Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2009 / Bibliografia: f. 75-81 / As hemorragias intracerebrais constituem um grupo importante dentro das doenças neurocirúrgicas. Caracterizam-se por terem início súbito, podendo evoluir com quadros de grande gravidade, com comprometimento neurológico severo, apresentando taxas elevadas / Intracerebral hemorrhage consists in an important group of neurosurgical diseases. They are characterized by sudden onset, and can evolve with great severity, with severe neurological impairment, showing high rates of mortality and morbidity, causing neur

Tomando os conhecimentos sobre o cérebro como mote organizador, esta tese buscou problematizar a intersecção entre o campo da ciência e o das artes. Para tanto, foi criada a ação artística “Reverberações do Corpo”, que objetivou a produção de uma obra de arte sobre o cérebro e representou um modo de articulação entre os campos do saber. Constituída como uma forma de arte política, envolvendo a participação do outro na confecção de uma obra sobre o cérebro, a ação foi composta pelos trabalhos artísticos produzidos durante a pesquisa e pelos artefatos culturais criados por profissionais de diferentes áreas acadêmicas. Os participantes foram convidados por meio de uma Carta-Convite, que teve origem a partir das problematizações acerca do cérebro e das criações artísticas da pesquisadora, geradas pela dissertação de mestrado, além de questionamentos sobre essa temática que circulam na cultura. A análise dos materiais considerou as reflexões provocadas pelos artefatos culturais e a perspectiva dos profissionais participantes, o encontro entre esses artefatos e a reverberação formada pelas suas reflexões, tanto em relação à produção artística da pesquisadora quanto às próprias análises que compõem a tese. Foram problematizados os discursos contemporâneos sobre o cérebro presentes nos artefatos criados, entre os quais se encontram os conhecimentos produzidos pelas descobertas da neurociência, que têm sido amplamente divulgados na mídia e que fazem parte do repertório cultural da população, a noção de que o cérebro define quem somos, os discursos sobre a plasticidade cerebral e o uso de imagens da neurociência em diferentes contextos, incluindo a compreensão da anatomia e funcionamento cerebral, o diagnóstico e tratamento de doenças, além de sua utilização em áreas híbridas, como o neuromarketing e a neuroeducação. O conceito de reverberação foi utilizado como forma de tensionamento da intersecção proposta nesta pesquisa, produzindo outro tipo de conhecimento, na fronteira entre a arte e a ciência. / Taking knowledge about the brain as an organizing motive, this thesis sought to discuss the intersection between the science and arts fields. For that purpose, an artistic action, "Reverberações do corpo" (Reverberations of the body), was created. It intended to produce a work of art about the brain and represented a connection between these two fields of knowledge. Conceived as a form of political art and comprising the engagement of the other in the making of a work about the brain, the action comprehended the artistic works presented throughout the research process and the cultural artefacts produced by professionals from different academic fields. Participants were brought on by means of an invitation letter originated from discussions about the brain and the researcher's own artistic creations which derive from her master's dissertation in addition to related topics that populate the cultural sphere. Assesment of the material took into account the reflections stirred by these cultural artefacts and the viewpoint of the participants, the meeting point of these artefacts and the reverberations caused by their reflection concerning the researcher's artistic production as well as the analyses within the thesis. We examine the contemporary discourses about the brain in these works. Those comprise knowledge produced by the new findings in neuroscience highly publicized in the media which are part of the general cultural repertoire, the notion that brain defines who we are, discourses about brain plasticity and usage of neuroscience images in various contexts including the comprehension of anatomy and brain function, diagnosis and treatment of diseases and also its usage in hybrid fields like neuromarketing and neuroeducation. The reverberation concept was used as a way of stretching and tightening the intersection proposed in this research work, generating another kind of knowledge, on the limits of art and science.

A hiperglicinemia não-cetótica (HNC) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência do sistema de clivagem da glicina (Gli), levando ao acúmulo tecidual e plasmático desse aminoácido. Apesar de a fisiopatologia do dano neurológico apresentado pelos pacientes afetados por HNC ainda não estar bem esclarecida, tem sido sugerido que o acúmulo de Gli é neurotóxico. O presente trabalho investigou inicialmente os efeitos ex vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Gli sobre o metabolismo energético e o imunoconteúdo das proteínas cinases dependentes de mitógenos (MAPK) p38, ERK1/2 e JNK, sinaptofisina e proteína Tau em córtex cerebral e estriado de ratos de 30 dias de vida. Verificamos que a injeção ICV de Gli reduziu a produção de CO2 a partir de glicose e inibiu as atividades das enzimas citrato sintase e isocitrato desidrogenase em estriado. A Gli também diminuiu as atividades dos complexos da cadeia transportadora de elétrons I-III em estriado e do IV em córtex cerebral. Além disso, a Gli diminuiu a atividade da enzima creatina cinase (CK) e de sua isoforma mitocondrial em córtex cerebral e estriado. O tratamento com os antioxidantes melatonina (MEL) e creatina e com o antagonista do receptor NMDA (MK-801) preveniu a diminuição das atividades da CK e dos complexos I-III e IV causado pela administração de Gli. Ainda verificamos que a Gli diminuiu o conteúdo de sinaptofisina, e a fosforilação da proteína Tau e das MAPK p38, ERK1/2 e JNK. O tratamento com MK-801 preveniu a diminuição da fosforilação da p38 causada pela Gli O próximo passo foi estudar o efeito ex vivo da injeção ICV de Gli sobre o metabolismo energético, a homeostase redox e parâmetros gliais em córtex cerebral de ratos neonatos. Foi demonstrado que a injeção de Gli em ratos de 1 dia de vida diminuiu a atividade do complexo IV da cadeia transportadora de elétrons e da CK, além de induzir aumento da geração de espécies reativas, diminuir as concentrações de glutationa reduzida (GSH), aumentar os níveis de malondialdeído (MDA) e modular a atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx). A injeção de Gli ainda foi capaz de induzir reatividade glial demonstrada pelo aumento da marcação de S100B em córtex cerebral e estriado, e GFAP em corpo caloso. Além disso, o tratamento com MEL preveniu a inibição do complexo IV e da enzima CK, o aumento dos níveis de MDA, a diminuição de GSH e o aumento de S100B causada pela Gli. Na última parte de nossa investigação foi examinado o efeito in vitro da Gli sobre a homeostase energética e redox em cerebelo de ratos de 30 dias de idade A Gli aumentou a produção de espécies reativas, os níveis de MDA e diminuiu as concentrações de GSH, sem alterar o metabolismo energético no cerebelo. Além disso, a adição de MEL, trolox (análogo hidrossolúvel da vitamina E) e MK-801 preveniram os efeitos deletérios da Gli sobre os níveis de MDA e GSH em cerebelo. Como conclusão, o nosso estudo mostra que a Gli causa um prejuízo na homeostase energética e induz estresse oxidativo em cérebro de ratos jovens e neonatos, bem como provoca reatividade glial em cérebro de neonatos. A Gli também altera as vias de sinalização das MAPK e causa dano neuronal em córtex cerebral e estriado, além de induzir estresse oxidativo in vitro em cerebelo. Portanto, alterações na homeostase redox e energética e excitotoxicidade parecem contribuir, ao menos em parte, para a fisiopatologia do dano neurológico apresentado pelos portadores da HNC. / Nonketotic hyperglycinemia (NKH) is an inborn error of metabolism caused by a deficiency of the glycine (GLY) cleavage system, leading to tissue accumulation of this amino acid. Although the pathophysiology of neurological damage presented by patients affected by NKH is not yet well understood, it has been suggested that increased concentrations of GLY are toxic for the central nervous system. Therefore, we initially investigated the ex vivo effect of a single intracerebroventricular (ICV) administration of GLY on energy metabolism and immunocontent of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) p38, ERK1/2 and JNK, synaptophysin, and Tau protein in cerebral cortex and striatum of thirty-days-old rats. We verified that the administration of GLY decreased CO2 production using glucose as substrate, and inhibited the activities of citrate synthase and isocitrate dehydrogenase in striatum. GLY also decreased the activities of the respiratory chain complexes I-III in striatum and IV in cerebral cortex. Furthermore, GLY decreased the activity of creatine kinase (CK) and of its mitochondrial isoform in cerebral cortex and striatum The antioxidants melatonin (MEL) and creatine, and the NMDA receptor antagonist MK-801 prevented the GLY-induced decrease of the activities of CK and of the complexes I-III and IV. It was further observed that GLY injection decreased synaptophysin immunocontent and the phosphorylation of Tau protein, p38, ERK1/2 e JNK in rat brain. MK-801 treatment prevented the decreased phosphorylation of p38 caused by GLY. Next, we evaluated the ex vivo effect of GLY ICV administration on energy and redox homeostasis and glial parameters in brain of neonatal rats. GLY injection decreased the activities of respiratory chain complex IV and CK, and also induced the generation of reactive species, decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, increased malondialdehyde (MDA) levels and modulated the activities of the antioxidant enzymes superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase. Moreover, GLY induced glial reactivity, as demonstrated by the increase in GFAP in corpus callosum and S100B in cerebral cortex and striatum MEL treatment prevented GLY-induced inhibition of complex IV and CK activities, decrease of GSH, and increase of MDA levels and S100B staining. In the last part of our study we assessed the in vitro effects of GLY on energy and redox homeostasis in cerebellum of thirty-day-old rats. We verified that GLY increased reactive species generation and MDA levels, and decreased GSH concentrations in rat cerebellum. Furthermore, the addition of MEL, trolox (hydrosoluble analogue of vitamin E) and MK-801 prevented MDA levels increase and GSH concentrations decrease caused by GLY. In conclusion, the present study demonstrated that GLY alters the energy metabolism and induces oxidative stress in brain of thirty-day-old and neonatal rats, and provokes glial reactivity in neonatal rat brain. GLY also alters MAPK signaling pathways and causes neuronal damage in rat cerebral cortex and striatum, besides inducing oxidative stress in cerebellum. Therefore, it may be presumed that bioenergetics dysfunction, oxidative stress and excitotoxicity contribute to the pathophysiology of brain damage observed in patients affected by NKH.

A reprodução é uma fase crítica e exigente na vida dos animais. Nos mamíferos, as fêmeas costumam investir muito mais no cuidado parental do que os machos e a lactação é o período mais exigente em termos energéticos da vida da fêmea. Aqui, testamos se o estresse oxidativo é uma consequência da reprodução em ratas Wistar. Foram avaliadas as atividades da glutationa peroxidase, glutationa S-transferase, superóxido dismutase, o consumo de peróxido de hidrogênio, carbonilação de proteínas, peroxidação lipídica, níveis de nitrito e nitrato, glutationa total, níveis de vitamina C, bem como os níveis de estradiol no tecido cerebral em 3 , 6, 12, e 24 meses de idade. Os animais foram agrupados de acordo com a experiência reprodutiva: reprodutores ou não reprodutores. A maioria dos parâmetros estudados mostrou uma diferença entre animais não reprodutores e reprodutores de 12 e 24 meses. Aos 24 meses de idade animais reprodutores apresentaram maior atividade de superóxido dismutase, consumo de peróxido de hidrogênio, glutationa peroxidase e carbonilação de proteínas do que os animais não reprodutores. Aos 6 meses de idade, durante o período que representaria o pico da atividade reprodutiva, animais não reprodutores apresentaram níveis mais altos de malondealdeído. Em animais não reprodutores aos 12 meses de idade observou-se níveis mais altos de estrogênio, vitamina C, consumo de peróxido de hidrogênio e atividades de superóxido dismutase e glutationa peroxidase em relação aos animais reprodutores. Demonstramos que o processo de envelhecimento induz a uma elevação no dano oxidativo e também nas defesas antioxidantes em cérebro de ratas reprodutoras, sendo de alguma forma, a reprodução um processo custoso. Este estudo mostra que existe um forte potencial para a investigação do custo reprodutivo e estresse oxidativo. / Reproduction is a critical and demanding phase of the animals’ life. In mammals, females usually invest much more in parental care than males and lactation is the most energetically demanding period of a female’s life. In this work, we tested whether oxidative stress is a consequence of reproduction in female Wistar rats. We evaluated the activities of glutathione peroxidase, glutathione S-transferase, superoxide dismutase, consumption of hydrogen peroxide, protein carbonylation, lipid peroxidation, nitrite and nitrate levels, total glutathione, vitamin C levels, as well as sex hormone levels in brain tissue at 3, 6, 12, and 24 months of age. Animals were grouped according to reproductive experience: breeders or non-breeders. The parameters studied showed a difference between non-breeders and breeders animals at 12 and 24 months. At 24 months of age breeders animals showed higher superoxide dismutase activity, consumption of hydrogen peroxide, glutathione peroxidase and carbonyl level than non-breeders animals. At 6 months of age, during the period that represents peak reproductive activity, non-breeders animals showed higher levels of malondialdehyde. In non-breeders animals at 12 months of age we observed a higher level of estrogen, vitamin C, consumption of hydrogen peroxide, superoxide dismutase and glutathione peroxidase activities than breeders animals. Finally, we demonstrated that the aging process causes higher oxidative damage and higher antioxidant defenses in brain of breeders female rats, being the reproduction process costly somehow. This study shows that there is strong potential for research linking the cost of reproduction and oxidative stress.

doença metabólica hereditária bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de ornitina (Orn), homocitrulina (Hcit), amônia e ácido orótico (Oro) no sangue e outros tecidos dos pacientes afetados. Os sintomas neurológicos desse distúrbio são comuns, incluindo retardo mental, convulsões e ataxia, porém os mecanismos que levam ao dano cerebral são praticamente desconhecidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito dos metabólitos acumulados nesta doença sobre a homeostase energética e redox em cérebro de ratos, bem como sobre o desempenho de animais submetidos à hiperornitinemia em tarefas comportamentais. Inicialmente avaliamos o efeito in vitro da Orn, Hcit e Oro sobre parâmetros do metabolismo energético em cérebro de ratos jovens. Verificamos que a Orn e a Hcit inibem o ciclo dos ácidos tricarboxílicos, (inibição da produção de CO2 a partir de acetato e das enzimas aconitase e α-cetoglutarato desidrogenase), bem como a via glicolítica aeróbica (redução na síntese de CO2 a partir de glicose), além de comprometer o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória (inibição do complexo I-III). A Hcit, mas não a Orn, também foi capaz de inibir a atividade da enzima creatina quinase, sendo que essa inibição foi prevenida por GSH, sugerindo um possível papel de espécies reativas oxidando grupamentos tióis, essenciais para a atividade desta enzima. Em contraste, a atividade das outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da cadeia respiratória, bem como a Na+,K+- ATPase não foram alteradas in vitro pela Orn e pela Hcit nas doses testadas (0,1 a 5 mM). Do mesmo modo, o Oro não interferiu em nenhum dos parâmetros testados. O próximo passo deste estudo foi avaliar o efeito in vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Orn e Hcit sobre parâmetros de estresse oxidativo e metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn e a Hcit aumentaram os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e a formação de grupamentos carbonilas, indicativos de peroxidação lipídica e dano oxidativo a proteínas, respectivamente. Além do mais, a N-acetilcisteína e a combinação de ácido ascórbico mais α-tocoferol atenuaram a oxidação lipídica e preveniram totalmente o dano oxidativo protéico provocado pela Orn e pela Hcit, sugerindo que espécies reativas estejam envolvidas nestes efeitos. A administração ICV de Hcit, mas não de Orn, também diminuiu os níveis de glutationa reduzida (GSH), bem como a atividade das enzimas catalase e glutationa peroxidase, indicando que a Hcit provoca uma redução nas defesas antioxidantes cerebrais. Quanto aos parâmetros de metabolismo energético avaliados após a administração ICV de Orn e Hcit, verificamos que a Orn e a Hcit inibem o funcionamento do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (inibição da síntese de CO2 a partir de acetato), a via glicolítica (redução na produção de CO2 a partir de glicose) e a atividade do complexo I-III da cadeia respiratória. A Hcit in vivo também inibiu a atividade da aconitase, uma enzima muito susceptível ao ataque de radicais livres. Investigamos também os efeitos da administração ICV de Orn e Hcit na presença ou ausência de hiperamonemia, induzida pela administração intraperitoneal de urease, sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn aumentou os níveis de TBA-RS e a formação de carbonilas, sem alterar o conteúdo de grupamentos sulfidrilas e os níveis de GSH. Além disso, a combinação de hiperamonemia com Orn resultou em uma diminuição no conteúdo de sulfidrilas e GSH, indicando um efeito sinérgico da Orn com a amônia. Além disso, a Hcit causou um aumento nos valores de TBA-RS e da formação de carbonilas, bem como uma diminuição na concentração de GSH sem alterar o conteúdo de sulfidrilas. Em relação ao tratamento com urease, a indução de hiperamonemia pela urease foi capaz de aumentar os níveis de TBA-RS, indicando que hiperamonemia causa dano oxidativo a lipídeos. Finalmente, produzimos um modelo animal quimicamente induzido de hiperornitinemia através da administração subcutânea de Orn (2-5 μmol/g de peso corporal). Altas concentrações cerebrais de Orn foram alcançadas nesse modelo, indicando que a Orn é permeável a barreira hemato-encefálica. Investigamos, então, o efeito da administração crônica de Orn do 5° ao 28° dia pós-natal sobre o desenvolvimento físico, motor e sobre o desempenho dos ratos adultos nas tarefas de campo aberto e no labirinto aquático de Morris. A administração crônica de Orn não afetou o aparecimento de pelos, a abertura dos olhos, a erupção dos incisivos e o reflexo de queda livre, sugerindo que o desenvolvimento físico e neuromotor não foram comprometidos pela administração crônica de Orn. Similarmente, o desempenho dos ratos no labirinto aquático de Morris na idade adulta não foi alterado pelo tratamento crônico dos mesmos com Orn, indicando que a memória espacial não foi afetada. Entretanto, os animais tratados com Orn não apresentaram habituação ao campo aberto, sugerindo um déficit de aprendizado/memória nesta tarefa. A atividade motora, avaliada pelo número de cruzamentos na tarefa do campo aberto, e pela velocidade de natação no labirinto aquático de Morris foram similares para os animais injetados com Orn e salina, indicando que os animais com hiperornitinemia não apresentaram déficit na atividade locomotora que pudesse atrapalhar seu desempenho nos testes de comportamento. De maneira similar, o número de bolos fecais, o número de grooming e o tempo gasto na área central na tarefa de campo aberto foram iguais em ambos os grupos, indicando que não houve alteração na ansiedade dos animais com o tratamento com Orn. A presente investigação demonstrou pela primeira vez que a Orn e especialmente a Hcit comprometem a homeostase energética e redox celular e que hiperornitinemia crônica durante o período pós-natal prejudica o desempenho de animais adultos na tarefa de campo aberto. É provável, portanto, que as concentrações cerebrais aumentadas de Orn tenham provocado um dano cerebral, possivelmente através do comprometimento do metabolismo energético e da indução de dano oxidativo, alterando vias do metabolismo necessárias para um aprendizado/memória normais. Concluindo, postulamos que alterações na bioenergética e no estado redox cerebral induzido pelos metabólitos acumulados na síndrome HHH, como demonstrado in vitro e in vivo na presente investigação, possam representar mecanismos patogênicos, contribuindo, ao menos em parte, para os sintomas neurológicos dos pacientes afetados por este transtorno. / Tissue accumulation of ornithine (Orn), homocitrulline (Hcit), ammonia and orotic acid (Oro) is the biochemical hallmark of patients affected by hyperornithinemia–hyperammonemia– homocitrullinuria (HHH) syndrome, a disorder clinically characterized by neurological symptoms, whose pathophysiology is practically unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of the accumulating metabolite in the HHH syndrome on energetic and redox homeostasis in brain of rats, as well as the rat performance in behavioural tasks when submitted to hiperornithinemia. We first investigated the in vitro effect of Orn, Hcit and Oro on parameters of energy metabolism in brain of young rats. We verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle (inhibition of CO2 synthesis from acetate, as well as aconitase and α- ketoglutarate dehydrogenase activities), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and moderately the electron transfer flow (inhibitory effect on complex I–III). Hcit, but not Orn, was also able to inhibit the mitochondrial creatine kinase activity. Furthermore, this inhibition was prevented by glutathione, suggesting a possible role of reactive species oxidizing critical thiol groups of the enzyme. In contrast, the other enzyme activities of the citric acid cycle and of the electron transfer chain, as well as synaptic Na+,K+-ATPase were not altered by either Orn or Hcit at concentrations as high as 5.0 mM. Similarly, Oro did not interfere with any of the tested parameters. The next step of this study was to investigate the in vivo effects of intracerebroventricular (ICV) administration of Orn and Hcit on parameters of oxidative stress and energy metabolism in cerebral cortex from young rats. Orn and Hcit increased thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, indicators of lipid and protein oxidative damage, respectively. Furthermore, N-acetylcysteine and the combination of ascorbic acid plus α- tocopherol attenuated the lipid oxidation and totally prevented the protein oxidative damage provoked by Orn and Hcit, suggesting that reactive species were involved in these effects. The ICV Hcit administration, but not Orn administration, also decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, as well as the activity of catalase and glutathione peroxidase, indicating that Hcit provokes a reduction of brain antioxidant defenses. As regards to the parameters of energy metabolism, we verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle function (inhibition of CO2 synthesis from acetate), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and complex I–III activity of the respiratory chain. Hcit also inhibited the activity of aconitase, an enzyme very susceptible to free radical attack. We also investigated the in vivo effects of ICV administration of Orn and Hcit in the presence or absence of hyperammonemia induced by intraperitoneal urease treatment on important parameters of oxidative stress in cerebral cortex from young. Orn increased thiobarbituric acid-reactive substances levels and carbonyl formation, without altering sulfhydryl content and GSH levels. We also observed that the combination of hyperammonemia with Orn resulted in a decrease of sulfhydryl levels and GSH concentrations, highlighting a synergistic effect of ornithine and ammonia. Furthermore, homocitrulline caused increases of thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, as well as a decrease of GSH concentrations without altering sulfhydryl content. We also observed that urease treatment per se was able to enhance thiobarbituric acid-reactive substances levels indicating that hiperamonemia induce lipid peroxidation. Finally, we produced a chemical animal model of hiperornithinemia induced by a subcutaneous injection of saline-buffered Orn (2-5 μmol/g body weight) to rats. High brain Orn concentrations were achieved, indicating that Orn is permeable to the blood brain barrier. We then investigated the effect of early chronic postnatal administration of Orn (from the 5th to the 28th day of life) on physical and motor development and on the performance of adult rats in the open field and in the Morris water maze tasks. Chronic postnatal Orn treatment had no effect on the appearance of coat, eye opening or upper incisor eruption, nor on the free-fall righting task, suggesting that physical and motor development were not changed by Orn. However, Orn-treated rats did not habituate to the open field apparatus, implying a deficit of learning/memory. Motor activity was the same for Orn- and saline- injected animals. Motor activity, evaluated by the number of crossings in the open field and by the swimming speed in the Morris water maze, was the same for Orn- and saline- injected animals, indicating no deficit of locomotor activity in rats injected with Orn. Similarly, the number of fecal boli and grooming and the time spent in the central area in the open field task were the same in both groups, implying no alteration of emotionality. The current investigation shows for the first time that Orn and especially Hcit compromise energetic and redox homeostasis and that chronic hyperornithinemia during postnatal period impairs the adult rat performance in the open field task, where the animals did not habituate to the apparatus. It is possible, however, that high sustained cerebral Orn level could provoke a brain damage, possibly through induction of oxidative stress and/or compromising energy metabolism, altering some metabolic pathways essential for normal learning/memory. In conclusion, we postulate that alterations in the cerebral bioenergetic and redox state induced by metabolites accumulated in HHH syndrome, as demonstrated in vitro and in vivo in the present study, may represent pathogenic mechanisms contributing, at least in part, to the neurological symptoms of patients affected by this disorder.

O tema geral desta tese é a utilização de técnicas ópticas de espectroscopia Raman não linear para análises de sistemas distintos. Especificamente, nos concentraremos na técnica de CARS multiplexado, introduzindo os princípios fundamentais e relatando a importância do tratamento de dados para a recuperação do espectro vibracional. Comprovamos que a técnica de CARS multiplexado é capaz de substituir a espectroscopia Raman convencional de maneira eficiente nas aplicações abordadas e apresentar diversas vantagens. Por fim, apresentamos outros trabalhos desenvolvidos durante o período de doutoramento relacionados à microscopia óptica em escala nanométrica. / The general theme of this thesis is the use of the nonlinear Raman spectroscopy techniques to analyze different systems. Specifically we will concentrate in the Multiplex CARS technique, introducing the fundamentals and relating the important role of the data processing to retrieve the vibrational spectrum. We show that multiplex CARS can substitute the conventional Raman spectroscopy efficiently in the discussed subjects and provide several advantages. Finally, we present others developed works during the doctorate period related with microscopy in nanometric scale.

Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

Esta dissertação é composta por três estudos conduzidos de acordo com a abordagem da Neuropsicologia Cognitiva, a fim de compreender as habilidades e prejuízos na escrita de palavras/pseudopalavras de adultos com lesão cerebrovascular no hemisfério direito (LHD) e no hemisfério esquerdo (LHE), comparados a adultos neurologicamente saudáveis (controles). No primeiro estudo, comparou-se o desempenho dos grupos com LHE, LHD e controles em tarefas de linguagem oral e escrita e nos tipos de erros na tarefa Escrita Ditada em um instrumento de avaliação neuropsicológica breve. O grupo com LHE apresentou pior desempenho em todas as tarefas de linguagem oral e escrita (exceto em compreensão oral). Verificou-se que o grupo com LHE demonstrou déficits significativos nas habilidades linguísticas (rotas fonológica e lexical) e periféricas fundamentais para escrita de palavras, enquanto os casos com LHD destacaram-se por déficits no uso da rota lexical (Regularizações). No segundo estudo, descreveu-se o processo de construção de uma Tarefa de Escrita de Palavras/pseudopalavras controlada linguisticamente para avaliação das disgrafias em adultos. No terceiro estudo buscou-se analisar as habilidades de linguagem oral e escrita de adultos com LHE e LHD comparados a controles, analisar a associação entre características sociodemográficas e o desempenho em escrita ditada e distinguir o tipo de disgrafia adquirida dos casos com escores deficitários. Não foram encontradas diferenças significativas entre os perfis linguísticos dos grupos. Melhor desempenho na escrita de palavras mostrou estar associado com altos hábitos de leitura e escrita e maior escolaridade dos adultos. Verificaram-se características de disgrafias linguísticas (fonológica, lexical e mista) e periférificas em casos com LHE e LHD. A presente dissertação destaca a heterogeneidade dos déficits de escrita encontrados e ressalta a importância do controle das variáveis sociodemográficas no diagnóstico de disgrafia adquirida. / This dissertation consists of three studies conducted in accordance with the approach of Cognitive Neuropsychology, in order to understand the skills and damages in writing of words and pseudowords of adults with cerebrovascular lesions in the right hemisphere (LHD) and left hemisphere (LHE) compared to neurologically healthy adults (controls). The first study compared the performance of groups with LHE, LHD and controls on tasks of oral and written language and the types of errors in the task dictated writing in a brief neuropsychological assessment instrument. The LHE group showed worse performance on all tasks of oral and written language (except in oral comprehension). It was found that the group with LHE has demonstrated significant deficits in linguistic (phonological and lexical) and peripheral skills fundamental to writing of words, while cases with LHD highlighted for deficits in the use of the lexical route (Regularizations). In the second study, was presented the construction process of a words/pseudowords writing task linguistically controlled for evaluation of dysgraphias in adults. The third study aimed to examine the oral and writing language skills of adults with LHE and LHD compared to controls, examining the association between sociodemographic characteristics and performance on dictated written distinguish the type of acquired dysgraphia in the cases with deficient scores. There were no significant differences between the linguistic profiles of the groups. Best performance in writing of words was associated with higher reading and writing habits and higher education of adults. There were features linguistic (phonological, lexical and mixed) and peripherical dysgraphias in cases with LHE and LHD. This dissertation highlights the heterogeneity of deficits founded in the word writing and highlights the importance of controlling sociodemographic variables in the diagnosis of acquired dysgraphia.

O presente trabalho se dedica a realizar uma incursão na história do pensamento criminológico a fim de contribuir para um mapeamento das justificativas do surgimento de certas normas penais, algumas ainda em vigor, e o mapeamento das razões da edificação de muitas instituições jurídicas e administrativas, algumas ainda em funcionamento. A análise tradicional da biografia da Criminologia costuma, todavia, omitir certas ideias que deveriam ser integradas ao percurso da sua vertente científica. Vários são os autores que apontam para a origem da trajetória cientificista criminológica na Europa do fim do século XIX. No entanto, quando se aprofunda na identificação das raízes das referências positivistas na implicação Medicina-Pessoa-Sociedade da era moderna e sua influência na seara criminológica, percebesse que uma tímida Criminologia já estava nascendo no início do século XIX com os estudos sobre a fisiologia cerebral. Em meio a um processo político amplo de fortalecimento do Estado e da burguesia, dá-se a formação de um aparato médico-jurídico, pelo qual se demonstra a tentativa de reconhecimento da autoridade médica para além dos limites legítimos da atividade. Preocupa-se, portanto, em chamar a atenção para o movimento de medicalização do criminoso por uma leitura histórica do impacto do cientificismo cerebral na esfera criminal. O material desenvolvido pela Frenologia e, depois, pela Antropologia Criminal, é emblemático dessa onda cientificista do século XIX, na qual as pesquisas cerebrais imprimem a visão sobre a etiologia do crime a partir de seus marcadores biológicos. Mais particularmente, atenta-se para a recepção das teorias de Franz Joseph Gall e de Cesare Lombroso sobre o cérebro (do) criminoso na criminologia do século XIX, através da discussão da noção de livre arbítrio, do debate sobre retribuição versus tratamento, bem como das propostas de medidas preventivas em caso de tendências à violência e das políticas públicas voltadas para o cerceamento de direitos em nome de uma suposta defesa social. / The current work aims at performing an analysis of the history of criminological reasoning in order to contribute to an overview that justifies the appearance of certain criminal rules, some of them still ongoing, together with the mapping of the reasons for the building of many juridical and administrative institutions, some of which are still functioning. Traditional analysis of the genesis of Criminology is accustomed to, nevertheless, omitting certain ideas, which ought to be integrated into the current scientific scope. There are several authors who point to the origin of the scientificist trajectory in Europe, at the end of the 19th- century. However, when we go deeper into the identification as to the roots of the positivist references in the implication Medicine-Person-Society of modern times and its influence on the criminological domain, we realize that a timid Criminology was about to be born at the beginning of the 19th -century, following the studies on brain physiology. Amidst the vast political process of the strengthening of the State and the bourgeoisie, a medical-juridical apparatus is originated, through which the attempt of recognition of the medical authority is demonstrated, beyond the legitimate limits of the activity. It is concerned, therefore, in drawing attention to the criminals medicalisation movement by means of a historical reading of the impact of brain scientificism in the criminal sphere. The material developed by Phrenology and, afterwards, by Criminal Anthropology, is a significant sign of such a scientificist trend in the 19th-century, in which brain researchers put forward their vision on the etiology of the crime from its biologic markers. More particularly, there is an emphasis on the reception of the theories of Franz Joseph Gall and Cesare Lombroso about the criminal brain in 19th-century Criminology, through discussion of the notion of free will, the debate on retribution versus treatment, as well as the proposition of preventive measures in cases of tendencies to violence and public policies towards controlling rights in the name of a socalled social defense.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Farmacologia, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:35:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 313638.pdf: 2485539 bytes, checksum: 4d1d8d239732cd32ba3cb8a2d00c274a (MD5) / Memórias olfatórias são geralmente associadas a experiências emocionais; portanto, a associação entre um odor e um evento aversivo tornou-se uma ferramenta importante no estudo da neurobiologia das memórias aversivas. O hipocampo (HPC) parece integrar o Condicionamento Olfatório Aversivo (COA) uma vez que está envolvido tanto em processos cognitivos quanto emocionais. Estes processos parecem estar relacionados a diferenças funcionais observadas ao longo do eixo dorso-ventral do HPC. Adicionalmente, os receptores glutamatérgicos subtipo NMDA parecem exercer um papel chave nos mecanismos envolvidos na aprendizagem e memória emocional. O presente trabalho foi delineado com o objetivo de avaliar o papel dos receptores glutamatérgicos subtipo NMDA no HPC dorsal (HPCd) e ventral (HPCv) na formação, potencialização e expressão das memórias aversivas em ratos submetidos ao COA e ao condicionamento contextual de segunda ordem (CCSO). No COA, utilizando um protocolo de condicionamento de primeira ordem, a resposta emocional condicionada (REC) foi adquirida através do pareamento entre o odor de acetato de amila (EC1, estímulo condicionado de primeira ordem) e cinco choques elétricos nas patas (EI, estímulo incondicionado). O CCSO foi promovido pela associação entre o odor condicionado (EC1) e o contexto onde o odor foi exposto (EC2, estímulo condicionado de segunda ordem, caixa de odor). A associação EC1-EI foi realizada na caixa de condicionamento, ao passo que a associação EC1-EC2 ocorreu na caixa de odor. A expressão da REC, composta de três sessões: familiarização (sem odor), teste EC1 (odor condicionado) e teste EC2 (sem odor), foi também conduzida na caixa de odor. Ratos Wistar machos submetidos à canulação bilateral do HPCd ou HPCv receberam microinjeções do antagonista dos receptores glutamatérgicos subtipo NMDA AP5 (6 ou 24 nmol/0.5 µl) ou do agonista NMDA (100 ou 200 pmol/0.5 µl) ou salina tamponada (PBS/0.5 µl) antes/depois do condicionamento EC1-EI, ou antes do teste EC1 ou do teste EC2. O AP5 microinjetado no HPCd, mas não no HPCv, antes da associação EC1-EI prejudicou a formação do COA. A expressão do COA, bem como a formação do CCSO, foram prejudicadas pela microinjeção de AP5 tanto no HPCd quanto no HPCv antes da sessão de teste EC1. Contudo, a expressão do CCSO não foi bloqueada pela microinjeção de AP5 pré-teste EC2 em ambas as porções do HPC. Por fim, a estimulação apenas do HPCd após um protocolo de treino fraco, através da microinjeção do agonista NMDA, promoveu a potencialização do COA, ao passo que a utilização da injeção de NMDA, tanto no HPCd quanto no HPCv, como estímulo incondicionado, não foi capaz de promover o COA. Estes resultados demonstram o papel funcional distinto dos receptores glutamatérgicos subtipo NMDA do HPCd e do HPCv na formação do condicionamento aversivo e na expressão da resposta emocional condicionada.<br> / Abstract : Memory for odors is often related to highly emotional experiences; therefore the association between an odor and an aversive event is an effective model to study the neurobiology of associative fear memories. The hippocampus (HPC) seems to be involved in the circuitry of Olfactory Fear Conditioning (OFC) since it is implicated in both cognition and emotion processes. These processes seem to be related to differential functions of the dorsal and ventral portions of HPC. Moreover, glutamate NMDA receptor-subtype has also been shown to be a key element in processes related to emotional learning and memory. The present work was outlined to evaluate the role of glutamate NMDA receptors in the dorsal (HPCd) and ventral HPC (HPCv) on the generation, strengthening and expression of aversive memories of rats submitted to the OFC and contextual second-order conditioning (CSOC) paradigm. In OFC, a first-order conditioning, conditioned emotional response (CER) was acquired by pairing amyl acetate odor (CS1, first order conditioned stimulus) with 5 electrical footshocks (US, unconditioned stimulus). CSOC was promoted by the association between the conditioned odor (CS1) and the context where the odor was exposed (CS2, second-order conditioned stimulus, odor box). The CS1-US association was performed in a conditioning box, while the CS1-CS2 association occurred in an odor box. The expression of CER, composed of three sessions: Familiarization (No odor), CS1 test (Conditioned odor) and CS2 test (No odor), was conducted in an odor box. Male Wistar rats bilaterally implanted with guide cannulae aimed at HPCd or the HPCv were injected with NMDA receptor antagonist AP5 (6 or 24nmol /0.5 ul) or NMDA receptor agonist NMDA (100 or 200 pmol/0.5 ul) or phosphate buffered saline (PBS/0.5 ul) before/after the conditioning or prior to the CS1 or to the CS2 test session. AP5 injected into the HPCd, but not into the HPCv, prior to the CS1-US association impaired the generation of OFC. The expression of OFC, as well as the generation of CSOC, was impaired by the injection of AP5 into both HPCd and HPCv prior to the CS1 test session. However, the expression of CSOC was not blocked by the AP5 treatment into both HPC portions prior to the CS2 test session. Finally, the stimulation of HPCd only, after a weak training non-conditioning protocol, through NMDA agonist treatment, promoted OFC potentiation. On the other hand, the utilization of NMDA injection either into the HPCd and PCv, acting as an unconditioned stimulus, was not able to promote OFC. These results demonstrate the different role of glutamate NMDA receptor-subtype in the HPCd and in the HPCv on the generation of aversive conditioning and on the expression of conditioned emotional response.