasma y la aterosclerosis y sus secuelas. 9 10 11 (2) La CRP muestra unión in vitro a LDL y, por lo tanto, puede quedar atrapada en la íntima por los lípidos depositados. 12 13 (3) La PCR activa el sistema del complemento a través de la vía clásica. 14 15 La colocalización de CRP y C5b-9 en lesiones ateroscleróticas tempranas de arterias coronarias humanas indica que CRP puede sostener un proceso inflamatorio crónico activando el complemento en la pared arterial. 19 (4) CRP opsoniza partículas biológicas, y la colocalización de CRP y de células espumosas en vetas grasas apoya el concepto de que CRP está involucrado en la formación de células espumosas. 19

En el presente estudio, hemos investigado un papel potencial de la PCR en el reclutamiento de monocitos en la aterogénesis humana. Describimos la distribución de monocitos, PCR y CRP-R en áreas gelatinosas edematosas y lesiones ateroscleróticas tempranas no solo demostrando que la deposición de CRP en la pared arterial precede a la infiltración de monocitos, sino también demostrando inmunorreactividad de CRP-R en la infiltración de monocitos y células espumosas. Además, hemos demostrado in vitro que la PCR es quimiotáctica para los monocitos de sangre humana en una cámara de microquimiotaxis de Boyden y, mediante el análisis de tablero de ajedrez, hemos demostrado que esta respuesta es quimiotáctica en lugar de quimiocinética. También tenemos evidencia mediante tinción inmunofluorescente con el mAb anti-CRP-R de que los monocitos de sangre humana expresan CRP-R específicos. Además, demostramos que la quimiotaxis de monocitos mediada por CRP es anulada por un mAb anti-CRP-R específico.

El hecho de que las células espumosas en las lesiones tempranas se tiñen positivamente para CRP-R así como para CRP 19 es consistente con la hipótesis de que la CRP participa en la formación de células espumosas opsonizando partículas lipídicas. La colocalización de la PCR con las denominadas LDL degradadas enzimáticamente (E-LDL) [32, 35, 36] se demostró recientemente en lesiones ateroscleróticas tempranas. 13 Aunque existe evidencia de que la formación de células espumosas por E-LDL se debe en parte a la captación de lipoproteínas a través de una vía mediada por un receptor eliminador, 32 la captación celular de E-LDL puede ir acompañada de la captación de CRP unida y mediada por la CRP- R. Esta hipótesis está respaldada por la tinción citoplasmática, que ocasionalmente se observa con el mAb anti-CRP-R y que es consistente con hallazgos anteriores que demuestran que la PCR unida al receptor es internalizada por los macrófagos a través de la ruta endosomal y se degrada parcialmente, seguido de reciclaje. del CRP-R. 37 La absorción de restos celulares por los monocitos después de la opsonización con CRP podría proporcionar una explicación adicional para la tinción positiva para CRP-R dentro de las células espumosas, ya que observamos una colocalización parcial de la deposición de CRP con pocos núcleos apoptóticos en las lesiones ateroscleróticas tempranas según lo evaluado por la desoxinucleotidil transferasa terminal Etiquetado final de nick dUTP mediado (MT et al, datos no publicados, 2000).

La PCR puede ser un componente importante de las proteínas plasmáticas que insudan la pared arterial que precede a la denominada lesión aterosclerótica inicial, que se caracteriza por la primera aparición de células espumosas de macrófagos derivadas de monocitos. La infiltración de monocitos en la pared arterial es un proceso de dos pasos que implica la adherencia al endotelio activado primero y la migración dirigida a un gradiente quimiotáctico en segundo lugar. 4 La PCR depositada de forma difusa puede generar un gradiente quimiotáctico dentro de la pared arterial, atrayendo a los monocitos que han transmigrado el endotelio.

La inhibición de la quimiotaxis mediada por CRP por el mAb anti-CRP-R in vitro proporciona una base para el uso futuro de este anticuerpo en un modelo animal experimental para intentar inhibir la quimiotaxis de monocitos en la pared arterial. Se requieren más estudios para abordar la participación de otros receptores, en particular los receptores Fcγ (FcγRI / CD64 y FcγRII / CD32), en la quimiotaxis mediada por CRP. Además, el papel de la denominada PCR modificada en la aterogénesis está pendiente de investigación. Esta PCR desnaturalizada se ha detectado recientemente en tejido vascular normal y tiene propiedades y efectos biológicos notablemente diferentes sobre las células que la PCR nativa. 38 No obstante, la acumulación temprana de PCR nativa en áreas insudadas puede explicar en parte algunos de los fenómenos en la formación de lesiones ateroscleróticas que hasta ahora no se comprenden. En primer lugar, además de otros quimioatrayentes, por ejemplo, la proteína quimiotáctica 1 de monocitos, la CRP puede actuar como quimioatrayente para los monocitos sanguíneos in vivo. En segundo lugar, se sabe que la PCR inhibe la quimiotaxis de neutrófilos [23, 26, 27] y la unión de los neutrófilos a las células endoteliales. Este último es causado por la estimulación de la escisión y desprendimiento de L-selectina de las membranas de los neutrófilos. 39 Esto bien puede explicar por qué apenas se encuentran neutrófilos en la lesión, aunque deben generarse potentes quimioatrayentes de neutrófilos, por ejemplo, C5a, dentro de la lesión.

En resumen, nuestros datos sugieren que, además de la activación del complemento, la estimulación de la quimiotaxis de monocitos y la inhibición de la quimiotaxis de neutrófilos pueden ser importantes mecanismos inflamatorios inducidos por el depósito de CRP en la pared arterial. A la luz de la creciente evidencia de que la PCR está íntimamente involucrada en los procesos de aterogénesis, nuestros datos sugieren un papel temprano de la PCR en la promoción de la progresión de las áreas insudadas hacia lesiones ateroscleróticas tempranas manifiestas.

Figura 1. PCR y monocitos en secciones secuenciales de arterias coronarias humanas. El lumen está en la esquina superior derecha. La demarcación entre la íntima y la media se indica mediante flechas. Bar = 50 μm. Los paneles A a D son secciones secuenciales de 2 engrosamientos intimales adaptativos sin (A y B) y con (C y D) un área gelatinosa edematosa. El engrosamiento de la íntima en los paneles C y D es más pronunciado que en los paneles A y B (mismo aumento). A, tinción de CRP, que demuestra la falta de depósito de proteínas dentro de la íntima. B, tinción de CD68, que muestra una sola célula positiva junto a la superficie luminal (punta de flecha pequeña). C, tinción de CRP, que demuestra la deposición difusa de CRP dentro de la zona insudada de la íntima (inserto, mAb CRP-8 preabsorbido con CRP en fase sólida). D, tinción CD68, que muestra no más de 2 o 3 macrófagos pequeños junto a la superficie luminal (punta de flecha pequeña). Los paneles E y F son secciones secuenciales de una lesión aterosclerótica inicial dentro de un engrosamiento intimal adaptativo. E, tinción de PCR, que demuestra el depósito difuso de PCR en la mitad exterior de la capa fibroelástica y la capa fibromuscular de la íntima adyacente a la media. Tenga en cuenta que algunos macrófagos también muestran tinción de PCR positiva (puntas de flecha pequeñas). F, tinción de CD68, que muestra una sola capa de células espumosas de macrófagos junto a la superficie luminal (pequeñas puntas de flecha).

Figura 2. Initial atherosclerotic lesion within an adaptive intimal thickening of a human coronary artery stained simultaneously for CRP (brown color, large arrowheads) and the macrophage marker CD68 (red color, small arrowheads). Lumen is in upper right corner. The demarcation between intima and media is indicated by an arrow. Bar=25 μm. As in Figure 1E and 1F , note the single intermittent layer of macrophage foam cells next to the luminal surface and the diffuse deposition of CRP in the outer half of the fibroelastic layer and in the fibromuscular layer of the intima adjacent to the media.

Figura 3. CRP and monocyte chemotaxis. A, Bar graphs showing the average chemotactic index in response to increasing CRP concentrations (n=6). Maximum chemotactic response was observed at a CRP concentration of 40 μg/mL. DMEM was used as a negative control FMLP (10 − 7 mmol/L) served as a positive control. Increase in monocyte migration up to the concentration of 40 μg/mL was demonstrated to be significant at a level of PAG<0.001 (ANOVA). Estudiante t tests were performed to compare the various CRP concentrations vs control (*PAG& lt0.05). B, Checkerboard analysis. Serial dilutions of CRP were applied above and under the filter, and migration was quantified by counting, for each well, the number of migrated monocytes in 5 random high-power fields. The results demonstrate true chemotactic activity because monocyte migration depends on the presence of a CRP gradient between the upper and lower face of the filter, and migration is not significantly modified by increasing concentrations of CRP on both sides of the filter.

Figura 4. A, Immunofluorescent staining of freshly isolated monocytes (CRP-R stain with RC10.2). Note the intense cell membrane–focused positive stain of cells. B, Staining with irrelevant isotype-matched mouse mAb, confirming specificity of the anti–CRP-R mAb. C, Preincubation with CRP (640 μg/mL) for 3 hours at 4°C before staining with RC10.2. A marked reduction of immunofluorescence is revealed.

Figura 5. Effect of RC10.2 on monocyte migration. The antibody (4 μg/mL) abolishes CRP-mediated monocyte migration. Average chemotactic indices are for 3 independent experiments (PAG& lt0.05).

Figura 6. CRP-R in early atherosclerotic lesions of human coronary arteries. Lumen is in upper right corner. Demarcation between intima and media is indicated by arrows. Bar=50 μm (A and B) and 25 μm (C and D). A and B, Initial atherosclerotic lesion within an adaptive intimal thickening, identifying CRP-R–bearing foam cells next to the luminal surface (A, CPR-R stain) as being macrophages (B, CD68 stain). C and D, Fatty streak within an adaptive intimal thickening, confirming specificity of the anti–CRP-R mAb (C, CRP-R stain D, staining with irrelevant isotype-matched mouse mAb directed against Aspergillus niger glucose oxidase).

This study was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 451, project A4). We gratefully acknowledge Dr David Bowyer and Dr Nikolaus Marx for critical reading of the manuscript and the blood transfusion service of Ulm University for providing buffy coats. We thank Armin Imhof for help with statistical analysis. This work contains data from the MD thesis of Carsten Rist.


What If Humans Had Eagle Vision?

If you swapped your eyes for an eagle's, you could see an ant crawling on the ground from the roof of a 10-story building. You could make out the expressions on basketball players' faces from the worst seats in the arena. Objects directly in your line of sight would appear magnified, and everything would be brilliantly colored, rendered in an inconceivable array of shades.

The more scientists learn about eagle vision, the more awesome it sounds. Thanks to developing technologies, some aspects of their eyesight may eventually be achievable for humans. Others, we can only imagine.

Eagles and other birds of prey can see four to five times farther than the average human can, meaning they have 20/5 or 20/4 vision under ideal viewing conditions. Scientists have to cook up special experiments to judge eagles' eyesight &mdash your optometrist's alphabet eye charts are of no use, after all &mdash and one common setup involves training the birds to fly down a long tunnel toward two TV screens. One screen displays a striped pattern, and the birds get a treat when they land on it. Scientists test their acuity by varying the width of the stripes and determining from what distance the eagles begin to veer in the correct direction.

According to William Hodos, a distinguished professor emeritus at the University of Maryland who has studied the visual acuity of birds since the 1970s, two eyeball features confer eagles' sharper vision. First, their retinas are more densely coated with light-detecting cells called cones than human retinas, enhancing their power to resolve fine details just as higher pixel density increases the resolving power of cameras.

Second, they have a much deeper fovea, a cone-rich structure in the backs of the eyes of both humans and eagles that detects light from the center of our visual field. "Our fovea is a little shell or bowl, while in hawk or eagle it's a convex pit. Some investigators think this deep fovea allows their eyes to act like a telephoto lens, giving them extra magnification in the center of their field of view," Hodos told Life's Little Mysteries.

On top of sharp focus and a central magnifier, eagles, like all birds, also have superior color vision. They see colors as more vivid than we do, can discriminate between more shades, and can also see ultraviolet light &mdash an ability that evolved to help them detect the UV-reflecting urine trails of small prey. But there's no way to know what these extra colors, including ultraviolet, look like. "Suppose you wanted to describe the color of a tomato to someone who was born blind. You couldn't do it. We can't even guess what they're subjective sensation of ultraviolet light is," Hodos said. [Red-Green & Blue-Yellow: The Stunning Colors You Can't See]

Life with 20/5 vision

Eagle vision wouldn't change how we perform most daily activities &mdash such as reading computer screens or the newspaper, or finding milk in a crowded refrigerator &mdash but how we perceive the world and use our eyes would certainly be different. It's perhaps easiest to consider our new powers in the context of how eagles use them: for hunting.

On top of the ability to see farther and perceive more colors, we would also have nearly double the field of view. With our eyes angled 30 degrees away from the midline of our faces like an eagle's, we would see almost all the way behind our heads with a 340-degree visual field (compared to normal humans' 180 degree field) this would confer a clear advantage in hunting and self-defense.

With eagle eyes, we would swivel our heads constantly. To locate prey or any other object of interest in the distance, you'd periodically turn your head to the side to sweep your fovea (telephoto lens) across your field of view. After spotting what you're looking for in this manner, you'd redirect your head toward it and use stereoscopic vision &mdash combining the viewpoints of both eyes to gauge distance &mdash to calibrate the speed of your approach.

Enhanced perception and hunting prowess would likely come with a few drawbacks. "I would say that birds probably have a greater proportion of their brain volume devoted to visual processing than other groups of animals. Now the question of what it comes at the expense of: most birds appear not to have a well-developed sense of smell or taste," Hodos said.

It's more difficult to say how your more sophisticated cognitive processes would fare. "Birds have areas that parecer to function like the cortex [the part of our brains responsible for memory, language and complex thought], but it's arguable. But in terms of their ability to solve problems and so on, they match what many mammals can do. Many birds have superb memory," he said. [The 5 Smartest Non-Primates on the Planet]

Maximizing our potential

Eagles' high-flying lifestyle requires better vision than humans need, and the physical properties of our eyeballs limit us to 20/10 or 20/8 vision at best. Natural vision that good is extremely rare, but research by David Williams, director of the Center for Visual Science at the University of Rochester, and his colleagues may soon enable laser eye surgeons to achieve 20/10-or-better vision for a large percentage of patients, placing their visual acuity halfway between that of humans and eagles.

Williams and his colleagues use an instrument called a wavefront sensor to detect distortions in human vision. They shoot light into the eye and observe how it bounces back through hundreds of tiny lenses in the sensor. The aberrations in patterns created by those lenses serve as a map of the eye's mistakes. Customized surgical techniques are being developed to implement the results of patients' wavefront measurements, in order to correct their vision beyond 20/20.

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The Impact of School Start Times on Adolescent Health and Academic Performance

“All life on earth has evolved under a rhythmically cambiando cycle of light and darkness, and organisms from single-celled bacteria up to man possess an internal representation of time. These 24 hour cycles, termed circadian rhythms, persist in the absence of external cues, and provide a means of anticipating changes in the environment rather than passively responding to them. In mammals, including man, light provides the critical input to the circadian system, synchronising the body clock to prevailing conditions.” ( 248 ) — RUSSELL FOSTER , Ph.D., F.R.S. , C.B.E. , Chair of Circadian Neuroscience, Head of Nuffield Laboratory of Ophthalmology, Oxford University [circadian: circa = about die = day].

“[Y]oung people have special needs during adolescent development that are related directly to their intrinsic sleep cycles.” (6) Adolescence commences at puberty’s onset ( 2 ) i.e., when children attain Tanner stage 2 (sexual maturation rating). (249, Stang & Story, Adolescent Growth and Development, publish. in, Guidelines for Adolescent Nutrition Services (Stang & Story, edits., Univ. Minn. 2005) p. 1.) The normal age range of pubertal onset is between 8 and 13 years in girls and between 9 years 6 months and 13 years, 6 months in boys. (249) ”The timing and tempo of puberty vary widely, even among healthy children.” (250)

While the end of puberty is defined as the point of cessation of bone growth, the end of adolescence is “defined less clearly, by a mixture of physical, psychological, social, and mental measures. One conspicuous property of adolescence is the apparently unsaturable capacity to stay up late and to sleep in.” (250.3) Individuals reach a maximum in their “‘lateness’” at around the age of 20. (250.3) At about 19.5 years in girls and at about 20.9 years in boys, there is an “abrupt change in the timing of sleep[,]” generally accepted as the “first biological marker of the end of adolescence.” (250.3 , see ns. 7, 103, 250.4.)

Circadian Rhythms & Homeostasis

Although sleep/wake patterns have long been known to delay in adolescents, behavioral factors (e.g., jobs, social diversions, scholastic obligations) were assumed to be entirely responsible. ( 21 , 192) In 1913, for example, Stanford Psychology Department Chair Lewis Terman and his co-author, Adele Hocking, noted a shift from “vesperal” to “matinal” sleeping during adolescence, attributing the change to increasing homework. (250.7) In the 1970s, researchers recognized that sleep patterns “change fundamentally at the transition to adolescence.” ( 5 )

In 1993, Carskadon, et al., (1) and Andrade, et al., (1.5) determined that the circadian system undergoes developmental biological changes when puberty arrives. (1, 1.5, 193) Other researchers have made “similar observations, together providing converg[ing] evidence that the circadian phase undergoes a delay in association with puberty[.]” ( Carskadon , Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns ( Marcus , Carroll , & Donnelly, edits., Informa Healthcare, 2nd ed. 2008) p. 100 see also, n. 2.5.) Recent studies demonstrate “adolescent changes in sleep (delayed sleep phase and disrupted sleep) are evident prior to the bodily changes associated with puberty.” (Wolfson & Richards, Young Adolescents: Struggles with Insufficient Sleep, publish. in, Sleep and Development (Oxford Univ. Press, El Sheikh edit. 2011) p. 268, citing n. 250.5 .)

“Growing evidence supports the conjecture that endogenous circadian period and light sensitivity of the circadian system are altered during puberty in humans and animals. Such changes could explain the development of delayed sleep phase during puberty.” ( 103 )

The sleep pressure rate, or homeostatic drive—the biological trigger that causes sleepiness—slows down in adolescence. (26, 103) “Homeostasis relates to the neurobiological need to sleep the longer the period of wakefulness, the more pressure builds for sleep and the more difficult it is to resist[.]” (222) Adolescents develop a resistance to sleep pressure that permits them to stay up later. ( 103 ) At the same time, their circadian phase becomes relatively delayed, which provides them with a drive to stay awake later in the evening and to sleep later in the morning. ( 103 ) The magnitude of the delay is greater on non–school days. (1.5, 20, 21, 65, 147, 193) Additionally, rising time on non–school days gets later as adolescence progresses. (1.5, 21, 183.5)

The preferred sleep onset time for most adolescents is 11 p.m. o después. (2, 7, 8, 9, 54) In adults, by contrast, the ideal sleep onset time may range from 8 p.m. to midnight. (269) Bedtime gets later on school and non–school days with increasing adolescent age. (21, 65, 193) The circadian system and melatonin, a sleep-inducing hormone, direct a sleep cycle in teens which operates from approximately 11 p.m. to 8 a.m., or later. (2, 3, 6, 7, 8, 9, 54) The pubertal stage correlates with the “circadian phase marker” such that more mature children show a “later phase of melatonin secretion offset[]” ( Carskadon , Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns , supra , pag. 100 [the presence of melatonin may be measured in salivary levels], n. omitted see also, n. 21 ), generally leaving students in the upper grades the most sleep-deprived. (67, 107, 145)

While some individuals may be able to fall asleep earlier than 11 p.m. (Smolensky & Lamberg, The Body Clock: Guide to Better Health (Henry Holt & Co., 2000) [melatonin secretion may occur by 10:30 p.m. in older adolescents and by about 9:30 p.m. in younger adolescents] p. 88), others may not secrete melatonin until midnight or later. ( 251 , 252 , see, Terman & McMahan , Chronotherapy: Resetting Your Inner Clock to Boost Mood, Alertness, and Quality Sleep (Penguin Group 2012) p. 199 [adolescent “inner clock … shifts in the direction of signaling sleep at midnight or 1 a.m. and waking up at 9 or 10 a.m.”].) For most adolescents, melatonin continues in peak production until about 7 a.m., then stops at about 8 a.m. ( 24 , 252 ) In adults, levels peak at about 4 a.m. ( 24 ) Therefore, waking a teenager at 7 a.m. is “equivalent” to waking an adult at 4 a.m. ( 20 , 24 , see also, Cardinali, Chronoeducation: How the Biological Clock Influences the Learning Process, publish. in, The Educated Brain: Essays in Neuroeducation (Battro, Fischer, & Léna, edit., Cambridge Univ. Press 2008) pp. 115, 121.)

“The teenage body is nocturnal[.]” (268) According to Stanford sleep expert Dr. William Dement, adolescents’ “biological rhythms are set in such a way that they really can’t wake up earlier. It’s like telling a person they have to jump eight feet. They just can’t.” ( 184 )

“Many parents and teachers become frustrated that adolescents seem to create their own problem of not getting enough sleep by choosing a late bedtime, despite their complaints of sleepiness in the morning. However, there are multiple factors that contribute to later bedtimes, and it is increasingly clear that adolescents stay awake later largely for biological, not social, reasons. As with adults, the physiological factor that most powerfully regulates the timing of waking and sleeping in adolescents is the circadian rhythm, a hard-wired ‘clock’ in the suprachiasmatic nucleus of the brain.” ( 2 )

Phase delayed sleep/wake patterns prevail among adolescents globally. ( 253 , 254 , 255 , 256 , 257 , 258 , 259 ) “[A] delay in the timing of sleep during the second decade of life has been observed in over 16 countries on 6 continents, in cultures ranging from pre-industrial to modern.” ( 103 ) For some teens, “the biological urge to stay up late continues into their forties.” (Terman & McMahan, Chronotherapy: Resetting Your Inner Clock to Boost Mood, Alertness, and Quality Sleep, supra, pag. 199.) Most children and adolescents, however, sleep increasingly later until the age of approximately 20, when there is an “abrupt shift in sleep schedules” and “mid-point times” become increasingly earlier again. (250.3, 265) Until then, scientists have repeatedly observed that adhering to Poor Richard’s judgment—“ ‘early to bed, early to rise’—may be difficult in the presence of a biologically driven phase preference.” ( 1 , 7 , 32 )

Individuals are inherently “larks” or “owls” who naturally prefer earlier or later daily schedules i.e., morningness or eveningness chronotypes. ( 260 , 261 ) Females tend to be more ‘morning type’ due to a tendency to have a shorter circadian period. ( 266 )

“Chronotype refers to when an individual’s endogenous circadian clock synchronises (entrains) to the 24 h day. When shielded from environmental time cues, i.e. cycles of light and darkness, circadian clocks ‘run free’, with a period of about one day (hence ‘circa-dian’). In nature, they are entrained to the earth’s 24 h light–dark cycle, with individual clocks entraining differently —some very late (‘owls’), others very early (‘larks’), and the majority in between. The chronotype is predominantly defined via behavior, e.g. activity onset in animals which strongly correlates with sleep offset.” (250.3)

“There is a difference of about 65 minutes in the peaks of body temperature rhythm between morning and evening types, and morning types secrete significantly more adrenaline in the morning than do evening types. Furthermore, the timing of mood and activity rhythms differs by several hours between distinct morning and evening types.” (264)

Although phase delay generally shifts adolescents to the owl’s schedule, ( 260 ) individuals retain biological preferences for morning or evening activities. ( 261 ) “For around 40% of teens, this natural tendency toward an eveningness chronotype is so severe that it is practically impossible for them to fall asleep much before midnight even under the most supportive of parental/familial conditions and bedtime routines[.]” (250.1)

There may be variation within chronotypes, placing some at mid-range, others at extremes. ( 262 ) Extreme “owls” may fall asleep when extreme “larks” awaken. ( 263 ) Mid-range types may slightly favor morning or evening activities, but can occasionally manage either. (Smolensky & Lamberg, The Body Clock: Guide to Better Health, supra, pp. 40-41, 55 [referring to mid-range types as “hummingbirds”].)

Morning-type individuals tend to awaken about two hours earlier than evening types and have peaks earlier in time (phase advanced) for variables such as melatonin secretion, body temperature, and self-reported alertness. (267) Morning- and “neither-type individuals” also have shorter latencies to fall asleep in response to a forced nap than do evening types. (267) The underlying physiology that differentiates morning and evening-type individuals is the length of their circadian period or “clock” (tau). (267) Morning-type individuals have shorter values of tau which are actually close to a 24-h period, while evening-type individuals have values that are somewhat longer than 24 h. (267)

“Our daily life is organized by three different clocks: a solar clock, providing light and warmer temperatures during the day a social clock, which we see or hear first thing on a working day and a biological clock, which we sense most vividly when jet lagged, during shift work, or when adjusting to daylight savings time. When shielded from the solar and the social clock (constant conditions), the biological clock ‘runs free.’ In real life, however, circadian clocks are usually synchronized (entrained) to the 24 h of the solar clock. The major environmental signal for entrainment (zeitgeber) is light that, in mammals, can reach the biological clock only through the eyes[.]” (263, citations omitted.)

“Long after the initial discovery of circadian rhythms, it was assumed that human beings had evolved to the point where circadian rhythms were no longer impacted by the light-dark environment. The finding by Lewy et al. that bright white light delivered to the human eye at night could inhibit melatonin production—and even shift the melatonin production rhythm—demonstrated that this earlier belief about lighting was false.” (278) (The totally blind generally have circadian rhythms that are “free-running” — i.e., not entrained to environmental time cues, oscillating on a cycle slightly longer than 24 hours.) (279)

Nearly all adolescents in the U.S. have at least one electronic item such as a television, computer, telephone, or music device in their bedrooms. ( 25 , 105 ) The brightness of a television or computer screen may interfere with melatonin release, because release occurs only under dark conditions. ( 105 ) In turn, regulation of the sleep-wake cycle may be disturbed. ( 105 ) A 2014 survey of 9,089 high school students in three states found that students with either a phone or computer in their bedrooms were less likely to capture eight hours of sleep than students without these items in their bedrooms. (309) Electronic device multitasking also appears to be a good predictor of diminished sleep. ( 105 ) Video gaming may be particularly disruptive to adolescent sleep. ( 108)

As little as five hours exposure to normal levels of indoor lighting, and not just very bright light, can reset the human biological clock, a finding which indicates that many people in industrialized countries may be constantly sleep deprived and in a permanent state of jet lag. ( 280 ) A study of Brazilian adolescents living without electricity showed a delay in sleep, however, those living in nearby electrified homes delayed sleep to a greater degree and slept less. (Carskadon, Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns, supra, pag. 96.)

Although light treatments have served to modify circadian timing in some populations, a 2005 study reported early morning light treatments did not change adolescent sleep/wake cycles or improve daytime performance during weekdays. ( 6 ) “Natural circadian patterns are very resistant to change.” (Wahlstrom, Accommodating the Sleep Patterns of Adolescents Within Current Educational Structures: An Uncharted Path, publish. in, Adolescent Sleep Patterns, Biological, Social, and Psychological Influences, supra, pag. 173.) By contrast, carefully controlling light exposure, including wearing eyeshades to exclude evening light, has been successful in modifying adolescent circadian timing. (5, 8) However, this approach may be less than practical for most teenagers.

Inadequate exposure to short-wavelength (blue) light further delays the adolescent sleep/wake cycle, pushing back the onset of melatonin by about six minutes for each morning light-deprived day. ( 281 ) Mariana Figueiro , Ph.D., Assistant Professor and Program Director at Rensselaer Polytechnic Institute’s Lighting Research Center, explains:

“ ‘As teenagers spend more time indoors, they miss out on essential morning light needed to stimulate the body’s 24-hour biological system, which regulates the sleep/wake cycle[.]’ [¶] The problem is that today’s middle and high schools have rigid schedules requiring teenagers to be in school very early in the morning. These students are likely to miss the morning light because they are often traveling to and arriving at school before the sun is up or as it’s just rising. ’This disrupts the connection between daily biological rhythms, called circadian rhythms, and the earth’s natural 24-hour light/dark cycle[.]’ ” ( 282 )

In addition, Figueiro contends schools are unlikely to provide adequate electric light or daylight to stimulate this biological or circadian system, which regulates body temperature, alertness, appetite, hormones and sleep patterns. (282) Our biological system responds to light much differently than our visual system. (282) It is much more sensitive to blue light. (282) Therefore, having enough light in the classroom to read and study does not guarantee sufficient light to stimulate our biological system. (282)


INDIRECT VIRULENCE FACTORS

As we know, the ability of B. mandrillaris to produce human diseases is a multifactorial process and among other factors, is dependent on their ability to survive outside its mammalian host for various times and under diverse environmental conditions (high osmolarity, varying temperatures, food deprivation, and resistance to chemotherapeutic drugs). It is most likely the cyst stage that allows B. mandrillaris to overcome such conditions. Consequently, the ability of B. mandrillaris to switch its phenotype can be considered as contributory factors toward disease and are indicated as indirect virulence factors.


There are a number of graphical tools we have at our disposal to assess approximate normality based on observations of a variable of interest. There are also some formal tests we can apply. Here we focus on the graphical tools.

18.11.1 Comparing histograms to theoretical normals

One of the simplest approaches to assessing approximate normality for a variable of interest is to plot a histogram of the observed variable, and then to overlay on that histogram the probability density function you would expect for a normal distribution with the same mean and standard deviation.

In the example below I show a histogram of heights from a sample of 100 men, overlain with the PDF of a normal distribution with the mean and standard deviation as estimated from the sample.

The histogram matches fairly well to the theoretical normal, but histograms are rather course visualizations when sample sizes are modst.

18.11.2 Normal probability plot

A second graphical tool for assessing normality is a “normal probability plot”. A normal probability plot is a type of scatter plot for which the x-axis represents theoretical quantiles of a normal distribution, and the y-axis represents the observed quantiles of our observed data. If the observed data perfectly matched the normal distribution with the same mean and standard deviation, then all the points should fall on a straight line. Deviations from normality are represented by runs of points off the line.

The ggplot functions geom_qq() and gome_qq_line() take care of the necessary calculations required to generate a normal probability plot. Here is the normal probability plot for the male height data:

This plot suggests that the male heights are approximately normally distributed, though there are maybe a few more very short men and a few less very tall men in our sample then we would expect under perfect normality.

18.11.3 Comparing the empirical CDF to the theoretical CDF

A third visual approach is to estimate a cumulative distribution function (CDF) for the variable of interest from the data and compare this to the theoertical cumulative distribution function you’d expected for a normal distribution (as provided by pnorm() ). When you estimate a cumulative distribution function from data, this is a called an “empirical CDF”.

The function ggplot::stat_ecdf estimates the empirical CDF for us and plots it, we can combine this with stat_function() to plot the theoertical CDF using pnorm, as shown below for the height data.

Here the match between the empirical CDF and the theoretical CDF is pretty good, again suggesting that the data is approximately normal.


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