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Thesis (MSc (Physiological Sciences)--University of Stellenbosch, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: Although muscle tissue demonstrates a remarkable capacity for regeneration following injury, this process is slow and often accompanied by the formation of scar tissue and a subsequent decrease in contractile capacity following regeneration. Treatment options are few and mostly supportive in nature. This regeneration process involves muscle stem cells (satellite cells) which ultimately give rise to the regenerated muscle. The contentious field of low level laser therapy (LLLT) has made remarkable claims in facilitating wound healing in soft tissue injuries of various types. Yet, the mechanism(s) invoked in these beneficial effects are poorly understood. We have investigated the effects of LLLT using a 638 nm laser on satellite cells in culture and in-vivo. Using an array of techniques we have measured, amongst other things, metabolic responses to laser irradiation, signaling pathways activated/altered and antioxidant status. In response to laser irradiation satellite cells in culture showed an increase in MTT values (a measure of metabolic activity) and a decrease in antioxidant status (measured using the ORAC assay). In addition laser irradiation also altered the expression and phosphorylation state of several signaling pathways, including Akt and STAT-3. Following on from this the effects of laser irradiation on satellite cells in-vivo was assessed in a rat model of contusion injury. No significant differences in satellite cell number was found following laser irradiation, changes were seen in tissue antioxidant status and blood antioxidant status (measured using the ORAC assay). In the course of this study several standard techniques were used to investigate the effects of laser irradiation on satellite cells both in-vitro and invivo. It has become apparent that several of these techniques have problems associated with them that possibly make them inappropriate for vi further use in studies involving laser irradiation. However the results indicate that laser therapy is induces satellite cell behavior and further study is warranted in this field. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Alhoewel spierweefsel merkwaardige regenerasie kapasiteit vertoon ten opsigte van besering, is hierdie proses stadig en word soms vergesel met die vorming van letselweefsel asook ‘n gevolglike afname in kontaktiele kapasiteit na afloop van regenerasie. Behandelingsmoontlikhede is skaars en meesal ondersteunend van aard. Hierdie proses sluit spierstamselle (satelietselle), wat uiteindelik die ontstaan van die regenerasie van spier tot gevolg het, in. Die kontroversiële veld van lae vlak laserterapie (Engels: Low level laser therapy (LLLT)) het merkwaardige aansprake in die fasilitering met verskeie sagteweefsel wondgenesing. Nietemin, die meganisme(s) wat voordelige effekte induseer, word nog nie goed begryp nie. Ons het die effek van LLLT, deur gebruik te maak van ‘n 638 nm laser op kultuur in vitro satelietselle sowel in-vivo, ondersoek. Deur gebruik te maak van verskeie tegnieke is onder meer die metaboliese, sowel die seinstransduksie weë en antioksidantstatus na laserbestraling, gemeet. In reaksie op die laserbestraling het satelietselle (in kultuur) ‘n toename in MTT waardes getoon (‘n maatstaf van die metaboliese aktiwiteit) en ‘n afname in die antioksidantstatus (gemeet deur van die ORAC toets). Addisioneel het laserbestraling ook uitdrukking en fosforilering van verskeie proteïene betrokke in seintransduksieweë beïnvloed, insluitend Akt, STAT-3). Na afloop van hierdie effekte op satelietselle na laserbestraling, is daar gebruik gemaak van ‘n kneusbeseringsrotmodel om hierdie effekte in vivo te ondersoek. Geen betekenisvolle verskille in die aantal satelietselle na laserbestraling is opgemerk nie, maar veranderings is wel opgemerk in weefsel- en bloed-antioksidantstatus (gemeet deur van die ORAC toets gebruik te maak). Gedurende die verloop van die studie is van verskeie standaardtegnieke gebruik gemaak om die effekte van laserbestraling op beide satelietselle in vitro en in vivo te ondersoek. iv Dit het duidelik na vore gekom dat daar wel gepaardgaande probleme met van hierdie tegnieke voorgekom het, en dat van hierdie tegnieke nie gepas is vir ondersoek in laserbestralingsstudies nie. Nietemin, die resultate toon wel dat laserbehandeling. satelietselgedrag induseer wat verdere studie in hierdie veld noodsaak

Desenvolvemos um instrumento capaz de provocar uma lesão muscular aguda por mecanismo de impacto, no músculo gastrocnêmio de ratas, através de um trauma direto e não-invasivo. Após a produção da lesão experimental avaliamos os efeitos do ultra-som terapêutico (UST), adicionado ou não à imobilização gessada, como forma de tratamento imediato à lesão muscular pela análise das propriedades mecânicas deste músculo. Foram utilizadas 68 ratas da raça Wistar, sendo divididas em 7 grupos experimentais da seguinte forma: Grupo 1 – Controle intacto; Grupo 2 – Sem tratamento efetivo, Grupo 3 – Imobilização gessada por 24 horas; Grupo 4 – Imobilização gessada por 72 horas; Grupo 5 – Estimulação com UST sem presença de imobilização; Grupo 6 – Imobilização gessada por 24 horas associada à estimulação com UST; Grupo 7 – Imobilização gessada por 72 horas associada à estimulação com UST tratadas durante 6 dias consecutivos com UST, durante 5 minutos diários. Avaliamos as propriedades mecânicas obtidas através de ensaios mecânicos de tração longitudinal e os resultados foram analisados estatisticamente. O estudo evidenciou que a propriedade de alongamento no limite de proporcionalidade não foi um bom parâmetro de correlação para avaliar a efetividade dos tratamentos empregados junto ao processo de reparação muscular. A utilização isolada do UST como técnica de tratamento apresentou melhores resultados em relação às propriedades mecânicas de carga no limite de proporcionalidade, rigidez, resiliência, carga e alongamento máximo. No entanto, a utilização da imobilização gessada por 72 horas associada ou não a estimulação ultra-sônica foi capaz de proporcionar melhorias somente em relação ao alongamento máximo. Sugere-se ainda, que a utilização da imobilização gessada por períodos de 24 horas associada ou não ao uso do UST não foi capaz de apresentar resultados benéficos para as propriedades mecânicas avaliadas / We developed an instrument capable to provoke a muscular injury acute for impact mechanism, in the muscle gastrocnemius of female rats, through a direct and non-invasive. After the production of experimental injury we evaluate the effects of the therapeutic ultrasound (UST), added or not to the cast immobilization, as form of immediate treatment to the muscular injury, for the analysis of the mechanical properties of this muscle. Sixty eight female Wistar rats were used and being divided in seven experimental groups: Group 1 – Intact Control; Group 2 – Without treatment; Group 3 -Immobilization in spica cast for 24 hours; Group 4 - Immobilization in spica cast for 72 hours; Group 5 – Stimulation with UST without immobilization presence; Group 6 - Immobilization in spica cast for 24 hours associated to the stimulation with UST and Group 7 - Immobilization in spica cast for 72 hours associated to the stimulation with UST, treated during six consecutive days with UST, for five minutes daily. We evaluted properties we carry through assays of logitudinal traction in the universal machine of assays and the gotten results had been analyzed statical test. The study it evidenced that the property of proportional limit strength in the was not a good parameter of correlation to evaluate the effectiveness of the employed treatments together to the process of muscular repairing. The isolated use of the UST as treatment technique presented better resulted in relation to the mechanical load properties in the proportional limits, stiffness, resilience, load and strength maximum. However, the use of the spica cast for periods of 72 hours associated or not ultrasound stimulation was not capable to only provide improvements in relation to the maximum strength. One still suggests, that the use of the spica cast in the immobilization for 24 hours periods associate or not to the use of the UST was not capable to present resulted beneficial for the evaluated mechanical properties

Introdução: Estiramento muscular e outras desordens músculoesqueléticas são as principais causas que desabilitam atletas e praticantes de atividades físicas. Seu tratamento inclui AINES que desencadeiam vários efeitos adversos. O objetivo do estudo foi investigar os efeitos da Terapia Laser de Baixa Intensidade (810nm) sobre absorção do diclofenaco aplicado topicamente, além de investigar uma sinergia entre ambos. Métodos: Foram quantificadas concentrações plasmáticas de diclofenaco em diferentes tempos, com e sem irradiação do laser, em ratos Wistar fêmeas. Ratos foram submetidos à indução do estiramento muscular. Os grupos tratados receberam irradiação do Laser, antes da droga, 1 hora após a indução da lesão, para analisar índice funcional, estudo eletrofisiológico, expressão gênica RT-PCR de COX-1 e COX-2, PGE2 por espectrofotometria e histologia. Resultados/Discussão: A utilização do Laser de Baixa Potência aumentou a biodisponibilidade da droga e reduziu a inflamação e a lesão após estiramento experimental, conduzindo a uma melhora da atividade de caminhar. / Introduction: Stretch muscle and other musculoskeletal disorders are the main causes that disable the athlete and physically active practitioner. It´s treatment includes NSAIDs that trigger adverse effects. The aim of the study was to investigate the effect of Low Level Laser Therapy (810nm) on the absorption of topically applied diclofenac, and investigate a synergy between them. Methods: quantify the plasma concentrations of diclofenac in different times, with and without laser irradiation in Wistar female rats. Female Wistar rats were subjected to induction of muscle stretch. The groups received laser irradiation, prior to application of the drug, one hour after induction of the injury, to analyze the sciatic index functional, electrophysiological studies, gene expression by RT-PCR of COX-1 and COX-2, PGE2 by spectrophotometry and histology. Results/Discussion: The use of Low Level Laser Therapy increased the bioavailability of the drug and reduced inflammation and muscle damage after stretch experiment, leading to a significant improvement in walking activity.

A seleção de linhagens de frangos de corte com altas taxas de crescimento e aumento de rendimento muscular vem contribuindo para o surgimento de perdas significativas na indústria avícola em decorrência de modificações anatômicas. Dentre estas alterações, destaca-se uma miopatia que se caracteriza pelo aparecimento de graus de estrias esbranquiçadas no músculo Pectoralis major, as quais seguem a direção da fibra muscular, referida como white striping. A etiologia da white striping ainda é desconhecida, mas avaliações histológicas demonstraram que esta alteração é usualmente associada à degeneração muscular e alterações miopáticas. Problemas de qualidade da carne podem ser resultantes de mudanças estruturais, morfométricas e bioquímicas do tecido muscular, com consequente alteração nas fibras musculares. Para tanto este trabalho, conduzido através de dois experimentos, teve como objetivos caracterizar histopatologicamente a miopatia white striping em diferentes graus de severidade (NORM, MOD, SEV) no músculo Pectoralis major de frangos de corte e as características morfométricas das fibras musculares, bem como avaliar a incidência desta condição em frangos de corte de linhagem Cobb abatidos aos 42 dias de idade. No primeiro experimento, a avaliação histopatológica demonstrou uma miopatia degenerativa nos graus de severidade classificados como MOD e SEV, entretanto as amostras de grau MOD apresentaram necrose ou necrose multifocal moderada, enquanto as de grau SEV apresentaram necrose difusa e acentuada, sugerindo avanço do processo degenerativo. Não foi observada proliferação de tecido conjuntivo em nenhum dos graus de white striping analisados, caracterizando este caso como de ocorrência aguda. No segundo experimento, foram verificados menor área de tecido muscular, menor diâmentro e maior densidade de fibras nos músculos Pectoralis major de frangos acometidos com white striping (MOD e SEV) quando comparado aos peitos sem esta condição (NORM). Conforme os resultados obtidos nesta pequisa, pode-se concluir que as fibras com os graus MOD e SEV de white striping demonstraram o início de um processo de regeneração muscular, de característica hiperplásica. / Genetic selection of broiler chickens for growth rate and increase of muscle yield has contributed to the appearance of significant losses in the poultry industry caused by anatomical changes. Among these alterations stands out a myophathy characterized by the occurrence of white striations on Pectoralis major muscle, seen parallel to the direction of muscle fibers, referred as white striping. The etiology of white striping is still unknown but histological changes demonstrated that this alteration is usually associated with muscle degeneration and myopatic changes. Meat quality problems may result from structural, morphological and biochemical changes of muscle tissue with consequent alterations in muscle fibers. To this study, two experiments were conducted, and aimed to histopathologically characterize the myopathy white striping at varying degrees of severity (NORM, MOD, SEV) on broilers Pectoralis major muscle and the morphometric muscle fibers characteristics as well as evaluate the incidence of this condition on Cobb 500 broiler breast fillets slaughtered at 42 days of age. The histopathological evaluation on experiment 1 showed a degenerative myopathy in both MOD and SEV degrees, however the samples classified as MOD showed microscopically necrosis or necrosis multifocal moderate, while the classified as SEV showed necrosis diffuse and strong suggesting an advancement in the degenerative process. The proliferation of connective tissue was not observed for either of the degrees of white striping investigated, characterizing this profile as an acute occurrence. In experiment 2, small area and diameter and higher densities of muscle fiber were observed in broilers Pectoralis major muscle with white striping (MOD and SEV) compared to NORM. According to the results, we can conclude that muscle fibers with white striping showed the beginning of a muscle regeneration process with hyperplasic characteristics.

Submitted by TATIANA EMY KOIKE null (tatikoike@yahoo.com) on 2016-03-10T11:09:02Z No. of bitstreams: 1 Encadernaçao Mestrado UNESP- Tatiana Emy Koike.pdf: 1535953 bytes, checksum: 25ca75a268f1c6bf7d7ca80e833b9cbd (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-03-10T20:19:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 koike_te_me_prud.pdf: 1535953 bytes, checksum: 25ca75a268f1c6bf7d7ca80e833b9cbd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-10T20:19:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 koike_te_me_prud.pdf: 1535953 bytes, checksum: 25ca75a268f1c6bf7d7ca80e833b9cbd (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Muscle injuries are often cause due to the practice of sports and recreational activities. Because of its high incidence, it is important to research the treatments that promote quality in the muscle and shorter repair process. To evaluate the effect of the combination of the therapeutic resources of Cryotherapy and Therapeutic Ultrasound in the treatment of muscle damage by impact. 55 Wistar rats was separate into groups, Acute Injury (AI), Injury (I), Cryotherapy (CR), Therapeutic Ultrasound (TU), Cryotherapy and Therapeutic Ultrasound (CRTU). All animals were anesthetize and muscle damage due to impact by the release of a load of 200 g at 30 cm. Then received treatments as allocated group and CR protocol using ice bag for 20 minutes and TU for five minutes with an intensity of 0.5W / cm2 and the frequency of 1MHz. Euthanasia was performed by intraperitoneal administration of overdose of Xylazine and Ketamine. The collection of the gastrocnemius muscle for the Body and Muscle mass analysis, histological analysis and fractal dimension of inflammation and collagen gene quantification of mRNA (TNF-α and TGF-β1). Data analysis was performed using SPSS for Windows 22. The Shapiro-Wilk test to verify the normality of the data was performed. When data showed normal, we used t test for paired samples test and one-way ANOVA followed by Tukey’s post-test. When it violated the normality of the data, followed by the Kruskal- Wallis test with Dunn’s post-test. For all analyzes was adopted the significance level of 5%. Among all groups, the CRTU lose less body and muscle mass, improved morphometry, besides presenting collagen reduction by DF compared to AI and CR (p <0.05). With regard to the inflammatory process CRTU group showed a significant reduction of DF in relation to the AI groups (p = 0.001), I (p = 0.001) and CR (p = 0.007), and TU reduced the DF significantly relative to AI groups (p = 0.001), I (p = 0.001) and CR (p = 0.036). The reduction of TNF-α was significant in TU group compared with AI groups (p = 0.008); I (p = 0.032) and CR (p = 0.046) and TGF- β1 in the CR group compared to AI (p = 0.001) and I (p = 0.006), in the TU group compared to AI (p = 0.049) and CRTU compared to AI (p = 0.023). The combination treatment was superior to the results presented by the isolated treatments in the muscle repair process. Observed by reducing the loss of body and muscle mass, improved histological appearance and reduction of collagen. / As lesões musculares são frequentemente ocasionadas em decorrência da prática de atividades esportivas e recreativas. Devido sua alta incidência, é importante pesquisar os tratamentos que promovam qualidade no processo de reparação muscular e menor duração. Avaliar o efeito da combinação dos recursos terapêuticos de Crioterapia e Ultrassom Terapêutico no tratamento de lesão muscular por impacto. 55 ratos wistar foram separados em Grupos Lesão Aguda (LA), Lesão (L), Crioterapia (CR), Ultrassom Terapêutico (US), Crioterapia e Ultrassom Terapêutico (CRUS). Todos os animais foram anestesiados e submetidos à lesão muscular por impacto pela liberação de uma carga de 200g a 30 cm de altura. Em seguida receberam os tratamentos conforme grupo alocado, sendo o protocolo de CR por meio de bolsa de gelo durante 20 minutos e o US durante cinco minutos com intensidade de 0,5W/cm2 e frequência de 1MHz. A eutanásia foi realizada por administração intraperitoneal de superdosagem de Xilazina e Ketamina, para subsequente coleta do músculo gastrocnêmio destinado às análises de massa Corporal e Muscular, análises Histológica e Dimensão Fractal do processo inflamatório e de colágeno, Quantificação gênica de RNAm (TNF-α e TGF-β1). A análise dos dados foi realizada utilizando o programa estatístico SPSS 22 for Windows. Foi realizado o teste de Shapiro-Wilk para verificação da normalidade dos dados. Quando os dados apresentaram normalidade, foi utilizado teste T para amostras pareadas e teste de Anova one-way, seguido pelo pós-teste de Tukey. Quando violada a normalidade dos dados, seguiu-se com o teste de Kruskall-Wallis, com pós-teste de Dunn. Para todas as análises foi adotado o nível de significância de 5%. Dentre todos os grupos, o CRUS perdeu menos massa corporal e muscular, melhora da morfometria, além de apresentar redução de colágeno pela DF em comparação aos LA e CR (p < 0,05). Com relação ao processo inflamatório, grupo CRUS apresentou redução significante da DF em relação aos grupos LA (p = 0,001), L (p = 0,001) e CR (p = 0,007), e o US reduziu a DF significativamente em relação aos grupos LA (p = 0,001), L (p = 0,001) e CR (p = 0,036). A redução de TNF-α foi significante no grupo US comparado com grupos LA (p = 0,008); L (p = 0,032) e CR (p = 0,046), e TGF-β1 no grupo CR em comparação aos LA (p = 0,001) e L (p = 0,006), no grupo US em comparação ao LA (p = 0,049), e CRUS em comparação aos LA (p = 0,023). A associação de tratamentos foi superior aos resultados apresentados pelos tratamentos isolados no processo de reparação muscular. Observado pela redução da perda de massa corporal e muscular, melhora do aspecto histológico e redução de colágeno.

A seleção de linhagens de frangos de corte com altas taxas de crescimento e aumento de rendimento muscular vem contribuindo para o surgimento de perdas significativas na indústria avícola em decorrência de modificações anatômicas. Dentre estas alterações, destaca-se uma miopatia que se caracteriza pelo aparecimento de graus de estrias esbranquiçadas no músculo Pectoralis major, as quais seguem a direção da fibra muscular, referida como white striping. A etiologia da white striping ainda é desconhecida, mas avaliações histológicas demonstraram que esta alteração é usualmente associada à degeneração muscular e alterações miopáticas. Problemas de qualidade da carne podem ser resultantes de mudanças estruturais, morfométricas e bioquímicas do tecido muscular, com consequente alteração nas fibras musculares. Para tanto este trabalho, conduzido através de dois experimentos, teve como objetivos caracterizar histopatologicamente a miopatia white striping em diferentes graus de severidade (NORM, MOD, SEV) no músculo Pectoralis major de frangos de corte e as características morfométricas das fibras musculares, bem como avaliar a incidência desta condição em frangos de corte de linhagem Cobb abatidos aos 42 dias de idade. No primeiro experimento, a avaliação histopatológica demonstrou uma miopatia degenerativa nos graus de severidade classificados como MOD e SEV, entretanto as amostras de grau MOD apresentaram necrose ou necrose multifocal moderada, enquanto as de grau SEV apresentaram necrose difusa e acentuada, sugerindo avanço do processo degenerativo. Não foi observada proliferação de tecido conjuntivo em nenhum dos graus de white striping analisados, caracterizando este caso como de ocorrência aguda. No segundo experimento, foram verificados menor área de tecido muscular, menor diâmentro e maior densidade de fibras nos músculos Pectoralis major de frangos acometidos com white striping (MOD e SEV) quando comparado aos peitos sem esta condição (NORM). Conforme os resultados obtidos nesta pequisa, pode-se concluir que as fibras com os graus MOD e SEV de white striping demonstraram o início de um processo de regeneração muscular, de característica hiperplásica. / Genetic selection of broiler chickens for growth rate and increase of muscle yield has contributed to the appearance of significant losses in the poultry industry caused by anatomical changes. Among these alterations stands out a myophathy characterized by the occurrence of white striations on Pectoralis major muscle, seen parallel to the direction of muscle fibers, referred as white striping. The etiology of white striping is still unknown but histological changes demonstrated that this alteration is usually associated with muscle degeneration and myopatic changes. Meat quality problems may result from structural, morphological and biochemical changes of muscle tissue with consequent alterations in muscle fibers. To this study, two experiments were conducted, and aimed to histopathologically characterize the myopathy white striping at varying degrees of severity (NORM, MOD, SEV) on broilers Pectoralis major muscle and the morphometric muscle fibers characteristics as well as evaluate the incidence of this condition on Cobb 500 broiler breast fillets slaughtered at 42 days of age. The histopathological evaluation on experiment 1 showed a degenerative myopathy in both MOD and SEV degrees, however the samples classified as MOD showed microscopically necrosis or necrosis multifocal moderate, while the classified as SEV showed necrosis diffuse and strong suggesting an advancement in the degenerative process. The proliferation of connective tissue was not observed for either of the degrees of white striping investigated, characterizing this profile as an acute occurrence. In experiment 2, small area and diameter and higher densities of muscle fiber were observed in broilers Pectoralis major muscle with white striping (MOD and SEV) compared to NORM. According to the results, we can conclude that muscle fibers with white striping showed the beginning of a muscle regeneration process with hyperplasic characteristics.

Introdução: Estiramento muscular e outras desordens músculoesqueléticas são as principais causas que desabilitam atletas e praticantes de atividades físicas. Seu tratamento inclui AINES que desencadeiam vários efeitos adversos. O objetivo do estudo foi investigar os efeitos da Terapia Laser de Baixa Intensidade (810nm) sobre absorção do diclofenaco aplicado topicamente, além de investigar uma sinergia entre ambos. Métodos: Foram quantificadas concentrações plasmáticas de diclofenaco em diferentes tempos, com e sem irradiação do laser, em ratos Wistar fêmeas. Ratos foram submetidos à indução do estiramento muscular. Os grupos tratados receberam irradiação do Laser, antes da droga, 1 hora após a indução da lesão, para analisar índice funcional, estudo eletrofisiológico, expressão gênica RT-PCR de COX-1 e COX-2, PGE2 por espectrofotometria e histologia. Resultados/Discussão: A utilização do Laser de Baixa Potência aumentou a biodisponibilidade da droga e reduziu a inflamação e a lesão após estiramento experimental, conduzindo a uma melhora da atividade de caminhar. / Introduction: Stretch muscle and other musculoskeletal disorders are the main causes that disable the athlete and physically active practitioner. It´s treatment includes NSAIDs that trigger adverse effects. The aim of the study was to investigate the effect of Low Level Laser Therapy (810nm) on the absorption of topically applied diclofenac, and investigate a synergy between them. Methods: quantify the plasma concentrations of diclofenac in different times, with and without laser irradiation in Wistar female rats. Female Wistar rats were subjected to induction of muscle stretch. The groups received laser irradiation, prior to application of the drug, one hour after induction of the injury, to analyze the sciatic index functional, electrophysiological studies, gene expression by RT-PCR of COX-1 and COX-2, PGE2 by spectrophotometry and histology. Results/Discussion: The use of Low Level Laser Therapy increased the bioavailability of the drug and reduced inflammation and muscle damage after stretch experiment, leading to a significant improvement in walking activity.