Este estudo teve como objetivo investigar a influência de diferentes estágios de severidade da neuropatia diabética na velocidade de condução das fibras musculares estimada em quatro músculos do membro inferior durante contrações isométricas, utilizando-se eletromiografia de superfície. Oitenta e cinco adultos foram estudados: 16 indivíduos não diabéticos e 69 diabéticos classificados em quatro estágios de neuropatia definidos por um sistema fuzzy: ausente (n=26), leve (n=21), moderada (n=11) e grave (n=11). As velocidades de condução médias das fibras musculares do tibial anterior, gastrocnêmico medial, vasto lateral e bíceps femoral foram avaliadas utilizando uma matriz linear de eletrodos de superfície e foram comparadas entre os grupos estudados por meio de ANOVAs (p < 0,05). As velocidades de condução diminuíram significativamente no grupo com neuropatia moderada para o vasto lateral em relação aos outros grupos (18 a 21% de decréscimo), e foram menores em todos os grupos com diabetes para o tibial anterior em relação ao grupo controle (15 a 20% de decréscimo). Não só a localização anatômica distal do músculo afetou a velocidade de condução, mas também a proporção do tipo de fibras musculares, uma vez que o tibial anterior, com maior proporção de fibras do tipo I, estava com sua velocidade de condução alterada já no grupo ausente, enquanto o vasto lateral, com maior proporção de fibras do tipo II, estava com sua velocidade de condução alterada em estágios mais tardios da doença. De forma geral, os músculos do membro inferior têm diferentes suscetibilidades aos efeitos do diabetes mellitus e da neuropatia e mostram uma redução da velocidade de condução conforme a neuropatia progride / This study aimed at investigating the influence of different stages of diabetic neuropathy in the muscle fiber conduction velocities estimated in four lower limb mucles during isometric maximal voluntary contraction using surface electromyography. Eighty-five adults were studied: 16 non-diabetic individuals and 69 diabetic patients classified into four neuropathy stages, defined by a fuzzy system: absent (n=26), mild (n=21), moderate (n=11) and severe (n=11). Average muscle fiber conduction velocities of gastrocnemius medialis, tibialis anterior, vastus lateralis and biceps femoris were assessed using linear array electrodes, and the studied groups were compared by ANOVAs (p < 0.05). Conduction velocities were significantly decreased in the moderate neuropathy group for the vastus lateralis compared to other groups (from 18 to 21% decrease), and were decreased in all diabetic groups for the tibialis anterior (from 15 to 20% from control group). Not only the distal anatomical localization of the muscle affects the conduction velocity, but also the proportion of muscle fiber type, where the tibialis anterior, with greater type I fiber proportion, is affected already at the absent group while the vastus lateralis with greater type II fiber proportion is affected in later stages of the disease. Generally, the muscles of the lower limb have different responsiveness to the effects of diabetes mellitus and neuropathy and show a reduction in the conduction velocity as the neuropathy progresses

Este estudo teve como objetivo investigar a influência de diferentes estágios de severidade da neuropatia diabética na velocidade de condução das fibras musculares estimada em quatro músculos do membro inferior durante contrações isométricas, utilizando-se eletromiografia de superfície. Oitenta e cinco adultos foram estudados: 16 indivíduos não diabéticos e 69 diabéticos classificados em quatro estágios de neuropatia definidos por um sistema fuzzy: ausente (n=26), leve (n=21), moderada (n=11) e grave (n=11). As velocidades de condução médias das fibras musculares do tibial anterior, gastrocnêmico medial, vasto lateral e bíceps femoral foram avaliadas utilizando uma matriz linear de eletrodos de superfície e foram comparadas entre os grupos estudados por meio de ANOVAs (p < 0,05). As velocidades de condução diminuíram significativamente no grupo com neuropatia moderada para o vasto lateral em relação aos outros grupos (18 a 21% de decréscimo), e foram menores em todos os grupos com diabetes para o tibial anterior em relação ao grupo controle (15 a 20% de decréscimo). Não só a localização anatômica distal do músculo afetou a velocidade de condução, mas também a proporção do tipo de fibras musculares, uma vez que o tibial anterior, com maior proporção de fibras do tipo I, estava com sua velocidade de condução alterada já no grupo ausente, enquanto o vasto lateral, com maior proporção de fibras do tipo II, estava com sua velocidade de condução alterada em estágios mais tardios da doença. De forma geral, os músculos do membro inferior têm diferentes suscetibilidades aos efeitos do diabetes mellitus e da neuropatia e mostram uma redução da velocidade de condução conforme a neuropatia progride / This study aimed at investigating the influence of different stages of diabetic neuropathy in the muscle fiber conduction velocities estimated in four lower limb mucles during isometric maximal voluntary contraction using surface electromyography. Eighty-five adults were studied: 16 non-diabetic individuals and 69 diabetic patients classified into four neuropathy stages, defined by a fuzzy system: absent (n=26), mild (n=21), moderate (n=11) and severe (n=11). Average muscle fiber conduction velocities of gastrocnemius medialis, tibialis anterior, vastus lateralis and biceps femoris were assessed using linear array electrodes, and the studied groups were compared by ANOVAs (p < 0.05). Conduction velocities were significantly decreased in the moderate neuropathy group for the vastus lateralis compared to other groups (from 18 to 21% decrease), and were decreased in all diabetic groups for the tibialis anterior (from 15 to 20% from control group). Not only the distal anatomical localization of the muscle affects the conduction velocity, but also the proportion of muscle fiber type, where the tibialis anterior, with greater type I fiber proportion, is affected already at the absent group while the vastus lateralis with greater type II fiber proportion is affected in later stages of the disease. Generally, the muscles of the lower limb have different responsiveness to the effects of diabetes mellitus and neuropathy and show a reduction in the conduction velocity as the neuropathy progresses

Introdução. Nos últimos a função motora vem sendo associada com a atenuação sensitiva e de dor, logo antes, durante e apos a contração muscular. No entanto as vias anatômicas e funcionais deste fenômeno não são conhecidas. O objetivo deste estudo é o de criar um modelo animal e investigar o efeito da estimulação subliminar do córtex motor (ECM) no limiar nociceptivo e na atividade neuronal subcortical. Método. O limiar nociceptivo foi avaliado por teste plantar e reflexo de retirada da cauda antes e após o implante dos eletródios epidurais sobre o córtex motor da pata posterior orientado por mapa funcional na mesma cepa de ratos. Os mesmos testes foram repetidos antes, durante e após a ECM. Antagonismo sistêmico do por naloxona foi incluído neste protocolo para investigar a relação com mediação opióide. O registro neuronal multiunitário do núcleo centro mediano (CM) e ventral posterolateral (VPL) do tálamo e da substância periaqüeductal (SPM) foi realizado antes, durante e após ECM ipso e contralateral. Resultados. O implante per se não causou alterações no limiar nociceptivo. ECM induziu significativa antinocicepção seletiva na pata contralateral mas não na ipsolateral. Este efeito não mais foi observado 15 minutos após o término da estimulação. Nenhuma alteração motora e comportamental foi observada nos testes de campo aberto. A mesma estimulação no córtex sensitivo e parietal posterior não causou quaisquer alterações de limiar nociceptivo. Administração sistêmica de naloxone reverteu completamente o efeito antes observado com a ECM. O registro neuronal multiunitário evidenciou diminuição na atividade do CM durante e após a ECM contra e ipsolateral. O ritmo de disparos neuronais no VPL também mostrou diminuição apenas com a ECM ipsolateral. No entanto os neurônios da SPM aumentaram significativamente a freqüência de disparos com ECM ipsolateral e não com a contralateral. Conclusão. A ECM subliminar está relacionada consistentemente com a atenuação sensitiva durante o comportamento, provavelmente mediado por inibição talâmica e ativação da SPM. / Background. The motor function has been associated to sensory and pain attenuation, before during and shortly after the muscle activity. How ever the anatomical and functional basis of this phenomenon is not yet defined. The present study was designed to set an animal model and investigate the effect of subthreshold electrical stimulation of motor cortex (MCS) on pain threshold and neuron activity of thalamus and periaqüedutal gray. Method. Nociceptive thresholds of hind paws and the tail flick reflex were evaluated before and after surgical placement of epidural electrodes; before during and after electrical stimulation of motor cortex. Opioid antagonism was also included in this protocol in order to define neurotransmitter mediation of this process. Multiunit recording of thalamic median center (CM) and ventral posterolateral nuclei (VPL) and lateral periaqüedutal gray (SPM) were performed before and after electrical stimulation of ipso and contralateral motor cortex. Results. The procedure itself did not induce any threshold changes. MCS induced selective antinociception of contralateral paw, but no changes were detected in the nociceptive threshold of the ipsolateral side. This effect disappeared completely 15 minutes after the stimulation was ceased. No behavioral or motor impairment were observed during and after the stimulation session in the open field test. The same stimulation on sensory and posterior parietal cortex did not elicit any changes in behavioral and nociceptive tests. Systemic administration of naloxone completely reversed the previous observed antinociceptive effect. Multiunit recording evidenced decrease in spontaneous neuron firing in CM with short recovery time during ipso and contralateral MCS. Neuron activity in VPL was also significantly decreased during ipsolateral MCS but not with contralateral stimulation. How ever, neuron firing in SPM was significantly increased during and long after ipsolateral MCS but not with contralateral stimulation. Conclusion. Subthreshold MCS is consistently related to sensory attenuation during behavior, probably through thalamic inhibition and SPM activation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The detection of physiological signals from the Motor System (electromyographic signals), studied by electromyography, is being utilized in the practice clinic to guide the therapist in a more precise and accurate diagnosis of motor disorders. In this context, the process of decomposition of electromyographic signals (EMG) that includes the identification and classification of Motor Unit Action Potential (MUAP) of EMG signals, is very import to help the therapist in the evaluation of motor disorders The EMG decomposition is a complex task due to the features of the EMG features depend on the electrode type (needle or surface), its placement related to the muscle, the contraction level and the health of the Neuromuscular System. To date the majority of research on EMG decomposition utilizes EMG signals acquired by needle electrodes, due to their advantages in processing this type of signal. However, relatively little research has been conducted using surface based EMG signals. As such this thesis aims to contribute to the clinical practice and Biofeedback therapies by presenting a system permitting the decomposition of surface EMG signal via the use of Hidden Markov Models. This process is supported by the use of Differential Evolution and Spectral Clustering techniques. The developed system presented coherent results in: a) Identification of the number of Motor Units actives in the EMG signal; b) Presentation of the morphological patterns of MUAPs in the EMG signal; c) Identification of the firing sequence of the Motor Units. The Techniques utilized in this work have not yet been applied in the field of EMG decomposition and, in the end of this work, it was proved that they are excellent techniques for the surface EMG decomposition. The model proposed in this work is an advance in the research of decomposition of surface EMG signals. / A captação de sinais fisiológicos provenientes do Sistema Motor, que pode ser realizada pela eletromiografia, tem sido cada vez mais utilizada na prática clínica para auxiliar o terapeuta no diagnóstico de distúrbios motores. Desta forma, o processo de decomposição de sinais eletromiográficos (EMG), que inclui a identificação e classificação dos potenciais de ação de Unidade Motora (MUAP) de um sinal EMG de superfície é de extrema importância para a prática clínica, para auxiliar os profissionais na detecção de patologias do Sistema Motor. O processo de decomposição de um sinal EMG é uma tarefa complexa, pois as características de um sinal EMG dependem do tipo de eletrodo utilizado (intramuscular ou de superfície), do seu posicionamento em relação ao músculo, o nível de contração e o estado clínico do Sistema Neuromuscular do paciente. A maior parte dos sistemas de decomposição de sinais EMG são específicos para o sinal proveniente de eletrodos invasivos, devido às facilidades e vantagens em processar este tipo de sinal. Assim, poucos esforços foram concentrados no que tange à decomposição de sinais EMG de superfície. Neste contexto, este trabalho apresenta um sistema de decomposição de sinais EMG de superfície utilizando Modelos Ocultos de Markov, com o apoio das técnicas Evolução Diferencial e Agrupamento Espectral, no intuito de auxiliar a prática clínica e as terapias de Biofeedback. O sistema desenvolvido apresentou resultados coerentes no que tange a: a) Identificação da quantidade de Unidades Motoras ativas no sinal EMG; b) Apresentação dos padrões morfológicos de MUAPs presentes no sinal EMG; c) Identificação da seqüência de disparos das Unidades Motoras no sinal EMG analisado. As técnicas utilizadas neste trabalho ainda não tinham sido fruto de pesquisa na área de decomposição de sinais EMG, e se destacam como excelentes técnicas para processamento de sinal EMG de superfície. A arquitetura do modelo proposto constitui um avanço nas pesquisas de decomposição de eletromiografia de superfície. / Doutor em Ciências

Introdução. Nos últimos a função motora vem sendo associada com a atenuação sensitiva e de dor, logo antes, durante e apos a contração muscular. No entanto as vias anatômicas e funcionais deste fenômeno não são conhecidas. O objetivo deste estudo é o de criar um modelo animal e investigar o efeito da estimulação subliminar do córtex motor (ECM) no limiar nociceptivo e na atividade neuronal subcortical. Método. O limiar nociceptivo foi avaliado por teste plantar e reflexo de retirada da cauda antes e após o implante dos eletródios epidurais sobre o córtex motor da pata posterior orientado por mapa funcional na mesma cepa de ratos. Os mesmos testes foram repetidos antes, durante e após a ECM. Antagonismo sistêmico do por naloxona foi incluído neste protocolo para investigar a relação com mediação opióide. O registro neuronal multiunitário do núcleo centro mediano (CM) e ventral posterolateral (VPL) do tálamo e da substância periaqüeductal (SPM) foi realizado antes, durante e após ECM ipso e contralateral. Resultados. O implante per se não causou alterações no limiar nociceptivo. ECM induziu significativa antinocicepção seletiva na pata contralateral mas não na ipsolateral. Este efeito não mais foi observado 15 minutos após o término da estimulação. Nenhuma alteração motora e comportamental foi observada nos testes de campo aberto. A mesma estimulação no córtex sensitivo e parietal posterior não causou quaisquer alterações de limiar nociceptivo. Administração sistêmica de naloxone reverteu completamente o efeito antes observado com a ECM. O registro neuronal multiunitário evidenciou diminuição na atividade do CM durante e após a ECM contra e ipsolateral. O ritmo de disparos neuronais no VPL também mostrou diminuição apenas com a ECM ipsolateral. No entanto os neurônios da SPM aumentaram significativamente a freqüência de disparos com ECM ipsolateral e não com a contralateral. Conclusão. A ECM subliminar está relacionada consistentemente com a atenuação sensitiva durante o comportamento, provavelmente mediado por inibição talâmica e ativação da SPM. / Background. The motor function has been associated to sensory and pain attenuation, before during and shortly after the muscle activity. How ever the anatomical and functional basis of this phenomenon is not yet defined. The present study was designed to set an animal model and investigate the effect of subthreshold electrical stimulation of motor cortex (MCS) on pain threshold and neuron activity of thalamus and periaqüedutal gray. Method. Nociceptive thresholds of hind paws and the tail flick reflex were evaluated before and after surgical placement of epidural electrodes; before during and after electrical stimulation of motor cortex. Opioid antagonism was also included in this protocol in order to define neurotransmitter mediation of this process. Multiunit recording of thalamic median center (CM) and ventral posterolateral nuclei (VPL) and lateral periaqüedutal gray (SPM) were performed before and after electrical stimulation of ipso and contralateral motor cortex. Results. The procedure itself did not induce any threshold changes. MCS induced selective antinociception of contralateral paw, but no changes were detected in the nociceptive threshold of the ipsolateral side. This effect disappeared completely 15 minutes after the stimulation was ceased. No behavioral or motor impairment were observed during and after the stimulation session in the open field test. The same stimulation on sensory and posterior parietal cortex did not elicit any changes in behavioral and nociceptive tests. Systemic administration of naloxone completely reversed the previous observed antinociceptive effect. Multiunit recording evidenced decrease in spontaneous neuron firing in CM with short recovery time during ipso and contralateral MCS. Neuron activity in VPL was also significantly decreased during ipsolateral MCS but not with contralateral stimulation. How ever, neuron firing in SPM was significantly increased during and long after ipsolateral MCS but not with contralateral stimulation. Conclusion. Subthreshold MCS is consistently related to sensory attenuation during behavior, probably through thalamic inhibition and SPM activation.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T12:02:26Z No. of bitstreams: 1 danielepiresmagalhaesespiritosanto.pdf: 19885258 bytes, checksum: cc404305a80b23fea7d1a26415bf75bf (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-07T15:03:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 danielepiresmagalhaesespiritosanto.pdf: 19885258 bytes, checksum: cc404305a80b23fea7d1a26415bf75bf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T15:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 danielepiresmagalhaesespiritosanto.pdf: 19885258 bytes, checksum: cc404305a80b23fea7d1a26415bf75bf (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A arritmia ventricular maligna é uma das principais causas de morte no mundo. Muitas vezes o início de um episódio de arritmia está associado a uma excitação inoportuna no coração, também denominada extra-sístole, ou Potencial de Ação Espontâneo (PAE). O surgimento de PAEs pode estar relacionado a mudanças estruturais ou moleculares nos canais iônicos e a alterações no ciclo de cálcio intracelular. Anormalidades no ciclo de cálcio podem gerar transientes de cálcio espontâneos (TCEs) e estes podem desencadear Potenciais de Ação Espontâneos (PAEs). Estudos experimentais mostram que o surgimento de TCEs é mais frequente sob a estimulação β-Adrenérgica. Em experimentos recentes, notou-se que a presença de episódios de TCEs em cardiomiócitos saudáveis não desencadeia a geração de PAEs. Em contrapartida, em camundongos com a mutação de super expressão da bomba NCX (NaCa), PAEs foram observados em miócitos isolados e foram relacionados a episódios de TCEs. O principal objetivo deste trabalho foi a simulação da formação de PAEs utilizando modelos computacionais desenvolvidos para cardiomiócitos do ventrículo esquerdo de camundongos. Em particular os modelos computacionais foram capazes de reproduzir os cenários experimentais descritos acima, relacionando a geração de PAEs com a estimulação β-Adrenérgica e alterações de canais iônicos como a mutação NCX. Dessa forma, as simulações computacionais apresentadas neste trabalho permitem uma melhor compreensão dos complexos fenômenos associados a arritmias cardíacas. / Malignant ventricular arrhythmias are the major cause of death around the world. The beginning of an episode of arrhythmia is often associated with ectopic beats in the heart, also called extrasystole, or Spontaneous Action Potential (SAP). The development of SAP may be related to structural or molecular changes in ion channels and changes in intracellular calcium cycle. Abnormalities in calcium cycle can result in Spontaneous Calcium Transientes (SCT) and these can trigger SAP. Experimental studies show that the development of SCT is more common under β1-adrenergic stimulation. However, we found, in recent experiments, that the presence of episodes of SCT in healthy cardiomyocytes does not trigger the development of SAP. On the other hand, on mice presenting mutation of overexpression of NCX (NaCa) pump, SAP were observed in isolated cardiomyocytes and were related to episodes of SCT. Thus, we aimed, in this study, to simulate development of SAP using computational models developed for cardiomyocytes of left ventricle of mice. The computational models were able to reproduce the experimental scenarios described above, relating the development of SAP to the β-adrenergic stimulation and to the changes of ion channels as the NCX mutation. Therefore, the computational simulations showed in this work allow the best comprehension of the complex phenomena associated with cardiac arrhythmia.