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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2016.tde-20092016-161647
Document
Author
Full name
Taisa Amoroso Bortolato Miranda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Barros Filho, Tarcisio Eloy Pessoa de (President)
Bolliger Neto, Raul
Baptista, André Mathias
Cristante, Alexandre Fogaça
Pécora, José Ricardo
Title in Portuguese
Análise da reorganização cortical sensório-motora induzida pela atividade física em modelo experimental de lesão medular
Keywords in Portuguese
Atividade motora
Cortex sensório-motor
Neuroproteção
Plasticidade neuronal
Traumatismos da medula espinal
Abstract in Portuguese
A lesão medular (LM) promove uma condição devastadora que resulta em comprometimentos sensorial e motor, impedindo o desempenho funcional do indivíduo. O entendimento sobre os mecanismos envolvidos na reorganização cortical após uma eficiente estratégia terapêutica pode fornecer informações relevantes para o aprimoramento de tecnologias assistivas, como neuropróteses. Este trabalho teve como objetivos investigar as alterações funcionais e estruturais no córtex sensório-motor de ratos Wistar submetidos à atividade física na esteira após a lesão medular contusa. O objetivo secundário foi investigar a reorganização de outras áreas relacionadas ao comportamento motor, como o estriado, a substância negra e a medula espinhal. 17 ratos foram divididos aleatoriamente em três grupos: treinado (TR, n = 6), controle (CTL, n = 7) e sham (n = 4). Todos os animais receberam um implante de matriz de micro-eletrodos no córtex sensório-motor. Os animais dos grupos TR e CTL foram submetidos à LM contusa e os do grupo sham somente ao procedimento cirúrgico sem a LM. Foi realizada a avaliação eletrofisiológica antes da LM e nos 1º, 3º, 5º, 7º, 14º, 21º, 28º, 35º, 42º, 49º e 56º dias pós-operatórios (dPO) da lesão. O grupo TR realizou treinamento motor em uma esteira com velocidade controlada, tendo início no 5º dPO e foi realizado por 15 minutos, cinco vezes na semana. Os outros dois grupos ficaram sem treinamento. No 57º dPO, os animais foram sacrificados, e as medulas espinhais e os encéfalos foram coletados para análise imunohistoquímica. Os resultados eletrofisiológicos mostraram que houve uma diminuição significativa do número de neurônios corticais registrados ao longo do tempo para os animais com LM; existem neurônios que disparam em função do movimento mesmo após a LM, sendo o número desses neurônios significativamente menor nos animais controles; observou-se um padrão de atividade de potencial de campo local do córtex sensório-motor que antecede a ativação muscular. A análise imunohistoquímica do encéfalo mostrou diminuição significativa da imunoreatividade para o marcador de neurofilamentos no córtex motor do grupo CTL e no estriado para os grupos CTL e TR; no córtex somatossensorial houve aumento significativo desta marcação para o grupo TR; não houve diferença da imunoreatividade entre os grupos para o marcador de neurofilamentos na substância negra e nem para a proteína de vesícula, sinaptofisina, nas diferentes áreas encefálicas. Na medula espinhal verificou-se, na região rostral à lesão, aumento significativo da imunoreatividade para os marcadores de proteína associada ao microtúbulo 2 (MAP2), da sinapsina (SYS) e da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) para o grupo TR e diminuição significativa da SYS para o grupo CTL; no segmento central à lesão, houve diminuição significativa da imunoreatividade para os marcadores MAP2 e SYS e aumento significativo para GFAP e OX-42 para os grupos CTL e TR; no segmento caudal à lesão houve diminuição significativa da imunoreatividade para os marcadores GFAP, SYS, MAP2 e OX-42 para o grupo CTL e aumento significativo do marcador MAP2 para o grupo TR. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que a atividade física realizada na esteira após a LM é capaz de promover reorganização cortical sensório-motora e medular por meio da neuroproteção e neuroregeneração
Title in English
Sensorimotor cortical reorganization analysis induced by physical activity in spinal cord injury experimental model
Keywords in English
Cortical reorganization
Neuroprotection plasticity
Physical activity
Sensorimotor areas
Spinal cord injury
Abstract in English
Spinal cord injury (SCI) results in a devastating condition, which leads to motor and sensory deficits that impair the injured person functional performance. The understanding about the mechanisms involved in cortical reorganization after an efficient therapeutic strategy can provide relevant information for the improvement of assistive technology, such as neuroprosthesis. This work aimed to investigate the functional and structural changes in the sensorimotor cortex of spinal cord injured Wistar rats, which were submitted to treadmill training. A secondary objective was to investigate the reorganization of other areas related to the movement, such as striatum, substantia nigra and spinal cord. 17 rats were randomly divided into three groups: trained (TR, n = 6), control (CTL, n = 7) and sham (n = 4). All animals received a microelectrodes array in the sensorimotor cortex. Control and trained animals were submitted to contusive SCI and the sham group only to the surgical procedure without the contusion. Electrophysiological assessments were accomplished before SCI and on the 1st, 3rd, 5th, 7th, 14th, 21st, 28th, 35th, 42nd, 49th and 56th post-operative days (POd). The TR group performed the motor training on a treadmill with controlled speed, starting on the 5th POd and it was done for 15 minutes, five times per week. The other two groups did not receive any training. On the 57th POd, the animals were sacrificed and the spinal cords and brains were collected for immunohistochemistry analysis. Electrophysiological data revealed that there was a significant decrease of the cortical neurons number with time for the injured animals; there was neurons that fire in function of the movement even after the SCI, but the number of these neurons was significant smaller in CTL group; it was observed a pattern of sensorimotor local field potential activation before the muscular activation. Brain immunohistochemistry data showed immunoreactivity significant decrease for neurofilament staining of the CTL motor cortex and CTL and TR striatum; the somatosensory cortex had a significant increase of this maker for TR group; there was no difference between groups for the neurofilament maker in the substantia nigra and neither to the vesicle protein maker, synaptophysin, in the different brain areas. In the spinal cord rostral to the lesion there were significant increase of the immunoreactivity for the microtubule associated protein 2 (MAP2), synapsin (SYS) and glial fibrillary acidic protein (GFAP) for the TR group and significant decrease of SYS for the CTL group; central to the lesion, there were immunoreactivity significant decrease for the MAP2 and SYS makers and a significant increase for the GFAP and OX-42 makers in CTL and TR groups; and caudal to the lesion, there were immunoreactivity significant decrease for the GFAP, SYS, MAP2 and OX-42 for the CTL group and significant increase of MAP2 maker for the TR group. Together these findings show that the physical activity on a treadmill after spinal cord injury is capable of producing sensorimotor cortex and spinal cord reorganization throughout the neuroprotection and neuroregeneration
 
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Publishing Date
2016-09-21
 
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