Modelling and Forecasting Mortality Patterns

Thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Statistics and Information Management

Humoral response towards high density lipoprotein : a new mechanism for atherogenesis

RESUMO:Aterosclerose é uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo ocidental. É responsável, direta ou indiretamente, pela maior percentagem de gastos com a saúde na maioria dos países europeus. A “teoria lipídica” da aterosclerose, que se baseia na dislipidemia como causa primária para a doença vascular tem algumas implicações práticas importantes: permite a definição de linhas de orientação e protocolos simples e ainda estabelece alvos terapêuticos que podem ser atingidos na maior parte dos casos com a atual intervenção farmacológica. A associação da aterosclerose com o sistema imunológico (a “teoria imunológica”), forneceu por sua vez novas formas de explorar os mecanismos envolvidos e abriu novas perspetivas para um conhecimento mais completo da doença. No entanto, levanta dificuldades evidentes no que diz respeito às possibilidades terapêuticas. De todos os intervenientes no processo aterosclerótico (bioquímicos, imunológicos e anatómicos), as lipoproteínas de elevada densidade (HDL) são atualmente reconhecidas como um dos fatores mais importantes na aterogénese. Isto é baseado no reconhecimento das múltiplas propriedades anti-aterogénicas das HDL como por exemplo: a anti-oxidante, a anti-inflamatória e a antitrombótica, bem como o seu importante papel na melhoraria da função endotelial. Atualmente, é consensual que as funções anti-aterogénicas das HDL vão além do seu papel no transporte reverso do colesterol (RCT) e a importância das HDL no processo aterosclerótico baseia-se não apenas no seu papel protetor impedindo a formação da placa de ateroma, mas também na estabilização destas, prevenindo a sua ruptura e, consequentemente o evento trombótico. Como fundamentais no processo aterosclerótico estão reconhecidos dois principais conjuntos de eventos: um caracterizado por alterações no metabolismo das lipoproteínas que resultam em lipoproteínas pró-inflamatórias e pró-oxidantes que interagem com os componentes celulares da parede arterial e que conduzem à formação da placa de ateroma; o outro evento é a resposta imunológica desencadeada contra um novo conjunto de antigénios que por sua vez leva à produção de citoquinas pró-inflamatórias. Dada a complexidade da HDL e das suas múltiplas funções estas lipoproteínas tornaram-se um potencial alvo para a resposta auto-imune, e cujas consequências podem explicar algumas das associações identificados em estudos clínicos e epidemiológicos. Contudo esta interação entre o sistema imunológico e HDL nunca foi exaustivamente estudada. Portanto, pomos a hipótese de que em condições oxidativas e pró-inflamatórias, um aumento do antigénio (HDL) conduz a um consequente acréscimo na produção de anticorpos anti-HDL (aHDL) responsáveis pela alteração quantitativa e / ou qualitativa das HDL. O conceito de que estes anticorpos podem contribuir tanto para a evolução a longo prazo do processo aterosclerótico, como para o desencadeamento de eventos clínicos pode também explicar a heterogeneidade encontrada em cada doente e nos grandes estudos clínicos, no que diz respeito aos fatores de risco e outcomes clínicos. Para além disso, a confirmação desta hipótese pode permitir explicar porque é que as intervenções terapêuticas atualmente em desenvolvimento para aumentar os níveis de HDL, não conseguem mostrar a tão esperada redução do risco vascular. O objetivo geral desta tese foi identificar e caracterizar a resposta humoral contra os componentes da HDL, e avaliar possíveis mecanismos que possam contribuir para a modificação das propriedades anti-aterogénicas das HDL. Para alcançar este objetivo investigou-se: 1) A presença de anticorpos aHDL em doentes com lúpus eritematoso sistémico (SLE) e em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como os doentes com doença arterial coronária (CAD), acidente vascular cerebral isquémico (IS) e diabetes tipo 2; 2) Os principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL e a associação entre os títulos de anticorpos aHDL e diferentes características clínicas destas doenças; 3) As modificações das funções normais associadas às HDL, em particular da função anti-oxidante e anti-inflamatória; 4) A atividade biológica dos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes através de um conjunto de experiências in vitro de inibição da atividade da paraoxonase 1 (PON1) e da expressão de moléculas de adesão em culturas de células endoteliais. Para tal foi necessário estabelecer um método de isolamento dos anticorpos. Os anticorpos aHDL isolados do soro de doentes foram utilizados de forma a identificar as potenciais alterações dos sistemas celulares utilizados; 5) O efeito de fármacos usados no tratamento das dislipidemias, em particular o ácido nicotínico e as estatinas, na variação dos títulos de anticorpos aHDL através de ensaios clínicos randomizados, controlados com placebo e em dupla ocultação. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas imunológicas (como por exemplo, enzyme-linked immunoabsorbent assay - ELISA, ensaio imunoturbidimetrico e cromatografia de imuno-afinidade) técnicas bioquímicas (tais como a quantificação de atividade enzimática por espectrofotometria e por luminescência), experiências com cultura de células e citometria de fluxo. Os nossos resultados mostram que: 1) A presença de anticorpos aHDL, e mais especificamente anticorpos contra alguns do seus principais componentes como a apolipoproteína A-I (ApoA-I, principal apolipoproteína presente nas HDL) e a PON1 (o enzima que mais contribui para a propriedade anti-oxidante das HDL), quer em doentes com doenças auto-imunes, como o SLE, quer em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como CAD, IS e diabetes tipo 2. Os doentes apresentaram títulos de anticorpos IgG aHDL, aApoA-I e aPON1 significativamente mais elevados do que controlos saudáveis com a mesma idade e sexo. 2) A correlação positiva estatisticamente significativa entre os títulos de aHDL e aApoA-I e aPON1 sugere que estes sejam dois dos principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL. Os anticorpos encontrados nestes doentes estão associados com a diminuição da atividade da PON1 e a uma redução da capacidade anti-oxidante total (TAC) do soro, um aumento dos biomarcadores de disfunção endotelial (como por exemplo dos metabolitos do óxido nítrico - NO2- e NO3-, as moléculas de adesão vascular e intracelular - VCAM-1 e ICAM-1 e os níveis de 3-nitrotirosina). Nos doentes com SLE os títulos destes estão associados a um aumento do dano cardiovascular e à atividade global da doença avaliados pelas escalas SLICC/ACR DI e BILAG score, respetivamente. Enquanto que nos doentes com diabetes tipo 2 estes anticorpos estão associados com um aumento dos níveis de glicemia em jejum (FGP) e hemoglobina glicada (HbA1c). 3) Após se ter estabelecido um método de isolamento dos anticorpos que permite isolar quantidades significativas de anticorpos do soro de doentes sem perder a sua especificidade, foi identificada a capacidade dos anticorpos isolados do soro de doentes inibirem de uma forma dependente da concentração a atividade da PON1 até um máximo de 70% no caso dos doentes com SLE e ente 7-52% no caso dos anticorpos isolados de doentes com CAD e IS. 4) O efeito anti-inflamatório das HDL na inibição da produção de VCAM-1 induzida por citoquinas (como o TNF-) foi revertido em mais de 80% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 5) A angiogenesis induzida por HDL através do aumento do fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) foi anulada em 65% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 6) Os atuais agentes farmacológicos disponíveis para aumentar as concentrações de HDL-C estão associados a um aumento dos títulos de anticorpos.-------- ABSTRACTAtherosclerosis is the major cause of morbidity and mortality in the western world. It is also responsible, directly or indirectly, for the highest percentage of health costs in most European countries. Despite the use of new technologies for the diagnosis of vascular disease and regardless of the major advances in treatment, the atherosclerosis-related clinical burden is still raising. The “lipid theory” of atherogenesis, which identifies dyslipidemia as the primary cause of this vascular disease has some important practical implications: it allows the definition of simple guidelines and establishes therapeutic targets which can be generally met with current pharmacologic intervention. The association between atherosclerosis an the immune system (the immune concept) has in turn provided new ways of exploring the mechanisms involved in this condition and has opened new perspectives in the understanding of the disease. However, it raises obvious difficulties when it comes to treatment options. Of all the players (biochemical, immunological and anatomical) involved in this matter, high-density lipoproteins (HDL) are currently recognised as one of the most important factors in atherogenesis. This is based on the recognition of HDL's multiple anti-atherogenic properties: anti-oxidant, anti-inflammatory and antithrombotic, as well as its capacity to improve endothelial function. Nowadays, it is widely recognized that the anti-atherogenic functions of HDL go beyond reverse cholesterol transport (RCT), and the importance of HDL is based not just on its ability to reduce atheroma formation but also on its ability to stabilise plaques, therefore preventing their rupture and ultimately thrombosis. Two main set of events have been recognised as fundamental in atherogenesis: one, characterized by lipoprotein metabolism alterations, resulting in pro-inflammatory and pro-oxidative lipoproteins, which interact with the normal cellular elements of the arterial wall leading to atheroma formation; the other, the immune cellular response towards new sets of antigens which lead to the production of pro-inflammatory cytokines. Given to HDL complexity and multiple functions this lipoprotein has became a potential target for an auto-immune response, the consequences of which may explain some of the association identified in epidemiological and clinical studies, though the interaction between the immune system and HDL has never been thoroughly addressed. Therefore, we hypothesized that under oxidative and pro-inflammatory conditions, the increase in the antigen (HDL) would lead to a consequent increase in the production of anti-HDL (aHDL) antibodies be responsible for quantitative and/or qualitative changes of HDL. The concept that these antibodies may contribute either to the long-term evolution of atherosclerosis or to the triggering of clinical events may also explain the heterogeneity found in individual patients and in large cohorts regarding risk factors and clinical outcomes. Moreover this may be a major breakthrough in understanding why therapeutic interventions that increase HDL levels, failed to show the anticipated reduction in vascular risk. The overall aims of this thesis were to identified and characterize the humoral response towards HDL components and to evaluate the possible mechanisms that may contribute to the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL. To achieve this objective we investigated: 1) the presence of aHDL antibodies in patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and in patients with atherosclerosis-related clinical events, such as coronary artery disease (CAD), ischemic stroke (IS) and type 2 diabetes; 2) the association between the titres of aHDL antibodies and different clinical features of these diseases; 3) the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL; 4) the biologic effect of aHDL antibodies isolated from serum of patients on the anti-oxidant and anti-inflammatory properties of HDL; 5) the effect of different pharmacologic treatments for dyslipidemia on the prevalence and activity of aHDL antibodies. The methodologies used in this work included immunologic-related techniques (e.g. enzyme-linked immunoabsorbent assay – ELISA, immunoturbidimetric immunoassay and immunoaffinity chromatography), biochemical techniques (enzymatic assays with quantification by spectrophotometry and luminescence methods), cell culture experiments and flow cytometry. Our results indicate that: 1) The titres of IgG aHDL, anti-apolipoprotein A-I (aApoA-I) and anti-paraoxonase 1 (aPON1) antibodies were higher in patients with SLE, CAD, IS and type 2 diabetes when compared with age and sex matched healthy controls. 2) The antibodies found in these patients were associated with decreased PON1 activity, (the enzyme responsible for most of the anti-oxidant effect of HDL), reduced total anti-oxidant capacity (TAC) of serum and increased biomarkers of endothelial dysfunction (nitric oxide metabolites, adhesion molecules, nitrotyrosine). In patients with SLE the antibody titres were associated with an increase in disease-related cardiovascular damage and activity whereas in patients with type 2 diabetes they were directly related with the fasting glucose plasma (FGP) levels and the glycosylated haemoglobin (HbA1c). 3) The antibodies isolated from serum of our patients, directly inhibited HDL-associated PON1 activity in a dose dependent way ranging from 7 to 52%. 4) The anti-inflammatory effect of HDL, measured by the percentage of inhibition of the cytokine-induced production of vascular adhesion molecules (VCAM-1), was reduced in more than 80% by aHDL antibodies isolated from our patients. 5) The HDL-induced angiogenesis by increasing vascular endothelial growth factor (VEGF) levels was abrogated in 65% by the antibodies isolated from serum of patients. 6) The current available pharmacologic agents for increasing HDL-C concentrations were associated with an increase in the titres of IgG aApoA-I antibodies. This increase was higher in the extended release niacin when compared to statins probably due to their dampening effect on oxidative stress. In conclusion, aHDL antibodies are present in different pathologic conditions. aHDL antibodies represent a family of self-reacting immunoglobulins, of which ApoA-I and PON1 might be the most relevant targets. These antibodies are biologically active, interfering with the HDL anti-oxidant and anti-inflammatory properties and, consequently, with the atherosclerotic process. The pathogenic potential of these antibodies may lead to the identification of a new biomarker for vascular disease, whilst presenting itself as a novel target for a different treatment approach which may redefine the treatment strategies and clinical trials design for HDL interventions in the future.

Análise de custo-efectividade da terapêutica de ressincronização cardíaca : avaliação da selecção baseada na dessincronia mecânica

RESUMO - A Terapêutica de Ressincronização Cardíaca (TRC) apresenta benefícios significativos na classe funcional, função ventricular, hospitalização e mortalidade. É uma técnica com custos elevados e, com os actuais métodos de selecção de doentes, a taxa de não-respondedores ronda os 30%. Objectivo: Compreender se a inclusão da dessincronia mecânica (DM) na selecção de doentes para TRC contribui para a sua relação custo-efectividade, na perspectiva do Serviço Nacional de Saúde português. Metodologia: Estudo prospectivo baseado em coortes histórias de 12 meses de dois grupos submetidos a TRC com desfibrilhador, o grupo de intervenção com doentes seleccionados com inclusão da DM (n=133) e o de controlo com selecção baseada exclusivamente nas recomendações internacionais (n=71). Reuniram-se dados clínicos e de custos nos 12 meses subsequentes à implantação, para cálculo do rácio custo-efectividade incremental (RCEI). Resultados: O grupo de intervenção apresentou uma sobrevivência de 91% e o de controlo de 93%, aos 12 meses (p=0,335). O grupo de intervenção apresentou 60 re-internamentos e o de controlo 46 re-internamentos por qualquer causa aos 12 meses (p=0,032), com RCEI=6.886,09€/re-internamento evitado. O grupo de intervenção apresentou 19 re-internamentos e o de controlo apresentou 31 re-internamentos por Insuficiência Cardíaca (IC) descompensada aos 12 meses (p<0,001), com RCEI=2.686,26€/re-internamento por IC descompensada evitado. Relativamente à melhoria da classe funcional e da fracção de ejecção não foi possível estabelecer associações com custos (p>0,05). Conclusão: É seguro afirmar que recomendar a selecção com inclusão da DM, nos hospitais com capacidade instalada, é um passo positivo na redução de custos com re-internamentos de doentes com TRC.

Undrestanding postoperative cognitive dysfunction: novel insights

ABSTRACT: Background: Sleep is integral to biological function and sleep disruption can result in both physiological and psychological dysfunction. The acute cognitive consequences of sleep loss has been an active field of recent investigation, evidence suggests that sleep disruption in critically ill older adults can result in acute decrements in cognitive functioning. Surgery activates the innate immune system, inducing neuroinflammatory changes that interfere with cognition. The fact that patients with sleep disorders have an increased likelihood of exhibiting postoperative delirium encourages us to investigate the contribution of perioperative SF to the neuroinflammatory and cognitive responses of surgery. Methods: The effects of 24h sleep fragmentation (SF) and surgery were explored on adult C57BL/6J male mice. SF procedure started at 7 am with the home-cages being placed on a large platform orbital shaker cycled every 120 seconds (30 sec on/90 sec off). This procedure lasted for 24h. Stabilized tibia fracture was performed either before or after the 24h SF procedure. Separate cohorts of mice were tested for systemic and hippocampal inflammation and cognition. Results: Twenty-four hours of SF induced non-hippocampal memory dysfunction and increase in systemic IL-6. SF and surgery caused hippocampal-dependent memory impairment, although memory impairment was not exacerbated by combining SF with surgery. One day after either SF or surgery there was a significant increase in IL6 mRNA and TNF-alpha mRNA. These increments were more pronounced when either pre or post operative SF was combined with surgery. Conclusions: We show that while SF and surgery can independently produce significant memory impairment, perioperative SF significantly increased hippocampal inflammation without further cognitive impairment. The dissociation between neuroinflammation and cognitive decline may relate to our use of a sole memory paradigm that does not capture other aspects of cognition, especially learning.

How different generations contact and search for brands on social media? Comparing gen X and Y

This research intends to examine if there were significant differences on the brand engagement and on the electronic word of mouth (e-WOM)1 referral intention through Facebook between Generation X and Generation Y (also called millennials). Also, this study intends to examine if there are differences in the motivations that drive these generations to interact with brands through Facebook. Results indicated that Generation Y members consumed more content on Facebook brands’ pages than Generation X. Also, they were more likely to have an e-WOM referral intention as well as being more driven by brand affiliation and opportunity seeking. Finally, currently employed individuals were found to contribute with more content than students. This study fills the gap in the literature by addressing how marketing professionals should market their brand and interact and engage with their customers, based on customers’ generational cohort.

Predição precoce de risco de Pré-eclâmpsia na doença hipertensiva e diabetes na gravidez: Papel de fatores angiogénicos

RESUMO: A pré-eclâmpsia tem elevada morbi-mortalidade materna e perinatal. A sua etiologia multi-fatorial tem sido objeto de investigação, não sendo ainda totalmente conhecida. Não se conhece também a razão da diferente suscetibilidade individual e das diferentes expressões da doença. A hipertensão crónica e a diabetes são fatores de risco reconhecidos, e o adiamento da maternidade contribui para que estas duas patologias sejam atualmente mais prevalentes entre as mulheres grávidas. Uma vez que o seu quadro fisiopatológico precede em meses o quadro clínico, tem-se investigado a possibilidade de serem encontrados marcadores precoces e indicadores de risco. Em Portugal, os estudos relativos à hipertensão na gravidez são escassos, bem como a investigação sobre fatores de risco e marcadores para a mesma. No sentido de avaliar possíveis marcadores de risco para o desenvolvimento de préeclâmpsia ou complicações hipertensivas foi colhida, para esta dissertação, uma amostra de 1215 mulheres que frequentaram a consulta de Hipertensão ou de Diabetes na gravidez de um centro terciário, entre 2004 e 2013. Optou-se pela realização de três estudos independentes, abrangendo os dois primeiros um leque temporal de 9 e de 2 anos respetivamente. O primeiro, centrado na hipertensão, pesquisou, em 521 mulheres com hipertensão na presente ou em anterior gravidez, fatores de risco capazes de influenciar a progressão para pré-eclâmpsia. O segundo, direcionado para a diabetes gestacional, considerou uma amostra de 334 grávidas, parte das quais tinha também hipertensão crónica e procurou identificar fatores que contribuíram para o aparecimento de complicações hipertensivas. O terceiro estudo, realizado em 2012 e 2013, em três coortes de grávidas com hipertensão crónica, com diabetes gestacional, e sem estas patologias - procurou avaliar no 1º trimestre o comportamento de dois marcadores placentares obtidos no 1º trimestre - proteína plasmática A associada à gravidez (PAPP-A) e o fator de crescimento placentar (PlGF) - e o seu papel, quer como bio-marcadores isolados, quer em associação aos fatores de risco encontrados nos anteriores estudos, na construção de um modelo preditivo de préeclâmpsia. No primeiro estudo, a nuliparidade, a hipertensão gestacional, a fluxometria das artérias uterinas com IP superiores ao P95 entre as 20-22 semanas e a existência de restrição de crescimento fetal, foram os fatores que contribuíram para a construção de um modelo preditivo de pré-eclâmpsia. No segundo estudo, a coexistência de diabetes e hipertensão crónica agravou o prognóstico, associando-se as complicações hipertensivas à multiparidade, obesidade, idade materna e etnia negra. No terceiro estudo verificou-se uma redução da PlGf e da PAPP-A no 1º trimestre nas duas primeiras coortes, comparativamente à coorte sem patologia; na análise separada de cada coorte, quando se verificaram complicações hipertensivas ou pré-eclâmpsia, as concentrações de PlGf e PAPP-A também foram inferiores. Contudo, na elaboração de um modelo preditivo de pré-eclâmpsia, em conjunto com marcadores encontrados, apenas a PlGf pode ser integrada no modelo preditivo, o que se verificou na coorte com hipertensão crónica. Os marcadores bioquímicos em estudo tiveram valores inferiores nas coortes com patologia hipertensiva, demonstrando uma deficiente produção destas proteínas placentares nestas situações, podendo ser importante a sua pesquisa. Contudo, neste estudo, apenas na coorte de hipertensão crónica a PlGf teve participação como fator de risco, na construção de um modelo preditivo de pré-eclâmpsia.--------------------------------------------------------------------------------------------------ABSTRACT: Preeclampsia is associated with a great maternal and perinatal morbimortality. Its multifactorial etiology has been under investigation and is still insufficiently understood. The reason why there are differences in individual susceptibility and differences in expressions of the disease is still unknown. Chronic hypertension and diabetes are known risk factors for preeclampsia and maternity delay contributes to the great prevalence of these pathologies among pregnant women. As the physiopathological signs antedate by months the clinical course of the disease, early risk factors and biological markers are object of clinical research. In Portugal, scarce clinical studies were devoted to hypertension in pregnancy and to risk factors and markers of this pathology. This dissertation inquires 1215 pregnant women who were treated for hypertension or diabetes in a tertiary care center between 2004 and 2013, in order to find risk markers for hypertensive complications or preeclampsia. We conducted three independent studies for this purpose. In the first one we investigated which risk factors could influence the progression to preeclampsia in 521 pregnant women with present or past history of hypertension. The second one was conducted to find what factors were associated to hypertensive complications, with a sample of 334 pregnant women with gestational diabetes, some also with chronic hypertension, addressing the identification of the factors contributing to hypertensive complications. The third study was conducted between 2012 and 2013 with three cohorts of pregnant women, with chronic hypertension, gestational diabetes, and in the third one, pregnant women had a low risk pregnancy. The objective of the study was to evaluate the behavior of two placental markers – PAPP-A and PlGf – obtained in the first trimester, and the role of these markers as isolated biomarkers or in association with other risk factors, in order to define a predictive model of early preeclampsia. In the first study, nuliparity, gestational hypertension, uterine arteries doppler with PI above P95 between 20-22 weeks of gestation and the presence of fetal growth restriction were the markers involved in a predictive model for preeclampsia. In the second study the cohort with the coexistence of diabetes and hypertension had registered worse result and hypertensive complications were associated to multiparity, obesity, maternal age and black ethnicity. In the third study there was a reduction of the PlGf and a PAPP-A concentration for the first trimester in the two first cohorts comparatively to the low risk cohort; the separate analysis of each cohort showed that plGf and PAPP-A concentrations were reduced when hypertensive complications appeared. However, when trying to find a preeclampsia predictive model, only plGf gave significant results for being considered in the model and this was only possible in the chronic hypertension cohort. The biochemical markers investigated in this study were reduced in the cohorts when high blood pressure complications occurred, showing a defective production of these placenta proteins, and suggesting that they should be investigated as first trimester biomarkers. Nevertheless, for this research, in the cohort of chronic hypertension only PlGf had a significant result, when multivariate analysis of all the risk factors was considered for the construction of a preeclampsia predictive model.