Informations

Justification de la classification différente des fibres nerveuses


Deux principaux types de classification des fibres nerveuses sont la classification numérique et la classification Erlanger-Gasser, basée sur le diamètre et les propriétés de conduction.

Dans les groupes de classification numérique Ia et Ib ont tous deux la même vitesse de conduction et le même diamètre, alors sur quelle base sont-ils différents, est-ce simplement parce qu'ils innervent des structures différentes, alors pourquoi ce critère n'est-il pas suivi davantage ?

Toujours dans la classification d'Erlanger et de Gasser, les types A et B sont myélinisés et C est non myélinisé, alors pourquoi B n'est-il pas matraqué en tant que sous-groupe de A ? En quoi B est-il différent de A (delta) même si les deux sont myélinisés et ont la même vitesse de conduction ?

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


Solutions NCERT pour le contrôle et la coordination neuronaux de biologie de classe 11

Sujets et sous-sujets dans Solutions NCERT pour la biologie de classe 11 Chapitre 21 Contrôle et coordination neuronaux:

Nom de la section Nom du sujet
21 Contrôle et coordination neuronaux
21.1 Système neuronal
21.2 Système neuronal humain
21.3 Neurone comme unité structurelle et fonctionnelle du système neuronal
21.4 Système neuronal central
21.5 Action réflexe et arc réflexe
21.6 Réception et traitement sensoriels
21.7 Sommaire

QUESTIONS DU MANUEL NCERT DE RÉSOLU

1. Décrivez brièvement la structure des éléments suivants :
(a) Cerveau (b) Oeil (c) Oreille
Solution: (un cerveau: Le cerveau agit comme un système de contrôle et de commande du corps. Il est protégé par le crâne et est recouvert de trois méninges. Il est divisible en trois régions principales : le cerveau antérieur, le mésencéphale et le cerveau postérieur.
(i) Prosencéphale – Il se compose de trois régions :
(a) Lobes olfactifs : il s'agit d'une paire de très petits corps solides en forme de massue qui sont largement séparés les uns des autres.
autre. Ils sont entièrement recouverts par les hémisphères cérébraux.
(b) Cerveau – C'est la plus grande et la plus complexe de toutes les parties du cerveau humain. Une fente profonde divise le cerveau en hémisphères cérébraux droit et gauche, reliés par des fibres myélinisées, le corps calleux.
(c) Diencephalon – Il renferme une cavité en forme de fente, le troisième ventricule. Le toit mince de cette cavité est connu sous le nom d'épithalamus, les côtés épais droit et gauche sous le nom de thalami et le sol sous le nom d'hypothalamus.
(ii) Mésencéphale – Il est situé entre le thalamus/hypothalamus du cerveau antérieur et les ponts du cerveau postérieur. Sa surface supérieure a deux paires de protubérances arrondies appelées corpora quadrigemina et deux faisceaux de fibres appelées crura cerebri.
(iii) Hindbrain – Il se compose de :
(a) Cervelet – La deuxième plus grande partie du cerveau humain est le cervelet. Il se compose de deux hémisphères cérébelleux latéraux et d'une partie centrale en forme de ver, le vermis. Le cervelet a sa matière grise à l'extérieur, constituée de trois couches de cellules et de fibres. Il contient également des cellules de Golgi, des cellules paniers et des cellules granulaires.
(b) Pons varolii – Une masse ovale, appelée pons varolii, se trouve au-dessus de la moelle allongée. Il se compose principalement de fibres nerveuses qui relient différentes régions du cerveau.
(c) Medulla oblongata – Il s'étend du pons varolii ci-dessus et est en continuité avec la moelle épinière ci-dessous. Le milieu du cerveau, le pons varolii et le bulbe rachidien sont collectivement appelés tronc cérébral.

(b) Eyeil : L'œil est une structure sphérique creuse composée de trois couches :
– Manteau fibreux extérieur
– Manteau vasculaire moyen
– Manteau nerveux intérieur
(i) Manteau fibreux : Il est épais et protège le globe oculaire. Il a deux régions distinctes : la sclérotique et la cornée. La sclérotique couvre la majeure partie du globe oculaire. La sclérotique ou le blanc de l'œil contient de nombreuses fibres de collagène. La cornée est une partie transparente qui forme le sixième antérieur du globe oculaire. La cornée est avasculaire (c'est-à-dire qu'elle manque de sang).
(ii) Manteau vasculaire : Il se compose de 3 régions : choroïde, iris, corps ciliaire.
(a) Choroïde : Elle est adjacente à la sclérotique et contient de nombreux vaisseaux sanguins et cellules pigmentées.
(b) Iris : L'iris est un diaphragme musculaire circulaire contenant le pigment donnant à l'œil sa couleur. Il s'étend du corps ciliaire à travers le globe oculaire devant le cristallin. Il a une ouverture au centre appelée pupille.
Il contient deux types de muscles lisses, les muscles circulaires (sphincters) et les muscles radiaux (dilatateurs), d'origine ectodermique.
(c) Corps ciliaire : Derrière le bord périphérique de l'iris, la couche vasculaire est épaissie pour former le corps ciliaire. Il est composé des muscles ciliaires et des processus ciliaires.
(iii) Manteau nerveux: Il s'agit de la rétine qui est la couche neurale et sensorielle d'un globe oculaire. Il se compose de trois couches de cellules ganglionnaires, de cellules bipolaires et de cellules photoréceptrices (bâtonnets et cônes).
Lentille : C'est une structure élastique transparente, biconvexe qui courbe les ondes lumineuses lorsqu'elles traversent sa surface. Il est composé de cellules épithéliales qui ont de grandes quantités de cytoplasme clair sous forme de fibres.
Chambres du globe oculaire: Le cristallin, le ligament suspenseur et le corps ciliaire divisent l'œil en une chambre aqueuse antérieure et une chambre vitrée postérieure qui sont respectivement remplies d'humeur aqueuse et d'humeur vitrée.

(c) Oreille : Il y a trois portions dans une oreille :
(i) Oreille externe : Elle comporte en outre 2 régions : le pavillon et le conduit auditif externe ou méat.
(a) Pavillon : Le pavillon est un cartilage élastique en saillie recouvert de peau. Son arête externe la plus proéminente s'appelle l'hélice. Le lobule est la partie souple et souple à son extrémité inférieure composée de tissu fibreux et adipeux richement alimenté en capillaires sanguins. Il est aussi sensible qu'efficace pour capter les ondes sonores.
(b) Conduit auditif externe : C'est un tube en forme de S menant vers l'intérieur du pavillon de l'oreille. C'est un passage tubulaire soutenu par du cartilage dans sa partie extérieure et par de l'os dans sa partie intérieure.
(ii) Oreille moyenne : il se compose de 3 petits os appelés osselets de l'oreille - le marteau, l'enclume et l'étrier, qui sont attachés les uns aux autres et augmentent l'efficacité de la transmission des ondes sonores à l'oreille interne.
(iii) Oreille interne : Elle se compose d'os et

2. Comparez les éléments suivants :
(a) Système neural central (SNC) et système neural périphérique (SNP).
(b) Potentiel de repos et potentiel d'action.
(c) Choroïde et rétine.
Solution: (a) SNC: Il se situe le long de l'axe médio-dorsal du corps. C'est une structure creuse, placée dorsalement et composée du cerveau et de la moelle épinière. C'est un centre de traitement et de contrôle de l'information.
SNP : Les nerfs issus du système nerveux central constituent le système nerveux périphérique. Il transporte des informations vers et depuis le CNS. Il comprend les nerfs spinaux et les nerfs crâniens.
(b) Potentiel de repos : À l'extérieur de la membrane plasmique d'une fibre nerveuse se trouve le liquide extracellulaire qui est chargé positivement par rapport au contenu cellulaire à l'intérieur de la membrane plasmique. Une fibre nerveuse au repos montre une différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur de cette membrane plasmique. Cette différence dans les charges électriques à travers la membrane plasmique est appelée « potentiel de repos ». Une membrane avec un potentiel de repos à travers elle est dite électriquement polarisée. Potentiel d'action : Le potentiel d'action est un autre nom de l'influx nerveux. Le contenu à l'intérieur d'une cellule à l'état excité devient chargé positivement par rapport au liquide extracellulaire à l'extérieur. Ce changement de polarité à travers la membrane plasmique est connu sous le nom de potentiel d'action. La membrane avec une polarité inversée à travers elle est dite dépolarisée.
(c) Choroïde: La choroïde est adjacente à la sclérotique et contient de nombreux vaisseaux sanguins qui fournissent des nutriments et de l'oxygène aux autres tissus, en particulier de la rétine. Il contient des cellules pigmentaires abondantes et est de couleur brun foncé.
Rétine : C'est la couche neurale et sensorielle du globe oculaire. C'est un pelage très délicat et tapisse l'ensemble du manteau vasculaire. Sa face externe est en contact avec la choroïde et sa face interne avec l'humeur vitrée. Il contient des cellules ganglionnaires, des cellules bipolaires et des cellules photoréceptrices. labyrinthe membraneux. Le labyrinthe membraneux se compose de trois canaux semi-circulaires, l'utricule, le saccule et la cochlée.

Plus de ressources pour CBSE Classe 11

3. Expliquez les processus suivants :
(a) Polarisation de la membrane d'une fibre nerveuse.
(b) Dépolarisation de la membrane d'une fibre nerveuse.
(c) Conduction d'un influx nerveux le long d'une fibre nerveuse.
(d) Transmission d'un influx nerveux à travers une synapse chimique.
Solution: (a) Polarisation de la membrane d'une fibre nerveuse : Dans la fibre nerveuse au repos (non conductrice d'impulsion), la membrane plasmique sépare deux solutions de composition chimique différente mais ayant approximativement le même nombre total d'ions. Dans le milieu externe (liquide tissulaire), les ions sodium (Na + ) et les ions Cl – prédominent, tandis qu'à l'intérieur de la fibre (liquide intracellulaire) les ions potassium (K + ) prédominent. Le flux différentiel des ions chargés positivement et l'incapacité des ions organiques (protéines) chargés négativement dans la fibre nerveuse à s'évanouir provoquent une charge positive croissante à l'extérieur de la membrane et une charge négative à l'intérieur de la membrane. Cela rend la membrane de la fibre nerveuse au repos polarisée, le liquide extracellulaire à l'extérieur étant électropositif (chargé positivement) par rapport au contenu cellulaire à l'intérieur.
(b) Dépolarisation de la membrane d'une fibre nerveuse : Lors de la dépolarisation, les portes d'activation des canaux Na s'ouvrent et les canaux K restent fermés. Na+ se précipite dans l'axone. L'entrée d'ions sodium entraîne une dépolarisation (inversion de polarité) de la membrane nerveuse, de sorte que le contenu des fibres nerveuses devient électropositif par rapport au liquide extracellulaire.
(c) Conduction d'un influx nerveux le long d'une fibre nerveuse : Le système nerveux transmet des informations sous la forme d'une série d'influx nerveux. Une impulsion nerveuse est le mouvement d'un potentiel d'action sous la forme d'une onde à travers une fibre nerveuse. Les potentiels d'action sont propagés, c'est-à-dire auto-générés le long de l'axone. Les événements qui mettent en place un potentiel d'action à un endroit de la fibre nerveuse le transmettent également sur toute la longueur de la fibre nerveuse. Le potentiel d'action se déplace alors vers la région voisine de la fibre nerveuse jusqu'à ce qu'il couvre toute la longueur de la fibre.
(d) Transmission d'une impulsion nerveuse à travers une synapse chimique : Au niveau d'une synapse chimique, les membranes des neurones pré- et post-synaptiques sont séparées par un espace rempli de liquide appelé fente synaptique. Des produits chimiques appelés neurotransmetteurs sont impliqués dans la transmission des impulsions au niveau de ces synapses. Les terminaisons axonales contiennent des vésicules remplies de ces neurotransmetteurs. Lorsqu'une impulsion (potentiel d'action) arrive à la terminaison axonale, elle stimule le mouvement des vésicules synaptiques vers la membrane où elles fusionnent avec la membrane plasmique et éclatent pour libérer leurs neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Les neurotransmetteurs libérés se lient à leurs récepteurs spécifiques, présents sur la membrane post-synaptique. Cette liaison ouvre des canaux ioniques permettant l'entrée d'ions qui peuvent générer un nouveau potentiel dans le neurone post-synaptique. Le nouveau potentiel développé peut être soit excitateur, soit inhibiteur.

4. Dessinez des diagrammes étiquetés des éléments suivants :
(a) Neurone (b) Cerveau
(c) Oeil (d) Oreille
Solution: (une)

(b)

(c)

(ré)

5. Rédigez de brèves notes sur les points suivants :
(a) Coordination neuronale (b) Prosencéphale
(c) mésencéphale (d) cerveau postérieur
(e) Rétine (f) Ossicules de l'oreille
(g) Cochlée (h) Organe de Corti
(i) Synapse
Solution: (a) Coordination neuronale : Lorsque les animaux supérieurs répondent à divers stimuli, chaque réponse à un stimulus spécifique implique généralement de nombreux organes (parties) de leur corps. Par conséquent, il est nécessaire que tous les organes (parties) concernés du corps travaillent de manière systématique pour produire la réponse. Le travail ensemble de divers organes (parties) du corps d'un organisme multicellulaire de manière appropriée pour compléter les fonctions les uns des autres est appelé coordination. Ceci est réalisé par trois processus qui se chevauchent : entrée sensorielle du système nerveux, intégration et sortie motrice.
(b) Cerveau antérieur : Il se compose de : Lobes olfactifs, les structures appariées concernées par le sens de l'odorat. Cerveau qui est la plus grande et la plus complexe de toutes les parties du cerveau humain. Il est divisé par une fente en hémisphères cérébraux gauche et droit qui sont reliés par un gros faisceau de fibres myélinisées. corps calleux. La couverture externe de l'hémisphère cérébral est appelée cortex cérébral. Il se compose d'aires sensorielles et motrices. La région de l'hypothalamus du cerveau antérieur contient des centres qui contrôlent la température corporelle, la faim et contient également un groupe de cellules neurosécrétoires.
(c) Mésencéphale : Le mésencéphale est situé entre le thalamus/hypothalamus du cerveau antérieur et les ponts du cerveau postérieur. Un canal appelé aqueduc cérébral traverse le mésencéphale. La partie dorsale du mésencéphale se compose principalement de quatre renflements ronds (lobes) appelés corpus quadrigemina. Le mésencéphale et le cerveau postérieur forment le tronc cérébral.
(d) Cerveau postérieur: Le cerveau postérieur comprend le pont, le cervelet et la moelle. Pons est constitué de faisceaux de fibres qui interconnectent différentes régions du cerveau. Le cervelet a une surface très alambiquée afin de fournir l'espace supplémentaire de beaucoup plus de neurones. La moelle du cerveau est reliée à la moelle épinière. La moelle contient des centres qui contrôlent la respiration, les réflexes cardiovasculaires et les sécrétions gastriques.
(e) Rétine: La rétine est la couche interne d'un œil et elle contient trois couches de cellules - de l'intérieur vers l'extérieur - les cellules ganglionnaires, les cellules bipolaires et les cellules photoréceptrices. Il existe deux types de cellules photoréceptrices, à savoir les bâtonnets et les cônes. Ces cellules contiennent des protéines photosensibles appelées photopigments. La vision diurne (photopique) et la vision des couleurs sont des fonctions des cônes et la vision crépusculaire (scotopique) est la fonction des bâtonnets. Les bâtonnets contiennent une protéine rouge violacé appelée rhodopsine ou violet visuel, qui contient un dérivé de la vitamine A. Dans l'œil humain, il existe trois types de cônes qui possèdent leurs propres photopigments caractéristiques qui répondent aux lumières rouges, vertes et bleues. Les sensations de couleurs différentes sont produites par diverses combinaisons de ces cônes et de leurs photopigments. Lorsque ces cônes sont stimulés de manière égale, une sensation de lumière blanche est produite.
(f) Les osselets de l'oreille : il y a une petite chaîne flexible de trois petits os appelés osselets de l'oreille - le marteau (en forme de marteau), l'enclume (en forme d'enclume) et l'étrier (en forme d'étrier) dans l'oreille moyenne. Le marteau est attaché à la membrane tympanique d'un côté et à l'enclume de l'autre côté. L'enclume à son tour est relié à l'étrier. Malleus est le plus grand osselet, mais l'étrier est le plus petit osselet.
(g) Cochlée : C'est le principal organe auditif qui est relié au saccule. C'est un tube enroulé en spirale qui ressemble à une coquille d'escargot en apparence. Il se rétrécit d'une base large à un sommet presque pointu.
(h) Organe de Corti : C'est une structure située sur la membrane basilaire qui contient des cellules ciliées qui agissent comme des récepteurs auditifs. Les cellules ciliées sont présentes en rangées sur la face interne de l'organe de Corti.
(i) Synapse : C'est la jonction entre l'axone d'un neurone et la dendrite ou le cytone d'un autre neurone pour la transmission de l'influx nerveux.

6. Donnez un bref compte rendu de
(a) Mécanisme de transmission synaptique.
(b) Mécanisme de la vision.
(c) Mécanisme d'audition.
Solution: (a) Mécanisme de transmission synaptique : Référez-vous à la réponse 3 (d)
(a) Mécanisme de vision : Les rayons lumineux de longueur d'onde visible focalisés sur la rétine à travers la cornée et le cristallin génèrent des potentiels (impulsions) dans les bâtonnets et les cônes. La lumière induit
dissociation de la rétine de l'opsine entraînant des changements dans la structure de l'opsine. Cela provoque des changements de perméabilité membranaire. En conséquence, des différences de potentiel sont générées dans les cellules photoréceptrices. Cela produit un signal qui génère des potentiels d'action dans les cellules ganglionnaires à travers les cellules bipolaires. Ces potentiels d'action (impulsions) sont transmis par les nerfs optiques à la zone du cortex visuel du cerveau, où les impulsions neurales sont analysées et l'image formée sur la rétine est reconnue sur la base de la mémoire et de l'expérience antérieures.
(b) Mécanisme de l'audition : L'oreille externe reçoit les ondes sonores et les dirige vers le tympan. Le tympan vibre en réponse aux ondes sonores et ces vibrations sont transmises par les osselets de l'oreille (malleus, enclume et étrier) à la fenêtre ovale. Les vibrations sont transmises à travers la fenêtre ovale au liquide de la cochlée, où elles génèrent des ondes dans les lymphes. Les ondes dans les lymphes induisent une ondulation dans la membrane basilaire. Ces mouvements de la membrane basilaire courbent les cellules ciliées, les pressant contre la membrane tectoriale. En conséquence, des impulsions nerveuses sont générées dans les neurones afférents associés. Ces impulsions sont transmises par les fibres afférentes via les nerfs auditifs au cortex auditif du cerveau, où les impulsions sont analysées et le son est reconnu.

7. Répondez brièvement.
(a) Comment percevez-vous la couleur d'un objet ?
(b) Quelle partie de notre corps nous aide à maintenir l'équilibre corporel ?
(c) Comment l'œil régule-t-il la quantité de lumière qui tombe sur la rétine ?
Solution: (a) Chez l'homme, la vision des couleurs résulte de l'activité des cellules coniques, un type de cellules photoréceptrices. Dans l'œil humain, il existe trois types de cônes qui possèdent leurs propres photopigments caractéristiques qui répondent aux lumières rouges, vertes et bleues. Les sensations de couleurs différentes sont produites par diverses combinaisons de ces cônes et de leurs photopigments. Lorsque ces cônes sont stimulés de manière égale, une sensation de lumière blanche est produite. La lumière jaune, par exemple, stimule les cônes verts et rouges à peu près dans la même mesure, et cela est interprété par le cerveau comme une couleur jaune.
(b) Oreilles (crêtes et macules présentes dans les oreilles internes).
(c) L'iris contient deux ensembles de muscles lisses : les sphincters et les dilatateurs. Ces muscles régulent la quantité de lumière entrant dans le globe oculaire en faisant varier la taille de la pupille. La contraction des muscles du sphincter rend la pupille plus petite à la lumière vive, de sorte que moins de lumière pénètre dans l'œil. La contraction des muscles dilatateurs élargit la pupille dans la pénombre de sorte que plus de lumière pénètre dans l'œil pour tomber sur la rétine.

8. Expliquez ce qui suit.
(a) Rôle de Na + dans la génération de potentiel d'action.
(b) Mécanisme de génération d'impulsions induites par la lumière dans la rétine.
(c) Mécanisme par lequel un son produit une impulsion nerveuse dans l'oreille interne.
Solution: (a) Le potentiel d'action est largement déterminé par les ions Na +. Le potentiel d'action résulte des événements séquentiels suivants
(i) Une perturbation causée à la membrane d'une fibre nerveuse par un stimulus entraîne une fuite de Na + dans la fibre nerveuse.
(ii) L'entrée de Na + abaisse la différence de potentiel transmembranaire.
(iii) La diminution de la différence de potentiel rend la membrane plus perméable aux ions Na + qu'aux ions K +, de sorte que plus de Na + entre dans la fibre que de K + en sort.
(iv) L'accumulation de Na + dans la fibre nerveuse initie la dépolarisation (potentiel d'action), rendant le contenu axonique chargé positivement par rapport au liquide extracellulaire.
(v) Avec l'ajout continu de Na +, le potentiel atteint zéro puis plus 40-50 millivolts. C'est le pic du potentiel d'action.
(vi) La perméabilité d'une membrane dépolarisée au Na + chute alors rapidement, il y a maintenant autant de Na + à l'intérieur de la membrane qu'à l'extérieur.
(b) Référez-vous à la réponse 6 (b)
(c) Référez-vous à la réponse 6 (c)

9. Différencier entre
(a) Axones myélinisés et non myélinisés
(b) Dendrites et axones
(c) Tiges et cônes
(d) Thalamus et hypothalamus
(e) Cerveau et cervelet
Solution: (a) Les différences entre les axones myélinisés et non myélinisés sont les suivantes :

(b) Les axones et les dendrites peuvent être différenciés comme suit :


(c) Les différences entre les tiges et les cônes sont les suivantes :

(d) Le thalamus et l'hypothalamus peuvent être différenciés comme suit :

(e) Le cerveau et le cervelet peuvent être différenciés comme suit :

10. Répondez aux questions suivantes.
(a) Quelle partie de l'oreille détermine la hauteur d'un son ?
(b) Quelle partie du cerveau humain est la plus développée ?
(c) Quelle partie de notre système neuronal central agit comme une horloge maîtresse ?
Solution: (a) Les cellules réceptrices de l'organe de Corti (oreille interne).
(b) Cerveau (hémisphères cérébraux).
(c) La glande pinéale présente dans le diencéphale du cerveau antérieur agit comme une horloge maîtresse qui maintient le rythme biologique.

11. La région de l'œil des vertébrés, où le nerf optique sort de la rétine, est appelée la
(a) fovéa (b) iris
(c) angle mort (d) chiasma optique
Solution: (c) angle mort

12. Distinguer entre
(a) Neurones afférents et neurones efférents
(b) Conduction d'impulsion dans la fibre nerveuse myélinisée et la fibre nerveuse non myélinisée
(c) Humeur aqueuse et humeur vitrée
(d) Tache aveugle et tache jaune
(e) Nerfs crâniens et nerfs spinaux
Solution: (une)

(b) Référez-vous à la réponse 9(a)
(c)


(ré)

(e)


Points clés

La classification de la douleur neuropathique sur la base de la maladie ou de la localisation présente des lacunes considérables, et une approche basée sur les mécanismes de la maladie pourrait constituer une alternative viable.

Pour développer une classification efficace basée sur les mécanismes, nous devons être en mesure de relier les symptômes et les signes aux mécanismes, et d'identifier des traitements spécifiques pour des mécanismes spécifiques.

Un mécanisme peut provoquer différents symptômes et signes, par exemple, la régulation à la hausse des canaux sodiques dans les fibres C augmente l'activité des fibres, entraînant des brûlures, des paroxysmes et une allodynie mécanique dynamique

De même, un symptôme ou un signe peut être causé par plusieurs mécanismes initiateurs, par exemple, l'allodynie froide peut être attribuée à différents mécanismes dans la douleur neuropathique périphérique et centrale

Il devient clair que nous n'avons pas encore obtenu une classification viable basée sur un mécanisme pour la douleur neuropathique, et des études plus rigoureuses sont nécessaires pour tester cette approche


1. INTRODUCTION

Sur la base de résultats soutenus à long terme, la neuromodulation sacrée (SNM) est devenue une modalité de traitement largement adoptée et établie pour l'hyperactivité vésicale, la rétention urinaire non obstructive et l'incontinence fécale [ 1-6 ]. Depuis son approbation pour une utilisation clinique en 1994, plus de 325 000 patients ont été traités dans le monde avec plusieurs autres indications potentielles à l'étude [ 7 ].

Dans la majorité (environ 80%) des patients subissant une implantation, la SNM conduit à une réduction cliniquement significative des symptômes [1, 8-10]. Cependant, il est reconnu que, même au sein de ce groupe, une proportion de patients nécessite des modifications continues (après la programmation initiale) des paramètres de stimulation (tels que la configuration des électrodes, l'amplitude, la fréquence et la largeur des impulsions) pour optimiser l'efficacité clinique. De plus, tous les patients doivent se voir attribuer un programme initial (ou choix de programmes) après l'implantation. La programmation et la reprogrammation des dispositifs ne sont pas un sujet simple, notamment parce que la polyvalence des générateurs d'impulsions implantables modernes permet un grand nombre de combinaisons de programmation potentielles. L'origine scientifique des paramètres de programmation n'a été abordée que de manière superficielle dans la littérature clinique [ 11-13 ] et les recommandations actuelles, principalement basées sur une approche par essais et erreurs, sont en partie dépassées ou se rapportent principalement aux recommandations/suggestions des représentants. du fabricant [ 14, 15 ]. La provenance de ces recommandations n'est pas largement connue. Les modèles informatiques des caractéristiques du champ SNM sont actuellement insuffisants pour fournir des informations supplémentaires sur la programmation optimale [16, 17].

Alors que l'utilisation généralisée de la SNM continue d'augmenter, il incombe clairement à la communauté clinique et scientifique d'introduire une justification au clinicien effectuant une telle programmation dans sa pratique quotidienne. Le but de cet article est de combler cette lacune de connaissances du point de vue de la science de la neuromodulation appliquée à un nerf périphérique mixte complétée par les données précliniques disponibles sur la programmation SNM.


Mécanismes/pathophysiologie

La recherche dans le domaine de la douleur s'est concentrée sur la compréhension des changements plastiques dans le système nerveux après une lésion nerveuse, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques et la facilitation du transfert de connaissances des modèles animaux à la pratique clinique. Nous décrivons brièvement les multiples causes de la douleur neuropathique et présentons un aperçu des découvertes animales et humaines qui ont fourni des informations sur la physiopathologie de la douleur neuropathique.

Causes et répartitions

La douleur neuropathique centrale est due à une lésion ou une maladie de la moelle épinière et/ou du cerveau. Les maladies cérébrovasculaires affectant les voies somatosensorielles centrales (douleurs post-AVC) et les maladies neurodégénératives (notamment la maladie de Parkinson) sont des troubles cérébraux qui provoquent souvent des douleurs neuropathiques centrales 26 . Les lésions ou maladies de la moelle épinière qui provoquent des douleurs neuropathiques comprennent les lésions de la moelle épinière, la syringomyélie et les maladies démyélinisantes, telles que la sclérose en plaques, la myélite transverse et la neuromyélite optique 27 . En revanche, la pathologie des troubles périphériques qui provoquent des douleurs neuropathiques implique principalement les petites fibres C non myélinisées et les fibres A myélinisées, à savoir les fibres Aβ et Aδ 5 . La douleur neuropathique périphérique deviendra probablement plus fréquente en raison du vieillissement de la population mondiale, de l'augmentation de l'incidence du diabète sucré et des taux croissants de cancer et des conséquences de la chimiothérapie, qui affectent toutes les fibres sensorielles (fibres A & 003b2, A & 003b4 et C). Les troubles de la douleur neuropathique périphérique peuvent être subdivisés en ceux qui ont une distribution généralisée (généralement symétrique) et ceux qui ont une distribution focale (figure 2). Les neuropathies périphériques généralisées douloureuses les plus importantes sur le plan clinique comprennent celles associées au diabète sucré (ENCADRÉ 3), au prédiabète et à d'autres dysfonctionnements métaboliques, aux maladies infectieuses (principalement infection par le VIH 28 et lèpre 29 ), à la chimiothérapie, au système immunitaire (par exemple, le syndrome de Guillain-Barré ) et les troubles inflammatoires, les neuropathies héréditaires et les canalopathies (telles que l'érythromélalgie héréditaire, un trouble dans lequel les vaisseaux sanguins sont épisodiquement bloqués puis deviennent hyperémiques et enflammés).

Distribution de la douleur et des signes sensoriels dans les affections douloureuses neuropathiques périphériques et centrales courantes. *Peut parfois être associé à une douleur neuropathique centrale. ‡ Peut parfois être associé à une douleur neuropathique périphérique.

Encadré 3

Douleur neuropathique et diabète sucré

La neuropathie chronique douloureuse chez les patients atteints de diabète sucré varie de 10 % à 26 % 38 . Bien que les facteurs de risque et les mécanismes potentiels sous-jacents à la neuropathie aient été largement étudiés, l'étiologie de la neuropathie diabétique douloureuse n'est pas complètement connue. Cependant, les résultats d'études épidémiologiques ont suggéré que les patients atteints de diabète sucré qui développent une neuropathie, par rapport aux patients qui n'en développent pas, semblent avoir une fonction cardiovasculaire, un contrôle glycémique, un poids, des taux d'obésité, un tour de taille, un risque de maladie artérielle périphérique et un poids différents. niveaux de plasmide de triglycérides. En effet, les patients atteints de diabète sucré présentent des altérations des voies de la douleur périphérique et centrale. . De plus, les taux plasmatiques de méthylglyoxal (un sous-produit de la glycolyse) sont augmentés chez les patients atteints de diabète sucré en raison d'une glycolyse excessive et d'une dégradation réduite par le système glyoxalase 197 . Ce métabolite active les nerfs périphériques en modifiant la fonction de Nav1,7 et Nav1,8 canaux sodiques voltage-dépendants 197 et pourraient donc jouer un rôle dans la neuropathie douloureuse. Des études chez l'animal ont montré que le méthylglyoxal ralentit la conduction nerveuse, augmente la libération de peptides liés au gène de la calcitonine par les nerfs et conduit à une hyperalgésie thermique et mécanique 197 . Notamment, les modifications des canaux sodiques dépendantes du méthylglyoxal induisent une hyperalgésie associée au diabète qui n'est pas simplement due à des modifications des fibres périphériques 197 .

La topographie de la douleur dans ces troubles englobe généralement les extrémités distales, souvent appelées distribution « gant et bas » parce que les pieds, les mollets, les mains et les avant-bras sont les plus touchés. Ce schéma de distribution est caractéristique des neuropathies périphériques distales évolutives, dépendantes de la longueur, impliquant une perte sensorielle progressive distale-proximale, des douleurs et, moins fréquemment, une faiblesse distale. Moins fréquemment, la douleur a une distribution proximale dans laquelle le tronc, les cuisses et le haut des bras sont particulièrement touchés. Ce schéma survient lorsque la pathologie implique les ganglions sensoriels. Les troubles périphériques focaux douloureux sont causés par des processus pathologiques impliquant un ou plusieurs nerfs périphériques ou racines nerveuses. Ces troubles comprennent la névralgie post-zostérienne, la neuropathie post-traumatique, la neuropathie post-chirurgicale, les polyradiculopathies cervicales et lombaires, la douleur associée à l'infection par le VIH, la lèpre et le diabète sucré, le syndrome douloureux régional complexe de type 2 et la névralgie du trijumeau 30 .

Les canalopathies héréditaires rares peuvent présenter des distributions caractéristiques de la douleur et des facteurs déclenchants. Par exemple, l'érythromélalgie héréditaire est due à des mutations dans SCN9A, qui code pour le canal sodium voltage-dépendant Nav1.7 (impliqué dans la génération et la conduction des potentiels d'action), et se caractérise par une douleur et un érythème (rougeur) dans les extrémités, qui est exacerbé par la chaleur 31 . Le trouble douloureux extrême paroxystique est dû à un ensemble distinct de mutations dans SCN9A qui entraînent une distribution proximale de la douleur et de l'érythème affectant le sacrum et la mandibule 32 déclencheurs de douleur chez les personnes atteintes de cette affection peuvent inclure des stimuli mécaniques. Chez environ 30 % des patients atteints de neuropathie à petites fibres idiopathique, des mutations fonctionnelles du Nav1.7 canaux sodium qui entraînent des neurones hyperexcitables du ganglion de la racine dorsale ont été observés 33 .

Changements de signalisation de la douleur

La neuropathie périphérique altère les propriétés électriques des nerfs sensoriels, ce qui entraîne alors des déséquilibres entre les signaux excitateurs et inhibiteurs centraux, de sorte que les interneurones inhibiteurs et les systèmes de contrôle descendants sont altérés. À leur tour, la transmission des signaux sensoriels et les mécanismes de désinhibition ou de facilitation sont altérés au niveau des neurones de la corne dorsale de la moelle épinière. En effet, des études précliniques ont révélé plusieurs changements anatomiques, moléculaires et électrophysiologiques de la périphérie jusqu'au système nerveux central (SNC) qui produisent un gain de fonction, donnant un aperçu de la douleur neuropathique et de son traitement (ENCADRÉ 4). A la périphérie, moelle épinière et cerveau, un gain d'excitation et de facilitation et une perte d'inhibition sont apparents. Ces changements déplacent les voies sensorielles vers un état d'hyperexcitabilité, et une séquence de changements au fil du temps de la périphérie au cerveau pourrait contribuer à ce que l'état de douleur neuropathique devienne chronique.

Encadré 4

Défis pour traduire les études animales en cibles pharmacologiques thérapeutiques chez l'homme

Transposer les connaissances des observations précliniques dans des modèles animaux à de nouvelles thérapies médicamenteuses ciblées en clinique a été un défi. Les différences entre les tests comportementaux animaux et les caractéristiques de la douleur neuropathique humaine, le manque de données d'efficacité à long terme dans les modèles animaux et l'homogénéité des souches génétiques animales pourraient contribuer à ces défis. Nonetheless, a substantial part of our knowledge of neuropathic pain mechanisms is derived from animal studies. Animal models of neuropathic pain use surgical lesions of the spinal cord, cranial and peripheral sensory nerves, such as ligation, constriction or transection of parts or branches of nerves 198 . These animal models exhibit hypersensitivity to external stimuli, commonly to mechanical stimuli as assessed with von Frey hairs (for measuring the tactile sensitivity), but may also include hypersensitivity to thermal stimuli (especially cold). Higher-level outcome measurements that are suggestive of reward from pain relief and reflective of the spontaneous pain experienced by patients have recently been introduced in the array of animal models of neuropathic pain 199 . Models of diabetic neuropathy have also been affected by the ill health of the animals, but this aspect is starting to be addressed in the most recent studies 38 .

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

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

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

Ion channel alterations

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

Second-order nociceptive neuron alterations

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

Inhibitory modulation changes

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

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

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

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

Pain modulation mechanisms

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

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

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


Drug Delivery Systems

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

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

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

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

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

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

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

Routes of Delivery

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

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

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

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

Delivery Vehicles

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

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

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

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

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

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

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

Targeting Strategies

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

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

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

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

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

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

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

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

Enhancing Targeted Intracellular Delivery

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

Combining Diagnosis and Treatment

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


Optical Coherence Tomography

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

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

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

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

General Concepts of OCT Analysis for Glaucoma ⎗]

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

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

o   Horizontal, vertical, and circular tomograms

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

o   Table of measurements: RNFL thickness and RNFL symmetry*

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

o   Neuro-retinal rim thickness plots*

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

o   Sectoral plot and GC-IPL thickness table*

(Heidelberg Engineering, Inc., Franklin, MA)

o   Asymmetry plot with quadrant & sectoral maps

o   MRW analysis of 9 cross-sectional images

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

o   Asymmetry maps and plots for retinal thickness*

o   Table of measurements: RNFL thickness*

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

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

o   Table of measurements: ganglion cell complex thickness*

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

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

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

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

o   Color and red-free fundus photos

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

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

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

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

o   Table of measurements: GCC thickness*

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


Rationale behind different classification of nerve fibres - Biology

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

Nerves - Peripheral Nervous System

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

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

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

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

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


Types of Fiber and Their Health Benefits

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

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

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

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

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

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

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

Sources

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

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

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

Higbee, J. Nutrition and Metabolism, 2004.

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

USFDA: “Nutrition Labeling Guidelines.”

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


PERIPHERAL NERVOUS SYSTEM ( PNS )

Somatic nervous system

It consists of Cranial and Spinal nerves.

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

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

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

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

Autonomic nervous system (ANS)

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


Voir la vidéo: La production dun potentiel daction nerveux (Janvier 2022).