A teoria da acustoelasticidade relaciona a variação de velocidade de propagação de ondas mecânicas à variação de tensão em um meio sólido. Em materiais frágeis como concreto, a danificação altera a velocidade de propagação paralelamente ao efeito acustoelástico. O objetivo deste trabalho é identificar e quantificar como a danificação e o efeito acustoelástico agem sobre a Velocidade de Pulso Ultrassônico (VPU) em corpos de prova de concreto submetidos a compressão uniaxial. Para tanto, foram realizadas três fases de ensaio. A primeira fase objetivou gerar dados para a análise da aplicação da interferometria de cauda de onda (Coda Wave Interferometry – CWI). Duas variações deste método foram estudadas e comparadas, com o propósito de determinar-se qual gera melhores resultados e quais parâmetros devem ser adotados para as análises. Para tal, um código computacional foi desenvolvido utilizando a linguagem Python 3.6.0. Foi constatado que a técnica do alongamento apresenta resultados melhores que a técnica tradicional da interferometria de cauda de onda. A segunda etapa foi dedicada ao estudo da variação de velocidade de propagação devido à recuperação de dano do corpo de prova. A terceira fase abordou a influência da geometria da amostra e da composição do concreto sobre a resposta do material à acustoelasticidade. Além disso, definiu-se um Índice de Dano (D) baseado na redução do módulo de elasticidade devido ao carregamento, a fim de isolar a variação de velocidade causada pelo efeito acustoelástico. Quanto ao estudo da recuperação de dano ao longo do tempo, a variação relativa de velocidade nas primeiras 24 horas após a retirada do carregamento se mostrou muito pequena em relação às variações geradas pelas condições de temperatura e umidade. Concluiu-se também que as amostras cilíndricas apresentaram respostas mais uniformes ao efeito acustoelástico que as amostras prismáticas. Por fim, o Índice de Dano se mostrou eficaz para isolar os efeitos da danificação e da acustoelasticidade sobre a VPU. / The acoustoelasticity theory relates the variation in propagation velocity of mechanical waves to the stress variation in a solid medium. In brittle materials such as concrete, damage affects the propagation velocity parallel to the acoustoelastic effect. This research aims to identify and quantify how damage and acoustoelastic effect act on Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) in concrete samples subjected to uniaxial compression. In order to do so, three phases of testing were performed. The first one focused on generating data to analyze the application of the Coda Wave Interferometry (CWI). Two variations of this method were studied and compared, to the purpose of determining which variation shows better results and which parameters should be adopted in the analysis. To enable the analysis, a computational code using Python 3.6.0 language was developed. It was verified that the stretching technique shows better results than the traditional coda wave interferometry technique. The second phase was dedicated to study the variation in propagation velocity due to damage recovery in the sample. The third phase addressed the influence of the sample geometry and the concrete composition over the response from the material to the acoustoelasticity. Furthermore, a Damage Index (D) was defined based on the elastic modulus reduction due to loading, in order to isolate the variation of velocity due solely to the acoustoelastic effect. Regarding the study of damage recovery over time, the relative velocity variation in the first 24 hours following the withdrawal of the loading showed to be too little when compared to the variations caused by temperature and humidity conditions. It was also concluded that the cylindrical samples showed more uniform responses to the acoustoelastic effect than the prismatic samples. Finally, the Damage Index proved itself to be a reliable tool to isolate the effects of damage and acoustoelasticity over the UPV.

A remodelação óssea pode ser estimulada por forças mecânicas presentes nas atividades físicas normais. Mas, a diminuição dos estímulos mecânicos, observada em vôos espaciais (exposição dos astronautas ao ambiente de microgravidade), nas imobilizações ortopédicas e na permanência prolongada de pacientes no leito, pode causar danos significativos na estrutura óssea. Neste caso, aumenta o risco de fraturas, não durante o período de sub-carregamento, mas no retorno às atividades físicas normais. A contra medida mais estudada para evitar danos ou promover a recuperação da estrutura óssea, é o exercício físico. Portanto, um dos objetivos desta pesquisa surgiu do interesse em analisar mecanicamente e microscopicamente fêmures de ratos submetidos à hipocinesia e posterior treinamento em esteira. Outro objetivo surgiu da necessidade de desenvolver metodologias mais precisas de análises mecânicas em ossos longos de ratos. Foram utilizadas 66 ratas da raça Wistar. Os animais foram criados até a idade de 90 dias, para o início dos procedimentos experimentais. Eles foram divididos em cinco grupos, sendo dois controles e três experimentais. Os animais do grupo Cont I foram criados até completarem 118 dias de idade e serviu de controle para o grupo S (suspenso), que consistiu em suspender os animais pela cauda por 28 dias. Já no grupo Cont II os animais foram criados até 139 dias e foi o controle para os grupos S-L (suspenso e liberado) e S-T (suspenso e treinado). No grupo S-L os animais foram liberados por 21 dias, após o período de suspensão pela cauda. No grupo S-T os animais passaram por um protocolo de treinamento em esteira por 21 dias após a suspensão pela cauda. Foram analisadas algumas propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur esquerdo e da diáfise do fêmur direito. Outra análise realizada foi a microscópica, por meio de fluorescência óssea da região do terço proximal do fêmur direito e da região da diáfise do fêmur esquerdo. A suspensão pela cauda provocou diminuição das propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur dos animais, apesar de não apresentar diferença visível na análise microscópica. A liberação após a suspensão causou alterações no núcleo de ossificação, na esfericidade da cabeça e na placa de crescimento do terço proximal do fêmur, sem alterar o comportamento mecânico desta região. E o treinamento conservou o núcleo de ossificação e a esfericidade da cabeça após a suspensão, e também, não alterou o comportamento mecânico. A ossificação periosteal na diáfise do fêmur dos animais suspensos diminuiu, no grupo S-L foi mais acentuada no endósteo e, no grupo S-T o treinamento promoveu a recuperação do balanço osteogênico. A liberação promoveu a recuperação parcial do comportamento mecânico do osso cortical da diáfise do fêmur do rato e, o treinamento recuperou as propriedades e estimulou a formação de osso novo. / Bone remodeling can be stimulated by the mechanical solicitation from normal physical activities. Consequently, decreasing of mechanical stimuli as occurring during spatial flights, prolonged bed rest and orthopedic immobilization may cause significant weakening of the bone structure. In such cases there is an increased risk of fractures when the normal physical activities are resumed. Physical exercises are a way to try to strengthen the bone structure. Therefore, in the present research we investigated the mechanical behavior and microscopy analysis of long bones from rats that were previously maintained in tail suspension and later, submitted to physical exercise in a treadmill. An additional aim came up from the necessity to develop more precise technologies that mechanical testing in long bones of rats. Sixty-six Wistar rats were used. Firstly, the animals were raised until the age of ninety days and the divided into five groups (two controls and three experimental). The animals allocated to control I were killed at 118 days of age. In the groups S, the animals were tail suspended during 28 days. In the control group II the animals were killed at 139 days of age. In group S-R (suspended and released) the rats were keep free for 21 days after the tail suspension. In group S-T (suspended and trained) after the tail suspension period the rats were trained in treadmill during 21 days. The mechanical properties of the whole proximal third of the femur were analyzed in flexion-compression on one side and from the opposite side femur bone samples were harnested for three-point bending tests. Furthermore, the osteogeneses in different groups were studied at the mid-diaphysis of the femur and at the proximal femoral epiphysis with oxitetracycline. The suspension caused a decrease of the mechanical properties of the proximal femur. Resuming free activities in cage after the suspension period caused flattening of the femoral head and earlier closure of the growth plate, but no difference of the mechanical behavior was detected. Conversely, the treadmill training caused no alteration in the femoral head shape, but the mechanical properties did not change. The fluorescence studies showed that there was a decrease of the osteogenic activity at the subperiosteal level in suspended animals, but for suspended-released rats the diminished activity occurred at the endosteal level. The treadmill training caused recovering of the osteogenic balance. The post-suspension released in cage promoted partial recovery of the mechanical properties of the diaphyseal bone and the treadmill training besides recovering the normal mechanical properties did stimulate the new-bone formation.

A manutenção do metabolismo mineral normal dos ossos é um resultado de vários fatores inclusive as solicitações mecânicas que são aplicadas aos ossos pelas contrações musculares e força da gravidade. O propósito desta investigação foi estudar um modelo de suspensão de rato pela cauda que simulasse assim as alterações esqueléticas que podem acontecer em um ambiente de microgravidade. O modelo foi analisado em termos de tolerância do animal e os efeitos sobre a resistência mecânica do complexo tíbia-fíbula. Após a realização do ensaio de flexão em três pontos foram obtidos os principais parâmetros mecânicos (carga e deflexão no limite máximo, carga e deflexão no limite elástico, rigidez e resiliência). Foram utilizadas cinqüenta e três ratas fêmeas, distribuídas em quatro grupos conforme o período de suspensão (controle, 7, 14 e 21 dias). O modelo de suspensão mostrou-se eficaz com boa adaptação dos animais e promoveu um enfraquecimento significativo nos ossos principalmente no período de 21 dias / The maintenance of the normal metabolism of minerals in bone is a result of several factors including the mechanical demands that are applied to the bones by the muscle contractions and gravity force. The purpose of this investigation was to study a model of tail suspension of the rat thus simulating the skeletal alterations that may occur in a microgravity environment. The model was analyzed in terms of animal tolerance and the ensuing effects on the mechanical resistance of the tibiofibular complex. After a three-point bending test in flexion the main mechanical parameters were obtained, (load and deflection at the ultimate limit, load and deflection at the yielding point, stiffness and resilience). Fifty-three adult female rats were used and distributed in four groups according to the length of time in suspension (control, 7, 14 and 21 days). The model of suspension was efficient with well adaptation of the animals and caused a significative weakness of bones mainly in the 21 day period

[pt] A representação e interpretação claras da estrutura de dependência presente em vetores aleatórios, em particular em vetores bivariados, podem ser feitas com o uso do conceito de cópulas. Na análise bivariada, os coeficientes de dependência homogênea e heterogênea de cauda têm por objetivo estudar uma medida de dependência quando as variáveis assumem valores extre- mos. Obtemos as expressões dos coeficientes de dependência heterogênea de cauda a partir da função de distribuição acumulada condicional e apresen- tamos a demonstração de que os coeficientes de dependência homogênea de cauda de uma distribuição normal assimétrica são iguais a zero. Com o uso do conceito de cópulas e de dependência de cauda total, estudamos a estru- tura de dependência entre as seguintes variáveis: (i) log-retornos das taxas, interpoladas, para a estrutura a termo pré-fixada de 1 ano e de 2 anos; (ii) log-retorno das taxas para a estrutura a termo pré-fixada de 1 (um) ano e log-retorno do índice do Ibovespa; e (iii) log-retorno das taxas para a estru- tura a termo pré-fixada de 1 (um) ano e log-retorno da expectativa da taxa PTAX, 6 meses a frente. / [en] Using the concepts of copula we can represent and interpret the dependence structure presented in random vectors with clarity, particularly in bivariate vectors. In bivariate analysis, the role of both heterogeneous tail-dependence coefficient and homogenous tail- dependence coefficient are to study a measure of dependence when variables reach extreme values. We find expressions for the heterogeneous tail-dependence coefficients from the conditional cumulative distribution function and prove that the homoge- neous tail-dependence coefficients of a skewed normal distribution are equal to zero. Using the concepts of copula and the total tail dependence, we study the dependence structure between the following variables: (i) log- return of interpolated rates for the 1-year and 2-year fixed term structure; (ii) log-return of interpolated rate for the 1-year and log- return for the Bo- vespa index; e (iii) log-return of interpolated rate for the 1-year fixed term structure and log-return of expected PTAX, 6 months ahead.

A teoria da acustoelasticidade relaciona a variação de velocidade de propagação de ondas mecânicas à variação de tensão em um meio sólido. Em materiais frágeis como concreto, a danificação altera a velocidade de propagação paralelamente ao efeito acustoelástico. O objetivo deste trabalho é identificar e quantificar como a danificação e o efeito acustoelástico agem sobre a Velocidade de Pulso Ultrassônico (VPU) em corpos de prova de concreto submetidos a compressão uniaxial. Para tanto, foram realizadas três fases de ensaio. A primeira fase objetivou gerar dados para a análise da aplicação da interferometria de cauda de onda (Coda Wave Interferometry – CWI). Duas variações deste método foram estudadas e comparadas, com o propósito de determinar-se qual gera melhores resultados e quais parâmetros devem ser adotados para as análises. Para tal, um código computacional foi desenvolvido utilizando a linguagem Python 3.6.0. Foi constatado que a técnica do alongamento apresenta resultados melhores que a técnica tradicional da interferometria de cauda de onda. A segunda etapa foi dedicada ao estudo da variação de velocidade de propagação devido à recuperação de dano do corpo de prova. A terceira fase abordou a influência da geometria da amostra e da composição do concreto sobre a resposta do material à acustoelasticidade. Além disso, definiu-se um Índice de Dano (D) baseado na redução do módulo de elasticidade devido ao carregamento, a fim de isolar a variação de velocidade causada pelo efeito acustoelástico. Quanto ao estudo da recuperação de dano ao longo do tempo, a variação relativa de velocidade nas primeiras 24 horas após a retirada do carregamento se mostrou muito pequena em relação às variações geradas pelas condições de temperatura e umidade. Concluiu-se também que as amostras cilíndricas apresentaram respostas mais uniformes ao efeito acustoelástico que as amostras prismáticas. Por fim, o Índice de Dano se mostrou eficaz para isolar os efeitos da danificação e da acustoelasticidade sobre a VPU. / The acoustoelasticity theory relates the variation in propagation velocity of mechanical waves to the stress variation in a solid medium. In brittle materials such as concrete, damage affects the propagation velocity parallel to the acoustoelastic effect. This research aims to identify and quantify how damage and acoustoelastic effect act on Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) in concrete samples subjected to uniaxial compression. In order to do so, three phases of testing were performed. The first one focused on generating data to analyze the application of the Coda Wave Interferometry (CWI). Two variations of this method were studied and compared, to the purpose of determining which variation shows better results and which parameters should be adopted in the analysis. To enable the analysis, a computational code using Python 3.6.0 language was developed. It was verified that the stretching technique shows better results than the traditional coda wave interferometry technique. The second phase was dedicated to study the variation in propagation velocity due to damage recovery in the sample. The third phase addressed the influence of the sample geometry and the concrete composition over the response from the material to the acoustoelasticity. Furthermore, a Damage Index (D) was defined based on the elastic modulus reduction due to loading, in order to isolate the variation of velocity due solely to the acoustoelastic effect. Regarding the study of damage recovery over time, the relative velocity variation in the first 24 hours following the withdrawal of the loading showed to be too little when compared to the variations caused by temperature and humidity conditions. It was also concluded that the cylindrical samples showed more uniform responses to the acoustoelastic effect than the prismatic samples. Finally, the Damage Index proved itself to be a reliable tool to isolate the effects of damage and acoustoelasticity over the UPV.

A remodelação óssea pode ser estimulada por forças mecânicas presentes nas atividades físicas normais. Mas, a diminuição dos estímulos mecânicos, observada em vôos espaciais (exposição dos astronautas ao ambiente de microgravidade), nas imobilizações ortopédicas e na permanência prolongada de pacientes no leito, pode causar danos significativos na estrutura óssea. Neste caso, aumenta o risco de fraturas, não durante o período de sub-carregamento, mas no retorno às atividades físicas normais. A contra medida mais estudada para evitar danos ou promover a recuperação da estrutura óssea, é o exercício físico. Portanto, um dos objetivos desta pesquisa surgiu do interesse em analisar mecanicamente e microscopicamente fêmures de ratos submetidos à hipocinesia e posterior treinamento em esteira. Outro objetivo surgiu da necessidade de desenvolver metodologias mais precisas de análises mecânicas em ossos longos de ratos. Foram utilizadas 66 ratas da raça Wistar. Os animais foram criados até a idade de 90 dias, para o início dos procedimentos experimentais. Eles foram divididos em cinco grupos, sendo dois controles e três experimentais. Os animais do grupo Cont I foram criados até completarem 118 dias de idade e serviu de controle para o grupo S (suspenso), que consistiu em suspender os animais pela cauda por 28 dias. Já no grupo Cont II os animais foram criados até 139 dias e foi o controle para os grupos S-L (suspenso e liberado) e S-T (suspenso e treinado). No grupo S-L os animais foram liberados por 21 dias, após o período de suspensão pela cauda. No grupo S-T os animais passaram por um protocolo de treinamento em esteira por 21 dias após a suspensão pela cauda. Foram analisadas algumas propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur esquerdo e da diáfise do fêmur direito. Outra análise realizada foi a microscópica, por meio de fluorescência óssea da região do terço proximal do fêmur direito e da região da diáfise do fêmur esquerdo. A suspensão pela cauda provocou diminuição das propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur dos animais, apesar de não apresentar diferença visível na análise microscópica. A liberação após a suspensão causou alterações no núcleo de ossificação, na esfericidade da cabeça e na placa de crescimento do terço proximal do fêmur, sem alterar o comportamento mecânico desta região. E o treinamento conservou o núcleo de ossificação e a esfericidade da cabeça após a suspensão, e também, não alterou o comportamento mecânico. A ossificação periosteal na diáfise do fêmur dos animais suspensos diminuiu, no grupo S-L foi mais acentuada no endósteo e, no grupo S-T o treinamento promoveu a recuperação do balanço osteogênico. A liberação promoveu a recuperação parcial do comportamento mecânico do osso cortical da diáfise do fêmur do rato e, o treinamento recuperou as propriedades e estimulou a formação de osso novo. / Bone remodeling can be stimulated by the mechanical solicitation from normal physical activities. Consequently, decreasing of mechanical stimuli as occurring during spatial flights, prolonged bed rest and orthopedic immobilization may cause significant weakening of the bone structure. In such cases there is an increased risk of fractures when the normal physical activities are resumed. Physical exercises are a way to try to strengthen the bone structure. Therefore, in the present research we investigated the mechanical behavior and microscopy analysis of long bones from rats that were previously maintained in tail suspension and later, submitted to physical exercise in a treadmill. An additional aim came up from the necessity to develop more precise technologies that mechanical testing in long bones of rats. Sixty-six Wistar rats were used. Firstly, the animals were raised until the age of ninety days and the divided into five groups (two controls and three experimental). The animals allocated to control I were killed at 118 days of age. In the groups S, the animals were tail suspended during 28 days. In the control group II the animals were killed at 139 days of age. In group S-R (suspended and released) the rats were keep free for 21 days after the tail suspension. In group S-T (suspended and trained) after the tail suspension period the rats were trained in treadmill during 21 days. The mechanical properties of the whole proximal third of the femur were analyzed in flexion-compression on one side and from the opposite side femur bone samples were harnested for three-point bending tests. Furthermore, the osteogeneses in different groups were studied at the mid-diaphysis of the femur and at the proximal femoral epiphysis with oxitetracycline. The suspension caused a decrease of the mechanical properties of the proximal femur. Resuming free activities in cage after the suspension period caused flattening of the femoral head and earlier closure of the growth plate, but no difference of the mechanical behavior was detected. Conversely, the treadmill training caused no alteration in the femoral head shape, but the mechanical properties did not change. The fluorescence studies showed that there was a decrease of the osteogenic activity at the subperiosteal level in suspended animals, but for suspended-released rats the diminished activity occurred at the endosteal level. The treadmill training caused recovering of the osteogenic balance. The post-suspension released in cage promoted partial recovery of the mechanical properties of the diaphyseal bone and the treadmill training besides recovering the normal mechanical properties did stimulate the new-bone formation.

Orientador: Mário Tyago Murakami / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T11:13:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_AndreyFabricioZiem_D.pdf: 59337766 bytes, checksum: b26927ac8e7083ceb39d09631e1b378f (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: As miosina de classe V, amplamente distribuídas em sistemas eucarióticos desde leveduras até vertebrados, são um dos mais caracterizados motores moleculares da superfamília das miosinas e desempenham um papel chave no transporte intracelular de vesículas, organelas e RNA mensageiro. As miosinas V consistem de duas cadeias pesadas idênticas que se dimerizam através da formação de uma estrutura coiled-coil e sua arquitetura tridimensional pode ser dividida em três distintos domínios: a porção N-terminal ou domínio motor que apresenta os sítios de interação com ATP e actina; a porção central ou pescoço formada por 6 domínios IQ, responsável pela regulação e interação com calmodulina; e a porção C-terminal que inclui a região coiled-coil e o domínio de ligação de cargas celulares também conhecido como domínio cauda globular (GTD). Uma das mais importantes questões pertinentes até hoje é como ocorre a sinalização e a interação entre as vesículas/organelas e o domínio globular C-terminal das miosinas V. Neste estudo, foram resolvidas as estruturas dos domínios cauda globular das miosinas Va, Vb e Vc humanas, revelando pequenas mudanças estruturais que levam a diferenciação funcional e, ainda, um novo mecanismo redox que controla a dimerização do GTD de forma independente do coiled-coil, que é exclusivo para a miosina Vc. As alterações estruturais induzidas pela fosforilação do GTD também foram exploradas, mostrando que o estado fosforilado possuí uma flexibilidade menor, podendo estar envolvido na regulação do estado inibido e/ou reconhecimento de cargas nucleares. Além disso, os sítios de ligação a carga e ao domínio motor foram estruturalmente anotados, indicando uma conservação de resíduos envolvidos na interação com adaptadores para o transporte de peroxissomos e proporcionando detalhes da inibição da atividade motora pelo GTD. Estes resultados contribuem para a compreensão dos determinantes estruturais para o transporte de carga, autoinibição e mecanismos de regulação dos motores de miosina V. Além dos resultados obtidos com a cauda globular, alguns problemas cristalográficos como o problema da fase, pseudosimetria e ordem-desordem cristalina foram abordados (descrito nos Apêndices 9.3 e 9.4). Patologias cristalinas como ordem-desordem parcial ou total podem estar relacionadas à valores elevados de Rfactor e Rfree, mesmo após a conclusão do refinamento, ou mesmo à dificuldade de resolução da estrutura. Problemas de ordem-desordem rotacional parcial e pseudosimetria foram observados em cristais de uma hidrolase glicosídica (TpAbn). Nesse caso, valores satisfatórios de Rfactor e Rfree foram obtidos somente após um minucioso processamento dos dados e redução da simetria. Além disso, os dados dos GTDs das miosinas de classe V foram utilizados como caso teste para o desenvolvimento de novas metodologias de faseamento ab initio em média e baixa resolução (2 ¿ 3 Å) em colaboração com o grupo de Prof. Dr. Isabel Usón (IBMB, Barcelona, Espanha). Utilizando o programa ARCIMBOLDO foi possível resolver a estrutura do GTD-MioVb a 2,1 Å utilizando apenas duas hélices de poli-Ala de 22 resíduos (7,5% do conteúdo da unidade assimétrica), mostrando o grande potencial desta metodologia para dados de média a baixa resolução / Abstract: The class V myosins (MyoVs) are widely distributed in eukaryotic organisms from yeast to vertebrates, being one of the most characterized molecular motors of the myosin superfamily. MyoVs play a central role in the intracellular transport of vesicles, organelles, messenger RNA and proteins. MyoVs consist of a coiled-coil-stabilized dimer of two identical heavy chains and their general structure can be divided into three distinct domains: the N-terminal portion or motor domain which binds both actin and ATP; the central portion or neck formed by 6 IQ domains, responsible for the regulation and interaction with calmodulin; and the C-terminal portion that includes the coiled-coil region and the cargo-binding domain also known as globular tail domain (GTD). One of the most important issues still obscure so far is how occurs the interaction between the cargoes and the globular C-terminal domain of myosin V. Here, we have solved the globular tail domain structures of the three human MyoV paralogs (Va, Vb and Vc), revealing subtle structural changes that drive functional differentiation and a novel redox mechanism controlling the GTD dimerization process, which is unique for the MyoVc subclass. The structural changes induced by the phosphorylation of GTD have also been explored, showing that the phosphorylated state is less flexible and may be involved in the regulation of the auto-inhibition mechanism and/or in the recognition of nuclear cargoes. Moreover, the cargo- and motor-binding sites were structurally assigned indicating the conservation of residues involved in the recognition of adaptors for peroxisome transport and providing high-resolution insights into motor domain inhibition by GTD. These results contribute to the understanding of the structural requirements for cargo transport, auto-inhibition and regulatory mechanisms in myosin V motors. In addition to the results obtained with the GTD structures, some crystallographic problems, such as the phase problem, pseudosymmetry and lattice order-disorder were discussed (described in Appendices 9.3 and 9.4). Crystal pathologies such as partial or total order-disorder may be related to high values of Rfactor and Rfree, even at late stages of crystallographic refinement, or even hindering the structure determination. Problems of partial rotational order-disorder and pseudosymmetry were found in TpAbn crystals where only after a careful data processing and symmetry reduction was possible to obtain satisfactory values of residuals (Rfactor and Rfree). Moreover, data from MyoV GTDs were used as a test case for the development of new methodologies for ab initio phasing at medium and low resolution (2 ¿ 3 Å) in collaboration with the group of Prof. Dr. Isabel Usón (IBMB, Barcelona, Spain). Using the program ARCIMBOLDO we have solved the GTD-MioVb structure at 2.1 Å using only two 22-residue-long poly-Ala helix fragments (7.5% of asymmetric unit content), showing the great potential of this methodology for data at medium to low resolution / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

A manutenção do metabolismo mineral normal dos ossos é um resultado de vários fatores inclusive as solicitações mecânicas que são aplicadas aos ossos pelas contrações musculares e força da gravidade. O propósito desta investigação foi estudar um modelo de suspensão de rato pela cauda que simulasse assim as alterações esqueléticas que podem acontecer em um ambiente de microgravidade. O modelo foi analisado em termos de tolerância do animal e os efeitos sobre a resistência mecânica do complexo tíbia-fíbula. Após a realização do ensaio de flexão em três pontos foram obtidos os principais parâmetros mecânicos (carga e deflexão no limite máximo, carga e deflexão no limite elástico, rigidez e resiliência). Foram utilizadas cinqüenta e três ratas fêmeas, distribuídas em quatro grupos conforme o período de suspensão (controle, 7, 14 e 21 dias). O modelo de suspensão mostrou-se eficaz com boa adaptação dos animais e promoveu um enfraquecimento significativo nos ossos principalmente no período de 21 dias / The maintenance of the normal metabolism of minerals in bone is a result of several factors including the mechanical demands that are applied to the bones by the muscle contractions and gravity force. The purpose of this investigation was to study a model of tail suspension of the rat thus simulating the skeletal alterations that may occur in a microgravity environment. The model was analyzed in terms of animal tolerance and the ensuing effects on the mechanical resistance of the tibiofibular complex. After a three-point bending test in flexion the main mechanical parameters were obtained, (load and deflection at the ultimate limit, load and deflection at the yielding point, stiffness and resilience). Fifty-three adult female rats were used and distributed in four groups according to the length of time in suspension (control, 7, 14 and 21 days). The model of suspension was efficient with well adaptation of the animals and caused a significative weakness of bones mainly in the 21 day period

Introdução: A suspensão do rato pela cauda é método usado para simular os efeitos da microgravidade e hipoatividade física sobre o sistema musculoesquelético e outros sistemas. O método convencional usa a tração cutânea para a fixação da cauda do animal ao sistema de suspensão, sendo idealmente aplicado durante até três semanas. Depois desse período surgem lesões cutâneas, situações estressantes e soltura dos animais. Estes fatos limitam observações por períodos mais longos. O objetivo deste trabalho foi propor e avaliar um sistema de suspensão do rato pela cauda que utiliza tração esquelética com fio de Kirschner atravessado na vértebra caudal, comparando sua eficiência como modelo de osteopenia com a tração cutânea convencional, durante três e seis semanas. Metodologia: 60 ratas foram distribuídas em seis grupos (n=10): GI - três semanas-suspensão pela cauda em tração esquelética; GII - três semanas-suspensão em tração cutânea; GIII - três semanas sem suspensão; GIV - seis semanas-suspensão em tração esquelética; GV - seis semanas-suspensão em tração cutânea; GVI - seis semanas sem suspensão. Avaliação foi clínica com preenchimento de lista diária de achados de estresse e exame post-mortem com determinação dos níveis de corticosterona plasmática e estado da mucosa gastroesofágica. Avaliação dos efeitos da suspensão sobre osso ocorreu por meio da determinação da densidade mineral óssea, ensaio mecânico e histomorfometria, realizados tanto no fêmur, quanto no úmero. Resultados: não houve diferença estatisticamente significante entre os grupos suspensos observados durante três semanas, para quaisquer dos parâmetros investigados. Entretanto, em seis semanas, sete animais (70%) em tração cutânea foram perdidos por lesões de pele e, na tração esquelética, apenas um (10%). Quanto ao ganho de peso corporal e os outros parâmetros clínicos não houve diferenças entre os grupos suspensos por seis semanas. A densidade mineral óssea, força máxima, rigidez e parâmetros histomorfométricos dos fêmures diminuíram até três semanas quando os animais suspensos foram comparados com os controles. Entretanto, depois estabilizaram, tanto para os animais suspensos pela tração cutânea, quanto esquelética, sem diferenças entre eles. No úmero não houve diferenças importantes entre os animais suspensos e os controles. Conclusão: O sistema de tração esquelética foi mais eficiente para manter os animais suspensos até seis semanas, quando o número de complicações foi menor que na tração cutânea. A eficiência de ambos os métodos de suspensão em termos de enfraquecimento ósseo foi semelhante em ambos grupo. / Background: Suspension of the rat by the tail is a method that is used to simulate the effects of microgravity and physical hypoactivity on the musculoskeletal system and also on other systems. The conventional suspension method uses the skin traction for fixing the animal to the suspension system and it is ideally applied for three weeks. After this period of time, skin lesions, stressful conditions and animal loosening may occur. These facts limit observations for longer periods of time. The aim of the present study was to propose and evaluate a rat tail suspension system using skeletal traction with a crossing Kirschner wire in the tail vertebra and to compare it with the conventional skin traction method, during three and six weeks. Methods: 60 rats allocated in six groups (n = 10): GI - three-week tail suspension in skeletal traction; GII - three week skin traction-suspension; GIII - three weeks without suspension; GIV - six-week suspension skeletal traction; GV - six weeks in cutaneous traction, GVI - six weeks without any suspension. Clinical evaluation was made filling up a daily list of findings of stress indicators and, at the end of the experimental period, by post-mortem examination, with determination of plasma corticosterone levels and status of the gastroesophageal mucosa. Evaluation of the effects of suspension on bone was carried out by the determination of bone mineral density, histomorphometry and mechanical tests that were conducted both in femurs and humerus. Results: no statistically significant difference was observed between groups for three weeks for the suspended animals, for any of the parameters investigated. In six weeks, seven suspended animals in skin traction were lost by skin lesions (70%) and, in skeletal traction, one (10%). As for the weight gain and other clinical parameters no differences was observed between the suspended groups. Comparison between suspended and control animals showed that bone mineral density, maximum strength, stiffness and histomorphometric parameters of the femur of suspended decreased in three weeks and then stabilized for both groups suspended by the skin traction and skeleton, with no differences between them. Humerus presented no significant differences between suspended animals and controls. Conclusion: The system of skeletal traction was more efficient to keep the animal suspended for six weeks, when the number of complications was lower than in the skin traction group. Both suspension methods had the same efficiency to weaken the bone.

O osso requer que alguns de seus elementos detectem estímulos mecânicos e os transformem em sinais celulares adequados para que o tecido ósseo possa manter a eutrofia e adaptar-se às solicitações mecânicas a que é submetido. Assim, a estrutura óssea pode torna-se mais resistente quando a demanda mecânica aumenta e, da mesma forma, menos resistente em condições de hipoatividade como imobilizações, sequelas motoras, repouso prolongado ou em ambientes de microgravidade como as experimentadas por astronautas. Dessa interação podem resultar ossos com massa diminuída, o que caracteriza situações de osteopenia ou osteoporose. Uma das indicações do exercício de natação é estimular e manter o trofismo do tecido ósseo. No entanto, a relação entre natação e qualidade óssea em pessoas com osteopenia, não foi suficientemente estudada de forma a embasar recomendações clínicas. Assim, o objetivo desta pesquisa foi investigar a eficácia da natação na recuperação da qualidade óssea avaliada em tíbias de ratas com osteopenia induzida por suspensão dos membros posteriores. Foram utilizadas 50 ratas da raça Wistar divididas em cinco grupos experimentais (n=10/grupo); dois controles e três experimentais. Houve um grupo suspenso pela cauda durante 21 dias consecutivos (S) e seu controle que permaneceu em gaiolas comuns pelo mesmo período (CI). No grupo suspenso e treinado os animais permaneceram em suspensão durante 21 dias, e depois foram submetidos a 20 sessões de natação (ST). No grupo suspenso não treinado os animais foram suspensos por 21 dias e soltos em gaiolas comuns por 30 dias (SNT). No grupo controle II as ratas foram observadas em gaiolas comuns por 51 dias, sem intervenção (CII). A avaliação da qualidade óssea foi feita pela densitometria (DXA) e ensaio mecânico realizados na tíbia direita e histomorfometria da região metafisária proximal da tíbia esquerda. Para análise estatística todos os valores foram considerados diferentes significativamente em p<0,05. Os ensaios mecânicos mostraram que, para o grupo S os valores de força máxima (-14,03%, p=0,0003), rigidez (-21,68%, p=0,0055), DMO (-17,62%, p=0,019) e percentual de osso trabecular (-57,2%, p=0,0001), diminuíram significativamente em comparação com o grupo CI. A comparação das propriedades mecânicas simultâneas entre os grupos avaliados após 51 dias (STxCIIxSNT) mostrou diferença estatística significante entre os grupos para força máxima de (p=0,0014), rigidez (p=0,0010), DMO (p= 0,0095) e percentual de osso trabecular (p<0,0001). O grupo ST apresentou aumento significativo na força máxima (+10,23%, p<0,05), rigidez (+21,91%, p<0,001), DMO (+9,46%, p<0,05) e percentual de osso trabecular (+48,82%, p<0,001) em comparação com o grupo SNT. Na comparação dos grupos SNT e CII também houve diminuição significativa (-14,4%, p<0,05) para força máxima, rigidez (-25,21%, p<0,005), DMO (-13,34%, p<0,05) e percentual de osso trabecular (-52,06%, p<0,001). Finalmente, a comparação entre os grupos ST e CII não apresentou diferença estatística significante (p>0,05) para os valores de força máxima, rigidez, DMO e percentual de osso trabecular. Em relação à análise histológica qualitativa o grupo S apresentou ossos com características histológicas condizentes com osteopenia, com trabéculas ósseas bem mais delgadas em quantidade muito menor tanto na epífise quanto na metáfise, quando comparado ao grupo CI. O grupo suspenso apresentou ainda, diminuição na espessura do tecido ósseo compacto e redução significativa na quantidade de tecido esponjoso em sua porção mais interna. A espessura do tecido ósseo compacto se mostrou similar nos diferentes grupos (ST, SNT e CII). Todavia, a espessura e a quantidade de trabéculas do osso esponjoso diferiram expressivamente nos diferentes grupos. O grupo ST apresentou uma aparente maior quantidade de trabéculas ósseas, bastante delgadas, ao passo que o grupo CII apresentou, comparativamente, uma menor quantidade de trabéculas bem mais espessas. Comparado a estes últimos, o grupo SNT apresentou uma menor quantidade de trabéculas com delgada espessura. Com a suspensão por três semanas os parâmetros mostraram que houve deterioração da qualidade óssea expressa pela diminuição da densidade mineral óssea, enfraquecimento mecânico do osso e perda de massa óssea trabecular. A quantidade de osso trabecular na região metafisária foi o parâmetro mais afetado pela hipoatividade, mas também o elemento que apresentou a resposta mais rápida para a atividade motora. A conclusão foi que a natação reverteu mais rapidamente a deterioração osteopênica causada pela hipoatividade, com recuperação completa da qualidade óssea. / The bone is able to detect mechanical stimuli and to transform them into cell response so that the bone tissue can maintain its health and to adapt to different mechanical demands (mechanotransduction). Thus, the bone structure become more resistant when the mechanical solicitations are increased and, conversely, less resistant when in hypoactivity conditions as occurring during immobilizations, in locomotor sequela, prolonged bed rest or in a microgravity environment as experienced by astronauts. In general, hypoactivity leads the bone to develop a decreased and deteriorated mass, thus characterizing conditions of osteopenia or osteoporosis. Thus, physical activity such as swimming is indicated as one of the factors that contribute to the bone health. However, the relation between swimming and bone quality in individuals with osteopenia has not been sufficiently studied to fully support clinical recommendations. So, the aim of this study was to investigate the effectiveness of swimming in recovering bone quality evaluated in osteopenic tibias of rats that spent three weeks in hindlimb suspension. Fifty Wistar rats were used and divided into five groups (n = 10/group); two control and three experimental groups. There was a group suspended by the tail for 21 consecutive days (S) and its control kept in regular cages for the same period (CI). In the suspended and trained group, animals were suspended for 21 consecutive days and then underwent a 20 swimming sessions (ST). In the suspended, not trained group, animals were suspended for 21 days and released in regular cages for 30 days (SNT). In the control group II rats were kept in regular cages for 51 days without intervention (CII). The bone quality was assessed by densitometry (BMD), bending mechanical testing and histomorphometry. Statistical significance was set at p<0.05. Mechanical tests showed that for the suspended group there was a decrease of the maximum force (-14.03%, p = 0.0003), stiffness (-21.68%, p = 0.0055), BMD (-17.62 %, p = 0.019) and the percentage of trabecular bone (-57.2%, p = 0.0001) in comparison with the control group. Comparison among the groups after 51 days (STxCIIxSNT) showed statistically significant differences between groups for maximum force (p = 0.0014), stiffness (p = 0.0010), BMD (p = 0. 0095) and the percentage of trabecular bone (p<0.0001). The suspended and trained group showed a significant increase in maximum force (+10.23%, p <0.05), stiffness (+21.91%, p<0.001), BMD (+9.46%, p<0.05) and the percentage of trabecular bone (+48.82%, p <0.001) compared to the suspended and not trained group. When the suspended but not trained group was compared to control CII, there was also a significant decrease (- 14.4%, p<0.05) for maximum force, stiffness (-25.21%, p<0.005), BMD (-13.34%, p<0.05) and the percentage of trabecular bone (-52.06%, p<0.001). Finally, the comparison between group suspended and trained ad its control and CII showed no statistically significant difference (p>0.05) for all the parameters. Considering the qualitative histological analysis, suspended group presented bones with histological characteristics consistent with osteopenia, with thinner trabecular bone and in much less quantity both in the epiphysis and in the metaphysis. The suspended and trained group had a higher quantity of trabecular bone, with thinner trabeculae, while the CII group showed a comparatively smaller amount of much thicker trabeculae. Compared to the latter, the suspended and not trained group had an apparent smaller amount of trabeculae with a thinner thickness. In conclusion, the three week suspension caused a marked deterioration of the tibia bone tissue that was completely reverted by swimming and partially reverted with spontaneous cage activities taking in consideration all the parameters analyzed.