New analytical methodologies for doping control – detection of anabolic androgenic steroids in human urine

Dissertation submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia - Universidade Nova de Lisboa in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Biochemistry - Biotechnology)

Aquaponics and its potential aquaculture wastewater treatment and human urine treatment

The main objective of this thesis is to study the developing fields of aquaponics and its potential for aquaculture wastewater treatment and human urine treatment. Aquaponics is a food production system which combines fish farming (aquaculture) with soilless crop farming (hydroponics). In this thesis the concept of aquaponics and the underlying processes are explained. Research on aquaculture wastewater and human urine wastewater is reviewed and its potential application with aquaponic systems is studied. An overview of the different types of aquaponic systems and current research on the field is also presented. A case study was conducted in a farm in Askeröd, Sweden, which involved building two aquaponic systems (System 1 and System 2) and a human urine-based aquaponic system (System 3), with different degrees of component complexity and sizes. The design, building and monitoring of System 1, System 2 and System 3 was documented and described in detail. Four day experiments were conducted which tested the evolution in concentration of Total Ammonia Nitrogen (NH4+/NH3), Nitrite (NO2-), Nitrate (NO3-), Phosphate (PO43-), and Dissolved Oxygen (O2) after an initial nutrient input. The goal was to assess the concentrations of these parameters after four days and compare them with relevant literature examples in the aquaculture industry and in source-separated urine research. Neither of the two aquaponic systems (System 1 and System 2) displayed all of the parameter concentrations in the last day of testing below reference values found in literature. The best performing of the aquaponic systems was the more complex system (System 2) combining the hydroponic Nutrient Film Technique with a Deep Water Culture component, with a Total Ammonia Nitrogen concentration of 0,20 mg/L, a Nitrite concentration of 0,05 mg/L, a Nitrate concentration of 1,00-5,00 mg/L, a Phosphate concentration of <0,02 mg/L and a Dissolved Oxygen concentration of 8,00 mg/L. The human urine-based aquaponic system (System 3) underperformed in achieving the reference concentration values in literature for most parameters. The removal percentage between the higher recorded values after the input addition and the final day of testing was calculated for two literature examples of separated urine treatment and System 3. The system had a removal percentage of 75% for Total Ammonia Nitrogen, 98% for Nitrite, 25% for Nitrate and 50% for Phosphate. These percentages still underperformed literature examples in most of the tested parameters. The results gathered allowed to conclude that while aquaculture wastewater treatment and human urine treatment is possible with aquaponics systems, overall these did not perform as well as some examples found in recirculating aquaculture systems and source-separated urine treatment literature. However, better measuring techniques, longer testing periods and more research is recommended in this field in order to draw an improved representative conclusion.

Evaluation of uv spectrophotometry for estimation of nitrite and nitrate in nitrified urine

Water is a limited resource for which demand is growing. Contaminated water from inadequate wastewater treatment provides one of the greatest health challenges as it restricts development and increases poverty in emerging and developing countries. Therefore, the connection between wastewater and human health is linked to access to sanitation and to human waste disposal. Adequate sanitation is expected to create a barrier between disposed human excreta and sources of drinking water. Different approaches to wastewater management are required for different geographical regions and different stages of economic governance depending on the capacity to manage wastewater. Effective wastewater management can contribute to overcome the challenges of water scarcity. Separate collection of human urine at its source is one promising approach that strongly reduces the economic and load demands on wastewater treatment plants (WWTP). Treatment of source-separated urine appears as a sanitation system that is affordable, produces a valuable fertiliser, reduces pollution of water resources and promotes health. However, the technical realisation of urine separation still faces challenges. Biological hydrolysis of urea causes a strong increase of ammonia and pH. Under these conditions ammonia volatilises which can cause odour problems and significant nitrogen losses. The above problems can be avoided by urine stabilisation. Biological nitrification is a suitable process for stabilisation of urine. Urine is a highly concentrated nutrient solution which can lead to strong inhibition effects during bacterial nitrification. This can further lead to process instabilities. The major cause of instability is accumulation of the inhibitory intermediate compound nitrite, which could lead to process breakdown. Enhanced on-line nitrite monitoring can be applied in biological source-separated urine nitrification reactors as a sustainable and efficient way to improve the reactor performance, avoiding reactor failures and eventual loss of biological activity. Spectrophotometry appears as a promising candidate for the development and application of on-line nitrite monitoring. Spectroscopic methods together with chemometrics are presented in this work as a powerful tool for estimation of nitrite concentrations. Principal component regression (PCR) is applied for the estimation of nitrite concentrations using an immersible UV sensor and off-line spectra acquisition. The effect of particles and the effect of saturation, respectively, on the UV absorbance spectra are investigated. The analysis allows to conclude that (i) saturation has a substantial effect on nitrite estimation; (ii) particles appear to have less impact on nitrite estimation. In addition, improper mixing together with instabilities in the urine nitrification process appears to significantly reduce the performance of the estimation model.

Exposição profissional a chumbo : utilização da protoporfirina-zinco (PPZ) na vigilância de saúde de trabalhadores ex

Resumo Uma estratégia de avaliação e prevenção de riscos na exposição a agentes químicos deve ter sempre em conta que a vigilância do ambiente de trabalho e a da saúde dos trabalhadores são aspectos complementares de uma mesma realidade – os riscos resultantes da interacção entre um agente químico e os trabalhadores a ele expostos. Se à Vigilância Ambiental compete apreciar o risco, pela caracterização do agente no ambiente de trabalho, a Vigilância Biológica pronuncia-se sobre a interacção entre o tóxico e o organismo, avaliando a resposta à agressão química e a evolução das reacções de adaptação ou de desajuste face à absorção do tóxico. Os Indicadores Biológicos, deste modo, assumem um estatuto de instrumento privilegiado na vigilância da saúde dos trabalhadores expostos, na medida em que medem a quantidade de tóxico que efectivamente penetrou e foi absorvido, ou o resultado (efeito) determinado por essa mesma dose. O presente estudo procura contribuir para a definição de um quadro metodológico de utilização dos Indicadores Biológicos na avaliação/gestão da exposição profissional ao chumbo, designadamente apreciando a variação da protoporfirina-zinco (PPZ), indicador até ao presente ainda não utilizado em Portugal. O chumbo é um metal de ocorrência natural, cujos níveis nos diversos ecossistemas resultam, principalmente, das actividades antropogénicas de natureza doméstica e industrial. A sua capacidade poluente é assinalável, representando uma fonte de exposição permanente para o homem, demonstrável pela sua constante presença no organismo apesar de não desempenhar qualquer tipo de função fisiológica. São actualmente inúmeras as suas aplicações, tornando a exposição profissional ao chumbo uma realidade vasta: indústrias de acumuladores eléctricos, de vidros, de plásticos e de munições, construção civil, manutenção e reparação automóvel e de navios, fabrico de tintas, indústrias electrónicas, fundições e actividades de soldadura são, entre outras, situações onde é uma realidade a ter em conta. A penetração dos compostos inorgânicos de chumbo no organismo efectua-se principalmente por via respiratória, não sendo, no entanto, desprezável, a sua penetração por via digestiva. As partículas absorvidas são transportadas pelo sangue principalmente ligadas aos eritrocitos (95%), distribuem-se pelos tecidos moles e depositam-se essencialmente no tecido ósseo, onde representam mais de 90% da carga corporal do total absorvido e tendo aí um elevado tempo de semi-vida (mais de 20 anos). Não é metabolizado no organismo e a sua eliminação efectua-se essencialmente por via renal,sendo igualmente excretado, em menor escala, através das fezes, do suor, da saliva, das faneras e do leite materno. O conhecimento científico evidencia que concentrações sanguíneas de chumbo entre 20 e 50 mg/dL são susceptíveis de determinar efeitos adversos no homem, podendo ser afectados o sistema hematopoiético, o sistema nervoso, o sistema cardiovascular, o sistema reprodutor e o sistema imunitário. Contudo, ainda muito há a clarificar no âmbito da toxicidade do chumbo. Os níveis de exposição a que correspondem as alterações nos diversos órgãos e sistemas continuam a ser motivo de alguma controvérsia. As características carcinogénicas e mutagénicas do chumbo são, ainda, um campo de vasta exigência de investigação. A intoxicação por chumbo e seus sais (Saturnismo) de origem ocupacional é reconhecida em Portugal como doença profissional (grupo 1 - Doenças Provocadas por Agentes Químicos, da Lista das Doenças Profissionais). É uma intoxicação do tipo crónico, fruto da absorção contínua de doses relativamente pequenas durante longo período, evidenciando-se no seu início por sinais e sintomas vagos e difusos de grande inespecificidade, que podem incluir, nomeadamente, perda de apetite, sabor metálico na boca, palidez, mal-estar e fadiga, cefaleias, mialgias e artralgias, irritabilidade, tremores finos, obstipação, cólicas abdominais, insónias, déficit da memória de curto prazo e da capacidade de concentração. Um importante conjunto de indicadores biológicos pode ser utilizado na vigilância periódica da saúde de trabalhadores nestas condições de exposição. Tais indicadores (de dose ou de efeito), encerram diferentes significados e comportam distintas exigências, competindo ao Médico do Trabalho, no âmbito dos programas de prevenção dos efeitos adversos relacionados com a exposição profissional a chumbo, seleccionar a sua utilização e interpretar a sua informação, de modo a avaliar a interacção do tóxico com o organismo numa fase de reversibilidade. O presente estudo envolveu 180 trabalhadores dos quais 110 apresentavam plumbémias (Pb-S) iguais ou superiores a 40 mg/dL. Além da Pb-S, a todos foi doseada a protoporfirina-zinco (PPZ) e efectuado o Hemograma e a cerca de 25% foi determinada a concentração do ácido d-aminolevulínico urinário (ALA-U). Os doseamentos da PPZ efectuados em amostra de sangue capilar através de um hematofluorímetro portátil revelaram-se de total fiabilidade, dando significado a uma técnica de fácil execução e baixo custo. A avaliação do tipo de colheita urinária para doseamento do ALA-U concluiu pela necessidade de recurso a urinas de 24 horas.Os resultados do estudo evidenciaram uma elevada associação entre a PPZ e a Pb-S, com uma maior magnitude e de início mais precoce do que o que registado na associação da Pb-S com o ALA-U. Revelaram, ainda, fracos níveis de associação da hemoglobina (e outros parâmetros hematológicos) com a Pb-S. E demonstraram para um cut-off de 100 mg/ dL de PPZ, taxa de falsos negativos e falsos positivos, para plumbémias a partir de 70 mg/dL, inferiores a 20%. Assim, concluiu-se que, nos protocolos de vigilância de saúde de trabalhadores expostos a chumbo, o doseamento da PPZ por hematofluorímetro, em sangue de colheita capilar, é adequado, fiável e de realização preferencial em relação ao do ALA-U. Concluiu-se, também, que a realização do hemograma apenas se justifica em situações individuais que clinicamente o tornem aconselhável. E que estes protocolos devem incluir a realização da Pb-S e da PPZ, podendo, em situações de controlo rigoroso (ambiental, biológico e clínico), basear-se apenas na determinação da PPZ reservando os outros indicadores para aprofundar a investigação médica nos casos de taxas elevadas desta ou de situações limitantes. ■ Résumée Une stratégie d’évaluation et de prévention des risques d’exposition aux agents chimiques doit toujours tenir en considération que la vigilance du lieu de travail et de la santé des travailleurs sont des aspects complémentaires d’une même réalité – les risques résultant d’une interaction entre l’agent chimique et les travailleurs exposés. Si c’est à la Vigilance Ambiantale de juger le risque, par la caractérisation de l’agent dans le lieu de travail, la Vigilance Biologique, elle, se prononce sur l’interaction entre le toxique et l’organisme, évaluant la réponse à l’agression chimique et l’évolution des réactions d’adaptation ou de rupture face à l’absorption du toxique. Les Indicateurs Biologiques assument ainsi un statut d’instrument privilégié de vigilance de la santé des travailleurs exposés, dans la mesure où ils déterminent la quantité de toxique qui a effectivement été pénétré et absorbé, ou le résultat (effet) déterminé par cette dose. Cette étude-ci cherche à contribuer à la définition d’un cadre méthodologique d’utilisation des Indicateurs Biologiques dans l’évaluation/ gestion de l’exposition professionnelle au plomb inorganique, évaluant spécialement le comportement de la protoporphirine-zinc (PPZ), indicateur pas encore utilisé au Portugal.Le plomb est un métal d’occurrence naturelle dont les niveaux dans les différents écosystèmes en résultent, principalement, des activités anthropogéniques de nature domestique et industrielle. Sa capacité polluante peut être signalée, représentant une source d’exposition permanente pour l’homme, celle-ci démontrable par sa présence continue dans l’organisme, même si elle n’y accomplit aucune fonction physiologique. Actuellement ses applications sont innombrables, faisant de l’exposition professionnelle au plomb une réalité de grande ampleur : industries d’accumulateurs électriques, de verre, de plastique et de munitions, bâtiments, manutention et réparation automobile et navale, fabrication d’encres, industries électroniques, fontes et activités de soudure sont, entre autres, des situations réelles a en tenir compte. La pénétration du plomb inorganique dans l’organisme se fait principalement par voie respiratoire, pouvant se faire également par voie digestive. Les particules absorbées sont transportées par le sang, surtout liées aux érythrocytes (95%), se repartent à travers les tissus mous et se déposent essentiellement dans le tissu osseux, où elles représentent plus de 90% de la charge corporelle de ce qui a été absorbé et ont un temps de demi-vie élevé (plus de 20 ans). Le plomb n’est pas métabolisé dans l’organisme et son élimination se fait essentiellement par voie rénale, pouvant tout de même, à une moindre échelle, être excrété dans les fèces, de la sueur, de la salive, des ongles, des cheveux et du lait maternel. La connaissance scientifique met en évidence que des concentrations sanguines de plomb entre 20 et 50 mg/dL sont susceptibles de déterminer des effets adverses dans l’homme, pouvant les systèmes hématopoïétique, nerveux, cardiovasculaire, reproducteur et immunitaire en être affectés. Cependant, il en reste beaucoup à éclaircir dans le domaine de la toxicité du plomb. Les niveaux d’exposition auxquels correspondent les modifications des divers organes et systèmes, demeurent toujours sujet de quelque controverse. Les caractéristiques carcinogèniques et mutagèniques du plomb restent toujours un champ d’investigation d’une grande exigence. L’intoxication par le plomb et ses sels (Saturnisme) d’origine occupationnelle est reconnue, au Portugal, comme une maladie professionnelle (groupe 1- Maladies Provoquées par des Agents Chimiques, de la Liste des Maladies Professionnelles). C’est une intoxication du tipe chronique, due à l’absorption continue de doses relativement petites pendant une longue période, mise en évidence à travers des signes et des symptômes vagues et diffus sans grande spécificité, lesquels peuvent inclure, particulièrement, le manque d’appétit, goût métallique dans la bouche, pâleur, malaise et fatigue, céphalées, myalgies et arthralgies, irritabilité, tremblements fins, constipation, coliques abdominales, insomnies, déficit de la mémoire à court terme et de la capacité de concentration.Un ensemble important d’indicateurs biologiques peut être employé dans la vigilance périodique de la santé des travailleurs dans ces conditions d’exposition. Ces indicateurs (de dose ou d’effet) renferment différentes significations et comportent diverses exigences, devant le Médecin de Travail, dans le domaine des programmes de prévention des effets adverses qui sont en relation avec l’exposition professionnelle au plomb, sélectionner son utilisation et interpréter son information de façon à évaluer l’interaction de l’élément toxique avec l’organisme à un stade de réversibilité. L’étude ci-présent engloba 180 travailleurs desquels 110 présentaient des plombémies (Pb-S) égales ou supérieures à 40 mg/dL. À part la Pb-S, la protoporphyrine-zinc (PPZ) leur a été prise en dosage et un Hémogramme fut effectué et fut déterminé l’acide d- aminolévulinique urinaire (ALA-U) sur environ 25% des travailleurs. Le dosage de la PPZ efectué en échantillon de sang capillaire par un fluorimètre portable, s’est accomplit d’une fiabilité total, donnant du sgnificat à une téchnique de facile execution et bas prix. L’évaluation de la prise urinaire par dosage du ALA-U conclut au besoin d’un recours aux urines de 24 heures Les résultats de l’étude ont mis en évidence une association élevée entre la PPZ et la Pb- S, avec une intensité majeure et de début plus précoce par rapport à celui qui fut registré lors de l’association de la Pb-S avec la ALA-U. Ces résultats ont également montré de faibles niveaux d’association entre l’hémoglobine (et autres paramètres hématologiques) et la Pb-S. Ils ont démontré aussi, une valeur de cut-off de 100 mg/dL de PPZ, des taux de faux négatifs et faux positifs, pour des plombémies de 70 mg/dL, inférieurs à 20%. On peut donc conclure que dans les protocoles de vigilance de la santé des travailleurs exposés au plomb, le dosage de la PPZ par fluorimetrie dans le sang capillaire est adéquat, fiable et de réalisation préférentielle par rapport à celui du ALA-U. On peut également conclure que la réalisation de l’hémogramme ne se justifie que dans les cas individuels où, cliniquement, celui-ci est conseillé. De plus, ces protocoles doivent inclure la réalisation de la Pb-S et de la PPZ, pouvant, en cas de contrôle rigoureux (ambiantal, biologique et clinique), s’appuyer que dans la détermination de la PPZ réservant les autres indicateurs pour approfondir l’investigation médicale dans les cas où les taux de celle-ci sont élevés ou dans les cas de situations limitantes. ■ Summary Any strategy to evaluate and prevent the risks of chemical agents exposure must always regard the work environment and workers health as complementary aspects of one reality - the resulting risks from the interaction between the chemical agent and the exposed workers. It is the responsibility of Environmental Monitoring to evaluate the risks of exposure by the characterization of the chemical agent in the work environment. Biological Monitoring, on the other hand, pronounces itself over the toxin and body interaction, evaluating human response to the chemical aggression and the body adaptations to the toxic absorption. Biological Exposure Indices (BEI) assume, therefore, a privileged status among exposed workers' health monitoring instruments, as they measure the actual penetrated and absorbed toxic quantity and the effect it produces. This research study aims to contribute to the definition of a methodological strategy on the utilization of BEI’s in evaluating inorganic lead's occupational exposure, more specifically appreciating the zinc protoporphyrin (ZPP) variation, an index that has never been taken under consideration in Portugal until now. Lead is a natural metal whose ecosystem’s levels are mainly due to domestic and industrial anthropogenic activities. Its pollutant capacity is notable, representing a permanent exposure risk shown by its constant presence in the human body, although it has no physiologic function. Nowadays, lead's applications are countless, turning its professional exposure a huge reality: storage batteries industries, glass industries, plasterers and munitions industries, building construction, ships and motor car maintenance and repairing, ink manufacture, electronics industries, foundries and other soldering activities are, among so many other, realities to attend to. Respiration is the main cause of human body's inorganic lead absorption, although digestive pathway must not to be ignored. The absorbed particles are transported by blood, essentially bounded to erythrocytes (95%). It is distributed by soft tissues and settled mainly on bone tissues, where it represents approximately 90% of the total body charge and has a high half-life time (more than 20 years). It is not metabolized by the organism, its elimination being effectuated by renal activity and, in smaller scale, through lees, sweat, saliva, nails, hair and maternal milk.Scientific knowledge shows that concentrations of lead in blood between 20 e 50 mg/dL are susceptible to determine adverse effects in man and able to affect the hematopoietic system, the nervous system, the cardiovascular system, the reproductive system and the immunological system. Nevertheless, there's still much to be learned and clarified about lead's toxicity. The correlation between exposure levels and human's systems and organs alteration levels continues to be a centre of controversies. Still, lead's carcinogenic and mutagenic characteristics continue to be a high demanding research field. Intoxication by lead and its compounds (saturnism), from occupational origin, is recognized in Portugal as an occupational disease, included in Group 1 - Chemical Agents Caused Diseases, on the Occupational Diseases List. It is a chronic intoxication caused by a continuous absorption of small doses, throughout a long period of time. Its signs and symptoms are diffuse and imprecise, of great unspecificity, such as loss of appetite, metallic flavor in the mouth, paleness, ailment and fatigue, headaches, myalgia and arthralgia, irritability, thin tremors, constipation, abdominal pain, insomnias, short memory loses and inability to concentrate. A considered number of BEI’s can be used in Periodic Health Monitoring of workers in such exposure conditions. Such BEI (dose indices or effect indices) provide different meanings and imply different procedures, being Occupational Doctors responsibility, in the context of lead related adverse effects preventive programmes, to select and interpret its information, in order to evaluate the interaction between toxic and organism in a reversible phase of the toxic action. The present research study involved 180 workers, 110 of which presented blood lead levels (PbB) above or equal to 40 mg/dL. Besides PbB, all workers has been evaluated for zinc protoporphyrin levels (PPZ) and submitted to a haemogram. About 25% of the workers were selected for d-aminolevulinic urinary acid (ALA-U) determination. The evaluation of PPZ, by a portable hematofluorometer using capillary blood samples, turned out to be an easy procedure with low costs and total warrantability. As in regard for ALA- U procedure, it was concluded the necessity of 24 hours urine samples. This research results underlined a strong connection between ZPP and PbB, which was found to to be stringer and to begin earlier than it was registered for PbB and ALA-U association. The same study also revealed a low association level between PbB and hemoglobin or other hematological indices. It was also verified less than 20% of false negatives and false positives cases when admitted a ZPP 100 mg/dL cut off value for PbB³ 70 mg/dL. As in result it was concluded that in Health Monit

A regulação endócrina dos balanços de cálcio

RESUMO: As concentrações circulantes de cálcio são notavelmente constantes a despeito das variações diárias na absorção intestinal e na eliminação renal deste elemento. A regulação da calcémia é um sistema complexo que compreende vários factores controladores (a calcémia, a fosforémia, as concentrações circulantes de paratormona (PTH) e calcitriol além de muitos outros factores como hormonas esteróides em geral, outros iões como o magnésio e outros factores hormonais) e vários órgãos alvo (glândulas paratiroideias, osso, rim e intestino). As respostas dos órgãos alvo também são muito variadas. No caso mais simples, a cristalização de sais de cálcio corresponde a uma mudança de fase em que participam moléculas orgânicas que a iniciam, aceleram ou inibem. Em geral a combinação de um factor controlador com o respectivo receptor de membrana (para polipeptídeos ou iões) ou intracelular (hormonas esteróides) é apenas o primeiro passo de uma cadeia bioquímica que introduz uma enorme amplificação na resposta. A esta variedade de mecanismos de resposta correspondem grandes diferenças nos tempos de resposta que podem ser de minutos a semanas. É hoje possível “observar” (medir) com apreciável rigor nos líquidos biológicos (sangue, urina, fezes, etc.) os factores mais importantes do sistema de regulação da calcémia (cálcio, fósforo, paratormona e calcitriol) assim como administrar estes factores em experiências agudas. Esta possibilidade reflecte – se na literatura neste campo que tem vindo a crescer. O advento das técnicas da biologia molecular tem permitido a caracterização molecular de algumas das disfunções da homeostase do cálcio e é de esperar um diagnóstico fisiopatológico cada vez mais rigoroso dessas disfunções. Com o avanço dos conhecimentos nesta área que não cessa de aumentar temos cada vez maiores capacidades para fazer diagnósticos e é cada vez mais difícil interpretar com rigor os correspondentes quadros metabólicos. A análise ou síntese de sistemas complexos é a actividade mais nobre dos engenheiros que lhes permite desenhar pontes, diques, barcos, aviões ou automóveis. Com o aparecimento de computadores de médio ou grande porte foi – lhes possível utilizar descrições matemáticas não só para desenhar sistemas como ainda para interpretar eventuais falhas na sua operação. Essas descrições matemáticas consistem numa sequência de operações realizadas num computador segundo um “programa informático” que receberam a designação genérica de modelos, por analogia com as famosas leis (equações) da física que foram deduzidas a partir de um certo número de postulados e que permitem representar matematicamente processos físicos. As famosas leis de Newton são talvez os exemplos mais famosos de “modelos” de sistemas físicos. A introdução de modelos matemáticos em biologia e particularmente em medicina só se deu recentemente.MÉTODOS No trabalho que aqui se apresenta construiu - se um modelo simplificado da homeostase do cálcio destinado ao cálculo de variáveis observáveis (concentrações de cálcio, fósforo, PTH e calcitriol) de modo a poderem comparar-se valores calculados com valores observados. A escolha dos componentes do modelo foi determinada pela nossa experiência clínica e pela informação fisiopatológica e clínica publicada. Houve a preocupação de construir o modelo de forma modular de modo a ser possível a sua expansão sem grandes transformações na descrição matemática (e informática) já existente. Na sua fase actual o modelo não pode ser usado como instrumento de diagnóstico. É antes uma ferramenta destinada a esclarecer “em princípio” mecanismos fisiopatológicos. Usou – se o modelo para simular um certo número de observações publicadas e para exemplificar a sua eventual aplicação clínica na simulação de situações hipotéticas e na análise de possíveis mecanismos fisiopatológicos responsáveis por situações de hipo ou hipercalcémias. Simultaneamente fez – se uma análise dos dados acumulados relativos a doentes vistos no Serviço de Endocrinologia do Instituto Português de Oncologia de Francisco Gentil – Centro Regional Oncológico de Lisboa, S.A. CONCLUSÕES Numa população de 894 doentes com patologias variadas do Instituto Português de Oncologia de Lisboa os valores da calcémia tiveram uma distribuição normal unimodal com uma média de 9.56 mg/dl, e um erro padrão de 0.41 mg/dl. Estas observações sugerem que a calcémia está sujeita a regulação. A partir dos resultados publicados em que o metabolismo do cálcio foi perturbado por infusões de cálcio, calcitriol ou PTH, de estudos bioquímicos e fisiológicos sobre os mecanismos de acção de factores controladores da calcémia e do estudo do comportamento de órgãos alvo (paratiroideias, intestino, osso e rim) foi possível construir um modelo matemático de parâmetros concentrados do sistema de regulação da calcémia. As expressões analíticas usadas foram baseadas na cinética enzimática de modo a que os seus parâmetros tivessem um significado físico ou fisiológico simples. O modelo revelou apreciável robustez e flexibilidade. É estável quando não perturbado e transita entre estados estacionários quando perturbado. Na sua forma actual gera simulações que reproduzem satisfatoriamente um número apreciável de dados experimentais colhidos em doentes. Isto não significa que possa ser usado como instrumento de diagnóstico aplicável a doentes individuais. O desenho do modelo comporta a adição posterior de novas relações quando surgirem situações para as quais se revele insuficiente. A utilização exaustiva do modelo permitiu explicitar aspectos do metabolismo do cálcio que ou não estão contidas na sua formulação actual – o aparecimento de hipertrofia ou de adenomas das paratiroideias e as alterações na estrutura óssea , a participação de outros factores controladores – magnésio, ou estão insuficientemente descritas – alterações do metabolismo do fósforo nos hipoparatiroidismos. A análise dos dados relativos aos doentes do Serviço de Endocrinologia do IPO permitiu o início da caracterização dos tipos de patologia que representam e de possíveis mecanismos fisiopatológicos subjacentes. Estas observações são o ponto de partida para análises futuras. São exemplos das relações encontradas: a distribuição dos doentes por dois grandes grupos conforme a calcémia é determinada pelas concentrações circulantes de PTH ou estas são determinadas pela calcémia; a distribuição sazonal das concentrações de Vit. D25. no sangue; a correlação negativa entre estas e as concentrações de PTH no sangue. Também foi possível extrair a cinética do controlo da PTH sobre a síntese de calcitriol. O estudo dos níveis circulantes de PTH no pós-operatório imediato de doentes paratiroidectomizados permitiu determinar as suas taxas de degradação metabólica. O modelo permitiu simular as relações Ca/PTH no sangue, Ca/Fracção excretada da carga tubular, Ca/P no sangue para valores normais ou altos de Ca. Foram feitas simulações de situações fisiopatológicas (em “doentes virtuais”): infusões crónicas de cálcio, PTH e calcitriol; alterações no comportamento de receptores. Estas simulações correspondem a experiências que não podem ser realizadas em humanos. São exemplos da utilização do modelo na exploração de possíveis mecanismos fisiopatológicos através da observação de resultados quantitativos inacessíveis à intuição. O modelo foi útil em duas fases do trabalho: Primeiro, durante a sua síntese implicou uma escolha criticamente selectiva de informação, sua análise quantitativa e processamento, uma explicitação rigorosa (analítica) das relações funcionais entre os controladores e as variáveis e da sua integração numa estrutura global; Segundo, a simulação de situações experimentais ou clínicas (dados do Serviço de Endocrinologia do IPO) em doentes obrigou a explicitar raciocínios fisiopatológicos habitualmente formulados em bases puramente intuitivas. Esta prática revelou comportamentos óbvios após as simulações – acção reduzida das infusões PTH (simulação de hiperparatiroidismos primários) enquanto não há inibição total da respectiva secreção, necessidade de aumento da massa secretora da paratiroideia nas insuficiências renais avançadas, etc. A síntese e utilização do modelo não implicaram uma preparação matemática avançada e foram possíveis mercê da disponibilidade de “software” interactivo especificamente desenhado para a simulação de sistemas dinâmicos em que os programas se escrevem em inglês usando a simbologia simples da álgebra elementar. A função nobre de modelos desta natureza é semelhante à dos modelos usados pelos físicos desde o século XVII: permitir explicações de carácter geral funcionando como uma ferramenta intelectual para manipulação de conceitos e para a realização de “experiências pensadas” (“thought experiments”) respeitando certos princípios físicos (princípios de conservação) que estabelecem as fronteiras da realidade. -------ABSTRACT: Calcium blood levels are remarkably constant despite great variations in calcium daily intake, intestinal absorption and renal excretion. The regulation of the calcium concentration in the blood is achieved by a complex system that includes several controller factors (mainly the serum levels of calcium, phosphorus, parathyroid hormone (PTH) and calcitriol but also of steroid hormones, ions such as magnesium and other hormonal factors) and several target organs (parathyroid glands, bone, kidney and intestine). The functional response to the controlling factors obeys a variety of kinetics. The precipitation of calcium salts is a simple phase transition in which organic molecules may provide nucleation centres or inhibit the process. The combination of a controller factor with its receptor located in the cell membrane (for peptides or ions) or in the nucleus (for steroid hormones) is only the first step of a biochemical chain that introduces a huge amplification in the response. To this great variability of response we have to add the times of response that vary from minutes to weeks. It is possible to “observe” (measure) with great accuracy in biological fluids (blood, urine, faeces, etc.) the most important factors intervening in the calcium regulation (calcium, phosphorus, PTH and calcitriol). The response of the system to acute infusions of the controlling factors has also been studied. Using molecular biology techniques it has been possible to characterize some calcium homeostasis dysfunctions and better physiopathological diagnosis are expected. With the increasingly new knowledge in this area we have better capacity to diagnose but it is harder to explain correctly the underlying metabolic mechanisms. The analysis or synthesis of complex systems is the noble activity of engineers that enables them to draw bridges, dams, boats, airplanes or cars. With the availability of medium-large frame computers it was possible to use mathematical descriptions not only to draw systems but also to explain flaws in its operations. These mathematical descriptions are generally known as models by analogy with the laws (equations) of physics that allow the mathematical description of physical processes. In practice it is not possible to find general solutions for the mathematical descriptions of complex systems but (numeric) computations for specific situations can be obtained with digital computers. The introduction of mathematical models in biology and particularly in medicine is a recent event. METHODS In this thesis a simplified model of calcium homeostasis was built that enables the computation of observable variables (concentrations of calcium, phosphorus, PTH and calcitriol) and allows the comparison between the simulation values and observed values. The choice of the model’s components was made according to our clinical experience and to the published clinical and physiopathological data. The model has a modular design that allows future expansions with minor alterations in its structure. In its present form the model cannot be used for diagnosis. It is a tool designed to enlighten physiopathological processes. To exemplify its possible clinical application in the simulation of hypothetical situations and in the analysis of possible mechanisms responsible for hypo or hypercalcemias the model was used to simulate a certain number of published observations. An analysis of clinical and laboratory data from the Endocrinology Department of the Portuguese Cancer Institute (I.P.O.F.G.-C.R.O.L.,S.A.) is also presented. CONCLUSIONS In a population of 188 patients without an identifiable disease of the calcium metabolism at the Portuguese Cancer Institute the calcemia levels had a unimodal distribution with an average of 9.56 mg/dL and a S.E.M of 0.41 mg/dL. This observation confirms that serum calcium is regulated. Using published data; in which calcium metabolism was disrupted by calcium, PTH or calcitriol infusions; from biochemical and physiological studies of the action of controller factors on the calcemia; in which the response of target organs (parathyroid glands, intestine, bone, kidney) was studied it was possible to build a mathematical model of concentrated parameters of the calcium homeostasis. Analytical expressions used were based on enzymatic kinetics. The model is flexible and robust. It is stable when not disturbed and changes between steady states when disturbed. In its present form it provides simulations that reproduce closely a number of experimental clinical data. This does not mean that it can be used as a diagnostic tool for individual patients. The exhaustive utilisation of the model revealed the need of future expansions to include aspects of the calcium metabolism not included in its present form –hypertrophy or adenomas of the parathyroid glands, bone structure changes, participation of other controller factors such as magnesium – or insufficiently described – phosphate metabolism in hypoparathyroidism. The analysis of the data collected from the I.P.O.’s Endocrinology Department allowed the initial characterization of the different pathologies represented and of their possible physiopathological mechanisms. These observations are a starting point for future analysis. As examples of the relations found were: the distribution of patients in two groups according to the dependency of calcium by PTH levels or PTH levels by calcium concentration; the seasonal distribution of the serum concentrations of D25; its negative correlation with PTH concentration. It was also possible to extract the kinetics of the control of the synthesis of calcitriol by PTH. The analysis of immediate post-surgical levels of PTH in parathyroidectomized patients allowed the determination of its metabolic clearance. The model also allowed the simulation of the relations between Ca/PTH in blood, serum Ca/Fraction of tubular load excreted and Ca/P in blood for normal and high values of calcium. Simulations were made of pathological situations (in “virtual patients”): chronic infusions of calcium, PTH and calcitriol; changes in the characteristics of receptors. These simulations are not possible in real persons. They are an example of the use of this model in exploring possible mechanisms of disease through the observation of quantitative results not accessible to simple intuition. This model was useful in two phases: Firstly, its construction required a careful choice of data, its quantitative analysis and processing, an analytical description of the relations between controller factors and variables and their integration in a global structure. Secondly, the simulation of experimental or clinical (I.P.O.’s Endocrinology Department) data implied testing physiopathological explanations that previously were based on intuition. The construction and utilisation of the model didn’t demand an advanced mathematical preparation since user-friendly interactive software was used. This software was specifically designed for the simulation of dynamic systems. The programs are written in English using elementary algebra symbols. The essential function of this type of models is identical to that of those used by physicists since the XVII century which describe quantitatively natural processes and are an intellectual tool for the manipulation of concepts and the performance of “thought experiments” based in certain physical principles (conservation principles) that are the frontiers of reality.------------------RESUMÉE: Les concentrations circulantes de calcium sont constantes même pendant des variations de l’absorption intestinale et de l’élimination rénale de cet élément. La régulation de la calcémie est un système complexe qui comprend plusieurs éléments contrôleurs (la calcémie, la phosphorémie, les concentrations circulantes de l’hormone parathyroïdienne (PTH) e du calcitriol et d’autres comme les hormones stéroïdes ou des ions comme le magnésium) et plusieurs organes (glandes parathyroïdiennes, l’os, le rein et l’intestin). Les réponses de ces organes sont variées. Dans le cas plus simple, la cristallisation des sels de calcium correspond à un changement de phase dans lequel y participent des molécules organiques que la débutent, l’accélèrent ou l’inhibent. Généralement la combinaison d’un élément contrôleur avec leur récepteur de membrane (pour les peptides ou les ions) ou intracellulaire (pour les hormones stéroïdes) n’est que le premier pas d’une chaîne biochimique qu’introduit une grande amplification de la réponse. A cette variété de réponses correspondent des grandes différences des temps de réponses qu’y vont des minuits a semaines. Il est possible « observer » (mesurer) dans les fluides biologiques (sang, urine, fèces, etc.) les éléments plus importants du système de régulation de la calcémie (calcium, phosphate, PTH et le calcitriol) et les administrer en expérimentes aigus. Cette possibilité est visible dans la littérature publiée dans ce domaine qui est en croissance permanente. L’avenir des techniques de biologie moléculaire a permis caractériser des nombreuses dysfonctions de la régulation de la calcémie et on attend un diagnostique physiopathologique de ces dysfonctions chaque fois plus rigoureuses. Les connaissances dans ce domaine s’agrandissent et on a de plus de capacités pour faire des diagnostiques et il est chaque fois plus difficile les interpréter. L’analyse ou synthèse de systèmes complexes est l’activité plus noble des ingénieurs qui les permit dessiner des ponts, bateaux, avions ou automobiles. Avec des ordinateurs de médium ou grand port il les est possible utiliser descriptions mathématiques pour dessiner les systèmes et interpréter des éventuelles fautes d’opération. Ces descriptions mathématiques sont une séquence d’opérations réalisées dans un ordinateur selon « un programme informatique » qui ont reçu la désignation générique de modèles, pour analogie avec les équations de la physique qui ont été déduits d’un nombre de postulées et qu’ont permit représenter des processus physiques en équations mathématiques. Les fameuses équations de Newton sont peut-être les exemples plus connus des systèmes physiques. L’introduction des modèles mathématiques en biologie et en particulier en médecine est un évènement récent. Dans ce travaille, on a construit un modèle simplifié de l’homéostasie du calcium pour calculer les variables observables (concentrations de calcium, phosphate, PTH et calcitriol) pour les comparer. Les choix des components a été déterminés par notre expérience clinique et par l’information physiopathologique et clinique publiée. Le modèle a été construit de façon modulaire ce que permit leur postérieur expansion sans des grandes altérations dans la description mathématique et informatique déjà existante. Dans cette forme le modèle ne peut être utilisé comme un instrument de diagnostique. Il est un outil pour éclairer la physiopathologie. Le modèle a été utilisé pour simuler un certain nombre d’observations publiées et pour exemplifier leur possible utilisation clinique dans la simulation des hypothèses et de la physiopathologie des situations d’hypo ou hypercalcémie. On a fait une analyse des éléments des procès cliniques des malades observées dans le Service d’Endocrinologie de l’IPOFG-CROL, SA. Dans une population de 894 malades avec des différentes pathologies les valeurs de calcémie on une distribution uni modale avec une Médie de 9.56 mg/dL et une erreur standard de 0.41 mg/dL. Ces observations suggèrent que la calcémie soit sujette de régulation. En utilisant des résultats de travaux publiés dans lesquels le métabolisme du calcium a été changé par des infusions de calcium, calcitriol ou PTH, des études biochimiques et physiologiques sur des mécanismes d’action des éléments contrôleurs de la calcémie et de l’étude du comportement des organes cible (parathyroïdes, intestin, rein, os), il a été possible de construire un modèle mathématique de paramètres concentrés du système de régulation de la calcémie. Les expressions analytiques utilisées ont été basées sur la cinétique enzymatique de façon à que les paramètres aient eu une signification physique ou biologique. Le modèle est stable quand il n’est pas perturbé et transit entre états stationnaires quand il est sujet a des perturbations. A ce moment il fait des simulations qui reproduisent de façon satisfaisant un nombre d’observations expérimentales. La construction du modèle permit l’addiction de nouvelles relations dans les cas ou il est insuffisant. L’utilisation exhaustive du modèle a permit expliciter des aspects du métabolisme du calcium qui y ne sont pas compris – l’hyperplasie ou la formation des adénomes des parathyroïdes, les altérations de la structure des os, la participation d’outres éléments régulateurs (magnésium), ou sont insuffisamment décrites – les altérations du métabolisme des phosphates dans l’hypoparathyroidism. L’analyse de l’information des malades du Service d’Endocrinologie a permit caractériser les pathologies représentées et leurs possibles mécanismes physiopathologiques. Ces observations sont le point de départ pour les analyses futures. Sont des exemples des relations trouvées: la distribution des malades par deux groupes: ceux dans lequel la calcémie est déterminée par la PTH ou ceux dans lesquels la PTH est déterminée par la calcémie; la distribution sazonale de la concentration de la vitamine D; la corrélation négative entre la vitamine D et la PTH. On a eu la possibilité de déduire la cinétique de control de la PTH sur la synthèse du calcitriol. L’étude des niveaux circulants de PTH sur des sujets parathyroidectomisées a permit déduire leur taux de dégradation métabolique. Le modèle a permit simuler les relations Ca/PTH dans le sang, Ca/fraction éliminée par le rein, Ca/P dans le sang pour des valeurs normales ou hautes de calcium. On a fait des simulations de situations physiopathologiques (dans “malades virtuelles”): Infusions chroniques de calcium, PTH ou calcitriol; altérations des récepteurs. Ces simulations ne peuvent pas être réalisées dans les humains. Sont des exemples d’utilisation du modèle dans l’exploration des possibles mécanismes de la physiopathologie en observant des résultats quantitatifs inaccessibles à l’intuition. Le modèle a été utile pendant deux étapes des travaux: La première, dans sa construction on a choisi l’information disponible, son analyse quantitative, l’explicitation rigoureuse (analytique) des relations fonctionnelles entre les contrôleurs et les variables et sa intégration dans une structure globale. La deuxième, la simulation de situations expérimentales ou cliniques (du Service d’Endocrinologie) a obligé d’expliciter des raisonnements physiopathologiques généralement formulés utilisant l’intuition. Cette pratique a montré des comportements – action réduite des infusions de PTH (jusqu’à l’inhibition totale de leur respective sécrétion), nécessité d’augmenter la masse sécréteuse de la parathyroïde dans les insuffisants rénales, etc. La synthèse et utilisation du modèle n’ont pas besoin d’une formation avancée en mathématique et sont possibles grâce à un programme interactif qui a été conçu pour la simulation des systèmes dynamiques dans lesquels le programme se construit en anglais en utilisant la symbolique élémentaire de l’algèbre. La fonction noble de ces modèles est semblable à celles des physiques du XVII siècle: Permettre établir explications générales en fonctionnant comme un outil intellectuel pour manipuler des concepts et pour la réalisation d’expérimentes pensées en respectant certains principes de la physique (principe de la conservation) qu’établissent les frontières de la réalité.

Measurement of lead concentration in biological tissues by atomic spectroscopy techniques

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Physics

Update on the population structure of MRSA causing infection in a central hospital and in healthcare centers in Portugal

RESUMO:Staphylococcus aureus é um dos principais agentes patogénicos humanos, sendo frequentemente associado a infecções nosocomiais e infecções na comunidade. A prevalência de S. aureus resistentes à meticilina (MRSA) em hospitais portugueses é uma das mais elevadas da Europa e tem sido caracterizada extensivamente; contrariamente, a prevalência e epidemiologia de MRSA na comunidade em Portugal não tem sido devidamente seguida. Com o objectivo de compreender as causas possíveis do aumento na frequência de MRSA num dos maiores hospitais centrais portugueses (HSM) ao longo de 17 anos, isolados de MRSA recolhidos em 1993 (n=54) e 2010 (n=180) de pus, sangue e urina foram analisados por PFGE, MLST, tipagem do spa e tipagem de SCCmec. Os resultados mostraram que ocorreu uma mudança global nos tipos clonais predominantes, onde o clone ST22-IVh substituiu os clones, ST239-IIIvar e ST247-I, representando mais de 70% da população actual. Além disso, entre 1993 e 2010 verificou-se um aumento na diversidade genética dos tipos clonais de MRSA. Para determinar a frequência e a natureza clonal de MRSA e S. aureus sensíveis à meticilina (MSSA) isolados de infecções de pele e tecidos moles (SSTI) em pessoas que frequentam centros de saúde em Portugal, 73 amostras foram recolhidas em nove centros de saúde (Rede Médicos Sentinela). Isolou-se um total de 40 S. aureus (55%), dos quais 17,5% eram MRSA. Os isolados de MRSA pertenciam aos clones ST22-IVh (n=4), ST5-IVc (n=2) e ST105-II (n=1), que foram descritos neste estudo como sendo clones de origem hospitalar. Os nossos resultados sugerem que o aumento da frequência de MRSA no HSM pode estar associado à emergência de um clone de MRSA com maior capacidade epidémica. Além disso, verificámos que a principal causa de SSTI em pessoas que frequentam centros de saúde em Portugal são MRSA de origem hospitalar e não MRSA associados à comunidade.------ABSTRACT: Staphylococcus aureus is one of the most important human pathogens, being a major cause of infections worldwide both in the hospital and in the community. In Portugal, the prevalence of methicillin resistant S. aureus (MRSA) in hospitals is one of the highest in Europe and has been characterized extensively; contrarily the prevalence and epidemiology of MRSA in the community has not been followed in a meaningful way. To understand the epidemiological events that could explain a steep increase in MRSA frequency in a major Portuguese central hospital (HSM) within a 17 year period, two MRSA collections recovered in 1993 (n=54) and 2010 (n=180) from pus, blood and urine were analyzed by PFGE, MLST, spa and SCCmec typing. The results showed that a major clonal shift occurred, wherein ST22-IVh clone has replaced the previous ST239-IIIvar and ST247-I clones and accounts for more than 70% of the present population. Moreover, an increase in genetic diversity of MRSA clonal types was observed between the two study periods. With the aim of determining the frequency and clonal nature of MRSA and methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) causing skin and soft tissue infections (SSTI) in patients attending healthcare centers in Portugal, 73 samples were collected from nine healthcare centers (Medicos Sentinela Network). A total of 40 S. aureus were isolated, accounting for 55% of the SSTI, of which 17.5% were MRSA. MRSA isolates belonged to ST22-IVh (n=4), ST5-IVc (n=2) and ST105-II (n=1) that have also been described in the hospital in an equivalent period. Our results suggest that the increase in MRSA frequency in HSM may be associated to the emergence of a MRSA clone with higher epidemic potential. Moreover, we propose that the spillover of MRSA from the hospital rather than community-associated-MRSA was the main cause of SSTI in persons attending healthcare centers in Portugal.

Transmissão do vírus citomegálico através do aleitamento materno em prematuros

RESUMO: Nas últimas quatro décadas, desenvolveram-se vários estudos, dispersos por todo o mundo, visando analisar a importância da transmissão perinatal do CMV pelo leite materno, nos recém-nascidos prematuros e de baixo peso à nascença. Comparando estes estudos, as taxas de incidência de infecção e doença são extremamente variáveis, não havendo consenso entre os autores. Surgiu, assim, a necessidade de realizar a presente dissertação, pioneira ao nível nacional, com o objectivo de determinar a incidência da infecção perinatal citomegálica, transmitida através do aleitamento materno a recémnascidos prematuros, e identificar as suas consequências clínicas. Para a elaboração deste trabalho foram seleccionados todos os recém-nascidos com idade gestacional inferior a 35 semanas e respectivas mães seropositivas para CMV, internados na Unidade de Cuidados Intensivos de Neonatalogia do Hospital de São Francisco Xavier, entre o período de 1 de Outubro de 2010 e 31 Julho de 2011. Foram analisadas as urinas dos recém-nascidos e o leite materno das mães na primeira, sexta e décima segunda semana pós-parto, utilizando a técnica de Nested-PCR e, posteriormente, a PCR em Tempo Real, para determinar a carga viral do leite materno. Constatou-se que a aquisição da infecção perinatal de CMV no recém-nascido prematuro ocorre com alguma frequência (40,5%), sendo muito provável que a via de transmissão em 38,1% destes casos seja o leite materno infectado, não devendo esta ser desvalorizada. Relativamente às consequências clínicas, não foram observadas alterações clínico-laboratoriais associadas à infecção citomegálica. Analisando os factores que condicionam a transmissão da infecção citomegálica perinatal, estabeleceu-se uma correlação entre a carga viral do leite materno e a transmissão do vírus, permitindo deduzir que quanto maior a carga viral, maior o risco de transmissão. Finalmente, os resultados obtidos sugerem que o risco de transmissão da infecção e suas consequências clínicas não justificam a contra-indicação da amamentação, pois esta comporta, também, elevados benefícios. ----------------ABSTRACT: In the last four decades, several studies were developed all over the world to analyze the importance of CMV perinatal transmission through mother´s milk in the preterm and low birthweight newborns. Comparing these studies, the infection and disease incidence rates are extremely variable, without agreement between the authors. The aim of this study, the first of the kind made in Portugal, is to define the rate of perinatal cytomegalovirus infection in preterm newborns via breastfeeding and its clinical consequences. All the newborns with gestational age below 35 weeks and their CMV seropositive mothers, admitted between the October 1, 2010 and July 31, 2011 in the Neonatology Intensive Care Unit of the São Francisco Xavier Hospital, were included in this study. Human breast milk and urine specimens were collected from mothers and their preterms infants around the 1st, 6th and 12th week after delivery and analyzed by Nested-PCR. The PCR in Real Time was used to determine the breast milk viral load. It was found that the CMV perinatal infection in preterm infants occurs in 40,5% of the cases and most likely 38,1% of these were infected via breastmilk and therefore this should not be overlooked. Considering the clinical consequences, no clinical and laboratory changes associated with cytomegalovirus infection were observed. Analyzing the factors that determine the perinatal transmission of the cytomegalovirus, it was established a correlation between breast milk viral load and viral transmission, allowing to conclude that the higher the viral load the greater the risk of transmission. Finally, the obtained results suggest that the risk of CMV infection and its clinical consequences don´t justify the breastfeeding contraindication because it also provides high benefits.

Prevalência de infecção numa população de hemodialisados, em ambiente clínico

RESUMO: Foram estudados, numa análise retrospectiva, 1689 doentes com insuficiência renal crónica (IRC), pertencentes a 11 clínicas de hemodiálise, num período de 1 Janeiro de 2009 a 1 de Janeiro de 2012 (três anos). Utilizaram-se os dados clínicos desses doentes relativos a amostras de hemoculturas, exsudados purulentos e urinas assépticas, de forma a caracterizar os microorganismos existentes e relacionou-se com alguns dados demográficos. Os doentes do sexo masculino estiveram sempre em maior número pelo que também possuíam a maior média de idades nos vários casos. O presente estudo observou que cerca de metade da população em estudo que se encontra em HD possui menos de 68 anos. Na análise aos dados das hemoculturas confirmou-se que o S.aureus é o microrganismo predominante dos casos de infecção, embora exista uma grande diversidade de microorganismos. Verificou-se também, que quanto maior a idade do doente maior é probabilidade de contrair uma infecção. Os doentes que contraíram infecção foram em número similar, pelo que a sua distribuição por sexo também foi idêntica na infecção, mas não o era inicialmente. Para as amostras de hemoculturas, também se observou que quanto maior é a dimensão da clínica (número de doentes), maior é o número de infecções. Embora esta heterogeneidade já tenha sido descrita para outros países, demonstra que possivelmente existe uma oportunidade de nivelar as clínicas pelas melhores clínicas de forma a obter ganhos em saúde. Nas amostras de exsudados purulentos, o microrganismo mais frequente foi S.aureus, observando-se que com o aumento da idade aumenta também o número de infecções. A distribuição por sexo de doentes com e sem infecção foi semelhante. Nas urinas assépticas o microorganismo predominante foi a E.coli. Mais uma vez se observou que com o aumento da idade aumenta o número de infecções. Na distribuição por sexo, os doentes do sexo feminino encontravam-se em maior número, pelo que também foi o género que mais infecções apresentou. Conclui-se que o padrão de microorganismos apresentado foi de encontro com o esperado, existindo uma grande diversidade de microorganismos nas amostras estudadas. Para além disso a heterogeneidade das clínicas apresenta uma oportunidade para um estudo mais aprofundado pelos profissionais interessados na organização e qualidade dos laboratórios de análises.----------ABSTRACT: This retrospective study involves 1689 patients with chronic kidney disease from 11 clinics, from January 1st 2009 to January 1st 2012 (3 years). The Clinical data used for these patients related to blood culture samples, aseptic urine and purulent exudates, in order to characterize the microorganisms within and its relationship to some demographic data. There was a higher number of male patients and their average age distribution was also wider. The present study observed that around half of the studied population that is in HD is below the age of 68 years. While analyzing the data from the blood cultures, it was confirmed that S. aureus is the predominant microorganism in infections, although a wide variety of microorganisms exists. It was also found that the greater the age of the patient, the greater is the probability of contracting an infection. Patients who contracted infection were in similar number so their gender distribution was also similar in infection, even though it was not so initially. For the blood culture samples, it was also observed that the greater the size of the clinic (number of patients), the greater the number of infections. Although this heterogeneity has already been described for other countries, it demonstrates that there is an opportunity to even all the clinics to the best, in order to obtain health gains. In the samples of purulent exudates, the most frequent microorganism was S. aureus, noting that, with increasing age, the number of infections also increases. The distribution of patients by sex with and without infection was similar. In aseptic urines the predominant microorganism was E.coli. Once again, it was observed the number of infections increases with age. In the distribution by gender, female patients were more numerous, and as such this gender suffered more infections. Overall, the pattern of microorganisms that was detected was as expected, with a registered large diversity in the studied samples. Furthermore, the heterogeneity of the clinics presents an opportunity for a more profound study to be undertaken by professionals interested in the quality and organization of clinical analysis laboratories.

O erro na fase pré-analítica : amostras não conformes versus procedimentos

RESUMO: As Análises Clínicas são um precioso elemento entre os meios complementares de diagnóstico e terapêutica permitindo uma enorme panóplia de informações sobre o estado de saúde de determinado utente. O objetivo do laboratório é fornecer informação analítica sobre as amostras biológicas, sendo esta caracterizada pela sua fiabilidade, relevância e facultada em tempo útil. Assim, tratando-se de saúde, e mediante o propósito do laboratório, é notória a sua importância, bem como, a dos fatores associados para o cumprimento do mesmo. O bom desenrolar do ciclo laboratorial, compreendido pelas fases pré-analítica, analítica e pós-analítica é crucial para que o objetivo do laboratório seja cumprido com rigor e rapidez. O presente trabalho “O Erro na Fase Pré-Analítica: Amostras Não Conformes versus Procedimentos”, enquadrado no mestrado de Qualidade e Organização no Laboratório de Análises Clínicas, pretendeu enfatizar a importância da fase pré- analítica, sendo ela apontada como a primordial em erros que acabam por atrasar a saída de resultados ou por permitir que os mesmos não sejam fidedignos como se deseja, podendo acarretar falsos diagnósticos e decisões clínicas erradas. Esta fase, iniciada no pedido médico e finalizada com a chegada das amostras biológicas ao laboratório está entregue a uma diversidade de procedimentos que acarretam, por si só, uma grande diversidade de intervenientes, para além de uma variabilidade de factores que influenciam a amostra e seus resultados. Estes fatores, que podem alterar de algum modo a “veracidade” dos resultados analíticos, devem ser identificados e tidos em consideração para que estejamos convitos que os resultados auxiliam diagnósticos precisos e uma avaliação correta do estado do utente. As colheitas que por quaisquer divergências não originam amostras que cumpram o objectivo da sua recolha, não estando por isso em conformidade com o pretendido, constituem uma importante fonte de erro para esta fase pré-analítica. Neste estudo foram consultados os dados relativos a amostras de sangue e urina não conformes detetadas no laboratório, em estudo, durante o 1º trimestre de 2012, para permitir conhecer o tipo de falhas que acontecem e a sua frequência. Aos Técnicos de Análises Clínicas, colaboradores do laboratório, foi-lhes pedido que respondessem a um questionário sobre os seus procedimentos quotidianos e constituíssem, assim, a população desta 2ª parte do projeto. Preenchido e devolvido de forma anónima, este questionário pretendeu conhecer os procedimentos na tarefa de executar colheitas e, hipoteticamente, confrontá-los com as amostras não conformes verificadas. No 1ºsemestre de 2012 e num total de 25319 utentes registaram-se 146 colheitas que necessitaram de repetição por se verificarem não conformes. A “amostra não colhida” foi a não conformidade mais frequente (50%) versus a “má identificação” que registou somente 1 acontecimento. Houve ainda não conformidades que não se registaram como “preparação inadequada” e “amostra mal acondicionada”. Os técnicos revelaram-se profissionais competentes, conhecedores das tarefas a desempenhar e preocupados em executá-las com qualidade. Eliminar o erro não estará, seguramente, ao nosso alcance porém admitir a sua presença, detetá-lo e avaliar a sua frequência fará com que possamos diminuir a sua existência e melhorar a qualidade na fase pré-analítica, atribuindo-lhe a relevância que desempenha no processo laboratorial.-----------ABSTRACT:Clinical analyses are a precious element among diagnostic and therapeutic tests as they allow an enormous variety of information on the state of health of a user. The aim of the laboratory is to supply reliable, relevant and timely analytical information on biological samples. In health-related matters, in accordance with the objective of the laboratory, their importance is vital, as is the assurance that all the tools are in place for the fulfillment of its purpose. A good laboratory cycle, which includes the pre-analytical, analytical and post-analytical phases, is crucial in fulfilling the laboratory’s mission rapidly and efficiently. The present work - "Error in the pre-analytical phase: non-compliant samples versus procedures”, as part of the Master’s in Quality and Organization in the Clinical Analyses Laboratory, wishes to emphasize the importance of the pre-analytical phase, as the phase containing most errors which eventually lead to delays in the issue of results, or the one which enables those results not to be as reliable as desired, which can lead to false diagnosis and wrong clinical decisions. This phase, which starts with the medical request and ends with the arrival of the biological samples to the laboratory, entails a variety of procedures, which require the intervention of different players, not to mention a great number of factors, which influence the sample and the results. These factors, capable of somehow altering the “truth” of the analytical results, must be identified and taken into consideration so that we may ensure that the results help to make precise diagnoses and a correct evaluation of the user’s condition. Those collections which, due to any type of differences, do not originate samples capable of fulfilling their purpose, and are therefore not compliant with the objective, constitute an important source of error in this pre-analytical phase. In the present study, we consulted data from non-compliant blood and urine samples, detected at the laboratory during the 1st quarter of 2012, to find out the type of faults that happen and their frequency. The clinical analysis technicians working at the laboratory were asked to fill out a questionnaire regarding their daily procedures, forming in this way the population for this second part of the project. Completed and returned anonymously, this questionnaire intended to investigate the procedures for collections and, hypothetically, confront them with the verified non-compliant samples. In the first semester of 2012, and out of a total of 25319 users, 146 collections had to be repeated due to non-compliance. The “uncollected sample” was the most frequent non-compliance (>50%) versus “incorrect identification” which had only one occurrence. There were also unregistered non-compliance issues such as “inadequate preparation” and “inappropriately packaged sample”. The technicians proved to be competent professionals, with knowledge of the tasks they have to perform and eager to carry them out efficiently. We will certainly not be able to eliminate error, but recognizing its presence, detecting it and evaluating its frequency will help to decrease its occurrence and improve quality in the pre-analytical phase, giving it the relevance it has within the laboratory process.

Complicações em idosos submetidos a cirurgia de correcção de de hérnias da parede abdominal

RESUMO: O envelhecimento da população é um fenómeno à escala mundial, com tendência a aumentar, sendo cada vez mais os idosos e mais velhos. Esta propensão é notória nos utentes que recorrem aos cuidados de saúde. À medida que se envelhece maior vai sen-do a vulnerabilidade e riscos para a saúde, bem como a prevalência para doenças croni-cas, que se traduz num aumento de hospitalizações e consumo. As complicações ocorri-das em idosos aquando submetidos a intervenções cirúrgicas estão descritas na literatu-ra, havendo uma escassez de publicações nacionais relacionadas com o tema. O presente estudo teve por objectivo caracterizar idosos submetidos a correcção cirúrgi-ca de hérnias da parede abdominal, os procedimentos e as complicações ocorridas. O estudo, transversal e de natureza quantitativa, foi realizado no Centro Hospitalar de Lisboa Norte – Hospital Pulido Valente, e teve como critério de inclusão os indivíduos com 65 ou mais anos submetidos a correcção cirúrgica de hérnias da parede abdominal, realizadas em 2009-2010, que tiveram um período de recobro na Unidade de Cuidados Anestésicos Pós-operatórios. Para a obtenção dos dados, foram analisados os processos clínicos do Arquivo Clínico da Instituição e registada informação sobre variáveis de caracterização sócio demográfi-ca, de saúde pré, intra e pós-operatória imediata e descritivas da cirurgia. Foram avaliadas as situações de 164 indivíduos, 78.7% eram homens e 21.3% mulheres e a média de idades era de 72.4 anos e desvio padrão 5.46. Em termos de hábitos de Vida, foi possível constatar um predomínio de baixo consumo de tabaco (13.4%) e álcool (6.7%). O valor médio de co-morbilidades foi de 2.6 e desvio padrão de 1.34 sendo a maior prevalência de 3-4 co-morbilidades com 48.8%. Salienta-se que todas as mulheres da amostra apresentaram doenças. As patologias mais prevalentes são as do foro cardiovascular: Hipertensão Arterial (75.0%), Dislipidémia (35.4%) e Insuficiência Venosa Periférica (14.6%), de forma menos expressiva, mas igualmente relevante a Diabetes Mellitus (23.8%). Nos mais idosos [75 ou mais], verificou-se uma expressivi-dade Hipertrofia benigna da próstata (18.2%). Das cirurgias ocorridas predominou a correcção cirúrgica de Hérnia Inguinal.Das complicações identificadas prevaleceu a dor (97.6%). A hipotermia (34.8%), HTA (24.4%) e bradicárdia (14.6%) encontram-se entre as complicações mais determinantes. Verificaram-se diferenças com significado estatístico entre os dois grupos etários consi-derados nas complicações bradicárdia (p=0.021) e a saturação de oxigénio <90% (p = 0.006), hemorragia (p=0.036) e retenção urinária (p = 0.038). Neste estudo constata-se que a cirúrgica de hérnias da parede abdominal em idosos é uma realidade prevalente. Dos factores que possam estar associados a propensão para complicações pós-cirúrgicas, a idade e a presença de co-morbilidade controlada não revelaram ter influência. Também os tempos de cirurgia e de anestesia não revelaram influências no surgimento de complicações. A monitorização dos sinais vitais deve ser constante, desde o período pré-operatório imediato de forma a permitir aos profissionais de saúde identificar uma propensão para vulnerabilidade, com vantagem em ser apre-sentado sob a forma de score. Este manifestou diferenças significativas a nível dos dois grupos etários considerados (p=0.001). Este score, vai possibilitar sinalizar quais os idosos com maior susceptibilidade de ocorrência de complicações.------------------ABSTRACT:Population aging has become a worldwide phenomenon with tendency to increase. This is particularly evident due to the amount of elderly that attend the medical services. As one gets older, more vulnerable and more risks to one’s health. Also chronic diseas-es are more likely to exist which lead to more hospitalizations and increase of consuma-bles. The complications after a surgery in older people are well documented in international scientific studies, however national studies are still lacking. The present study aims to characterize elderly patients after abdominal hernia surgical correction, the procedures and complications detected. This transversal and quantitative nature like study, was held in the Centro Hospitalar Lisboa-Norte – Hospital Pulido Valente, and as inclusive criteria where patients with more than 65 or more years old, who undergone abdominal hernia surgical correction surgery in 2009-2010 and had the post-operation on the Unidade de Cuidados Anestésicos Pós-Operatorios. Data from the clinical files from the archive of the hospital where analyzed. Information was taken regarding social demographic variables; before, during and immediately after surgery variables and also descriptive of the surgery itself. Were evaluated 164 individuals, 78, 7% of which were men and 21, 3% women with an average age of 72, 4 years and standard deviation 5.46. Life habits analyzed detected low consumption of tobacco (13, 4%) and alcohol (6, 7%). The average of co-morblity was 2, 6 and standard deviation 1.34. The biggest prevalence of 3-4 co-morbilities was 48, 8%. Important to notice that, all women from the study presented illnesses. The illnesses more frequent were cardiovascular: High Blood Pressure (75%), Dyslipidemia (35, 4%), Deep Venous Insufficiency (14, 6%), less significant but also relevant, Diabetes Melli-tus (23, 8%). In the older (75 or more), was noticed Benign Prostatic (18, 2%). In the surgeries verified, the abdominal hernia correction was more frequent. From all thecomplications identified, pain was 97, 6%, Hypothermia 34, 8%, high Blood Pressure 24, 4% and Bradycardia 14, 6%, were higher prevalence. Was seen differences in the statistic meaning of the two groups in the Bradycardia com-plications (p=0.021), and the oxygen saturation < 90% (p=0.006), bleeding (p=0,036) and urine retention (p=0,038). In the present study it is evident that the abdominal hernia surgical correction in older population is a common procedure. Of all the factors that might be related with post-operatory complications, age and the presence of controlled co-morbility didn’t reveal relevant. Also, surgical times and duration of anesthesia didn´t seem to be related to complications incidence. Monitoring the vital signs must be constant since the immedi-ate post-operatory to ensure that the professionals can identify any possible vulnerabil-ity, presenting it in a score like way. The score has shown meaningful differences be-tween the two age groups analyzed (p=0,001). This score allows identifying which pa-tients are more likely to suffer complications.

Improving the early diagnostic of prostate cancer by multiple biomarker detection with new biosensing devices

Prostate cancer (PCa) is the most common form of cancer in men, in Europe (World Health Organization data). The most recent statistics, in Portuguese territory, confirm this scenario, which states that about 50% of Portuguese men may suffer from prostate cancer and 15% of these will die from this condition. Its early detection is therefore fundamental. This is currently being done by Prostate Specific Antigen (PSA) screening in urine but false positive and negative results are quite often obtained and many patients are sent to unnecessary biopsy procedures. This early detection protocol may be improved, by the development of point-of-care cancer detection devices, not only to PSA but also to other biomarkers recently identified. Thus, the present work aims to screen several biomarkers in cultured human prostate cell lines, serum and urine samples, developing low cost sensors based on new synthetic biomaterials. Biomarkers considered in this study are the following: prostate specific antigen (PSA), annexin A3 (ANXA3), microseminoprotein-beta (MSMB) and sarcosine (SAR). The biomarker recognition may occurs by means of molecularly imprinted polymers (MIP), which are a kind of plastic antibodies, and enzymatic approaches. The growth of a rigid polymer, chemically stable, using the biomarker as a template allows the synthesis of the plastic antibody. MIPs show high sensitivity/selectivity and present much longer stability and much lower price than natural antibodies. This nanostructured material was prepared on a carbon solid. The interaction between the biomarker and the sensing-material produces electrical signals generating quantitative or semi-quantitative data. These devices allow inexpensive and portable detection in point-of-care testing.

Exposição profissional ao chumbo : utilização do doseamento do ácido delta-aminolevulínico urinário na vigilância médica dos trabalhadores

RESUMO - O ácido δ-aminolevulínico presente na urina (ALA-U) é generalizadamente aceite como um indicador adequado para a vigilância de saúde de trabalhadores expostos a chumbo. A necessidade ou não de recurso a colheitas de urina de 24 horas para um correcto doseamento desse metabolito tem, entretanto, suscitado algumas dúvidas. Num estudo abrangendo 45 indivíduos (28 dos quais profissionalmente expostos a chumbo inorgânico) efectuou-se o doseamento do ALA em urinas colhidas durante 24 horas e em urina de colheita única. Confirmou-se a existência de uma boa correlação entre o ALA urinário e a plumbemia e que o tipo de colheita de urina efectuada não influencia significativamente essa associação. Contudo, pela apreciação das variações interindividuais registadas, parece aconselhável que seja privilegiado o doseamento em urinas de 24 horas.