As miopatias mitocondriais formam um grupo de desordens clinicamente heterogêneas que podem afetar múltiplos sistemas além do músculo esquelético. A oftalmoplegia externa crônica progressiva (CPEO) é um tipo de miopatia mitocondrial que tem como características alterações nos movimentos oculares, ptose, podendo ter acometimento da musculatura facial, além de atrofia muscular de membros. A fatigabilidade precoce pode ser a queixa principal e claramente desproporcional ao grau de fraqueza e atrofia muscular detectada. A disfagia na doença é uma manifestação descrita por muitos autores, porém pouco estudada ou caracterizada. O presente estudo teve como objetivo avaliar a deglutição de pacientes com miopatia mitocondrial do tipo CPEO através de avaliação clínica, manométrica e videofluoroscópica. Para tanto, foram selecionados 14 pacientes com diagnóstico de miopatia mitocondrial do tipo CPEO, em acompanhamento no Ambulatório de Doenças Neuromusculares do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, independente de apresentarem queixas ou não quanto à alimentação. A idade variou de 15 a 62 anos, com idade média de 35,3 anos sendo 5 (35,7%) do gênero masculino e 9 (64,3%) do feminino. O grupo controle foi formado por 16 indivíduos saudáveis (sem doenças neurológicas ou queixas quanto à alimentação) com idade variando de 21 a 44 anos, idade média de 27,5 anos, sendo 6 (37,5%) do gênero masculino e 10 (62,5%) do feminino. Na avaliação clínica, além da anamnese, foi realizada avaliação estrutural e funcional da deglutição. Para isso foram utilizadas as consistências pastosa, líquida e sólida, em volume livre, conforme hábito do paciente. Na avaliação manométrica, as medidas foram feitas durante a deglutição líquida, para avaliar as pressões intraluminares no corpo do esôfago. Foram realizadas 10 deglutições com intervalo de 30 segundos entre elas e após cinco minutos de repouso mais 10 deglutições com intervalo de 10 segundos entre elas. Foram consideradas as medidas da pressão intraluminal, sua duração, área sob a curva e tempos parciais e totais de deslocamento da onda. Na avaliação videofluoroscópica utilizaram-se as dietas pastosa, líquida e sólida, sendo as duas primeiras em volume controlado de 5ml. Para todas as consistências foram realizadas três ofertas, sendo que para o pastoso e sólido esse processo foi repetido. Além da dinâmica da deglutição na fase orofaríngea foram analisados os tempos de fase oral (TFO), depuração faríngea (DF), trânsito faríngeo (TF), trânsito pela transição faringoesofágica (TTFE) e tempo de movimentação hióidea (TMH). Em anamnese observamos que 9 (64,3%) pacientes tinham queixas quanto a alimentação mas apenas 7 (50%) apresentaram alterações na avaliação clínica, sendo essas alterações principalmente para as consistências pastosa (57,1%) e sólida (100%). As principais alterações foram fase oral prolongada, mastigação inadequada, deglutições múltiplas e fadiga. Na avaliação manométrica foi observado redução da motilidade esofágica sendo essa principalmente no esôfago proximal, com amplitude, duração e área sob a curva reduzidas. Quando comparado o desempenho do esôfago nos diferentes intervalos de deglutição, não houve relação com a presença da doença, pois a diferença foi significante tanto para os pacientes como para os controles. Na videofluoroscopia da deglutição, assim como na avaliação clínica, as principais alterações encontradas foram para as consistências pastosa e sólida, sendo elas tanto em fase oral como faríngea. Apesar disso não foi encontrado nenhum episódio de aspiração laringotraqueal. Quanto aos tempos de deglutição, apenas o TFO foi significantemente maior nos pacientes, sendo menor nos outros parâmetros como TF e TTFE. Ao compararmos as primeiras com as últimas deglutições para as consistências pastosa e sólida, verificamos que os pacientes apresentaram um aumento dos tempos de DF, TF, TTFE e TMH para a consistência sólida, sendo significante apenas para TF. O estudo permitiu concluir que pacientes com miopatia mitocondrial do tipo CPEO apresentam dificuldades de deglutição, com alterações orofaríngeas e esofágicas, sendo maiores para as consistências pastosa e sólida. / Mitochondrial myopathies constitute a group of clinically heterogenous disorders which can affect multiple systems besides the skeletal muscle. The chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) is a type of mitochondrial myopathy charactherized by eye movements alterations, ptosis, which may attack the facial musculature, as well as atrophy the muscles of members. The early fatigability may be the main complaint and clearly disproportional to the degree of weakness and muscular atrophy detected. The dysphagia in the disease is a manifestation described by several authors, however very little studied and characterized. The present study aimed at evaluating the swallowing of patients with chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) mitochondrial myopathy, followed at the Neuromuscular Diseases Clinic at Hospital das Clínicas of Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto of Universidade de São Paulo, independently whether or not they presented complaints about alimentation. The age varied from 15 to 62 years old, with average age of 35,3, which were 5 (35,7%) males and 9 (64,3%) females. The control group was constituted by 16 healthy individuals (without neurological diseases or complaints about alimentation) with age varying from 21 to 44 years old, average age of 27,5, which were 6 (7,5%) males and 10 (62,5%) females. In the clinical evaluation, anamnesis, structural and functional assessment of swallowing were carried out. According to the patients habits, pasty, liquid and solid consistency were used. In the manometric evaluation, the measurements were done during liquid swallowing, to assess the intraluminal pressure in the esophagus. It was performed 10 swallowings with intervals of 30 seconds among them, and after five minutes of rest, 10 more swallowings with intervals of 10 seconds among them. The intraluminal pressures measurement, its duration, area under curve and wave displacements partial and total time were considered. In the videofluoroscopic evaluation, pasty, liquid and solid diets were used, in which the first two with a controled volume of 5ml. For all the consistencies were realized three offer, and for the solid and pasty, these process were repeated. Besides the swallowing dynamic in the oropharyngeal phase, the oral phase time (OPT), the pharyngeal depuration (PD), pharyngeal transit (PT), pharyngoesophageal transition transit (PTT), hyoid movement time (HMT) were analysed. In the anamnesis, we observed that 9 (64,3%) patients had complaints about alimentation, but only 7 (50%) presented alterations in the clinical evaluation, and these alterations were mainly for pasty (57,1%) and solid (100%)consistencies. The main alterations were extended oral phase, inadequate mastication, multiple swallowings and fatigue. In the manometric evaluation, the esophageal motility reduction was observed, which was mainly in the proximal esophagus, with amplitude and area under curve reduced. When compared the esophagus development in the different intervals of swallowing, no relation to presence of the disease was found, because the difference was significant for both patients and control group. In the swallowing videofluoroscopy, as well as the clinical evaluation, the main alterations were found in the pasty and solid consistencies, in both oral and pharyngeal phases. Despite that, no laryngeal - tracheal aspiration episode was found. Regarding the swallowings times, only oral phase time (OPT) was actually longer in patients, which was shorter in other parameters such as pharyngeal transit (PT) and pharyngoesophageal transition transit (PTT). When we compared the first swallowings with the last ones for pasty and solid consistencies, the patients presented a increase that time PD; PT; PTT and HMT for solid consistencies with significant value only for PT. The study allowed us to conclude that patients with chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) mitochondrial myopathy present swallowing dificulties, with oropharyngeal and esophageal alterations, which were greater for pasty and solid consistences.

As miopatias mitocondriais formam um grupo de desordens clinicamente heterogêneas que podem afetar múltiplos sistemas além do músculo esquelético. A oftalmoplegia externa crônica progressiva (CPEO) é um tipo de miopatia mitocondrial que tem como características alterações nos movimentos oculares, ptose, podendo ter acometimento da musculatura facial, além de atrofia muscular de membros. A fatigabilidade precoce pode ser a queixa principal e claramente desproporcional ao grau de fraqueza e atrofia muscular detectada. A disfagia na doença é uma manifestação descrita por muitos autores, porém pouco estudada ou caracterizada. O presente estudo teve como objetivo avaliar a deglutição de pacientes com miopatia mitocondrial do tipo CPEO através de avaliação clínica, manométrica e videofluoroscópica. Para tanto, foram selecionados 14 pacientes com diagnóstico de miopatia mitocondrial do tipo CPEO, em acompanhamento no Ambulatório de Doenças Neuromusculares do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, independente de apresentarem queixas ou não quanto à alimentação. A idade variou de 15 a 62 anos, com idade média de 35,3 anos sendo 5 (35,7%) do gênero masculino e 9 (64,3%) do feminino. O grupo controle foi formado por 16 indivíduos saudáveis (sem doenças neurológicas ou queixas quanto à alimentação) com idade variando de 21 a 44 anos, idade média de 27,5 anos, sendo 6 (37,5%) do gênero masculino e 10 (62,5%) do feminino. Na avaliação clínica, além da anamnese, foi realizada avaliação estrutural e funcional da deglutição. Para isso foram utilizadas as consistências pastosa, líquida e sólida, em volume livre, conforme hábito do paciente. Na avaliação manométrica, as medidas foram feitas durante a deglutição líquida, para avaliar as pressões intraluminares no corpo do esôfago. Foram realizadas 10 deglutições com intervalo de 30 segundos entre elas e após cinco minutos de repouso mais 10 deglutições com intervalo de 10 segundos entre elas. Foram consideradas as medidas da pressão intraluminal, sua duração, área sob a curva e tempos parciais e totais de deslocamento da onda. Na avaliação videofluoroscópica utilizaram-se as dietas pastosa, líquida e sólida, sendo as duas primeiras em volume controlado de 5ml. Para todas as consistências foram realizadas três ofertas, sendo que para o pastoso e sólido esse processo foi repetido. Além da dinâmica da deglutição na fase orofaríngea foram analisados os tempos de fase oral (TFO), depuração faríngea (DF), trânsito faríngeo (TF), trânsito pela transição faringoesofágica (TTFE) e tempo de movimentação hióidea (TMH). Em anamnese observamos que 9 (64,3%) pacientes tinham queixas quanto a alimentação mas apenas 7 (50%) apresentaram alterações na avaliação clínica, sendo essas alterações principalmente para as consistências pastosa (57,1%) e sólida (100%). As principais alterações foram fase oral prolongada, mastigação inadequada, deglutições múltiplas e fadiga. Na avaliação manométrica foi observado redução da motilidade esofágica sendo essa principalmente no esôfago proximal, com amplitude, duração e área sob a curva reduzidas. Quando comparado o desempenho do esôfago nos diferentes intervalos de deglutição, não houve relação com a presença da doença, pois a diferença foi significante tanto para os pacientes como para os controles. Na videofluoroscopia da deglutição, assim como na avaliação clínica, as principais alterações encontradas foram para as consistências pastosa e sólida, sendo elas tanto em fase oral como faríngea. Apesar disso não foi encontrado nenhum episódio de aspiração laringotraqueal. Quanto aos tempos de deglutição, apenas o TFO foi significantemente maior nos pacientes, sendo menor nos outros parâmetros como TF e TTFE. Ao compararmos as primeiras com as últimas deglutições para as consistências pastosa e sólida, verificamos que os pacientes apresentaram um aumento dos tempos de DF, TF, TTFE e TMH para a consistência sólida, sendo significante apenas para TF. O estudo permitiu concluir que pacientes com miopatia mitocondrial do tipo CPEO apresentam dificuldades de deglutição, com alterações orofaríngeas e esofágicas, sendo maiores para as consistências pastosa e sólida. / Mitochondrial myopathies constitute a group of clinically heterogenous disorders which can affect multiple systems besides the skeletal muscle. The chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) is a type of mitochondrial myopathy charactherized by eye movements alterations, ptosis, which may attack the facial musculature, as well as atrophy the muscles of members. The early fatigability may be the main complaint and clearly disproportional to the degree of weakness and muscular atrophy detected. The dysphagia in the disease is a manifestation described by several authors, however very little studied and characterized. The present study aimed at evaluating the swallowing of patients with chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) mitochondrial myopathy, followed at the Neuromuscular Diseases Clinic at Hospital das Clínicas of Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto of Universidade de São Paulo, independently whether or not they presented complaints about alimentation. The age varied from 15 to 62 years old, with average age of 35,3, which were 5 (35,7%) males and 9 (64,3%) females. The control group was constituted by 16 healthy individuals (without neurological diseases or complaints about alimentation) with age varying from 21 to 44 years old, average age of 27,5, which were 6 (7,5%) males and 10 (62,5%) females. In the clinical evaluation, anamnesis, structural and functional assessment of swallowing were carried out. According to the patients habits, pasty, liquid and solid consistency were used. In the manometric evaluation, the measurements were done during liquid swallowing, to assess the intraluminal pressure in the esophagus. It was performed 10 swallowings with intervals of 30 seconds among them, and after five minutes of rest, 10 more swallowings with intervals of 10 seconds among them. The intraluminal pressures measurement, its duration, area under curve and wave displacements partial and total time were considered. In the videofluoroscopic evaluation, pasty, liquid and solid diets were used, in which the first two with a controled volume of 5ml. For all the consistencies were realized three offer, and for the solid and pasty, these process were repeated. Besides the swallowing dynamic in the oropharyngeal phase, the oral phase time (OPT), the pharyngeal depuration (PD), pharyngeal transit (PT), pharyngoesophageal transition transit (PTT), hyoid movement time (HMT) were analysed. In the anamnesis, we observed that 9 (64,3%) patients had complaints about alimentation, but only 7 (50%) presented alterations in the clinical evaluation, and these alterations were mainly for pasty (57,1%) and solid (100%)consistencies. The main alterations were extended oral phase, inadequate mastication, multiple swallowings and fatigue. In the manometric evaluation, the esophageal motility reduction was observed, which was mainly in the proximal esophagus, with amplitude and area under curve reduced. When compared the esophagus development in the different intervals of swallowing, no relation to presence of the disease was found, because the difference was significant for both patients and control group. In the swallowing videofluoroscopy, as well as the clinical evaluation, the main alterations were found in the pasty and solid consistencies, in both oral and pharyngeal phases. Despite that, no laryngeal - tracheal aspiration episode was found. Regarding the swallowings times, only oral phase time (OPT) was actually longer in patients, which was shorter in other parameters such as pharyngeal transit (PT) and pharyngoesophageal transition transit (PTT). When we compared the first swallowings with the last ones for pasty and solid consistencies, the patients presented a increase that time PD; PT; PTT and HMT for solid consistencies with significant value only for PT. The study allowed us to conclude that patients with chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO) mitochondrial myopathy present swallowing dificulties, with oropharyngeal and esophageal alterations, which were greater for pasty and solid consistences.

This thesis applies computer graphics to two important fields of Biomedical Engineering. Firstly, in order to provide new software for interdisciplinary education, an interactive Virtual-based platform was developed, presenting a tridimensional visualization of the neuron and of its major microestructures. Such platform enables an overall view of the neural cell, including particular details in a microcellular level. Several issues regarding the tridimensional reconstruction of neuroanatomical strucutures based on photos taken from real-life tissues are discussed, leading to the implementation of a bidimensional atlas, that establishes connections between neuroanatomy and the clinical practice. Secondly, a system for the efficient and accurate estimation of the time intervals associated with swallow phases was developed, supposing videofluoroscopic images as inputs. The system performs pre-processing of such images by means of file conversions, followed by image analysis, that leads to the final estimation. A clinical experiment was carried out in order to validate the platform, yielding (allowing) a preliminar proposition for a normal pattern of swallow , which is based on the average-estimated swallow times. Results pointed out that the system may be considered, flexible, requiring simple hardware/software configurations, and also providing details on fractioning. / Aplica-se nesta dissertação a computação gráfica a duas áreas relevantes da Engenharia Biomédica. Inicialmente, para propiciar novos instrumentos voltados à educação interdisciplinar em Neurociências, apresenta-se uma plataforma VRML (Virtual Reality Modeling Language) interativa que representa tridimensionalmente o neurônio e suas principais organelas, propiciando enfoques globais da célula e particulares de suas microestruturas. Discutem-se aspectos ligados à reconstrução tridimensional de estruturas neuroanatômicas a partir de fotos tomadas de peças reais, levando à implementação de um atlas bidimensional, que alia a neuroanatomia à prática clínica. Posteriormente, objetivou-se desenvolver um sistema para a contagem precisa e rápida dos intervalos de tempos associados às diversas fases da deglutição, baseado em imagens videofluoroscópicas. O sistema realiza pré-processamento através da conversão de formato de arquivos, seguido de análise de imagens, o que foi validado através de um experimento clínico, permitindo assim refletir a definição de um padrão de normalidade em deglutição , em termos dos valores médios do intervalo de tempo de deglutição. Tal sistema se mostrou viável, simples, flexível, sem a necessidade de hardware/software específicos, possibilitando inclusive detalhar o fracionamento ou não do bolo alimentar. / Mestre em Ciências

La prévalence de l’arthrose féline augmente fortement avec l’âge atteignant plus de 80% des chats de plus de 11 ans. L'arthrose induit une douleur chronique s’exprimant par des changements de comportements et une diminution de la mobilité. Il n'existe aucun outil validé pour évaluer la douleur chronique associée à l’arthrose chez le chat. Conséquemment, aucun traitement ciblant cette douleur n’a pu être validé. Notre hypothèse de recherche est que la douleur arthrosique chez le chat induit des handicaps fonctionnels, des changements neurophysiologiques et un état d'hypersensibilité qu'il faut évaluer pour quantifier de manière fiable cette douleur et ses répercussions sur la qualité de vie de l'animal. Nos objectifs étaient 1) de développer des outils adaptés aux chats mesurant les handicaps fonctionnels grâce à des outils cinématiques, cinétiques et de suivi de l'activité motrice ; 2) de caractériser les changements fonctionnels et neurophysiologiques secondaires à la douleur arthrosique et de tester avec ces outils un traitement analgésique à base d'anti-inflammatoire non stéroïdien ; 3) de développer une technique adaptée aux chats pouvant caractériser la présence du phénomène de sensibilisation centrale à l'aide d'une évaluation de la sommation temporelle mécanique ; 4) de tester la possibilité de mesurer le métabolisme glucidique cérébral par tomographie d’émission par positrons comme marqueur des changements supraspinaux secondaires à la chronicisation de la douleur. Grâce au développement d’outils de mesure de douleur chronique objectifs, sensibles et répétables nous avons caractérisé la douleur chez les chats arthrosiques. Ils présentent des signes de boiterie quantifiée par une diminution de l’amplitude de l’articulation ou par une diminution de la force verticale d’appui au sol et une diminution de l’activité motrice quotidienne. Ces deux derniers outils ont permis de démontrer qu’un anti-inflammatoire non stéroïdien (le méloxicam) administré pendant quatre semaines réduit la douleur arthrosique. De plus, grâce au développement de tests sensoriels quantitatifs et à l'utilisation d'imagerie cérébrale fonctionnelle, nous avons démontré pour la première fois que la douleur arthrosique conduisait à des modifications du système nerveux central chez le chat. Particulièrement, les chats arthrosiques développent le phénomène de sensibilisation centrale mis en évidence par un seuil de retrait aux filament de von Frey diminué (mesure réflexe) mais aussi par une facilitation de la sommation temporelle mécanique (mesure tenant compte de la composante cognitive et émotionnelle de la douleur). L'augmentation du métabolisme cérébral dans le cortex somatosensoriel secondaire, le thalamus et la substance grise périaqueducale, souligne aussi l'importance des changements liés à la chronicisation de la douleur. Un traitement analgésique adapté à l’arthrose permettra d’améliorer la qualité de vie des chats atteints, offrira une option thérapeutique valide aux praticiens vétérinaires, et profitera aux propriétaires qui retrouveront un chat actif et sociable. La découverte de l'implication du phénomène de sensibilisation central combiné à l'investigation des changements cérébraux secondaires à la douleur chronique associée à l'arthrose par imagerie fonctionnelle ouvre de nouvelles avenues de recherche chez le chat (développement et/ou validation de traitements adaptés à l'état d'hypersensibilité) et les humains (potentiel modèle naturel de douleur chronique associée à l'arthrose). / Feline osteoarthritis prevalence increases with age, up to 80% in cats aged 11 years old and more. Osteoarthritis is associated with chronic pain expressing as altered behaviour and a decrease in mobility. Currently, there is no validated technique to evaluate osteoarthritis-associated chronic pain in cats. This situation leads to an absence of approved medication for the treatment of OA-associated chronic pain in cats. Our hypothesis states that osteoarthritis-associated pain in cats is expressed as physical disabilities, neurophysiologic changes, hypersensibility, which need to be assessed to quantify adequately this pain and its impact on quality of life. Our objectives were 1) to develop a cat adapted method to assess physical disabilities using kinematics, kinetics and motor activity evaluations; 2) to describe functional and neurophysiologic changes related to osteoarthritis-associated pain, and to test a non steroidal anti-inflammatory based analgesic treatment; 3) to develop a cat adapted method to detect central sensitisation using mechanical temporal summation; 4) to test the feasibility of measuring carbohydrate brain metabolism using positron emission tomography as a marker of supraspinal changes-associated with pain chronicity. Using objective chronic pain evaluation tools determined as sensitive and repeatable, we characterized feline osteoarthritis-associated pain. Cats afflicted with osteoarthritis presented lameness characterised by decreased joint amplitude, or decreased peak ground reaction vertical force, and decreased motor activity. Using the two latter tools, we demonstrated the efficacy of a non steroidal anti-inflammatory (meloxicam) to alleviate osteoarthritis-associated pain after four weeks of administration. Moreover, using quantitative sensory testing and brain functional imaging, we demonstrated for the first time, that osteoarthritis-associated pain in cats led to central nervous system changes. Specially, cats afflicted with osteoarthritis developed central sensitisation as indicated by a decreased von Frey withdrawal threshold (a reflex evaluation), and also by a facilitated mechanical temporal summation (an approach allowing to take into account affective and cognitive dimensions of pain). The increase of brain metabolism in the secondary somatosensory cortex, thalamus and periaqueductal grey matter also highlighted the importance of pain chronicity related changes. Using an analgesic treatment built to alleviate osteoarthritis-associated pain will improve cats quality of life, will help veterinarians, and will benefit owners who will retrieve an active and social cat. Demonstrating both the importance of central sensitisation and assessment of brain changes related to osteoarthritis-associated chronic pain using brain functional imaging opens new research opportunities in cats (development and/or validation of hypersensitivity related treatments), and humans (potential natural model of osteoarthritis-associated pain).