Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Soil sampling design and sampling techniques for soil properties monitoring – common difficulties related to forest soils

Mathematical models and statistical analysis are key instruments in soil science scientific research as they can describe and/or predict the current state of a soil system. These tools allow us to explore the behavior of soil related processes and properties as well as to generate new hypotheses for future experimentation. A good model and analysis of soil properties variations, that permit us to extract suitable conclusions and estimating spatially correlated variables at unsampled locations, is clearly dependent on the amount and quality of data and of the robustness techniques and estimators. On the other hand, the quality of data is obviously dependent from a competent data collection procedure and from a capable laboratory analytical work. Following the standard soil sampling protocols available, soil samples should be collected according to key points such as a convenient spatial scale, landscape homogeneity (or non-homogeneity), land color, soil texture, land slope, land solar exposition. Obtaining good quality data from forest soils is predictably expensive as it is labor intensive and demands many manpower and equipment both in field work and in laboratory analysis. Also, the sampling collection scheme that should be used on a data collection procedure in forest field is not simple to design as the sampling strategies chosen are strongly dependent on soil taxonomy. In fact, a sampling grid will not be able to be followed if rocks at the predicted collecting depth are found, or no soil at all is found, or large trees bar the soil collection. Considering this, a proficient design of a soil data sampling campaign in forest field is not always a simple process and sometimes represents a truly huge challenge. In this work, we present some difficulties that have occurred during two experiments on forest soil that were conducted in order to study the spatial variation of some soil physical-chemical properties. Two different sampling protocols were considered for monitoring two types of forest soils located in NW Portugal: umbric regosol and lithosol. Two different equipments for sampling collection were also used: a manual auger and a shovel. Both scenarios were analyzed and the results achieved have allowed us to consider that monitoring forest soil in order to do some mathematical and statistical investigations needs a sampling procedure to data collection compatible to established protocols but a pre-defined grid assumption often fail when the variability of the soil property is not uniform in space. In this case, sampling grid should be conveniently adapted from one part of the landscape to another and this fact should be taken into consideration of a mathematical procedure.

Mathematical model for HIV dynamics in HIV-specific helper cells

In this paper we study a delay mathematical model for the dynamics of HIV in HIV-specific CD4 + T helper cells. We modify the model presented by Roy and Wodarz in 2012, where the HIV dynamics is studied, considering a single CD4 + T cell population. Non-specific helper cells are included as alternative target cell population, to account for macrophages and dendritic cells. In this paper, we include two types of delay: (1) a latent period between the time target cells are contacted by the virus particles and the time the virions enter the cells and; (2) virus production period for new virions to be produced within and released from the infected cells. We compute the reproduction number of the model, R0, and the local stability of the disease free equilibrium and of the endemic equilibrium. We find that for values of R0<1, the model approaches asymptotically the disease free equilibrium. For values of R0>1, the model approximates asymptotically the endemic equilibrium. We observe numerically the phenomenon of backward bifurcation for values of R0⪅1. This statement will be proved in future work. We also vary the values of the latent period and the production period of infected cells and free virus. We conclude that increasing these values translates in a decrease of the reproduction number. Thus, a good strategy to control the HIV virus should focus on drugs to prolong the latent period and/or slow down the virus production. These results suggest that the model is mathematically and epidemiologically well-posed.

Aplicação de um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) na expansão da rede de distribuição de energia elétrica em Angola

Em Angola, apenas cerca de 30% da população tem acesso à energia elétrica, nível que decresce para valores inferiores a 10% em zonas rurais mais remotas. Este problema é agravado pelo facto de, na maioria dos casos, as infraestruturas existentes se encontrarem danificadas ou não acompanharem o desenvolvimento da região. Em particular na capital angolana, Luanda que, sendo a menor província de Angola, é a que regista atualmente a maior densidade populacional. Com uma população de cerca de 5 milhões de habitantes, não só há frequentemente problemas relacionados com a falha do fornecimento de energia elétrica como há ainda uma percentagem considerável de municípios onde a rede elétrica ainda nem sequer chegou. O governo de Angola, no seu esforço de crescimento e aproveitamento das suas enormes potencialidades, definiu o setor energético como um dos fatores críticos para o desenvolvimento sustentável do país, tendo assumido que este é um dos eixos prioritários até 2016. Existem objetivos claros quanto à reabilitação e expansão das infraestruturas do setor elétrico, aumentando a capacidade instalada do país e criando uma rede nacional adequada, com o intuito não só de melhorar a qualidade e fiabilidade da rede já existente como de a aumentar. Este trabalho de dissertação consistiu no levantamento de dados reais relativamente à rede de distribuição de energia elétrica de Luanda, na análise e planeamento do que é mais premente fazer relativamente à sua expansão, na escolha dos locais onde é viável localizar novas subestações, na modelação adequada do problema real e na proposta de uma solução ótima para a expansão da rede existente. Depois de analisados diferentes modelos matemáticos aplicados ao problema de expansão de redes de distribuição de energia elétrica encontrados na literatura, optou-se por um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) que se mostrou adequado. Desenvolvido o modelo do problema, o mesmo foi resolvido por recurso a software de otimização Analytic Solver e CPLEX. Como forma de validação dos resultados obtidos, foi implementada a solução de rede no simulador PowerWorld 8.0 OPF, software este que permite a simulação da operação do sistema de trânsito de potências.

Nursing Home-Acquired Pneumonia Presenting at the Emergency Department

Nursing home-acquired pneumonia (NHAP) is one of the most common infections arising amongst nursing home residents, and its incidence is expected to increase as population ages. The NHAP recommendation for empiric broad-spectrum antibiotic therapy, arising from the concept of healthcare-associated pneumonia, has been challenged by recent studies reporting low rates of multidrug-resistant (MDR) bacteria. This single center study analyzes the results of NHAP patients admitted through the Emergency Department (ED) at a tertiary center during the year 2010. There were 116 cases, male gender corresponded to 34.5 % of patients and median age was 84 years old (IQR 77-90). Comorbidities were present in 69.8 % of cases and 48.3 % of patients had used healthcare services during the previous 90 days. In-hospital mortality rate was 46.6 % and median length-of-stay was 9 days. Severity assessment at the Emergency Department provided CURB65 index score and respective mortality (%) results: zero: n = 0; one: n = 7 (0 %); two: n = 18 (38.9 %); three: n = 26 (38.5 %); four: n = 30 (53.3 %); and five; n = 22 (68.2 %); and sepsis n = 50 (34.0 %), severe sepsis n = 43 (48.8 %) and septic shock n = 22 (72.7 %). Significant risk factors for in-hospital mortality in multivariate analysis were polypnea (p = 0.001), age ≥ 75 years (p = 0.02), and severe sepsis or shock (p = 0.03) at the ED. Microbiological testing in 78.4 % of cases was positive in 15.4 % (n = 15): methicillin-resistant Staphylococcus aureus (26.7 %), Pseudomonas aeruginosa (20.0 %), S. pneumoniae (13.3 %), Escherichia coli (13.3 %), others (26.7 %); the rate of MDR bacteria was 53.3 %. This study reveals high rates of mortality and MDR bacteria among NHAP hospital admissions supporting the use of empirical broad-spectrum antibiotic therapy in these patients.

Prognostic value of sentinel node biopsy in 327 prospective melanoma patients from a single institution

AIM: To confirm the accuracy of sentinel node biopsy (SNB) procedure and its morbidity, and to investigate predictive factors for SN status and prognostic factors for disease-free survival (DFS) and disease-specific survival (DSS). MATERIALS AND METHODS: Between October 1997 and December 2004, 327 consecutive patients in one centre with clinically node-negative primary skin melanoma underwent an SNB by the triple technique, i.e. lymphoscintigraphy, blue-dye and gamma-probe. Multivariate logistic regression analyses as well as the Kaplan-Meier were performed. RESULTS: Twenty-three percent of the patients had at least one metastatic SN, which was significantly associated with Breslow thickness (p<0.001). The success rate of SNB was 99.1% and its morbidity was 7.6%. With a median follow-up of 33 months, the 5-year DFS/DSS were 43%/49% for patients with positive SN and 83.5%/87.4% for patients with negative SN, respectively. The false-negative rate of SNB was 8.6% and sensitivity 91.4%. On multivariate analysis, DFS was significantly worsened by Breslow thickness (RR=5.6, p<0.001), positive SN (RR=5.0, p<0.001) and male sex (RR=2.9, p=0.001). The presence of a metastatic SN (RR=8.4, p<0.001), male sex (RR=6.1, p<0.001), Breslow thickness (RR=3.2, p=0.013) and ulceration (RR=2.6, p=0.015) were significantly associated with a poorer DSS. CONCLUSION: SNB is a reliable procedure with high sensitivity (91.4%) and low morbidity. Breslow thickness was the only statistically significant parameter predictive of SN status. DFS was worsened in decreasing order by Breslow thickness, metastatic SN and male gender. Similarly DSS was significantly worsened by a metastatic SN, male gender, Breslow thickness and ulceration. These data reinforce the SN status as a powerful staging procedure

Overexpression of GPC6 and TMEM132D in Early Stage Ovarian Cancer Correlates with CD8+ T-Lymphocyte Infiltration and Increased Patient Survival.

Infiltration of cytotoxic T-lymphocytes in ovarian cancer is a favorable prognostic factor. Employing a differential expression approach, we have recently identified a number of genes associated with CD8+ T-cell infiltration in early stage ovarian tumors. In the present study, we validated by qPCR the expression of two genes encoding the transmembrane proteins GPC6 and TMEM132D in a cohort of early stage ovarian cancer patients. The expression of both genes correlated positively with the mRNA levels of CD8A, a marker of T-lymphocyte infiltration [Pearson coefficient: 0.427 (p = 0.0067) and 0.861 (p < 0.0001), resp.]. GPC6 and TMEM132D expression was also documented in a variety of ovarian cancer cell lines. Importantly, Kaplan-Meier survival analysis revealed that high mRNA levels of GPC6 and/or TMEM132D correlated significantly with increased overall survival of early stage ovarian cancer patients (p = 0.032). Thus, GPC6 and TMEM132D may serve as predictors of CD8+ T-lymphocyte infiltration and as favorable prognostic markers in early stage ovarian cancer with important consequences for diagnosis, prognosis, and tumor immunobattling.

Analytical modelling of bacterial migration and accumulation with rate-limited sorption in discrete fractures

An analytical model for bacterial accumulation in a discrete fractllre has been developed. The transport and accumlllation processes incorporate into the model include advection, dispersion, rate-limited adsorption, rate-limited desorption, irreversible adsorption, attachment, detachment, growth and first order decay botl1 in sorbed and aqueous phases. An analytical solution in Laplace space is derived and nlln1erically inverted. The model is implemented in the code BIOFRAC vvhich is written in Fortran 99. The model is derived for two phases, Phase I, where adsorption-desorption are dominant, and Phase II, where attachment-detachment are dominant. Phase I ends yvhen enollgh bacteria to fully cover the substratllm have accllillulated. The model for Phase I vvas verified by comparing to the Ogata-Banks solution and the model for Phase II was verified by comparing to a nonHomogenous version of the Ogata-Banks solution. After verification, a sensitiv"ity analysis on the inpllt parameters was performed. The sensitivity analysis was condllcted by varying one inpllt parameter vvhile all others were fixed and observing the impact on the shape of the clirve describing bacterial concentration verSllS time. Increasing fracture apertllre allovvs more transport and thus more accllffilliation, "Vvhich diminishes the dllration of Phase I. The larger the bacteria size, the faster the sllbstratum will be covered. Increasing adsorption rate, was observed to increase the dllration of Phase I. Contrary to the aSSllmption ofllniform biofilm thickness, the accllffilliation starts frOll1 the inlet, and the bacterial concentration in aqlleous phase moving towards the olitiet declines, sloyving the accumulation at the outlet. Increasing the desorption rate, redllces the dliration of Phase I, speeding IIp the accllmlilation. It was also observed that Phase II is of longer duration than Phase I. Increasing the attachment rate lengthens the accliffililation period. High rates of detachment speeds up the transport. The grovvth and decay rates have no significant effect on transport, althollgh increases the concentrations in both aqueous and sorbed phases are observed. Irreversible adsorption can stop accllillulation completely if the vallIes are high.

Déterminants individuels et contextuels de la mortalité des enfants de moins de cinq ans en Afrique au sud du Sahara : analyse comparative des enquêtes démographiques et de santé

La santé des enfants demeure une question prioritaire en Afrique sub-saharienne. Les disparités en matière de mortalité entre pays et au sein des pays persistent et se sont fortement accrues durant la dernière décennie. En dépit de solides arguments théoriques voulant que les variables contextuelles soient des déterminants importants de la santé des enfants, ces facteurs, et particulièrement les influences du contexte local, ont été étudiées beaucoup moins souvent que les caractéristiques individuelles. L'objectif principal de la présente thèse est d’identifier les déterminants individuels et contextuels associés à la mortalité des enfants de moins de 5 ans en Afrique sub-saharienne. L’analyse systématique est basée sur les données les plus récentes des enquêtes démographiques et de santé (DHS/EDS). Deux questions spécifiques sont examinées dans cette thèse. La première évalue la mesure dans la quelle le contexte local affecte la mortalité infanto-juvénile, net des caractéristiques individuelles. La seconde question est consacrée à l’examen de l’effet du faible poids à la naissance sur le risque de décès avant 5 ans. Par rapport à la première question, les analyses multi-niveaux confirment pour plusieurs pays étudiés l’importance simultanée de l’environnement familial et du contexte local de résidence dans l’explication des différences de mortalité infanto-juvénile. Toutefois, par comparaison au contexte familial, l’ampleur de l’effet de l’environnement local paraît assez modeste. Il apparaît donc que le contexte familial reste un puissant déterminant de la mortalité des enfants de moins de 5 ans en Afrique sub-saharienne. Les résultats indiquent en outre que certains attributs du contexte local de résidence influencent le risque de décès des enfants avant 5 ans, au-delà des facteurs individuels dans plusieurs pays. Cette thèse confirme l’effet contextuel de l’éducation sur la mortalité des enfants. Cet effet s’ajoute, dans certains pays, à l'effet positif du niveau individuel d’éducation de la mère sur la survie de l'enfant. Les résultats montrent aussi que le degré d’homogénéité ethnique de la localité influence fortement la probabilité de mourir avant 5 ans dans certains pays. Globalement, les résultats de cette thèse suggèrent que le défi de réduire la mortalité des enfants va au-delà des stratégies visant uniquement les facteurs individuels, et nécessite une meilleure compréhension de l’influence des facteurs contextuels. Par rapport à la deuxième question, les résultats montrent également que les facteurs individuels restent aussi très importants dans l’explication des différences de mortalité des enfants dans plusieurs pays étudiés. Nos résultats indiquent que les différences de mortalité selon le poids à la naissance sont significatives dans tous les pays inclus dans l’analyse. Les enfants nés avec un faible poids (moins de 2500 grammes) courent presque 2 à 4 fois plus de risques de mourir au cours des cinq premières années de vie que les enfants de poids normal, même après correction pour l’hétérogénéité non observée. Ce résultat suggère qu’en plus des mesures visant à réduire la pauvreté et les inégalités de revenus, la réduction de l’incidence du faible poids à la naissance pourrait apporter une contribution majeure aux Objectifs du Millénaire pour le développement; spécialement comme une stratégie efficace pour réduire le niveau de mortalité parmi les enfants de moins de cinq ans.

Validation des modèles statistiques tenant compte des variables dépendantes du temps en prévention primaire des maladies cérébrovasculaires

L’intérêt principal de cette recherche porte sur la validation d’une méthode statistique en pharmaco-épidémiologie. Plus précisément, nous allons comparer les résultats d’une étude précédente réalisée avec un devis cas-témoins niché dans la cohorte utilisé pour tenir compte de l’exposition moyenne au traitement : – aux résultats obtenus dans un devis cohorte, en utilisant la variable exposition variant dans le temps, sans faire d’ajustement pour le temps passé depuis l’exposition ; – aux résultats obtenus en utilisant l’exposition cumulative pondérée par le passé récent ; – aux résultats obtenus selon la méthode bayésienne. Les covariables seront estimées par l’approche classique ainsi qu’en utilisant l’approche non paramétrique bayésienne. Pour la deuxième le moyennage bayésien des modèles sera utilisé pour modéliser l’incertitude face au choix des modèles. La technique utilisée dans l’approche bayésienne a été proposée en 1997 mais selon notre connaissance elle n’a pas été utilisée avec une variable dépendante du temps. Afin de modéliser l’effet cumulatif de l’exposition variant dans le temps, dans l’approche classique la fonction assignant les poids selon le passé récent sera estimée en utilisant des splines de régression. Afin de pouvoir comparer les résultats avec une étude précédemment réalisée, une cohorte de personnes ayant un diagnostique d’hypertension sera construite en utilisant les bases des données de la RAMQ et de Med-Echo. Le modèle de Cox incluant deux variables qui varient dans le temps sera utilisé. Les variables qui varient dans le temps considérées dans ce mémoire sont iv la variable dépendante (premier évènement cérébrovasculaire) et une des variables indépendantes, notamment l’exposition

Statistiques appliquées en chirurgie cardiaque adulte : analyses de survie et applications du “propensity score”

L'objectif principal de ce travail est d’étudier en profondeur certaines techniques biostatistiques avancées en recherche évaluative en chirurgie cardiaque adulte. Les études ont été conçues pour intégrer les concepts d'analyse de survie, analyse de régression avec “propensity score”, et analyse de coûts. Le premier manuscrit évalue la survie après la réparation chirurgicale de la dissection aigüe de l’aorte ascendante. Les analyses statistiques utilisées comprennent : analyses de survie avec régression paramétrique des phases de risque et d'autres méthodes paramétriques (exponentielle, Weibull), semi-paramétriques (Cox) ou non-paramétriques (Kaplan-Meier) ; survie comparée à une cohorte appariée pour l’âge, le sexe et la race utilisant des tables de statistiques de survie gouvernementales ; modèles de régression avec “bootstrapping” et “multinomial logit model”. L'étude a démontrée que la survie s'est améliorée sur 25 ans en lien avec des changements dans les techniques chirurgicales et d’imagerie diagnostique. Le second manuscrit est axé sur les résultats des pontages coronariens isolés chez des patients ayant des antécédents d'intervention coronarienne percutanée. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression avec “propensity score” ; algorithme complexe d'appariement (1:3) ; analyses statistiques appropriées pour les groupes appariés (différences standardisées, “generalized estimating equations”, modèle de Cox stratifié). L'étude a démontrée que l’intervention coronarienne percutanée subie 14 jours ou plus avant la chirurgie de pontages coronariens n'est pas associée à des résultats négatifs à court ou long terme. Le troisième manuscrit évalue les conséquences financières et les changements démographiques survenant pour un centre hospitalier universitaire suite à la mise en place d'un programme de chirurgie cardiaque satellite. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression multivariée “two-way” ANOVA (logistique, linéaire ou ordinale) ; “propensity score” ; analyses de coûts avec modèles paramétriques Log-Normal. Des modèles d’analyse de « survie » ont également été explorés, utilisant les «coûts» au lieu du « temps » comme variable dépendante, et ont menés à des conclusions similaires. L'étude a démontrée que, après la mise en place du programme satellite, moins de patients de faible complexité étaient référés de la région du programme satellite au centre hospitalier universitaire, avec une augmentation de la charge de travail infirmier et des coûts.

Étude numérique des origines hémodynamiques des oscillations dans des réseaux de capillaires

En simulant l’écoulement du sang dans un réseau de capillaires (en l’absence de contrôle biologique), il est possible d’observer la présence d’oscillations de certains paramètres comme le débit volumique, la pression et l’hématocrite (volume des globules rouges par rapport au volume du sang total). Ce comportement semble être en concordance avec certaines expériences in vivo. Malgré cet accord, il faut se demander si les fluctuations observées lors des simulations de l’écoulement sont physiques, numériques ou un artefact de modèles irréalistes puisqu’il existe toujours des différences entre des modélisations et des expériences in vivo. Pour répondre à cette question de façon satisfaisante, nous étudierons et analyserons l’écoulement du sang ainsi que la nature des oscillations observées dans quelques réseaux de capillaires utilisant un modèle convectif et un modèle moyenné pour décrire les équations de conservation de masse des globules rouges. Ces modèles tiennent compte de deux effets rhéologiques importants : l’effet Fåhraeus-Lindqvist décrivant la viscosité apparente dans un vaisseau et l’effet de séparation de phase schématisant la distribution des globules rouges aux points de bifurcation. Pour décrire ce dernier effet, deux lois de séparation de phase (les lois de Pries et al. et de Fenton et al.) seront étudiées et comparées. Dans ce mémoire, nous présenterons une description du problème physiologique (rhéologie du sang). Nous montrerons les modèles mathématiques employés (moyenné et convectif) ainsi que les lois de séparation de phase (Pries et al. et Fenton et al.) accompagnés d’une analyse des schémas numériques implémentés. Pour le modèle moyenné, nous employons le schéma numérique explicite traditionnel d’Euler ainsi qu’un nouveau schéma implicite qui permet de résoudre ce problème d’une manière efficace. Ceci est fait en utilisant une méthode de Newton- Krylov avec gradient conjugué préconditionné et la méthode de GMRES pour les itérations intérieures ainsi qu’une méthode quasi-Newton (la méthode de Broyden). Cette méthode inclura le schéma implicite d’Euler et la méthode des trapèzes. Pour le schéma convectif, la méthode explicite de Kiani et al. sera implémentée ainsi qu’une nouvelle approche implicite. La stabilité des deux modèles sera également explorée. À l’aide de trois différentes topologies, nous comparerons les résultats de ces deux modèles mathématiques ainsi que les lois de séparation de phase afin de déterminer dans quelle mesure les oscillations observées peuvent être attribuables au choix des modèles mathématiques ou au choix des méthodes numériques.

L’influence sur la longévité de l’exposition très tôt dans la vie à une épidémie au Québec à la fin du XIXe siècle

Plusieurs études ont démontré l’impact de divers facteurs sur l’espérance de vie, dont les caractéristiques liées à l’environnement dans l’enfance et à l’âge adulte. L’objectif principal de ce mémoire est de déterminer si l’exposition à une épidémie durant la période fœtale ou pendant la première année de vie a un impact sur la survie après 40 ans pour les Québécois nés entre 1885 et 1901. Durant cette période, nous avons relevé des épidémies de variole et de scarlatine, ainsi qu’une pandémie de grippe, la grippe russe. L’influence d’autres facteurs sur l’âge au décès est également étudiée, celle du sexe, de l’année et de la saison de naissance, du lieu de résidence à la naissance (urbain ou rural) et des régions d’habitation dans l’enfance et à l’âge adulte. Les données sur les Canadiens français nés au Québec à la fin du XIXe siècle, soit l’échantillon de 5% des ménages du recensement canadien de 1901 (Sager 2001) recueilli par le Canadian Families Project, jumelées aux dates de décès à partir de l’index des décès de 1926 à 1996 de l’Institut de la statistique du Québec (ISQ) et de la Société de généalogie du Québec (Pilon-Marien et al. 2009; Gagnon et Bohnert 2012) ont été analysées. Plus spécifiquement, nous avons effectué une analyse descriptive de la population étudiée, puis une analyse multivariée à l’aide de modèles de Cox et de modèles de Gompertz. Il en résulte qu’une exposition à une épidémie avant l’âge d’un an augmente significativement le risque de décéder après l’âge de 40 ans. L’exposition pendant la période fœtale a également un effet négatif sur la longévité, toutefois cet effet n’est pas significatif dans les modèles fournissant le meilleur ajustement aux données. Enfin, une naissance pendant une épidémie, donc une exposition in utero et durant la première année de vie n’a pas d’impact négatif significatif sur l’âge au décès pour ceux qui survivent jusqu’à 40 ans.