EL CORAZÓN HUMANO Y UN ATLAS DE ALTA RESOLUCIÓN

Un Atlas de Alta Resolución y Modelo Estadístico del Corazón Humano a partir de la TC Multicorte

Imagen: El corazón promedio y sus variaciones estadísticas. Crédito UPF/SINC

Atlas y modelos estadísticos juegan papeles importantes en la personalización y simulación de la fisiología cardíaca  Para el estudio del corazón, sin embargo, la construcción de atlas integrales y modelos espacio-temporales se enfrentan a una serie de problemas, en particular, la necesidad de manipular conjuntos de datos de imagen de gran tamaño y altamente variable, la naturaleza multi-región del corazón, y la presencia del complejo, así como pequeñas estructuras cardiovasculares.

Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra han generado un atlas en alta resolución del corazón con imágenes 3D tomadas en 138 personas. El estudio demuestra que se puede obtener la imagen promedio de un órgano y sus variaciones, permitiendo comparar los casos individuales y diferenciar las formas sanas de las patológicas.

“Este atlas es una descripción estadística del aspecto que tienen el corazón y sus partes, como los ventrículos y las aurículas”, explica a SINC Corné Hoogendoorn, investigador del centro CISTIB (Centro de Imágenes por Computadora y Tecnologías de Simulación en Biomedicina) de la Universidad Pompeu Fabra. Los científicos han conseguido representar la forma promedio de este órgano mediante  tomografía computarizada multicorte. Esta técnica ofrece radiografías tridimensionales y en alta resolución. 

“En nuestro análisis (de) la población son esas 138 personas, pero podrían ser muchas más”, comenta Hoogendoorn, “por lo que demostramos que es factible construir este tipo de atlas a partir de muchos casos, con un nivel aceptable de interacción humana –trabajo manual de ajuste y optimización de imágenes, y con buenos resultados numéricos”.

Para crear esta cartografía cardiaca, los investigadores han desarrollado un modelo estadístico capaz de gestionar la gran cantidad de información que proporcionan las imágenes individuales y recoger las variaciones temporales, ya que el corazón no deja de moverse. 

El nivel de detalle y la posibilidad de ampliación de este atlas suponen “una ventaja sobre la mayoría de los modelos cardiacos presentados hasta ahora”.

  

Los investigadores consideran que el trabajo se puede aplicar en el procesamiento de imágenes médicas, concretamente para segmentar, es decir, diferenciar bien la estructura que se quiere analizar del resto de la imagen.
“Las estadísticas del atlas ofrecen un rango continuo con ejemplos de formas del corazón, lo que permite comparar casos concretos, así como calcular las probabilidades de que pertenezcan a la población modelada”, dice Hoogendoorn. 

El científico también destaca que el método se puede aplicar a imágenes de cualquier otro órgano o estructura, con la ventaja de poder clasificar y diagnosticar las formas sanas y las patológicas, así como diferenciar distintas enfermedades e incluso establecer una gradación dentro de cada una de ellas. 

Además, de este trabajo se pueden derivar simulaciones computacionales sobre la electrofisiología y mecánica del corazón – y de otros órganos – que pueden ayudar a planificar mejor los tratamientos en los pacientes. 

El grupo de investigadores que llevaron adelante este trabajo, son Corné Hoogendoorn, Nicolás Duchateau, Damián Sánchez-Quintana, Tristán Whitmarsh, Federico M. Sukno, Mathieu Da Craene, Karim Lekadir, Alehamdro F. Frangi.

Fue publicado bajo el título “A High-Resolution Atlas and Statistical Model of the Human Heart From Multislice CT” que se publicó en la Revista IEEE Transactios on Medical Imaging 32 (1) 28-44, de enero 2013. Doi: 10.1109/TMI 2012.2230015

Fuente: SINC / PubMed NCBI /IEEE

LA CAFEÍNA EN EL NECTAR DEL CAFÉ INCREMENTA LA MEMORIA DE LAS ABEJAS

En esta imagen sin fecha difundida por Geraldine Wright se ve a una abeja en una planta de café. Las abejas absorben cafeína en determinadas flores y eso les agiliza la memoria, según un nuevo estudio difundido el 7 de marzo del 2013. Eso además las motiva a regresar al mismo tipo de planta, lo que mejora sus posibilidades de polinización y el futuro de la especie de planta. Crédito de la foto: Geraldine Wright / AP

Nuevamente me refiero al tema de las abejas, no en el sentido de su desaparición – entrada del 02 de marzo  “Abejas en Riesgo…” – ahora debido a una investigación que la revista Science ha publicado el 08 de marzo de 2013, una investigación del equipo liderado por la Doctora  Geraldine .A. Wright et al., titulado “Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of  Reward” [La Cafeína en el Néctar Floral Mejora la Memoria como Recompensa a un Polinizador], en el cual demuestran  que las abejas alimentadas con una solución de azúcar con cafeína, compuesto que de hecho obtienen de forma natural del néctar del café y de algunos cítricos, son tres veces más capaces de recordar la esencia de una flor que aquellas que sólo se alimentan con azúcar.

La cafeína mejora la memoria en los seres humanos, millones de  ellos encuentran que su dosis diaria mejora la claridad, concentración y estado de alerta. La relación humana con cafeína es relativamente reciente,y por lo tanto, sin embargo su impacto en el cerebro es probablemente un producto derivado de su papel ecológico verdadero.

La cafeína se encuentra en forma  natural en el néctar de las flores  del Café y plantas cítricas.

La Dra. Wright, profesora de Neuroetología en la Universidad de Newcastle, de Inglaterra, explicó que el consumo de cafeína por las abejas aporta beneficios tanto al insecto como a la planta: “Para las abejas, que vuelan a un ritmo muy rápido de flor en flor, es muy difícil recordar los rasgos de las flores, y la cafeína les ayuda hacerlo. Y por otra parte, las abejas que se han alimentado de néctar con cafeína, vuelan cargadas de ese polen a otras flores con cafeína, favoreciendo mucho la polinización de esta especie de plantas”.

El equipo de investigadores, halló en su estudio que el néctar de las plantas cítricas y del café, contenían pequeñas dosis de cafeína; como en las plantas del café “robusta” que se utiliza para producir café liofilizado y el  “arábigo” que se emplea en los Café Express.

El néctar de los limones, pomelos  y naranjas también  contienen cafeína.

El efecto de la cafeína en la memoria a largo plazo de la abejas, es importante: Incrementa por tres la capacidad de las abejas para recordar una esencia floral 24 horas después de la toma del polen y por dos la capacidad de hacerlo tres días después.

Normalmente, el néctar en la flor de una planta de café, contiene casi tanta cafeína como una taza de café instantáneo.  Según opinión de la Dra. Wright, “este estudio nos ayuda a entender como la cafeína afecta nuestro cerebro. Lo que vemos es que este hallazgo podría explicar porqué muchas personas prefieren beberlo cuando estudian”.

Este interesante trabajo,  hace pensar que pasa con los seres humanos cuando por diversos motivos médicos, se insiste en evitar el consumo de cafeína, ¿no será que por evitar problemas cardíacos se contribuya con la pérdida de memoria, en especial, cuando se superan la barrera de los 60 años o más?

“El cerebro de los humanos es mucho más diferente que el de las abejas pero cuando nos fijamos en sus células, proteínas y genes, descubrimos que ambos funcionan de manera muy similar; por lo tanto, podemos utilizar  abejas para investigar como la cafeína afecta nuestro propio cerebro y nuestro comportamiento”, es el comentario de la Dra. Juklie Mustard, colaboradora en la investigación por la Universidad Estatal de Arizona [Arizona State University].

El trabajo del equipo, se encuentra en la Revista Science del 08 de marzode 2013.

Fuente: Science / ABC / El Nuevo Herald

VÓRTICES ANUDADOS, CREACIÓN Y DINÁMICA

Imagen: La creación de vórtices con forma diseñada y topológica

Vídeo vórtices anudados en los fluidos reales

  

El 03 de marzo de 2013, Nature Physics publicó en línea el trabajo de  Dustin Kleckner y William TM Irvine de la Universidad de Chicago,  titulado “Creation and Dynamics of Knotted Vortices” [“La Creación y la Dinámica de Vórtices Anudados”] y hoy You Tube puso a disposición pública, dos vídeos relacionados con el tema de los vórtices anudados.

Los nudos y enlaces siempre han desempeñado un fundamental papel en una amplia gama del campo físico, incluyendo  plasma y fluidos, tanto en la física clásica como en la cuántica. En los fluidos, las fundamentales excitaciones  conductoras  se producen en la forma de bucles formando  un vórtice anudado y enlazado; se conjetura que existen hace más de un siglo. A pesar de ser objetos de estudios teóricos, su creación en laboratorio sigue siendo un objetivo experimental pendiente.

Vídeo  3D Vórtices anudados en fluidos reales

  

Irvine y Kleckner utilizando una impresora 3D fabricaron estas especies de alas en forma de nudo, donde se muestran su fabricación en vórtices tipo trébol y pares de anillos, vinculados con agua para lo cual utilizaron un aparato de exploración por tomografía de alta velocidad, que mide su evolución en tres dimensiones topológicas y geométricas en detalle. En ambos casos se puede observar que los vórtices vinculados, se estiran y deforman según lo dictado por su energía geométricamente determinada hacia una serie de reconexiones de vórtices locales.

Este trabajo establece la existencia y la dinámica de los vórtices anudados en fluidos reales.

Fuente: YouTube / Nature Physics /

Vídeos: Libro e Irvine  Kleckner- YouTube- WorldInsideOut Francis 

Leer en NaturePhysics

LAS ABEJAS EN RIESGO DEBIDO A LOS NEONICOTINOIDES

Enlace vídeo.

En las entradas del 23 de abril  y del 10 demayo de 2011, bajo el título de “Apis Mellífera”  me referí al tema relacionado con la inquietud en el ámbito agrícola, ante la desaparición paulatina de las abejas. Aparentemente es un tema intrascendente, atrae sólo a quienes se dedican a ser proveedores de miel y a los agricultores que entienden que  estos insectos son básicos para mantener la cadena de polinización.

En otras zonas del planeta, se le está dando la importancia que requiere una situación alarmante, como es la desaparición mantenida de las abejas y para lo cual, se evalúan todos los riesgos, en especial, los producidos por los seres humanos cuando desarrolla insecticidas que pueden actuar letalmente sobre las abejas



Polinización  por abejas - vídeo

Es así como EFSA [European Foofd Safety Authoruty], que es la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria mediante la cual, la UE [Unión Europea] evalúa los riesgos respecto a la seguridad de los alimentos y piensos. Trabaja en estrecha colaboración  con las autoridades nacionales y en abierta consulta con las partes interesadas, aportando asesoramiento científico independiente y una clara comunicación sobre los riesgos existentes y emergentes.

Fue creada en enero de 2002, tras una serie de crisis alimentarias en la década de 1990, como parte de un programa integral para mejorar la seguridad sobre los riesgos asociados a la cadena de alimentos  de la población, que garantizara un elevado nivel de protección de los consumidores y restableciera la confianza en el suministro de alimentos.

El 16 de enero de 2013, EFSA, informa que sus científicos han identificado una serie de riesgos que afectan a las abejas debido a tres insecticidas neonicotinoides. Los neonicotinoides son una clase de insecticidas con un modo de acción común que afecta el sistema nervioso central de los insectos, causándoles parálisis y la muerte. Una serie de recientes estudios, sugieren que la exposición a los neonicotinoides en dosis subletales, pueden tener importantes efectos negativos en la salud de las colonias de abejas.

La Comisión Europea debe responder por la evaluación de los riesgos asociados con el uso de Imidaclorid, Clotianidina y Tiametoxam y el tratamiento de semillas o gránulos, prestando especial atención a sus efectos agudos y crónicos sobre la supervivencia y desarrollo de las colonias de abejas y los riesgos que ellas plantean al recibir dosis bubletales. Las dosis pueden no ser mortales, pero pueden tener efectos perjudiciales, de las tres sustancias. En algunos casos, la EFSA no pudo finalizar las evaluaciones debido a las deficiencias en los datos disponibles.

Las evaluaciones de riesgos se centró en  tres vías de exposición: La exposición a los residuos en el néctar y el polen de las flores de las plantas tratadas, exposición al polvo que se produce durante la siembra de las semillas tratadas o la aplicación de gránulos y la exposición a los residuos en líquidos gutación; la gutación es el proceso mediante el cual algunas plantas exudan savia en las gotas de rocío, producido por las plantas tratadas.

Imagen: gotitas de agua producidas por gutación

I

Cuando la evaluación de los riesgos estuvo completa, la EFSA en colaboración con expertos de los Estados miembros, llegó a las siguientes conclusiones para las tres sustancias:

-La exposición de polen y néctar solo utilizada en los cultivos, no son atractivos para las abejas y eran considerados aceptables.

-La exposición al polvo, es un riesgo para las abejas mellíferas y no se puede excluir, con algunas excepciones, como el uso en la remolacha azucarera y los cultivos plantados en invernaderos y para el uso de algunos gránulos.

-La exposición de gutación es la única evaluación de riesgo que podría completarse, como fue el caso del maíz tratado con Tiametozam. En este caso, los estudios de campo mostraron un agudo efecto en las abejas melíferas expuestas a la sustancia a través del fluido gutación.

Las conclusiones de la EFSA, contienen tablas que enumeran todos los usos autorizados para el tratamiento de semillas y en forma de gránulos de las tres sustancias e indican para cada vía de exposición donde el riesgo ha sido identificado, donde un bajo riesgo ha sido identificado o cuando la evaluación no pudo ser finalizada debido a la falta de antecedentes.

Las conclusiones para la evaluación de riesgo para las abejas son:

Para la clotianidina

Los criterios de valoración fiables concluyeron que eran adecuados para su uso en la evaluación de riesgo regulatorio.

Leer conclusión aquí.

Para la Imidacloprid

Los criterios de valoración fiables concluyeron adecuados en la evaluación de riesgo regulatorio.

Leer conclusión aquí.

Para la Tiametoxam

Un alto riesgo se indicó o no pudieron ser excluidos en relación con determinados aspectos de la evaluación del riesgo para las abejas de miel para algunos de los usos autorizados, y bajo riesgo para algunas vías de exposición.

Leer conclusión aquí.

Dada la importancia de las abejas en el ecosistema y la cadena alimentaria y los múltiples servicios que prestan a los seres humanos, la protección de las abejas es esencial; con su mandato de la Unión Europea para garantizar un nivel elevado de protección al consumidor, tiene un importante papel que desempeñar para asegurar la sobrevivencia de las abejas. La opinión de la autoridad relacionada con el uso de los neonicotinoides es un conjunto de actividades que se realizan para asegurar la salud de las abejas.

Además, como muchos de sus datos se generaron antes de la publicación de la opinión, se han identificado después deficiencias debido que el documento guía estaba aún en desarrollo. Este documento guía de la EFSA sobre la evaluación de riesgos de los productos fitosanitarios sobre las abejas, fue el publicado como borrador el 20 de septiembre de 2012. Por consiguiente, la evaluación final de riesgo para algunos de los usos autorizados, en los que se identificaron una serie de lagunas, tendría que ser completado para permitir la posterior evaluación de los posibles riesgos para las abejas  del uso de Clotianidina, Imidacloprid y Tiametazom

Tropilaelaps - ácaro de la abeja                            Aethina tumida escarabajo de la colmena

Otros resultados  incluyen el riesgo de introducción y propagación de dos parásitos de las abejas, el pequeño escarabajo de la colmena [Aethina tumida] y el ácaro de la abeja asiática [Tropilaelaps] que ya en la UE se ha informado de su riesgo.

En nuestro país, existen áreas en las cuales los productores de miel están preocupados, esta preocupación,  es factible se extienda cuando los agricultores comienzan a observar el tipo de cosecha que están recibiendo derivada de una polinización deficiente; algunos  frutales que dependen más que otros de la polinización.
En los enlaces de relación, se amplia el tema sobre:l Paltos, Viña, etc.

Fuente: EFSA  / Imágenes: ácaro y escarabajo  Wikimedia Commons
Enlaces relacionados : 
Importancia de la polinización en el Palto
Polinización de las Viñas
Riesgos globales 
Chile potencia alimentaria  

TRIBOLOGÍA ACUSTICA PARA "ESCUCHAR" LOS ALIMENTOS

Crédito de la imagen: NIZO

La tecnología cada vez permite  investigar procesos alimenticios que luego se aplican o permiten desarrollar  opciones direccionadas a evaluar procesos cuyas alternativas beneficien el consumo de los productos que habitualmente utilizamos. 

Es así como en junio de 2013, está programada la publicación en la Revista Hidrocoloides, el trabajo del científico George A. Van Aken de NIZO, una compañía holandesa de investigación de alimentos, que revela un método de medición de volumen en la boca: “Tribología Acústica”, nombre que Van Aken tomó de un pequeño micrófono de contacto, que envasado en polietileno para mantenerlo seco, lo aseguró detrás  de los dientes superiores (incisivos)  con el fin de grabar la señal acústica producida por las vibraciones variables de las papilas cuando la lengua los frota contra el paladar.

En la formulación de los productos  de bajo contenido de grasa – carbohidratos bajos en grasa – quienes desarrollan estos productos deben  hacer frente al significativo cambio en la sensación producida en la boca y la necesidad de compensar estos cambios. Hasta ahora las mediciones estándar  se utilizan para determinar la viscosidad. Por lo tanto, es importante determinar como un producto cambia debido a la fricción de las superficies, y por esta razón se utiliza la tribología.

Este dispositivo desarrollado por VanAken, permitirá que en un futuro próximo podamos escuchar lo que nuestras lenguas sienten, por cuanto permite captar las vibraciones dentro del tejido de la lengua, que varía dependiendo  de la cantidad de deformaciones de las papilas cuando se frotan contra el paladar.

Escuchar sonidos del café sin y con crema - crédito NIZO

La sensación de un café negro es diferente a la sensación del mismo café con crema es lo que se puede apreciar en  este vídeo NIZO

El trabajo de Van Aken, "Acoustic emission measurement of rubbing and tapping contacts of skin and tongue surfaces in relation to tactile perception”,  se le considera dentro de la geografía de los alimentos  que se relaciona a una larga serie de experimentos  llevados a cabo por Charles Spence, quien compartió con su colega   Massimiliano Zampini  en Premio IG Nóbel 2008 en materia de nutrición para modificar electrónicamente  el sonido de una patata, mediante un chip.

Fuente:  NIZO  Your Food Researchers   

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IMPLANTES DE RETINA, GRAFENO Y LA BIOELECTRÓNICA

Imagen compuesta mostrando [10 micrómetros] una célula neuronal en la ONU SGFET hecha de grafeno y su vinculación  – Crédito José A. Garrido

El grafeno es un material de dos dimensiones con excepcionales propiedades electrónicas y un enorme potencial para aplicaciones prácticas.

Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich, compuesto por Lucas H. Hess, Max Seifert y José A. Garrido ha desarrollado un trabajo que ofrece una eventual solución de transistores grafeno-bloqueadores y sus aplicaciones en bioelectrónica. Este trabajo que aparece en arXiv de la Universidad de  Cornell [Library] el 06 de febrero de 2013.

El grafeno basado en transistores que respondan a los cambios en soluciones químicas, podría ser utilizado para conectar dispositivos electrónicos directamente en sistema nervioso humano; es la afirmación de los investigadores de la Universidad Técnica  Alemana que han construido conjuntos de dispositivos que responden a los cambios en en los electrolitos que rodean las células vivas. El equipo espera que su investigación podría resultar en implantes de retina que podrían ayudar a las personas con discapacidad visual.

La investigación se centra sobre el pequeño voltaje que crea una neurona a través de su membrana celular cuando se activa, con la potencial diferencia resultante de los iones de sodio que se desplazan dentro de la célula y los iones de potasio en movimiento hacia fuera en la solución circundante.

Desde la década de 1970, los biofísicos han estado tratando de detectar este cambio repentino en las propiedades electrolíticas del líquido que rodea la célula, usando un tipo de transistor efecto de campo [FET]. Estos dispositivos se denominan soluciones cerradas FETs [SGFETs] y gran parte de la investigación inicial se realizó utilizando silicio. Pero cuando en 2004 se aisló el grafeno, algunos investigadores se dieron cuenta que este material – una capa de carbono de sólo un átomo de espesor – podría utilizarse para crear mejores SGFETs.

De acuerdo a José A. Garrido, de la Universidad Técnica de Múnich, que ha dirigido el trabajo, el grafeno ofrece importantes ventajas sobre el silicio. Primeramente, la superficie del grafeno permanece limpia a diferencia del silicio en la cual se forma rápidamente una capa de óxido, degradando su rendimiento cuando se expone al electrolito. En segundo lugar, los electrones del grafeno tienen una alta movilidad, haciendo a los dispositivos más sensibles que los de silicio SGFETs. Por último, el grafeno es extremadamente flexible, lo que es bueno debido que cualquier dispositivo implantado en el cerebro o tejido similar, debe ser flexible.

En su nuevo trabajo,  José A. Garrido  et al. , han creado 8x8 matrices de SGFETs con cada  individual medición de un transistor de unos 10 micrómetros de ancho. Estas matrices se utilizan para detectar señales de disparo a partir de células neuronales que se cultivaron en un medio artificial. Los investigadores también han demostrado que las células neuronales son capaces de  sobrevivir por largos períodos de tiempo en las proximidades de las capas de grafeno. Ahora quieren demostrar que el trabajo SGFETs en tejidos vivos – en lugar de células – y que el tejido neuronal nos es afectado por la presencia de los dispositivos.

Según Garrido, una aplicación importante de los SGFETs de grafeno sería la creación de implantes de retina que podrían mejorar la visión de las personas con discapacidad visual; de hecho, cree que una matriz que contenga cerca de 1.000 elementos, podría proporcionar  al cerebro la información suficiente para que la persona sea capaz de percibir una imagen.

Otra aplicación, serían  implantes corticales para ayudar a las personas a controlar las extremidades artificiales.

Aun cuando la creación de una matriz de 1.000 elementos de SGFETs de grafeno es un sencillo proceso, José A. Garrido dice que la integración de la tecnología dentro de una persona requerirá un trabajo mucho más especial. 

Fuente: PhysicsWorld [Hamish Johnston editos Physics World] / Cornell University [Library]

METEORITO NO HABRÍA CAÍDO EN EL LAGO CHEBARKUL

La premura en la entrega de información, lleva  muchas veces a distorsionar una noticia, es lo que pasa con el meteorito que cayó en Rusia. 

Eventualmente es factible considerar que podría haberse desintegrado  en la atmósfera y los destrozos fueron provocados por la onda de  choque. La discrepancias en tamaño, peso, velocidad, etc., podrán dilucidarse sólo cuando los expertos  logren, encontrar y estudiar los fragmentos del evento.

Según última información entregada por La Voz de Rusia, el vicegobernador de la zona comunicó que la búsqueda de fragmentos del meteorito desintegrado sobre la región de Cheliábinsk, se había suspendido.

La búsqueda se estaba realizando en el lago Chebarkul, que se encuentra a un kilómetro de la ciudad  del mismo nombre y también en zonas aledañas a los pueblos de Zviáguino y Kubashi.

La depresión detectada en el lago Chebarkul y que inicialmente se había pensado era el lugar  en que cayeron los restos del meteorito, se había formado por otras causas, precisó el funcionario.

El director del Observatorio Astronómico de la Universidad de Irkutsk Sergei Yásev ha comentado que el meteorito tenía unos 3 metros de diámetro y pesaba unas 50 toneladas. Estos antecedentes esperan poder confirmarlos o corregirlos cuando los especialistas que se dedican al estudio de los meteoros, examinen la zona.

El experto militar Igor Korötchenko, entrevistado por la Voz de Rusia, comentó: "En casos como este, una persona no muy versada en cuestiones técnicas, suele pedir cuentas a los servicios competentes preguntándoles en que estaban metidos y por qué no advirtieron oportunamente sobre el peligro. En la Región de Cheliábinsk incluso hubo reclamos de parte de la población contra el Departamento Regional del Ministerio de Emergencias por no haber avisado a tiempo sobre el fenómeno, para tomar medidas de protección. Pero no se trata de una inundación, la humanidad aún no dispone de medios de control para pronosticar este tipo de calamidades."

El experto agregó que ni siquiera un escudo antimisiles serviría en este caso, porque no resulta eficaz.

Cada zona con su cuento, por acá reclamamos por terremotos que no se preveen, cortes de agua, u otros eventos negativos de la naturaleza (a veces humanos); situaciones similares, solo diferentes eventos con diferentes idiomas, en el fondo, los sentimientos de los seres humanos son semejantes.

Fuente: La Voz de Rusia 16.feb.2013 / SOCA coment.