Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Ernane José Xavier da Costa / Resumo: Por décadas, a aplicação de Estimulação Elétrica Neuromuscular (EENM) em pacientes paraplégicos e hemiplégicos tem melhorado significativamente sua qualidade de vida. Entretanto, comercialmente, essa técnica é aplicada sem o uso de uma lei de controle em malha fechada, o que limita sua eficiência. Assim, neste trabalho, projetou-se e implementouse um controlador PID embarcado para o uso com estimuladores elétricos neuromusculares. O projeto desse controlador se baseou em um modelo matemático linear de segunda ordem, que representa o comportamento da força muscular devido a um estímulo elétrico. Posteriormente, desenvolveram-se algoritmos na linguagem de programação Python que possibilitam o projeto automático de controladores PID com diferentes especificações para diferentes pacientes. Dessa forma, o usuário informa os parâmetros do paciente e as especificações desejadas para obter a configuração do controlador PID adequada. Além disso, desenvolveuse um programa em linguagem C para o microcontrolador PIC18F4520 que implementa este controlador utilizando o seu conversor A/D interno de 10 bits e um conversor D/A externo de 10 bits. Este controlador pode ser configurado via comunicação serial de forma simples e rápida, permitindo alterar os parâmetros do controlador PID e o tempo de amostragem. Por fim, os resultados obtidos a partir da simulação deste sistema no ambiente Proteus provou a viabilidade do controlador PID projetado. / Abstract: For decades the quality of life of hemiplegic and patients with spinal cord injuries has been improving through the research and use of Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) in rehabilitation engineering. However, most of the times it has been used without closed loop techniques, which is the approach used in this project, where an embedded PID controller has been designed and implemented to control the NMES. The plant to be controlled, i.e., the behaviour of the muscle response to an electrical stimulus, was represented using a secondorder linear model. The language Python was then used to develop PID control algorithms allowing the use of different specifications so that the user can supply the patient parameters to properly configure the PID controller for different patients. Later, these algorithms were implement in a PIC18F4520 microcontroller using C language, exploiting its internal 10 bit A/D converter and an external 10 bit D/A. The final circuit can be configured serially via a PC, adjusting the controller parameters and the sampling rate. The whole system was simulated in the Proteus environment, proving its viability. / Mestre

Orientador: Eliete Luciano / Banca: Carlos Alberto da Silva / Banca: Cláudio Alexandre Gobatto / Banca: Gustavo Puggina Rogatto / Banca: Ricardo José Gomes / Resumo: O objetivo deste estudo foi analisar e quantificar a participação das interleucinas (IL-4, IL-6, IL-10 e TNF-alfa) em animais que tiveram uma pata imobilizada e eletroestimulada por 1, 2 e 3 dias consecutivos, analisando-se a repercussão da hipocinesia focal sobre o conteúdo das proteínas musculares, bem como sobre parâmetros metabólicos como glicemia, insulinemia, glicogênio muscular, ácidos graxos livres, ácido ascórbico da glândula adrenal e da enzima creatina quinase (CK). A estimulação elétrica neuromuscular (EE, F=10Hz, T=0,4ms, i=5mA, 20 minutos diariamente), foi aplicada ao membro posterior de ratos, nos músculos Gastrocnêmio e Sóleo. Assim, ratos machos Wistar foram divididos em 7 grupos: controles (C), imobilizados por 1 dia (I1), imobilizados e eletroestimulados por 1 dia (IE1), imobilizados por 2 dias (I2), imobilizados e eletroestimulados por 2 dias (IE2), imobilizados por 3 dias (I3) e imobilizados e eletroestimulados por 3 dias (IE3). A Imobilização foi realizada através de uma órtese confeccionada sob medida em resina acrílica, mantendo o membro em posição a 90º pelos respectivos períodos experimentais. Os resultados demonstraram que a imobilização monosegmentar utilizada neste estudo desencadeou precocemente a proteólise muscular, alem de provocar respostas agudas nos sistemas diretamente relacionados com o fornecimento energético. Tais reações podem ser mediadas por algumas interleucinas, sobretudo a IL-6, que apresentou expressiva variação durante os períodos experimentais. Por outro lado, a eletroestimulação neuromuscular utilizada precocemente pode atenuar algumas destas respostas, minimizando o aspecto catabólico induzido pela imobilização. Assim, os resultados deste estudo leva a sugestiva de que as ações terapêuticas ou preventivas sobre as conseqüências deletérias da imobilização sobre os sistemas orgânicos devem ser adotadas precocemente. / Abstract: The objective of the study was to evaluate and quantilfy the participation of interleukins (IL-4, IL-6, IL-10, and TNF) in rats that underwent paw immobilization and electrical stimulation for 1, 2, and 3 consecutive days, while analyzing the local hypokinesia repercussion on muscular protein content, as well as metabolic parameters of glycemia, insulineamia, muscular glycogen, free fatty acids, ascorbic acid, and createne kinase enzime (CK). The neuromuscular electrical stimulation (EE, F=10Hz, T=0,4ms, i=5mA, 20 minutes daily) was applied to the hindlimb of the animas over the soleus and gastrocnemius muscles. In this manner, albino male Wistar rats were distributed into 7 experimental groups: control (C), immobilized 1 day (I1), immobilized 1 day and electrostimulated (IE1), immobilized 2 days (I2), immobilized 2 days and electrostimulated (IE2), immobilized 3 days (I3) and immobilized 3 days and electrostimulated (IE3). The immobilization of the animals was achieved by an acrylic resin orthesis model which maintained the limb in the position of 90º during the respective experimental periods. The results demonstrated that the mono-segmental immobilization utilized during this study unchained muscular proteolysis prematurely, while also provoked acute responses in systems directly related to energy distribution. Such reactions can be measured by certain interleukins, especially the IL-6, which demonstrated an expressive variation during the experiemntal period. On the other hand, the neuromuscular electrical stimulation, when utilized prematurely, can diminish the occurance of some of these responses, minimizing the catabolic aspect induced by immobilization. Therefore, the results of this study indicate that theurapeutical or preventive actions over deleterious consequences of immobilization on organic systems should be adopted prematurely. / Doutor

Orientador: Mário Jefferson Quirino Louzada / Banca: Ivania Garavella / Banca: Leda Maria Pescinini Salzedas / Resumo: A literatura apresenta que a resposta de reparo ósseo pode ser acentuada pela estimulação física, mecânica ou eletromagnética. Há evidências de que o ultra-som - US - de baixa potência pode acelerar a regeneração óssea. Este trabalho objetivou verificar o efeito do US no defeito ósseo, criado experimentalmente, em tíbias de ratos sob ausência de carga (suspenso pela cauda) por meio de análise densitométrica e biomecânica. Trinta Rattus novergicus albinus, Wistar, adultos, divididos em 3 grupos: G1 (n=10), não suspenso - experimento de 15 dias; G2 (n=10), suspenso pela cauda - experimento de 15 dias e, G3 (n=10), suspensos pela cauda, experimento de 36 dias. Os animais foram submetidos à osteotomia em ambas as tíbias e à aplicação do US (freqüência de 1,5 MHz, ciclo 1:4, 30mW/cm2) na direita (12 sessões de 20 minutos). O G3 somente foi osteotomizado após 21º dia de suspensão. Para análises densitométrica utilizou-se densitômetro DPXLunar ™, sistema digital Digora e o programa computacional Image J ; para ensaio mecânico usou máquina universal de ensaio EMIC . Os resultados do Conteúdo Mineral Ósseo (g), Área (cm²), Densidade Mineral Óssea (g/cm²) e da Densidade Óssea (mmAl) observadas nas tíbias, assim como a Força Máxima (N) e Rigidez (x103N/m) não demonstraram diferenças significantes (tratadas versus controle de cada grupo), possivelmente pelo menor tempo de tratamento com relação aos trabalhos encontrados na literatura. Concluindo que o Ultra-Som de baixa potência não acelerou o processo de consolidação óssea. / Abstract: Literature shows that bone repair response can be accented by physical, mechanic or electromagnetic stimulation. There are evidences that low power ultrasound - US - can speed up bone regeneration. This work aimed at determining the effect of US in bone defects, experimentally created, in tibia from rats under load absence (suspended by the tail) by densitometric analysis and biomechanics. Thirty Rattus novergicus albinus, Wistar, adult, divided in 3 groups: G1 (n=10), not suspended - a 15 day experiment; G2 (n=10), suspended by the tail - a 15 day experiment and, G3 (n=10), suspended by the tail - a 36 day experiment. , The animals have been submitted to the osteotomy in both tibias and to the US application (1,5 MHz frequency, cycle 1:4, 30mW/cm2), on the right (twelve sessions of 20 minutes). G3 was only osteotomized after the 21st day of suspension. DPX-Lunar™ densitometer, Digora digital system and Image J computer program were used for densitometrical analysis; for the mechanical assay, the universal machine of EMIC assay was used. The results for Bone Mineral Content (g), Area (cm²), Bone Mineral Density (g/cm²) and Bone Density (mmAl) observed in tibias, as well as Maximum Power (N), and Rigidity (x103N/m) did not show any significant differences (treated versus control of each group), possibly due to shorter treatment time as regards the studies found in literature. Concluding that the low power ultrasound not accelerated the process of consolidating bone. / Mestre

Resumo: Foram realizados estudos, projetos e simulações do controle não-linear da posição da perna de um paraplégico, com eletroestimulação, utilizando modelos fuzzy Takagi- Sugeno (T-S). Nessa pesquisa, foi adotado um modelo matemático que utiliza uma relação empírica do torque do músculo com a largura de pulso, representada por uma função de transferência de primeira ordem. A modelagem da dinâmica do modelo do paciente paraplégico foi realizada com variáveis de estado. Projetou-se um regulador fuzzy (T-S), inicialmente no ponto de operação com a posição da perna em 30o, utilizando-se a teoria de Lyapunov para o estudo da estabilidade dos sistemas dinâmicos e o projeto do controlador baseado em desigualdades matriciais lineares (Linear Matrix Inequalities, LMI). As especificações consideradas neste projeto foram a estabilidade, a taxa de decaimento e restrições nos sinais de entrada e saída. Foi também projetado um observador de estado e regulador com observador de estado, todos não-lineares e contínuos no tempo, para o paciente paraplégico, também baseado em LMI, no ponto de operação com a posição da perna em 60o. Devido a necessidade de implementação em hardware, um modelo discretizado foi proposto, para a obtenção de modelos fuzzy Takagi-Sugeno discretos no tempo, a partir de modelos fuzzy Takagi-Sugeno contínuos no tempo, considerando períodos de amostragem suficientemente pequenos. Análises te'oricas e simulações digitais comprovaram a sua eficácia. Reguladores com observadores contínuos no tempo, considerando o rastreamento da posição da perna de um paraplégico e uso de variáveis virtuais foram também propostos. Neste projeto, pôde-se variar a posição angular desejada sem a necessidade do cálculo do novo ponto de operação e do projeto de um novo controlador para cada ponto de operação. Um método de identificação de modelos locais... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis presents studies, designs and simulations about the use of functional electrical stimulation, to control the leg position of a paraplegic patient. The plant is described by a nonlinear system using Takagi-Sugeno fuzzy models and a closed-loop control is presented. A transfer function represents the mathematical model related to the muscle torque and the pulse width. Considering the operation point at 30◦ and all state variables available, then a fuzzy regulator was designed. This design was based on the Lyapunov stability, Linear Matrix Inequalities (LMI), and considered the following specifications: decay rate, and input and output constraints. Moreover, the design of a state observer, also based on LMIs, to obtain a continuous-time regulator with an observer in the operation at 60◦ was presented. Due to the necessity of implementation in hardware, a new method to obtain a discrete-time T-S model of plants described by continuous-time nonlinear T-S models, considering small sampling periods was proposed. Another new methodology was proposed to design continuous-time regulators and observers, through the signal tracking (leg position of paraplegics) and the use of virtual variables. This procedure allows the tracking of the angular position, without the design of a new controller for each operation point. A new method for the identification of T-S local models, where the input is a step and the system operates around the operation point of the wanted local model was proposed. This procedure is based on LMI. Other new method, using state-derivative feedback, was proposed for the control of the leg position of a paraplegic patient, described by a T-S model, using only accelerometers as sensors. All the simulated results in this thesis show that the proposed procedures are efficient and offer good results to this control problem class. / Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Coorientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Neusa Augusto Pereira da Silva / Banca: Vilma Alves de Oliveira / Banca: Walter Germanovix / Doutor

Orientador: Alício Rosalino Garcia / Banca: Osvaldo Luiz Bezzon / Banca: Eulália Maria Martins da Silva / Resumo: Os ruídos articulares são sinais que caracterizam a presença de algumas desordens temporomandibulares ou instabilidade articular, porém também podem estar presentes em indivíduos sem sintomatologia dolorosa ou disfunção, representando assim um grande desconforto social. O objetivo deste estudo foi quantificar a energia vibratória e o pico de amplitude das vibrações das articulações temporomandibulares com estalo no final da abertura bucal de 15 pacientes com hipermobilidade condilar e avaliar o efeito do tratamento através de exercícios de resistência para o fortalecimento dos músculos da mastigação associados a estímulo elétrico. A intensidade vibratória nos pacientes foi comparada àquela verificada em um grupo de referência constituído de 15 indivíduos assintomáticos antes e após tratamento. Os registros das vibrações articulares foram realizados através de eletrovibratografia, durante os ciclos de abertura e fechamento bucal no momento da consulta, aos 60 e 120 dias de tratamento. Através dos testes "t" de student e do teste de Tukey verificou-se que as vibrações articulares foram significantemente maiores no final da abertura e início do fechamento bucal tanto no momento da consulta quanto após tratamento. No entanto houve uma redução significante em todas as fases dos ciclos de abertura e fechamento bucal após 120 dias de fortalecimento muscular indicando um sucesso terapêutico. Verificou-se também que mesmo após a significativa redução as vibrações nos pacientes permaneceram mais intensas que no grupo assintomático. / Abstract: The articular sounds are signs that characterizes a temporomandibular disorder or articular instability. However they also exist in persons without pain or dysfunction, and can represent a social discomfort. The aim of this study was to quantify the vibratory energy and amplitude peak of vibrations from temporomandibular joints with sounds at maximal mouth opening of 15 patients and analyses the effect of treatment with resistance exercises for the strengthening of masticatory muscles associated with electrical stimulation doing a comparison of the vibratory intensities registered in the first contact with the patient and after 60 and 120 days of treatment and also compare this results with non symptomatic ones. Vibratory registers during opening and closing movements were done with electrovibratographic exam. It was verified using 't' student test and Tukey test that articular vibrations were significantly more intense in the end of opening and beginning of closing movements in the consult and after treatment. However vibrations reduced significantly after 120 days of muscular strengthening. Even after this reduction, vibrations of pacients weren't similar to ones of non symptomatic persons. / Mestre

Orientador: Cleopatra da Silva Planeta / Banca: Azair Liane Matos do Canto de Souza / Banca: Tatiana Lima Ferreira / Resumo: A cafeína é provavelmente a substância psicoativa mais consumida no mundo. Essa substância está presente em alimentos, bebidas e medicamentos, sendo esses comercializados para indivíduos de todas as idades. Apesar disto, os efeitos da cafeína sobre os adolescentes são pouco compreendidos. Assim, o objetivo do presente estudo foi investigar os efeitos psicomotores e neuroquímicos da cafeína em ratos adolescentes e adultos. Para tanto, ratos Wistar adolescentes (dia pós-natal 37 - 40) ou adultos (dia pós-natal 70 - 74) tiveram sua atividade locomotora registrada após injeção intraperitoneal (i.p.) de salina ou cafeína (3, 10, 30, 60 ou 120 mg/kg). Em outro experimento ratos adolescentes e adultos receberam injeção i.p. de salina ou cafeína nas doses de 30 ou 100 mg/kg e as concentrações de dopamina, serotonina e seus metabólitos foram determinadas no córtex pré-frontal medial (CPFm), núcleo acumbens (NAc), caudado putamem (CPu) e área tegmental ventral (ATV) por cromatrografia líquida de alta resolução acoplada a detector eletroquímico. Nossos resultados demonstraram que a cafeína nas doses de 10 e 30 mg/kg induziram estimulação da atividade locomotora em ambos as idades, enquanto as doses mais elevadas (60 e 120 mg/kg) somente estimulou a atividade locomotora nos animais adolescentes. A injeção aguda de cafeína na dose de 30 e 100 mg/kg aumentou as concentrações de dopamina no CPu e na ATV em ratos adolescentes, mas não em adultos, e no NAc em ambas as idades. Além disso, cafeína causou aumento das concentrações de serotonina no CPFm em ratos adultos, mas não em adolescentes; e na ATV em ambas as idades. Portanto, em ratos adolescentes a cafeína causa estimulação em uma faixa de doses mais ampla que nos adultos. A alteração causada pela cafeína sobre o sistema dopaminérgico é mais evidente em ratos adolescentes do que adultos, enquanto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Caffeine is the most consumed psychostimulant drug in the world. This drug is present in food, beverages and medicines marketed for individuals of all ages. Despite the great consumption of caffeine containing foods by children and adolescents, few studies investigated age related effects of caffeine. Thus, we investigated caffeine-induced locomotor activity, as well as the effects of caffeine on the dopaminergic and serotoninergic neurotransmission in adolescents and adults rats in areas important for motor behavior. Adolescent (postnatal day 37-40) or adult (postnatal day 70-74) Wistar rats had their locomotor activity registered following intraperitoneal (i.p.) injection of vehicle or caffeine (3, 10, 30, 60 or 120 mg/kg). In other experiment adolescent or adult rats received acute i.p. injections of 30 or 100 mg/kg of caffeine or saline and had the tissue levels of dopamine, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), homovanillic acid (HVA), serotonin and 5-hydroxiindolacetic acid (5-HIAA) in the nucleus acumbens (NAc), medial pre-frontal cortex (mPFC), caudate putamen (CPu) and ventral tegmental area (VTA) quantified by high performance liquid chromatography (HPLC). Our results showed that 10 and 30 mg/kg of caffeine induced increased locomotor activity in both adolescent and adult rats, while at the higher caffeine doses (60 and 120 mg/kg) only adolescents were stimulated. The acute injection of 30 or 100 mg/kg of caffeine increased dopamine levels in the CPu and VTA in adolescent but not in adult rats, and in NAc in both ages. Furthermore, caffeine caused an increase in the concentration of serotonine in mPCF in adult but not in adolescent rats, and in VTA in both ages. Thus, in adolescent rats caffeine causes stimulation in a wider range of doses than in adults. The changes caused by caffeine on dopaminergic system are most evident in adolescent than adult rats, while... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre