Orientador: Alberto Cliquet Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:56:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cacho_EnioWalkerAzevedo_M.pdf: 5346795 bytes, checksum: 6e74c1ae0171c8a520aa3738fe6e1bc4 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O efeito do treino de marcha através da estimulação elétrica neuromuscular (EENM) em pacientes com lesão da medula espinhal (LME) tem sido bem estabelecido. A medula espinhal humana reconhece apropriadas informações sensoriais e pode modular respostas motoras que facilitam a locomoção através do treinamento de marcha EENM assistido. Neste trabalho, dez pacientes (9 homens e uma mulher; 19 - 40 anos) com LME crônica (7 completas e 3 incompletas, nível neurológico abaixo de TI) foram avaliados no Laboratório de Biomecânica e Reabilitação do Aparelho Locomotor/Unicamp, no início e no fim de um programa de 30 sessões de treinamento de marcha assistido com EENM. Instrumentos utilizados para mensuração foram: American Spinal Injury Association (ASIA), Escala de Capacidade de Deambulação, Medida de Independência Funcional (MIF), Escala Modificada de Ashworth e o Registro Multicanais da Eletromiografia de superficie (EMG) dos músculos sóleos (SO), gastrocnêmios mediais (GA) e tibiais anteriores (TA) bilaterais. Os resultados demonstraram uma melhora do padrão EMG nos músculos GA e SO, durante a fase de apoio, e uma significante redução na fase de oscilação. A melhora no padrão EMG do TA ocorreu apenas à esquerda. Os resultados sugerem que o treino de marcha assistido com EENM pode induzir mudanças nos centros medulares espinhais / Abstract: The useful effect of locomotion training through neuromuscular electrical stimulation (NMES) in patients with spinal cord injury (SCI) has already been established. The human spinal cord recognizes the appropriate sensorial information and can modulate responses about the motor pool which facilitates walking under NMES training. In this series, ten patients (9 male and 1 female; 19 - 40 yrs-old) with chronic spinal cord injury (seven complete and three incompIete, neurologic leveI beIow T2) were evaluated at the Biomechanics & Rehabilitation Lab./University Hospital-Unicamp: first as soon as the patients joined the Programme and after 30 NMES based gait sessions. Clinical protocoIs of the American Spinal Injury Association (ASIA), Ability Ambulation Scale, Functional Independence Measure (FIM), Modified Ashworth Scale and the multichannel register surface of Electromyography (EMG) of muscIe soIeous (SO), gastrocnemious medialis (GA) and tibialis anterior (TA) were assessed. Results demonstrated an improvement in the EMG pattem of GA and TO muscles, during the stance phase and a significant decrease in the swing phase. Improvement in the EMG pattem in the TA muscle occurs just in the Ieft leg. Results suggest that gait training with NMES does induce changes in the spinal cord neural center, thus triggering the recovering of functional abilities/gait of paraplegics / Mestrado / Pesquisa Experimental / Mestre em Cirurgia

Orientador: José Irineu Gorla / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação Física / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:57:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borges_Mariane_M.pdf: 1121036 bytes, checksum: 9b0d5cc7811b2bb052eac8f395a8074e (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Pessoas com Lesão na Medula Espinhal (LME) apresentam importantes alterações na composição corporal (CC), como o aumento da massa gorda e redução da massa magra. O monitoramento destas alterações através da avaliação é preponderante tanto para se atingir o desempenho esportivo desejado quanto para a saúde destes indivíduos. No entanto, ainda não existe um consenso sobre métodos de campo confiáveis de avaliação da CC nesta população e existe uma variedade de técnicas para uso em laboratório, que dificulta a proposta de indicadores referenciais. Desta forma, os objetivos do presente estudo foram verificar os principais métodos e alterações da CC em indivíduos com LME através de uma revisão de literatura; verificar o perfil da CC de atletas de handebol e rugby em cadeira de rodas com LME e analisar a aplicabilidade do método de pregas cutâneas em comparação aos resultados obtidos pela densitometria óssea (DXA). Para se atingir o primeiro objetivo os estudos relevantes para a revisão foram levantados nas bases de dados Pubmed e Science Direct até maio de 2014. Sendo que foram incluídos 38 estudos, destes, 29 estudos utilizaram como método de analise da CC a densitometria óssea, considerado um método válido para a análise da CC nesta população. Quanto aos métodos de campo, os estudos indicam que o IMC e as equações de predição subestimam a gordura corporal nesta população já a circunferência abdominal e a relação cintura-quadril podem predizer a gordura visceral e risco de doenças cardiovasculares. No que tange às alterações na composição corporal os estudos apontaram para um aumento significativo da massa (MG) e diminuição da massa magra (MM) corporal e regional devido à inatividade física e atrofia causada por desuso nos membros paralisados. A fim de verificar o perfil da CC de atletas com LME participaram deste estudo 12 indivíduos sendo, oito atletas de rugby em cadeira de rodas com tetraplegia e quatro atletas de handebol em cadeira de rodas com paraplegia. Desta forma pode-se observar acúmulo de gordura na região do tronco e de membros inferiores, sendo que a massa corporal (r=0,75, p=0,00) e o tempo de lesão (r=0,73, p=0,00) se mostraram influenciadores do acúmulo de gordura na região do tronco. A fim de analisar a aplicabilidade do método de pregas cutâneas verificou-se a relação entre as variáveis antropométricas e da composição corporal (DXA) e em seguida as variáveis com correlação ? 0,70 (r) foram incluídas em modelos de regressão linear e as variáveis que apresentaram coeficiente de determinação R² ? 0,70, foram incluídas em gráficos de Bland Altman a fim de verificar a concordância entre os métodos. Desta forma, constatou-se que somente as pregas cutâneas biciptal (r²= 0,71, p= 0,00), subscapular (r²= 0,83, p=0,00) e abdominal (r²= 0,70, p= 0,00) mostraram-se possíveis preditoras da massa gorda do tronco por DXA. Portanto, no que se refere à população estudada, podemos identificar que aparentemente o método antropométrico de pregas cutâneas possui limitações de forma que não estima precisamente os componentes da composição corporal segmentar / Abstract: People with Spinal Cord Injury (SCI) show some changes in body composition (BC) profile, such as the increasing in fat mass and reduced lean body mass. The monitoring of this change by assessing is important both to achieve the desired performance sport for healthy such as individuals. However, there is still no consensus on reliable field assessment methods BC this population and there is a variety of techniques for laboratory use which hinders the proposed reference indicators. Thus, the objectives of this study were to check the main methods and changes of BC in individuals with SCI through a literature review; check the profile of BC handball athletes and rugby wheelchair with SCI and analyze the applicability of the skinfold thickness method of comparing the results obtained by bone densitometry (DXA). To achieve the first objective relevant studies for review were raised in Pubmed and Science Direct until May 2014. Being that were included 38 studies, of these, 29 studies used as BC method of analysis bone densitometry, considered a valid method for the analysis of BC this population. As for field methods, studies indicate that the BMI and the prediction equations underestimate body fat in this population already waist circumference and waist-to-hip ratio may predict visceral fat and risk of cardiovascular disease. Regarding the changes in body composition studies indicated a significant increase in fat mass and decreased lean mass and regional body due to physical inactivity and atrophy caused by disuse in paralyzed limbs. In order to verify the BC profile of athletes with SCI, participated in this study 12 individuals (eight quadriplegic wheelchair rugby athletes and four paraplegic wheelchair handball athletes). Therefore it can be observed accumulation of fat in the trunk and lower limbs and body mass (r = 0.75, p = 0.00) and time of injury (r = 0.73, p = 0.00) proved influencers of fat accumulation in the region trunk. In order to verify the applicability of the skinfold thickness there was a relationship between the anthropometric variables and body composition (DXA), and then the variables with correlation coefficients ? 0.70 (r) were included in the linear regression models and the variables that presented coefficient of determination R² ? 0.70 were included in graphs Bland Altman in order to verify the agreement between the methods. Thus it was found that only the skinfold thickness bicipital (r² = 0.71, p = 0.00), subscapular (r² = 0.83, p = 0.00) and abdominal (r² = 0.70; p = 0.00) were possible predictors of the trunk fat mass by DXA. Therefore, with regard to the study population, we identified that apparently the anthropometric method skinfold thickness has limitations so that not precisely estimates the components of the segmental body composition / Mestrado / Atividade Fisica Adaptada / Mestra em Educação Física

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2018-03-05T14:27:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AjustesMotoresCompensatorios.pdf: 3981804 bytes, checksum: cee665a4ba103151c50db981ca2b2224 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-03-08T16:53:13Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AjustesMotoresCompensatorios.pdf: 3981804 bytes, checksum: cee665a4ba103151c50db981ca2b2224 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-08T16:53:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AjustesMotoresCompensatorios.pdf: 3981804 bytes, checksum: cee665a4ba103151c50db981ca2b2224 (MD5) Previous issue date: 2017-06-30 / O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo modelo de lesão química da medula espinhal causada por isquemia transitória focal e unilateral após microinjeção de endotelina-1 (ET1) no funículo dorsal e avaliar as alterações sensório-motoras da pata anterior de ratos (Wistar). Dos cinquenta (n = 50) animais (CEPAE/UFPA protocolo BIO0079-12), que foram treinados, trinta e três (n = 33) foram selecionados para compor os grupos controle (n = 15), sham (n = 6) e lesão (n = 12). Pelo uso de micropipeta foi injetado a profundidade de 1 mm a partir da superfície pial da medula espinhal o volume de 250 nL de solução salina (sham) ou ET-1 (lesão) próximo à artéria dorsal média da medula espinhal, no segmento cervical C4. A ET-1 provocou formação de cavidade cística amórfica de 0,421 mm2 ( 0,035 mm2 , n=3) sobre o trato corticoespinhal e substância branca suprajacente, ipsilateral ao sítio de microinjeção que pode ser medido em cortes transversais (50 m) corados pela técnica de Nissl. As funções motoras das patas anteriores foram avaliadas por testes sensório-motores específicos antes e após lesão em 3, 7 e 14 dias. Os resultados foram avaliados pelo teste estatístico ANOVA com análise post-hoc de Tukey ( = 0,05). Os resultados mostram, através do teste do manuseio do macarrão, que após a lesão ocorre um comportamento motor de compensatório onde a pata não-preferencial assume as funções da pata preferencial. O teste do “Staircase” revelou decréscimo da capacidade apreensão do objeto com a pata preferencial e o teste de extensão da pata mostrou que houve diminuição da sensibilidade. / The aim of this work was to develop a new model of spinal cord injury caused by focal and unilateral transient ischemia after ET-1 microinjection in the dorsal funiculus and to evaluate the sensorimotor alterations of the anterior paw of rats (Wistar). Fifty (n = 50) animals (CEPAE / UFPA protocol BIO007912), who were trained, thirty-three (n = 33) were selected to compose control (n = 15), sham (n = 6) and injury (n = 12) groups. By using a micropipette, we injected the volume of 250 nL of saline (sham) or endothelin-1 (lesion) near the medial dorsal artery of the cervical segment C4 at a depth of 1 mm from the pial surface of the spinal cord. ET-1 induced cystic cavity formation of 0.421 mm2 (± 0.035 mm2, n = 3) on the corticospinal tract and suprajacent white matter, ipsilateral to the microinjection site that can be measured in cross-sections (50 μm) stained by the Nissl technique. The motor functions of the forepaw were evaluated by specific sensorimotor tests before and after injury at 3, 7 and 14 days. The results were evaluated by the ANOVA statistical test with Tukey post-hoc analysis (α = 0.05). Our results show in pasta test that after injury there is a compensatory motor behavior in which the non-preferential forepaw assumes the functions of the preferential forepaw. The Staircase test revealed a decrease in the ability to grasp the object with the preferred paw and the Contact test showed a decrease in sensitivity of the preferred paw.

CAPES / Introdução: A estimulação elétrica funcional (FES) é aplicada a pessoas portadoras de lesão medular (LM) com o objetivo de gerar movimentos funcionais artificialmente. A Mecanomiografia (MMG) mede a oscilação do músculo durante a contração. Os padrões estimulatórios são determinados pelos parâmetros: períodos on e off do pulso e do burst e suas amplitudes. Durante a sessão de aplicação da FES, o tecido neuromuscular responde de forma variada em decorrência de alterações fisiológicas como fadiga muscular e/ou adaptação do motoneurônio. Objetivo: na pesquisa desenvolvida, investigou-se a influência dos parâmetros estimulatórios na eficiência da contração muscular evocada pela FES em voluntários hígidos e portadores de lesão medular. Materiais e Métodos: participaram da pesquisa 10 voluntários hígidos (VHs) e 10 voluntários com LM (VLMs) com sensores de MMG posicionados sobre os ventres musculares dos músculos reto femoral e vasto lateral. Os estímulos elétricos foram aplicados sobre o nervo femoral para ativação do músculo quadríceps. Foram testados cinco padrões estimulatórios em dias diferentes, com oito contrações evocadas artificialmente e divididas em duas sessões com intervalo de 15 min entre elas. Resultados: foi proposto um índice de eficiência de FES com (1) o tempo de estimulação, (2) a menor variação angular e (3) a menor divergência dos descritores de MMG: frequência mediana (Median Frequency) e valor eficaz (Root Mean Square). Os padrões estimulatórios que apresentaram maior eficiência são os de 50 Hz para VHs e 70 Hz para VLMs, por manterem a contração evocada artificialmente por (1) maior tempo, com menor (2) variação angular e (3) resposta mecanomiográfica com menor alteração. Conclusões: conclui-se que os padrões estimulatórios empregando frequências de 50 Hz para VHs e de 70 Hz para VLMs foram mais eficientes na contração artificial por meio da FES. / Introduction: Functional electrical stimulation (FES) is applied to people with spinal cord injury (SCI) in order to artificially evoque functional movements. Mechanomyography (MMG) measures the oscillation of the muscle during contraction. The stimulatory profiles are controlled by the parameters: active and rest periods of the pulse and the burst and their amplitude. During the period of application of FES, the neuromuscular tissue responds in different ways, due to physiological changes such as muscle fatigue and/or adaptation of motor neurons. Objective: In the research developed, we investigated the influence of simulatory parameters on the efficiency of muscle contraction evoked by FES in healthy volunteers and patients with spinal cord injury. Materials and Methods: The healthy volunteers (HV) and ten subjects with SCI participated of the study. The MMG sensors were placed over the belly of the rectus femoris muscle and vastus lateralis. The electrical stimuli were yielded on the femoral nerve in order to activate quadriceps muscle. Five FES profiles were tested on different days with eight artificially evoked contractions divided into two sessions with an interval of fifteen minutes apart. Results: was proposed a FES efficiency index based on (1) stimulation time, (2) lower angular variation and (3) lower divergence of MMG descriptors: Median Frequency (MF) and Root Mean Square (RMS) value. FES profiles that showed better efficiency are: burst frequency of 50 Hz for HV and 70 Hz for SCI volunteers. They kept the contraction artificially evoked for (1) longer time, (2) lower angular variation of and (3) mechanomyographic response with minor modification. Conclusions: we conclude thar stimulatory profiles using frequencies of 50 Hz for HV and 70 Hz for SCI volunteers were more efficient for evoking contraction artificially.

CAPES / A insuficiência respiratória gerada pela lesão medular, em pessoas com tetraplegia e paraplegia torácica alta, tem sido uma das principais causas de morte desses indivíduos. A paralisação, total ou parcial, dos músculos abdominais e do diafragma dificulta a produção de tosse e diminui o volume corrente da ventilação. Este problema pode ser amenizado por meio do tratamento com estimulação elétrica funcional transcutânea (EEFT), na musculatura diafragmática e abdominal, sincronizada com a respiração espontânea. Poucos estudos têm sido direcionados a esta área e foi constatado que é de grande interesse científico que seja desenvolvido um sistema capaz de automaticamente sincronizar a estimulação elétrica com os eventos de inspiração (estimulação diafragmática) e expiração (estimulação abdominal). Por isso, nesta dissertação, desenvolveu-se um sistema de aquisição de sinal respiratório e detecção dos eventos de inspiração e expiração para sincronismo da EEFT durante a respiração tranquila. O sistema emprega uma cinta elástica acoplada a uma célula de carga baseada em strain gauges para a aquisição do sinal respiratório. Um algoritmo, baseado em análise estatística do sinal, foi desenvolvido para a detecção das fases de inspiração e expiração.Testes foram realizados em oito voluntários hígidos. A cinta foi posicionada na região da última costela, e sinais foram adquiridos com o auxílio de um osciloscópio digital. Um fisioterapeuta ajudou na análise dos sinais. Foi realizada a contagem de inspirações e expirações detectadas corretamente. O resultado dos testes alcançou a taxa de 82% de acerto na detecção dos eventos inspiratórios, e 96% para os eventos expiratórios. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é eficiente para a aquisição de sinais respiratórios e o algoritmo criado pode propiciar a sincronização da EEFT, com o paciente tratado em posição quase estática. / The respiratory failure, caused by spinal cord injury in people with high thoracic paraplegia and tetraplegia, has been the major cause of death for those individuals. The total or partial paralysis of the abdominal muscles and the diaphragm hinders the production of cough and decreases tidal volume. This problem can be alleviated by treatment with transcutaneous functional electrical stimulation (TFES), on diaphragm and abdominal muscles synchronized with the spontaneous respiration. Few studies have been conducted on this matter, and it was found that is of great scientific interest the development of a system capable of automatically triggering the electrical stimulation with inspiration (diaphragmatic stimulation) and expiration events (abdominal stimulation). Therefore, in this work, a respiratory signal acquisition system was developed for the detection of inspiration and expiration events for triggering the electrical stimulation during quiet breathing. The system employs an elastic belt attached to a load cell based on strain gauges for acquiring the respiratory signal. An algorithm based on signal statistical analysis was developed for the detection of inspiration and expiration events. Tests were carried out in eight healthy volunteers. The belt was positioned at the last rib region, and signals were obtained with the aid of a digital oscilloscope. A physical therapist helped in the analysis of the signals by counting the inspiratory and expiratory events. The results reached the accuracy of 82% in the detection of inspiratory events, and 96% for expiratory events. The results indicate that the developed system is effective for the acquisition of respiratory signals and the created algorithm can provide synchronization of TFES with the patient in quasi-static situation during treatment.

CNPq / Introdução: As pessoas com lesão medular (LM) podem ter seus músculos paralisados ativados por meio da estimulação elétrica funcional (FES) sobre vias neurais presentes próximas à pele. Estas estimulações elétricas são importantes para a recuperação do trofismo neuromuscular ou durante o controle de movimento por próteses neurais. No entanto, ao longo da aplicação da FES, a fadiga ocorre, diminuindo a eficiência da contração, principalmente devido à hipotrofia neuromuscular presente nessa população. A aquisição da vibração das fibras musculares como indicador de fadiga é registrada por meio da técnica de mecanomiografia (MMG), que não sofre interferências elétricas decorrentes da aplicação da FES. Objetivo: Caracterizar a vibração do músculo reto femoral durante protocolo de fadiga neuromuscular eletricamente evocada em pessoas com lesão medular completa. Método: 24 membros (direito e esquerdo) de 15 participantes (idade: 27±5 anos) do sexo masculino (A e B na American Spinal Injury Impairment Scale) foram selecionados. Um estimulador elétrico operando como fonte de tensão, desenvolvido especialmente para pesquisa, foi configurado com: freqüência de pulso em 1 kHz (20% de ciclo de trabalho) e trem de pulsos (modulação) em 70 Hz (20% período ativo). O sinal triaxial [X (transversal), Y (longitudinal) e Z (perpendicular)] da MMG foi processado com filtro Butterworth de terceira ordem e banda passante entre 5 e 50 Hz. Previamente ao protocolo, a tensão de saída do estimulador foi incrementada (~3 V/s evitando-se a adaptação/habituação dos motoneurônios) até alcançar a extensão máxima eletricamente estimulada (EMEE) da articulação do joelho. Uma célula de carga foi usada para registrar a resposta de força, onde após a sua colocação, a intensidade da FES necessária para alcançar a EMEE foi aplicada e registrada pela célula de carga como 100% da força (F100%). Durante o protocolo de fadiga neuromuscular, a intensidade do estímulo foi incrementada durante o controle para manter a força em F100%. Quatro instantes (I - IV) foram selecionados entre F100% e a incapacidade da FES manter a resposta de força acima de 30% (F30%). O sinal foi processado nos domínios temporal (energia), espectral (frequência mediana) e wavelet (temporal-espectral com doze bandas de frequência entre 5 e 53 Hz). Os dados extraídos foram normalizados pelo instante inicial (I) gerando unidades arbitrárias (u.a.), e testados com estatística não paramétrica. Resultados: A frequência mediana não apresentou significância estatística. Em relação aos eixos de deslocamento da MMG, o eixo transversal mostrou o maior número de resultados estatisticamente significantivos. A energia da vibração das fibras musculares (domínio temporal) indicou diminuição entre os instantes I (músculo fresco) e II (pré-fadiga), como também entre os instantes I e IV (fadigado) com redução significativa. O domínio wavelet teve como foco o eixo transversal, especialmente as bandas de frequência de 13, 16, 20, 25 e 35 Hz, por terem indicado redução significativa durante a fadiga neuromuscular; principalmente, a banda de 25 Hz, que indicou redução significativa entre o instante I (valor da mediana dos dados de 0,53 u.a.) e os demais instantes [II (0,30 u.a), III (0,28 u.a.) e IV (0,24 u.a.)]. Conclusão: A fadiga neuromuscular é caracterizada pela redução da energia do sinal no eixo de deslocamento transversal (X) da vibração do músculo reto femoral, em pessoas com lesão medular completa, tanto no domínio temporal quanto principalmente no domínio wavelet, sendo a banda de frequência de 25 Hz a mais relevante, porque sua energia diminui com a ocorrência da fadiga neuromuscular. Estes achados abrem a possibilidade de aplicação em sistemas de malha fechada durante procedimentos de reabilitação física utilizando FES ou no controle de próteses neurais. / Introduction: People with spinal cord injury (SCI) may have the paralyzed muscles activated through functional electrical stimulation (FES) on neural pathways present below the skin. These electrical stimulations are important to restore the neuromuscular trophism or during the movement control using neural prostheses. However, prolonged FES application causes fatigue, which decreases the contraction strength, mainly due the neuromuscular hypotrophy in this population. The acquisition of myofibers’ vibration is recognized by mechanomyography (MMG) system and does not suffer electrical interference from the FES system. Objective: To characterize the rectus femoris muscle vibration during electrically evoked neuromuscular fatigue protocol in complete spinal cord injury subjects. Methods: As sample, 24 limbs (right and left) from 15 male participants (age: 27±5 y.o.) and ranked as A and B according to American Spinal Injury Impairment Scale) were selected. An electrical stimulator operating as voltage source, specially developed for research, was configured as: pulse frequency set to 1 kHz (20% duty cycle) and burst (modulating) frequency set to 70 Hz (20% active period). The triaxial [X (transverse), Y (longitudinal) and Z (perpendicular)] MMG signal of rectus femoris muscle was processed with a third-order 5-50 Hz bandpass Butterworth filter. A load cell was used to register the force. The stimulator output voltage was increased (~3 V/s to avoid motoneuron adaptation/habituation) until the maximal electrically-evoked extension (MEEE) of the knee joint. After the load cell placement, the stimuli magnitude required to reach MEEE was applied and registered by the load cell as muscular F100% response. Stimuli intensity was increased during the control to keep the force in F100%. Four instants (I - IV) were selected from F100% up to the inability to keep the FES response force above 30% (F30%). The signal was processed in temporal (energy), spectral (median frequency) and wavelet (temporal-spectral with twelve band frequencies between 5 and 53 Hz) domains. All data were normalized by initial instant, creating arbitrary units (a.u.), and non-parametric tests were applied. Results: The median frequency did not show statistical significance. Regarding the MMG axes, the transverse axis showed most statistical differences. The MMG energy (temporal domain) indicates the decrease between the instants I (unfatigued) and II (pre-fatigue), as well as instants I and IV (fatigued). The wavelet domain focused on the transverse axis, especially on 13, 16, 20, 25 and 35 Hz frequency bands, for having shown significant reduction proven during neuromuscular fatigue. In focus on 25 Hz band frequency that showed a constant decrease between instants I (median value from data de 0.53 a.u.) with subsequent instants [II (0.30 a.u.), III (0.28 a.u.) and IV (0.24 a.u.). Conclusion: Neuromuscular fatigue is characterized by energy decrease in MMG X-axis (transverse) signal of vibration on the rectus femoris muscle for complete spinal cord injured subjects, in the temporal domain but mainly in the wavelet domain. The 25 Hz is the most important band frequency because its energy decreases with neuromuscular fatigue. These findings open the possibility of application in closed-loop systems during physical rehabilitation procedures using FES or in the control of neural prostheses.

CAPES / A insuficiência respiratória gerada pela lesão medular, em pessoas com tetraplegia e paraplegia torácica alta, tem sido uma das principais causas de morte desses indivíduos. A paralisação, total ou parcial, dos músculos abdominais e do diafragma dificulta a produção de tosse e diminui o volume corrente da ventilação. Este problema pode ser amenizado por meio do tratamento com estimulação elétrica funcional transcutânea (EEFT), na musculatura diafragmática e abdominal, sincronizada com a respiração espontânea. Poucos estudos têm sido direcionados a esta área e foi constatado que é de grande interesse científico que seja desenvolvido um sistema capaz de automaticamente sincronizar a estimulação elétrica com os eventos de inspiração (estimulação diafragmática) e expiração (estimulação abdominal). Por isso, nesta dissertação, desenvolveu-se um sistema de aquisição de sinal respiratório e detecção dos eventos de inspiração e expiração para sincronismo da EEFT durante a respiração tranquila. O sistema emprega uma cinta elástica acoplada a uma célula de carga baseada em strain gauges para a aquisição do sinal respiratório. Um algoritmo, baseado em análise estatística do sinal, foi desenvolvido para a detecção das fases de inspiração e expiração.Testes foram realizados em oito voluntários hígidos. A cinta foi posicionada na região da última costela, e sinais foram adquiridos com o auxílio de um osciloscópio digital. Um fisioterapeuta ajudou na análise dos sinais. Foi realizada a contagem de inspirações e expirações detectadas corretamente. O resultado dos testes alcançou a taxa de 82% de acerto na detecção dos eventos inspiratórios, e 96% para os eventos expiratórios. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é eficiente para a aquisição de sinais respiratórios e o algoritmo criado pode propiciar a sincronização da EEFT, com o paciente tratado em posição quase estática. / The respiratory failure, caused by spinal cord injury in people with high thoracic paraplegia and tetraplegia, has been the major cause of death for those individuals. The total or partial paralysis of the abdominal muscles and the diaphragm hinders the production of cough and decreases tidal volume. This problem can be alleviated by treatment with transcutaneous functional electrical stimulation (TFES), on diaphragm and abdominal muscles synchronized with the spontaneous respiration. Few studies have been conducted on this matter, and it was found that is of great scientific interest the development of a system capable of automatically triggering the electrical stimulation with inspiration (diaphragmatic stimulation) and expiration events (abdominal stimulation). Therefore, in this work, a respiratory signal acquisition system was developed for the detection of inspiration and expiration events for triggering the electrical stimulation during quiet breathing. The system employs an elastic belt attached to a load cell based on strain gauges for acquiring the respiratory signal. An algorithm based on signal statistical analysis was developed for the detection of inspiration and expiration events. Tests were carried out in eight healthy volunteers. The belt was positioned at the last rib region, and signals were obtained with the aid of a digital oscilloscope. A physical therapist helped in the analysis of the signals by counting the inspiratory and expiratory events. The results reached the accuracy of 82% in the detection of inspiratory events, and 96% for expiratory events. The results indicate that the developed system is effective for the acquisition of respiratory signals and the created algorithm can provide synchronization of TFES with the patient in quasi-static situation during treatment.

CNPq / Introdução: As pessoas com lesão medular (LM) podem ter seus músculos paralisados ativados por meio da estimulação elétrica funcional (FES) sobre vias neurais presentes próximas à pele. Estas estimulações elétricas são importantes para a recuperação do trofismo neuromuscular ou durante o controle de movimento por próteses neurais. No entanto, ao longo da aplicação da FES, a fadiga ocorre, diminuindo a eficiência da contração, principalmente devido à hipotrofia neuromuscular presente nessa população. A aquisição da vibração das fibras musculares como indicador de fadiga é registrada por meio da técnica de mecanomiografia (MMG), que não sofre interferências elétricas decorrentes da aplicação da FES. Objetivo: Caracterizar a vibração do músculo reto femoral durante protocolo de fadiga neuromuscular eletricamente evocada em pessoas com lesão medular completa. Método: 24 membros (direito e esquerdo) de 15 participantes (idade: 27±5 anos) do sexo masculino (A e B na American Spinal Injury Impairment Scale) foram selecionados. Um estimulador elétrico operando como fonte de tensão, desenvolvido especialmente para pesquisa, foi configurado com: freqüência de pulso em 1 kHz (20% de ciclo de trabalho) e trem de pulsos (modulação) em 70 Hz (20% período ativo). O sinal triaxial [X (transversal), Y (longitudinal) e Z (perpendicular)] da MMG foi processado com filtro Butterworth de terceira ordem e banda passante entre 5 e 50 Hz. Previamente ao protocolo, a tensão de saída do estimulador foi incrementada (~3 V/s evitando-se a adaptação/habituação dos motoneurônios) até alcançar a extensão máxima eletricamente estimulada (EMEE) da articulação do joelho. Uma célula de carga foi usada para registrar a resposta de força, onde após a sua colocação, a intensidade da FES necessária para alcançar a EMEE foi aplicada e registrada pela célula de carga como 100% da força (F100%). Durante o protocolo de fadiga neuromuscular, a intensidade do estímulo foi incrementada durante o controle para manter a força em F100%. Quatro instantes (I - IV) foram selecionados entre F100% e a incapacidade da FES manter a resposta de força acima de 30% (F30%). O sinal foi processado nos domínios temporal (energia), espectral (frequência mediana) e wavelet (temporal-espectral com doze bandas de frequência entre 5 e 53 Hz). Os dados extraídos foram normalizados pelo instante inicial (I) gerando unidades arbitrárias (u.a.), e testados com estatística não paramétrica. Resultados: A frequência mediana não apresentou significância estatística. Em relação aos eixos de deslocamento da MMG, o eixo transversal mostrou o maior número de resultados estatisticamente significantivos. A energia da vibração das fibras musculares (domínio temporal) indicou diminuição entre os instantes I (músculo fresco) e II (pré-fadiga), como também entre os instantes I e IV (fadigado) com redução significativa. O domínio wavelet teve como foco o eixo transversal, especialmente as bandas de frequência de 13, 16, 20, 25 e 35 Hz, por terem indicado redução significativa durante a fadiga neuromuscular; principalmente, a banda de 25 Hz, que indicou redução significativa entre o instante I (valor da mediana dos dados de 0,53 u.a.) e os demais instantes [II (0,30 u.a), III (0,28 u.a.) e IV (0,24 u.a.)]. Conclusão: A fadiga neuromuscular é caracterizada pela redução da energia do sinal no eixo de deslocamento transversal (X) da vibração do músculo reto femoral, em pessoas com lesão medular completa, tanto no domínio temporal quanto principalmente no domínio wavelet, sendo a banda de frequência de 25 Hz a mais relevante, porque sua energia diminui com a ocorrência da fadiga neuromuscular. Estes achados abrem a possibilidade de aplicação em sistemas de malha fechada durante procedimentos de reabilitação física utilizando FES ou no controle de próteses neurais. / Introduction: People with spinal cord injury (SCI) may have the paralyzed muscles activated through functional electrical stimulation (FES) on neural pathways present below the skin. These electrical stimulations are important to restore the neuromuscular trophism or during the movement control using neural prostheses. However, prolonged FES application causes fatigue, which decreases the contraction strength, mainly due the neuromuscular hypotrophy in this population. The acquisition of myofibers’ vibration is recognized by mechanomyography (MMG) system and does not suffer electrical interference from the FES system. Objective: To characterize the rectus femoris muscle vibration during electrically evoked neuromuscular fatigue protocol in complete spinal cord injury subjects. Methods: As sample, 24 limbs (right and left) from 15 male participants (age: 27±5 y.o.) and ranked as A and B according to American Spinal Injury Impairment Scale) were selected. An electrical stimulator operating as voltage source, specially developed for research, was configured as: pulse frequency set to 1 kHz (20% duty cycle) and burst (modulating) frequency set to 70 Hz (20% active period). The triaxial [X (transverse), Y (longitudinal) and Z (perpendicular)] MMG signal of rectus femoris muscle was processed with a third-order 5-50 Hz bandpass Butterworth filter. A load cell was used to register the force. The stimulator output voltage was increased (~3 V/s to avoid motoneuron adaptation/habituation) until the maximal electrically-evoked extension (MEEE) of the knee joint. After the load cell placement, the stimuli magnitude required to reach MEEE was applied and registered by the load cell as muscular F100% response. Stimuli intensity was increased during the control to keep the force in F100%. Four instants (I - IV) were selected from F100% up to the inability to keep the FES response force above 30% (F30%). The signal was processed in temporal (energy), spectral (median frequency) and wavelet (temporal-spectral with twelve band frequencies between 5 and 53 Hz) domains. All data were normalized by initial instant, creating arbitrary units (a.u.), and non-parametric tests were applied. Results: The median frequency did not show statistical significance. Regarding the MMG axes, the transverse axis showed most statistical differences. The MMG energy (temporal domain) indicates the decrease between the instants I (unfatigued) and II (pre-fatigue), as well as instants I and IV (fatigued). The wavelet domain focused on the transverse axis, especially on 13, 16, 20, 25 and 35 Hz frequency bands, for having shown significant reduction proven during neuromuscular fatigue. In focus on 25 Hz band frequency that showed a constant decrease between instants I (median value from data de 0.53 a.u.) with subsequent instants [II (0.30 a.u.), III (0.28 a.u.) and IV (0.24 a.u.). Conclusion: Neuromuscular fatigue is characterized by energy decrease in MMG X-axis (transverse) signal of vibration on the rectus femoris muscle for complete spinal cord injured subjects, in the temporal domain but mainly in the wavelet domain. The 25 Hz is the most important band frequency because its energy decreases with neuromuscular fatigue. These findings open the possibility of application in closed-loop systems during physical rehabilitation procedures using FES or in the control of neural prostheses.