Optimal control and numerical optimization applied to epidemiological models

A relação entre a epidemiologia, a modelação matemática e as ferramentas computacionais permite construir e testar teorias sobre o desenvolvimento e combate de uma doença. Esta tese tem como motivação o estudo de modelos epidemiológicos aplicados a doenças infeciosas numa perspetiva de Controlo Ótimo, dando particular relevância ao Dengue. Sendo uma doença tropical e subtropical transmitida por mosquitos, afecta cerca de 100 milhões de pessoas por ano, e é considerada pela Organização Mundial de Saúde como uma grande preocupação para a saúde pública. Os modelos matemáticos desenvolvidos e testados neste trabalho, baseiam-se em equações diferenciais ordinárias que descrevem a dinâmica subjacente à doença nomeadamente a interação entre humanos e mosquitos. É feito um estudo analítico dos mesmos relativamente aos pontos de equilíbrio, sua estabilidade e número básico de reprodução. A propagação do Dengue pode ser atenuada através de medidas de controlo do vetor transmissor, tais como o uso de inseticidas específicos e campanhas educacionais. Como o desenvolvimento de uma potencial vacina tem sido uma aposta mundial recente, são propostos modelos baseados na simulação de um hipotético processo de vacinação numa população. Tendo por base a teoria de Controlo Ótimo, são analisadas as estratégias ótimas para o uso destes controlos e respetivas repercussões na redução/erradicação da doença aquando de um surto na população, considerando uma abordagem bioeconómica. Os problemas formulados são resolvidos numericamente usando métodos diretos e indiretos. Os primeiros discretizam o problema reformulando-o num problema de optimização não linear. Os métodos indiretos usam o Princípio do Máximo de Pontryagin como condição necessária para encontrar a curva ótima para o respetivo controlo. Nestas duas estratégias utilizam-se vários pacotes de software numérico. Ao longo deste trabalho, houve sempre um compromisso entre o realismo dos modelos epidemiológicos e a sua tratabilidade em termos matemáticos.

Educação em neurofisiologia da dor e exercício em adolescentes com dor cervical: um estudo piloto da sua efetividade

Enquadramento: A prevalência da dor cervical crónica em adolescentes está a aumentar. Estudos recentes têm comprovado a eficácia de programas de educação com base na neurofisiologia da dor e exercício na diminuição da dor, incapacidade, medo e ansiedade associados à dor crónica. Contudo, apesar deste tipo de programas apresentar resultados promissores em adultos, a sua aplicação e efetividade em populações mais jovens tem sido pouco estudada. Objetivos: Avaliar a efetividade de um programa de educação com base na neurofisiologia da dor associado a exercícios na dor cervical crónica em adolescentes na 1) frequência e intensidade da dor, 2) incapacidade associada, 3) capacidade de resistência dos músculos flexores e extensores profundos da cervical e estabilizadores da omoplata, 4) ansiedade e 5) catastrofização. Métodos: Um total de 43 adolescentes com idade entre os 15 e os 18 anos da Escola Secundária Dr. João Carlos Celestino Gomes participaram neste estudo. Foram avaliadas a intensidade, duração e frequência da dor cervical, a incapacidade associada e a resistência dos músculos flexores e extensores profundos da cervical e estabilizadores da omoplata através dos testes dos flexores e extensores profundos e estabilizadores da omoplata, respetivamente. Foram também avaliados os níveis de ansiedade, catastrofização e perceção de mudança através do Inventário de Ansiedade Estado-Traço, da Escala de Catastrofização da Dor e da Escala de Perceção Global de Mudança. Resultados: O número de participantes a referir dor na semana que precedeu a avaliação no grupo experimental reduziu em 28,5%. Verificou-se uma interação significativa entre o momento de avaliação (antes da intervenção vs após a intervenção) e o grupo (experimental vs. controlo) para as variáveis resistência dos flexores profundos e catastrofização e um efeito do momento e do grupo (mas não uma interação) para a dor, incapacidade, resistência dos músculos extensores e estabilizadores da omoplata e ansiedade traço (p<0.05). Dos 21 participantes do grupo experimental, 85,7% referiu mudanças significativas na Escala de Perceção Global de Mudança. Conclusão: A educação em neurofisiologia da dor é uma intervenção que poderá ser utilizada em adolescentes com dor crónica, com resultados significativos na redução da dor, melhoria da resistência muscular dos músculos flexores e extensores profundos da cervical e estabilizadores da omoplata e diminuição da catastrofização.

Perceção de emoções no canto: a importância dos estímulos auditivo e visual

Este estudo pretendeu examinar a importância dos estímulos auditivo (interpre-tação vocal do cantor) e visual (expressão facial do cantor) na perceção de emo-ções pelo público de uma performance de canto. Para tal, foram gravados, atra-vés de vídeo e áudio, dois cantores a interpretar pequenas frases melódicas com a intenção de expressar, isoladamente, as seis emoções básicas: alegria, tristeza, raiva, medo, surpresa e nojo. Para validar a expressividade dos canto-res, foi medida, através de eletromiografia, a atividade dos músculos faciais du-rante a performance da emoção e foram apresentadas as gravações áudio a um painel de especialistas que as caracterizaram em termos acústicos. Com base nas gravações audiovisuais dos cantores, foi criado um teste percetual no qual se pretendia que o ouvinte reconhecesse a emoção comunicada a partir apenas do áudio, apenas do vídeo, ou ambos. Comparando as respostas dadas, os re-sultados evidenciaram que o estímulo visual é mais eficaz do que o auditivo, e que a junção dos dois estímulos é a modalidade mais eficiente na perceção de emoções pelo público de uma performance de canto.

Simulação do transporte de poeiras radioactivas resultantes de um acidente no complexo de Angra dos Reis, Brasil

O objetivo da avaliação de impactos ambientais (AIA) é permitir uma análise integrada de possíveis impactos diretos ou indiretos ao meio ambiente decorrentes da implantação e operação de empreendimentos, de forma a propor de medidas ou programas que visem evitar, mitigar ou compensar tais impactos. Para tanto é necessário conhecer as diversas características das áreas direta e indiretamente afetadas pela instalação de um projeto, tais como as condições meteorológicas e climatológicas. Estas também são relevantes no estudo das emissões em cenários de operação regular ou acidental de empreendimentos, dada sua influência nas condições de transporte e de dispersão de poluentes na atmosfera. Neste trabalho é realizado um estudo das condições de dispersão de poluentes na atmosfera para a região da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA) em Angra dos Reis, no Estado do Rio de Janeiro, utilizando o modelo WRF, considerando um cenário acidental com liberações por 48 horas. Os dois episódios simulados representam os regimes de tempo predominantes na região obtidos a partir da análise pelo o método k-means sobre as EOFs para o campo de pressões ao nível médio do mar entre os anos de 1985 e 2014. A aplicação da metodologia dos regimes de tempo permite observar os fenômenos meteorológicos de grande escala persistentes e recorrentes sobre uma dada região, servindo como uma ferramenta para a elaboração de estudos e documentos técnicos que fundamentem a decisão dos órgãos reguladores.

Muscle fatigue resistance: comparison of Martin vigorimeter and Jamar dynamometer in community-dwelling people

Background: For the diagnosis of frailty exhaustion is a criteria currently measured by self-reported questionnaires, which are subjective and dependent on individual perception. The FR test has been developed as a bed side objective evaluation of muscle fatigue. The test was validated for the VM. However, the JD is frequently used to measure the grip strength. So the comparison of these devices is required to understand if FR is similar when measured with both devices. Methods: Fifty-four (29 female and 25 male; mean age: 39.98 ± 18.09) community-dwelling people were tested for muscle function. The Fatigue resistance (FR), which is the time during that grip strength drops to 50% of its maximum, was recorded with each device and simultaneous sEMG of the forearm muscles was obtained. The (co-)activation of agonist and antagonist muscles was calculated and compared with the differences between the performances with each device (controlling for gender and age). Results: FR was significantly better when measured with VM compared to JD. At all phases of the FR-test the antagonist muscle co-activation was significantly higher for VM compared to JD. In contrast, the agonist muscle activation level was significantly higher in JD compared to VM. When performing the FR-test with VM, both the agonist muscle activation and antagonist muscle co-activation decreased significantly (p<0.05). Whereas when using the JD, only a significant decrease in the antagonist muscle co-activation was observed. The difference in antagonist muscle activation between VM and JD was significantly related to the difference in FR between both devices. Conclusion: The results suggest that the FR-test when using the VM induces a more prominent muscle exhaustion than when using the JD, which makes the VM more suitable for measuring muscle fatigue resistance. However, these findings must be confirmed in a larger study population.