Esquemas de volúmenes finitos de alto orden: implementación en GPUs y aplicación a la simulación de flujos geofísicos

En esta tesis doctoral se exponen los fundamentos teóricos necesarios en el diseño de esquemas numéricos de volúmenes finitos para sistemas hiperbólicos no conservativos de una y dos dimensiones. Para el caso unidimensional se repasan los conceptos de esquema camino-conservativo y esquema bien equilibrado, así como la extensión de los esquemas numéricos a alto orden, basados en la reconstrucción de estados. En particular, se presentan los esquemas de tipo PVM (Polynomial Viscosity Matrix), así como diversos esquemas de limitadores de flujo que resultan de la extensión natural del método WAF, utilizando como base algunos esquemas de tipo PVM. Para el caso bidimensional se aborda el diseño de esquemas numéricos camino-conservativos y bien equilibrados de volúmenes finitos para sistemas hiperbólicos no conservativos y su extensión a alto orden, en particular se presenta una reconstrucción de estados de tercer orden compacta y que resulta de la combinación WENO de paraboloides y planos. 
 Se presenta además el desarrollo de métodos numéricos para el sistema de aguas someras bidimensional de una capa. En particular se definen esquemas de primer orden de tipo HLL y FORCE y su extensión a alto orden, un método de limitadores de flujo basado en el esquema HLL-WAF, así como su implementación en arquitecturas de tipo GPU, usando el entorno de programación CUDA. A continuación, se presenta un esquema numérico de orden uno para el sistema de aguas someras de una capa bidimensional en coordenadas esféricas (longitud/latitud), así como la extensión natural del método de limitadores de flujo presentado en el Capítulo 3 a este sistema. Finalmente, se presenta la validación del esquema de limitadores de flujo mediante la simulación de tsunamis reales, y la comparación con datos de campo.

Modelado orientado a objetos del sistema de control de la presión arterial en pacientes sometidos al tratamiento de hemodiálisis

Se ha realizado el modelado orientado a objetos del sistema de control cardiovascular en situaciones de diálisis aplicando una analogía eléctrica en el que se emplean componentes conectados mediante interconexiones. En este modelado se representan las ecuaciones diferenciales del sistema cardiovascular y del sistema de control barorreceptor así como las ecuaciones dinámicas del intercambio de fluidos y solutos del sistema hemodializador. A partir de este modelo se ha realizado experiencias de simulación en condiciones normales y situaciones de hemorragias, transfusiones de sangre y de ultrafiltración e infusión de fluido durante tratamiento de hemodiálisis. Los resultados obtenidos muestran en primer lugar la efectividad del sistema barorreceptor para compensar la hipotensión arterial inducida por los episodios de hemorragia y transfusión de sangre. En segundo lugar se muestra la respuesta del sistema de control ante diferentes tasas de ultrafiltración durante la hemodiálisis y se sugieren valores óptimos para la adecuada operación.

Implicación de las células mesenquimales multipotenciales derivadas del tejido adiposo humano en la patogénesis del síndrome metabólico

Introducción: La diminución de la capacidad de expansión del tejido adiposo juega un papel crucial en el origen y desarrollo de los trastornos asociados al síndrome metabólico. Hipótesis y Objetivos: Considerando que la expansión del tejido adiposo depende del estado de sus células mesenquimales multipotenciales (ASCs), es probable que las condiciones tisulares asociadas a los períodos de balance energético positivo generen alteraciones en los patrones heredables de transcripción génica mediante los que las ASCs quedan predispuestas a favor del fenotipo fibrótico e inflamatorio, en detrimento de su función adipogénica y neovascular. Para corroborar ésta hipótesis nos propusimos revelar la implicación de las ASCs en la remodelación tisular adiposa; su contribución a la disminución de la capacidad angiogénica del tejido adiposo; y evaluar su respuesta neovascular, migratoria e inflamatoria ante la hipoxia. Metodología: Aplicamos técnicas de cultivo celular, citometría de flujo, qPCR, western blot y ELISA a las ASCs aisladas del tejido adiposo visceral y subcutáneo de 69 sujetos agrupados en normopesos, y obesos con (SM) y sin síndrome metabólico (NoSM). Resultados: Los adipocitos generados a partir de las ASC visceral y subcutáneo evidenciaronn una disminución en los niveles intrínsecos de expresión del transportador de glucosa GLUT4 conforme aumenta la expresión de proteínas fibróticas, el BMI y el HOMA-IR de los pacientes. El empeoramiento del perfil metabólico de los sujetos estuvo acompañado por la disminución de la tasa proliferativa, el potencial clonogénico y la exportación del FGF2 hacia la superficie celular de las ASC derivadas de ambos tejidos. Las ASC visceral y subcutáneo de los sujetos SM también mostraron una disminución en la capacidad de formación de túbulos respecto a las ASCs de los sujetos obesos NoSM así como alteraciones en los niveles de expresión de proteínas implicadas en el balance redox celular y vinculadas al fenotipo secretor asociado a senescencia. El deterioro de las propiedades neovasculares de las ASC subcutáneo de los sujetos SM se evidenció además en los niveles de secreción del VEGF durante la adipogénesis y en los efectos del medio condicionado adipogénico sobre la formación de túbulos por células endoteliales. Aunque las ASC visceral de los sujetos SM cultivadas bajo hipoxia mostraron mayor porcentaje de células CD140b+/CD44+ y CD140b+/CD184+ así como mayor capacidad migratoria que las ASC visceral de los sujetos NoSM, también evidenciaron menor capacidad de formación de túbulos, transcribieron más RNAm NOX5 y su medio condicionado disminuyó la supervivencia de las células endoteliales. Conclusiones: El funcionamiento del tejido adiposo parece condicionar el deterioro de sus propias células precursoras y ante el cual las ASCs de los sujetos que desarrollan síndrome metabólico son más vulnerables.