Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II

Résumé tout public : Le développement du diabète de type II et de l'obésité est causé par l'interaction entre des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux, en particulier une alimentation riche en calories et une activité physique insuffisante. Afín d'évaluer le rôle de l'alimentation en absence d'hétérogénéité génétique, nous avons nourri une lignée de souris génétiquement pure avec un régime extrêmement gras. Ce régime a conduit à l'établissement de différents phénotypes parmi ces souris, soit : un diabète et une obésité (ObD), un diabète mais pas d'obésité (LD) ou ni un diabète, ni une obésité (LnD). Nous avons fait l'hypothèse que ces adaptations différentes au stress nutritionnel induit par le régime gras étaient dues à l'établissement de programmes génétiques différents dans les principaux organes impliqués dans le maintien de l'équilibre énergétique. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons développé une puce à ADN contenant approximativement 700 gènes du métabolisme. Cette puce à ADN, en rendant possible la mesure simultanée de l'expression de nombreux gènes, nous a permis d'établir les profils d'expression des gènes caractéristiques de chaque groupe de souris nourries avec le régime gras, dans le foie et le muscle squelettique. Les données que nous avons obtenues à partir de ces profils d'expression ont montré que des changements d'expression marqués se produisaient dans le foie et le muscle entre les différents groupes de souris nourries avec le régime gras. Dans l'ensemble, ces changements suggèrent que l'établissement du diabète de type II et de l'obésité induits par un régime gras est associé à une synthèse accrue de lipides par le foie et à un flux augmenté de lipides du foie jusqu'à la périphérie (muscles squelettiques). Dans un deuxième temps, ces profils d'expression des gènes ont été utilisés pour sélectionner un sous-ensemble de gènes suffisamment discriminants pour pouvoir distinguer entre les différents phénotypes. Ce sous-ensemble de gènes nous a permis de construire un classificateur phénotypique capable de prédire avec une précision relativement élevée le phénotype des souris. Dans le futur, de tels « prédicteurs » basés sur l'expression des gènes pourraient servir d'outils pour le diagnostic de pathologies liées au métabolisme. Summary: Aetiology of obesity and type II diabetes is multifactorial, involving both genetic and environmental factors, such as calory-rich diets or lack of exercice. Genetically homogenous C57BL/6J mice fed a high fat diet (HFD) up to nine months develop differential adaptation, becoming either obese and diabetic (ObD) or remaining lean in the presence (LD) or absence (LnD) of diabetes development. Each phenotype is associated with diverse metabolic alterations, which may result from diverse molecular adaptations of key organs involved in the control of energy homeostasis. In this study, we evaluated if specific patterns of gene expression could be associated with each different phenotype of HFD mice in the liver and the skeletal muscles. To perform this, we constructed a metabolic cDNA microarray containing approximately 700 cDNA representing genes involved in the main metabolic pathways of energy homeostasis. Our data indicate that the development of diet-induced obesity and type II diabetes is linked to some defects in lipid metabolism, involving a preserved hepatic lipogenesis and increased levels of very low density lipoproteins (VLDL). In skeletal muscles, an increase in fatty acids uptake, as suggested by the increased expression of lipoprotein lipase, would contribute to the increased level of insulin resistance observed in the ObD mice. Conversely, both groups of lean mice showed a reduced expression in lipogenic genes, particularly stearoyl-CoA desaturase 1 (Scd-1), a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity. Secondly, we identified a subset of genes from expression profiles that classified with relative accuracy the different groups of mice. Such classifiers may be used in the future as diagnostic tools of each metabolic state in each tissue. Résumé Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II L'étiologie de l'obésité et du diabète de type II est multifactorielle, impliquant à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, tels que des régimes riches en calories ou un manque d'exercice physique. Des souris génétiquement homogènes C57BL/6J nourries avec un régime extrêmement gras (HFD) pendant 9 mois développent une adaptation métabolique différentielle, soit en devenant obèses et diabétiques (ObD), soit en restant minces en présence (LD) ou en absence (LnD) d'un diabète. Chaque phénotype est associé à diverses altérations métaboliques, qui pourraient résulter de diverses adaptations moléculaires des organes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons évalué si des profils d'expression des gènes dans le foie et le muscle squelettique pouvaient être associés à chacun des phénotypes de souris HFD. Dans ce but, nous avons développé une puce à ADN métabolique contenant approximativement 700 ADNc représentant des gènes impliqués dans les différentes voies métaboliques de l'homéostasie énergétique. Nos données indiquent que le développement de l'obésité et du diabète de type II induit par un régime gras est associé à certains défauts du métabolisme lipidique, impliquant une lipogenèse hépatique préservée et des niveaux de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) augmentés. Au niveau du muscle squelettique, une augmentation du captage des acides gras, suggéré par l'expression augmentée de la lipoprotéine lipase, contribuerait à expliquer la résistance à l'insuline plus marquée observée chez les souris ObD. Au contraire, les souris minces ont montré une réduction marquée de l'expression des gènes lipogéniques, en particulier de la stéaroyl-CoA désaturase 1 (scd-1), un gène associé à la sensibilité au développement de l'obésité par un régime gras. Dans un deuxième temps, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes à partir des profils d'expression, qui permettent de classifier avec une précision relativement élevée les différents groupes de souris. De tels classificateurs pourraient être utilisés dans le futur comme outils pour le diagnostic de l'état métabolique d'un tissu donné.

Effect of portacaval anastomosis on glutamine synthetase protein and gene expression in brain, liver and skeletal muscle.

The effects of chronic liver insufficiency resulting from end-to-side portacaval anastomosis (PCA) on glutamine synthetase (GS) activities, protein and gene expression were studied in brain, liver and skeletal muscle of male adult rats. Four weeks following PCA, activities of GS in cerebral cortex and cerebellum were reduced by 32\% and 37\% (p<0.05) respectively whereas GS activities in muscle were increased by 52\% (p<0.05). GS activities in liver were decreased by up to 90\% (p<0.01), a finding which undoubtedly reflects the loss of GS-rich perivenous hepatocytes following portal-systemic shunting. Immunoblotting techniques revealed no change in GS protein content of brain regions or muscle but a significant loss in liver of PCA rats. GS mRNA determined by semi-quantitative RT-PCR was also significantly decreased in the livers of PCA rats compared to sham-operated controls. These findings demonstrate that PCA results in a loss of GS gene expression in the liver and that brain does not show a compensatory induction of enzyme activity, rendering it particularly sensitive to increases in ammonia in chronic liver failure. The finding of a post-translational increase of GS in muscle following portacaval shunting suggests that, in chronic liver failure, muscle becomes the major organ responsible for the removal of excess blood-borne ammonia.

Direct molecular and spectroscopic evidence for increased ammonia removal capacity of skeletal muscle in acute liver failure.

BACKGROUND/AIMS: It has been proposed that, in acute liver failure, skeletal muscle adapts to become the principle organ responsible for removal of blood-borne ammonia by increasing glutamine synthesis, a reaction that is catalyzed by the cytosolic ATP-dependent enzyme glutamine synthetase. To address this issue, glutamine synthetase expression and activities were measured in skeletal muscle of rats with acute liver failure resulting from hepatic devascularization. METHODS: Glutamine synthetase protein and gene expression were investigated using immunoblotting and semi-quantitative RT-PCR analysis. Glutamine synthetase activity and glutamine de novo synthesis were measured using, respectively, a standard enzymatic assay and [13C]-nuclear magnetic resonance spectroscopy. RESULTS: Glutamine synthetase protein (but not gene) expression and enzyme activities were significantly up-regulated leading to increased de novo synthesis of glutamine and increased skeletal muscle capacity for ammonia removal in acute liver failure. In contrast to skeletal muscle, expression and activities of glutamine synthetase in the brain were significantly decreased. CONCLUSIONS: These findings demonstrate that skeletal muscle adapts, through a rapid induction of glutamine synthetase, to increase its capacity for removal of blood-borne ammonia in acute liver failure. Maintenance of muscle mass together with the development of agents with the capacity to stimulate muscle glutamine synthetase could provide effective ammonia-lowering strategies in this disorder.

Optimisation du vecteur adénoviral pour la thérapie génique de la dystrophie musculaire de Duchenne

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie très sévère, progressive et sans traitement vraiment efficace. Elle est caractérisée par l’absence fonctionnelle de la dystrophine, une protéine essentielle au maintien des muscles squelettiques. La thérapie génique est actuellement envisagée comme approche thérapeutique pour livrer la dystrophine dans les muscles. Les vecteurs adénoviraux de troisième génération (Helper-dependent adenoviral vector, HD) sont des véhicules de transfert génique très prometteurs pour traiter la DMD. Puisque les gènes adénoviraux ont été enlevés complètement du HD, ils sont peu toxiques, faiblement immunogéniques et ils possèdent un espace cargo suffisant pour transporter l’ADN codant complet de la dystrophine. Bien que le HD puisse fournir la dystrophine de façon thérapeutique chez des souris dystrophiques (mdx), l’expression du gène thérapeutique est progressivement perdue plusieurs mois suivant l’injection intramusculaire. Deux stratégies innovantes furent explorées dans cette thèse dans le but de stabiliser l’expression de la dystrophine. La première stratégie vise à l’intégration de l’ADN du HD dans les chromosomes cellulaires, ce qui pourrait le protéger contre son élimination progressive des muscles. Une intégrase site-spécifique issue du phage ΦC31 a été utilisée pour catalyser l’intégration d’un HD transportant un marqueur de sélection. Dans les cellules humaines et les myoblastes murins, l’activité de l’intégrase a été évaluée d’après son efficacité d’intégration (après sélection) et sa spécificité (dans les clones résistants). L’efficacité atteint jusqu’à 0,5 % par cellule et jusqu’à 76 % des événements d’intégration ont été réalisés de façon site-spécifique. Bien que des délétions aient été trouvées aux extrémités du vecteur, 70 % des clones analysés montraient une seule copie du vecteur intégré (le nombre attendu). Seulement une petite augmentation du nombre de brisures double-brin a été mesurée dans les myoblastes exprimant l’intégrase. En conclusion, l’intégration du HD est relativement efficace, spécifique et sécuritaire. Cette méthode est très prometteuse, car la dystrophine peut être livrée dans le muscle avec l’aide du HD et l’intégration de l’ADN du HD pourrait stabiliser son expression in vivo. La deuxième stratégie implique l’utilisation d’un nouveau promoteur musculospécifique (ΔUSEx3) pour réduire la toxicité induite liée à une expression trop étendue de la dystrophine. Dans cette étude, nous avons investigué l’effet du contexte viral sur l’activité du promoteur. Un HD et un vecteur lentiviral (LV) ont été construits avec le promoteur ΔUSEx3 pour contrôler l’expression d’un gène rapporteur. Les résultats démontrent que ΔUSEx3 confère une expression puissante, musculospécifique et stable (via le LV) in vitro. L’injection intramusculaire du HD a conduit à une expression puissante du transgène. Ces résultats contrastent avec ceux du LV, car après l’injection de ce dernier, l’expression était faible. La livraison du HD dans le muscle, mais aussi dans plusieurs organes démontre la musculospécificité de ΔUSEx3. Par conséquent, le contexte du vecteur et l’environnement musculaire modulent tous les deux l’activité de ΔUSEx3. Bien que ΔUSEx3 soit musculospécifique, d’autres études sont requises pour déterminer si le promoteur peut stabiliser l’expression de la dystrophine in vivo.

Intolérence à l'effort en hypertension artérielle pulmonaire : Implication des déterminants périphériques

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie caractérisée par l’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires causant une augmentation de la pression artérielle pulmonaire qui mène au décès prématuré des patients. Malgré une amélioration rapide ces dernières années des traitements spécifiques, les patients souffrant d’HTAP demeurent dyspnéiques et intolérants à l’effort. L’atteinte vasculaire pulmonaire est actuellement irréversible. Elle est également la source de plusieurs anomalies au niveau des systèmes cardiovasculaires, ventilatoires et musculaires constituant les principaux déterminants physiologiques de la capacité à l’effort des patients. Cette thèse a investigué différentes facettes de la tolérance à l’effort en HTAP : les différents mécanismes ayant un impact sur l’apport musculaire en oxygène, l’altération des voies de signalisation cellulaire impliquées dans l’angiogenèse musculaire et les mécanismes ayant un impact sur la régulation du débit sanguin et l’oxygénation cérébrale en HTAP. Nous avons premièrement documenté une diminution de l’apport en oxygène aux muscles squelettiques à l’effort des patients en relation avec une diminution de la densité capillaire musculaire. Ce défaut d’angiogenèse corrélait d’ailleurs avec la capacité à l’effort des sujets. Par la suite, nous avons étudié les voies de signalisations cellulaires de l’angiogenèse musculaire. Ces résultats ont permis de démontrer une diminution de l’expression de miR-126, unique aux patients HTAP, qui était responsable de la diminution de la densité capillaire et qui contribuait à leur intolérance à l’effort. De plus, il était possible de moduler in vivo l’expression de miR-126. L’expérimentation in vivo, à l’aide d’un modèle murin d’HTAP, a permis de rétablir l’expression de miR-126, d’augmenter la microcirculation musculaire et d’améliorer la tolérance à l’effort des animaux, ce qui met en lumière le potentiel thérapeutique de l’angiogenèse musculaire pour améliorer la capacité à l’effort en HTAP. Notre dernier projet a démontré que les patients HTAP présentaient une diminution de débit sanguin cérébral. Ce projet a également démontré que les changements de pression artérielle sont moins bien amortis par les vaisseaux cérébraux des patients et que leurs vaisseaux cérébraux étaient moins réactifs aux changements de CO2. Les patients présentaient aussi une augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs centraux qui contribuait à augmenter leur ventilation au repos, mais aussi à l’exercice. Finalement, à l’effort, nous avons démontré que le débit sanguin cérébral des patients HTAP était principalement influencé par la pression artérielle alors que chez les sujets sains, le débit sanguin cérébral était influencé principalement par la PETCO2. Nous avons également démontré que les patients HTAP présentaient une diminution progressive de leur oxygénation cérébrale, qui corrélait avec leur capacité à l’effort. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat démontrent bien que la capacité à l’effort en HTAP est aussi déterminée par plusieurs anomalies physiopathologiques périphériques.

Altération de la régénération musculaire dans la maladie pulmonaire obstructive chronique

Altération de la régénération musculaire dans la maladie pulmonaire obstructive chronique. La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est caractérisée par une obstruction bronchique irréversible et progressive. L’atrophie musculaire périphérique y est fréquente et a un impact négatif sur la capacité fonctionnelle et la survie des sujets atteints. Toutefois, on ignore si une altération du processus de régénération musculaire est un processus ayant cours dans l’atrophie musculaire périphérique. Le but de la présente thèse était donc d’étudier les cellules satellites, principales cellules responsables de la régénération musculaire dans les muscles périphériques de patients ayant une MPOC. Dans un premier temps, nous avons évalué l’historique de réplication du tissu musculaire et la sénescence des cellules satellites. Les changements morphologiques ayant lieu dans le muscle au cours de la progression de la maladie rendent le muscle plus susceptible aux dommages, induisant un raccourcissement prématuré des télomères. Un raccourcissement des télomères chez les sujets ayant une MPOC avec atrophie est concomitant avec une augmentation du nombre de cellules satellites sénescentes et de l’épuisement du potentiel de régénération compromettant le maintien de la masse musculaire chez ces sujets. Dans un deuxième et troisième temps, nous avons étudié les étapes amenant une cellule satellite vers une cellule musculaire dans les muscles périphériques et respiratoires de patients ayant une MPOC comparativement à des sujets contrôles. Les cellules satellites sont impliquées dans la réparation du tissu musculaire. Dans les cellules satellites provenant des sujets ayant une MPOC, une altération de la prolifération et de la différentiation a été observée. Ces résultats sont compatibles avec une altération de la régénération musculaire pouvant conduire à l’atrophie musculaire dans la MPOC. Le quatrième volet de ce projet s’intéressait à l’impact d’un entraînement en résistance sur l’activité des cellules satellites et le rôle joué par la myostatine dans ce contexte. La littérature montre que l’exercice en résistance est bien toléré et aide les patients ayant une MPOC à retrouver une meilleure qualité de vie. Cependant, il semble qu’ils n’y répondent pas tous aussi bien que les sujets contrôles. La capacité de réponse des cellules satellites à un entraînement en résistance semble inadéquate, suggérant ainsi un défaut de leur activation. Dans la dernière étude de cette thèse, nous avons voulu évaluer l’impact de l’inflammation systémique en étudiant SAA1, une protéine de phase aiguë et p21, une protéine du cycle cellulaire dans la dégradation des protéines des cellules musculaires. Les liens de causalité entre l’affection primaire et les différentes comorbidités demeurent nébuleux dans la MPOC. SAA1 et p21 sont augmentés dans les muscles squelettiques des patients ayant une MPOC et par ailleurs, SAA1 est capable d’induire la dégradation des protéines musculaires. Cette thèse expose les premiers éléments impliquant l’altération de la régénération musculaire avec la dysfonction musculaire observée chez les patients ayant une MPOC. Ces résultats vont certainement contribuer au développement de nouvelles thérapies et stratégies d’intervention dans le but d’améliorer la qualité de vie des personnes atteintes d’une MPOC. En somme, les travaux effectués dans le cadre de la présente thèse montrent que plusieurs mécanismes agissent de concert avec l’inactivité physique afin d’induire le phénotype dysfonctionnel dans les muscles des patients ayant une MPOC.

Electromyographic activity of masticatory muscles in women with osteoporosis

The purpose of this study was to analyze the electromyographic (EMG) activity and the maximal molar bite force in women diagnosed with osteoporosis in the maxillary and mandibular regions, considering the habits and conditions that lead to development of generalized skeletal bone loss, including on face bones, can disturb the functional harmony of the stomatognathic system. Twenty-seven women with mandibular and maxillary osteoporosis and 27 healthy controls volunteered to participate in the study. A 5-channel electromyographer was used. Muscle activity was evaluated by means of EMG recordings of the masticatory musculature (masseter and temporalis muscles, bilaterally) during the following clinical conditions: rest (5 s); right and left lateral excursions (5 s); protrusion (5 s); maximal dental clenching on Parafilm™ (4 s) and maximal voluntary contraction (4 s). This latter clinical condition was used as the normalization factor of the sample data. It was observed that individuals with osteoporosis presented greater EMG activity when maintaining mandible posture conditions and less activity during dental clenching and when obtaining maximal molar bite force. It may be concluded that facial osteoporosis can interfere on the patterns of masticatory muscle activation and maximal bite force of the stomatognathic system.

Effect of triiodothyronine on the maxilla and masseter muscles of the rat stomatognathic system

The maxilla and masseter muscles are components of the stomatognathic system involved in chewing, which is frequently affected by physical forces such as gravity, and by dental, orthodontic and orthopedic procedures. Thyroid hormones (TH) are known to regulate the expression of genes that control bone mass and the oxidative properties of muscles; however, little is known about the effects of TH on the stomatognathic system. This study investigated this issue by evaluating: i) osteoprotegerin (OPG) and osteopontine (OPN) mRNA expression in the maxilla and ii) myoglobin (Mb) mRNA and protein expression, as well as fiber composition of the masseter. Male Wistar rats (~250 g) were divided into thyroidectomized (Tx) and sham-operated (SO) groups (N = 24/group) treated with T3 or saline (0.9%) for 15 days. Thyroidectomy increased OPG (~40%) and OPN (~75%) mRNA expression, while T3 treatment reduced OPG (~40%) and OPN (~75%) in Tx, and both (~50%) in SO rats. Masseter Mb mRNA expression and fiber type composition remained unchanged, despite the induction of hypo- and hyperthyroidism. However, Mb content was decreased in Tx rats even after T3 treatment. Since OPG and OPN are key proteins involved in the osteoclastogenesis inhibition and bone mineralization, respectively, and that Mb functions as a muscle store of O2 allowing muscles to be more resistant to fatigue, the present data indicate that TH also interfere with maxilla remodeling and the oxidative properties of the masseter, influencing the function of the stomatognathic system, which may require attention during dental, orthodontic and orthopedic procedures in patients with thyroid diseases.

Time course of training-induced microcirculatory changes and of vegf expression in skeletal muscles of spontaneously hypertensive female rats

Exercise-induced vessel changes modulate arterial pressure (AP) in male spontaneously hypertensive rats (SHR). Vascular endothelial growth factor (VEGF) is important for angiogenesis of skeletal muscle. The present study evaluated the time course of VEGF and angiogenesis after short- and long-term exercise training of female SHR and Wistar Kyoto (WKY) rats, 8-9 weeks (200-250 g). Rats were allocated to daily training or remained sedentary for 3 days (N = 23) or 13 weeks (N = 23). After training, the carotid artery was catheterized for AP measurements. Locomotor (tibialis anterior and gracilis) and non-locomotor skeletal muscles (temporalis) were harvested and prepared for histologic and protein expression analyses. Training increased treadmill performance by all groups (SHR = 28%, WKY = 64%, 3 days) and (SHR = 141%, WKY = 122%, 13 weeks). SHR had higher values of AP than WKY (174 ± 4 vs 111 ± 2 mmHg) that were not altered by training. Three days of running increased VEGF expression (SHR = 28%, WKY = 36%) simultaneously with an increase in capillary-to-fiber ratio in gracilis muscle (SHR = 19%, WKY = 15%). In contrast, 13 weeks of training increased gracilis capillary-to-fiber ratio (SHR = 18%, WKY = 19%), without simultaneous changes in VEGF expression. Training did not change VEGF expression and capillarity of temporalis muscle. We conclude that training stimulates time- and tissue-dependent VEGF protein expression, independent of pressure levels. VEGF triggers angiogenesis in locomotor skeletal muscle shortly after the exercise starts, but is not involved in the maintenance of capillarity after long-term exercise in female rats.

Vibration-induced extra torque during electrically-evoked contractions of the human calf muscles

Background: High-frequency trains of electrical stimulation applied over the lower limb muscles can generate forces higher than would be expected from a peripheral mechanism (i.e. by direct activation of motor axons). This phenomenon is presumably originated within the central nervous system by synaptic input from Ia afferents to motoneurons and is consistent with the development of plateau potentials. The first objective of this work was to investigate if vibration (sinusoidal or random) applied to the Achilles tendon is also able to generate large magnitude extra torques in the triceps surae muscle group. The second objective was to verify if the extra torques that were found were accompanied by increases in motoneuron excitability. Methods: Subjects (n = 6) were seated on a chair and the right foot was strapped to a pedal attached to a torque meter. The isometric ankle torque was measured in response to different patterns of coupled electrical (20-Hz, rectangular 1-ms pulses) and mechanical stimuli (either 100-Hz sinusoid or gaussian white noise) applied to the triceps surae muscle group. In an additional investigation, M(max) and F-waves were elicited at different times before or after the vibratory stimulation. Results: The vibratory bursts could generate substantial self-sustained extra torques, either with or without the background 20-Hz electrical stimulation applied simultaneously with the vibration. The extra torque generation was accompanied by increased motoneuron excitability, since an increase in the peak-to-peak amplitude of soleus F waves was observed. The delivery of electrical stimulation following the vibration was essential to keep the maintained extra torques and increased F-waves. Conclusions: These results show that vibratory stimuli applied with a background electrical stimulation generate considerable force levels (up to about 50% MVC) due to the spinal recruitment of motoneurons. The association of vibration and electrical stimulation could be beneficial for many therapeutic interventions and vibration-based exercise programs. The command for the vibration-induced extra torques presumably activates spinal motoneurons following the size principle, which is a desirable feature for stimulation paradigms.

Coactivation of the shoulder and arm muscles during closed kinetic chain exercises on an unstable surface

Introduction: The purpose of this study was to compare the electromyography index of muscle coactivation of the following muscle pairs: posterior deltoid and pectoralis major (PD/PM); triceps brachii and biceps brachii (TB/BB); and serratus anterior and upper trapezius (SA/UT) during three different closed kinetic chain exercises (wall-press, bench-press and push-up) on an unstable surface at the maximal load. Methods: A total of 20 healthy sedentary men participated in the study. Integral linear values were obtained from three sustained contractions of six seconds each for the three proposed exercises. Mean coactivation index values were compared using the mixed-effects linear model, with a five percent significance level. Results: Electromyography indexes of muscle coactivation showed significant differences for the PD/PM and TB/BB muscle pairs. No differences were found between exercises for the SA/UT muscle pair. Conclusion: Our results seem to differ from those of previous studies, which reported that the similarity in exercises performed is responsible for the comparable muscle activation levels.

Characterization of Fiber Types in Different Muscles of the Hindlimb in Female Weanling and Adult Wistar Rats

We analyzed lesser diameter and distribution of fiber types in different skeletal muscles from female Wistar rats using a histoenzymology Myofibrillar Adenosine Tri-phosphatase (mATPase) method. Fragments from muscles were frozen and processed by mATPase in different pH. Adult and weanling rat soleus muscles presented a predominance of type I fibers and larger fiber diameters. In the plantar muscle in adult rats, the type IIB fibers demonstrated greater lesser diameter while in the weanling animals, types I and IIB fibers were larger. The plantar muscle of animals of both ages was composed predominantly of the type IID fibers. The type IID fibers were observed in similar amounts in the lateral gastrocnemius and the medial gastrocnemius muscles. Type IIB fibers showed predominance and presented higher size in comparison with other types in the EDL muscle. The present study shows that data on fiber type distribution and fiber lesser diameter obtained in adult animals cannot always be applied to weanling animals of the same species. Using the mATPase, despite the difficult handling, is an important tool to determine the different characteristics of the specific fibers in the skeletal muscle tissue.

Effects of quadriceps and anterior tibial muscles electrical stimulation on the feet and ankles of patients with spinal cord injuries

Study design: Controlled clinical test. Objectives: The purpose of this study was to assess the effects of quadriceps and anterior tibial muscles electrical stimulation on the feet and ankles of patients with spinal cord injuries and to compare them with able-bodied individuals and a group of patients who did not undergo neuromuscular electrical stimulation (NMES). Setting: This study was conducted at the Hospital das Clinicas of Unicamp, Campinas, Sao Paulo, Brazil. Methods: Between January and April 2008, 30 patients at the spinal cord injury ambulatory clinic who underwent NMES (group A) were submitted to a clinical and radiographic assessment of their feet and ankles and compared with a spinal cord injury group (group B) who did not undergo NMES and a group of able-bodied individuals (group C). The Kruskal-Wallis test was used to compare all the three groups, and between-group differences (P < 0.05) were investigated with the Mann-Whitney test. Results: The mean mobility of the midfoot and ankle subtalar joint was significantly higher in group C than in groups A and B. Differences in the mean measurements of the profiles of the talocalcaneal and the talus-first metatarsal angles were statistically significant for group A vs the other groups (P = 0.0020, 0.0024, respectively). Foot deformities were found in groups including claw toes and flat feet (group A) and grade I ulcers on the lateral malleolus and calcaneus (group B). Conclusion: Partial-load NMES maintains the feet and ankles in a planted and adequate walking position in patients with spinal cord injuries, a favorable result of new technologies that allows these patients to reacquire independent walking capacity. Spinal Cord (2010) 48, 881-885; doi:10.1038/sc.2010.50; published online 18 May 2010

The effect of additional strengthening of hip abductor and lateral rotator muscles in patellofemoral pain syndrome: a randomized controlled pilot study

Objectives: To study the effect of additional strengthening of hip abductor and lateral rotator muscles in a strengthening quadriceps exercise rehabilitation programme for patients with the patellofemoral pain syndrome. Design: Randomized controlled pilot trial. Setting: Clinical setting with home programme. Participants: Fourteen patients with patellofemoral pain syndrome. Intervention: The subjects were randomly assigned to the intervention group (strengthening of quadriceps plus strengthening of hip abductor and lateral rotator muscles) or to the control group (strengthening of quadriceps). Both groups participated in a six-week home exercise protocol. Main outcome measures: The perceived pain symptoms, isokinetic eccentric knee extensor, hip abductor and lateral rotator torques and the gluteus medius electromyographic activity were assessed before and after treatment. Parametric and non-parametric tests were used to compare the groups before and after treatment with alpha = 0.05. Results: Only the intervention group improved perceived pain symptoms during functional activities (P=0.02-0.04) and also increased their gluteus medius electromyographic activity during isometric voluntary contraction (P=0.03), Eccentric knee extensors torque increased in both groups (P=0.04 and P=0.02). There was no statistically significant difference in the hip muscles torque in either group. Conclusion: Supplementation of strengthening of hip abductor and lateral rotator muscles in a strengthening quadriceps exercise programme provided additional benefits with respect to the perceived pain symptoms during functional activities in patients with patellofemoral pain syndrome after six weeks of treatment.

A method to estimate EMG crosstalk between two muscles based on the silent period following an H-reflex

The crosstalk phenomenon consists in recording the volume-conducted electromyographic activity of muscles other than that under study. This interference may impair the correct interpretation of the results in a variety of experiments. A new protocol is presented here for crosstalk assessment between two muscles based on changes in their electrical activity following a reflex discharge in one of the muscles in response to nerve stimulation. A reflex compound muscle action potential (H-reflex) was used to induce a silent period in the muscle that causes the crosstalk, called here the remote muscle. The rationale is that if the activity recorded in the target muscle is influenced by a distant source (the remote muscle) a silent period observed in the electromyogram (EMG) of the remote muscle would coincide with a decrease in the EMG activity of the target muscle. The new crosstalk index is evaluated based on the root mean square (RMS) values of the EMGs obtained in two distinct periods (background EMG and silent period) of both the remote and the target muscles. In the present work the application focused on the estimation of the degree of crosstalk from the soleus muscle to the tibialis anterior muscle during quiet stance. However, the technique may be extended to other pairs of muscles provided a silent period may be evoked in one of them. (C) 2009 IPEM. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.