Efeito do treinamento fisico em judocas e corredores fundistas de alto nivel na plasticidade neural
Wantuir Francisco Siqueira Jacini
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP J119e
[Effects of physical practice in professional judo players and long distance runners on neural plasticity]
Campinas, SP : [s.n.], 2007.
125 f. : il.
Orientador: Li Li Min
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas
Resumo: Estudos experimentais têm sugerido que a prática de exercícios físicos associados a treinamento, planejamento e execução de movimentos complexos causam alterações estruturais no sistema nervoso. Essas podem refletir modificações benéficas à plasticidade cerebral, em resposta ao aumento da...
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Resumo: Estudos experimentais têm sugerido que a prática de exercícios físicos associados a treinamento, planejamento e execução de movimentos complexos causam alterações estruturais no sistema nervoso. Essas podem refletir modificações benéficas à plasticidade cerebral, em resposta ao aumento da atividade imposta pela aprendizagem motora e exercícios físicos. Todavia, efeitos estruturais, com potencial implicação para o auxílio em reabilitação de problemas neurológicos, não são bem entendidos. A prática de judô demanda planejamento de atividades motoras complexas e exercícios físicos. A prática de corrida de fundo demanda pouca aprendizagem motora e contém exercícios físicos. Nosso objetivo foi Investigar variações no volume de substância cinzenta estimulada pela prática de judô e corrida de fundo através de morfometria baseada em voxels (VBM) em imagens de ressonância magnética (RM). Imagens de RM foram feitas em atletas de judô, de corrida de fundo e não atletas em um scanner de 2T (Elscint Prestige, Haifa, Israel). VBM foi feita usando os programas de analise matemática estatística de imagem (Statistical Parametric Mapping, SPM 2 e Matlab 7.0), utilizando imagens em T1 e voxels isotrópicos de 1mm. Os mapas probabilísticos com a substância cinzenta foram comparados voxel a voxel usando teste t-student para determinar diferenças significativas na CSC entre os grupos. Os resultados finais foram corrigidos por um algoritmo de correção para achados falso-positivos (False Discovery Rate - FDR) que minimiza o efeito das múltiplas comparações e eleva a sensibilidade do resultado final. Foram encontrados aumentos significativos no volume de substância cinzenta, no grupo de judocas em diversas áreas, descritas a seguir: Motoras primárias e suplementar no hemisfério esquerdo: giro pré-central (227 voxels); giro frontal superior (398 Voxels); giro frontal médio (34 Voxels); área motora suplementar (196 Voxels). E no hemisfério direito: área motora suplementar (51 Voxels). Áreas relacionadas a planejamento no hemisfério esquerdo: giro frontal inferior triangular (418 Voxels); rolando opercular (62 Voxels); giro frontal médio orbital (56 Voxels); giro reto (69 Voxels). No hemisfério direito, giro frontal inferior triangular, (162 Voxels) e giro reto (517 Voxels). Áreas relacionadas a concentração no hemisfério esquerdo: giro frontal superior orbital (357 Voxels); giro frontal médio orbital (305 Voxels); giro frontal inferior opercular (530 Voxels). No hemisfério direito: giro frontal superior orbital (283 Voxels); giro frontal inferior opercular (472 Voxels). Região dos lobos occipital e parietal, em áreas relacionadas à visão e associativas no hemisfério esquerdo: giro occipital médio (133 Voxels); giro parietal superior (435 Voxels); giro parietal inferior (46 Voxels). No hemisfério direito: giro occipital superior (169 Voxels); giro parietal superior (114 Voxels). Região do lobo temporal em áreas relacionadas à memória do hemisfério esquerdo: lóbulo para central (55 Voxels); giro temporal médio (326 Voxels); giro temporal inferior (1040 Voxels). No hemisfério direito: giro temporal médio (122 Voxels); giro temporal inferior (398 Voxels). Também foram encontrados aumento na concentração de substância cinzenta, no cerebelo em áreas relacionadas a aprendizagem motora no hemisfério esquerdo: cerebelo 1 (32 Voxels); cerebelo 7b (51 Voxels). No hemisfério direito: cerebelo 6 (29 Voxels). No grupo de corredores fundistas, encontramos alterações significativas, com aumentos e diminuições na concentração de substância cinzenta em diversas áreas. Diferentemente do que foi descrito no grupo de judocas, o grupo de corredores apresentou aumento e diminuição na concentração de substância cinzenta em áreas muito difusas. As alterações foram encontradas nas seguintes áreas: Na região do lobo frontal: houve aumento no volume de substância cinzenta de 14.457 voxels, entretanto apresentou uma diminuição de 5.720 voxels. A diferença entre aumento e diminuição no número de voxels que representaria ganho, foi de 8.737 voxels. Na região do lobo temporal e na insula foram encontradas mais diminuição que aumento: houve aumento no volume de substância cinzenta de 1.629 voxels, entretanto apresentou uma diminuição muito maior, de 9.580 voxels. A diferença entre aumento e diminuição no número de voxels que representaria perda, foi negativa em 7951 voxels. Região do lobo parietal foi encontrado aumento superior a diminuição no volume de substância cinzenta: houve aumento no volume de substância cinzenta de 11.298 voxels, enquanto apresentou uma diminuição de 10.725 voxels. A diferença entre aumento e diminuição no número de voxels que representaria ganho, foi de 573 voxels. Região do lobo occipital foi encontrado aumento superior a diminuição no volume de substância cinzenta: houve aumento no volume de substância cinzenta de 4.241 voxels, enquanto apresentou uma diminuição de 1.047 voxels. A diferença entre aumento e diminuição no número de voxels que representaria ganho, foi de 3.194 voxels. Também foram encontrados mais aumento que diminuição no volume de substância cinzenta no cerebelo: houve aumento no volume de substância cinzenta de 10.117 voxels, enquanto apresentou uma diminuição de 7.778 voxels. A diferença entre aumento e diminuição no número de voxels que representaria ganho, foi de 2.339 voxels. Sugerimos que a prática de esportes resulte em alterações morfológicas no córtex motor primário, cerebelo e áreas associativas. Nossos achados sugerem que planejamento motor e execução de movimento, associada a prática de exercícios físicos podem induzir melhoras na plasticidade cerebral, e justificar o uso de esportes na reabilitação de doenças neurológicas. Treinamento físico em atletas judocas e corredores fundistas induz a plasticidade neural. A magnitude da plasticidade neural são diferentes nessas duas modalidades, sugerindo que as mudanças podem ser específicas de acordo com a modalidade desportiva. O mecanismo da indução da plasticidade neural pode ser relacionado a aprendizagem motora como visto nos judocas ou relacionado a possíveis efeitos de fatores troficos e hormonais no cérebro liberados durante o exercício físico prolongado como visto nos corredores fundistas
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Abstract: The regular practice of physical exercises can stimulate the cerebral plasticity, caused a great benefit consequently, to a healthy nervous system. This phenomenon are induced by increases the liberation of many local trophic factor as nerve growth factor (NGF), brain derived neurotrophic...
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Abstract: The regular practice of physical exercises can stimulate the cerebral plasticity, caused a great benefit consequently, to a healthy nervous system. This phenomenon are induced by increases the liberation of many local trophic factor as nerve growth factor (NGF), brain derived neurotrophic factor (BDNF) and fibroblast growth factor - 2 (FGF - 2). These local trophic factor are responsible for cell surviving, a best resistance to nervous system insults and increases the neuronal connections. Moreover, motor learning was described at literature as an interesting alternative to improve cerebral plasticity, also increasing local tropic factors. Experimental studies have suggested that physical exercise encompassing practice, planning and execution of complex movements is associated with changes in brain structure. These changes possibly reflect plastic modifications of the cortical mantle in response to an enhanced demand imposed by the motor task. In humans, cortical plasticity in relation to physical activities is yet to be fully determined and quantified. Moreover, the effects of physical exercise on brain structure, with intrinsic potential implications for rehabilitation of brain damage, are not fully understood. The practice of judo, as physical exercise, demands complex motor planning and control. The practice of long distance running demands mainly physical exercise. To investigate the variations of gray matter volume stimulated by the practice of judo, a physical exercise involved with complex motor planning and control, by using MRI voxel based morphometry (VBM). Eight judo, eight long distance runners and healthy controls were enrolled in this study. MRI was performed in a 2T scanner (Elscint Prestige Haifa, Israel). VBM was performed using the software package SPM 2, on T1-weighted images with 1 mm isotropic voxels. The resulting gray matter concentration (GMC) probabilistic maps were compared, voxel-by-voxel, using a t-test, in order to determine differences in white and gray matter concentration between controls and judo practitioners. Contrasts were defined in order to estimate the probability of each voxel being gray matter. Statistical results were correct by for multiple comparisons using FDR (false discovery rate). We found significative changes compatible with gray matter increases in the judo players group in many different areas. The increases in gray matter volume are related with the enhanced areas where are neuron cells present, and their was found areas such as: In the region of the frontal lobe; motor areas primary and supplementary in the left hemisphere: pre-central gyrus, (227 voxels); frontal superior gyrus (398 Voxels); frontal middle gyrus (34 Voxels); supplementary motor area (196 Voxels). In the right hemisphere: supplementary motor area (51 Voxels). We also found planning related areas compatible with motor actions in the left hemisphere: frontal inferior triangular gyrus (418 Voxels); rolandic opercular, (62 Voxels); frontal middle orbital gyrus (56 Voxels); rectus gyrus (69 Voxels). In the right hemisphere: frontal inferior triangular gyrus (162 Voxels); rectus gyrus, (517 Voxels). Concentration related areas in the left hemisphere: frontal superior orbital gyrus (357 Voxels); frontal middle orbital gyrus (305 Voxels); frontal inferior opercular gyrus (530 Voxels). In the right hemisphere: frontal superior orbital gyrus (283 Voxels); frontal inferior opercular gyrus (472 Voxels). Region of the parietal e occipital lobes, vision and associative related areas in the left hemisphere: occipital middle gyrus (133 Voxels); parietal superior gyrus (435 Voxels); parietal inferior gyrus (46 Voxels). In the right hemisphere: occipital superior gyrus (169 Voxels); parietal superior gyrus (114 Voxels). Region of the temporal lobe; memory related areas in the left hemisphere: para central temporal middle gyrus (326 Voxels); temporal inferior gyrus (1040 Voxels). In the right hemisphere: temporal middle gyrus (122 Voxels); temporal inferior gyrus (398 Voxels). There were also found GMC increases in the cerebella left hemisphere: cerebellum 1 (32 Voxels); cerebellum 7b (51 Voxels). In the right hemisphere cerebellum 6 (29 Voxels).; On the running group we found many significative alterations when comparing with the health control group. We found increases and diminution on gray matter volume in several areas. The increases or diminution on gray matter volume is compatible with the increases or diminution in the areas where are the presence of more neuronal cell concentration. Differently of what we found in our previous study with judo group, the running group demonstrate an increase and diminution on gray matter volume in many and difuse inespecific areas. That alteration was mostly incompatible between this areas functions and the stimulus of running. The areas where was found increases and diminution of gray matter concentration was: in the region of frontal lobe we found an increase of 14.457 voxels, however this region demonstrated a decrease of 5.720 voxels. The difference between increase and decrease was 8.737 voxels. In the region of temporal lobe and insula was found more diminution then increases in related memory areas Increase in grey matter volume: the increase in grey matter volume was 1.629 voxels, however the decrease was much bigger, 9.580 voxels. The difference between increase and decrease was negative in 7.951 voxels. In the region of parietal lobe was found more increases then diminution in grey matter volume: the increase in grey matter volume was 11.298 voxels, however the decrease was 10.725 voxels. The difference between increase and decrease that represents a gain was 573 voxels. In the region of parietal lobe was found more increases then diminution in grey matter volume: the increase in grey matter volume was 4.241 voxels, however the decrease was 1.047 voxels. The difference between increase and decrease that represents a gain was 3.194 voxels. There were also found increases in the gray matter concentration in the cerebella in motor learning, motor memory and postural control related areas Increase in GMC: the increase in grey matter volume was 10.117 voxels, however the decrease was 7.778 voxels. The difference between increase and decrease that represents a gain was 2.339 voxels. Our findings suggest that motor planning and execution, embedded in sport practice, including judo, can induce plasticity related changes in the brain. These findings can justify the use of sports for rehabilitation of brain injuries such as cerebral palsy or stroke. The physical practice in judo players and long distance runners can increase neural plasticity. The increases of neural plasticity are different between this two sport modalities, suggesting that the change can be specific according to sport modalities. The mechanisms of neural plasticity increases can be related to motor skill as was shown in the judo players group or related to possible effects of tropic factors or hormonal released during prolonged physical exercises as shown in the long distance runners grou
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