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.

Contribuição para o estudo da utilização de materiais fotocatalíticos para a degradação de cianobactérias e microcistinas em massas de águas naturais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,Perfil Engenharia Sanitária

Avaliação do efeito de fogos florestais no regime de escoamento e na qualidade de massas de água doce superficiais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão de Sistemas Ambientais. A presente dissertação foi preparada no âmbito do protocolo nº 2007/009/INAG, celebrado entre o Instituto da Água e a UNL/FCT/DCEA

Produção de biodiesel a partir de microalgas. Revisão bibliográfica e contribuição para a sua produção em Portugal

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente perfil Engenharia Sanitária

A construção social das políticas educativas: estado, educação e mudança social no Portugal contemporâneo

Tese de doutoramento em Ciências da Educação, área de Educação e Desenvolvimento

Caracterização química e ecotoxicológica de escórias e cinzas resultantes da co-combustão de lamas e carvão

Em 1999 a Fundação para a Ciência e a Tecnologia aprovou o financiamento do projecto “Behaviour of Heavy Metals on the Thermal Treatment of Residues” cujo acrónimo era Bimetal. Este projecto, cujos parceiros eram o Departamento de Engenharia Energética e Controlo Ambiental do Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial (INETI) e o Grupo de Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera (GDEH) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, tinha como objectivo a avaliação do comportamento de metais pesados durante a combustão de resíduos. Neste sentido, a equipa do INETI efectuou quatro ensaios de incineração: dois de mono-combustão de uma lama residual urbana, um de co-combustão de lama residual urbana e carvão e, finalmente, um de mono-combustão de carvão. Cada ensaio de incineração produziu uma cinza de fundo e duas cinzas volantes, provenientes de dois ciclones. A equipa do GDEH foi responsável pela caracterização físico-química e ecotoxicológica das cinzas provenientes dos ensaios realizados pela equipa do INETI. A avaliação incidiu em dois aspectos: 1) a determinação da composição das cinzas, relativamente a um dado conjunto de parâmetros físico-químicos considerados; e 2) produção de lixiviados a partir do contacto das cinzas com um agente lixiviante. Estes lixiviados foram submetidos à caracterização físico-química, relativamente a um dado conjunto de parâmetros físico-químicos e, ainda, à caracterização ecotoxicológica, recorrendo a dois indicadores biológicos. A determinação da composição das cinzas permitiu efectuar um balanço de massas dos ensaios de incineração realizados e, com isto, determinar as taxas de emissão, dos parâmetros analisados, para a atmosfera. Os ensaios de lixiviação permitiram classificar, de acordo com a metodologia de classificação de resíduos a que se recorreu, as doze cinzas produzidas pela equipa do INETI e os materiais que lhes deram origem, a areia do leito, o carvão e a lama residual urbana. De um modo geral, as duas cinzas volantes apresentaram uma concentração superior, dos parâmetros considerados, relativamente à cinza de fundo. Entre as duas cinzas volantes, a cinza do 2º ciclone apresentou um maior teor, relativamente aos parâmetros analisados, do que as cinzas do 1º ciclone.

Descarga de águas residuais industriais nos sistemas públicos. Caso de estudo

O presente trabalho centra-se na metodologia que um regulamento de descarga industrial deverá possuir face à complexidade dos efluentes industriais afluentes aos colectores e às condições de tratamento dos sistemas de tratamento públicos subjacentes. O estudo é aplicado a uma situação concreta em que se procurou avaliar o impacte das descargas nos sistemas de tratamento públicos existentes e projectados para o concelho do Cartaxo. Para tal foi realizado um inventário junto das unidades industriais donde resultou informação de carácter geral e especifico relativo ao processo fabril que permitiram estimar ou obter dados directos da carga poluente e do caudal produzido. Complementarmente foi determinada a carga poluente e caudal produzido do sector doméstico que em conjunto com o sector industrial afluem aos sistemas de tratamento públicos. De acordo com as capacidades efectivas dos sistemas de tratamento e em função das afluências foi possível determinar, através de balanço de massas, a carga máxima de origem industrial em termos de matérias conservativas, oxidáveis e degradáveis. Determinados os valores limites de descarga industrial elaborou-se o regulamento de descarga industrial para o caso concreto do concelho do Cartaxo e estabeleceram-se as acções de implementação e monitorização do mesmo.

Utilização de origens de água com qualidade inferior a A3 na produção de água para consumo humano

A eutrofização das massas hídricas superficiais constitui um dos mais significativos problemas, a nível de planeamento e gestão dos recursos hídricos. Uma das consequências consiste no bloom de organismos fitoplanctónicos, como as cianobactérias, produzindo um risco para a saúde, quando presentes na água para consumo humano. Muitas das tecnologias convencionais utilizadas no tratamento de água têm-se demonstrado pouco eficazes na sua remoção. Estações de tratamento de águas (ETAs) que utilizam águas com presença destes organismos tóxicos, têm que possuir barreiras eficientes para a sua remoção. Assim, torna-se necessário munir as ETAs de tecnologia apropriada à sua eliminação. Deste modo, este trabalho consiste, com base em investigação bibliográfica, avaliar a capacidade de remoção de cianobactérias, e das toxinas a elas associadas, ao longo de um sistema de tratamento e prever a possibilidade de introdução de um processo de separação por membranas, como uma barreira segura e eficaz no tratamento de águas com este tipo de problemas. Para tal, utilizou-se como caso de estudo a ETA de S. Domingos (sistema de tratamento convencional), responsável por parte do abastecimento de água da cidade de Peniche, cuja origem de água, albufeira de S. Domingos, se encontra eutrofizada e, a presença destes organismos é praticamente constante ao longo de todo o ano. Prevê-se que a ETA de S. Domingos consiga alguma remoção de cianobactérias e cianotoxinas intracelulares, mas a principal incerteza prende-se com o desempenho da ETA na remoção de toxinas extra celulares. Concluiu-se então, que desde que o sistema de tratamento já existente seja totalmente optimizado, e por introdução de um sistema de filtração por membranas (Nanofiltração) é possível reter com sucesso estas toxinas.

Estudo sobre a precipitação química de fósforo como forma de remediação do estado trófico da Lagoa das Furnas, S. Miguel - Açores

O presente trabalho teve por objectivo estudar a possibilidade de remoção de fósforo da água da Lagoa das Furnas – S. Miguel (Açores) por precipitação química do mesmo, como forma de remediação para reverter o estado trófico em que aquela massa de água se encontra. A eutrofização, como um processo de enriquecimento de nutrientes, conduz a alterações da qualidade da água e da estrutura e função das comunidades existentes em meios aquáticos. Considera-se o aumento do afluxo de fósforo aos meios aquáticos como o principal responsável pela eutrofização dos mesmos, apesar da influência de outros nutrientes, como o azoto, não poder ser menosprezada para o controlo do estado trófico das massas hídricas [19]. A Lagoa das Furnas apresenta já há algum tempo características de meio eutrofizado por estar a receber cargas de azoto e fósforo que são, respectivamente, 5,7 e 4,3 vezes superiores às cargas com perigo de eutrofização. Esta situação, diagnosticada pela primeira vez em 1988/89, tem vindo a ser acompanhada desde então [14]. Para prossecução do objectivo definido procedeu-se inicialmente à caracterização da qualidade da água da Lagoa das Furnas, seguindo-se a realização de diversos ensaios laboratoriais de “Jar-Test” com diferentes tipos e doses de coagulante, com e sem correcção da alcalinidade, para determinar o tipo de coagulante mais indicado, dose óptima do mesmo e condições adequadas (pH, alcalinidade) para o processo de coagulaçãofloculação- decantação. Estes ensaios foram realizados inicialmente com água criada laboratorialmente à semelhança da água da Lagoa das Furnas e depois repetidos com amostras recolhidas directamente naquele meio hídrico. Nos ensaios realizados com a adição do sulfato de alumínio, foi ainda determinada a concentração de alumínio solúvel presente na água após a adição deste coagulante. Com base nos resultados experimentais e nas conclusões retiradas da variedade de ensaios realizados, foi efectuada uma análise prévia dos custos de implementação do tratamento de remoção de fósforo na Lagoa das Furnas e a viabilidade da sua aplicação

Diagnóstico e avaliação da gestão de lixiviados produzidos em aterros sanitários de resíduos urbanos

Na última década, a gestão de resíduos sólidos urbanos (RSU) sofreu uma marcante evolução de carácter político e legislativo, com destaque para a reorganização institucional e para as medidas estratégicas adoptadas. A produção de lixiviados é uma consequência inevitável da deposição de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários. A contenção, recolha e tratamento adequado do lixiviado deverá ser uma prática comum e obrigatória de prevenção e controlo da poluição/contaminação das massas de água (superficiais e subterrâneas) e solo subjacentes ao aterro sanitário. O sistema de tratamento de lixiviados a implantar é fortemente dependente da qualidade do lixiviado, que por sua vez é influenciado por diversos factores, incluindo a composição da massa de resíduos depositada, a precipitação, e o tipo de gestão e operação em aterro, entre outros. O Instituto Regulador de Águas e Resíduos, no âmbito da sua missão como entidade reguladora de resíduos, encomendou à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa o estudo: “Gestão de Lixiviados Produzidos em Aterros Sanitários de Resíduos Sólidos Urbanos”, em 2007. A presente dissertação tem como objectivo apresentar o diagnóstico actual da situação nacional em matéria de gestão e tratamento de lixiviados produzidos em aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos, tendo como caso de estudo o universo dos sistemas intermunicipais. Este trabalho é um contributo importante o estudo supracitado, que se encontra actualmente em curso, nomeadamente com a proposta de indicadores de desempenho que se desenvolveram no âmbito desta dissertação e que se aplicarão posteriormente a todos os Sistemas. Para atingir estes objectivos recorreu-se a dois instrumentos de análise, um indirecto através de da realização de questionários aos sistemas intermunicipais, e outro, por observação directa através da realização de visitas a todos estes sistemas. Os resultados e as conclusões obtidas permitiram identificar o número e o tipo tratamento de lixiviados existentes nos sistemas intermunicipais, as características do lixiviado produzido, as eficiências de tratamento, os destinos do efluente tratado, de lamas e concentrados resultantes, bem como identificar as principais dificuldades dos Sistemas. Ainda com base na informação recolhida foi possível desenvolver um conjunto de indicadores (ambientais, de contexto, de recursos humanos, operacionais, económico-financeiros, de qualidade do serviço e de opinião) que serão aplicados aos restantes Sistemas de gestão de resíduos nacionais.

Contribuição para o estudo de compostos desreguladores endócrinos (EDC) em estações de tratamento de águas residuais

Desde os anos 90 que se suspeita que um vasto leque de compostos, que estão presentes no ambiente aquático é susceptível de causar disrupção endócrina, podendo provocar efeitos adversos na nível do sistema reprodutor de vários organismos, de entre os quais os surfactantes não-iónicos alquifenois polietoxilatos(APEO), estrogénios, compostos organoclorados, entre outros. Estes, têm sido amplamente utilizados nos últimos 50 anos numa vasta diversidade de aplicações domésticas e comerciais. Durante o tratamento de águas residuais urbanas e industriais, os APEO são degradados sucessivamente até formas menos biodegradáveis, como por exemplo o NP (nonilfenol) e o OP (octilfenol), acabando por ser descarregados no ambiente aquático. A informação disponível, relativamente ao efeito das elevadas descargas nos meios receptores e da sua potencial toxicidade é ainda muito limitada, nomeadamente em sistemas aquáticos. Por outro lado, a informação sobre remoção de EDC em estações de tratamento de águas residuais (ETAR) é igualmente muito escassa, circunstância que impede a realização de estimativas de balanços materiais, indispensáveis à previsão dos correspondentes impactes nos meios hídricos, pelo que, este estudo teve como principal objectivo, a avaliação do potencial estrogénico de um efluente de uma ETAR com tratamento terciário. O presente estudo foi realizado na ETAR de Chelas, em Lisboa (Portugal). O efluente da ETAR é caracterizado por não ser só, efluente doméstico mas também ser constituído por quantidades significativas de efluente industrial. A escolha desta ETAR para realizar este estudo recaiu também na sua linha de tratamento, isto é, a ETAR possui tratamento terciário com remoção de azoto e desinfecção final do efluente através de U.V. De forma a detectar e quantificar o potencial estrogénico de uma água seleccionaramse compostos específicos, isto é alguns EDC “alvo”, nomeadamente: (i) nonilfenol e octilfenol (NP e OP); (ii) bisfenol A (BPA) e (iii) 17 β-estradiol (E2). Foram utilizadas três técnicas diferentes para identificar e quantificar os EDC seleccionados ELISA, LC-MS-MS e HPLC. As técnicas foram igualmente comparadas. Em todos os casos, isto é, independentemente da técnica analítica usada ficou demonstrado que os EDC seleccionados estavam presentes no efluente da ETAR,variando as suas concentrações de composto para composto e também ao longo da linha de tratamento da ETAR, e que ainda são descarregadas, no Estuário do Tejo,níveis de concentrações que poderão causar efeitos fisiológicos na vida animal. Contudo, devido ao elevado nível de diluição existente no Estuário do Tejo (caudais muito grandes) os efeitos nos organismos poderão não ser relevantes e,ou imediatos. Os níveis mais elevados de APE (NP e OP) foram detectados no afluente à ETAR e os menores no efluente da ETAR. O valor mais elevado de E2 foi registado após a decantação primária. A variação de E2 ao longo da linha de tratamento foi pouco significativa, facto este que poderá estar relacionado também com a “cross-reactivity”, bem como a própria actividade microbiológica existente numa água residual. Os maiores valores para o BPA foram obtidos nas lamas primárias (acima dos limites de detecção), tendo sido registada uma redução significativa deste composto ao longo da linha de tratamento, o que poderá indicar que a ETAR de Chelas remove eficientemente este composto.

Estudo da influência das concentrações de N e P sobre o desenvolvimento de cianobactérias em cultura mista

Ao longo de 40 anos, muitos trabalhos têm vindo a ser desenvolvidos no âmbito do tema da eutrofização e desenvolvimento de biomassa fitoplanctónica. Em todos eles, eram sugeridos factores responsáveis, desde a latitude, luz, temperatura, mistura da coluna de água e os inputs de nutrientes. Toda a controvérsia gerada em torno da eutrofização, levou a que a inércia adoptada em situações de risco induzisse a degradação de muitos sistemas aquáticos. É quando, além da degradação estética, os problemas começam a surgir, que se compreende a necessidade de que surjam medidas de gestão e requalificação das lagoas e bacias hidrográficas. A tendência para a ocorrência de florescências de organismos como cianobactérias, implica a necessidade de maiores cuidados nos usos das massas de água, principalmente ao nível da produção de água para consumo humano e do uso recreativo. Uma boa gestão, implica um conhecimento aprofundado do comportamento destes organismos. Este trabalho, apresenta as respostas de organismos recolhidos em florescências naturais, na Lagoa das Furnas – ilha de S. Miguel (Açores) em meios com diferentes teores de azoto. As diferenças entre os resultados, permitem retirar algumas conclusões sobre as condições preferenciais ao seu desenvolvimento. De um modo geral, as culturas comportaram-se da forma esperada, desenvolvendo-se mais com doses de azoto mais elevadas. Este desenvolvimento foi verificado tanto pelo aumento das partículas ao longo de todo o ensaio, mas também pelos valores de pigmentos registados no fim deste. Por outro lado, o facto do azoto ter sido adicionado sob a forma amoniacal ou de nitratos, permite concluir que os organismos presentes nas florescências preferem assimilar as formas azotadas que impliquem um menor consumo energético. Daí que se tenham verificado desenvolvimentos mais significativos em meios em que foi adicionado azoto amoniacal. O facto de ser tratar de um trabalho baseado nas condições de desenvolvimento de organismos vivos, era de esperar alguma imprevisibilidade dos comportamentos. Sendo assim, será recomendável aprofundar o conhecimento das reacções dos organismos em cultura mista para doses diferentes de azoto, assim como a realização de ensaios em que para uma dose de N fixa, se façam variar as concentrações de P.

Fontes de fósforo total e o estado trófico de albufeiras em Portugal continental

O estudo realizado incidiu sobre 260 albufeiras, identificadas em diferentes fontes de informação e localizadas em Portugal continental. De entre as massas de água identificadas procedeu-se à classificação do estado trófico de 92 albufeiras, todas para as quais se dispõe de dados de qualidade da água para o efeito. Destas, de acordo com o critério de classificação adoptado em Portugal, 60 foram classificadas como eutróficas, em resultado principalmente das concentrações de fósforo total. Após a delimitação das bacias drenantes de 194 albufeiras, foram implementadas metodologias de quantificação de fósforo total afluente a essas massas de água. Com recurso a um modelo de balanço de massas foram simuladas as concentrações de fósforo total em 80 albufeiras, tendo sido considerados adequados os resultados obtidos em 42 albufeiras. Com base nos resultados obtidos concluiu-se que as metodologias de quantificação de fósforo total de origem urbana e de origem difusa são adequadas ao desenvolvimento de estudos de planeamento e de identificação das principais fontes de fósforo total, em águas doces superficiais.

Estabelecimento de critérios e parâmetros para a valoração do património geológico português: aplicação prática ao património geológico do Parque Natural de Sintra-Cascais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de mestre em: Ordenamento do Território e Planeamento Ambiental

Estudo do estado trófico da lagoa da Malagueira (Évora) e proposta de reabilitação

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente