Made available in DSpace on 2015-06-20T02:07:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000470809-Texto+Completo-0.pdf: 6861498 bytes, checksum: 8ff1a79ef3ddb913c671a8d1f821428d (MD5) Previous issue date: 2015 / With the use of resting state functional magnetic resonance imaging (rs-FMRI) we can analyze the functional connectivity between different brain areas. However, recent studies show that this connectivity undergoes fluctuations over time (also known as dynamic Resting State). In this study, the analysis of Graph Theoretical (GT) metrics will be used to assess the variability of the correlation between these areas, through a windowing technique. For this study, we used images of 15 patients with ADHD that underwent a clinical treatment with the medication (Ritalin®). Images were taken before treatment (Visit 1 - PRE) and after 6 months of treatment (Visit 2 - POST). We determined the GT metrics for windows between 75 and 150s generated from the correlation between the various groups after applying a mask that divided the brain into 190 regions. The results showed statistically significant differences between visits for the metric of the characteristic path length. Were also generated graphs that show the fluctuations of each of the metrics. GT analysis identified an increase in the average value of the characteristic path length after drug treatment for most patients. However, some patients behaved differently and therefore results are not conclusive. Furthermore, it was observed that there is a dependence of GT metrics based on the size of the window. Conclusion show that based on the analysis of the dynamics of the brain network by the GT metrics show to be an auxiliary tool in the diagnosis of ADHD, but still requires further studies to test the viability of this tool as a diagnostic test in neuroimaging. / Através da Ressonância Magnética Funcional no estado de repouso (RMf-er) podemos analisar a conectividade funcional entre as diversas áreas do cérebro. Entretanto, estudos recentes mostram que a correlação desta conectividade sofre flutuações ao longo do tempo (Dynamic Resting State). No presente trabalho, foi feita uma análise por intermédio de métricas da Teoria dos Grafos da variabilidade da correlação entre as áreas cerebrais através de técnicas de janelamento. Para este estudo, foram utilizadas imagens de 15 pacientes com transtorno de déficit de atenção com hiperatividade (TDAH) e que passaram por um tratamento clínico com o uso do medicamento (Ritalina®). As imagens de ressonância foram adquiridas antes do pré-tratamento (Visita 1 - PRÉ) e após 6 meses de tratamento (Visita 2 – PÓS). Foram desenvolvidas métricas de Teoria dos Grafos (TG) para janelas entre 75 e 150s geradas a partir da correlação entre as diversas regiões, após aplicar uma máscara que dividiu o cérebro em 190 áreas. Os resultados encontrados apresentaram dados estatisticamente relevantes para a métrica do comprimento do caminho característico. Foram gerados também gráficos que apresentam as flutuações de cada uma das métricas. Na análise dos gráficos foi possível identificar um aumento do valor médio do comprimento do caminho característico após o tratamento com o fármaco para a maioria dos pacientes. Entretanto, alguns pacientes tiveram comportamento oposto, não sendo portanto conclusivo. Além disso, observou-se que existe uma dependência das métricas de TG para a janela adotada. Concluiu-se, baseado nos dados encontrados, que a análise da dinâmica da rede cerebral pela métrica dos grafos é uma ferramenta auxiliar para o entendimento do comportamento funcional do cérebro e dos distúrbios, mas que ainda requer mais estudos para que venha a ser adotada como apoio ao diagnóstico em neuroimagem.

Orientador: Maria Jaqueline Mamprim / Coorientador: Luiz Carlos Vulcano / Banca: Cibele Figueira Carvalho / Banca: Amalia Agut Giménez / Resumo: Desenvolveu-se a técnica de angiotomografia helicoidal como ferramenta para obter referências de normalidade do suprimento sanguíneo cerebral em cães sadios. O presente trabalho foi realizado em 17 animais, sendo 8 adultos jovens da raça pointer e 9 adultos sem raça definida; machos e fêmeas que apresentaram exames clínico- neurológicos e laboratoriais dentro da normalidade. Realizaram-se imagens simples e com meio de contraste iodado (MCI) não iônico injetado na veia cefálica esquerda, e foram feitas reconstruções multiplanares (MPR). Foi possível evidenciar a maioria das artérias que formam o circulo arterial cerebral, alem de algumas variações anatômicas como a presencia de uma artéria intercarotidea direita e esquerda em 3 cães dos 17 animais, e ausência do ramo direito da artéria cerebral rostral em outros 3 animais, demonstrando assim que a angiotomografia helicoidal é um exame seguro e rápido que pode ser aplicado na rotina tomográfica de cães para correta visualização do suprimento sanguíneo encefálico. Avaliou-se também o efeito do MCI não iônico a uma dose de 900 mg Iodo/kg, no rim utilizando-se ultrassonografia (US) e correlacionou-se com os valores de ureia e creatinina antes e após sua administração. Não foram visibilizadas alterações do parênquima renal em nenhum dos animais. Os valores de creatinina após a injeção do contraste permaneceram dentro da normalidade, porém os valores da ureia apresentaram aumento significativo, Assim, estudos ultrassonográficos correlacionados com exames de laboratório devem ser realizados em maior número de cães para determinar segurança e acurácia dos MCI não iônicos / Abstract: Developed the technique of helical angitomography as a tool to get references from normal blood supply of the brain in healthy dogs. The present study was performed in 17 animals, 8 young adults breed pointer and 9 adult mixed breed; males and females with clinical, neurological and laboratory normal exams. There were simple images and nonionic iodinated contrast media (ICM) IV, injected into the left cephalic vein; were made multiplanar reconstructions (MPR). It was possible to demonstrate the major arteries that make up the arterial polygon of Willis, in addition some anatomical variations as the presence of an artery intercarotid right and left in 3 of 17 animals, and absence of the right branch of the rostral cerebral artery in other 3 animals, demonstrating that the helical angitomography is a safe and fast examination that can be applied in dogs routine tomographic for correct visualization of the cerebral blood supply. We also evaluated the effect of nonionic MCI at a dose of 900 mg Iodine/kg, in the kidney through ultrasound (U.S.) and correlated with the values of urea and creatinine before and after administration. No changes were seen in any of the renal parenchyma. Creatinine values after MCI remained within the normal range, however the values of urea showed on increase significant statistically, therefore ultrasound studies should be conducted to correlated with laboratory testing on a larger number of dogs to determine safety and accuracy of MCI / Mestre

Orientador: José Reinaldo Cerqueira Braz / Banca: Paulo do Nascimento Junior / Banca: Maria Angela Tardelli / Resumo: Introdução: Não está claro na literatura se os valores do índice bispectral (BIS) e da taxa de supressão do traçado de eletroencefalograma (TS), estão relacionados à disfunção cognitiva pós-operatória (DCPO). Objetivo: Avaliar os valores de BIS e TS e sua relação com a DCPO após cirurgia de revascularização do miocárdio (CRM) em pacientes submetidos a anestesia com sevoflurano (SEVO) guiada pelo BIS. Tipo de estudo: Observacional prospectivo. Local do estudo: Hospital de ensino. Pacientes: Noventa pacientes adultos programados para CRM com ou sem circulação extra-corpórea (CEC). Intervenções: A anestesia foi induzida com propofol, remifentanil e atracúrio e mantida com concentrações expiradas de SEVO (ETSEVO) em valores de concentração alveolar mínima (CAMSEVO) adaptada à idade, tendo como alvo valores de BIS de 40-60. O Mini-Exame do Estado Mental (MEEM) para avaliação cognitiva dos pacientes foi aplicado na admissão hospitalar e três meses após a cirurgia. Variáveis estudadas: Os valores de BIS, TS, ETSEVO e CAMSEVO foram registrados a cada 5 minutos durante o procedimento. Redução de um desvio padrão (DP) ou mais no MEEM basal foi definida como DCPO. Resultados: A proporção de DCPO foi de 40%. Os pacientes foram alocados em dois grupos: com (n = 36) ou sem DCPO (n = 54). Não houve diferença significativa na incidência de DCPO entre os pacientes que foram submetidos à CRM com ou sem CEC (p = 1,0). Quanto às características dos pacientes, somente os valores de índice de massa corporal (IMC) foram maiores no grupo sem DCPO (p = 0,009). Valores médios de BSR, ETSEV e MACSEV foram maiores no grupo sem DCPO (p < 0,05). Em uma análise multivariada, valores menores de TS (Razão de Chances-RC 0,008, Intervalo de Confiança-IC 95% [0,001-0,53], p = 0,02), CAMSEVO (RC 0,001, IC 95% [0,001-0,08], p = 0,008), ETSEVO (RC 0,03, IC 95% [0,002-0,66], p = 0,02) e ... / Abstract: BACKGROUND: It is still controversial whether bispectral index (BIS) and burst suppression ratio (BSR) values are related to postoperative cognitive dysfunction (POCD). OBJECTIVE: To evaluate BIS and BSR values and their relation to POCD after coronary artery bypass grafting (CABG) surgery in patients undergoing BIS-guided sevoflurane (SEVO) anaesthesia. DESIGN: Prospective, observational study. SETTING: Teaching hospital. PATIENTS: Ninety adult patients scheduled for on- or off-pump CABG surgery. INTERVENTIONS: Anaesthesia was induced with propofol, remifentanil and atracurium and maintained with end-tidal SEVO (ETSEVO) at age-adapted minimum alveolar concentration (MACSEVO) targeting BIS values of 40-60. Mini-Mental State Examination (MMSE) for cognitive assessment of the patients was applied on hospital admission and at 3 months after surgery. MAIN OUTCOME MEASUREMENTS: BIS, BSR, ETSEVO and MACSEVO values were recorded every 5 minutes during the procedure. A decrease of 1 standard deviation or more from the basal MMSE was defined as POCD. RESULTS: The POCD proportion was 40%. The patients were allocated into two groups: with POCD (n=36) or no POCD (n=54). There was no difference of POCD incidence between patients who were submitted to on- versus off-pump CABG (P=1.0). With regard to the patient's characteristics, only body mass index (BMI) was higher in the no-POCD group (P=0.009). Mean BSR, ETSEVO and MACSEVO values were higher in the no-POCD group (P<0.05). In a multivariable analysis, lower values of BSR (odds ratio-OR 0.008; 95%CI [0.001-0.53]; P=0.02), MACSEVO (OR 0.001; 95%CI [0.001-0.08]; P=0.008), ETSEVO (OR 0.03; 95%CI [0.002-0.66]; P=0.02) and BMI (OR 0.82; 95%CI [0.70-0.96]; P=0.01) were independent predictors of risk for POCD incidence. BIS values did not influence POCD incidence (OR 1.0; 95%CI [0.95-1.11]; P=0.40). CONCLUSION: BIS-guided SEVO anaesthesia titrated to a range between 40 and 60 is not a predictive factor ... / Mestre

Made available in DSpace on 2013-08-07T19:07:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000431134-Texto+Completo-0.pdf: 1532877 bytes, checksum: 02fd013fabd8748679f85116912f3908 (MD5) Previous issue date: 2011 / The theme of this thesis is the contemporary criminalization and penalization, and their multiple forms of being understood and delimitated. The study attempts to evidence productions of contemporary knowledges about crime and penalty that have been regarded as scientific, in order to question subjectivation processes related to criminality and their contemporary penal effects. From the theoretical analysis of four discourses of penal maintenance which consider the penalty as being related to (i) the criminal relationship with the transgressed law, (ii) the criminal relationship with the threatened society, (iii) the criminal relationship with the correctable individual, and (iv) the criminal relationship with the suffering victim, we have attempted to evidence, in the current scientific knowledges about crime and penalty, their recreations and their possible effects in terms of both production of subjectivity and penalization in contemporary society. In order to do so, we have problematized documents and materials that naturalize the conceptions of crime and conceptualize psychopathy, relating it to the dangerous, fearful and unrecoverable criminals, aiming at questioning the modern ways of penal intervention directed to those subjects. According to the analyses and discussions performed, we have noticed that the updating produced by the discourses of penalty maintenance through current scientific knowledges not only triggers the production of subjectivities that are increasingly manichaean and punishment-oriented, but also processes of penalization that are proportionally more severe, rigid and violent. Thus recreating ways of penal control that are more and more mortal and degrading of human condition, affecting several constitutional and individual rights in the name of the revenge discourse of social defense of the reviled victim. / A presente tese tem como temática a criminalização e penalização contemporâneas e suas múltiplas formas de entendimento e delimitações. Busca-se visibilizar produções de saberes contemporâneos tomados como científicos acerca do criminoso e da pena, para pôr em questão processos de subjetivação com relação à criminalidade e seus possíveis efeitos penais na contemporaneidade. A partir da análise teórica de quatro discursos de sustentação penal, que consideram a pena como voltada à recordação e reforço da lei transgredida, à defesa e proteção de uma sociedade ameaçada pelo ato criminal, à busca de um processo de educação e correção de um indivíduo corrigível e à atenção ao sofrimento da vítima, procuramos visibilizar, nos atuais conhecimentos científicos acerca do crime, do criminoso e da pena, suas reedições e seus possíveis efeitos em termos de produção de subjetividade e penalização na sociedade contemporânea. Para isso, problematizam-se documentos e materiais que naturalizam as concepções de criminoso e produzem o conceito de psicopatia, definindo o indivíduo criminoso como altamente perigoso, temível e irrecuperável, a fim de colocarmos em questionamento as formas modernas de intervenções penais para este sujeito. De acordo com as análises e discussões realizadas, percebe-se que a atualização produzida pelos discursos de sustentação da pena através dos conhecimentos científicos desencadeia a produção de subjetividades cada vez mais punitivistas e maniqueístas, bem como processos de penalização proporcionalmente mais duros, rígidos e violentos. Sendo assim, com as pesquisas neurobiológicas do criminoso e a produção do conceito de psicopatia, aponta-se para a re-apresentação de formas de controle penal cada vez mais mortíferas e degradantes da condição humana que ferem diversos direitos constitucionais e individuais em nome de um discurso vingativo da defesa social e da vítima ultrajada.

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.

O presente trabalho tem por objetivo analisar os modos como a biologia vem sendo acionada, na divulgação científica, para explicar e legitimar diferenças entre homens e mulheres. Para tanto, foram analisados 82 artigos publicados entre 2004 e 2010 na revista Mente&Cérebro, os quais possuem como tema central as diferenças de gênero, abordando-as desde um ponto de vista biológico. A dissertação está assentada na perspectiva teórica do construcionismo, que, neste caso, reconhece e enfatiza o caráter sociocultural do gênero e do conhecimento científico. A maior parte dos artigos analisados reitera o caráter determinante da “natureza” na geração dos aspectos que caracterizam mulheres e homens. Diferenças de gênero são explicadas a partir de argumentos baseados nos hormônios sexuais, na teoria da evolução humana e, sobretudo, no cérebro. Entretanto, em alguns artigos é possível encontrar críticas a certos usos da biologia para explicar essas diferenças, apontando fragilidades presentes em algumas dessas explicações, além de reconhecer a importância que fatores socioculturais desempenham na formação de um indivíduo enquanto sujeito homem ou mulher. Há cinco temas que os artigos abordam com frequência: habilidades cognitivas e intelectuais; saúde; sexualidade; emoções e sentimentos; e preferência de meninas e meninos por brinquedos distintos. Alguns artigos assumem um tom mais normativo, próximo ao que se poderia classificar como autoajuda: com base no conhecimento (neuro)científico e no poder de verdade a ele atrelado, os/as leitores/as da revista recebem inúmeras orientações, relacionadas à administração de problemas cotidianos, a cuidados que devem ser tomados com a saúde, dentre outras. Portanto, a própria noção de divulgação científica é colocada sob suspeita neste trabalho, pois a revista Mente&Cérebro realiza algo mais do que simplesmente “divulgar” conhecimentos. Inspirada na teoria da análise de discurso em ciências sociais, a dissertação aborda, com base em outros/as autores/as, as condições de emergência e permanência de discursos científicos sobre diferenças de gênero, resgatando seu caráter histórico e social. Também são feitas considerações acerca da importância do cérebro na sociedade contemporânea e da divulgação de conhecimentos neurocientíficos entre um público amplo, a qual vem contribuindo para consolidar uma forma específica de compreensão do ser humano. Em suma, o trabalho assume como pressuposto que a revista Mente&Cérebro possui um caráter educativo e desenvolve pedagogias de gênero, ensinando certas formas de ser homem ou mulher, com base no poder de verdade da ciência e na eficácia simbólica do cérebro. / This work aims to analyze the ways in which biology is being called upon, in scientific promotions, to explain and legitimize differences between men and women. To this end, 82 articles published between 2004 and 2010 in Mente&Cérebro magazine were analyzed, all centering on gender differences approached from a biological point of view. The dissertation is written from the theoretical perspective of constructionism, which in this case recognizes and emphasizes the socio-cultural nature of gender and scientific knowledge. The majority of articles analyzed reiterate the determining character of "Nature" in generating the aspects that characterize women and men. Gender differences are explained using arguments based on sexual hormones, the theory of human evolution and above all, the brain. Nevertheless, in several articles one does encounter criticisms of certain uses of biology to explain these differences, pointing out fragilities present in some of these explanations, in addition to recognizing the importance socio-cultural factors play in the formation of individuals as male or female subjects. There are five themes the articles approach most frequently: cognitive and intellectual abilities; health; sexuality; emotions and feelings; and girls and boys' preferences for different toys. Several articles take on a more normative tone, nearer to what might be classified as self-help: based on (neuro)scientific knowledge and the power of truth pegged to it, readers of the magazine are given innumerous guidelines related to dealing with everyday challenges and care that should be taken with health, among others. Therefore, the very notion of scientific promotion is suspect in this work, since Mente&Cérebro magazine does more than simply "promote" knowledge. Inspired by the theory of discourse analysis in the social sciences, this dissertation covers, based on other authors, conditions for the emergence and permanence of scientific discourse on gender differences, bringing up their historical and social nature. Other considerations are made regarding the importance of the brain in contemporary society and of the promotion of neuroscientific knowledge to a broad audience, which has been contributing to the consolidation of a specific form of comprehension of human beings. In short, the work assumes the presupposition that Mente&Cérebro magazine possesses an educational nature and engages in a pedagogy of gender, teaching certain ways of being male and female, based on science's power of truth and in the symbolic efficiency of the brain.

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.

O conteúdo de zinco (Zn) reativo cerebral é importante para o equilíbrio da sinaptofisiologia neural. A prova disto é que um aumento nos seus níveis, após evento hipóxico-isquêmico, resulta em neurotoxicidade, o que tem estimulado o tratamento desta disfunção cerebral com quelantes de Zn, tal como o dietilditiocarabamato (DEDTC). No caso do DEDTC, o uso deste composto sobre esta disfunção deve ser analisado com cuidado, pois ele também apresenta muitos efeitos colaterais sobre o sistema nervoso central. Desta forma, para atender este propósito, é necessário antes obter uma concentração de DEDTC com menores efeitos colaterais. Por esta razão, no presente trabalho, nós decidimos usar um modelo vertebrado mais simples, tal como o peixe-zebra, o qual permitiria a triagem, em larga escala, dos efeitos de DEDTC sobre o Zn reativo. Entretanto, jamais foi mostrada a presença de Zn reativo no cérebro de peixe-zebra. Com isto, através de marcações histológicas, nós conseguimos mostrar pela primeira vez a distribuição citoarquitectônica de Zn reativo em neurônios glutamatérgicos, bem como o número desses neurônios contendo Zn no cérebro de peixe-zebra. Isto nos permitiu avaliar o efeito de diferentes concentrações de DEDTC sobre o conteúdo de Zn cerebral do peixe-zebra, o qual foi intensamente quelado por elevadas quantidades do composto, induzindo comportamentos tipo-crise. Neste mesmo estudo nós obtemos também uma concentração de DEDTC com poucos efeitos colaterais que poderia exercer neuroproteção sobre o aumento de Zn reativo induzido pela hipóxia-isquemia. Assim, após a padronização de um modelo de hipóxia em peixe-zebra, que demonstra danos relacionados à isquemia, nós testamos se essa concentração de DEDTC poderia ser neuroprotetora sobre este modelo. Contudo, DEDTC apresentou efeitos pró-oxidantes, embora ele tenha atenuado o elevado conteúdo de Zn reativo induzido pela hipóxia. Portanto, mesmo que o DEDTC tenha falhado, este modelo, agora, está apto para a triagem de outros fármacos com potencial ação sobre o alterado conteúdo de Zn reativo que ocorre em eventos hipóxicos-isquêmicos. / The content of brain reactive zinc (Zn) is important for the synaptophysiology in the central nervous system (CNS). This is evidenced in hypoxic-ischemic events, when an increase in their levels results in neurotoxicity. Consequently, this has stimulated the treatment of cerebral ischemia with Zn chelators, such as diethyldithiocarbamate (DEDTC). In the case of DEDTC, the use of this compound in this dysfunction should be examined carefully, because it also has many side effects on the (CNS). Thus, to meet this, it is necessary first to obtain a concentration of DEDTC with negligible side effects. Here, we decided to use a simpler vertebrate model, such as zebrafish, which would allow large-scale screening of DEDTC effects on reactive Zn. However, the presence of reactive Zn has never been shown in zebrafish brain. Then, using histological markers, we were able to show for the first time the cytoarchitectonic distribution of reactive Zn in glutamatergic neurons as well as the number of these neurons containing Zn in the zebrafish brain. This allowed us to evaluate the effect of different DEDTC concentrations on the brain content of Zn in zebrafish. As a result, high levels of the compound did strongly chelate the metal, inducing seizure-like behaviors. In this study we also obtained a DEDTC concentration with few side effects that could exert neuroprotection on the increased reactive Zn induced by hypoxia-ischemia. Then, after the standardization of an ischemic-sensitive model of hypoxia in zebrafish, we tested if this DEDTC concentration could be neuroprotective on this model. Nevertheless, DEDTC showed pro-oxidant effects, though it had mitigated the elevated content of reactive Zn induced hypoxia. Therefore, despite the DEDTC have failed as neuroprotective drug, this model enables the screening of other chemical agents with potential action on the increased content of reactive Zn that occurs in hypoxic-ischemic events.