Análisis de los efectos de un programa nutricional y de ejercicio físico sobre el perfil lipídico en personas con sobrepeso y obesidad

Introducción. Las enfermedades cardiovasculares (ECV) son la principal causa de muerte en nuestro país. Entre los factores independientes más importantes para el desarrollo de ECV se encuentran en primer lugar las alteraciones del perfil lipídico como el aumento del colesterol total (TC), las lipoproteínas de baja densidad (LDL) y los triglicéridos (TG) y/o la disminución de las lipoproteínas de alta densidad (HDL). Entre las diferentes formas de abordar el problema para prevenir y tratar estas patologías se encuentra la modificación de los hábitos de vida a través de un programa combinado de dieta y ejercicio. La evidencia confirma la efectividad de la primera variable, sin embargo, en el empleo del ejercicio se encuentran discrepancias acerca de cuál es el modo más eficaz para mejorar el perfil lipídico. Objetivo. Estudiar los cambios en las variables del perfil lipídico y los índices lipoproteicos comparando cuatro tipos de intervención que combinan dieta y diferentes modos de ejercicio, así como, analizar otras variables independientes (género, edad y genotipo ApoE) que pueden tener influencia sobre estos cambios. Diseño de la investigación. Los datos analizados en esta tesis forman parte del estudio “PROgramas de Nutrición y Actividad Física para el tratamiento de la obesidad” (PRONAF). Se trata de un estudio clínico desarrollado en España entre el 2008 y el 2011. La metodología del estudio nos permite comparar cuatro tipos de intervención para la pérdida de peso y evaluar su impacto sobre el perfil lipídico. El diseño fue experimental aleatorizado donde a todos los participantes se les sometió a un programa de dieta equilibrada hipocalórica junto a uno de los tres modos de ejercicio (grupo de entrenamiento de fuerza, grupo de entrenamiento de resistencia y grupo de entrenamiento combinado de los modos anteriores; los cuales fueron igualados en volumen e intensidad) o grupo de recomendaciones de actividad física. Las principales variables analizadas en los estudios que comprende esta tesis doctoral fueron: HDL, LDL, TG y TC, los índices derivados de estas y variables de la composición corporal y del entrenamiento. Conclusiones. Los cuatro tipos de intervención mostraron ser favorables para mejorar las variables del perfil lipídico y los índices lipoproteicos, sin diferencias significativas entre ellos. Tras la intervención, los varones mostraron una respuesta más favorable en los cambios del perfil lipídico. El genotipo ApoE2 obtuvo una reducción mayor en la concentración de TG y TC que el genotipo ApoE3 y ApoE4. Por último, los índices lipoproteicos mejoraron tras un programa de pérdida de peso, obteniéndose mayores cambios en el grupo de dieta más entrenamiento aeróbico para los índices ApoB/ApoA-1, TG/HDL y LDL/ApoB. ABSTRACT Introduction. The main cause of death in our country is cardiovascular disease (CVD). The most important independent factors for the development of CVD are the lipid profile alterations: increased total cholesterol (TC), low density lipoprotein (LDL) and triglycerides (TG) and/or decreased high-density lipoprotein (HDL). Among the different approaches to prevent and treat these diseases is modifying the lifestyle combining a diet and exercise program. The evidence confirms the effectiveness of the first variable, however, there is still controversy about the most effective mode of exercise combined with diet to achieve improvements. Objective. To study changes in lipoprotein profile comparing four types of intervention combining diet with different modes of exercise, and to analyze the independent variables (gender, age, and ApoE genotype) that can influence these changes. Research design. The data analized in this thesis are part of the study Nutrition and Physical Activity Programs for Obesity Treatments (the PRONAF study according to its Spanish initials). This is a clinical research carried out in Spain between 2008 and 2011. The aim of this study was to compare four types of intervention to weight loss with diet combining exercise. The design was experimental randomized where all participants were subjected to follow a hypocaloric balanced diet along one of the three modes of exercise (strength training group, resistance training group and combined training group of the above modes, which were matched by volume and intensity) or physical activity recommendations group. The main variables under investigation in this thesis were: HDL, LDL, TG and TC, the lipoprotein ratios, body composition and training variables. Main outcomes. The four types of interventions shown to be favorable to improve the lipid profile and lipoprotein level, with no significant differences between intervention groups. After the intervention, the men showed a more favorable respond in lipid profile changes. The genotype ApoE2 obtained more positive changes in the concentration of TG and TC than ApoE3 and ApoE4 genotype. Last, the lipoprotein ratios improve after weight loss treatment with diet combined different modes exercise. Our results reflected greater changes for E group in apoB/ApoA1, TG/HDL and LDL/ApoB compared within different intervention groups.

Understanding and improving the chemical vapor deposition process for solar grade silicon production

Esta Tesis Doctoral se centra en la investigación del proceso de producción de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas (FV) por la vía química; mediante procesos de depósito en fase vapor (CVD). El polisilicio para la industria FV recibe el nombre de silicio de grado solar (SoG Si). Por un lado, el proceso que domina hoy en día la producción de SoG Si está basado en la síntesis, destilación y descomposición de triclorosilano (TCS) en un reactor CVD -denominado reactor Siemens-. El material obtenido mediante este proceso es de muy alta pureza, pero a costa de un elevado consumo energético. Así, para alcanzar los dos principales objetivos de la industria FV basada en silicio, bajos costes de producción y bajo tiempo de retorno de la energía invertida en su fabricación, es esencial disminuir el consumo energético de los reactores Siemens. Por otro lado, una alternativa al proceso Siemens considera la descomposición de monosilano (MS) en un reactor de lecho fluidizado (FBR). Este proceso alternativo tiene un consumo energético mucho menor que el de un reactor Siemens, si bien la calidad del material resultante es también menor; pero ésta puede ser suficiente para la industria FV. A día de hoy los FBR deben aún abordar una serie de retos para que su menor consumo energético sea una ventaja suficiente comparada con otras desventajas de estos reactores. En resumen, la investigación desarrollada se centra en el proceso de depósito de polysilicio por CVD a partir de TCS -reactor Siemens-; pero también se investiga el proceso de producción de SoG Si en los FBR exponiendo las fortalezas y debilidades de esta alternativa. Para poder profundizar en el conocimiento del proceso CVD para la producción de polisilicio es clave el conocimiento de las reacciones químicas fundamentales y cómo éstas influencian la calidad del producto resultante, al mismo tiempo que comprender los fenómenos responsables del consumo energético. Por medio de un reactor Siemens de laboratorio en el que se llevan a cabo un elevado número de experimentos de depósito de polisilicio de forma satisfactoria se adquiere el conocimiento previamente descrito. Se pone de manifiesto la complejidad de los reactores CVD y de los problemas asociados a la pérdidas de calor de estos procesos. Se identifican las contribuciones a las pérdidas de calor de los reactores CVD, éstas pérdidas de calor son debidas principalmente a los fenómenos de radiación y, conducción y convección vía gases. En el caso de los reactores Siemens el fenómeno que contribuye en mayor medida al alto consumo energético son las pérdidas de calor por radiación, mientras que en los FBRs tanto la radiación como el calor transferido por transporte másico contribuyen de forma importante. Se desarrolla un modelo teórico integral para el cálculo de las pérdidas de calor en reactores Siemens. Este modelo está formado a su vez por un modelo para la evaluación de las pérdidas de calor por radiación y modelos para la evaluación de las pérdidas de calor por conducción y convección vía gases. Se ponen de manifiesto una serie de limitaciones del modelo de pérdidas de calor por radiación, y se desarrollan una serie de modificaciones que mejoran el modelo previo. El modelo integral se valida por medio un reactor Siemens de laboratorio, y una vez validado se presenta su extrapolación a la escala industrial. El proceso de conversión de TCS y MS a polisilicio se investiga mediante modelos de fluidodinámica computacional (CFD). Se desarrollan modelados CFD para un reactor Siemens de laboratorio y para un prototipo FBR. Los resultados obtenidos mediante simulación son comparados, en ambos casos, con resultados experimentales. Los modelos desarrollados se convierten en herramientas para la identificación de aquellos parámetros que tienen mayor influencia en los procesos CVD. En el caso del reactor Siemens, ambos modelos -el modelo integral y el modelado CFD permiten el estudio de los parámetros que afectan en mayor medida al elevado consumo energético, y mediante su análisis se sugieren modificaciones para este tipo de reactores que se traducirían en un menor número de kilovatios-hora consumidos por kilogramo de silicio producido. Para el caso del FBR, el modelado CFD permite analizar el efecto de una serie de parámetros sobre la distribución de temperaturas en el lecho fluidizado; y dicha distribución de temperaturas está directamente relacionada con los principales retos de este tipo de reactores. Por último, existen nuevos conceptos de depósito de polisilicio; éstos se aprovechan de la ventaja teórica de un mayor volumen depositado por unidad de tiempo -cuando una mayor superficie de depósito está disponible- con el objetivo de reducir la energía consumida por los reactores Siemens. Estos conceptos se exploran mediante cálculos teóricos y pruebas en el reactor Siemens de laboratorio. ABSTRACT This Doctoral Thesis comprises research on polysilicon production for photovoltaic (PV) applications through the chemical route: chemical vapor deposition (CVD) process. PV polysilicon is named solar grade silicon (SoG Si). On the one hand, the besetting CVD process for SoG Si production is based on the synthesis, distillation, and decomposition of thriclorosilane (TCS) in the so called Siemens reactor; high purity silicon is obtained at the expense of high energy consumption. Thus, lowering the energy consumption of the Siemens process is essential to achieve the two wider objectives for silicon-based PV technology: low production cost and low energy payback time. On the other hand, a valuable variation of this process considers the use of monosilane (MS) in a fluidized bed reactor (FBR); lower output material quality is obtained but it may fulfil the requirements for the PV industry. FBRs demand lower energy consumption than Siemens reactors but further research is necessary to address the actual challenges of these reactors. In short, this work is centered in polysilicon CVD process from TCS -Siemens reactor-; but it also offers insights on the strengths and weaknesses of the FBR for SoG Si production. In order to aid further development in polysilicon CVD is key the understanding of the fundamental reactions and how they influence the product quality, at the same time as to comprehend the phenomena responsible for the energy consumption. Experiments conducted in a laboratory Siemens reactor prove the satisfactory operation of the prototype reactor, and allow to acquire the knowledge that has been described. Complexity of the CVD reactors is stated and the heat loss problem associated with polysilicon CVD is addressed. All contributions to the energy consumption of Siemens reactors and FBRs are put forward; these phenomena are radiation and, conduction and convection via gases heat loss. In a Siemens reactor the major contributor to the energy consumption is radiation heat loss; in case of FBRs radiation and heat transfer due to mass transport are both important contributors. Theoretical models for radiation, conduction and convection heat loss in a Siemens reactor are developed; shaping a comprehensive theoretical model for heat loss in Siemens reactors. Limitations of the radiation heat loss model are put forward, and a novel contribution to the existing model is developed. The comprehensive model for heat loss is validated through a laboratory Siemens reactor, and results are scaled to industrial reactors. The process of conversion of TCS and MS gases to solid polysilicon is investigated by means of computational fluid-dynamics models. CFD models for a laboratory Siemens reactor and a FBR prototype are developed. Simulated results for both CVD prototypes are compared with experimental data. The developed models are used as a tool to investigate the parameters that more strongly influence both processes. For the Siemens reactors, both, the comprehensive theoretical model and the CFD model allow to identify the parameters responsible for the great power consumption, and thus, suggest some modifications that could decrease the ratio kilowatts-hour per kilogram of silicon produced. For the FBR, the CFD model allows to explore the effect of a number of parameters on the thermal distribution of the fluidized bed; that is the main actual challenge of these type of reactors. Finally, there exist new deposition surface concepts that take advantage of higher volume deposited per time unit -when higher deposition area is available- trying to reduce the high energy consumption of the Siemens reactors. These novel concepts are explored by means of theoretical calculations and tests in the laboratory Siemens prototype.