Junctophilins (JP1 & JP2) are expressed in skeletal muscle and are the primary proteins involved in transverse (T)-tubule and sarcoplasmic reticulum (SR) membrane apposition. During the performance of eccentric contractions, the apposition of T-tubule and SR membranes may be disrupted, resulting in excitation-contraction (EC) coupling failure and thus reduced force-producing capacity. In this study, we made three primary observations: 1) Through the first three days after the performance of 50 eccentric contractions in vivo by the left hindlimb anterior crural muscles of female mice, both JP1 and JP2 were significantly reduced by ~50 and 35%, respectively, while no reductions were observed after the performance of non-fatiguing concentric contractions; 2) following the performance of a repeated bout 50 eccentric contractions in vivo, only JP1 was immediately reduced (~30%) but recovered by 3d post-injury in tandem with the recovery of strength and EC coupling; and 3) following the performance of 10 eccentric contractions at either 15 or 35˚C by isolated mouse EDL muscle, isometric force, EC coupling, and JP1 and JP2 were only reduced after the 35˚C eccentric contractions. Regression analysis of JP1 and JP2 content in TA and EDL muscles from each set of experiments indicated that JP damage is significantly associated with early (0 – 3d) strength deficits after performing eccentric contractions (R = 0.49; P < 0.001). As a whole, the results of this study indicate that JP damage plays in role in early force deficits due to EC coupling failure following the performance of eccentric contractions.

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Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

Skeletal muscle is prone to damage from a range of stimuli. The muscle repair process that ensues is complex, involving several phases and requiring the participation of many different cell types. Among the cells involved are various immune cells including neutrophils, macrophages, monocytes, and eosinophils. More recently, T cells were added to this list of immune cells known to participate in effective muscle repair from traumatic injuries in mice. We recently published data showing that T cells also accumulate in human muscle following contraction-induced damage. These data suggested that T cells might be involved an adaptation known as the repeated bout effect that renders muscle protected from future damage after an initial exposure. This document contains research on the role of the immune system, particularly T cells, in the "repeated bout effect."

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Submitted by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-08-08T14:26:09Z No. of bitstreams: 1 DahandaCunhaNascimentoDissertacao2015.pdf: 2333475 bytes, checksum: e3be1599bee31093a1f4cfdee83483dc (MD5) / Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-08-08T14:26:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DahandaCunhaNascimentoDissertacao2015.pdf: 2333475 bytes, checksum: e3be1599bee31093a1f4cfdee83483dc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-08T14:26:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DahandaCunhaNascimentoDissertacao2015.pdf: 2333475 bytes, checksum: e3be1599bee31093a1f4cfdee83483dc (MD5) Previous issue date: 2015-03-04 / Matrix metalloproteinases (MMPs) belong to a group of endopeptidases which regulate the composition of the extracellular matrix (ECM) and its imbalance contributes to the development of many pathological conditions. Among them, obesity. Aging is associated with several degenerative processes and physiological changes. Body fat increment in elderly women is also responsible for increased systemic concentrations of matrix metalloproteinases 2 and -9 and also by the upregulation of proinflammatory cytokines. In another hand, studies that analyzed the effects of physical exercise on MMPs concentrations. Aerobic training was effective in decreasing plasma concentrations of MMP-2 and MMP-9 in obese, type 2 diabetes mellitus, metabolic syndrome and elderly with cardiovascular disease, indicating transient cardioprotective effect. However, strength training also shows conflicting results. Considering its importance in aging, especially eccentric training method and its effects on functional capacity when compared to the traditional method, there is evidence that this type of resistance training method is able to decrease the activity of MMPs 48 hours after an acute exercise session of eccentric training in elderly obese women, indicating a transitory cardioprotective effect. However, there are still many challenges to a better understanding of its importance on muscle adaptation or indicative of a pro-inflammatory profile on obesity. Therefore, more studies should be conducted and measures such as muscle biopsy should also be included because they might explain the process of muscle adaptation to exercise. / As metaloproteinases da matriz extracelular (MMPs) pertencem a um grupo de enzimas endopeptidases que regulam a composição da matriz extracelular (MEC) e seu desequilíbrio contribui para o desenvolvimento de muitas condições patológicas, dentre elas, a obesidade. Como o envelhecimento está associado a vários processos degenerativos e mudanças fisiológicas, o aumento da gordura corporal em mulheres idosas é também responsável pelo aumento das concentrações sistêmicas das metaloproteinases da matriz extracelular tipo 2 e 9 (MMPs) e também pelo desequilíbrio nas concentrações de citocinas pró-inflamatórias. Apesar dessas modificações, estudos sobre o efeito do exercício físico, especificamente o treinamento aeróbio demonstraram sua efetividade na diminuição das concentrações plasmáticas das MMP-2 e MMP-9 em indivíduos obesos, diabetes mellitus tipo 2, síndrome metabólica e idosos com problemas cardíacos, indicando um efeito cardioprotetor. No entanto, o treinamento de força ainda demonstra resultados conflitantes. Considerando a sua importância no envelhecimento, principalmente o treinamento excêntrico, além de seus benefícios sobre a capacidade funcional já reportados na literatura quando comparado ao método tradicional, há indícios na literatura de que esse tipo de método é capaz de diminuir a atividade das MMPs 48 horas após uma sessão aguda em mulheres idosas obesas, indicando um efeito cardioprotetor transitório. No entanto, ainda existem muitos desafios para o melhor entendimento de sua importância na adaptação muscular ou indicativo de um estado inflamatório característico na obesidade. Por isso, mais estudos devem ser conduzidos e outras medidas como biópsia muscular também devem ser incluídas, pois as mesmas podem explicar o processo de adaptação ao exercício físico.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-20T12:50:13Z No. of bitstreams: 1 DissJPF.pdf: 6779665 bytes, checksum: 3ac5f7c32c06f0d6fc7fe8b5f43a53e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:40:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJPF.pdf: 6779665 bytes, checksum: 3ac5f7c32c06f0d6fc7fe8b5f43a53e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:40:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJPF.pdf: 6779665 bytes, checksum: 3ac5f7c32c06f0d6fc7fe8b5f43a53e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:40:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJPF.pdf: 6779665 bytes, checksum: 3ac5f7c32c06f0d6fc7fe8b5f43a53e9 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Contextualization: The Diabetes Mellitus (DM) is an epidemic disease in the world and stay associated with right index of morbidity and mortality and about 90% of cases of DM are type 2 (DM2). DM2 develop by inflammatory mechanisms carrying the insulin resistance and consecutively blond hyperglycemia. Believes that in chronic stages the diabetes causes musculoskeletal dysfunctions can be related to inflammatory and metabolic alterations of the DM2 or with diabetic polyneuropathy. Some studies identified the musculoskeletal alteration in diabetic subjects. However not is clearly if the polyneuropathy cause muscle alteration proportionality sensitive alterations. Also weren’t observed studies that analyzed the torque in subjects with DM2, considering others factors that could influence the muscle torque production and also not were observed studies analyzing the torque in diabetic subjects during different types of contractions (concentric, eccentric and isometric). Objectives: The aim of the present study were analyze the torque at concentric eccentric and isometric muscle contractions in diabetic subject with and without polyneuropathy comparing with a control groups. Methods: The peak torques of flexion and extension were acquired using an isokinetic dynamometer, in sitting position. During concentric and eccentric contractions, the joint speed was set at 60°/s. Five maximal voluntary contractions were acquired for concentric and eccentric and 2 for isometric, with a rest interval of 1.5 minutes. The sequence of the tests was randomized and verbal and visual feedback were standardized and delivered to all subjects by the same person. Three groups of adult males were selected for this study (1) Control group (healthy non-diabetic patients, n=33), (2) Diabetic group (patients with diabetes mellitus without polyneuropathy, n=31), (3) Neuropathic group (patients with diabetic polyneuropathy, n=28). The Neuropathic group was defined according to a fuzzy model of signs and symptoms. Differences between groups were calculated with one way ANOVA for parametric knee variables (α of 5%) and Mann Whitney and Willcoxon for non-parametric ankle variables (adjusted α of 1.6%). To describe effect sizes, Hedges’ g was calculated. Results: Irrespective of polyneuropathy, both diabetic groups presented lower peak torques of knee and ankle, both for isometric contraction and for concentric flexion and extension. Other factors beside the polyneuropathy and early in the diabetes onset, may be influencing in the muscle strength production. The eccentric contraction was not different between any groups. / Contextualização: A Diabetes Mellitus (DM) se tornou uma doença epidêmica em todo mundo, e também está associada a altos índices de morbidade e mortalidade. Cerca de 90% dos casos são de DM do tipo 2, que desenvolve por meio de mecanismos inflamatórios que levam à resistência à insulina e consecutivamente à hiperglicemia sanguínea. Acredita-se que em estágios avançados a DM2 cause disfunções musculoesqueléticas, que podem estar relacionadas às alterações inflamatórias e metabólicas dessa doença ou à polineuropatia diabética (PND). Alguns estudos já identificaram alterações musculoesqueléticas em diabéticos. No entanto, ainda não está claro, se a polineuropatia acomete o sistema musculoesquelético, na mesma proporção que o sistema sensorial é acometido. Também não se observa na literatura, estudos que tenham analisado o torque de DM2, considerando outros fatores que podem influenciar a produção de torque e estudos que tenham analisado o torque nos três tipos de contrações (concêntrica, excêntrica e isométrica). Objetivo: O objetivo do presente estudo foi analisar o torque nas contrações concêntrica, excêntrica e isométrica em indivíduos com DM2, com e sem polineuropatia, comparados a um grupo controle sem DM. Métodos: Foram analisados três grupos de homens adultos (total 92), similares na distribuição de sexo, idade e características antropométricas: Controles não diabéticos (n=33); DM2 (n=31); PND (n=28). A PND foi avaliada por meio de um modelo Fuzzy. O pico de torque nas contrações concêntrica, excêntrica e isométrica foi avaliado com um dinamômetro isocinético de cadeira durante a flexão e extensão do joelho e dorsiflexão e flexão plantar do tornozelo. As diferenças entre os grupos foram calculadas com ANOVA one way, para as variáveis paramétricas de joelho (α of 5%) e Mann Whitney e Willcoxon para dados não paramétricos das variáveis do tornozelo (α ajustado de 1.6%). O tamanho de efeito foi calculado usando Hedges’ g. Resultados: Independente da polineuropatia, ambos os grupos diabéticos apresentaram menor torque concêntrico e isométrico de joelho e tornozelo, comparados aos Controles, mas sem diferença entre si. Para o torque excêntrico não houve diferença entre os três grupos em todos os movimentos e articulações avaliadas. Conclusão: A diminuição do torque concêntrico e isométrico em DM2 ocorre mesmo antes da instalação da PND, em tornozelo e joelho, enquanto o torque excêntrico permanece preservado nesses movimentos em diabéticos, independentemente da PND. Observa-se acometimento proximal e distal, com tamanhos de efeito maiores para os movimentos do joelho.

Bibliographical record: KUDLÁČEK, Jiří. EMG study: Nordic hamstring exercises vs. isometric training. Prague: Charles Univerzity, 2nd Faculty of Medicine, Department of Rehabilitation and Sports Medicine, 2020, 79p. Supervisor MUDr. Kryštof Slabý. Abstract This thesis is an EMG study, which examines an electric activity of knee flexors and m. quadriceps femoris during 3 types of exercises: Nordic hamstring exercise, single leg sliding leg curl, and isometric contraction. The theoretical part summarizes anatomy, physiology, and kinesiology of the musculoskeletal system, as well as the principle of surface EMG. In the experimental part, the EMG study was conducted on 20 healthy individuals aged 20 to 30 years-old. Each patient underwent an applied kinesiology procedure and subsequently went through an 16 channel surface EMG technique. The aim of this work is to compare the maximal and average value of the EMG amplitude of particular muscles during each exercise. While providing Nordic hamstring exercise and single leg slide, the light was shed on a question of whether there is a statistically significant difference between activation of m. biceps femoris and m. semitendinosus in terms of EMG values. The following phase of the thesis scrutinized the timing of hamstring muscles during Nordic hamstring...