Estudo do estabelecimento de configurações em estruturas celulares

Esta dissertação investiga os processos que levam células a se organizarem em certas configurações, focando propriedades topológicas, geométricas e aquelas originadas na sua dinâmica. Para tanto, começamos revisando propriedades de topologia de equilíbrio de sistemas que minimizam áreas de contato entre células. Prosseguimos com o estudo de estruturas de células biológicas, incorporando as devidas modificações provenientes das propriedades biológicas, sendo introduzida, por exemplo, a Hipótese da Adesão Diferenciada formulada por Steinberg (1975). Suas implicações são estudadas utilizando o Modelo Celular de Potts ao realizar simulações de Monte Carlo. Mostramos resultados das dinâmicas de reagrupamento celular que é um dos processos que ocorre na embriogênese e morfogênese, em que células se redistribuem de modo a formar padrões típicos. É feita uma análise, tanto teórica quanto por simulações, de como interações adesivas entre tipos diferentes de células, e estas com o meio, influenciam a evolução destas configurações. A seguir, tornamos evidente analogias entre tecidos e fluidos imiscíveis, de modo a explorar não apenas a influência de coesões e adesões celulares, como também propriedades viscoelásticas e de tensões superficiais apresentadas pelos agregados - estruturas macroscópicas constituídas por muitas subunidades celulares. Acompanhando os resultados teóricos, apresentamos observações experimentais de reorganização celular a partir de agregados aleatórios de células de hidras. A reorganização celular destes agregados é estudada a partir das configurações iniciais aleatórias até o momento em que se estabelece uma esfera com cavidade formada por duas camadas epiteliais, endoderme e ectoderme Neste estágio ocorrem os bursts, eventos de ruptura reversíveis do tecido superficial do agregado com expulsão do conteúdo contido na cavidade. É proposto um estudo via simulações deste fenômeno a fim de elucidar as propriedades básicas de deformações, adesões e movimentos de células num tecido. Ainda no contexto experimental, realizamos outras medidas nos agregados de hidra, como a obtenção de tensões superficiais e registro da dinâmica de arredondamento. Finalmente, unimos as considerações sobre topologias de estruturas celulares com as propriedades emergentes de interações de adesão com mais um elemento, mitose. Apresentamos modelos de crescimento celular e discutimos suas características para a dinâmica populacional de células. Ao introduzir dados sobre comportamentos regulatórios de proliferação celular, colocamos ênfase no estudo das patologias ao estudar câncer utilizando o Modelo de Gompertz como descrição da proliferação. Realizamos experiências utilizando 6 linhagens cancerígenas diferentes e propomos uma interpretação biológica dos parâmetros matemáticos que descrevem o crescimento. A hipótese por nós levantada é de que a forma da célula influencia no seu comportamento. Verificamos a viabilidade de tal hipótese através de uma série de simulações por Modelo Celular de Potts. Os resultados gerados se assemelham aos dados experimentais, de maneira que chegamos a conclusão final que processos intrínsecos regulatórios de uma célula (no caso o ciclo mitótico), propriedades adesivas de células, características fenotípicas e distribuições topológicas de um tecido, são intimamente interligados.

Resposta urodinamica ao cateterismo vesical intermitente e cloreto de oxibutinina em crianças com mielomeningocele

Examinamos urodinamicamente 46 crianças com mielomeningocele que foram classificadas em pressão de perda do detrusor maior de 40 cmH2O (33 pacientes) ou menor de 40 cmH2O (13 pacientes). As variáveis estudadas foram: idade, sexo, pressão intravesical, complacência vesical, contrações vesicais não-inibidas, capacidade vesical, tipo de esfíncter, hidronefrose, refluxo vesicoureteral e cicatriz renal. Os pacientes com pressão de perda do detrusor maior de 40 cmH2O foram tratados com cateterismo vesical intermitente limpo 4 x/dia e cloreto de oxibutinina na dose de 0,2 mg/kg/dose 3 x/dia. Após 30 dias de tratamento, avaliamos a resposta urodinâmica da pressão intravesical, complacência vesical, contrações vesicais não-inibidas e capacidade vesical. A idade dos pacientes com pressão de perda alta é significativamente maior. O sexo não foi significativamente diferente entre os dois grupos. A pressão intravesical e contrações vesicais não-inibidas são significativamente maiores nos pacientes com pressão de perda alta e a complacência vesical é significativamente menor nestes casos. Não houve correlação significativa entre capacidade vesical e pressão de perda. Também não houve correlação significativa entre o tipo de esfíncter e a capacidade vesical, contrações não-inibidas e pressão intravesical. Os pacientes com dissinergia apresentam significativamente menor complacência vesical e aqueles com sinergia apresentam significativamente maior complacência vesical. A dissinergia esteve significativamente associada aos pacientes com pressão de perda alta. Os pacientes com hidronefrose apresentam significativamente maior capacidade vesical e estão correlacionados significativamente com dissinergia e cicatriz renal. Não houve correlação significativa entre hidronefrose e pressão intravesical, complacência vesical, contrações vesicais não-inibidas e pressão de perda.Também não houve correlação significativa entre refluxo vesicoureteral e capacidade vesical, pressão intravesical, complacência vesical, contrações vesicais não-inibidas, tipo de esfíncter e pressão de perda, mas houve associação significativa com hidronefrose e cicatriz renal. Os pacientes com cicatriz renal apresentam significativamente maior capacidade vesical, mas não houve correlação significativa entre cicatriz renal e pressão intravesical, complacência vesical, contrações vesicais não-inibidas, tipo de esfíncter e pressão de perda. A média da pressão intravesical inicial era 60,5 cmH2O e diminuiu significativamente para 50,2 cmH2O após o tratamento. A complacência vesical média era 2,8 ml/cmH2O inicialmente e aumentou significativamente para 5,2 ml/cmH2O. A média das contrações vesicais não-inibidas inicial era 37 cmH2O e diminuiu significativamente para 11,4 cmH2O. A capacidade vesical média inicial era 133,9 ml e aumentou significativamente para 215,3 ml. Houve significativa melhora nos parâmetros urodinâmicos com o tratamento que, contudo, não conseguiu atingir valores considerados normais. Isto pode ser explicado pelas alterações viscoelásticas que já tenham ocorrido nestas bexigas e pela provável presença de outros neurotransmissores envolvidos na neurofisiologia patológica. Este trabalho deixa em aberto a possibilidade de que doses mais elevadas de cloreto de oxibutinina usadas por períodos mais prolongados possam ter efeitos benéficos adicionais aos aqui demonstrados.

Simulação computacional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio

A análise do comportamento estrutural sob incêndio constitui uma parte importante da engenharia de proteção contra incêndio, especialmente no caso de estruturas de aço, por sua alta condutividade térmica e relativa esbeltez das seções. As dificuldades econômicas e práticas, associadas à avaliação do comportamento estrutural, por meio de ensaios em escala real, têm estimulado o desenvolvimento e uso de métodos de simulação numérica. Esta tese trata da simulação numérica do comportamento de estruturas de aço sob condições de incêndio e se divide em três partes. As duas primeiras partes foram desenvolvidas na Universidade de Liége, na Bélgica, usando-se o programa SAFIR como ferramenta numérica. A terceira parte foi desenvolvida de forma independente, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na primeira parte, é feito um estudo comparativo entre o uso de elementos finitos de viga e de casca, na modelagem de vigas simplesmente apoiadas, sujeitas a flambagem lateral por torção. Os esforços de torção, presentes no caso de flambagem lateral, podem levar a uma plastificação da seção transversal e à conseqüente redução da rigidez à torção da seção. Da mesma forma, a degradação das propriedades do material, com o aumento da temperatura, leva à redução da rigidez à torção Havia dúvidas se o modelo com elementos de viga, com uma rigidez à torção constante, poderia fornecer uma resposta aceitável. O estudo mostrou que uma resposta com boa precisão pode ser conseguida, usando-se elementos de viga, desde que o módulo de elasticidade transversal seja ajustado para refletir seu valor correspondente à temperatura de falha. Isso implica um processo iterativo, uma vez que a temperatura de falha não é previamente conhecida. Por outro lado, a degradação da rigidez à torção, por efeitos de plastificação, pode ser ignorada. Na segunda parte, é feita a comparação entre as modelagens bidimensional e tridimensional, de galpões industriais de um andar, sob incêndio. Comumente, a estrutura de galpões industriais é composta por pórticos-tipo, dispostos em paralelo. A análise desses galpões é comumente feita pela simulação no plano do pórtico de aço ou, simplesmente, da treliça da cobertura Na análise bidimensional, importantes efeitos fora do plano são ignorados, como a redistribuição de esforços devido à degradação do material ou à expansão térmica, ou instabilidade lateral dos elementos. A importância desses efeitos e a adequabilidade do modelo 2D para representar o comportamento real são discutidas. Na terceira parte, um modelo numérico para a simulação tridimensional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio é apresentado. O modelo é baseado no conceito de rótulas plásticas generalizadas, com modificações para melhor representar a formação e expansão da plastificação no elemento. A descrição cinemática adotada permite obter bons resultados, mesmo com o uso de poucos elementos. A determinação do vetor de esforços internos no elemento, incluindo os efeitos da temperatura, é detalhada. O procedimento foi validado por comparação com ensaios e com modelos numéricos mais sofisticados, como o programa SAFIR. Os resultados demonstram que o procedimento proposto pode ser usado como uma forma alternativa de análise 3D de estruturas sob incêndio, com precisão razoável e baixo esforço computacional.