Introdução: Ativação exacerbada de processos excitatórios mediados por NMDA e excesso de inibição mediada por GABA são descritos, respectivamente, nas fases agudas e subagudas após o traumatismo cranioencefálico (TCE). No entanto, existem poucos estudos a respeito do funcionamento desses circuitos na fase crônica do TCE. Objetivo: Avaliar a excitabilidade cortical (EC) de pacientes em fase crônica que sofreram TCE, especificamente diagnosticados com lesão axonial difusa (LAD). Métodos: Todos os 31 pacientes adultos foram avaliados após 1 ano, pelo menos, do TCE moderado ou grave. Inicialmente, os pacientes foram submetidos à avaliação de funções executivas - atenção, memória, fluência verbal e velocidade de processamento de informação - por meio de bateria neuropsicológica. Em seguida, a avaliação da EC foi realizada utilizando-se uma bobina circular para aplicar pulsos simples e pareados de estimulação magnética transcraniana na região cortical representativa do abdutor curto do polegar (pollicis brevis) na área M1 de ambos hemisférios. Os parâmetros de EC medidos foram: Limiar Motor de Repouso (LMR), Potenciais Evocados Motores (PEM), Inibição Intracortical de Intervalo Curto (IICIC) e Facilitação Intracortical (FIC). Todos os dados foram comparados aos dados normativos de EC já descritos na literatura e também aos de um grupo controle de pessoas saudáveis. Resultados: Não houve diferença significativa entre os hemisférios direto e esquerdo. Desta forma, os dados foram analisados de forma agrupada (\"pooled data\"). Os valores de LMR e FIC dos pacientes com LAD estavam dentro dos valores de normalidade. No entanto, os valores de PEMs a 120% do LMR, a 140% do LMR e IICIC estavam aumentados (respectivamente p=0,013; p=0,012; p < 0,001): PEM-120% LAD 524,95 [365,42 ; 616,66] versus Controles 303,50 [241,49 ; 399,19]; PEM-140% LAD 1150,00 [960,56 ; 1700,00] vs Controles 670,5 [575,43 ; 1122,78] e IICIC LAD 1,09 [0,82 ; 1,35] vs Controles 0,34 [0,28 ; 0,51]; pp02-Rel LAD 0,85 [0,64 ; 1,36] vs Controles 0,28 [0,20 ; 0,37]; pp04-Rel LAD 1,03 [0,88 ; 1,34] vs Controles 0,38 [0,29 ; 0,62] - sugerindo um possível desarranjo no sistema inibitório (p < 0.001). Os achados neuropsicológicos mostraram alterações na memória, atenção e velocidade de processamento de informação, mas possuíam correlação fraca com os dados de EC. Conclusão: Como os processos inibitórios envolvem circuitos mediados por GABA, além de outros, existe a possível inferência de que a própria fisiopatologia do LAD (rompimento de axônios) possa depletar GABA contribuindo com a desinibição do sistema neural na fase crônica do LAD / Background: Overactivation of NMDA-mediated excitatory processes and excess of GABA-mediated inhibition are described after a brain injury on the acute and subacute phases, respectively. Nevertheless, there are few studies regarding the circuitry on the chronic phase of brain injury. Objective: To evaluate the cortical excitability (CE) on the chronic phase of Traumatic Brain Injury (TBI) victims, specifically diagnosed with Diffuse Axonal Injury (DAI). Method: All 31 adult patients were evaluated after one year, at least, from the moderate and severe TBI. First, all patients underwent a broad neuropsychological assessment to evaluate executive functions - attention, memory, verbal fluency and information processing speed. Then, subsequently, the CE assessment was performed with a circular coil applying single-pulse and paired-pulse transcranial magnetic stimulation over the cortical representation of the abductor pollicis brevis muscle on M1 of both hemispheres. The CE parameters measured were: Resting Motor Threshold (RMT), Motor-Evoked Potentials (MEP), Short Interval Intracortical Inhibition (SIICI), and Intracortical Facilitation (ICF). All data were compared to normative data previously described on literature and to a control group that consisted of healthy subjects. Results: No significant difference between Left and Right hemispheres were found on these DAI patients. Therefore, parameters were analyzed as pooled data. Values of RMT and ICF from DAI patients were found within the normality. However, MEPs and SIICI values were higher on DAI patients (respectively p=0,013; p=0,012; p < 0,001): MEP-120% DAI 524,95 [365,42 ; 616,66] versus Control 303,50 [241,49 ; 399,19]; MEP-140% DAI 1150,00 [960,56 ; 1700,00] vs Control 670,5 [575,43 ; 1122,78] and SIICI DAI 1,09 [0,82 ; 1,35] vs Control 0,34 [0,28 ; 0,51]; pp02-Rel DAI 0,85 [0,64 ; 1,36] vs Control 0,28 [0,20 ; 0,37]; pp04-Rel DAI 1,03 [0,88 ; 1,34] vs Control 0,38 [0,29 ; 0,62] - suggesting a disarranged inhibitory system (p < 0.001). The neuropsychological findings had weak correlation with CE data. Conclusion: As inhibition processes also involve GABA-mediated circuitry, it is likely to infer that DAI pathophysiology itself (disruption of axons) may deplete GABA contributing to a disinhibition of the neural system on the chronic phase of DAI

Introdução: A osteoartrite de joelhos (KOA) apresenta alta prevalência, principalmente em mulheres. Com o envelhecimento da população esta prevalência irá aumentar. Os tratamentos conservadores apresentam limitada eficácia em expressivo número de pacientes no curso do tratamento . A cirurgia de protetização apresenta altos custos, possibilidade de complicações pós-operatórias graves e ainda que a correção anatômica seja perfeita, em torno de 20% dos pacientes persistem com dor crônica pós-operatória. Portanto, é preciso avançar no conhecimento dos mecanismos fisiopatológicos e estudar novas abordagens terapêuticas para agregar às existentes, visando melhor manejo da dor e para restabelecer a função de maneira mais efetiva. Estas questões motivaram três questões centrais que origiram os três estudos que compõem esta tese. Estudo I: No primeiro estudo avaliamos os mecanismos pelos quais há perpetuação da dor na KOA. Para responder a esta questão buscou respostas aos seguintes objetivos: I) Comparar se a função da via da dor inibitório descendente está associada com o estado de inibição no sistema corticospinal, indexado pelo potencial evocado motor (MEP) e o período de silêncio cortical (CSP) em pacientes com KOA e controles saudáveis. II) Determinar se há correlação entre as medidas de inibição intracortical (CSP, MEP) com alterações na escala de dor numérica (NPS 0-10) na KOA durante a tarefa de modulação condicionada de dor (CPM-task) considerando o efeito da capacidade funcional auto-relatada avaliada pelo Western Ontário and McMaster Universities Index (WOMAC) e uso de analgésicos. Métodos: Estudo transversal, foram incluídas 21 pacientes femininas com KOA e 10 controles saudáveis com idade entre 19 a 75 anos. Os parâmetros de excitabilidade do córtex motor (MEP e CSP) foram avaliados utilizando a estimulação magnética trasncraniana (EMT). Avaliação de dor e a incapacidade pelo WOMAC e a NPS (0-10) durante a CPM-task. Resultados: A média ajustada (DP) do CSP observada em pacientes com OA foi 23,43% menor do que em indivíduos saudáveis [54,54 (16,10) vs. 70,94 (22,87)], respectivamente (P = 0,01). A função do sistema modulador descendente de dor avaliado pela alteração do NPS (0-10) durante o CPM-task foi negativamente correlacionada com o parâmetro de excitabilidade cortical indexado pelo CSP (P = 0,001). O CSP foi negativamente correlacionado com a dor e incapacidade avaliada pelo índice WOMAC. Conclusão: Foi observado um sistema inibitório descendente de dor enfraquecido, corroborando com os achados em outras patologias de dor crônica. Estudo II O segundo estudo buscou determinar se na KOA, uma sessão de IMS (eletroestimulação intramuscular) ativa comparada com sham promove um efeito nos parâmetros de excitabilidade do córtex motor [MEP, inibição intracortical curta - SICI, facilitação intracortical (ICF) e CSP] e nas medidas de dor [limiar de dor a pressão (PPT); escala visual analógica de dor (VAS) e mudança na escala de dor numérica (NPS0-10) durante a CPM-task]. Esse estudo também se propôs a determinar se o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) sérico medeia o efeito desta estimulação no sistema cortico-espinhal, tal como avaliado pelo MEP e pelo PPT. Métodos: Foram incluídas 26 mulheres com KOA, com idade entre 50 a 75 anos. Elas foram divididas randomicamente para receber uma sessão de 30 minutos de IMS ativa (n = 13) ou IMS sham (n = 13) por meio de eletroestimulação com frequência de 2 Hz. As agulhas foram inseridas paravertebrais em nível da saída das raízes lombares de L1 a S2 e nos músculos cuja inervação corresponde a essas raízes e que sustentam a articulação do joelho (vasto medial, reto anterior, vasto lateral, tibial anterior e inserção da pata anserina). Os desfechos foram as medidas de dor (VAS, PPT, NPS durante CPM-task) e parâmetros de excitabilidade (MEP, CSP, SICI, ICF) realizados antes e imediatamente após a intervenção. Resultados: a IMS ativa comparado com sham diminuiu o MEP em 31,61% [intervalo de confiança (IC) 95%, 2,34-60,98]. Para os resultados secundários, IMS reduziu o ICF e aumentou o CSP. A IMS melhorou a dor relatada no VAS, o PPT e a pontuação do NPS (0-10) durante a CPM-task. O BDNF foi negativamente correlacionado com o PPT (r = 20,56). Conclusão: Obtivemos resultados demonstrando melhora da dor e reforço do sistema cortico-espinhal inibitório comparado ao tratamento sham com IMS. Estudo III O terceiro estudo buscou: 1) Avaliar se a utilização da ETCC (estimulação transcraniana de corrente contínua) combinada a IMS pode promover um resultado melhor de modulação da via cortico-espinhal de dor através da potenciação dos efeitos dos dois tratamentos; comparado a cada um deles isoladamente e ao tratamento sham. 2) Avaliar a capacidade da ETCC em reforçar o sistema inibitório descendente de dor e modular a excitabilidade neuronal através da VAS, PPT e NPS durante CPM-task. Além disso, avaliamos se o BDNF sérico poderia prever o efeito da terapia no final do tratamento. Métodos: 60 mulheres de 50 a 75 anos. Randomizadas em um de quatro grupos: ETCC+IMS, ETCC+IMS sham, ETCC sham+IMS, ETCC sham+IMS sham. Receberam 5 sessões de tratamento: ETCC anodal, lado contrário ao joelho acometido, 2mA, 30 min. IMS: estimulação com freqüência de 2Hz, 30 min; agulhas colocadas a 2cm de L1 á S2, nos músculos vasto medial, vasto lateral, reto anterior, tibial anterior e na inserção da pata anserina. Resultados: O a-tDCS + a-IMS mostrou os melhores resultados com diferença significativa na dor (VAS) [média (DP) relacionadas ao tratamento (pós e pré): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95%CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p=.003] e funcionalidade. Esse resultado iniciou na primeira sessão e manteve-se ao longo do estudo. A-tDCS+a-IMS foi o único capaz de modificar o sistema inibitório descendente de dor. Conclusão: Obtivemos melhora da dor e capacidade funcional com IMS, ETCC e ETCC+IMS. Mas somente o grupo de tratamento ETCC+IMS demonstrou capacidade de modificação do sistema inibitório descendente de dor. / Background: Knee osteoarthritis (KOA) has a high prevalence, especially in women. With the aging of the population this prevalence will increase. Conservative treatments have limited efficacy in expressive number of patients in the course of the treatment. The total knee replacement surgery presents high costs, possibility of serious postoperative complications and although the anatomical correction is perfect, around 20% persist with chronic postoperative pain. Therefore, it’s necessary to advance in the knowledge of pathophysiological mechanisms and to study new therapeutic approaches to add to the existing ones, aiming to better manage pain and to restore function more effectively. These questions motivated three central questions that originated the three studies that compose this thesis. Study I In the first study we evaluated the mechanisms by which there is perpetuation of pain in knee osteoarthritis and to answer this question sought to answer the following objectives: I) To compare if the function of the descending inhibitory pain pathway is associated with the state of inhibition in the corticospinal system, indexed by the motor evoked potential (MEP) and the cortical silent period (CSP) in patients with KOA and healthy controls. II) To determine if there is a correlation between the intracortical inhibition measures (CSP, MEP) with changes in the numerical pain scale (NPS 0-10) in the KOA during the task of conditioned pain modulation (CPM-task) considering the effect of the self-reported function evaluated by the Western Ontario and McMaster Universities Index (WOMAC) and the use of analgesics. Methods: A cross-sectional study included 21 female patients with KOA and 10 healthy controls aged 19-75 years old. Motor cortex excitability parameters (MEP and CSP) were assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Pain assessment and disability by WOMAC and NPS (0-10) during the CPM-task. Results: The adjusted mean (SD) of CSP observed in patients with OA was 23.43% lower than in healthy subjects [54,54 (16,10) vs 70.94 (22.87)], respectively (P = 0.01). The function of the descending pain modulatory system evaluated by the NPS (0-10) change during the CPM-task was negatively correlated with the cortical excitability parameter indexed by CSP (P = 0.001). CSP was negatively correlated with pain and disability assessed by the WOMAC index. Conclusion: It was observed a descending pain inhibitory system weakened, corroborating the findings of other chronic pain conditions. Study II The second study sought to determine if one active IMS session compared to sham promoted an effect on motor cortex excitability (MEP, short intracortical inhibition - SICI, intracortical facilitation (ICF) and CSP and in the pain measures [pressure pain threshold (PPT); Visual analogue pain scale (VAS) and numerical pain scale change (NPS0-10) during the CPM-task]. This study also aimed to determine whether serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mediates the effect of this stimulation on the cortico-spinal system, as assessed by MEP and PPT. Methods: Twenty-six women with KOA, aged 50-75 years old, were included. They were randomly divided to receive a 30-minute session of active IMS (n = 13) or IMS sham (n = 13) by electrostimulation with a frequency of 2 Hz. The needles were inserted paravertebral at the level of the lumbar roots exit from L1 to S2 and in the muscles whose innervation corresponds to these roots and which support the knee joint (vastus medialis, rectus anterior, vastus lateral, tibialis anterior and insertion of the anserine paw). The outcomes were pain measures (VAS, PPT, NPS during CPM-task) and excitability parameters (MEP, CSP, SICI, ICF) performed before and immediately after the intervention. Results: the active IMS compared with sham decreased the MEP by 31.61% [confidence interval (CI) 95%, 2.34-60.98]. For the secondary outcomes, IMS reduced ICF and increased CSP. IMS improved pain reported in VAS, PPT, and NPS score (0-10) during the CPM-task. BDNF was negatively correlated with PPT (r = 20.56). Conclusion: We obtained results demonstrating improvement of pain and enhancement of the inhibitory corticospinal system compared to sham treatment with IMS. Study III The third study aimed to: 1) Evaluate if the use of the combined tDCS (transcranial direct current stimulation) to IMS can promote a better result of modulation of the corticospinal pain pathway through the potentiation of the effects of the two treatments; compared to each of them alone, and with the sham treatment. 2) To evaluate the ability of the tDCS to strengthen the descending inhibitory pain system and to modulate neuronal excitability through VAS, PPT and NPS during CPM-task. In addition, we evaluated whether serum BDNF could predict the effect of therapy at the end of treatment. Methods: 60 women aged 50 to 75 years old. Randomized in one of four groups: tDCS + IMS, tDCS + IMS sham, tDCS sham + IMS, tDCS sham + IMS sham. They received 5 sessions of treatment: anodal tDCS, opposite side to affected knee, 2mA, 30 min. IMS: stimulation with frequency of 2Hz, 30 min; needles placed at 2 cm from L1 to S2, in the vastus medialis, vastus lateralis, rectus anterior, tibialis anterior and insertion of the anserine paw. Results: a-tDCS + a-IMS showed the best results with significant difference in pain (VAS) [mean (SD) related to treatment (post and pre): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95% CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p = .003] and functionality. This result started in the first session and was maintained throughout the study. A-tDCS + a-IMS was the only one able to modify the descending inhibitory pain system. Conclusion: We achieved improved pain and functional capacity with IMS, tDCS and tDCS + IMS. But only the tDCS + IMS treatment group demonstrated ability to modify the descending inhibitory pain system.

Introdução: A osteoartrite de joelhos (KOA) apresenta alta prevalência, principalmente em mulheres. Com o envelhecimento da população esta prevalência irá aumentar. Os tratamentos conservadores apresentam limitada eficácia em expressivo número de pacientes no curso do tratamento . A cirurgia de protetização apresenta altos custos, possibilidade de complicações pós-operatórias graves e ainda que a correção anatômica seja perfeita, em torno de 20% dos pacientes persistem com dor crônica pós-operatória. Portanto, é preciso avançar no conhecimento dos mecanismos fisiopatológicos e estudar novas abordagens terapêuticas para agregar às existentes, visando melhor manejo da dor e para restabelecer a função de maneira mais efetiva. Estas questões motivaram três questões centrais que origiram os três estudos que compõem esta tese. Estudo I: No primeiro estudo avaliamos os mecanismos pelos quais há perpetuação da dor na KOA. Para responder a esta questão buscou respostas aos seguintes objetivos: I) Comparar se a função da via da dor inibitório descendente está associada com o estado de inibição no sistema corticospinal, indexado pelo potencial evocado motor (MEP) e o período de silêncio cortical (CSP) em pacientes com KOA e controles saudáveis. II) Determinar se há correlação entre as medidas de inibição intracortical (CSP, MEP) com alterações na escala de dor numérica (NPS 0-10) na KOA durante a tarefa de modulação condicionada de dor (CPM-task) considerando o efeito da capacidade funcional auto-relatada avaliada pelo Western Ontário and McMaster Universities Index (WOMAC) e uso de analgésicos. Métodos: Estudo transversal, foram incluídas 21 pacientes femininas com KOA e 10 controles saudáveis com idade entre 19 a 75 anos. Os parâmetros de excitabilidade do córtex motor (MEP e CSP) foram avaliados utilizando a estimulação magnética trasncraniana (EMT). Avaliação de dor e a incapacidade pelo WOMAC e a NPS (0-10) durante a CPM-task. Resultados: A média ajustada (DP) do CSP observada em pacientes com OA foi 23,43% menor do que em indivíduos saudáveis [54,54 (16,10) vs. 70,94 (22,87)], respectivamente (P = 0,01). A função do sistema modulador descendente de dor avaliado pela alteração do NPS (0-10) durante o CPM-task foi negativamente correlacionada com o parâmetro de excitabilidade cortical indexado pelo CSP (P = 0,001). O CSP foi negativamente correlacionado com a dor e incapacidade avaliada pelo índice WOMAC. Conclusão: Foi observado um sistema inibitório descendente de dor enfraquecido, corroborando com os achados em outras patologias de dor crônica. Estudo II O segundo estudo buscou determinar se na KOA, uma sessão de IMS (eletroestimulação intramuscular) ativa comparada com sham promove um efeito nos parâmetros de excitabilidade do córtex motor [MEP, inibição intracortical curta - SICI, facilitação intracortical (ICF) e CSP] e nas medidas de dor [limiar de dor a pressão (PPT); escala visual analógica de dor (VAS) e mudança na escala de dor numérica (NPS0-10) durante a CPM-task]. Esse estudo também se propôs a determinar se o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) sérico medeia o efeito desta estimulação no sistema cortico-espinhal, tal como avaliado pelo MEP e pelo PPT. Métodos: Foram incluídas 26 mulheres com KOA, com idade entre 50 a 75 anos. Elas foram divididas randomicamente para receber uma sessão de 30 minutos de IMS ativa (n = 13) ou IMS sham (n = 13) por meio de eletroestimulação com frequência de 2 Hz. As agulhas foram inseridas paravertebrais em nível da saída das raízes lombares de L1 a S2 e nos músculos cuja inervação corresponde a essas raízes e que sustentam a articulação do joelho (vasto medial, reto anterior, vasto lateral, tibial anterior e inserção da pata anserina). Os desfechos foram as medidas de dor (VAS, PPT, NPS durante CPM-task) e parâmetros de excitabilidade (MEP, CSP, SICI, ICF) realizados antes e imediatamente após a intervenção. Resultados: a IMS ativa comparado com sham diminuiu o MEP em 31,61% [intervalo de confiança (IC) 95%, 2,34-60,98]. Para os resultados secundários, IMS reduziu o ICF e aumentou o CSP. A IMS melhorou a dor relatada no VAS, o PPT e a pontuação do NPS (0-10) durante a CPM-task. O BDNF foi negativamente correlacionado com o PPT (r = 20,56). Conclusão: Obtivemos resultados demonstrando melhora da dor e reforço do sistema cortico-espinhal inibitório comparado ao tratamento sham com IMS. Estudo III O terceiro estudo buscou: 1) Avaliar se a utilização da ETCC (estimulação transcraniana de corrente contínua) combinada a IMS pode promover um resultado melhor de modulação da via cortico-espinhal de dor através da potenciação dos efeitos dos dois tratamentos; comparado a cada um deles isoladamente e ao tratamento sham. 2) Avaliar a capacidade da ETCC em reforçar o sistema inibitório descendente de dor e modular a excitabilidade neuronal através da VAS, PPT e NPS durante CPM-task. Além disso, avaliamos se o BDNF sérico poderia prever o efeito da terapia no final do tratamento. Métodos: 60 mulheres de 50 a 75 anos. Randomizadas em um de quatro grupos: ETCC+IMS, ETCC+IMS sham, ETCC sham+IMS, ETCC sham+IMS sham. Receberam 5 sessões de tratamento: ETCC anodal, lado contrário ao joelho acometido, 2mA, 30 min. IMS: estimulação com freqüência de 2Hz, 30 min; agulhas colocadas a 2cm de L1 á S2, nos músculos vasto medial, vasto lateral, reto anterior, tibial anterior e na inserção da pata anserina. Resultados: O a-tDCS + a-IMS mostrou os melhores resultados com diferença significativa na dor (VAS) [média (DP) relacionadas ao tratamento (pós e pré): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95%CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p=.003] e funcionalidade. Esse resultado iniciou na primeira sessão e manteve-se ao longo do estudo. A-tDCS+a-IMS foi o único capaz de modificar o sistema inibitório descendente de dor. Conclusão: Obtivemos melhora da dor e capacidade funcional com IMS, ETCC e ETCC+IMS. Mas somente o grupo de tratamento ETCC+IMS demonstrou capacidade de modificação do sistema inibitório descendente de dor. / Background: Knee osteoarthritis (KOA) has a high prevalence, especially in women. With the aging of the population this prevalence will increase. Conservative treatments have limited efficacy in expressive number of patients in the course of the treatment. The total knee replacement surgery presents high costs, possibility of serious postoperative complications and although the anatomical correction is perfect, around 20% persist with chronic postoperative pain. Therefore, it’s necessary to advance in the knowledge of pathophysiological mechanisms and to study new therapeutic approaches to add to the existing ones, aiming to better manage pain and to restore function more effectively. These questions motivated three central questions that originated the three studies that compose this thesis. Study I In the first study we evaluated the mechanisms by which there is perpetuation of pain in knee osteoarthritis and to answer this question sought to answer the following objectives: I) To compare if the function of the descending inhibitory pain pathway is associated with the state of inhibition in the corticospinal system, indexed by the motor evoked potential (MEP) and the cortical silent period (CSP) in patients with KOA and healthy controls. II) To determine if there is a correlation between the intracortical inhibition measures (CSP, MEP) with changes in the numerical pain scale (NPS 0-10) in the KOA during the task of conditioned pain modulation (CPM-task) considering the effect of the self-reported function evaluated by the Western Ontario and McMaster Universities Index (WOMAC) and the use of analgesics. Methods: A cross-sectional study included 21 female patients with KOA and 10 healthy controls aged 19-75 years old. Motor cortex excitability parameters (MEP and CSP) were assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Pain assessment and disability by WOMAC and NPS (0-10) during the CPM-task. Results: The adjusted mean (SD) of CSP observed in patients with OA was 23.43% lower than in healthy subjects [54,54 (16,10) vs 70.94 (22.87)], respectively (P = 0.01). The function of the descending pain modulatory system evaluated by the NPS (0-10) change during the CPM-task was negatively correlated with the cortical excitability parameter indexed by CSP (P = 0.001). CSP was negatively correlated with pain and disability assessed by the WOMAC index. Conclusion: It was observed a descending pain inhibitory system weakened, corroborating the findings of other chronic pain conditions. Study II The second study sought to determine if one active IMS session compared to sham promoted an effect on motor cortex excitability (MEP, short intracortical inhibition - SICI, intracortical facilitation (ICF) and CSP and in the pain measures [pressure pain threshold (PPT); Visual analogue pain scale (VAS) and numerical pain scale change (NPS0-10) during the CPM-task]. This study also aimed to determine whether serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mediates the effect of this stimulation on the cortico-spinal system, as assessed by MEP and PPT. Methods: Twenty-six women with KOA, aged 50-75 years old, were included. They were randomly divided to receive a 30-minute session of active IMS (n = 13) or IMS sham (n = 13) by electrostimulation with a frequency of 2 Hz. The needles were inserted paravertebral at the level of the lumbar roots exit from L1 to S2 and in the muscles whose innervation corresponds to these roots and which support the knee joint (vastus medialis, rectus anterior, vastus lateral, tibialis anterior and insertion of the anserine paw). The outcomes were pain measures (VAS, PPT, NPS during CPM-task) and excitability parameters (MEP, CSP, SICI, ICF) performed before and immediately after the intervention. Results: the active IMS compared with sham decreased the MEP by 31.61% [confidence interval (CI) 95%, 2.34-60.98]. For the secondary outcomes, IMS reduced ICF and increased CSP. IMS improved pain reported in VAS, PPT, and NPS score (0-10) during the CPM-task. BDNF was negatively correlated with PPT (r = 20.56). Conclusion: We obtained results demonstrating improvement of pain and enhancement of the inhibitory corticospinal system compared to sham treatment with IMS. Study III The third study aimed to: 1) Evaluate if the use of the combined tDCS (transcranial direct current stimulation) to IMS can promote a better result of modulation of the corticospinal pain pathway through the potentiation of the effects of the two treatments; compared to each of them alone, and with the sham treatment. 2) To evaluate the ability of the tDCS to strengthen the descending inhibitory pain system and to modulate neuronal excitability through VAS, PPT and NPS during CPM-task. In addition, we evaluated whether serum BDNF could predict the effect of therapy at the end of treatment. Methods: 60 women aged 50 to 75 years old. Randomized in one of four groups: tDCS + IMS, tDCS + IMS sham, tDCS sham + IMS, tDCS sham + IMS sham. They received 5 sessions of treatment: anodal tDCS, opposite side to affected knee, 2mA, 30 min. IMS: stimulation with frequency of 2Hz, 30 min; needles placed at 2 cm from L1 to S2, in the vastus medialis, vastus lateralis, rectus anterior, tibialis anterior and insertion of the anserine paw. Results: a-tDCS + a-IMS showed the best results with significant difference in pain (VAS) [mean (SD) related to treatment (post and pre): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95% CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p = .003] and functionality. This result started in the first session and was maintained throughout the study. A-tDCS + a-IMS was the only one able to modify the descending inhibitory pain system. Conclusion: We achieved improved pain and functional capacity with IMS, tDCS and tDCS + IMS. But only the tDCS + IMS treatment group demonstrated ability to modify the descending inhibitory pain system.

Introdução: A osteoartrite de joelhos (KOA) apresenta alta prevalência, principalmente em mulheres. Com o envelhecimento da população esta prevalência irá aumentar. Os tratamentos conservadores apresentam limitada eficácia em expressivo número de pacientes no curso do tratamento . A cirurgia de protetização apresenta altos custos, possibilidade de complicações pós-operatórias graves e ainda que a correção anatômica seja perfeita, em torno de 20% dos pacientes persistem com dor crônica pós-operatória. Portanto, é preciso avançar no conhecimento dos mecanismos fisiopatológicos e estudar novas abordagens terapêuticas para agregar às existentes, visando melhor manejo da dor e para restabelecer a função de maneira mais efetiva. Estas questões motivaram três questões centrais que origiram os três estudos que compõem esta tese. Estudo I: No primeiro estudo avaliamos os mecanismos pelos quais há perpetuação da dor na KOA. Para responder a esta questão buscou respostas aos seguintes objetivos: I) Comparar se a função da via da dor inibitório descendente está associada com o estado de inibição no sistema corticospinal, indexado pelo potencial evocado motor (MEP) e o período de silêncio cortical (CSP) em pacientes com KOA e controles saudáveis. II) Determinar se há correlação entre as medidas de inibição intracortical (CSP, MEP) com alterações na escala de dor numérica (NPS 0-10) na KOA durante a tarefa de modulação condicionada de dor (CPM-task) considerando o efeito da capacidade funcional auto-relatada avaliada pelo Western Ontário and McMaster Universities Index (WOMAC) e uso de analgésicos. Métodos: Estudo transversal, foram incluídas 21 pacientes femininas com KOA e 10 controles saudáveis com idade entre 19 a 75 anos. Os parâmetros de excitabilidade do córtex motor (MEP e CSP) foram avaliados utilizando a estimulação magnética trasncraniana (EMT). Avaliação de dor e a incapacidade pelo WOMAC e a NPS (0-10) durante a CPM-task. Resultados: A média ajustada (DP) do CSP observada em pacientes com OA foi 23,43% menor do que em indivíduos saudáveis [54,54 (16,10) vs. 70,94 (22,87)], respectivamente (P = 0,01). A função do sistema modulador descendente de dor avaliado pela alteração do NPS (0-10) durante o CPM-task foi negativamente correlacionada com o parâmetro de excitabilidade cortical indexado pelo CSP (P = 0,001). O CSP foi negativamente correlacionado com a dor e incapacidade avaliada pelo índice WOMAC. Conclusão: Foi observado um sistema inibitório descendente de dor enfraquecido, corroborando com os achados em outras patologias de dor crônica. Estudo II O segundo estudo buscou determinar se na KOA, uma sessão de IMS (eletroestimulação intramuscular) ativa comparada com sham promove um efeito nos parâmetros de excitabilidade do córtex motor [MEP, inibição intracortical curta - SICI, facilitação intracortical (ICF) e CSP] e nas medidas de dor [limiar de dor a pressão (PPT); escala visual analógica de dor (VAS) e mudança na escala de dor numérica (NPS0-10) durante a CPM-task]. Esse estudo também se propôs a determinar se o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) sérico medeia o efeito desta estimulação no sistema cortico-espinhal, tal como avaliado pelo MEP e pelo PPT. Métodos: Foram incluídas 26 mulheres com KOA, com idade entre 50 a 75 anos. Elas foram divididas randomicamente para receber uma sessão de 30 minutos de IMS ativa (n = 13) ou IMS sham (n = 13) por meio de eletroestimulação com frequência de 2 Hz. As agulhas foram inseridas paravertebrais em nível da saída das raízes lombares de L1 a S2 e nos músculos cuja inervação corresponde a essas raízes e que sustentam a articulação do joelho (vasto medial, reto anterior, vasto lateral, tibial anterior e inserção da pata anserina). Os desfechos foram as medidas de dor (VAS, PPT, NPS durante CPM-task) e parâmetros de excitabilidade (MEP, CSP, SICI, ICF) realizados antes e imediatamente após a intervenção. Resultados: a IMS ativa comparado com sham diminuiu o MEP em 31,61% [intervalo de confiança (IC) 95%, 2,34-60,98]. Para os resultados secundários, IMS reduziu o ICF e aumentou o CSP. A IMS melhorou a dor relatada no VAS, o PPT e a pontuação do NPS (0-10) durante a CPM-task. O BDNF foi negativamente correlacionado com o PPT (r = 20,56). Conclusão: Obtivemos resultados demonstrando melhora da dor e reforço do sistema cortico-espinhal inibitório comparado ao tratamento sham com IMS. Estudo III O terceiro estudo buscou: 1) Avaliar se a utilização da ETCC (estimulação transcraniana de corrente contínua) combinada a IMS pode promover um resultado melhor de modulação da via cortico-espinhal de dor através da potenciação dos efeitos dos dois tratamentos; comparado a cada um deles isoladamente e ao tratamento sham. 2) Avaliar a capacidade da ETCC em reforçar o sistema inibitório descendente de dor e modular a excitabilidade neuronal através da VAS, PPT e NPS durante CPM-task. Além disso, avaliamos se o BDNF sérico poderia prever o efeito da terapia no final do tratamento. Métodos: 60 mulheres de 50 a 75 anos. Randomizadas em um de quatro grupos: ETCC+IMS, ETCC+IMS sham, ETCC sham+IMS, ETCC sham+IMS sham. Receberam 5 sessões de tratamento: ETCC anodal, lado contrário ao joelho acometido, 2mA, 30 min. IMS: estimulação com freqüência de 2Hz, 30 min; agulhas colocadas a 2cm de L1 á S2, nos músculos vasto medial, vasto lateral, reto anterior, tibial anterior e na inserção da pata anserina. Resultados: O a-tDCS + a-IMS mostrou os melhores resultados com diferença significativa na dor (VAS) [média (DP) relacionadas ao tratamento (pós e pré): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95%CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p=.003] e funcionalidade. Esse resultado iniciou na primeira sessão e manteve-se ao longo do estudo. A-tDCS+a-IMS foi o único capaz de modificar o sistema inibitório descendente de dor. Conclusão: Obtivemos melhora da dor e capacidade funcional com IMS, ETCC e ETCC+IMS. Mas somente o grupo de tratamento ETCC+IMS demonstrou capacidade de modificação do sistema inibitório descendente de dor. / Background: Knee osteoarthritis (KOA) has a high prevalence, especially in women. With the aging of the population this prevalence will increase. Conservative treatments have limited efficacy in expressive number of patients in the course of the treatment. The total knee replacement surgery presents high costs, possibility of serious postoperative complications and although the anatomical correction is perfect, around 20% persist with chronic postoperative pain. Therefore, it’s necessary to advance in the knowledge of pathophysiological mechanisms and to study new therapeutic approaches to add to the existing ones, aiming to better manage pain and to restore function more effectively. These questions motivated three central questions that originated the three studies that compose this thesis. Study I In the first study we evaluated the mechanisms by which there is perpetuation of pain in knee osteoarthritis and to answer this question sought to answer the following objectives: I) To compare if the function of the descending inhibitory pain pathway is associated with the state of inhibition in the corticospinal system, indexed by the motor evoked potential (MEP) and the cortical silent period (CSP) in patients with KOA and healthy controls. II) To determine if there is a correlation between the intracortical inhibition measures (CSP, MEP) with changes in the numerical pain scale (NPS 0-10) in the KOA during the task of conditioned pain modulation (CPM-task) considering the effect of the self-reported function evaluated by the Western Ontario and McMaster Universities Index (WOMAC) and the use of analgesics. Methods: A cross-sectional study included 21 female patients with KOA and 10 healthy controls aged 19-75 years old. Motor cortex excitability parameters (MEP and CSP) were assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Pain assessment and disability by WOMAC and NPS (0-10) during the CPM-task. Results: The adjusted mean (SD) of CSP observed in patients with OA was 23.43% lower than in healthy subjects [54,54 (16,10) vs 70.94 (22.87)], respectively (P = 0.01). The function of the descending pain modulatory system evaluated by the NPS (0-10) change during the CPM-task was negatively correlated with the cortical excitability parameter indexed by CSP (P = 0.001). CSP was negatively correlated with pain and disability assessed by the WOMAC index. Conclusion: It was observed a descending pain inhibitory system weakened, corroborating the findings of other chronic pain conditions. Study II The second study sought to determine if one active IMS session compared to sham promoted an effect on motor cortex excitability (MEP, short intracortical inhibition - SICI, intracortical facilitation (ICF) and CSP and in the pain measures [pressure pain threshold (PPT); Visual analogue pain scale (VAS) and numerical pain scale change (NPS0-10) during the CPM-task]. This study also aimed to determine whether serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mediates the effect of this stimulation on the cortico-spinal system, as assessed by MEP and PPT. Methods: Twenty-six women with KOA, aged 50-75 years old, were included. They were randomly divided to receive a 30-minute session of active IMS (n = 13) or IMS sham (n = 13) by electrostimulation with a frequency of 2 Hz. The needles were inserted paravertebral at the level of the lumbar roots exit from L1 to S2 and in the muscles whose innervation corresponds to these roots and which support the knee joint (vastus medialis, rectus anterior, vastus lateral, tibialis anterior and insertion of the anserine paw). The outcomes were pain measures (VAS, PPT, NPS during CPM-task) and excitability parameters (MEP, CSP, SICI, ICF) performed before and immediately after the intervention. Results: the active IMS compared with sham decreased the MEP by 31.61% [confidence interval (CI) 95%, 2.34-60.98]. For the secondary outcomes, IMS reduced ICF and increased CSP. IMS improved pain reported in VAS, PPT, and NPS score (0-10) during the CPM-task. BDNF was negatively correlated with PPT (r = 20.56). Conclusion: We obtained results demonstrating improvement of pain and enhancement of the inhibitory corticospinal system compared to sham treatment with IMS. Study III The third study aimed to: 1) Evaluate if the use of the combined tDCS (transcranial direct current stimulation) to IMS can promote a better result of modulation of the corticospinal pain pathway through the potentiation of the effects of the two treatments; compared to each of them alone, and with the sham treatment. 2) To evaluate the ability of the tDCS to strengthen the descending inhibitory pain system and to modulate neuronal excitability through VAS, PPT and NPS during CPM-task. In addition, we evaluated whether serum BDNF could predict the effect of therapy at the end of treatment. Methods: 60 women aged 50 to 75 years old. Randomized in one of four groups: tDCS + IMS, tDCS + IMS sham, tDCS sham + IMS, tDCS sham + IMS sham. They received 5 sessions of treatment: anodal tDCS, opposite side to affected knee, 2mA, 30 min. IMS: stimulation with frequency of 2Hz, 30 min; needles placed at 2 cm from L1 to S2, in the vastus medialis, vastus lateralis, rectus anterior, tibialis anterior and insertion of the anserine paw. Results: a-tDCS + a-IMS showed the best results with significant difference in pain (VAS) [mean (SD) related to treatment (post and pre): 0.46 (0.04) vs. 6.32 (1.97); 95% CI -5.42 (-8.24 to -4.36), p = .003] and functionality. This result started in the first session and was maintained throughout the study. A-tDCS + a-IMS was the only one able to modify the descending inhibitory pain system. Conclusion: We achieved improved pain and functional capacity with IMS, tDCS and tDCS + IMS. But only the tDCS + IMS treatment group demonstrated ability to modify the descending inhibitory pain system.

Introdução: Ativação exacerbada de processos excitatórios mediados por NMDA e excesso de inibição mediada por GABA são descritos, respectivamente, nas fases agudas e subagudas após o traumatismo cranioencefálico (TCE). No entanto, existem poucos estudos a respeito do funcionamento desses circuitos na fase crônica do TCE. Objetivo: Avaliar a excitabilidade cortical (EC) de pacientes em fase crônica que sofreram TCE, especificamente diagnosticados com lesão axonial difusa (LAD). Métodos: Todos os 31 pacientes adultos foram avaliados após 1 ano, pelo menos, do TCE moderado ou grave. Inicialmente, os pacientes foram submetidos à avaliação de funções executivas - atenção, memória, fluência verbal e velocidade de processamento de informação - por meio de bateria neuropsicológica. Em seguida, a avaliação da EC foi realizada utilizando-se uma bobina circular para aplicar pulsos simples e pareados de estimulação magnética transcraniana na região cortical representativa do abdutor curto do polegar (pollicis brevis) na área M1 de ambos hemisférios. Os parâmetros de EC medidos foram: Limiar Motor de Repouso (LMR), Potenciais Evocados Motores (PEM), Inibição Intracortical de Intervalo Curto (IICIC) e Facilitação Intracortical (FIC). Todos os dados foram comparados aos dados normativos de EC já descritos na literatura e também aos de um grupo controle de pessoas saudáveis. Resultados: Não houve diferença significativa entre os hemisférios direto e esquerdo. Desta forma, os dados foram analisados de forma agrupada (\"pooled data\"). Os valores de LMR e FIC dos pacientes com LAD estavam dentro dos valores de normalidade. No entanto, os valores de PEMs a 120% do LMR, a 140% do LMR e IICIC estavam aumentados (respectivamente p=0,013; p=0,012; p < 0,001): PEM-120% LAD 524,95 [365,42 ; 616,66] versus Controles 303,50 [241,49 ; 399,19]; PEM-140% LAD 1150,00 [960,56 ; 1700,00] vs Controles 670,5 [575,43 ; 1122,78] e IICIC LAD 1,09 [0,82 ; 1,35] vs Controles 0,34 [0,28 ; 0,51]; pp02-Rel LAD 0,85 [0,64 ; 1,36] vs Controles 0,28 [0,20 ; 0,37]; pp04-Rel LAD 1,03 [0,88 ; 1,34] vs Controles 0,38 [0,29 ; 0,62] - sugerindo um possível desarranjo no sistema inibitório (p < 0.001). Os achados neuropsicológicos mostraram alterações na memória, atenção e velocidade de processamento de informação, mas possuíam correlação fraca com os dados de EC. Conclusão: Como os processos inibitórios envolvem circuitos mediados por GABA, além de outros, existe a possível inferência de que a própria fisiopatologia do LAD (rompimento de axônios) possa depletar GABA contribuindo com a desinibição do sistema neural na fase crônica do LAD / Background: Overactivation of NMDA-mediated excitatory processes and excess of GABA-mediated inhibition are described after a brain injury on the acute and subacute phases, respectively. Nevertheless, there are few studies regarding the circuitry on the chronic phase of brain injury. Objective: To evaluate the cortical excitability (CE) on the chronic phase of Traumatic Brain Injury (TBI) victims, specifically diagnosed with Diffuse Axonal Injury (DAI). Method: All 31 adult patients were evaluated after one year, at least, from the moderate and severe TBI. First, all patients underwent a broad neuropsychological assessment to evaluate executive functions - attention, memory, verbal fluency and information processing speed. Then, subsequently, the CE assessment was performed with a circular coil applying single-pulse and paired-pulse transcranial magnetic stimulation over the cortical representation of the abductor pollicis brevis muscle on M1 of both hemispheres. The CE parameters measured were: Resting Motor Threshold (RMT), Motor-Evoked Potentials (MEP), Short Interval Intracortical Inhibition (SIICI), and Intracortical Facilitation (ICF). All data were compared to normative data previously described on literature and to a control group that consisted of healthy subjects. Results: No significant difference between Left and Right hemispheres were found on these DAI patients. Therefore, parameters were analyzed as pooled data. Values of RMT and ICF from DAI patients were found within the normality. However, MEPs and SIICI values were higher on DAI patients (respectively p=0,013; p=0,012; p < 0,001): MEP-120% DAI 524,95 [365,42 ; 616,66] versus Control 303,50 [241,49 ; 399,19]; MEP-140% DAI 1150,00 [960,56 ; 1700,00] vs Control 670,5 [575,43 ; 1122,78] and SIICI DAI 1,09 [0,82 ; 1,35] vs Control 0,34 [0,28 ; 0,51]; pp02-Rel DAI 0,85 [0,64 ; 1,36] vs Control 0,28 [0,20 ; 0,37]; pp04-Rel DAI 1,03 [0,88 ; 1,34] vs Control 0,38 [0,29 ; 0,62] - suggesting a disarranged inhibitory system (p < 0.001). The neuropsychological findings had weak correlation with CE data. Conclusion: As inhibition processes also involve GABA-mediated circuitry, it is likely to infer that DAI pathophysiology itself (disruption of axons) may deplete GABA contributing to a disinhibition of the neural system on the chronic phase of DAI

A estimulação elétrica periférica (PES), que abrange diversas técnicas com respostas fisiológicas diversas, tem apresentado em alguns casos resultados clínicos promissores para o tratamento da dor e reabilitação clínica. No entanto, as respostas encontradas são heterogêneas, principalmente porque há uma falta de compreensão em relação ao seu mecanismo de ação. Neste estudo, buscamos avaliar os efeitos da PES através da medição da ativação cortical cerebral utilizando a espectroscopia funcional por infravermelho (fNIRS). A fNIRS é um método de imagem óptica funcional que avalia mudanças hemodinâmicas nas concentrações de hemoglobina oxigenada (HbO) e desoxigenada (HbR), relacionadas à atividade cortical. Nós hipotetizamos que a PES do nervo acessório espinal (ASN) pode promover a ativação do córtex motor (MC) e do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC), relacionados ao processamento da dor. Quinze voluntários saudáveis receberam estimulação elétrica ativa e sham em um ensaio clínico randomizado cruzado. A resposta hemodinâmica à estimulação elétrica unilateral direita do nervo acessório com 10 Hz foi medida pela espectroscopia funcional por um sistema de 40 canais. A variação de HbO nas áreas corticais de interesse mostrou ativação do DLPFC direito (p=0,025) e do MOTOR esquerdo (p=0,042) no grupo ativo comparado com sham. Em relação ao DLPFC esquerdo (p=0,610) e ao MOTOR direito (p=0,154), não houve diferença estatística entre os grupos. Como na modulação top-down, a estimulação bottom-up do nervo acessório parece ativar as mesmas áreas corticais, relacionadas às dimensões sensório-discriminativas e afetivo-motivacionais da dor. Esses resultados fornecem evidência adicional para desenvolver e otimizar o uso clínico da estimulação elétrica periférica. / Peripheral electrical stimulation (PES), which encompasses several techniques with heterogeneous physiological responses, has shown in some cases remarkable outcomes for pain treatment and clinical rehabilitation. However, results are still mixed, mainly because there is a lack of understanding regarding its neural mechanisms of action. In this study, we aimed to assess its effects by measuring cortical activation as indexed by functional near infrared spectroscopy (fNIRS). fNIRS is a functional optical imaging method to evaluate hemodynamic changes in oxygenated (HbO) and de-oxygenated (HbR) blood hemoglobin concentrations in cortical capillary networks that can be related to cortical activity. We hypothesized that PES of accessory spinal nerve (ASN) can promote cortical activation of motor cortex (MC) and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) pain processing cortical areas. Fifteen healthy volunteers received both active and sham ASN electrical stimulation in a crossover design. The hemodynamic response to unilateral right ASN burst electrical stimulation with 10 Hz was measured by a 40- channel fNIRS system. The effect of ASN electrical stimulation over HbO concentration in cortical areas of interest was observed through the activation of right- DLPFC (p=0.025) and left-MOTOR (p=0.042) in the active group but not in sham group. Regarding left-DLPFC (p=0.610) and right-MOTOR (p=0.174) there was no statistical difference between groups. As in non-invasive brain stimulation (NIBS) topdown modulation, bottom-up electrical stimulation to the accessory spinal nerve seems to activate the same critical cortical areas on pain pathways related to sensorydiscriminative and affective-motivational pain dimensions. These results provide additional mechanistic evidence to develop and optimize the effects of peripheral neural electrical stimulation.