Intrinsic fractal dynamics in the respiratory system by means of pressure-volume loops

This contribution presents novel concepts for analysis of pressure–volume curves, which offer information about the time domain dynamics of the respiratory system. The aim is to verify whether a mapping of the respiratory diseases can be obtained, allowing analysis of (dis)similarities between the dynamical pattern in the breathing in children. The groups investigated here are children, diagnosed as healthy, asthmatic, and cystic fibrosis. The pressure–volume curves have been measured by means of the noninvasive forced oscillation technique during breathing at rest. The geometrical fractal dimension is extracted from the pressure–volume curves and a power-law behavior is observed in the data. The power-law model coefficients are identified from the three sets and the results show that significant differences are present between the groups. This conclusion supports the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry, tissue parameters, leading in turn to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Modification of cell volume and proliferative capacity of Pseudokirchneriella subcapitata cells exposed to metal stress

The impact of metals (Cd, Cr, Cu and Zn) on growth, cell volume and cell division of the freshwateralga Pseudokirchneriella subcapitata exposed over a period of 72 h was investigated. The algal cells wereexposed to three nominal concentrations of each metal: low (closed to 72 h-EC10values), intermediate(closed to 72 h-EC50values) and high (upper than 72 h-EC90values). The exposure to low metal concen-trations resulted in a decrease of cell volume. On the contrary, for the highest metal concentrations anincrease of cell volume was observed; this effect was particularly notorious for Cd and less pronouncedfor Zn. Two behaviours were found when algal cells were exposed to intermediate concentrations ofmetals: Cu(II) and Cr(VI) induced a reduction of cell volume, while Cd(II) and Zn(II) provoked an oppositeeffect. The simultaneous nucleus staining and cell image analysis, allowed distinguishing three phases inP. subcapitata cell cycle: growth of mother cell; cell division, which includes two divisions of the nucleus;and, release of four autospores. The exposure of P. subcapitata cells to the highest metal concentrationsresulted in the arrest of cell growth before the first nucleus division [for Cr(VI) and Cu(II)] or after thesecond nucleus division but before the cytokinesis (release of autospores) when exposed to Cd(II). Thedifferent impact of metals on algal cell volume and cell-cycle progression, suggests that different toxic-ity mechanisms underlie the action of different metals studied. The simultaneous nucleus staining andcell image analysis, used in the present work, can be a useful tool in the analysis of the toxicity of thepollutants, in P. subcapitata, and help in the elucidation of their different modes of action.

Sistema de Variação de Lastro para Controlo de Movimento Vertical de Veículo Subaquático

O principal motivo para a realização deste trabalho consistiu no desenvolvimento de tecnologia robótica, que permitisse o mergulho e ascenção de grandes profundidades de uma forma eficiente. O trabalho realizado contemplou uma fase inicial de análise e estudo dos sistemas robóticos existentes no mercado, bem como métodos utilizados identificando vantagens e desvantagens em relação ao tipo de veículo pretendido. Seguiu-se uma fase de projeto e estudo mecânico, com o intuito de desenvolver um veículo com variação de lastro através do bombeamento de óleo para um reservatório exterior, para variar o volume total do veículo, variando assim a sua flutuabilidade. Para operar a grande profundidade com AUV’s é conveniente poder efetuar o trajeto up/down de forma eficiente e a variação de lastro apresenta vantagens nesse aspeto. No entanto, contrariamente aos gliders o interesse está na possibilidade de subir e descer na vertical. Para controlar a flutuabilidade e ao mesmo tempo analisar a profundidade do veículo em tempo real, foi necessario o uso de um sistema de processamento central que adquirisse a informação do sensor de pressão e comunicasse com o sistema de variação de lastro, de modo a fazer o controlo de posicionamento vertical desejado. Do ponto de vista tecnológico procurou-se desenvolver e avaliar soluções de variação de volume intermédias entre as dos gliders (poucas gramas) e as dos ROV’s workclass (dezenas ou centenas de kilogramas). Posteriormente, foi desenvolvido um simulador em matlab (Simulink) que reflete o comportamento da descida do veículo, permitindo alterar parâmetros do veículo e analisar os seus resultados práticos, de modo a poder ajustar o veículo real. Nos resultados simulados verificamos o cálculo das velocidades limite atingidas pelo veículo com diferentes coeficientes de atrito, bem como o comportamento da variação de lastro do veículo no seu deslocamento vertical. Sistema de Variação de Lastro para Controlo de Movimento Vertical de Veículo Subaquático Por fim, verificou-se ainda a capacidade de controlo do veículo para uma determinada profundiade, e foi feita a comparação entre estas simulações executadas com parâmetros muito próximos do ensaio real e os respetivos ensaios reais.

Efeito da velocidade média nos parâmetros espaciotemporais, angulares e de pressão plantar durante a marcha em indivíduos com meniscopatia

Introdução: A velocidade da marcha quando analisada, conjuntamente com outras variáveis, permite-nos uma melhor compreensão acerca da natureza dos défices e como direcionar o tratamento. Objectivo(s): avaliar a associação da velocidade média da marcha com as variáveis espaciotemporais, angulares e de distribuição das pressões plantares em indivíduos com lesão meniscal há 4 anos, utilizando o membro não lesado como controlo. Métodos: estudo realizado em dez participantes com lesão meniscal (idade 35,3 ± 10,63 anos, altura 170,0 ± 0,09 cm, massa 67,5 ± 7,22 kg) avaliados em 3 ciclos de marcha a uma velocidade auto-selecionada. A quantificação das variáveis foi calculada através do programa Ariel Performance Analysis System e pelo Pedar System. As imagens foram editadas, digitalizadas, transformadas e suavizadas com um filtro digital com uma frequência de corte de 6HZ. Para estimar a associação das variáveis foram efetuados modelos de regressão linear e apresentados os coeficiente de regressão (β) e os respetivos intervalos de confiança (IC95%). Resultados: Foi possível verificar que a velocidade está significativa e positivamente associada aos parâmetros temporais das fases oscilantes (βML=0,044; IC95%:0,015;0,073; βMNL=0,061; IC95%:0,037;0,086), oscilação inicial (βML=0,055; IC95%:0,006;0,105; βMNL=0,091; IC95%:0,011;0,170) e cadência (βML=0,016; IC95%:0,009;0,023; βMNL=0,011; IC95%:0,006;0,017), em ambos os membros, e aos parâmetros temporais das fases de apoio unilateral (βML=0,046; IC95%:0,019;0,07), oscilação terminal (βML=0,081; IC95%:0,003;0,159) e apoio médio (βML=0,046; IC95%:0,008;0,085), apenas no membro lesado. Foi também observada, em ambos os membros, a existência de associações negativas significativas com os parâmetros temporais das fases de duplo apoio (βML=-0,024; IC95%:-0,037;-0,011; βMNL=-0,032; IC95%:-0,048;-0,015), apoio (βML=-0,044; IC95%:-0,073;-0,015; βMNL=-0,061; IC95%:-0,086;-0,037), resposta de carga (βML=-0,029; IC95%:-0,055;-0,004; βMNL=-0,047; IC95%:-0,081;-0,013), pré-oscilação (βML=-0,047; IC95%:-0,082;-0,013; βMNL=-0,060; IC95%:-0,098;-0,023) e tempo do ciclo de marcha (βML=-1,435; IC95%:-2,090;-0,781; βMNL=-0,941; IC95%:-1,431;-0,451). Foi ainda identificada, no membro lesado, uma associação positiva com a pressão plantar máxima normalizada durante o contacto do calcanhar terminal (βML=0,612; IC95%:0,077;1,147) e com o passo normalizado (βML=2,413; IC95%:0,264;4,561) e uma associação negativa limítrofe com a amplitude de flexão do joelho durante a elevação da ponta dos dedos (βML=-0,031; IC95%:-0,061;0,000). Conclusão: A velocidade média da marcha parece influenciar bastante os parâmetros temporais, sem provocar grandes alterações nos parâmetros espaciais, angulares e de pressão plantar, sendo esta associação semelhante em ambos os membros e independente do local da lesão.

Estudo da turvação em rede de abastecimento de água a alta pressão no grande porto

A turvação é uma das principais preocupações das empresas de rede de distribuição de água potável. Para se saber a sua origem existem diversos mecanismos, sugeridos em bibliografia, que explicam a formação de depósitos de partículas nas tubagens, que se acumulam em camadas sobrepostas, criando entre si forças de coesão. A turvação pode surgir se o caudal ou a velocidade na tubagem aumentar, por alguma razão, pois um aumento da tensão de corte sobre o depósito, pode superar as forças de coesão levando à sua ressuspensão. Esta explicação é traduzida matematicamente pelo modelo PODDS (Prediction of Discolouration in Drinking Water Distribtuion System). O modelo PODDS foi compilado em EPANET recentemente por uma equipa de investigadores da Universidade de Sheffield e foi utilizado para fazer o estudo num ramal da empresa AdDP - Águas do Douro e Paiva, SA. Os resultados das simulações permitirão prever o caudal mínimo teórico a utilizar no ramal que origina o valor limite de turvação. Foram realizados ensaios de variação do caudal no ramal de Jovim-Ramalde para a calibração do modelo. Os parâmetros obtidos foram: Cmáx igual a 100 NTUm, b e n igual a 1, k é igual -1 NTUm3/N, e por fim, P igual a 0,0001 NTUm3/N.s. Após calibração do modelo realizaram-se simulações com atualização das forças de coesão para conhecer o caudal que provocaria a mobilização das partículas até uma turvação de 4 NTU e concluiu-se que o valor seria de 4,32 m3/s. O tempo necessário para regressar a valores inferiores a 1 NTU também foi determinado e 4 horas e 8 minutos foi o valor alcançado. Por fim realizou-se um estudo da influência da temperatura neste modelo e o resultado mostrou que este parâmetro é pouco influente para a gama de temperaturas considerada.

Efeitos do treino dos músculos inspiratórios em remadores de competição

Introdução: A fadiga muscular compromete o funcionamento do sistema respiratório durante o exercício físico afetando os músculos respiratórios e podendo prejudicar a performance. Um programa de treino dos músculos inspiratórios (TMI) poderá trazer benefícios aos atletas, melhorando capacidades respiratórias e por consequência o seu desempenho. Objetivo: Investigar os efeitos do TMI na função pulmonar em remadores de competição e se este poderá influenciar a sua performance. Métodos: Participaram no estudo 14 atletas de remo, séniores, do sexo masculino. Foram avaliados antes e depois da aplicação do TMI, realizado durante seis semanas recorrendo a um threshold. Os atletas foram submetidos a duas séries de 30 repetições a 50% da pressão inspiratória máxima estimada (PIM). Nos dois momentos de avaliação foram registados, com recurso ao sistema BIOPAC MP36, os valores de: Capacidade Vital (CV), Volume Corrente (VC), Capacidade Pulmonar Total (CPT), Volume de Reserva Inspiratório (VRI), Volume de Reserva Expiratório (VRE), Volume Expiratório Forçado no primeiro segundo (FEV1) e Ventilação Voluntária Máxima (VVM). Resultados: Verificou-se um aumento significativo da VVM (p = 0,000), do VRI (p = 0,009) e do VC (p = 0,033) entre a primeira e segunda avaliação. Não se detetaram melhorias relevantes nos valores das capacidades e restantes volumes pulmonares que, no entanto, aumentaram ligeiramente, com a exceção do VRE, expressando a especificidade do TMI, corroborada pela melhoria nos valores do VRI. Conclusão: O TMI produz efeitos positivos na função pulmonar em remadores de competição aumentando a resistência muscular do atleta, que não entra em fadiga respiratória tão precocemente permitindo-lhe assim uma maior capacidade de resposta às exigências que o exercício requer.