Predictive analytical and numerical modeling for orthogonal cutting

In this thesis, a predictive analytical and numerical modeling approach for the orthogonal cutting process is proposed to calculate temperature distributions and subsequently, forces and stress distributions. The models proposed include a constitutive model for the material being cut based on the work of Weber, a model for the shear plane based on Merchants model, a model describing the contribution of friction based on Zorev’s approach, a model for the effect of wear on the tool based on the work of Waldorf, and a thermal model based on the works of Komanduri and Hou, with a fraction heat partition for a non-uniform distribution of the heat in the interfaces, but extended to encompass a set of contributions to the global temperature rise of chip, tool and work piece. The models proposed in this work, try to avoid from experimental based values or expressions, and simplifying assumptions or suppositions, as much as possible. On a thermo-physical point of view, the results were affected not only by the mechanical or cutting parameters chosen, but also by their coupling effects, instead of the simplifying way of modeling which is to contemplate only the direct effect of the variation of a parameter. The implementation of these models was performed using the MATLAB environment. Since it was possible to find in the literature all the parameters for AISI 1045 and AISI O2, these materials were used to run the simulations in order to avoid arbitrary assumption.

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)

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.

Archaeological roman glasses: comparative characterisation by non-destructive analytical techniques

Dissertation presented in fulfilment of the requirements for the Master’s degree in Conservation and Restoration

Linear amplification with multiple nonlinear devices

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

A study on reducing digital piracy: an analytical network process approach with benefits, opportunities, costs and risks analysis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

A random access MAC protocol for MPR satellite networks

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Dependence of IVIM-DWI estimations on acquisition parameters

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Target-specific multiphysics modeling for thermal medicine applications

Dissertation to obtain the degree of Doctor of Philosophy in Biomedical Engineering

Optimization of ring oscillators

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Rastreio combinado do 1º trimestre e doenças autoimunes : Impacto das variaveis pré-analíticas na avaliação do risco

RESUMO: Contexto: As anomalias congénitas, com particular destaque para as neuploidias , afectam aproximadamente 2% dos recém-nascidos, constituindo causas frequentes de morbilidade e mortalidade. Actualmente, a avaliação do grau de risco para as aneuploidias mais prevalentes (T21, T13, T18) é efectuada através do “Rastreio Combinado do 1º Trimestre”, devendo as grávidas com risco acrescido ser sujeitas a exames invasivos (ex.biópsia das vilosidades coriónicas,amniocentese). Quanto mais qualidade existir num rastreio, menos falsos positivos existirão e menor o número de exames diagnósticos invasivos desnecessários. As doenças autoimunes são doenças inflamatórias crónicas em cuja fisiopatologia se encontram distúrbios da imunidade humoral e celular, dependentes de factores genéticos, hormonais,psicológicos e ambientais. Atingem mais o sexo feminino e durante a idade fértil,podendo influenciar o outcome da gravidez e a saúde neonatal causando significativa morbilidade e mortalidade. O lúpus eritematoso sistémico para além de potencialmente afectado pelas alterações imunoendócrinas fisiológicas da gravidez, associa-se frequentemente a problemas de fertilidade. Recentemente, foi sugerido que as anormalidades ocorridas durante a invasão precoce do sinciciotrofoblasto, resultando em deficiente diferenciação, deficiente maturação e diminuição na produção de hCG, poderão ser o mecanismo fisiopatológico primário para as perdas fetais no primeiro trimestre, nos doentes com SLE. A ocorrência de níveis elevados de hCG total e ß-hCG livre no rastreio para despiste de síndrome de Down do segundo e do primeiro trimestre foi assinalada em grávidas portadoras de lúpus, mas a escassez de estudos comprovativos e a pequena dimensão das amostras estudadas constituiu uma limitação significativa na fidedignidade dos resultados obtidos. Objectivos: O estudo teve como objectivos i. estabelecer valores normativos Portugueses e de distribuição para as MoM’s dos parâmetros séricos do primeiro trimestre, por semana de gestação:(PAPP-A e ß-hCG livre), ii. avaliar a influência que as doenças autoimunes têm sobre as MoM’s individuais dos parâmetros bioquímicos PAPP-A e/ou ß-hCG livre, utilizados no rastreio pré-natal combinado do 1º trimestre, e iii. saber se as doenças autoimunes podem condicionar um aumento da taxa de resultados falsos positivos, com consequente aumento do número de amniocenteses. Metodologia: Estudo longitudinal prospectivo, consistindo num rastreio pré-natal combinado de 1º trimestre para pesquisa de aneuploidias, em duas amostras provenientes do Reino Unido (n= 45,854) e de Portugal (n=3122). Foram avaliados parâmetros socio-demográficos, ecográficos, laboratoriais, e calculados os indicadores de desempenho do rastreio combinado. A execução analítica dos testes bioquímicos séricos (PAPP-A e ß-hCG livre) foi realizada no autoanalisador Brahms Kryptor e no autoanalizador 6000 Delfia Xpress. Compararam-se os grupos autoimune e não autoimune das amostras. Resultados: Relativamente às características populacionais, o grupo auto imune tinha valores significativamente superiores nas variáveis idade materna e idade gestacional. Comparando os grupos com e sem doença autoimune, constatou-se a existência de uma elevação das MoM’s da ß-hCG livre nas grávidas com doença autoimune, nomeadamente nos casos de lúpus eritematoso sistémico. Conclusões: os resultado obtidos reforçam a indicação do rastreio combinado do 1º trimestre certificado pela FMF nas grávidas com doenças autoimunes, nomeadamente para as doentes com LES; no entanto, devem ser calculados e introduzidos factores de correcção no algoritmo de risco, de modo a evitar a subida no número de resultados falso-positivos, e consequentemente a sobre- utilização de métodos invasivos.------------ ABSTRACT: Context: Congenital anomalies, with particular reference to aneuploidias, affect approximately 2% of newborns, and are frequent causes of morbidity and mortality. Currently, the risk evaluation for the most prevalent aneuploidias (T21, T13, T18) is carried out through the “combined first trimester screening”, and pregnant women with increased risk are subjected to invasive tests (e.g. villus biopsy done, amniocentesis). The more quality exists in a screening, less false positives exists and fewer unnecessary invasive diagnostic exams. Autoimmune diseases are chronic inflammatory diseases in whose pathophysiology are immune humoral and cellular disorders, dependent on genetic factors, hormonal, psychological and environmental factors. The disease is more prevalent among females, during the child-bearing age, and may influence the outcome of pregnancy and neonatal health causing significant morbidity and mortality. Lupus Erythematosus in addition to potentially affected by immunoendocrine physiological changes of pregnancy, is often associated with fertility problems. Recently, it has been suggested that the abnormalities that occurred during the early invasion of the syncytiotrophoblast, resulting in insufficient differentiation, deficient maturation and decrease in production of hCG may be the primary pathophysiological mechanism for fetal losses in the first quarter, in patients with SLE. The occurrence of elevated levels of total hCG and free ß-hCG in screening for Down’s syndrome of the second and first trimester was reported in pregnant women with lupus, but the paucity of supporting studies and the small size of the samples studied constituted a significant limitation on the trustworthiness of the results obtained. Objectives: this study aims to i. establish normative values for the serum parameters MoM’s (PAPP-A and free β-hCG) and it’s distribution, in the first trimester, by week of pregnancy; ii. assess the influence that the autoimmune diseases have on the MoM’s of individual biochemical PAPP-A and/or β-hCG, used in antenatal screening combined for the first trimester, and iii. whether the autoimmune diseases may make an increased rate of false positives, with consequent increase in the number of amniocenteses.Methodology: Prospective longitudinal study, consisting of a combined first trimester antenatal screening for aneuploidies lookup in two samples from the United Kingdom (n=45.854) and Portugal (n= 3.122). Socio-demographic, echographic and laboratory parameters were evaluated, and combined screening performance indicators were calculated. The analytical run of serum biochemical tests (PAPP-A and ß-hCG) was held at the Brahms Kryptor and in Delfia Xpress 6000. Comparisons between autoimmune group and non-autoimmune group were made. Results: Relating to population characteristics, the autoimmune group had significantly diferente values in the variables maternal age and gestational age. Comparing the groups with and without autoimmune disease, it was noted that there is an elevation of the MoM’s of free ß-hCG levels in pregnant women with autoimmune disease, particularly in cases of systemic lupus erythematosus. Conclusions: The results obtained reinforce the indication of FMF certified combined screening in pregnant women with autoimmune diseases, notably to the patients with SLE; However, correction factors should be calculated and entered in the risk algorithm, in order to avoid the rise in the number of false positive results, and consequently the over-use of invasive methods.

Landscape composition and climatic parameters significant in the spread of an invasive species (Pine wood Nematode)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Malnutrição em idosos na admissão hospital actuação perante a sua elevado prevalência

RESUMO: Ao longo das últimas décadas a redistribuição etária da população mundial tem vindo a apresentar um aumento do número de pessoas com 65 ou mais anos, integrando um grupo populacional comummente designado por população idosa. Importa aprofundar mecanismos fisiológicos que conduzem ao envelhecimento e de que forma podem condicionar não só aspetos clínicos, como também nutricionais, entre outros, com a perspetiva da sua origem no aparecimento de doenças crónicas. Com esse enfoque, a desnutrição na pessoa idosa é hoje considerada pela European Nutrition for Health Alliance(ENHA) um problema de saúde pública. Está descrito que a sua prevalência ronda os 60% a nível de instituições hospitalares, 40% em unidades residenciais e 5 a 10% na pessoa idosa a residir em domicílio próprio ou de familiares, e na sua maioria permanece por diagnosticar e tratar. Assim, foi objetivo deste estudo caracterizar e estimar a prevalência da desnutrição e do risco de desnutrição na pessoa idosa, nas primeiras 72 horas de admissão hospitalar. Aplicou-se um estudo observacional, analítico, transversal, quantitativo e correlacional, cujos dados foram recolhidos por entrevista ao próprio e por observação. O estudo desenvolveu-se em duas vertentes de investigação, uma focada na caracterização da desnutrição em pessoas idosas institucionalizadas em hospitais portugueses da zona centro e sul do Continente e Madeira, nos períodos de julho/agosto de 2009, abril/junho de 2010, maio/julho de 2011, através do MNA®. A outra, uma avaliação nutricional detalhada, efetuada no Centro Hospitalar de Lisboa Central – Hospital de Santa Marta, EPE, entre o início de janeiro de 2009 e o fim de janeiro de 2010, sendo a amostra recrutada de entre os idosos de ambos os sexos, internados. Foram estudados dados sociodemográficos, de saúde e feita uma avaliação nutricional extensa. A avaliação nutricional constou de colheita de parâmetros laboratoriais (hematológicos e bioquímicos) e antropométricos (índice de massa corporal (IMC), prega cutânea tricipital(PCT), prega cutânea subescapular (PCSE), perímetro braquial (PB), adequação do perímetro braquial (APB), área muscular braquial (AMB) e perímetro Geminal (PG), análise da composição corporal (Massa Gorda Corporal (MGC), Massa Isenta de Gordura (MIG)),caracterização de um dia alimentar tipo e questionário Mini Nutritional Assessment Long Form®– MNA LF®. Dos dados obtidos em hospitais portugueses, destaca-se que dos 402 idosos avaliados, 53% eram do sexo masculino, tinham uma idade média de 75,8 + 6,52 (65 – 100) e segundo o MNA® 57,5% encontravam-se Desnutridos ou em Risco de Desnutrição.Na amostra, dos dados obtidos, a nível sociodemográfico salienta-se que 50% dos doentes eram do sexo masculino, a idade média rondava os 75,5 + 7,22 (65 – 100) anos, 55% eram naturais de Lisboa e 80% residiam em Lisboa e Vale do Tejo, 38% não tiveram estudos formais e 43% fizeram-no apenas até ao 4º ano de escolaridade. Em relação aos dados de saúde, a maioria dos doentes foi admitida através do Serviço de Urgência do Centro Hospitalar de Lisboa Central – Hospital de São José e foram internados no Serviço de Medicina (38%) e no Serviço de Cardiologia (30%), por patologia médica (38%) e patologia do sistema circulatório (56%). Nos hábitos de vida, quanto à mobilidade, um terço dos doentes estavam acamados e os restantes deambulavam ou tinham uma mobilidade normal, 74% não apresentaram hábitos etanólicos regulares, 19% apresentavam um consumo elevado (> 30g de etanol/dia); 95% dos doentes não apresentavam hábitos tabágicos. Relativamente à caracterização nutricional, os valores médios encontrados em relação aos parâmetros laboratoriais revelaram-se inferiores aos valores padrão para a idade e sexo e eram inferiores no sexo feminino. Na caracterização antropométrica verificaram-se os seguintes achados: o cálculo do IMC mostrou-se pouco sensível na identificação de doentes desnutridos; a PCT e a PCSE revelaram valores de massa gorda dentro do intervalo considerado normal;segundo o PB, 88% não apresentavam valor indicativo de desnutrição e 8% estavam desnutridos; a APB identificou 50% de doentes desnutridos; a AMB, revelou que 97% dos homens e 95% das mulheres apresentavam deficit da massa magra e segundo o PG, 18% apresentavam um valor inferior a 31cm descritor de desnutrição. Na análise da composição corporal verificou-se que ambos os sexos apresentavam uma percentagem de MGC classificada como demasiado alta e que esta era superior nas mulheres em relação aos homens. Ao analisar a ingestão nutricional verificou-se que esta era inferior às Dietary Reference Intakes (DRIs) para a ingestão hídrica (p=0,00), energética (p=0,00), proteica (p=0,00), lipídica (p=0,01), MUFA (p=0,00), PUFA (p=0,00), e glícidos (p=0,00), fibra (p=0,02), potássio (p=0,00), cálcio (p=0,00), magnésio (p=0,00), fósforo (p=0,00), zinco (p=0,00), vitamina D (p=0,00), vitamina E (p=0,00) e folato (p=0,00). No que diz respeito ao MNA®, a sua aplicação permitiu identificar 62% de situações de risco nutricional ou de desnutrição já instalada. Valores de MNA® indicativos de desnutrição ou risco estavam associados a níveis de escolaridade mais baixos (r=0,32; p=0,00). Verificou-se correlação entre o MNA® e a PCT (r=0,30;p=0,00), PCSE (r=0,19;p=0,03) e PG (r=0,27;p=0,00). Na análise da amostra por sexo e escalão etário, apenas se distinguiram as mulheres mais velhas, que apresentaram situação de IMC indicador de risco de desnutrição (IMC <23,5 + 2,9, (r=0,42;p=0,02)), e de valores médios de PB de 25,6+3,84cm (r=0,42;p=0,01), em situações de menor mobilidade caraterizados pelo MNA®. Os homens maisvelhos apresentaram correlação entre o MNA® e PCSE (r=0,41;p=0,02), APMB (r=0,57;p=0,00)e PG (r=0,55;p=0,00), e as mulheres mais velhas apenas com a PCT (r=0,39;p=0,02). A análise multivariada do MNA® em função do sexo e do escalão etário, revelou que estes são independentes. Os homens apresentaram valores médios de MNA® superiores às mulheres e à medida que a idade aumenta, os valores de MNA® em ambos os sexos diminuem, sendo indicativos de risco de desnutrição. Consideramos que, tendo em conta a natureza e objetivos do presente estudo, foi possível caracterizar e estimar a prevalência da desnutrição e do risco de desnutrição em pessoas idosas nas primeiras 72 horas de admissão hospitalar. Os resultados obtidos sinalizam a sua elevada prevalência e alertam para a necessidade de procedimentos protocolados de avaliação e intervenção nutricional da população idosa na admissão hospitalar. Para este efeito a aplicação do MNA® provou a sua aplicabilidade, assim como a medição e cálculo da AMB, que poderão ser muito precocemente aplicados e contribuir para potenciar melhorias do estado de saúde e diminuir o tempo de internamento, nomeadamente de pessoas idosas. Em relação ao padrão alimentar, este estudo contribuiu para uma chamada de atenção dos profissionais de saúde que a população idosa pode apresentar carências nutricionais na admissão, e que estas se não forem devidamente sinalizadas e colmatadas tendem a agravar-se durante o internamento podendo contribuir para o aumento da morbilidade.-------------ABSTRACT:Over the last decades the age redistribution group of the population worldwide has been presenting an increasing number of people aged 65 years or more, incorporating a population group commonly referred to as the elderly population. It´s important to further analyze the physiological mechanisms that lead to aging and how they might influence not only clinical aspects, but also nutritional, among others, with the perspective of their origin in the onset of chronic diseases. With this approach, malnutrition in the elderly is now considered by the European Nutrition for Health Alliance (ENHA) a public health problem. It is reported that its prevalence is around 60% at the level of hospital units, 40% in residential units and 5 to 10% in the elderly living in their own home or family's, and mostly remains to diagnose and treat. The aim of this study was to characterize and estimate the prevalence of malnutrition and risk of malnutrition in the elderly, in the first 72 hours of hospital admission. We applied an observational, analytical, cross-sectional and correlacional quantitative type of study and data were collected by interview and observation itself. The study was developed in two lines of research: one focused on the characterization of malnutrition in elderly institutionalized in Portuguese hospitals, in the central and southern mainland and Madeira, in the periods between July - August 2009, April - June 2010, May - July 2011, through the MNA®; and the other: a detailed nutritional assessment, conducted in Hospital Lisbon Center - Hospital de Santa Marta, EPE, between early January 2009 and late January 2010, and the sample was recruited from among the elderly of both sexes at hospital admission. We studied intensively sociodemographic, health and nutritional assessment done extensive. Nutritional evaluation consisted of harvesting different parameters: hematological, biochemical and anthropometric (body mass index (BMI), triceps skinfold (TSF), sub-scapular skinfold (SSF), arm circumference (AC), arm muscle area (AMA), geminal perimeter (GP), analysis of body composition (Fat Mass (FM), Fat Free Mass (FFM)), characterization of a daily food type and Mini Nutritional Assessment Long Form® questionnaire - MNA LF®. Form the data obtained in Portuguese hospitals, it is noteworthy that of the 402 patients included, 53% were male, had a mean age of 75,8 + 6,52 (65 - 100) and, according to the MNA®, 57,5% were malnourished or at risk of malnutrition. In the sample, from the sociodemographic data obtained, we saw that 50% of patients were male, the average age was around 75,5 + 7,22 years (65-100), 55% were from Lisbon and 80 %lived in Lisbon, 38% had no formal education and 43% did so only until the 4th grade. Regarding health data, the majorities of patients were admitted through the ER of Hospital Lisbon Center - S. José Hospital - and were admitted to the Medicine Unit (38%) and to the Cardiology Unit (30%), by medical pathology (38%) and circulatory system disease (56%). In regard to lifestyle, and considering mobility, one third of patients were bedridden and the rest were ambulating or had a normal mobility. 74% had no regular ethanol habits, 19% had a high intake (> 30 g ethanol / day); 95% of the patients had no smoking habits. Regarding nutritional assessment, the mean values for laboratory parameters proved inferior to standard values for age and sex and were lower in females. In anthropometric assessment these were the findings: BMI calculation showed to be scarcely sensitive in the identification of undernourished patients; the TSF and SSF revealed values of fat mass within the normal range; in AC, 88% did not have an indicative value of malnutrition and 8% were malnourished; in AMA, 97% of men and 95% women had a deficit of lean mass and in GP, 18% had a value of less than the 31cm malnutrition descriptor. In body composition analysis found that both sexes showed a percentage of FM ranked too high and this was higher in women compared to men. By analyzing the nutritional intake was found that this was less than the Dietary Reference Intakes (DRIs) for water intake (p=0,00), energy (p=0,00), protein (p=0,00), lipid (p=0,01), MUFA (p=0,00), PUFA (p=0,00), carbohydrates (p=0,00), fiber (p=0,02), potassium (p=0,00), calcium (p=0,00), magnesium (p=0,00), phosphorus (p=0,00), zinc (p=0,00), vitamin D (p=0,00), vitamin E (p=0,00) and folate (p=0,00). Regarding MNA®, its application identified 62% of cases of nutritional risk or malnutrition already installed. MNA® values indicative of malnutrition or risk were associated with lower levels of education (r=0,32; p=0,00). There was a correlation between the MNA ® and TSF (r =0,30, p = 0,00), SFF (r = 0,19, p = 0,03) and GP (r=0,27, p = 0,00). In the analysis of the sample by gender and age group, the highlight was in older women who had BMI status indicator of malnutrition risk (BMI <23,5 + 2,9 (r=0,42;p=0,02)) and mean values of AC 25,6 +3,84cm (r=0,42; p=0,01), in situations characterized by low mobility MNA®. Older men showed a correlation between the MNA® and SFF (r = 0,41; p = 0,02), AMA (r = 0,57; p = 0,00) and GP (r=0,55;p=0,00), and in older women only TSF showed a correlation(r = 0,39; p =0,02). Multivariate analysis of the MNA® by gender and age group, revealed that they are independent. The men had MNA® mean superior to women, and as the age increases, the values of MNA® in both sexes declined, being indicative of risk of malnutrition. We believe that, given the nature and objectives of the present study, it allowed us to characterize and estimate the prevalence of risk of malnutrition and malnutrition in older people during the first 72 hours of hospital admission. The results indicate a high prevalence and point to the need for protocol procedures of nutritional assessment and intervention in the elderly population at hospital admission. For this purpose the application of MNA® has proved its applicability, as well as measuring and calculating AMA, which may be applied in early stages thus contributing to enhance health state improvements and to shorten the time of hospitalization, particularly in elderly people. In relation to dietary pattern, this study contributed to call of attention from health professionals that the elderly may have nutritional deficiencies on admission, and that these are not properly marked and addressed tend to worsen during hospitalization may contribute to increased morbidity.

The use of analytical hierarchy process in spatial decision support system for land use management

Geographic information systems give us the possibility to analyze, produce, and edit geographic information. Furthermore, these systems fall short on the analysis and support of complex spatial problems. Therefore, when a spatial problem, like land use management, requires a multi-criteria perspective, multi-criteria decision analysis is placed into spatial decision support systems. The analytic hierarchy process is one of many multi-criteria decision analysis methods that can be used to support these complex problems. Using its capabilities we try to develop a spatial decision support system, to help land use management. Land use management can undertake a broad spectrum of spatial decision problems. The developed decision support system had to accept as input, various formats and types of data, raster or vector format, and the vector could be polygon line or point type. The support system was designed to perform its analysis for the Zambezi river Valley in Mozambique, the study area. The possible solutions for the emerging problems had to cover the entire region. This required the system to process large sets of data, and constantly adjust to new problems’ needs. The developed decision support system, is able to process thousands of alternatives using the analytical hierarchy process, and produce an output suitability map for the problems faced.

Sustainable urban planning: parameters to the operational process

In modern society, energy consumption and respect for the environment have become essential aspects of urban planning. The rising demand for alternative sources of energy, coupled with the decline in the construction sector and material usage, gives the idea that the thinking on modern cities, where attention is given to reduced energy consumption, savings, waste recycling and respect for the surrounding environment, is being put into practice. If we examine development of the city over recent centuries, by means of the theories of the most famous and influential urban planners, it is possible to identify the major problems caused by this type of planning. For this reason, in recent urban planning the use of systems of indicators that evaluate and certify land environmentally and energetically guides the master plan toward a more efficient city model. In addition the indicators are targeted on key factors determined by the commissioner or the opportunities the territory itself provides. Due the complexity of the environmental mechanics, the process of design and urban planning has become a challenging issue. The introduction of the indicators system has made it possible to register the life of the process, with a spiral route that allows the design itself to be refined. The aim of this study, built around the creation of a system of urban sustainability indicators that will evaluate highly eco-friendly cities, is to develop a certification system for cities or portions of them. The system will be upgradeable and objective, will employ real data and will be concerned with energy production and consumption.