Measurement of lead concentration in biological tissues by atomic spectroscopy techniques

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Physics

Fratura Proximal do Fémur Bilateral. Incidência e Fatores de Risco de Fratura Contralateral

Nos doentes com fratura osteoporótica da extremidade proximal do fémur, pouco é conhecido sobre a incidência e fatores de risco de fratura contralateral da extremidade proximal do fémur. O objetivo deste trabalho foi, através de um estudo retrospetivo determinar a incidência e os fatores de risco para fratura bilateral da extremidade proximal do fémur não contemporânea. Foram analisados os processos de 1911 doentes com fratura da extremidade proximal do fémur entre 2003 e 2009. Os dados recolhidos sobre as fraturas, tratamentos e comorbilidades foram trabalhados estatisticamente. Um total de 64 doentes (3,24%) teve fratura bilateral da extremidade proximal do fémur, com uma média de idades acima dos 80 anos. Determinou-se que existe uma relação direta entre o tipo da primeira e segunda fratura (intracapsular vs extraapsular), e que 70% das segundas fraturas ocorrem nos primeiros três anos após fratura. Das comorbilidades verificou-se que a doença de Parkinson, Hipertensão Arterial, doença Cardíaca, Anemia e alterações da Visão representam um risco acrescido para fratura contralateral da extremidade proximal do fémur. Propomos um follow-up mais rigoroso nos primeiros três anos após a primeira fratura e estabelecidas melhores formas de prevenção de fraturas e otimização das comorbilidades nos doentes com fatores de risco.

Fractures in Children and Adolescents with Spina Bifida: The Experience of a Portuguese Tertiary-Care Hospital

AIM: The morbidity associated with osteoporosis and fractures in children and adolescents with spina bifida highlights the importance of osteoporosis prevention and treatment in these patients. The aim of this study was to examine the occurrence and pattern of bone fractures in paediatric patients with spina bifida. METHOD: We reviewed the data of all paediatric patients with spina bifida who were treated in our centre between 1999 and 2008. RESULTS: One hundred and thirteen patients were included in the study (63 females, 50 males; mean age 10y 8mo, SD 4y 10mo, range 6mo-18y). The motor levels were thoracic in six, upper lumbar in 22, lower lumbar in 42, and sacral in 43 patients. Of the 113 patients, 58 (51.3%) had shunted hydrocephalus. Thirty-six (31.8%) were non-ambulatory (wheelchair-dependent [unable to self-propel wheelchair] n=3, wheelchair-independent [able to self-propel wheelchair] n=33), 13 were partial ambulators, 61 were full ambulators, and three were below the age of walking. Forty-five fractures were reported in 25 patients. The distal femur was the most common fracture site. Statistical analyses showed that patients with higher levels of involvement and in wheelchairs had a significantly increased risk of having a [corrected] fracture (p<0.001). Spontaneous fractures were the principal mechanism of injury, and an association was identified between fracture mechanism, type of ambulation, and lesion level: the fractures of patients with higher levels of motor functioning and those in wheelchairs were mainly pathological (p=0.01). We identified an association between risk of a second fracture, higher motor level lesion, and non-ambulation. There was an increased risk of having a second fracture after a previous spontaneous fracture (p=0.004). INTERPRETATION: Data in this study indicate a high prevalence of fractures in patients with spina bifida.

Estimação da permeabilidade em reservatórios fraturados - Comparação entre o método do tensor e o método de upscaling

A simulação dinâmica de reservatórios de petróleo requer a alocação de permeabilidades equivalentes para todos os blocos. A determinação da permeabilidade equivalente em reservatórios fraturados é uma questão complexa e crítica no fluxograma de modelação, porque é totalmente dependente da geometria 3D sistema de fraturas, e respetivas aberturas, que muitas vezes são mal conhecidos. Para avaliar a permeabilidade equivalente de blocos fraturados, o método do tensor ou de Oda é um dos mais utilizados. É expedito e eficiente mesmo para a sistemas com vários milhões de fraturas. Todavia, na literatura são apontadas algumas críticas, por exemplo, sobrestima a permeabilidade em blocos pouco fraturados e subestima-a em blocos muito fraturados. Este trabalho tem como objetivos, revisitar a problemática da caracterização da permeabilidade equivalente em blocos de reservatórios fraturados. Recorreu-se a um pacote de programas informáticos FROM3D-K (fractures object model – permeability evaluation) desenvolvidos e/ ou adaptados no contexto deste trabalho e que permitem as funcionalidades: (1) simulação estocástica 3D de fraturas; (2) determinação da permeabilidade equivalente pelo método do tensor; (3) determinação da permeabilidade equivalente pelo método de upscaling de microblocos. Estas funções permitem que a mesma rede de fraturas seja avaliada pelos dois métodos. Para a demonstração de resultados mostram-se dois exemplos, o primeiro onde são simuladas fraturas condicionadas a estatísticas sintéticas de orientação, intensidade e abertura e o segundo onde se utilizam dados FMI de poço de um reservatório fraturado.

Produção de matrizes porosas 3D baseadas em réplicas invertidas de cristais coloidais

A Engenharia de Tecidos surge da necessidade recorrente de regenerar ou recriar órgãos e tecidos danificados devido a vários tipos de trauma. A carência de funcionalidades resultante pode ser resolvida através da implantação de substitutos bio-sintéticos. O presente trabalho consiste na produção de matrizes porosas 3D baseadas em réplicas invertidas de cristais coloidais com futura aplicação em substituintes ósseos sintéticos para fraturas de não-união. O substituinte ósseo consiste numa estrutura denominada Inverse colloidal crystal (ICC), em que a sua organização singular resulta numa homogénea proliferação celular e num aumento das propriedades mecânicas, quando comparada com outros substituintes. O primeiro passo para a obtenção desta estrutura é a produção de microesferas de poliestireno, por uma técnica baseada em microfluídica. Posteriormente as microesferas são empacotadas resultando numa estrutura coesa com ligações entre microesferas vizinhas. O preenchimento dos espaços vazios entre microesferas pelo biomaterial pretendido e posterior remoção das microesferas dá origem à estrutura porosa do ICC. ICCs poliméricos (ϕCs = 1,00) e compósitos (ϕCs = 0,86 e ϕHA = 0,14; ϕCs = 0,67 e ϕHA = 0,33; ϕCs = ϕHA = 0,50) são produzidos e as suas propriedades mecânicas são testadas através de ensaios de compressão e comparadas com outros substituintes sintéticos. Para avaliação do comportamento dos materiais em contacto com meio biológico, foram realizados testes de citotoxicidade que revelaram uma viabilidade celular acima dos 80% em todos os ICCs.

Essays in health economics: Volume-Outcome Effect, upcoding behaviour and the evaluation of a short-term intervention program

Evidence in the literature suggests a negative relationship between volume of medical procedures and mortality rates in the health care sector. In general, high-volume hospitals appear to achieve lower mortality rates, although considerable variation exists. However, most studies focus on US hospitals, which face different incentives than hospitals in a National Health Service (NHS). In order to add to the literature, this study aims to understand what happens in a NHS. Results reveal a statistically significant correlation between volume of procedures and better outcomes for the following medical procedures: cerebral infarction, respiratory infections, circulatory disorders with AMI, bowel procedures, cirrhosis, and hip and femur procedures. The effect is explained with the practice-makes-perfect hypothesis through static effects of scale with little evidence of learning-by-doing. The centralization of those medical procedures is recommended given that this policy would save a considerable number of lives (reduction of 12% in deaths for cerebral infarction).

Desenvolvimento e avaliação in vitro de um revestimento multifuncional para possível aplicação em implantes ósseos

As fraturas ósseas têm sido consideradas como um problema sócio económico mundial afetando sobretudo os jovens e idosos. No caso de pequenas correções de fraturas ou defeitos ósseos é necessário a aplicação de implantes biodegradáveis que atuem de forma temporária durante o período de formação do novo tecido ósseo. Uma das grandes vantagens da sua aplicação é evitar uma segunda intervenção cirúrgica para a sua remoção. Para isso, o Magnésio (Mg) e as suas ligas têm vindo a ser considerados como uma boa opção para este tipo de implantes temporários pois para além de serem biodegradáveis e biocompatíveis possuem propriedades semelhantes ao osso. No entanto, a sua elevada taxa de degradação em ambiente biológico é uma desvantagem para a sua utilização que conduz à perda da sua funcionalidade. O objetivo deste trabalho foi desenvolver revestimentos multifuncionais biocompatíveis, para a superfície do implante biodegradável, que permitam controlar a taxa de degradação do Mg e em simultâneo promovam a adesão e proliferação celular no local afetado. Neste trabalho, foram desenvolvidos três tipos de revestimentos biocompatíveis: Fosfatos, Fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e óxido de grafeno aplicados na superfície da liga de Mg AZ31 através do método de eletrodeposição/eletroforese química. Foi realizado um tratamento térmico e avaliada a sua influência na resposta celular e na sua resistência à degradação. As propriedades físico-químicas do revestimento foram obtidas por microscopia electrónica de varrimento e de transmissão, microscopia de Raman, difração de raios-X e microscopia de força atómica. Foram ainda analisadas medições do ângulo de contacto da superfície dos revestimentos e realizados ensaios de degradação em soluções fisiológicas. A resposta celular aos revestimentos foi testada in vitro através da avaliação da adesão e proliferação de células osteoblásticas (Saos-2). Os resultados obtidos demonstram que o tratamento térmico modifica a estrutura do revestimento e promove a adesão celular. A incorporação do óxido grafeno no revestimento de fosfatos e hidroxiapatite permite aumentar a resistência à degradação e promover uma melhor resposta celular.

The use of a modular titanium endoprosthesis in skeletal reconstructions after bone tumor resections: method presentation and analysis of 37 cases

We analyzed 37 patients who underwent segmental wide resection of bone tumors and reconstruction with a modular titanium endoprosthesis at the Orthopaedic Oncology Group, between 1992 and 1998. Twelve patients were male and 25 were female, with a mean age of 30 years (9 - 81). The mean follow-up was 14 months (2 - 48). The diagnoses were: osteosarcoma (14 cases), metastatic carcinoma (10), Ewing's sarcoma (4), giant cell tumor (4), malignant fibrous histiocytoma (3), chondrosarcoma (1), and aneurysmal bone cyst (1). Eleven articulated total knee, 8 partial proximal femur with bipolar acetabulum, 8 partial proximal humerus, 3 total femur, 2 partial proximal tibia, 2 diaphyseal femur, 2 diaphyseal humerus, and 1 total proximal femur with cementless acetabulum endoprosthesis implant procedures were done. The complications related to the procedure included: infection (5 cases), dislocation (3), module loosening (1), and ulnar nerve paresthesia (1). We used the following criteria for the clinical evaluation: presence of pain, range of motion, reconstruction stability, surgical and oncologic complications, and patient acceptance. The results were good in 56.8% of the cases, regular in 32.4% and poor in 10.8%.

Normal bone density in male pseudohermaphroditism due to 5alpha- reductase 2 deficiency

Bone is an androgen-dependent tissue, but it is not clear whether the androgen action in bone depends on testosterone or on dihydrotestosterone. Patients with 5alpha-reductase 2 deficiency present normal levels of testosterone and low levels of dihydrotestosterone, providing an in vivo human model for the analysis of the effect of testosterone on bone. OBJECTIVE: To analyze bone mineral density in 4 adult patients with male pseudohermaphroditism due to 5alpha-reductase 2 deficiency. RESULTS: Three patients presented normal bone mineral density of the lumbar column (L1-L4) and femur neck, and the other patient presented a slight osteopenia in the lumbar column. CONCLUSION: Patients with dihydrotestosterone deficiency present normal bone mineral density, suggesting that dihydrotestosterone is not the main androgen acting in bone.

Bone turnover markers for early detection of fracture healing disturbances: A review of the scientific literature

Imaging techniques are the standard method for assessment of fracture healing processes. However, these methods are perhaps not entirely reliable for early detection of complications, the most frequent of these being delayed union and non-union. A prompt diagnosis of such disorders could prevent prolonged patient distress and disability. Efforts should be directed towards the development of new technologies for improving accuracy in diagnosing complications following bone fractures. The variation in the levels of bone turnover markers (BTMs) have been assessed with regard to there ability to predict impaired fracture healing at an early stage, nevertheless the conclusions of some studies are not consensual. In this article the authors have revised the potential of BTMs as early predictors of prognosis in adult patients presenting traumatic bone fractures but who did not suffer from osteopenia or postmenopausal osteoporosis. The available information from the different studies performed in this field was systematized in order to highlight the most promising BTMs for the assessment of fracture healing outcome.

Influence of the hip joint modeling approaches on the kinematics of human gait

The influence of the hip joint formulation on the kinematic response of the model of human gait is investigated throughout this work. To accomplish this goal, the fundamental issues of the modeling process of a planar hip joint under the framework of multibody systems are revisited. In particular, the formulations for the ideal, dry, and lubricated revolute joints are described and utilized for the interaction of femur head inside acetabulum or the hip bone. In this process, the main kinematic and dynamic aspects of hip joints are analyzed. In a simple manner, the forces that are generated during human gait, for both dry and lubricated hip joint models, are computed in terms of the system’s state variables and subsequently introduced into the dynamics equations of motion of the multibody system as external generalized forces. Moreover, a human multibody model is considered, which incorporates the different approaches for the hip articulation, namely ideal joint, dry, and lubricated models. Finally, several computational simulations based on different approaches are performed, and the main results presented and compared to identify differences among the methodologies and procedures adopted in this work. The input conditions to the models correspond to the experimental data capture from an adult male during normal gait. In general, the obtained results in terms of positions do not differ significantly when the different hip joint models are considered. In sharp contrast, the velocity and acceleration plotted vary significantly. The effect of the hip joint modeling approach is clearly measurable and visible in terms of peaks and oscillations of the velocities and accelerations. In general, with the dry hip model, intra-joint force peaks can be observed, which can be associated with the multiple impacts between the femur head and the cup. In turn, when the lubricant is present, the system’s response tends to be smoother due to the damping effects of the synovial fluid.

A 3D computer assisted Orthopedic Surgery Planning approach based on planar radiography

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Informática Médica)

Prenatal dysthymia versus major depression effects on maternal cortisol and fetal growth

To determine differences between pregnant women diagnosed with Dysthymia versus Major Depression, depressed pregnant women (N=102) were divided by their diagnosis into Dysthymic (N=48) and Major Depression (N=54) groups and compared on self-report measures (depression, anxiety, anger, daily hassles and behavioral inhibition), on stress hormone levels (cortisol and norepinephrine), and on fetal measurements. The Major Depression group had more self-reported symptoms. However, the Dysthymic group had higher prenatal cortisol levels and lower fetal growth measurements (estimated weight, femur length, abdominal circumference) as measured at their first ultrasound (M=18 weeks gestation). Thus, depressed pregnant women with Dysthymia and Major Depression appeared to have different prenatal symptoms.

Descrição de ovos e estádios ninfais de Triatoma carcavalloi (Hemiptera, Reduviidae) por meio de microscopia óptica

Triatoma carcavalloi Jurberg, Rocha & Lent 1998, foi descrita como espécie afim de T. rubrovaria (Blanchard, 1843) e T. circummaculata (Stäl, 1859) São descritos os ovos e ninfas de T. carcavalloi por meio de microscopia óptica para fornecer novos parâmetros a serem utilizados na taxonomia dos Triatomímeos. Os ovos apresentam semelhanças com T. rubrovaria, T. circummaculata e T. infestans Klug, 1834, com ornamentações tanto na superfície como no opérculo, com células pentagonais e hexagonais, com pequenas fraturas e pontuações distribuídas de forma aleatória. As ninfas se diferenciam de todas as espécies a ela relacionadas, principalmente pela coloração e tamanho. Cada um dos cinco estádios ninfais apresenta diferenças morfológicas, no entanto, o padrão de coloração da cabeça, tórax, pernas e abdômen se mantêm, em todos os estádios.

New species of Eupalaestrus from Argentina (Araneae, Theraphosidae, Theraphosinae)

A new species of Eupalaestrus Pocock, 1901 from northern Argentina is described and illustrated. Males and females of Eupalaestrus larae sp. nov. differ from those all other species of the genus by the color with distinct two parallel longitudinal stripes on the femora, patellae, tibiae and one longitudinal stripe reaching half of metatarsi; the presence of a thickened femur and tibia IV; a straight embolus of the male palpal bulb and retrolateral keel pronounced. Specimens were captured in Chaco province, inhabiting unflooded flat grasslands open areas inside forest in transitional Chaco eco-region.