Accurate Determination of Conformational Transitions in Oligomeric Membrane Proteins

The structural dynamics governing collective motions in oligomeric membrane proteins play key roles in vital biomolecular processes at cellular membranes. In this study, we present a structural refinement approach that combines solid-state NMR experiments and molecular simulations to accurately describe concerted conformational transitions identifying the overall structural, dynamical, and topological states of oligomeric membrane proteins. The accuracy of the structural ensembles generated with this method is shown to reach the statistical error limit, and is further demonstrated by correctly reproducing orthogonal NMR data. We demonstrate the accuracy of this approach by characterising the pentameric state of phospholamban, a key player in the regulation of calcium uptake in the sarcoplasmic reticulum, and by probing its dynamical activation upon phosphorylation. Our results underline the importance of using an ensemble approach to characterise the conformational transitions that are often responsible for the biological function of oligomeric membrane protein states

Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции

The aim of this study is to compare, on the basis of the guaranteed defibrillation hypothesis, the energy efficiency of a trapezoidal defibrillation pulse with fixed rise and fall times with the main types of defibrillation pulses: truncated exponential with the tilt of 50%, rectangular and half-sine. The study was carried out using the ten Tusscher–Panfilov 2006 human ventricular myocyte model subjected to simulated fibrillation in the BeatBox simulation environment. Depolarizing excitation stimuli with a high frequency were used to simulate fibrillation. The results of computer simulation based on the hypothesis of the guaranteed defibrillation showed that defibrillation pulses are energetically efficient (have low values of threshold energy of defibrillation) in a rather narrow range of phase duration values, beyond which a rapid increase in the threshold energy is observed. In terms of energy efficiency, the trapezoidal pulse with the sloping rise and fall is very close to the half-sine one, and at the same time it has a wider range of energetically effective durations.Significantly higher minimum threshold energy of guaranteed defibrillation is a characteristic of rectangular and truncated exponential pulses, while the truncated exponential pulse has a more uniform characteristic in the area of energetically effective durations. From the results obtained, it can be assumed that the maximum duration of the phases of the defibrillation pulse should be limited to the value of no more than 9ms. In this case, the nominal delivered energy at the load impedance of 175Ω should be at least 140J. The possibility of increasing the pulse duration without a significant drop in its energy efficiency will ensure the delivery of more energy in patients with high transthoracic impedance and, accordingly, a greater probability of successful defibrillation. The above will also increase the probability of successful defibrillation in patients with defibrillation electrodes placement errors. Gorbunov B. B., Vostrikov V. A., Nesterenko I. V., Telyshev D. V. Comparison of the energy efficiency of defibrillation pulses based on the hypothesis of guaranteed defibrillation. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(4):353–368. (In Russ.) DOI: 10.15826/urej.2021.5.4.002.Целью данного исследования является сравнение на основе гипотезы гарантированной дефибрилляции энергетической эффективности биполярного трапецеидального импульса с фиксированной длительностью фронта и среза с основными типами дефибрилляционных импульсов: классической трапецеидальной (truncated exponential) со спадом вершины 50%, прямоугольной и полусинусоидальной. Результаты компьютерного моделирования на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции показали, что дефибрилляционные импульсы энергетически эффективны (имеют низкие значения пороговой энергии дефибрилляции) в достаточно узком диапазоне значений длительности фаз, за пределами которого наблюдается быстрый рост пороговой энергии. По энергетической эффективности трапецеидальный импульс с пологими фронтом и срезом очень близок к полусинусоидальному, и при этом он имеет более широкий диапазон энергетически эффективных длительностей. Существенно более высокую минимальную пороговую энергию гарантированной дефибрилляции имеют прямоугольный и классический трапецеидальный со спадом вершины 0,5 импульсы, при этом классический трапецеидальный импульс имеет более равномерную характеристику в области энергетически эффективных длительностей. Из полученных результатов можно предположить, что максимальную длительность фаз дефибрилляционного импульса следует ограничивать значением не более 9 мс. При этом номинальная выделенная энергия на сопротивлении нагрузки 175 Ом должна составлять не менее 140 Дж. Возможность увеличения длительности импульса без значимого падения его энергетической эффективности позволит обеспечить выделение большей энергии у больных с высоким сопротивлением грудной клетки и, соответственно, большую вероятность проведения успешной дефибрилляции. Указанное выше увеличит также вероятность проведения успешной дефибрилляции у больных при ошибках наложения дефибрилляционных электродов или использовании сухих многоразовых дефибрилляционных электродов. Горбунов Б.Б., Востриков В.А., Нестеренко И.В., Телышев Д.В. Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(4):353–368. DOI: 10.15826/urej.2021.5.4.002.

Эффективность и безопасность электрической дефибрилляции желудочков сердца: эксперимент и клиника

The paper provides the results of the 1990—2010 experimental and clinical studies on the optimization of the efficiency of electrical ventricular defibrillation using the Russian bipolar quasi-sinusoidal impulse. The comprehensive study of the influence of major cardiac and extracardiac factors, such as heart failure, the type and duration of fibrillation, its amplitude and frequency characteristics, chest resistance, electrode sizes, administration of antiarrhythmic drugs, and phase 2 impulse amplitude on the efficiency and safety of defibrillation, could formulate a number of new propositions and solve some methodological and methodic issues. The dose-dependent effectiveness of the quasi-sinusoidal impulse has been first investigated in patients with induced, spontaneous primary and secondary fibrillation and ventricular tachycardia. Low-energy (Key words: defibrillation, bipolar quasi-sinusoidal impulse.Представлены результаты экспериментальных и клинических исследований (1990—2010 г.), посвященных оптимизации эффективности электрической дефибрилляции желудочков сердца отечественным импульсом биполярной квазисинусоидальной формы. Комплексное изучение влияния основных кардиальных и экстракардиальных факторов (таких как: сердечная недостаточность, вид и продолжительность фибрилляции, ее амплитудно-частотные характеристики, сопротивление грудной клетки, размер электродов, введение антиаритмических препаратов, амплитуда 2-й фазы импульса) на эффективность и безопасность дефибрилляции позволило сформулировать ряд новых положений и решить некоторые методологические и методические вопросы. Впервые исследована дозозависимая эффективность квазисинусоидального импульса у больных с вызванной, спонтанной первичной и вторичной фибрилляцией, и желудочковой тахикардией. Установлена высокая эффективность разрядов небольшой энерги

Электрическая дефибрилляция при внезапной остановке сердца на догоспитальном этапе

The past decade is marked by very high cardiovascular mortality rates in Russia. Sudden death caused by ventricular fibrillation and asystole is one of the leading reasons for the high mortality. Sudden out-of-hospital cardiac arrest occurs in as high as 70—80% of the cases. The key factor that determines the success of resuscitation and survival in patients with cardiac arrest due to fibrillation is early defibrillation (within the first 5 minutes). Small-sized automated external defibrilla-tors that can be used not only by medical workers, but also paramedics and educated population should be introduced into prehospital resuscitative care to solve this problem in this country.Последнее десятилетие в России отмечается очень высокая летальность от сердечно-сосудистых заболеваний. Одной из ведущих причин высокой летальности является внезапная сердечная смерть вследствие развития фибрилляции желудочков и асистолии. При этом до 70—80% случаев внезапной остановки сердца происходит вне больницы. Ключевым фактором, определяющим успех реанимации и выживаемости больных с остановкой сердца вследствие фибрилляции, является проведение ранней (в течение первых 5 минут) дефибрилляции. Для позитивного решения данной проблемы в нашей стране необходимо внедрять в практику догоспитальной реанимации малогабаритные автоматические наружные дефибрилляторы, которые могут применять не только медицинские работники, но также парамедики и обученное население

Отечественная история дефибрилляции сердца

The year 2012 is the anniversary year of the Russian history of cardiac defibrillation. Two anniversaries associated with the name of N. L. Gurvich, the founder of impulse defibrillation by high-voltage capacitor discharge, are being celebrated this year.2012 год — юбилейный для отечественной истории развития дефибрилляции сердца. В этом году отмечаются два юбилея, связанные с именем Н. Л. Гурвича — основоположника импульсной дефибрилляции высоковольтным разрядом конденсатора

Application of microwave photonics in fiber optical sensors

Microwave photonics is a new scientific and technical area of research, which was formed as a result of intensive development of such fields as fiber, integrated and nonlinear optics, laser physics, optoelectronics and microelectronics. A positive trend in the field of microwave photonic devices development has appeared in recent decades. The trend is related to the fact that these devices can operate in ultra-high and super-high frequencies and microwave ranges, and have parameters, which are unattainable by conventional electronic devices. Technical characteristics of microwave photonic measuring systems are comparable with those of traditional fiber-optic sensors. This technology can be used both for creation of new measuring devices and improvement of existing other types of measuring systems. This paper presents an analytical review of microwave photonics application technologies in fiber-optic measuring instruments. The general design concept for microwave photonic fiber-optic measuring devices is considered in the first part of the review paper. Microwave photonic filters are presented, which are the key elements of microwave photonic fiber-optic measuring devices. Their design technologies are described with indication of the features, advantages and disadvantages. Methods for creation of microwave photonic finite impulse response filters with positive and negative coefficients are considered. The following sections are devoted directly to the analysis of microwave photonic fiber-optic measuring devices and contain classification of such devices according to their principle of operation. The classification of spectral and interferometric microwave photonic fiber-optic measuring devices with indication of their distinctive features is proposed. Experimental data of the most common sensors is presented and analyzed; the main characteristics and areas of their practical application are presented for each of them. New approaches and methods are considered for creation of microwave photonic measuring systems and improvement of tactical and technical characteristics of existing devices. Comparison between microwave photonic fiber-optic measuring devices and traditional fiber-optic measuring systems is performed. According to comparison results, conclusions can be drawn about applicability of microwave photonic fiber-optic measuring devices and advantages of their use compared to other fiber-optic sensors.Радиофотоника является новым научно-техническим направлением, которое образовалось в результате интен-сивного развития таких областей, как волоконная, интегральная и нелинейная оптика, лазерная физика, опто- и микроэлектроника. В последние десятилетия наблюдается положительная динамика по созданию радиофотонных устройств, эта тенденция связана с возможностью создавать устройства ультравысоких и сверхвысоких частот с параметрами, недостижимыми обычными электронными устройствами. Характеристики радиофотонных измери-тельных систем сопоставимы с характеристиками традиционных волоконно-оптических датчиков, данная техно-логия может быть использована как для создания новых измерительных приборов, так и для усовершенствования уже существующих измерительных систем других типов. В работе представлен аналитический обзор способов применения радиофотонных технологий в волоконно-оптических измерительных приборах. В первой части обзорной статьи рассмотрен общий принцип построения радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов. Представлены ключевые элементы подобного рода систем — радиофотонные фильтры. Описаны тех-нологии их построения с указанием особенностей, преимуществ и недостатков. Рассмотрены способы создания радиофотонных фильтров с конечной импульсной характеристикой с положительными и отрицательными коэф-фициентами. Последующие разделы посвящены непосредственно анализу радиофотонных волоконно-оптиче-ских измерительных приборов и содержат классификацию таких устройств по их принципу работы. Предложена классификация спектральных и интерферометрических радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов с указанием их отличительных признаков. Представлены и проанализированы экспериментальные данные, основные характеристики и области практического применения наиболее распространенных датчи-ков. Рассмотрены новые подходы и методы по созданию радиофотонных измерительных систем и улучшению тактико-технических характеристик существующих приборов. Приведено сопоставление характеристик радио- фотонных волоконно-оптических измерительных приборов и традиционных волоконно-оптических датчиков, по результатам которого можно сделать вывод о применимости современного типа измерительных приборов, а также о преимуществах их использования по сравнению с другими волоконно-оптическими датчиками

Comprehensive Thermodynamic Study of Alkyl-Cyclohexanes as Liquid Organic Hydrogen Carriers Motifs

Alkyl-cyclohexanes can be considered as suitable model compounds to understand the thermochemistry of aromatic compounds and their hydrogenated counterparts discussed as Liquid Organic Hydrogen Carrier systems. Thermochemical measurements on these hydrogen-rich compounds are thwarted by complications due to the 99.9 % purity limitation and sample size specific to these methods. However, the data on vaporisation and formation enthalpies are necessary to optimize the hydrogenation/dehydrogenation processes. In this work, various empirical and theoretical methods are described to reliably assess the gas phase enthalpies of formation and vaporization enthalpies of alkyl-substituted cyclohexanes. The empirical and quantum-chemical methods have been validated against reliable literature data and provide reasonable estimates with an accuracy comparable to that of the experimental data. The liquid phase enthalpies of formation of differently shaped alkyl-cyclohexanes were derived and used to estimate the energetics of their dehydrogenation reactions. The influence of alkyl substituents on the reaction enthalpy is discussed. The vapour pressures of typical hydrogen-rich compounds at technically relevant temperatures were calculated and compared to vapour pressures of biodiesel fuels measured in this work using the static method

Polymorphism rs3088232 in the BRDT gene is associated with idiopathic male infertility in the West Siberian Region of Russia

Allelic variants of genes involved in spermatogenesis can contribute to the genetic predisposition to idiopathic male infertility. In the present study we investigated the association of polymorphism rs3088232 in the BRDT gene with the risk of this pathology on the sample of 105 infertile patients and 230 healthy controls. We revealed the association of allele G (OR = 1.80; CI 1.16—2.80; p = 0.008) and genotype GG (OR = 6.47; CI 1.23—34.15; p = 0.01) with idiopathic male infertility