The neuromuscular junction (NMJ) exhibits an extraordinary capacity for adaptation and plasticity throughout an individual's lifespan. This remarkable adaptability assumes a central role in safeguarding optimal neuromuscular function and counteracting neurodegenerative processes commonly associated with aging and prevalent neuromuscular disorders. The plasticity of the NMJ is under the influence of its cellular constituents, including the ⍺-motoneuron and the innervated muscle fiber. Among the diverse array of regulatory molecules, AMP-activated protein kinase (AMPK) plays a pivotal role in governing the phenotype of these cellular components, thereby potentially contributing to synaptic modifications. To explore the regulatory role of AMPK on the NMJ phenotype, we undertook a comprehensive investigation encompassing transgenic, pharmacologic, and physiologic manipulations of this kinase. In Study 1, we investigated the significance of skeletal muscle AMPK during aging, revealing its necessity in preserving NMJ integrity. Moreover, we observed that pharmacological and physiological activation of AMPK result in an enhanced synaptic gene profile in young animals, suggesting its role in NMJ modulation. Building upon these insights, we validate the stimulatory effects of a pan-AMPK activator, MK-8722 (MK), in the context of a prevalent neuromuscular disorder, Duchenne Muscular Dystrophy (DMD). Our investigations demonstrated that MK effectively evoked AMPK activation and downstream signaling in dystrophic muscle, providing the experimental foundations our third study. Here, we assess of the chronic effects of daily MK treatment in a pre-clinical DMD model and revealed significant improvements in mitochondrial health, neuromuscular function, and a reduction in muscle fibrosis and fatigue. Taken together, these findings support a critical role of AMPK in neuromuscular plasticity and highlight the kinase as a promising therapeutic target for muscular dystrophy. / Dissertation / Doctor of Philosophy (PhD) / The neuromuscular junction (NMJ) plays a vital role in maintaining muscle function and countering aging and neuromuscular disorders. This thesis investigated the role of AMP-activated protein kinase (AMPK) in neuromuscular biology during conditions of health and disease. We conducted various experiments involving genetic modifications, drug treatments, and exercise. First, we determined that AMPK is necessary to maintain the NMJ during aging. Stimulation of AMPK with a potent activator, MK-8722 (MK), led to elevated NMJ-related gene expression. We then shifted our focus to the most prevalent neuromuscular disorder, Duchenne Muscular Dystrophy (DMD). Our results showed that MK activated AMPK in dystrophic mice, prompting us to further investigate the long-term effects of daily treatment in a pre-clinical DMD model. Repeated MK treatment significantly improved neuromuscular function and reduced the symptoms of DMD. Together, our comprehensive investigation demonstrates the critical role of AMPK in shaping neuromuscular plasticity during healthy and diseased conditions.

Spinal cord injury is a devastating neurological disorder partially characterized by a loss of motor function below the lesion. The dramatic loss of activity results in muscle atrophy and slow-to-fast transformation of contractile elements, producing smaller, weaker and more fatiguable muscles. Functional electrical stimulation (FES), has been proposed in order to induce muscular activity and reverse these changes. FES has primarily been applied in the periphery, either at the surface or implanted in or around a nerve or muscle. Although this can excite nervous tissue and produce muscular contractions, these systems often produce reversed recruitment of motor units leading to inappropriate force generation and increased fatigue. We applied intraspinal microstimulation (ISMS) through fine microwires implanted into the spinal cord of rats. Electrical stimulation through these microwires caused contractions of the quadriceps muscles in both acute and chronically spinalized animals. We showed that muscle recruitment is significantly more gradual with ISMS in intact rats compared to that produced by a standard nerve cuff. Our results further showed that this was due to preferential activation of fatigue resistant muscle fibers. Given this more orderly recruitment of motor units by ISMS, we tested the muscle phenotypes produced by ISMS or nerve cuffs after chronic stimulation. Surprisingly, over a 30 day stimulation period the quadriceps muscles chronically activated by either daily ISMS or nerve cuff stimulation underwent similar fast-to-slow transformations in fiber type and functional properties. This indicates that the recruitment order of motor units does not play the only role in determining the muscle phenotype. Other factors such as the total daily time of activity may be critically important to the phenotypic outcome of skeletal muscle. Finally, we demonstrated that quadriceps force recruitment by ISMS was unchanged following the 30 day stimulation period. In addition, 30 days of chronic ISMS did not cause observable damage in the spinal cord beyond that incurred by the implantation of sham microwires. These studies advance our understanding of the force recruitment properties, neuromuscular plasticity and damage incurred by ISMS and move us closer to developing a clinically viable ISMS procedure.

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O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treino de marcha isolado e em combinação com transplante de glia embainhante olfatória (GEO) na recuperação funcional e na plasticidade neuromuscular dependente da atividade em um modelo experimental de paraplegia. Para tanto, foram realizados 2 experimentos. No 1º experimento foi realizada completa transecção da medula espinal (TME) em ratos Wistar adultos e após 5 dias iniciou-se um protocolo de 9 semanas de treino de marcha em esteira com suporte de peso corporal. No 2º experimento, os animais receberam, imediatamente após a TME, transplante de células gliais embainhantes olfatórias (GEO) e, como no primeiro experimento, iniciaram o treino de marcha 5 dias após a lesão/transplante. Durante o período dos experimentos, estudos comportamentais para acompanhamento da recuperação da função sensório-motora dos animais foram periodicamente realizados. Além disso, ao término da fase de treinamento (10 semanas após a lesão/transplante), análises histológicas e bioquímicas foram realizadas em amostras de tecido retiradas da medula espinal e músculo sóleo. Os resultados mostram que o treino de marcha em esteira promove melhora da função sensório-motora nos membros posteriores (MPs) de ratos com completa transecção da medula espinal (TME). Os animais treinados apresentaram escores mais altos na escala BBB e normalização do reflexo flexor de retirada. Além disso, os animais com TME apresentaram atrofia do soma celular nos motoneurônios alfa, redução na expressão de sinaptofisina e na atividade da Na+,K+-ATPase na região lombar. Os animais treinados mostraram soma motoneuronal, expressão de sinaptofisina e atividade da bomba de Na+,K+-ATPase similares aos controles. No músculo sóleo, a TME causou severa atrofia muscular, que foi acompanhada pela redução na expressão do fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) neste músculo. Por outro lado, o treino de marcha foi capaz de parcialmente impedir/reverter a atrofia provocada pela paralisia muscular e promover um significante aumento na expressão do BDNF, o qual teve positiva correlação com o trofismo muscular dependente da atividade motora no músculo sóleo. O transplante de glia embainhante olfatória (GEO) promoveu significativo aumento nos escores da escala BBB nos animais com completa TME. Entretanto, o treino de marcha foi capaz de acelerar este ganho funcional. Apesar de não ser observada significativa regeneração axonal através do local da lesão, sugerindo que as melhoras funcionais ocorreram independentemente da existência de regeneração axonal. Estes resultados sugerem que o treino de marcha após a TME promove plasticidade morfológica e bioquímica dependente da atividade nos tecidos neuromusculares. A melhora funcional ocorreu concomitantemente a estas alterações plásticas. Além disso, a terapia de transplante de GEO mostrou resultados positivos na recuperação da função motora dos MPs que foi acelerada pelo treino de marcha, mesmo na ausência de regeneração axonal através da lesão. Estes dados mostram importantes informações neurobiológicas que fornecem base neurocientífica para o uso seguro e eficaz destas terapias na reabilitação após LME. / The aim of this thesis was to study the effects of treadmill step training alone and in combination with olfactory ensheathing cells (OEC) on functional recovery and activity-dependent neuromuscular plasticity in a traumatic paraplegia model. For this, we made two experiments. In the 1st experiment, complete spinal cord transection (SCT) was made in adult Wistar rats and after 5 days the spinal animals were underwent a 9 week body-weight-supported treadmill training (BWSTT) program. In the 2nd experiment, the spinal animals received acute olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation and, similar to the 1st experiment, started a BWSTT 5 days after the injury/transplantation. Behavioral tests were periodically performed in order to study the hindlimb sensorimotor functions in both experiments. Furthermore, after 9 weeks of the training (10 weeks after SCI/transplantation), histological and biochemical analysis were performed in spinal cord and soleus muscle tissues. The results show that treadmill step training improves hindlimb sensorimotor function in rats with complete spinal cord transection (SCT). The trained animals showed higher BBB scores and normalization of the withdrawal reflex. Furthermore, spinal animals showed alpha motoneuron soma size atrophy, decrease in synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity in lumbar spinal cord. Trained SCT animals showed motoneuron soma size, synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity values similar to controls. In soleus muscle, SCT led to severe muscular atrophy, which was accompanied by a decrease in brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression in this muscle. On the other hand, treadmill step training was able to revert/prevent this paralysis-induced muscular atrophy and promote significant improvement in soleus BDNF expression, which was positively correlated to activity-dependent muscular trophism. Olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation promotes significant improvements in the BBB scores of animals with SCT. However, treadmill step training was able to accelerate this functional gain. There was no significant axonal regeneration that traversed the injury site, which suggests that functional gains occurred in a manner independent of axonal regeneration. Taken as a whole, these results suggest that treadmill step training after SCT promotes activity-dependent morphological and biochemical plasticity in neuromuscular tissues. The functional improvements occurred concomitantly to these plastic changes. Moreover, OEC therapy showed positive results on hindlimb motor function recovery which was accelerated with treadmill step training even in the absence of axonal regeneration across the lesion site. These results represent important neurobiological information for the neuroscientific basis that supports these therapies as an efficient and safe approach in spinal cord injury rehabilitation.

O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treino de marcha isolado e em combinação com transplante de glia embainhante olfatória (GEO) na recuperação funcional e na plasticidade neuromuscular dependente da atividade em um modelo experimental de paraplegia. Para tanto, foram realizados 2 experimentos. No 1º experimento foi realizada completa transecção da medula espinal (TME) em ratos Wistar adultos e após 5 dias iniciou-se um protocolo de 9 semanas de treino de marcha em esteira com suporte de peso corporal. No 2º experimento, os animais receberam, imediatamente após a TME, transplante de células gliais embainhantes olfatórias (GEO) e, como no primeiro experimento, iniciaram o treino de marcha 5 dias após a lesão/transplante. Durante o período dos experimentos, estudos comportamentais para acompanhamento da recuperação da função sensório-motora dos animais foram periodicamente realizados. Além disso, ao término da fase de treinamento (10 semanas após a lesão/transplante), análises histológicas e bioquímicas foram realizadas em amostras de tecido retiradas da medula espinal e músculo sóleo. Os resultados mostram que o treino de marcha em esteira promove melhora da função sensório-motora nos membros posteriores (MPs) de ratos com completa transecção da medula espinal (TME). Os animais treinados apresentaram escores mais altos na escala BBB e normalização do reflexo flexor de retirada. Além disso, os animais com TME apresentaram atrofia do soma celular nos motoneurônios alfa, redução na expressão de sinaptofisina e na atividade da Na+,K+-ATPase na região lombar. Os animais treinados mostraram soma motoneuronal, expressão de sinaptofisina e atividade da bomba de Na+,K+-ATPase similares aos controles. No músculo sóleo, a TME causou severa atrofia muscular, que foi acompanhada pela redução na expressão do fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) neste músculo. Por outro lado, o treino de marcha foi capaz de parcialmente impedir/reverter a atrofia provocada pela paralisia muscular e promover um significante aumento na expressão do BDNF, o qual teve positiva correlação com o trofismo muscular dependente da atividade motora no músculo sóleo. O transplante de glia embainhante olfatória (GEO) promoveu significativo aumento nos escores da escala BBB nos animais com completa TME. Entretanto, o treino de marcha foi capaz de acelerar este ganho funcional. Apesar de não ser observada significativa regeneração axonal através do local da lesão, sugerindo que as melhoras funcionais ocorreram independentemente da existência de regeneração axonal. Estes resultados sugerem que o treino de marcha após a TME promove plasticidade morfológica e bioquímica dependente da atividade nos tecidos neuromusculares. A melhora funcional ocorreu concomitantemente a estas alterações plásticas. Além disso, a terapia de transplante de GEO mostrou resultados positivos na recuperação da função motora dos MPs que foi acelerada pelo treino de marcha, mesmo na ausência de regeneração axonal através da lesão. Estes dados mostram importantes informações neurobiológicas que fornecem base neurocientífica para o uso seguro e eficaz destas terapias na reabilitação após LME. / The aim of this thesis was to study the effects of treadmill step training alone and in combination with olfactory ensheathing cells (OEC) on functional recovery and activity-dependent neuromuscular plasticity in a traumatic paraplegia model. For this, we made two experiments. In the 1st experiment, complete spinal cord transection (SCT) was made in adult Wistar rats and after 5 days the spinal animals were underwent a 9 week body-weight-supported treadmill training (BWSTT) program. In the 2nd experiment, the spinal animals received acute olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation and, similar to the 1st experiment, started a BWSTT 5 days after the injury/transplantation. Behavioral tests were periodically performed in order to study the hindlimb sensorimotor functions in both experiments. Furthermore, after 9 weeks of the training (10 weeks after SCI/transplantation), histological and biochemical analysis were performed in spinal cord and soleus muscle tissues. The results show that treadmill step training improves hindlimb sensorimotor function in rats with complete spinal cord transection (SCT). The trained animals showed higher BBB scores and normalization of the withdrawal reflex. Furthermore, spinal animals showed alpha motoneuron soma size atrophy, decrease in synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity in lumbar spinal cord. Trained SCT animals showed motoneuron soma size, synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity values similar to controls. In soleus muscle, SCT led to severe muscular atrophy, which was accompanied by a decrease in brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression in this muscle. On the other hand, treadmill step training was able to revert/prevent this paralysis-induced muscular atrophy and promote significant improvement in soleus BDNF expression, which was positively correlated to activity-dependent muscular trophism. Olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation promotes significant improvements in the BBB scores of animals with SCT. However, treadmill step training was able to accelerate this functional gain. There was no significant axonal regeneration that traversed the injury site, which suggests that functional gains occurred in a manner independent of axonal regeneration. Taken as a whole, these results suggest that treadmill step training after SCT promotes activity-dependent morphological and biochemical plasticity in neuromuscular tissues. The functional improvements occurred concomitantly to these plastic changes. Moreover, OEC therapy showed positive results on hindlimb motor function recovery which was accelerated with treadmill step training even in the absence of axonal regeneration across the lesion site. These results represent important neurobiological information for the neuroscientific basis that supports these therapies as an efficient and safe approach in spinal cord injury rehabilitation.

O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treino de marcha isolado e em combinação com transplante de glia embainhante olfatória (GEO) na recuperação funcional e na plasticidade neuromuscular dependente da atividade em um modelo experimental de paraplegia. Para tanto, foram realizados 2 experimentos. No 1º experimento foi realizada completa transecção da medula espinal (TME) em ratos Wistar adultos e após 5 dias iniciou-se um protocolo de 9 semanas de treino de marcha em esteira com suporte de peso corporal. No 2º experimento, os animais receberam, imediatamente após a TME, transplante de células gliais embainhantes olfatórias (GEO) e, como no primeiro experimento, iniciaram o treino de marcha 5 dias após a lesão/transplante. Durante o período dos experimentos, estudos comportamentais para acompanhamento da recuperação da função sensório-motora dos animais foram periodicamente realizados. Além disso, ao término da fase de treinamento (10 semanas após a lesão/transplante), análises histológicas e bioquímicas foram realizadas em amostras de tecido retiradas da medula espinal e músculo sóleo. Os resultados mostram que o treino de marcha em esteira promove melhora da função sensório-motora nos membros posteriores (MPs) de ratos com completa transecção da medula espinal (TME). Os animais treinados apresentaram escores mais altos na escala BBB e normalização do reflexo flexor de retirada. Além disso, os animais com TME apresentaram atrofia do soma celular nos motoneurônios alfa, redução na expressão de sinaptofisina e na atividade da Na+,K+-ATPase na região lombar. Os animais treinados mostraram soma motoneuronal, expressão de sinaptofisina e atividade da bomba de Na+,K+-ATPase similares aos controles. No músculo sóleo, a TME causou severa atrofia muscular, que foi acompanhada pela redução na expressão do fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) neste músculo. Por outro lado, o treino de marcha foi capaz de parcialmente impedir/reverter a atrofia provocada pela paralisia muscular e promover um significante aumento na expressão do BDNF, o qual teve positiva correlação com o trofismo muscular dependente da atividade motora no músculo sóleo. O transplante de glia embainhante olfatória (GEO) promoveu significativo aumento nos escores da escala BBB nos animais com completa TME. Entretanto, o treino de marcha foi capaz de acelerar este ganho funcional. Apesar de não ser observada significativa regeneração axonal através do local da lesão, sugerindo que as melhoras funcionais ocorreram independentemente da existência de regeneração axonal. Estes resultados sugerem que o treino de marcha após a TME promove plasticidade morfológica e bioquímica dependente da atividade nos tecidos neuromusculares. A melhora funcional ocorreu concomitantemente a estas alterações plásticas. Além disso, a terapia de transplante de GEO mostrou resultados positivos na recuperação da função motora dos MPs que foi acelerada pelo treino de marcha, mesmo na ausência de regeneração axonal através da lesão. Estes dados mostram importantes informações neurobiológicas que fornecem base neurocientífica para o uso seguro e eficaz destas terapias na reabilitação após LME. / The aim of this thesis was to study the effects of treadmill step training alone and in combination with olfactory ensheathing cells (OEC) on functional recovery and activity-dependent neuromuscular plasticity in a traumatic paraplegia model. For this, we made two experiments. In the 1st experiment, complete spinal cord transection (SCT) was made in adult Wistar rats and after 5 days the spinal animals were underwent a 9 week body-weight-supported treadmill training (BWSTT) program. In the 2nd experiment, the spinal animals received acute olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation and, similar to the 1st experiment, started a BWSTT 5 days after the injury/transplantation. Behavioral tests were periodically performed in order to study the hindlimb sensorimotor functions in both experiments. Furthermore, after 9 weeks of the training (10 weeks after SCI/transplantation), histological and biochemical analysis were performed in spinal cord and soleus muscle tissues. The results show that treadmill step training improves hindlimb sensorimotor function in rats with complete spinal cord transection (SCT). The trained animals showed higher BBB scores and normalization of the withdrawal reflex. Furthermore, spinal animals showed alpha motoneuron soma size atrophy, decrease in synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity in lumbar spinal cord. Trained SCT animals showed motoneuron soma size, synaptophysin expression and Na+,K+-ATPase activity values similar to controls. In soleus muscle, SCT led to severe muscular atrophy, which was accompanied by a decrease in brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression in this muscle. On the other hand, treadmill step training was able to revert/prevent this paralysis-induced muscular atrophy and promote significant improvement in soleus BDNF expression, which was positively correlated to activity-dependent muscular trophism. Olfactory ensheathing cell (OEC) transplantation promotes significant improvements in the BBB scores of animals with SCT. However, treadmill step training was able to accelerate this functional gain. There was no significant axonal regeneration that traversed the injury site, which suggests that functional gains occurred in a manner independent of axonal regeneration. Taken as a whole, these results suggest that treadmill step training after SCT promotes activity-dependent morphological and biochemical plasticity in neuromuscular tissues. The functional improvements occurred concomitantly to these plastic changes. Moreover, OEC therapy showed positive results on hindlimb motor function recovery which was accelerated with treadmill step training even in the absence of axonal regeneration across the lesion site. These results represent important neurobiological information for the neuroscientific basis that supports these therapies as an efficient and safe approach in spinal cord injury rehabilitation.

O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treinamento de equilíbrio e coordenação e do treinamento aeróbico sobre variáveis funcionais, morfológicas do nervo isquiático e do músculo sóleo, bem como a imunorreatividade para sinaptofisina e da neurotrofina-3 na medula espinal após uma lesão por esmagamento do nervo isquiático. Para isso, ratos Wistar adultos foram divididos de maneira aleatória em 4 grupos experimentais: Sham-operado (SH), Não-treinados (NT), Treinamento Aeróbico (Endurance Training – ET) e Treinamento de Equilíbrio e Coordenação (Balance and Coordination Training – BCT), sendo que os três últimos grupos experimentais foram submetidos à lesão por esmagamento do nervo isquiático, que teve como consequência uma axonotmese. Os protocolos de treinamento tiveram início na fase aguda, 48 horas após o procedimento cirúrgico para o esmagamento do nervo e tiveram a duração de 4 semanas. Nossos resultados demonstraram que na análise funcional sensoriomotora (Teste da Escada Horizontal e Teste da Barra Estreita) os animais do grupo BCT apresentaram um melhor desempenho que os animais dos outros grupos. Entretanto, na análise funcional locomotora (Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático e Comprimento da Passada do Membro Lesionado), os resultados do Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático foram similares entre os grupos lesionados (NT, ET e BCT) enquanto no Comprimento da Passada do Membro Lesionado, os animais do ET apresentaram resultados mais satisfatórios que os demais grupos. No estudo morfológico quantitativo do músculo sóleo, a análise morfométrica muscular demonstrou que os grupos ET e BCT apresentaram resultados semelhantes entre si e melhores que o grupo NT nos parâmetros de área de tecido muscular, de tecido conjuntivo, de vasos sanguíneos, de densidade de fibras musculares e da área de secção transversal das fibras musculares. Na análise morfométrica da porção distal do nervo lesionado os resultados dos dois grupos treinados foram similares entre si em todos os parâmetros analisados. Esses animais treinados apresentaram melhores resultados quando comparado ao grupo NT para a variável diâmetro médio das fibras nervosas, enquanto o grupo ET na área total dos vasos sanguíneos e na densidade das fibras mielínicas. A análise qualitativa, tanto do músculo sóleo como do nervo isquiático, mostrou que os grupos lesionados apresentaram características de nervo e de músculo em regeneração, não sendo possível verificar diferenças entre os grupos treinados e o grupo não treinado. A imunorreação para sinaptofisina na medula espinal, por meio da análise da densitometria óptica no corno dorsal dos níveis L4-L6 da medula espinal revelou-se significativamente maior no grupo BCT quando comparado ao grupo NT. Na análise da neurotrofina-3 na mesma região da medula espinal, o grupo BCT apresentou resultados significativamente superiores aos demais grupos. Hipotetizamos que essa imunorreação específica do grupo BCT está diretamente relacionada com os melhores resultados deste grupo nos testes sensoriomotores, uma vez que nas análises morfológicas quantitativas e qualitativas os grupos ET e BCT apresentaram resultados similares. / The aim of this thesis is to analyze the effects of balance and coordination training, and aerobic training on functional variables, morphological variables of the sciatic nerve and soleus muscle, as well as synaptophysin and neurotrophin-3 immureactivity in the spinal cord after a crush injury of the sciatic nerve. Therefore, adult Wistar rats were randomly divided into 4 groups: Sham-operated (SH); Non-trained (NT); Endurance Training (ET), and Balance and Coordination Training (BCT). The last three experimental groups were submitted to sciatic nerve crush injury, which resulted in an axonotmesis. The training protocols, which lasted for four weeks, were initiated early during the acute phase - 48 hours after the surgical procedures. Our results showed that for the sensorimotor functional analysis (Horizontal Ladder Rung Walking Test and Narrow Bar Test) the BCT group animals presented better performance than the other group’s animals. However, for the locomotor functional analysis (Sciatic Functional Index and Right Hindlimb Paw Stride Length), the Sciatic Functional Index presented similar results between the injured groups (NT, ET, and BCT) while the Right Hindlimb Paw Stride Length, the animals from the ET group showed better results than those from the other groups. In the quantitative morphological study of the soleus muscle, the muscular morphometric analysis showed that ET and BCT groups presented similar results in comparison to each other, and better results than NT group regarding the parameters of muscle tissue areas, connective tissue, blood vessels, muscle fiber density, and the muscle fibers cross-sectional area. In the morphometric analysis of the distal portion of the damaged nerve, the results from both trained groups were similar in comparison to each other in all analyzed parameters as well. This trained animals presented better results when compared to the NT group to the nerve fiber diameter, while the ET group presented better results regarding the blood vessel total area and the myelinated fiber density. The qualitative analysis - both of the soleus muscle and the sciatic nerve - showed that the injured groups had characteristics of nerve and muscle regeneration, not being possible to verify differences between the trained and untrained groups. The spinal cord synaptophysin immureactivity, through optical densitometry at spinal cord L4-L6 levels of the dorsal horn revealed to be significantly in the BCT in comparison to the NT group. In the same region of the spinal cord neurotrophin-3 analysis, the BCT group showed significantly better results than the other groups. We hypothesized that this specific immureactivity in group BCT is directly related to the best results from this group in the sensorimotor tests, once the quantitative and qualitative morphological analyzes of the ET and BCT groups showed similar results.

O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treinamento de equilíbrio e coordenação e do treinamento aeróbico sobre variáveis funcionais, morfológicas do nervo isquiático e do músculo sóleo, bem como a imunorreatividade para sinaptofisina e da neurotrofina-3 na medula espinal após uma lesão por esmagamento do nervo isquiático. Para isso, ratos Wistar adultos foram divididos de maneira aleatória em 4 grupos experimentais: Sham-operado (SH), Não-treinados (NT), Treinamento Aeróbico (Endurance Training – ET) e Treinamento de Equilíbrio e Coordenação (Balance and Coordination Training – BCT), sendo que os três últimos grupos experimentais foram submetidos à lesão por esmagamento do nervo isquiático, que teve como consequência uma axonotmese. Os protocolos de treinamento tiveram início na fase aguda, 48 horas após o procedimento cirúrgico para o esmagamento do nervo e tiveram a duração de 4 semanas. Nossos resultados demonstraram que na análise funcional sensoriomotora (Teste da Escada Horizontal e Teste da Barra Estreita) os animais do grupo BCT apresentaram um melhor desempenho que os animais dos outros grupos. Entretanto, na análise funcional locomotora (Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático e Comprimento da Passada do Membro Lesionado), os resultados do Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático foram similares entre os grupos lesionados (NT, ET e BCT) enquanto no Comprimento da Passada do Membro Lesionado, os animais do ET apresentaram resultados mais satisfatórios que os demais grupos. No estudo morfológico quantitativo do músculo sóleo, a análise morfométrica muscular demonstrou que os grupos ET e BCT apresentaram resultados semelhantes entre si e melhores que o grupo NT nos parâmetros de área de tecido muscular, de tecido conjuntivo, de vasos sanguíneos, de densidade de fibras musculares e da área de secção transversal das fibras musculares. Na análise morfométrica da porção distal do nervo lesionado os resultados dos dois grupos treinados foram similares entre si em todos os parâmetros analisados. Esses animais treinados apresentaram melhores resultados quando comparado ao grupo NT para a variável diâmetro médio das fibras nervosas, enquanto o grupo ET na área total dos vasos sanguíneos e na densidade das fibras mielínicas. A análise qualitativa, tanto do músculo sóleo como do nervo isquiático, mostrou que os grupos lesionados apresentaram características de nervo e de músculo em regeneração, não sendo possível verificar diferenças entre os grupos treinados e o grupo não treinado. A imunorreação para sinaptofisina na medula espinal, por meio da análise da densitometria óptica no corno dorsal dos níveis L4-L6 da medula espinal revelou-se significativamente maior no grupo BCT quando comparado ao grupo NT. Na análise da neurotrofina-3 na mesma região da medula espinal, o grupo BCT apresentou resultados significativamente superiores aos demais grupos. Hipotetizamos que essa imunorreação específica do grupo BCT está diretamente relacionada com os melhores resultados deste grupo nos testes sensoriomotores, uma vez que nas análises morfológicas quantitativas e qualitativas os grupos ET e BCT apresentaram resultados similares. / The aim of this thesis is to analyze the effects of balance and coordination training, and aerobic training on functional variables, morphological variables of the sciatic nerve and soleus muscle, as well as synaptophysin and neurotrophin-3 immureactivity in the spinal cord after a crush injury of the sciatic nerve. Therefore, adult Wistar rats were randomly divided into 4 groups: Sham-operated (SH); Non-trained (NT); Endurance Training (ET), and Balance and Coordination Training (BCT). The last three experimental groups were submitted to sciatic nerve crush injury, which resulted in an axonotmesis. The training protocols, which lasted for four weeks, were initiated early during the acute phase - 48 hours after the surgical procedures. Our results showed that for the sensorimotor functional analysis (Horizontal Ladder Rung Walking Test and Narrow Bar Test) the BCT group animals presented better performance than the other group’s animals. However, for the locomotor functional analysis (Sciatic Functional Index and Right Hindlimb Paw Stride Length), the Sciatic Functional Index presented similar results between the injured groups (NT, ET, and BCT) while the Right Hindlimb Paw Stride Length, the animals from the ET group showed better results than those from the other groups. In the quantitative morphological study of the soleus muscle, the muscular morphometric analysis showed that ET and BCT groups presented similar results in comparison to each other, and better results than NT group regarding the parameters of muscle tissue areas, connective tissue, blood vessels, muscle fiber density, and the muscle fibers cross-sectional area. In the morphometric analysis of the distal portion of the damaged nerve, the results from both trained groups were similar in comparison to each other in all analyzed parameters as well. This trained animals presented better results when compared to the NT group to the nerve fiber diameter, while the ET group presented better results regarding the blood vessel total area and the myelinated fiber density. The qualitative analysis - both of the soleus muscle and the sciatic nerve - showed that the injured groups had characteristics of nerve and muscle regeneration, not being possible to verify differences between the trained and untrained groups. The spinal cord synaptophysin immureactivity, through optical densitometry at spinal cord L4-L6 levels of the dorsal horn revealed to be significantly in the BCT in comparison to the NT group. In the same region of the spinal cord neurotrophin-3 analysis, the BCT group showed significantly better results than the other groups. We hypothesized that this specific immureactivity in group BCT is directly related to the best results from this group in the sensorimotor tests, once the quantitative and qualitative morphological analyzes of the ET and BCT groups showed similar results.

O objetivo desta Tese foi analisar os efeitos do treinamento de equilíbrio e coordenação e do treinamento aeróbico sobre variáveis funcionais, morfológicas do nervo isquiático e do músculo sóleo, bem como a imunorreatividade para sinaptofisina e da neurotrofina-3 na medula espinal após uma lesão por esmagamento do nervo isquiático. Para isso, ratos Wistar adultos foram divididos de maneira aleatória em 4 grupos experimentais: Sham-operado (SH), Não-treinados (NT), Treinamento Aeróbico (Endurance Training – ET) e Treinamento de Equilíbrio e Coordenação (Balance and Coordination Training – BCT), sendo que os três últimos grupos experimentais foram submetidos à lesão por esmagamento do nervo isquiático, que teve como consequência uma axonotmese. Os protocolos de treinamento tiveram início na fase aguda, 48 horas após o procedimento cirúrgico para o esmagamento do nervo e tiveram a duração de 4 semanas. Nossos resultados demonstraram que na análise funcional sensoriomotora (Teste da Escada Horizontal e Teste da Barra Estreita) os animais do grupo BCT apresentaram um melhor desempenho que os animais dos outros grupos. Entretanto, na análise funcional locomotora (Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático e Comprimento da Passada do Membro Lesionado), os resultados do Índice de Funcionalidade do Nervo Isquiático foram similares entre os grupos lesionados (NT, ET e BCT) enquanto no Comprimento da Passada do Membro Lesionado, os animais do ET apresentaram resultados mais satisfatórios que os demais grupos. No estudo morfológico quantitativo do músculo sóleo, a análise morfométrica muscular demonstrou que os grupos ET e BCT apresentaram resultados semelhantes entre si e melhores que o grupo NT nos parâmetros de área de tecido muscular, de tecido conjuntivo, de vasos sanguíneos, de densidade de fibras musculares e da área de secção transversal das fibras musculares. Na análise morfométrica da porção distal do nervo lesionado os resultados dos dois grupos treinados foram similares entre si em todos os parâmetros analisados. Esses animais treinados apresentaram melhores resultados quando comparado ao grupo NT para a variável diâmetro médio das fibras nervosas, enquanto o grupo ET na área total dos vasos sanguíneos e na densidade das fibras mielínicas. A análise qualitativa, tanto do músculo sóleo como do nervo isquiático, mostrou que os grupos lesionados apresentaram características de nervo e de músculo em regeneração, não sendo possível verificar diferenças entre os grupos treinados e o grupo não treinado. A imunorreação para sinaptofisina na medula espinal, por meio da análise da densitometria óptica no corno dorsal dos níveis L4-L6 da medula espinal revelou-se significativamente maior no grupo BCT quando comparado ao grupo NT. Na análise da neurotrofina-3 na mesma região da medula espinal, o grupo BCT apresentou resultados significativamente superiores aos demais grupos. Hipotetizamos que essa imunorreação específica do grupo BCT está diretamente relacionada com os melhores resultados deste grupo nos testes sensoriomotores, uma vez que nas análises morfológicas quantitativas e qualitativas os grupos ET e BCT apresentaram resultados similares. / The aim of this thesis is to analyze the effects of balance and coordination training, and aerobic training on functional variables, morphological variables of the sciatic nerve and soleus muscle, as well as synaptophysin and neurotrophin-3 immureactivity in the spinal cord after a crush injury of the sciatic nerve. Therefore, adult Wistar rats were randomly divided into 4 groups: Sham-operated (SH); Non-trained (NT); Endurance Training (ET), and Balance and Coordination Training (BCT). The last three experimental groups were submitted to sciatic nerve crush injury, which resulted in an axonotmesis. The training protocols, which lasted for four weeks, were initiated early during the acute phase - 48 hours after the surgical procedures. Our results showed that for the sensorimotor functional analysis (Horizontal Ladder Rung Walking Test and Narrow Bar Test) the BCT group animals presented better performance than the other group’s animals. However, for the locomotor functional analysis (Sciatic Functional Index and Right Hindlimb Paw Stride Length), the Sciatic Functional Index presented similar results between the injured groups (NT, ET, and BCT) while the Right Hindlimb Paw Stride Length, the animals from the ET group showed better results than those from the other groups. In the quantitative morphological study of the soleus muscle, the muscular morphometric analysis showed that ET and BCT groups presented similar results in comparison to each other, and better results than NT group regarding the parameters of muscle tissue areas, connective tissue, blood vessels, muscle fiber density, and the muscle fibers cross-sectional area. In the morphometric analysis of the distal portion of the damaged nerve, the results from both trained groups were similar in comparison to each other in all analyzed parameters as well. This trained animals presented better results when compared to the NT group to the nerve fiber diameter, while the ET group presented better results regarding the blood vessel total area and the myelinated fiber density. The qualitative analysis - both of the soleus muscle and the sciatic nerve - showed that the injured groups had characteristics of nerve and muscle regeneration, not being possible to verify differences between the trained and untrained groups. The spinal cord synaptophysin immureactivity, through optical densitometry at spinal cord L4-L6 levels of the dorsal horn revealed to be significantly in the BCT in comparison to the NT group. In the same region of the spinal cord neurotrophin-3 analysis, the BCT group showed significantly better results than the other groups. We hypothesized that this specific immureactivity in group BCT is directly related to the best results from this group in the sensorimotor tests, once the quantitative and qualitative morphological analyzes of the ET and BCT groups showed similar results.