Robust model-order reduction of complex biological processes

This paper addresses robust model-order reduction of a high dimensional nonlinear partial differential equation (PDE) model of a complex biological process. Based on a nonlinear, distributed parameter model of the same process which was validated against experimental data of an existing, pilot-scale BNR activated sludge plant, we developed a state-space model with 154 state variables in this work. A general algorithm for robustly reducing the nonlinear PDE model is presented and based on an investigation of five state-of-the-art model-order reduction techniques, we are able to reduce the original model to a model with only 30 states without incurring pronounced modelling errors. The Singular perturbation approximation balanced truncating technique is found to give the lowest modelling errors in low frequency ranges and hence is deemed most suitable for controller design and other real-time applications. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Effect of weight reduction on liver histology and biochemistry in patients with chronic hepatitis C

Background: Steatosis occurs in more than 50% of patients with chronic hepatitis C and is associated with increased hepatic fibrosis. In many of these patients the pathogenesis of steatosis appears to be the some as for patients with non-alcoholic fatty liver disease-that is, related to visceral adiposity and obesity. Methods: The effect of a three month weight reduction programme on liver biochemistry and metabolic parameters was examined in 19 subjects with steatosis and chronic hepatitis C. Paired liver biopsies were performed in 10 subjects, prior to and 3-6 months following the intervention, to determine the effect of weight loss on liver histology. Results: There was a mean weight loss of 5.9 (3.2) kg and a mean reduction in waist circumference of 9.0 (5.0) cm. In 16 of the 19 patients, serum alanine aminotransferase levels fell progressively with weight loss. Mean fasting insulin fell from 16 (7) to 11 (4) mmol/l (p

A randomized trial of aggressive lipid reduction for improvement of myocardial ischemia, symptom status, and vascular function in patients with coronary artery disease not amenable to intervention

PURPOSE: To determine the effects of aggressive lipid lowering on markers of ischemia, resistance vessel function, atherosclerotic burden, and Symptom status in patients with symptomatic coronary artery disease. METHODS: Sixty consecutive patients with coronary artery disease that was unsuitable for revascularization were assigned randomly to either usual therapy of lipids for patients with a low-density lipoprotein (LDL) cholesterol target level <116 mg/dL, or to a, more aggressive lipid-lowering strategy involving up to 80 mg/d of atorvastatin, with a target LDL cholesterol level <77 mg/dL. The extent and severity of inducible ischemia (by dobutamine echocardiography), vascular function.(brachial artery reactivity), atheroma burden (carotid intima-media thickness), and symptom status were evaluated blindly at baseline and after 12 weeks of treatment. RESULTS: After 12 weeks of treatment, patients in the aggressive therapy group had a significantly greater decrease in mean (+/- SD) LDL cholesterol level than those in the usual care group (29 +/- 38 mg/dL vs. 7 +/- 24 mg/dL, P = 0.03). Patients in the aggressive therapy group had a reduction in the number of ischemic wall segments (mean between-group difference of 1.3; 95% confidence interval: 0.1 to 2.0; P = 0.04), flow-mediated dilatation (mean between-group difference of 5.9%; 95% confidence interval: 2.5% to 9.4%; P = 0.001), and angina score after 12 weeks. There were no significant changes in atherosclerotic burden in either group. CONCLUSION: Patients with symptomatic coronary artery disease who are treated with aggressive lipid lowering have improvement of symptom status and ischemia that appears to reflect improved vascular function but not atheroma burden. Am J Med. 2003;114:445-453. (C) 2003 by Excerpta Medica Inc.

Transition to raloxifene with and without low-dose estrogen therapy in postmenopausal women: effects on serum lipids and fibrinogen - a pilot study

Objective To compare the effects of transferring from low-dose transdermal estrogen to raloxifene (RLX), with a phase of alternate-day RLX therapy with or without low-dose transdermal estrogen, on serum lipids and fibrinogen in postmenopausal women previously administered estrogen plus progestogen therapy. Methods Sixty postmenopausal women (mean age 55 years) were randomized to one of two treatment groups: RLX + low-dose transdermal estrogen (RLX + E) or RLX + placebo. The study consisted of four 8-week phases: phase I (all subjects low-dose transdermal estrogen 25 mug/day), phase II (double-blind RLX 60 mg every 2nd day in combination with either low-dose transdermal estrogen or placebo), phase III (all subjects RLX 60 mg every 2nd day + placebo) and phase IV (all subjects RLX 60 mg/day + placebo). Results No significant differences existed between groups for baseline measurements prior to phase I. In phase I, for all subjects combined, total cholesterol and low-density lipoprotem cholesterol both showed a significant increase (median increase of 0.2 mmol/l, p = 0.008 and 0.4 mmol/l, p < 0.001, respectively), while triglycerides decreased significantly (median decrease of 0.2 mmol/l, p < 0.001). For the primary analysis (phase II to phase IV), the mean change from baseline observations showed no significant differences between the therapy groups for serum lipids, fibrinogen, vital signs or weight. In the comparison phase (phase II), changes in serum lipids, fibrinogen, vital signs and weight were not significantly different between groups. Conclusion Gradual conversion to RLX from low-dose transdermal estrogen, with a phase of alternate-day RLX therapy with or without low-dose transdermal estrogen, does not have any effect on the serum lipid profile or fibrinogen level.

Prospecção de toxicidade de fungicidas por análises macroscópicas, microscópicas e moleculares em Allium cepa

Apesar dos benefícios econômicos dos agrotóxicos para a agricultura, os efeitos negativos à saúde humana e ao meio ambiente são questionados. Dentre os agroquímicos que são usados na agricultura, destacam-se os fungicidas, que são utilizados em grande quantidade nas lavouras para controle de doenças. Com intuito de verificar os danos ocasionados por esses compostos, diversos métodos de avaliação têm sido utilizados na análise de toxicidade e mutagenicidade dos agrotóxicos. As análises macroscópicas (germinação e crescimento radicular) e microscópicas (índice mitótico, aberrações cromossômicas e nucleares) são importantes na determinação da toxicidade de compostos lançados ao meio ambiente, porque permite averiguar danos na germinação, no desenvolvimento da plântula e no ciclo celular. No entanto, para melhor compreensão dos mecanismos moleculares da mutação e de seus efeitos sobre a população exposta à contaminação ambiental, os marcadores moleculares oferecem perspectivas, por medir o efeito direto da exposição sobre o DNA. O objetivo do trabalho foi avaliar o potencial tóxico dos fungicidas por análises macroscópicas, microscópicas e moleculares em Allium cepa. Os resultados indicam redução nos parâmetros de germinação, crescimento radicular e índice mitótico nas maiores concentrações para os princípios ativos difenoconazol, tebuconazol, procimidona e iprodiona, quando comparados ao controle negativo, mostrando que os princípios apresentaram efeito genotóxico, citotóxico, fitotóxico para as raízes de Allium cepa pela alta frequência de aberrações cromossômicas, nucleares e redução do índice mitótico. Os resultados moleculares indicaram mudança no perfil de amplificação dos primers SSR (Sequência Simples Repetitiva) e o ISSR (Inter Sequência Simples Repetitiva), após a exposição do Allium cepa aos princípios ativos, incluindo alterações na perda, ganho e mudança na intensidade de banda. A perda e o ganho de bandas aconteceram à medida que aumentou a concentração dos princípios ativos. O método de agrupamento e as distâncias e dissimilaridades mostraram relação de dose-dependência, pois conseguiu separar as maiores concentrações do controle negativo para os princípios ativos no ISSR e SSR, com exceção dos princípios procimidona e iprodiona no SSR. Esses dados indicam que possui relação entre as análises utilizadas, sendo indicadores confiáveis para detectar alterações por substâncias químicas. Os marcadores moleculares ISSR e SSR são ferramentas eficientes em avaliar alterações ocasionadas no DNA por fungicidas podendo ser utilizada em estudos de toxicidade.

Dose inseminante utilizada na fertilização artificial de ovócito de piracanjuba (Brycon orbignyanus)

A piracanjuba (Brycon orbignyanus Valenciennes, 1849) é uma espécie de peixe migratória, ameaçada de extinção. O objetivo do presente estudo foi determinar a dose inseminante na fertilização artificial de ovócitos de piracanjuba. Para isso, utilizou-se delineamento em blocos casualizados, com quatro tratamentos e três repetições. Três casais de piracanjuba, selecionados dos tanques de reprodutores da Estação Ambiental de Itutinga (EAI - CEMIG), no período de piracema 2006/2007, receberam aplicação de hormônio extrato bruto de hipófise de carpa (EBHC) para obtenção dos gametas. Adotaram-se quatro tratamentos diferentes para a fertilização de 0,1 grama de ovócitos: 10µL, 20µL, 30µL e 40µL de sêmen. As amostras foram ativadas com 5 mL de água do próprio tanque e, em seguida, levadas para incubadoras, dotadas de renovação constante de água, à temperatura de 28ºC. Após 8 e 16 horas, analisaram-se as taxas de fertilização (ovos viáveis) e de eclosão dos ovos, respectivamente. Os resultados obtidos foram comparados pelo teste de Tukey a 5%. As relações sêmen-ovócitos testadas não alteraram as taxas de fertilização e eclosão (P>0,05). O número de espermatozoides-ovócitos, variando de 10,4 x10(5) a 41,6 x10(5), foi eficiente para obtenção de boas taxas de fertilidade.

The effect of leaf area reduction on corn plants during the reproduction phase

Reduction in leaf area in corn plants during reproduction changes physiological metabolism and consequently the accumulation of dry matter in grains. The aim of this work was to study changes in agronomic characteristics caused by defoliation in corn during the reproduction phase. The experiment was carried out in Uberlândia, Minas Gerais state, in the agricultural year 2007/2008. The experiment was arranged in a randomized block design, consisting of seven treatments: control without defoliation, removal of two apical leaves, removal of four apical leaves, removal of all leaves above spike, removal of four intermediate leaves, removal of all leaves below spike, and removal of all plant leaves, with five repetitions. The genotype used for the evaluations was hybrid NB 7376. Defoliation was carried out when plants were at the growth stage R2. The variables assessed were: yield, density of spikes and corncobs, root resistance and stem integrity. When all leaves above the spike were removed, grain yield was reduced by 20%. Corncob density, stem integrity and root resistance to uprooting were also affected. Spike density was only affected when all plant leaves were removed. The leaf area remaining physiologically active above the spike was found to be most efficient in terms of grain yield.

Ampicilina K em dose única, por via oral, no tratamento da gonorréia

Foram tratados 70 pacientes do sexo masculino portadores de uretrite gonocócica aguda com 3,0 g de Ampicilina K por via oral, em dose única. Em 87,1% dos casos houve desaparecimento da secreção uretral; na grande maioria dos casos entre 24 e 72 horas. Considerados mais 3 casos em que houve persistência da secreção pós tratamento, mas com ausência de gonococos aos exames bacteriológicos (cura bacteriológica) o sucesso terapêutico pode ser elevado para 91,4%.

Hetacilina em dose única no tratamento da gonorréia

Foram tratados 155 pacientes do sexo masculino, portadores de uretrite gonocócica aguda, com 3,0 g de Hetacilina K por via oral (70 casos) ou 1,0 g do mesmo medicamento por via intramuscular (85 casos). Em 88,6% dos casos tratados pela via oral, e em 93% dos casos tratados com uma injeção intramuscular, o corrimento desapareceu em um tempo médio de 48 horas. Não foram observadas reações de intolerância ao medicamento.

Cicatrização de lesões cutâneas de leishmaniose americana com dose única de pamoato de cicloguanil

Relata-se a completa cicatrização de lesões de leishmaniose tegumentar americana, com Pamoato de Cicloguanil (Comolar Parke-Davis) em 33 pacientes, dos quais 28 receberam dose única e 5 dose dupla desse quimioterápico. O diagnóstico foi comprovado pela presença de leishmanias ao exame direto de laboratório. A idade das lesões variou de 8 dias até 12 meses, com 82% dos casos entre 8 e 30 dias. O tempo médio de cicatrização foi de 104 dias variando entre 60 e 170 dias, para os doentes que receberam apenas uma dose do medicamento. Os doentes que receberam duas doses tiveram a completa cicatrização com tempo médio de 163 dias, após a primeira dose e 85 dias após a segunda. Após a cicatrização, os doentes foram controlados por um período médio de 8,4 meses variando entre 3 e 19 meses. A observação mostrou que a cura das lesões é de forma mais retardada, podendo em muitos casos haver uma recrudescência das lesões e, em alguns casos, uma segunda dose acelera a cura.

Quantificação de anticorpos diftéricos em cobaias: I - persistência do título de anticorpos séricos em animais inoculados com uma dose de toxóide diftérico

Foi estudado o comportamento da cinética de anticorpogénese em cobaias inoculadas com uma dose de toxóide diftérico precipitado pelo alúmen. Paralelamente, foi estudada a dinâmica da imunidade passiva naturalmente transmitida aos filhotes. Em cobaias vacinadas com uma dose de antígeno, foi verificado que a síntese de antitoxina diftérica persiste, em títulos detectáveis, até 36 meses após. Os anticorpos transferidos, passivamente, da mãe vacinada para os filhotes atingiram, nestes, concentrações plasmáticas superiores, sendo que a imunidade perdurou em títulos detectáveis até cerca de três meses de idade dos mesmos.

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.