Neste estudo, testamos a hipótese de que a estimulação colnérgica pela administração de piridostigmina, um agente anticolinesterásico reversível, protege o miocárdio submetido à isquemia miocárdica crônica durante 3 tempos de observação: 7, 21 e 42 dias. Para essa avaliação foram medidos a área de acinesia (índicador de área de infarto), os índíces das funções sistólica e diastólica pela ecocardiografia e por medida direta bem como marcadores da função autonômica como a sensibilidade do barorreflexo e a variabilidade da frequência cardíaca (FC) e da pressão arterial (PA). O bloqueio farmacológico do sistema nervoso autônomo e o estudo da via eferente parassimpática foram também realizados. Utilizou-se ratos Wistar machos divididos em 4 grupos: controle, controle piridostigmina, infartado e infartado piridostigmina. Os resultados mostraram os efeitos protetores da piridostigmina nos diferentes tempo de infarto com redução da área de acinesia ( maior que 80%) tanto pelo ecocardiograma quanto pela histologia. Além disso observou-se recuperação das funções sistólica e diastólica, com normalização da pressão diastólica final e das derivadas de contração e relaxamento. Essas melhoras foram mais consistentes em 21 e 42 dias, sem diferenças entre esses tempos de tratamento. Em 7 dias ainda persistiram alguns índices de disfunção ventricular, embora a função autonômica estivesse bem preservada. Parte dessa melhora se deve, provavelmente, ao aumento do tônus vagal e redução do simpático. A potenciação da bradicardia pela estimulação elétrica do vago induzida pela piridostigmina confirma seu papel com estimulador colinérgico. A sensibilidade do barorreflexo reduzida de forma semelhante pelo infarto do miocárdio aos 7, 21 e 42 dias, voltou aos valores controle após o tratamento com piridostigmina, sem diferenças devidas ao tempo de tratamento. Da mesma forma, a variabilidade da FC foi aumentada após o tratamento com o brometo de piridostigmina no grupo infartado o que também ocorreu no grupo controle. Em adição, o aumento da banda de alta frequência e a redução da banda de baixa frequência que refletem respectivamente a modulação parassimpática e simpática da variabilidade da frequência cardíaca, levaram a uma redução no balanço simpato-vagal dos animais infartados tratados. Em conclusão, a estimulação colinérgica por piridostigmina preserva a função parassimpática protegendo o miocárdio da isquemia induzida por oclusão coronariana, mantendo a função cardíaca e a função autonômica dentro dos valores da normalidade / In this study we tested the hypothesis that cholinergic stimulation by pyridostigmine administration, a reversible cholinergic inhibitor, protects the ischemic myocardial in three periods of follow-up: 7, 21 and 42 days. For this evaluation we measured the akinetic area (infacrtion area indicator), systolic and diastolic indexes by echocardiography and left ventricle direct measurements as well as autonomic function markers, as baroreflex sensitivity and heart rate (HR) and blood pressure (BP) variabilities. Pharmacological blockade of the autonomic nervous system and the study of the efferent parasympathetic pathway were also performed. Male Wistar rats were divided in 4 groups: control, control treated with pyridostigmine, infarcted and infarcted treated with pyridostigmine. The results showed the protective effects of pyridostigmine in the different periods of infarction, with the reduction of the akinetic area (more than 80%), either by the echocardiography and by histology. Moreover, we observed systolic and diastolic functions recovery, with normalization of the end diastolic pressure and the maximum rates of left ventricle BP rise and fall. These improvements were more consistent in 21 and 42 days, with no differences between these two periods of treatment. In 7-day treatment, some indexes of ventricular dysfunction remained, although the autonomic function seemed to be preserved. Part of these improvements is probably due to the increase in the vagal tonus and the decrease in the sympathetic tonus. The pyridostigmine effects in the potencialization of the bradycardia induced by vagus nerve electrical stimulation confirms its role as a cholinergic stimulator. The reduced baroreflex sensitivity by myocardial infarction, which was similar in 7, 21 and 42 days, returned to control values after pyridostigmine treatment, without differences related to treatment extent. Similarly, HR variability was increased after pyridostigmine treatment in the infarcted group, which also occurred in the control group. In addition, the increase in the high frequency band and the reduction in the low frequency band, which reflect, respectively, the parasympathetic and the sympathetic modulation of HR variability, led to the diminishment in the sympatho-vagal balance in the infarcted-treated animals. In conclusion, cholinergic stimulation by pyridostigmine preserves parasympathetic function, protecting the myocardial against the ischemia induced by coronary occlusion, maintaning cardiac and autonomic functions within normal values

INTRODUÇÃO: A atuação do sistema nervoso parassimpático em células imunes é conhecida como \"Via Anti-inflamatória Colinérgica\". Trabalhos prévios demonstraram que a estimulação vagal reduz a inflamação e melhora a sobrevida em modelos experimentais com sepse. Neste estudo avaliamos se o uso do anticolinesterásico piridostigmina: altera o número de linfócitos T (CD4+ e CD8+) convencionais (CD25+Foxp3-) e reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico, no baço e no miocárdio; modifica a concentração de citocinas (interleucina 1, interleucina 6, TNFalfa) no miocárdio; e influencia a função ventricular após infarto agudo do miocárdio experimental (IAM) em ratos. MÉTODOS: Utilizamos ratos machos adultos da linhagem Wistar, com peso variando entre 200 e 250 g, divididos em 3 grupos de 20 animais cada: grupo controle (GC), grupo infartado sem tratamento (IC) e grupo infartado tratado com piridostigmina (IP). O infarto agudo do miocárdio (IAM) foi obtido com a técnica da ligadura da artéria coronária esquerda, e o grupo IP recebeu piridostigmina na dose de 40mg/kg/dia na água de beber, iniciada 4 dias antes do IAM. Todos os animais foram submetidos à canulação da artéria femoral no dia seguinte ao IAM para registro das curvas de pressão arterial, e posterior análise dos componentes da variabilidade da freqüência cardíaca (VFC), domínio do tempo (SDNN e RMSSD) e da freqüência (componentes LF e HF); o estudo ecocardiográfico foi realizado no segundo dia pós IAM. No terceiro dia pós IAM, os ratos foram divididos em subgrupos de 10 animais, e sacrificados de forma específica para coleta de materiais: 500 ul de sangue periférico e baço fresco para realização da técnica de citometria de fluxo; ventrículo esquerdo para dosagem de citocinas pela técnica de ELISA; e ventrículo esquerdo para realização de imunohistoquímica. Foram usadas as técnicas padronizadas e de uso corrente nos laboratórios. Os resultados foram avaliados por análise de variância (ANOVA) multifatorial, usando o programa GraphPad Prism com teste post hoc de Tukey. RESULTADOS: O grupo IC comparado ao grupo controle apresentou queda significativa da pressão arterial e aumento da freqüência cardíaca. O grupo IP, comparado ao grupo IC, apresentou maior atividade vagal, caracterizada pela significante redução da FC e aumento da VFC (SDNN, 9,2±1,5 vs 5,2±0,5 p < 0,05). Os parâmetros ecocardiográficos avaliados evidenciaram presença de área hipo/acinética e redução da fração de ejeção do ventrículo esquerdo nos grupos infartados, de igual magnitude. Com relação ao número de linfócitos T, verificamos que o grupo IC, comparado ao grupo controle, apresentou número significativamente menor de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico (CD4+: 63,5 ±1,4 vs 70,6 ±3,2%, e CD8+: 68,3 ±1,9 vs 76,1 ± 2,8%). O grupo IP, comparado ao grupo IC, apresentou significativa redução do número de linfócitos T convencionais no sangue periférico (respectivamente, CD4+: 1,5 ±0,2 vs 2,2 ± 0,2 %; CD8+: 1,1 ± 0,1 vs 1,8 ± 0,9%), e no baço houve redução somente do tipo CD4+ (respectivamente, 1,4 ± 0,2 vs 2,2 ± 0,2%), com aumento do tipo CD8+ (respectivamente, 1,2 ± 0,1 vs 0,7 ± 0,1 %). O grupo IP também apresentou significativo aumento de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico (respectivamente, CD4+: 76,5 ± 2,9 vs 63,5 ± 1,4 %; CD8+: 75,1 ± 1,0 vs 68,3 ± 1,9 %), e não apresentou diferenças significativas no número dessas células no baço. O grupo IC comparado ao grupo controle apresentou significativa marcação de anticorpos para CD4 e CD8 nas áreas infartada e peri-infarto por meio da análise de imunohistoquímica. O grupo IP comparado ao grupo IC, apresentou significativo aumento de CD4+ (respectivamente, 20,9 ± 6,5 vs 12,2 ± 2,5, p < 0,05) e de CD8+ (respectivamente, 17,9 ± 2,8 vs 5,8 ± 1,1%, p < 0,05) na área infartada; observamos redução significativa na marcação de CD4+ (respectivamente, 6,0 ±1,2 vs 12,5 ±4,8) na área peri-infarto, sem alterações significativas na marcação de CD8+. CONCLUSÃO: O tratamento com piridostigmina em ratos com IAM está associado a aumento da atividade vagal, aumento do número de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico e maior mobilização de células inflamatórias (CD4+ e CD8+) para a área infartada no miocárdio, com redução de CD4+ na área peri-infarto, no entanto sem mudança de CD8+ nesta região. A mudança do perfil inflamatório decorrente do aumento da atividade vagal na fase aguda do IAM, pode ser um possível mecanismo para explicar os benefícios detectados no remodelamento cardíaco após o IAM, em especial, na redução da área de lesão e na melhora da função ventricular, com uso de anticolinesterásicos / INTRODUTION: The role of the parasympathetic nervous system in immune cells is known as \"Cholinergic anti-inflammatory pathway\". In previous work has demonstrated that vagal stimulation reduces inflammation and improves survival in experimental sepsis models. The aim of the present study evalued the use of anticholinesterase pyridostigmine: change the number of T lymphocytes (CD4+ and CD8+) conventional (CD25+Foxp3-) and regulatory (CD25+Foxp3+) in peripheral blood, spleen, and myocardium: modifies the concentration of cytokines (interleukin-1, interleukin-6, TNFalfa) in the myocardium, and influences ventricular function after experimental myocardial infarction (MI) in rats. METHODS: Adult male rats of Wistar strain, weighing between 200 and 250 g were divided into 3 groups of 20 animals each: control group (GC); untreated group without treatment (IC) and infarcted group treated with pyridostigmine (IP). Acute myocardial infarction (AMI) was obtained with the technique of ligation of the left coronary artery, and the IP group received pyridostigmine dose of 40 mg/Kg/day in drinking water starting 4 days before the AMI. All animals underwent cannulation of the femoral artery on the day following AMI to record the blood pressure curves, and subsequent analysis of the components of heart rate variability (HRV), the time domain (SDNN and RMSSD) and frequency (components LF and HF), the echocardiografic study was performed on the second day after AMI. On the third day post-MI, mice were divided into subgroups of 10 animals, and were sacrificed in order to collet specific materials: 500 ul of fresh peripheral blood and spleen technique for performing flow cytometry left ventricle for measurement of cytokine ELISA, and the left ventricle to perform immunohistochemistry. Techniques used were standardized and commonly used in laboraties. The results were evaluated by analysis of variance (ANOVA) multifactorial, using the GraphPad Prism with Tukey post hoc test RESULTS: The HF group compared to the control group showed a significant drop in blood pressure and increased heart rate. The IP group compared to the IC group showed higher vagal activity, characterized by a significant reduction in HR and increase HVR (SDNN, 9.2 ± 1.5 vs 5.2 ± 0.5, p < 0.05). The echocardiography parameters evaluated showed presence of area hypo/acinetic and reduced ejection fraction of the left ventricle in infracted groups of equal magnitude. Regarding the number of T lymphocytes, we found that the IC group compared with the control group showed significantly fewer lymphocytes regulators (CD25+Foxp3+) in peripheral blood (CD4+:63.5 ± 1.4 vs 70.6 ± 3.2% and CD8+ cells: 68.3 ± 1.9 vs 76.1 ± 2.8%). The IP group compared to the IC group showed a significant reduction in the number of conventional T lymphocytes in peripheral blood (CD4+:1.5 ± 0.2 vs 2.2 ± 0.2%; CD8+: 1.1 ± 0.1 vs 1.8 ± 0.9%) and was reduced only in the spleen of the type CD4+(1.4 ± 0.2 vs 2.2 ± 0,2%) with increased CD8+(1.2 ± 0.1 vs 0.7 ± 0.1%). The IP group also showed a significant increase of lymphocytes regulators (CD25+Foxp3+) in peripheral blood (CD4+: 76.5 ± 2.9 vs 63.5 ± 1.4%; CD8+:75.1 ± 1.0 vs 68.3 ± 1.9%), and no significant differences in the number of these cells in the spleen. The IC group compared to the control group showed significant labeling antibodies to CD4 and CD8 areas infarcted and peri-infarction by immunohistochemical analysis. The IP group compared to the IC group showed a significant increase in CD4 (20.9 ± 6.5 vs 12.2 ± 2.5, p < 0.05) and CD8 (17.9 ± 2.8 vs 5.8 ± 1.1%, p < 0.05) in the infarcted area, and we observed a significant reduction in the labeling of CD4 (6.0 ± 1.2 vs 12.5± 4.8) in the peri-infraction without significant changes in the marking of CD8. CONCLUSION: The treatment with pyridostigmine in rats with acute myocardial infarction is associated with increased vagal activity, increased number of regulatory lymphocytes (CD25+Foxp3+) in peripheral blood and increased mobilization of inflammatory cells (CD4 and CD8) to the infarcted myocardium, with reduction of these cells in the peri-infarction. The change of the inflammatory profile due to increased vagal activity may be a possible mechanism to explain the benefits in the evolution of myocardial infarction, especially in the improvement of cardiac remodeling and maintenance of ventricular function with anticholinesterase drugs

INTRODUÇÃO: A atuação do sistema nervoso parassimpático em células imunes é conhecida como \"Via Anti-inflamatória Colinérgica\". Trabalhos prévios demonstraram que a estimulação vagal reduz a inflamação e melhora a sobrevida em modelos experimentais com sepse. Neste estudo avaliamos se o uso do anticolinesterásico piridostigmina: altera o número de linfócitos T (CD4+ e CD8+) convencionais (CD25+Foxp3-) e reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico, no baço e no miocárdio; modifica a concentração de citocinas (interleucina 1, interleucina 6, TNFalfa) no miocárdio; e influencia a função ventricular após infarto agudo do miocárdio experimental (IAM) em ratos. MÉTODOS: Utilizamos ratos machos adultos da linhagem Wistar, com peso variando entre 200 e 250 g, divididos em 3 grupos de 20 animais cada: grupo controle (GC), grupo infartado sem tratamento (IC) e grupo infartado tratado com piridostigmina (IP). O infarto agudo do miocárdio (IAM) foi obtido com a técnica da ligadura da artéria coronária esquerda, e o grupo IP recebeu piridostigmina na dose de 40mg/kg/dia na água de beber, iniciada 4 dias antes do IAM. Todos os animais foram submetidos à canulação da artéria femoral no dia seguinte ao IAM para registro das curvas de pressão arterial, e posterior análise dos componentes da variabilidade da freqüência cardíaca (VFC), domínio do tempo (SDNN e RMSSD) e da freqüência (componentes LF e HF); o estudo ecocardiográfico foi realizado no segundo dia pós IAM. No terceiro dia pós IAM, os ratos foram divididos em subgrupos de 10 animais, e sacrificados de forma específica para coleta de materiais: 500 ul de sangue periférico e baço fresco para realização da técnica de citometria de fluxo; ventrículo esquerdo para dosagem de citocinas pela técnica de ELISA; e ventrículo esquerdo para realização de imunohistoquímica. Foram usadas as técnicas padronizadas e de uso corrente nos laboratórios. Os resultados foram avaliados por análise de variância (ANOVA) multifatorial, usando o programa GraphPad Prism com teste post hoc de Tukey. RESULTADOS: O grupo IC comparado ao grupo controle apresentou queda significativa da pressão arterial e aumento da freqüência cardíaca. O grupo IP, comparado ao grupo IC, apresentou maior atividade vagal, caracterizada pela significante redução da FC e aumento da VFC (SDNN, 9,2±1,5 vs 5,2±0,5 p < 0,05). Os parâmetros ecocardiográficos avaliados evidenciaram presença de área hipo/acinética e redução da fração de ejeção do ventrículo esquerdo nos grupos infartados, de igual magnitude. Com relação ao número de linfócitos T, verificamos que o grupo IC, comparado ao grupo controle, apresentou número significativamente menor de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico (CD4+: 63,5 ±1,4 vs 70,6 ±3,2%, e CD8+: 68,3 ±1,9 vs 76,1 ± 2,8%). O grupo IP, comparado ao grupo IC, apresentou significativa redução do número de linfócitos T convencionais no sangue periférico (respectivamente, CD4+: 1,5 ±0,2 vs 2,2 ± 0,2 %; CD8+: 1,1 ± 0,1 vs 1,8 ± 0,9%), e no baço houve redução somente do tipo CD4+ (respectivamente, 1,4 ± 0,2 vs 2,2 ± 0,2%), com aumento do tipo CD8+ (respectivamente, 1,2 ± 0,1 vs 0,7 ± 0,1 %). O grupo IP também apresentou significativo aumento de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico (respectivamente, CD4+: 76,5 ± 2,9 vs 63,5 ± 1,4 %; CD8+: 75,1 ± 1,0 vs 68,3 ± 1,9 %), e não apresentou diferenças significativas no número dessas células no baço. O grupo IC comparado ao grupo controle apresentou significativa marcação de anticorpos para CD4 e CD8 nas áreas infartada e peri-infarto por meio da análise de imunohistoquímica. O grupo IP comparado ao grupo IC, apresentou significativo aumento de CD4+ (respectivamente, 20,9 ± 6,5 vs 12,2 ± 2,5, p < 0,05) e de CD8+ (respectivamente, 17,9 ± 2,8 vs 5,8 ± 1,1%, p < 0,05) na área infartada; observamos redução significativa na marcação de CD4+ (respectivamente, 6,0 ±1,2 vs 12,5 ±4,8) na área peri-infarto, sem alterações significativas na marcação de CD8+. CONCLUSÃO: O tratamento com piridostigmina em ratos com IAM está associado a aumento da atividade vagal, aumento do número de linfócitos reguladores (CD25+Foxp3+) no sangue periférico e maior mobilização de células inflamatórias (CD4+ e CD8+) para a área infartada no miocárdio, com redução de CD4+ na área peri-infarto, no entanto sem mudança de CD8+ nesta região. A mudança do perfil inflamatório decorrente do aumento da atividade vagal na fase aguda do IAM, pode ser um possível mecanismo para explicar os benefícios detectados no remodelamento cardíaco após o IAM, em especial, na redução da área de lesão e na melhora da função ventricular, com uso de anticolinesterásicos / INTRODUTION: The role of the parasympathetic nervous system in immune cells is known as \"Cholinergic anti-inflammatory pathway\". In previous work has demonstrated that vagal stimulation reduces inflammation and improves survival in experimental sepsis models. The aim of the present study evalued the use of anticholinesterase pyridostigmine: change the number of T lymphocytes (CD4+ and CD8+) conventional (CD25+Foxp3-) and regulatory (CD25+Foxp3+) in peripheral blood, spleen, and myocardium: modifies the concentration of cytokines (interleukin-1, interleukin-6, TNFalfa) in the myocardium, and influences ventricular function after experimental myocardial infarction (MI) in rats. METHODS: Adult male rats of Wistar strain, weighing between 200 and 250 g were divided into 3 groups of 20 animals each: control group (GC); untreated group without treatment (IC) and infarcted group treated with pyridostigmine (IP). Acute myocardial infarction (AMI) was obtained with the technique of ligation of the left coronary artery, and the IP group received pyridostigmine dose of 40 mg/Kg/day in drinking water starting 4 days before the AMI. All animals underwent cannulation of the femoral artery on the day following AMI to record the blood pressure curves, and subsequent analysis of the components of heart rate variability (HRV), the time domain (SDNN and RMSSD) and frequency (components LF and HF), the echocardiografic study was performed on the second day after AMI. On the third day post-MI, mice were divided into subgroups of 10 animals, and were sacrificed in order to collet specific materials: 500 ul of fresh peripheral blood and spleen technique for performing flow cytometry left ventricle for measurement of cytokine ELISA, and the left ventricle to perform immunohistochemistry. Techniques used were standardized and commonly used in laboraties. The results were evaluated by analysis of variance (ANOVA) multifactorial, using the GraphPad Prism with Tukey post hoc test RESULTS: The HF group compared to the control group showed a significant drop in blood pressure and increased heart rate. The IP group compared to the IC group showed higher vagal activity, characterized by a significant reduction in HR and increase HVR (SDNN, 9.2 ± 1.5 vs 5.2 ± 0.5, p < 0.05). The echocardiography parameters evaluated showed presence of area hypo/acinetic and reduced ejection fraction of the left ventricle in infracted groups of equal magnitude. Regarding the number of T lymphocytes, we found that the IC group compared with the control group showed significantly fewer lymphocytes regulators (CD25+Foxp3+) in peripheral blood (CD4+:63.5 ± 1.4 vs 70.6 ± 3.2% and CD8+ cells: 68.3 ± 1.9 vs 76.1 ± 2.8%). The IP group compared to the IC group showed a significant reduction in the number of conventional T lymphocytes in peripheral blood (CD4+:1.5 ± 0.2 vs 2.2 ± 0.2%; CD8+: 1.1 ± 0.1 vs 1.8 ± 0.9%) and was reduced only in the spleen of the type CD4+(1.4 ± 0.2 vs 2.2 ± 0,2%) with increased CD8+(1.2 ± 0.1 vs 0.7 ± 0.1%). The IP group also showed a significant increase of lymphocytes regulators (CD25+Foxp3+) in peripheral blood (CD4+: 76.5 ± 2.9 vs 63.5 ± 1.4%; CD8+:75.1 ± 1.0 vs 68.3 ± 1.9%), and no significant differences in the number of these cells in the spleen. The IC group compared to the control group showed significant labeling antibodies to CD4 and CD8 areas infarcted and peri-infarction by immunohistochemical analysis. The IP group compared to the IC group showed a significant increase in CD4 (20.9 ± 6.5 vs 12.2 ± 2.5, p < 0.05) and CD8 (17.9 ± 2.8 vs 5.8 ± 1.1%, p < 0.05) in the infarcted area, and we observed a significant reduction in the labeling of CD4 (6.0 ± 1.2 vs 12.5± 4.8) in the peri-infraction without significant changes in the marking of CD8. CONCLUSION: The treatment with pyridostigmine in rats with acute myocardial infarction is associated with increased vagal activity, increased number of regulatory lymphocytes (CD25+Foxp3+) in peripheral blood and increased mobilization of inflammatory cells (CD4 and CD8) to the infarcted myocardium, with reduction of these cells in the peri-infarction. The change of the inflammatory profile due to increased vagal activity may be a possible mechanism to explain the benefits in the evolution of myocardial infarction, especially in the improvement of cardiac remodeling and maintenance of ventricular function with anticholinesterase drugs

Alzheimer’s disease (AD) is a chronic, progressive neurodegenerative disorder, characterized clinically by a progressive loss of memory, cognitive function, ability to care for oneself and psychiatric symptoms. First-line agents for the treatment of AD are ChE inhibitors (DON, GAL), whose modest clinical efficacy and the high incidence of dose-limiting toxicities limit their clinical utility. In addition to AD, ChE inhibitors (PYR) are used for other medical conditions, such as myasthenia gravis (MG). Furthermore, ChE inhibitors (PYR) are used by military personnel prophylactically if impending exposure to chemical warfare agents, e.g., soman, is suspected. The purpose of this research project was to understand the effect of age on the in-vitro sensitivity of ChE inhibitors in human RBCs and plasma. Understanding possible covariates, such as age and gender, may assist in optimizing dosing regimens of ChE inhibitors and/or developing newer ChE inhibitors with better adverse effect profiles. Plasma PHYS concentrations were measured by a validated HPLC-FD method. RBC AChE activity and plasma BuChE activity were measured by a modified Ellman’s colorimetric method using the model substrates, acetylthiocholine and butyrylthiocholine, respectively. The kinetics of RBC and plasma ChE activity followed Michaelis-Menten kinetics. Acetylthiocholine was found to be a nonselective substrate (RBC AChE Km = 73 μM; plasma BuChE Km = 117 μM); while butyrylthiocholine was a selective substrate for plasma BuChE (RBC AChE Km = 130,000 μM; plasma BuChE Km = 72 μM). For the following studies, RBC AChE activity was measured using acetylthiocholine as the substrate and plasma BuChE activity was measured using butyrylthiocholine as the substrate. This research project was performed in two parts: First, mechanistic studies of PHYS, PYR, DON and GAL, explored and determined the mechanism of in-vitro inhibition of RBC AChE and plasma BuChE inhibition, as well as the in-vitro degradation of PHYS in human whole blood, plasma and RBC. PHYS was rapidly degraded in human whole blood, RBC and plasma and followed Michaelis-Menten kinetics but its degradation clearance - scaled to whole blood clearance - was only predicted to account for 4-6% (i.e., 195-261 ml/min) of the reported total body clearance for PHYS (4500 ml/min). RBCs were responsible for 60% of the whole blood clearance while plasma accounted for 40% of the whole blood clearance. Inhibition results indicated that both PHYS and PYR were nonselective and rapid suicide ChE inactivators. PYR inactivated RBC AChE more rapidly at low concentrations and inactivated plasma BuChE more rapidly at high concentrations, but inactivated both more rapidly than PHYS. PHYS was a more potent inactivator than PYR with a Ki for RBC AChE of 0.011 μM and 0.063 μM, respectively, and 0.023 μM and 0.036 μM, respectively for plasma BuChE. DON was found to be a noncompetitive inhibitor for RBC AChE (Ki,noncomp = 114 μM), but a competitive inhibitor for plasma BuChE (Ki,comp = 213 μM). GAL was found to be a competitive inhibitor for both RBC AChE (Ki,comp = 66 μM) and plasma BuChE (Ki,comp = 358 μM). The second part involved a clinical study with ten young and nine elderly healthy subjects, balanced for gender, who donated blood for an in-vitro study in order to assess any age- and gender-related differences in in-vitro sensitivity to RBC AChE and plasma BuChE inhibition to all four ChE inhibitors. Elderly adults were found to be 2-3-fold less sensitive compared to the young adults for PHYS (BuChE Ki,pss; 0.010 and 0.015 μM, young and elderly, respectively) and PYR (AChE Ki,pss; 0.12 and 0.25 μM, young and elderly, respectively) only, while neither DON nor GAL showed any age-related differences in sensitivity. The observed differences for PHYS and PYR may be due to kinetic differences in ChE inactivation between young and aged adults, rather then a difference in binding affinities/potencies. These carbamate ChE inhibitors, presumably, have a slower decarbamoylation rate in younger adults than elderly adults, which leads to the observed difference in in-vitro sensitivity. The above in-vitro results were consistent with results of a meta-analysis: In a study by Knapp et al. (1991), young males (n=6), receiving 18 mg, 24 mg and 30 mg PHYS tablets, showed similar ex-vivo plasma BuChE sensitivity to (28 %/(ng/ml)) as the in-vitro sensitivity for young males in the current study (33 %/(ng/ml)). On the other hand, in the study by Men (2004), elderly males (n=8) and females (n=8), receiving 6.7 μg/kg PHYS as 30-minute infusion, showed similar ex-vivo RBC AChE sensitivity (12 %/(ng/ml)) as the in-vitro sensitivity for elderly subjects in the current study (9.7 %/(ng/ml)). This suggests that in-vitro measurement of ChE sensitivity is predictive of ex-vivo sensitivity in clinical studies. The study results suggest that elderly adults may require a 2-3-fold higher blood concentration than young adults to achieve the same ChE inhibition. This may explain why for epistigmine, an investigational carbamate ChE inhibitor for the treatment of AD, the maximum tolerated dose observed in young adults (40 mg single dose) was lower than for older adults (90 mg/day). Higher sensitivity in young adults prevented further dose escalation, while all elderly subjects tolerated higher doses. This research may have implications for other diseases and conditions, most notably MG and as a prophylaxis of nerve gases poisoning. As patients with MG age, they may become less sensitive to PYR, the most common symptomatic treatment for MG, and an increase in dose may be required. Further, older military personnel assigned to receive PYR, may require increased doses to achieve the targeted 10% RBC AChE inhibition, necessary to protect against nerve gas poisoning.