Los movimientos voluntarios del cuerpo son controlados por el sistema nervioso central y periférico a través de la contracción de los músculos esqueléticos. La contracción se inicia al liberarse un neurotransmisor sobre la unión neuromuscular, iniciando la propagación de un biopotencial sobre la membrana de las fibras musculares que se desplaza hacia los tendones: el Potencial de Acción de la Unidad Motora (MUAP). La señal electromiográfica de superficie registra la activación continua de dichos potenciales sobre la superficie de la piel y constituye una valiosa herramienta para la investigación, diagnóstico y seguimiento clínico de trastornos musculares, así como para la identificación de la intención movimiento tanto en términos de dirección como de potencia. En el estudio de las enfermedades del sistema neuromuscular es necesario analizar el nivel de actividad, la capacidad de producción de fuerza, la activación muscular conjunta y la predisposición a la fatiga muscular, todos ellos asociados con factores fisiológicos que determinan la resultante contracción mioeléctrica. Además, el uso de matrices de electrodos facilita la investigación de las propiedades periféricas de las unidades motoras activas, las características anatómicas del músculo y los cambios espaciales en su activación, ocasionados por el tipo de tarea motora o la potencia de la misma. El objetivo principal de esta tesis es el diseño e implementación de protocolos experimentales y algoritmos de procesado para extraer información fiable de señales sEMG multicanal en 1 y 2 dimensiones del espacio. Dicha información ha sido interpretada y relacionada con dos patologías específicas de la extremidad superior: Epicondilitis Lateral y Lesión de Esfuerzo Repetitivo. También fue utilizada para identificar la dirección de movimiento y la fuerza asociada a la contracción muscular, cuyos patrones podrían ser de utilidad en aplicaciones donde la señal electromiográfica se utilice para controlar interfaces hombre-máquina como es el caso de terapia física basada en robots, entornos virtuales de rehabilitación o realimentación de la actividad muscular. En resumen, las aportaciones más relevantes de esta tesis son: * La definición de protocolos experimentales orientados al registro de señales sEMG en una región óptima del músculo. * Definición de índices asociados a la co-activación de diferentes músculos * Identificación de señales artefactuadas en registros multicanal * Selección de los canales mas relevantes para el análisis  Extracción de un conjunto de características que permita una alta exactitud en la identificación de tareas motoras Los protocolos experimentales y los índices propuestos permitieron establecer que diversos desequilibrios entre músculos extrínsecos del antebrazo podrían desempeñar un papel clave en la fisiopatología de la epicondilitis lateral. Los resultados fueron consistentes en diferentes ejercicios y pueden definir un marco de evaluación para el seguimiento y evaluación de pacientes en programas de rehabilitación motora. Por otra parte, se encontró que las características asociadas con la distribución espacial de los MUAPs mejoran la exactitud en la identificación de la intención de movimiento. Lo que es más, las características extraídas de registros sEMG de alta densidad son más robustas que las extraídas de señales bipolares simples, no sólo por la redundancia de contacto implicada en HD-EMG, sino también porque permite monitorizar las regiones del músculo donde la amplitud de la señal es máxima y que varían con el tipo de ejercicio, permitiendo así una mejor estimación de la activación muscular mediante el análisis de los canales mas relevantes. / Voluntary movements are achieved by the contraction of skeletal muscles controlled by the Central and Peripheral Nervous system. The contraction is initiated by the release of a neurotransmitter that promotes a reaction in the walls of the muscular fiber, producing a biopotential known as Motor Unit Action Potential (MUAP) that travels from the neuromuscular junction to the tendons. The surface electromyographic signal records the continuous activation of such potentials over the surface of the skin and constitutes a valuable tool for the diagnosis, monitoring and clinical research of muscular disorders as well as to infer motion intention not only regarding the direction of the movement but also its power. In the study of diseases of the neuromuscular system it is necessary to analyze the level of activity, the capacity of production of strength, the load-sharing between muscles and the probably predisposition to muscular fatigue, all of them associated with physiological factors determining the resultant muscular contraction. Moreover, the use of electrode arrays facilitate the investigation of the peripheral properties of the active Motor Units, the anatomical characteristics of the muscle and the spatial changes induced in their activation of as product of type of movement or power of the contraction.The main objective of this thesis was the design and implementation of experimental protocols, and algorithms to extract information from multichannel sEMG signals in 1 and 2 dimensions of the space. Such information was interpreted and related to pathological events associated to two upper-limb conditions: Lateral Epicondylitis and Repetitive Strain Injury. It was also used to identify the direction of movement and contraction strength which could be useful in applications concerning the use of biofeedback from EMG like in robotic- aided therapies and computer-based rehabilitation training.In summary, the most relevant contributions are:§The definition of experimental protocols intended to find optimal regions for the recording of sEMG signals. §The definition of indices associated to the co- activation of different muscles. §The detection of low-quality signals in multichannel sEMG recordings.§ The selection of the most relevant EMG channels for the analysis§The extraction of a set of features that led to high classification accuracy in the identification of tasks.The experimental protocols and the proposed indices allowed establishing that imbalances between extrinsic muscles of the forearm could play a key role in the pathophysiology of lateral epicondylalgia. Results were consistent in different types of motor task and may define an assessment framework for the monitoring and evaluation of patients during rehabilitation programs.On the other hand, it was found that features associated with the spatial distribution of the MUAPs improve the accuracy of the identification of motion intention. What is more, features extracted from high density EMG recordings are more robust not only because it implies contact redundancy but also because it allows the tracking of (task changing) skin surface areas where EMG amplitude is maximal and a better estimation of muscle activity by the proper selection of the most significant channels.

Introduction: A commmon single nucleotide polymorphism in the human brain derived neurotrophic factor (BDNF) gene (Val66met) may have a modulatory effect on the cardiac sympathovagal balance (Yang A. , Chen, Tsai, Hong, Kuo, & Yang, 2010). Recovery of the heart rate immediately after exercise is a function of vagal reactivation. During exercise the increase of the simpathetic activity and the decrease of the vagal activity produce an increase of the cardiac heart rate. The parasimpathetic activation, seems that causes the deceleration of the heart (Levy, 1971; Javorka, Zila, & Balhárek, 2002).Methods: The sample was 67 healthy universitary Spanish students (age, 18-35 years), 17 females and 50 males, All of them were Caucasian for C≥3 generations. The genotype frequency was val/val (n=41), val/met (n=22) and met/met (n=4). Hardy-Weimberg equilibrium X2 test (p = 0.65). They performed a treadmill test with an inclination 3%, and speed increment (begining at 6 km/h and increasing 2km/h every 2 minutes) until exhaustion, maximal heart rate was obtained as well as heart rate recovery immediately after the exercise during the first minute until the fourth minute. The blood pressure was obtained in rest, when finalising the test and past four minutes. Treadmill Lifefitness (USA), MP100 System Hardware. AcqKnoledge Software 3.9-Windows XP. Biopac Systems (USA) and Polar T31 (Finland) were used. DNA testing from saliva Oragene Kit (DNA GENOTEK). Descriptives with Mean and Standard deviation were calculated using SPSS 18 package. Results: Heart rate peak was 185.2 bpm. The results suggest that subjects without p.val66met have a better heart rate recovery during the first minute (24.59 bpm ±10.25). Second minute subjects with p.val66met have a better heart rate recovery (40.50 bpm±12.29). Third minute the subjectes with p.val66met have a better heart rate recovery (51.55 bpm±14.56). Fourth minute the subjects with p.val66met haver a better heart rate recovery (66.55 bpm±10.53). In rest the systolic blood pressure (SBP) (123.48mmHg±11.15) and the diastolic blood pressure (DBP) (63.63 mmHg±7.17) was higher in subjectes without the p.val66met. At the end of the treadmill test the SBP was higher in subjects with the p.val66met (213.63 mmHg±15.28) and the DBP was higher in subjects without the p.val66met. (44.34 mmHg±17.75). At the end of the four minutes the subjects with the p.val66met obtained values higher in SBP (169.63 mmHg±9.43) and in relation to DBP did not have differences (48.86 mmHg±4.86).Our research was only a descriptive study and needs more research to determine the influence of the (BDNF) gene (Val66met) in the heart rate recovery and in the blood pressure. / Introducción: El polimorfismo val66met del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF: Brain Derived Neurotrophic Factor) podría ejercer un efecto regulador en el equilibrio cardíaco simpatovagal (Yang A. , Chen, Tsai, Hong, Kuo, & Yang, 2010). La recuperación cardíaca inmediatamente después del ejercicio es una función de la reactivación vagal. Durante el ejercicio el incremento de la actividad simpática i la disminución de la actividad vagal produce un incremento de la frecuencia cardíaca. La activación parasimpática parece ser que causa la desaceleración de la frecuencia cardíaca (Levy, 1971; Javorka, Zila, & Balhárek, 2002). Metodología: La muestra escogida es de estudiantes universitarios (edad, 18-35 años), 17 mujeres i 50 hombres. Todos ellos caucásicos en que 3 generaciones o más de la misma familia han vivido en la península ibérica. La frecuencia de genotipo es de val/val (n=41), val/met (n=22) y met/met (n=4), con un Hardy-Weimberg equilibrium X2 test de p = 0.65. Se les administró un test en cinta rodante con una inclinación del 3% y un incremento progresivo de la velocidad (inicio a 6 km/h y incremento de 2km/h cada 2 minutos) hasta la exhaustación, obteniéndose la frecuencia cardíaca máxima, la frecuencia cardíaca en el primer, segundo, tercer y cuarto minuto. También se registró la tensión arterial sistólica y diastólica en reposo, al acabar la prueba de esfuerzo y pasados cuatro minutos. Para este estudio se utilizó una cinta rodante Lifefitness (USA), MP100 System Hardware, AcqKnoledge Software 3.9-Windows XP, Biopac Systems (USA) and Polar T31 (Finland). Para la obtención del DNA Se utilizó el DNA testing from saliva Oragene Kit (DNA GENOTEK). Se hicieron los estudios descriptivos utilizando la media y desviación típica utilizando el programa SPSS 18 package. Resultados: La media de la frecuencia cardíaca máxima fue de 185.2 bpm. Los resultados sugieren que los sujetos sin p.val66met tienen una mejor recuperación cardíaca con 24.59 lat/min ±10.25. Durante el segundo minuto los portadores del p.val66met recuperan mejor (40.50 lat/min ±12.29). En el tercer minuto son los sujetos con p.val66met con mejor recuperación cardíaca (51.55 lat/min ±14.56). En el cuarto minuto los sujetos p.val66met recuperan mejor (66.55 bpm±10.53). En situación de reposo la tensión arterial sistólica (TAS) (123.48 mmHg±11.15) y la tensión arterial diastólica (TAD) (63.63 mmHg±7.17) es más alta en portadores de p.val66met. Al finalizar la prueba la TAS es más alta en individuos con p.val66met (213.63 mmHg±15.28) y la TAD és más alta en sujetos sin p.val66met. (44.34 mmHg±17.75). Pasados cuatro minutos los registros más altos de TAD son para los sujetos con p.val66met (169.63 mmHg±9.43) no habiendo diferencias en relación a la TAD. Este es un estudio descriptivo que necesita más investigaciones del p.val66met. / Introducció: El polimorfisme val66met del factor neurotròfic derivat del cervell (BDNF: Brain Derived Neurotrophic Factor) podria tenir un efecte regulador en l’equilibri cardíac simpatovagal (Yang A. , Chen, Tsai, Hong, Kuo, & Yang, 2010). La recuperació cardíaca després de l’exercici ésuna funció de la reactivació vagal. Durant l’exercici l’augment de l’activitat simpàtica i la disminució de l’activitat vagal provoca un increment de la freqüència cardíaca. L’activació parasimpàtica sembla ser que causa la desacceleració de la freqüència cardíaca (Levy, 1971; Javorka, Zila, & Balhárek, 2002). Metodologia: La mostra escollida és d’estudiants universitaris de nacionalitat espanyola (edat, 18-35 años), 17 dones i 50 homes. Tots ells caucàsics i tres generacions o més de la mateixa família han viscut a la península ibèrica. La freqüència de genotip era de val/val (n=41), val/met (n=22) i met/met (n=4), amb un Hardy-Weimberg equilibrium X2 test de p = 0.65. Es va administrar un test amb cinta rodant amb una inclinació del 3% i un incriment progressiu de la velocitat (inici a 6 km/h y augment de 2km/h cada 2 minuts) fins a la exhaustació, obtenint la freqüència cardíaca màxima, la freqüència cardíaca inmediata durant el primer, segon, tercer i quart minut. També es va enregistrar la tensió arterial sistòlica i la diastòlica en repòs, en acabar la prova d’esforç i passats quatre minuts. Per a realitzar aquest estudi es va utilitzar cinta rodant Lifefitness (USA), MP100 System Hardware, AcqKnoledge Software 3.9-Windows XP, Biopac Systems (USA) and Polar T31 (Finland). Les mostres de DNA es vang obtenir amb DNA testing from saliva Oragene Kit (DNA GENOTEK). Els estudis descriptius es van fer utilitzant la mitjana i la desviació estàndard fent servir el programa SPSS 18 package. Resultats: La mitjana de freqüència cardíaca màxima va ser de 185.2 bpm. Els resultats suggereixen que els subjectes sense p.val66met tenen una millor recuperació cardíaca amb 24.59 bpm ±10.25. Durant el segon minut els portadors del p.val66met recuperen millor (40.50 bpm±12.29). En el tercer minut son els subjectes amb p.val66met els que recuperen millor (51.55 bpm±14.56). En el quart minut els subjectes amb p.val66met recuperen millor (66.55 bpm±10.53). Pel que fa a la situació de repòs la tensió arterial sistòlica (TAS) (123.48mmHg±11.15) i la tensió arterial diastòlica (TAD) (63.63 mmHg±7.17) és més alta en portadors de p.val66met. En finalitzar la prova la TAS és més alta en individus amb p.val66met (213.63 mmHg±15.28) i la TAD més alta en subjectes sense p.val66met (44.34 mmHg±17.75). Passats quatre minuts els registres més alts de TAD són per a subjectes amb p.val66met (169.63 mmHg±9.43). No es detecten diferències en relació a la TAD. Aquest és un estudi descriptiu que necessita més recerques al voltant del p.val66met.

En esta tesis hemos evaluado la participación del óxido nítrico (NO), inducible (iNOS) y constitutivo (cNOS), en las alteraciones vasculares y renales de la cirrosis hepática experimental. Los principales resultados son: 1) Las ratas cirróticas presentan una hiporrespuesta vascular aórtica a fenilefrina debida a una mayor producción de cNOS endotelial. 2) El riñón cirrótico muestra una redistribución del flujo sanguíneo hacia la región medular (medido mediante micro-tomografía computerizada) y una menor capacidad vasodilatadora intrarrenal global, debida a una menor contribución de las prostaglandinas que no es compensada por la mayor producción renal de NO. 3) La inhibición aguda del iNOS con aminoguanidina y la administración aguda y crónica de L-NAME que inhibe iNOS y cNOS, mejoran significativamente la hipotensión arterial y la excreción de sodio y agua en los animales cirróticos. Concluyendo, iNOS y cNOS contribuyen aunque en proporciones distintas a las alteraciones vasculares y renales de la cirrosis. / In this thesis we have evaluated the contribution of nitric oxide (NO), inducible (iNOS) and constitutive (cNOS), in the renal and vascular alterations during experimental liver cirrhosis. The main results are: 1) Cirrhotic rats show an aortic vascular hyporesponsiveness to phenylephrine due to a higher endothelial cNOS production. 2) The cirrhotic kidney reveals a blood flow redistribution to the medullary region (measured by micro-computed tomography) and a lower intrarenal vasodilatory capacity due to a decrease in the prostaglandins participation that is not compensated by the elevated renal NO production. 3) Acute inhibition of iNOS with aminoguanidine and acute and chronic administration of L-NAME that inhibits iNOS and cNOS, significantly improve the arterial hypotension and sodium and water excretion in the cirrhotic animals. In conclusion, iNOS and cNOS contribute at a different extent to the vascular and renal abnormalities observed in cirrhosis.

Aquesta tesi es centra en el desenvolupament i l'ús d'una sonda miniaturitzada de silici per a la mesura de la impedància elèctrica de teixits vius tous. El propòsit d'aquestes mesures d'impedància és la monitorització en temps real del dany isquèmic per a aplicacions com la cirurgia cardíaca o el trasplantament d'òrgans. Actualment, el rang de mètodes aplicables a nivell clínic per tal de detectar l'isquèmia tissular és limitat i no existeix cap mètode pràctic que permeti la quantificació en temps real de l'efecte d'aquesta isquèmia, això és, el dany isquèmic. En aquest sentit, la monitorització de la impedància elèctrica sembla esperançadora i el treball d'aquesta tesi contribueix al camp mitjançant el desenvolupament de nous instruments i mètodes i mitjançant l'aportació de noves dades experimentals i eines per a la comprensió de la relació entre la patofisiologia i la impedància elèctrica. Les principals contribucions d'aquesta tesi es resumeixen a continuació.En aquesta tesi, es descriu el desenvolupament d'una sonda que formada per quatre elèctrodes de platí (300 &#61549;m &#61620; 300 &#61549;m) a sobre d'un substrat de silici en forma d'agulla ( longitud d'inserció = 9 mm i secció de 600 &#61549;m &#61620; 500 &#61549;m). Els elèctrodes estan situats a una distància de separació no constant per tal de millorar la relació senyal-soroll i la resolució espacial. Es realitza una deposició electroquímica de platí negre sobre els elèctrodes per tal de reduir la impedància de la interfície i millorar la qualitat de les mesures. En el cas dels teixits vius, la banda freqüencial de mesura va dels 100 Hz fins als 100 kHz. Un mètode nou per a la mesura d'impedància a cinc elèctrodes es presenta i s'analitza. Amb aquest mètode, es pretén minimitzar l'error a baixes freqüències degut a l'elevada impedància de la interfície elèctrode-electròlit. Malauradament, encara que aquest mètode a cinc elèctrodes funciona, s'han trobat algunes limitacions que el fan quasi impracticable en el cas dels teixits vius.També es presenta el desenvolupament i l'ús d'un paquet de programari per a simular la impedància elèctrica dels teixits vius en les regions de dispersió &#61537; i &#61538;. Aquest programari es basa en la generació d'arxius SPICE a partir de l'especificació d'alguns paràmetres numèrics relacionats amb el teixit i el dibuix d'un mapa bi-dimensional que representa un tall de teixit. El resultat més significatiu d'aquest simulador és que és capaç d'obtenir respostes compatibles amb l'equació de Cole a partir d'un model basat únicament en resistències i capacitats.S'han realitzat diversos estudis experimental fent servir la sonda de silici. En aquesta tesi únicament es presenten els estudis amb ronyons de rata. Els resultats confirmen les principals observacions fetes anteriorment per altres investigadors que han treballat amb diferents animals, òrgans i protocols. Això vol dir, en termes generals, un increment significatiu de la magnitud de la impedància elèctrica a baixes freqüències (< 10 kHz) durant el desenvolupament del procés isquèmic que s'associa a l'inflament cel·lular o al tancament de les unions inter-cel·lulars (gap junctions). Malgrat això, aquí també s'observa que un paràmetre derivat de la caracterització espectroscòpica de la impedància segons el model Cole, el paràmetre &#61537;, normalment ignorat per molts autors, és capaç de detectar alguns fets que no són detectats per la resta de paràmetres derivats de l'estudi de la impedància. Concretament es mostra que el valor de &#61537; podria estar relacionat amb la morfologia de l'espai extracel·lular i es demostra experimentalment que &#61537; pot ser modificat per una alteració induïda del citosquelet cel·lular.Addicionalment, aquesta tesi inclou un annex que tracta de facilitar la comprensió de la monitorització de la bioimpedància elèctrica a aquells amb formació en ciències de la vida. / This thesis is focused on the development and use of a miniaturized silicon probe for electrical impedance measurements of soft living tissues. The purpose of those impedance measurements is to monitor the ischemia injury for applications such as cardiac surgery or organ transplantation.Currently, the range of clinically available methods to detect tissue ischemia is limited and there is not any practical method to quantify in an on-line manner the effect of such ischemia, that is, the ischemia injury. In this sense, electrical impedance monitoring seems very promising and this thesis contributes to the field by developing new instruments and methods and by providing novel experimental results and tools to understand the relation between pathophysiology and electrical impedance. The main contributions of this thesis are summarized below.In this thesis, it is presented the development of a silicon probe that consists of four platinum electrodes (300 &#61549;m &#61620; 300 &#61549;m) on a needle shaped silicon substrate (9 mm insertion length, 600 &#61549;m &#61620; 500 &#61549;m cross section). The electrodes are placed at non-constant separation distance in order to enhance signal-to-noise ratio and spatial resolution. An electrochemical deposition of platinum black on the electrodes is performed in order to reduce the interface impedance and improve the quality of the measurements. For living tissue measurements, the useful measurement band goes from 100 Hz to 100 kHz.A novel measurement method based on five electrodes is described and analyzed. It is intended to minimize errors at low frequencies caused by the high electrode-electrolyte interface impedances. Unfortunately, although this five-electrode method works, some limitations have been found that made almost impossible its implementation for living tissue measurements.It is also presented a custom developed software package to simulate the electrical impedance of living tissues at the &#61537; and &#61538; dispersion regions. It is based on the generation of a SPICE netlist from the specification of some numerical parameters concerning the tissue and a bi-dimensional map representing a slice of tissue. Some examples are provided to demonstrate its feasibility. The most significant result is that the simulator is able to obtain Cole compatible behaviours from models based on simple resistances and capacitances. Several experimental studies have been performed by using the silicon probe. In this thesis only the experiments carried out on rat kidneys are presented. The results confirm the main observations made by previous researchers working with other animals, organs and protocols. That is, in general terms, a significant increase of impedance magnitude at low frequencies (<10 kHz) during the course of ischemia that is related to cell swelling or gap junctions closure. However, here it is also observed that a parameter from impedance spectroscopy characterization according to the Cole model, the &#61537; parameter, which is often ignored, is able to detect some events that are not revealed by other impedance parameters. It is shown that the &#61537; value could depend on the extracellular space morphology and it is experimentally demonstrated that &#61537; is modified by an induced alteration of cells cytoskeleton.This thesis includes an annex that tries to facilitate the understanding of electrical bioimpedance monitoring for life-sciences practitioners.Another annex describes the instrumentation systems that were developed for electrical impedance measurements based on the four-electrode method.