Os músculos extraoculares são responsáveis pela movimentação dos olhos em todos os vertebrados e estão agrupados em quatro músculos retos e dois oblíquos. Porém existem poucas descrições destes músculos para as raias. Neste estudo são descritos e comparados os músculos extraoculares de quatro espécies de raias Mylibatiformes que possuem habitat e hábitos alimentares distintos, sendo elas: Mobula thurstoni (n=10), Pteroplatytrygon violacea (n=10), Daysatis hypostigma (n=10) e Gymnura altavela (n=10). Dasyatis hypostigma, G. altavela e P. violacea possuem o músculo reto dorsal, m. reto ventral, m. reto lateral, m. reto medial, m. obliquo dorsal e o m. obliquo ventral. Em M. thurstoni não foram encontrados dois músculos oblíquos dorsal e ventral e sim apenas um músculo com uma cabeça e duas origens (bíceps). Diferenças significativas como à disposição do olho no condrocrânio, o afunilamento das fibras e local de inserção dos mm. oblíquos próximo ao ponto de inserção; a posição de cruzamento dos músculos reto medial e ventral com o pedículo óptico e a posição da inserção do músculo reto dorsal agruparam as espécies de acordo com seu habitat e modo de vida. Dasyatis hypostigma e G. altavela, raias bentônicas apresentaram o m. oblíquo dorsal mais desenvolvido do que os demais músculos. Em P. violacea, a inserção do músculo oblíquo dorsal ocorre no equador do bulbo e suas fibras não apresentam mudança na direção desde a origem à inserção. Em M. thurstoni, o m. reto lateral está suportado pela ação do músculo reto lateral β. Este músculo pode ser responsável por uma maior ação sinérgica com o músculo oblíquo bíceps. Este estudo mostrou que existem diferenças entre os músculos extraoculares, caindo, portanto a afirmativa de que os músculos extraoculares são \"extraordinariamente constantes\" em todos os vertebrados e abre-se um leque de opções de estudos comparativos para as raias que até então tiveram o estudo dos músculos extraoculares negligenciados. / The extraocular muscles, responsible for the eye movements in all vertebrates, are classically grouped as four rectus muscles: rectus dorsal muscle, rectus ventral muscle, rectus lateral muscle and rectus medial muscle; and two oblique: oblique dorsal muscle and oblique ventral muscle; however, the description of these groups and their possible association with several species habits is very limited. Hence the objective of this study is to demonstrate the differences and singularities of the extraocular muscles in rays of diverse habitats and habits. This study used four species of rays of the Myliobatiformes order: Mobula thurstoni, pelagic stingray and planktofoga. Pteroplatytrygon violacea, pelagic stingray, predator of fish and squid; Dasyatis hypostigma and Gymnura altavela, both benthonic, predators of small fish and invertebrates. Ten heads of each species were decalcified and dissected to characterize and describe the extraocular muscles. The final results followed, qualitatively and quantitatively, the pattern of extraocular muscles found in vertebrate animals, for P. violacea, D. hypostigma e G. altavela species. But this pattern could not be established for M. thurstoni species because of, instead of two oblique muscles, only one muscle with two origins (biceps) was observed. There were also significant differences of the eye disposition in the chondrocranium; fibers narrowing down and on the place of insertion of oblique muscles near to the insertion point; the crossing position of the rectus medial and ventral muscles with the optical pedicle and the insertion position of the rectus dorsal muscle. Furthermore, this study shows that, distinctively from what has been known so far, the extraocular muscles are not the same for all species and present important anatomical differences that allow grouping the studied species according to their feeding behavior. In face of the obtained results, it is safe to conclude that the extraocular muscles are not \"extraordinarily uniform\" in all vertebrates and provide a range of options to comparative studies to various species that, until now, have had their study of extraocular muscles neglected.

Os músculos extraoculares são responsáveis pela movimentação dos olhos em todos os vertebrados e estão agrupados em quatro músculos retos e dois oblíquos. Porém existem poucas descrições destes músculos para as raias. Neste estudo são descritos e comparados os músculos extraoculares de quatro espécies de raias Mylibatiformes que possuem habitat e hábitos alimentares distintos, sendo elas: Mobula thurstoni (n=10), Pteroplatytrygon violacea (n=10), Daysatis hypostigma (n=10) e Gymnura altavela (n=10). Dasyatis hypostigma, G. altavela e P. violacea possuem o músculo reto dorsal, m. reto ventral, m. reto lateral, m. reto medial, m. obliquo dorsal e o m. obliquo ventral. Em M. thurstoni não foram encontrados dois músculos oblíquos dorsal e ventral e sim apenas um músculo com uma cabeça e duas origens (bíceps). Diferenças significativas como à disposição do olho no condrocrânio, o afunilamento das fibras e local de inserção dos mm. oblíquos próximo ao ponto de inserção; a posição de cruzamento dos músculos reto medial e ventral com o pedículo óptico e a posição da inserção do músculo reto dorsal agruparam as espécies de acordo com seu habitat e modo de vida. Dasyatis hypostigma e G. altavela, raias bentônicas apresentaram o m. oblíquo dorsal mais desenvolvido do que os demais músculos. Em P. violacea, a inserção do músculo oblíquo dorsal ocorre no equador do bulbo e suas fibras não apresentam mudança na direção desde a origem à inserção. Em M. thurstoni, o m. reto lateral está suportado pela ação do músculo reto lateral β. Este músculo pode ser responsável por uma maior ação sinérgica com o músculo oblíquo bíceps. Este estudo mostrou que existem diferenças entre os músculos extraoculares, caindo, portanto a afirmativa de que os músculos extraoculares são \"extraordinariamente constantes\" em todos os vertebrados e abre-se um leque de opções de estudos comparativos para as raias que até então tiveram o estudo dos músculos extraoculares negligenciados. / The extraocular muscles, responsible for the eye movements in all vertebrates, are classically grouped as four rectus muscles: rectus dorsal muscle, rectus ventral muscle, rectus lateral muscle and rectus medial muscle; and two oblique: oblique dorsal muscle and oblique ventral muscle; however, the description of these groups and their possible association with several species habits is very limited. Hence the objective of this study is to demonstrate the differences and singularities of the extraocular muscles in rays of diverse habitats and habits. This study used four species of rays of the Myliobatiformes order: Mobula thurstoni, pelagic stingray and planktofoga. Pteroplatytrygon violacea, pelagic stingray, predator of fish and squid; Dasyatis hypostigma and Gymnura altavela, both benthonic, predators of small fish and invertebrates. Ten heads of each species were decalcified and dissected to characterize and describe the extraocular muscles. The final results followed, qualitatively and quantitatively, the pattern of extraocular muscles found in vertebrate animals, for P. violacea, D. hypostigma e G. altavela species. But this pattern could not be established for M. thurstoni species because of, instead of two oblique muscles, only one muscle with two origins (biceps) was observed. There were also significant differences of the eye disposition in the chondrocranium; fibers narrowing down and on the place of insertion of oblique muscles near to the insertion point; the crossing position of the rectus medial and ventral muscles with the optical pedicle and the insertion position of the rectus dorsal muscle. Furthermore, this study shows that, distinctively from what has been known so far, the extraocular muscles are not the same for all species and present important anatomical differences that allow grouping the studied species according to their feeding behavior. In face of the obtained results, it is safe to conclude that the extraocular muscles are not \"extraordinarily uniform\" in all vertebrates and provide a range of options to comparative studies to various species that, until now, have had their study of extraocular muscles neglected.

Orientador: Maria Julia Marques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T07:55:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matsumura_CintiaYuri_D.pdf: 2096053 bytes, checksum: 36802787c48fa671b02e82fdc5d9de40 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na Distrofia Muscular de Duchene (DMD) e em seu modelo experimental, camundongos mdx, a ausência ou disfunção da proteína distrofina leva a degeneração muscular. Acredita-se que a patogênese da DMD esteja relacionada à fragilidade do sarcolema, ao estresse mecânico e ao maior influxo de íons cálcio na fibra muscular resultante do funcionamento anormal de canais iônicos, como os canais de cálcio ativados por estiramento. O conhecimento das proteínas envolvidas na degeneração/regeneração muscular e na proteção a mionecrose da fibra muscular distrófica é essencial para a caracterização das distrofias musculares, bem como para o estabelecimento de métodos diagnósticos e de tratamentos preventivos ou terapêuticos. No presente trabalho estudamos os mecanismos de proteção a degeneração muscular, sendo dois os objetivos. No primeiro, identificamos proteínas envolvidas na proteção a mionecrose e nos processos de degeneração/regeneração muscular através do estudo proteômico dos músculos afetados ou não pela distrofia muscular em camundongos mdx e em animais controle. No segundo, verificamos a participação dos canais de cálcio ativados por estiramento na degeneração da fibra muscular através do seu bloqueio pela estreptomicina nos diferentes músculos distróficos de mdx. Adicionalmente, verificamos os potenciais efeitos secundários da estreptomicina na estabilidade do sarcolema e no tamponamento e sinalização de cálcio. Quanto ao estudo proteômico, nossos resultados sugerem que a diferença constitutiva dentre músculos afetados e não afetados pela degeneração são fundamentais para proteção a mionecrose, permitindo a manutenção da homeostase de cálcio e melhor resposta ao estresse mecânico e oxidativo. As proteínas galectina-1, anexina A1 e proteína 1 de interação com Reticulon-4 são possíveis biomarcadores para a distrofia muscular, uma vez que participam de diferentes processos celulares. Quanto a terapia farmacológica verificamos que os músculos distróficos mais afetados, como o diafragma, possuem maior quantidade de canais de cálcio ativados por estiramento e a estreptomicina atenuou a degeneração dos músculos distróficos. Diferente do efeito secundário de outros bloqueadores de canais de cálcio, a estreptomicina não alterou as proteínas do complexo distrofina-glicoproteína (beta-distroglicana e alfa-sintrofina), bem como as relacionadas ao cálcio (calsequestrina e calmodulina). Nossos resultados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de terapias farmacológicas relacionadas a proteínas envolvidas na degeneração muscular e na proteção a mionecrose, assim como para o desenvolvimento de métodos diagnóstico e de acompanhamento das distrofinopatias pelos marcadores moleculares / Abstract: In Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) and in the mdx mice model of DMD, the lack of dystrophin leads to muscle degeneration. The pathogenesis of DMD is related to sarcolemmal fragility, mechanical stress and increased influx of calcium in muscle fibers, due to dysfunction of ion channels, such as the stretch-activated calcium channels. The knowledge of the proteins related to muscle degeneration/regeneration and to the protection against myonecrosis is essential to better characterize the muscular dystrophy and to establish new diagnostic tools, in addition to new preventive or therapeutic treatments. In the present study, we addressed new mechanisms of muscle protection by focusing on two main objectives. First, to identify proteins related to the protection agaisnt myonecrosis and to muscle degeneration/regeneration by performing a comparative proteomic study of spared and affected muscles of mdx and control mice. Second, to verify the involvement of stretch-activated calcium channels in dystrophic muscle degeneration by performing a drug therapy with a stretch-activated calcium channels blocker, streptomycin, in muscles that are differently affected by the lack of dystrophin, in the exercised-mdx mice. Furthermore, we were interested to see whether the stretch-activated calcium channels blocker would have additional effects on sarcolemal stability and on calcium buffering and signaling, as previously reported for other calcium channels blockers. The proteomic study suggests that constitutive differences among spared and affected dystrophic muscles are essential for muscle protection agaisnt myonecrosis, allowing a better calcium homeostasis and response to oxidative and mechanical stress. Galectin-1, annexin A1 and the protein interacting with Reticulon-4 are potencial biomarkers for muscular dystrophy, due to their involvement in different cellular processes. The drug therapy study shows that stretch-activated calcium channels participates in dystrophic muscle degeneration, showing higher levels in the mostly affected muscle, the diaphragm. Streptomycin protects the dystrophic muscles against myonecrosis, but has no further effects on other mechanisms of dystrophic muscle protection, i.e., did not improve the dystrophin-glycoprotein complex (assayed by beta-dystroglycan and alpha-syntrofin levels), nor calcium binding protein (assayed by calsequestrin and calmodulin levels). Overall, the present study opens new perspectives for the development of drug therapies to dystrophinopathies by suggesting potential new molecular markers of dystrophy (proteomic study) and by suggesting new mechanistic views to explain the differences in the response of dystrophic muscles to the lack of dystrophin (drug therapy) / Doutorado / Anatomia / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Os músculos extraoculares (EOM), responsáveis pelas rotações oculares, apresentam-se aumentados em suas dimensões na orbitopatia de Graves, o que pode levar o paciente à cegueira (neuropatia óptica). Na prática clínica normalmente mede-se manualmente, em cada imagem coronal de tomografia computadorizada por raios-X (CT), o diâmetro desses músculos para avaliar se estes estão aumentados. A subjetividade e o tempo consumido na aquisição destas medidas são as principais deficiências desses métodos manuais. Dessa forma, apresentamos um método de segmentação dos EOM (MSEG) que supera as falhas, acima citadas. O MSEG proposto é baseado no detector de bordas Laplaciano da Gaussiana (LoG) associado à morfologia matemática. Para determinação do tamanho da máscara LoG levou-se em consideração os efeitos devido ao truncamento e a amostragem. A acurácia das medidas em modelos tridimensionais (3D) é afetada pelo efeito de volume parcial (PVE). Em CT, por exemplo, falsas estruturas de tecidos moles aparecem nas interfaces do osso-para-gordura e do osso-para-ar. Além disso, a pele, que tem número CT (ou escala de Hounsfield) idêntico ao tecido mole, obscurece a renderização deste. A fim de produzir imagens 3D do osso e dos tecidos moles, mais confiáveis para medidas e com melhora de qualidade, foram desenvolvidos dois métodos de classificação dos voxels com PVE (MCLA) baseados num novo modelo de mistura. A remoção da pele é realizada por meio da morfologia matemática. Renderizações volumétricas foram criadas, antes e depois de aplicar os MCLA. Experimentos qualitativo e quantitativo foram conduzidos utilizando fantons matemáticos que simularam diferentes níveis de PVE por adição de ruído e borramento e em dados clínicos de CT. O resultado em 218 pares de medidas de áreas dos EOM realizadas em imagens coronais de CT (3 normais e 2 Graves) revelou uma boa correlação (R=0,92) entre o MSEG e o traçado manual. A medida de taxa de ocupação dos EOM na órbita (TO) feita em 33 pacientes (5 normais e 28 Graves) apresentou o maior valor no grupo Graves com neuropatia óptica, TO=34,3%. Este valor é quase cinco vezes maior que o grupo normal, TO=7,3%. Todos os resultados demonstraram uma melhora de qualidade das imagens 3D depois da aplicação dos MCLA. A análise quantitativa indica que mais de 98% dos voxels com PVE foram removidos por ambos MCLA, e o segundo MCLA têm um desempenho um pouco melhor que o primeiro. Além disso, a remoção da pele torna vívidos os finos detalhes nas estruturas musculares. Medidas em modelos 3D devem ser tomadas com cuidado na radiologia em vista dos artefatos demonstrados neste trabalho, artefatos vindos, principalmente, do PVE. Em nossos experimentos, os erros nas medidas de volume dos EOM foram acima de 25% do valor estimado como "verdadeiro". Imagens volumétricas com PVE resolvidos são apresentadas, e assim medidas mais acuradas são asseguradas. / The extraocular muscles (EOM), which are responsible for the eyes movements, are presented enlarged in their dimensions in Graves’ orbitopathy. These deformations can lead patients to blindness. In clinical routine, physicians normally evaluate, in computer tomography (CT) images, the diameter of the EOM by manual tracing to check if they are enlarged. However, the accuracy of the EOM measurements is impaired by the subjectivity of these manual methods. Further, the time consuming is also one of the main drawbacks on these methods. This way we present an EOM segmentation method (MSEG) that overcomes the difficulties pointed above. The MSEG method is based on the Laplacian-of-Gaussian operator (LOG) combined with the mathematical morphology theory. We have taken into account the effect of discretization and numerical truncation during the LOG implementation. In CT, partial volume effects (PVE) cause several artifacts in volume rendering. In order to create 3D rendition more reliable to carry out anatomical measures and also to pursue superior quality of display of both soft-tissue and bone, we introduce two methods for detecting and classifying voxels with PVE (MCLA) based on a new approach. A method is described to automatically peel skin so that PVE-resolved renditions of bone and soft-tissue reveal considerably more details. We have conducted experiments to evaluate quantitatively and qualitatively all methods proposed here. The MSEG method is well correlated with manual tracing in our experiments (R=0,92). Surface renditions are created from EOM CT dataset segmented using the MSEG method. We have also conducted a quantitative evaluation in patients with Graves’ orbitopathy wherein the EOM volume ratio in the orbit (TO) was T=34,3%, which is about five times higher than in normal patient (TO=7,3%). Volume renditions have been created before and after applying the methods for several patient CT datasets. A mathematical phantom experiment involving different levels of PVE has been conducted by adding different degrees of noise and blurring. A quantitative evaluation was performed using the mathematical phantom and clinical CT data wherein an operator carefully masked out voxels with PVE in the segmented images. All results have demonstrated the enhanced quality of display of bone and soft tissue after applying the proposed methods. The quantitative evaluations indicate that more than 98% of the voxels with PVE are removed by the two methods and the second method performs slightly better than the first. Further, skin peeling vividly reveals fine details in the soft tissue structures. 3D renditions should be used with care in radiology in view of artifacts demonstrated in this work coming from PVE. Finally, we have estimated volume errors in the EOM models higher than 25% if PVE is not properly handled.

Os músculos extraoculares (EOM), responsáveis pelas rotações oculares, apresentam-se aumentados em suas dimensões na orbitopatia de Graves, o que pode levar o paciente à cegueira (neuropatia óptica). Na prática clínica normalmente mede-se manualmente, em cada imagem coronal de tomografia computadorizada por raios-X (CT), o diâmetro desses músculos para avaliar se estes estão aumentados. A subjetividade e o tempo consumido na aquisição destas medidas são as principais deficiências desses métodos manuais. Dessa forma, apresentamos um método de segmentação dos EOM (MSEG) que supera as falhas, acima citadas. O MSEG proposto é baseado no detector de bordas Laplaciano da Gaussiana (LoG) associado à morfologia matemática. Para determinação do tamanho da máscara LoG levou-se em consideração os efeitos devido ao truncamento e a amostragem. A acurácia das medidas em modelos tridimensionais (3D) é afetada pelo efeito de volume parcial (PVE). Em CT, por exemplo, falsas estruturas de tecidos moles aparecem nas interfaces do osso-para-gordura e do osso-para-ar. Além disso, a pele, que tem número CT (ou escala de Hounsfield) idêntico ao tecido mole, obscurece a renderização deste. A fim de produzir imagens 3D do osso e dos tecidos moles, mais confiáveis para medidas e com melhora de qualidade, foram desenvolvidos dois métodos de classificação dos voxels com PVE (MCLA) baseados num novo modelo de mistura. A remoção da pele é realizada por meio da morfologia matemática. Renderizações volumétricas foram criadas, antes e depois de aplicar os MCLA. Experimentos qualitativo e quantitativo foram conduzidos utilizando fantons matemáticos que simularam diferentes níveis de PVE por adição de ruído e borramento e em dados clínicos de CT. O resultado em 218 pares de medidas de áreas dos EOM realizadas em imagens coronais de CT (3 normais e 2 Graves) revelou uma boa correlação (R=0,92) entre o MSEG e o traçado manual. A medida de taxa de ocupação dos EOM na órbita (TO) feita em 33 pacientes (5 normais e 28 Graves) apresentou o maior valor no grupo Graves com neuropatia óptica, TO=34,3%. Este valor é quase cinco vezes maior que o grupo normal, TO=7,3%. Todos os resultados demonstraram uma melhora de qualidade das imagens 3D depois da aplicação dos MCLA. A análise quantitativa indica que mais de 98% dos voxels com PVE foram removidos por ambos MCLA, e o segundo MCLA têm um desempenho um pouco melhor que o primeiro. Além disso, a remoção da pele torna vívidos os finos detalhes nas estruturas musculares. Medidas em modelos 3D devem ser tomadas com cuidado na radiologia em vista dos artefatos demonstrados neste trabalho, artefatos vindos, principalmente, do PVE. Em nossos experimentos, os erros nas medidas de volume dos EOM foram acima de 25% do valor estimado como "verdadeiro". Imagens volumétricas com PVE resolvidos são apresentadas, e assim medidas mais acuradas são asseguradas. / The extraocular muscles (EOM), which are responsible for the eyes movements, are presented enlarged in their dimensions in Graves’ orbitopathy. These deformations can lead patients to blindness. In clinical routine, physicians normally evaluate, in computer tomography (CT) images, the diameter of the EOM by manual tracing to check if they are enlarged. However, the accuracy of the EOM measurements is impaired by the subjectivity of these manual methods. Further, the time consuming is also one of the main drawbacks on these methods. This way we present an EOM segmentation method (MSEG) that overcomes the difficulties pointed above. The MSEG method is based on the Laplacian-of-Gaussian operator (LOG) combined with the mathematical morphology theory. We have taken into account the effect of discretization and numerical truncation during the LOG implementation. In CT, partial volume effects (PVE) cause several artifacts in volume rendering. In order to create 3D rendition more reliable to carry out anatomical measures and also to pursue superior quality of display of both soft-tissue and bone, we introduce two methods for detecting and classifying voxels with PVE (MCLA) based on a new approach. A method is described to automatically peel skin so that PVE-resolved renditions of bone and soft-tissue reveal considerably more details. We have conducted experiments to evaluate quantitatively and qualitatively all methods proposed here. The MSEG method is well correlated with manual tracing in our experiments (R=0,92). Surface renditions are created from EOM CT dataset segmented using the MSEG method. We have also conducted a quantitative evaluation in patients with Graves’ orbitopathy wherein the EOM volume ratio in the orbit (TO) was T=34,3%, which is about five times higher than in normal patient (TO=7,3%). Volume renditions have been created before and after applying the methods for several patient CT datasets. A mathematical phantom experiment involving different levels of PVE has been conducted by adding different degrees of noise and blurring. A quantitative evaluation was performed using the mathematical phantom and clinical CT data wherein an operator carefully masked out voxels with PVE in the segmented images. All results have demonstrated the enhanced quality of display of bone and soft tissue after applying the proposed methods. The quantitative evaluations indicate that more than 98% of the voxels with PVE are removed by the two methods and the second method performs slightly better than the first. Further, skin peeling vividly reveals fine details in the soft tissue structures. 3D renditions should be used with care in radiology in view of artifacts demonstrated in this work coming from PVE. Finally, we have estimated volume errors in the EOM models higher than 25% if PVE is not properly handled.