Heart rate recovery after exercise: relations to heart rate variability and complexity

Physical exercise is associated with parasympathetic withdrawal and increased sympathetic activity resulting in heart rate increase. The rate of post-exercise cardiodeceleration is used as an index of cardiac vagal reactivation. Analysis of heart rate variability (HRV) and complexity can provide useful information about autonomic control of the cardiovascular system. The aim of the present study was to ascertain the association between heart rate decrease after exercise and HRV parameters. Heart rate was monitored in 17 healthy male subjects (mean age: 20 years) during the pre-exercise phase (25 min supine, 5 min standing), during exercise (8 min of the step test with an ascending frequency corresponding to 70% of individual maximal power output) and during the recovery phase (30 min supine). HRV analysis in the time and frequency domains and evaluation of a newly developed complexity measure - sample entropy - were performed on selected segments of heart rate time series. During recovery, heart rate decreased gradually but did not attain pre-exercise values within 30 min after exercise. On the other hand, HRV gradually increased, but did not regain rest values during the study period. Heart rate complexity was slightly reduced after exercise and attained rest values after 30-min recovery. The rate of cardiodeceleration did not correlate with pre-exercise HRV parameters, but positively correlated with HRV measures and sample entropy obtained from the early phases of recovery. In conclusion, the cardiodeceleration rate is independent of HRV measures during the rest period but it is related to early post-exercise recovery HRV measures, confirming a parasympathetic contribution to this phase.

Pressure-induced dissociation of casein micelles: size distribution and effect of temperature

Pressure-induced dissociation of a turbid solution of casein micelles was studied in situ in static and dynamic light scattering experiments. We show that at high pressure casein micelles decompose into small fragments comparable in size to casein monomers. At intermediate pressure we observe particles measuring 15 to 20 nm in diameter. The stability against pressure dissociation increased with temperature, suggesting enhanced hydrophobic contacts. The pressure transition curves are biphasic, compatible with a temperature (but not pressure)-dependent conformational equilibrium of two micelle species. Our thermodynamic model predicts an increase in structural entropy with temperature.

Spectral and symbolic analysis of the effect of gender and postural change on cardiac autonomic modulation in healthy elderly subjects

The objective of this study was to use linear and non-linear methods to investigate cardiac autonomic modulation in healthy elderly men and women in response to a postural change from the supine to the standing position. Fourteen men (66.1 ± 3.5 years) and 10 women (65.3 ± 3.3 years) were evaluated. Beat-to-beat heart rate was recorded in the supine and standing positions. Heart rate variability was studied by spectral analysis, including both low (LFnu-cardiac sympathetic modulation (CSM) indicator) and high (HFnu-cardiac vagal modulation (CVM) indicator) frequencies in normalized units as well as the low frequency/high frequency (LF/HF) ratio. Symbolic analysis was performed using the following indexes: 0V% (CSM indicator), 1V% (CSM and CVM indicators), 2LV% (predominantly CVM indicator) and 2ULV% (CVM indicator). Shannon entropy was also calculated. Men presented higher LFnu and LF/HF ratio and lower HFnu and 1V% symbolic index (57.56, 4.14, 40.53, 45.96, respectively) than women (24.60, 0.45, 72.47, 52.69, respectively) in the supine position. Shannon entropy was higher among men (3.53) than among women (3.33) in the standing position, and also increased according to postural change in men (3.25; 3.53). During postural change, the LFnu (24.60; 49.85) and LF/HF ratio (0.45; 1.72) increased, with a concomitant decrease in HFnu (72.47; 47.56) and 2LV% (14.10; 6.95) in women. Women presented increased CSM in response to postural change and had higher CVM and lower CSM than men in the supine position. In conclusion, women in the age range studied presented a more appropriate response to a postural change than men, suggesting that cardiac autonomic modulation may be better preserved in women than in men.

Linear and nonlinear analysis of heart rate variability in healthy subjects and after acute myocardial infarction in patients

The objectives of this study were to evaluate and compare the use of linear and nonlinear methods for analysis of heart rate variability (HRV) in healthy subjects and in patients after acute myocardial infarction (AMI). Heart rate (HR) was recorded for 15 min in the supine position in 10 patients with AMI taking β-blockers (aged 57 ± 9 years) and in 11 healthy subjects (aged 53 ± 4 years). HRV was analyzed in the time domain (RMSSD and RMSM), the frequency domain using low- and high-frequency bands in normalized units (nu; LFnu and HFnu) and the LF/HF ratio and approximate entropy (ApEn) were determined. There was a correlation (P < 0.05) of RMSSD, RMSM, LFnu, HFnu, and the LF/HF ratio index with the ApEn of the AMI group on the 2nd (r = 0.87, 0.65, 0.72, 0.72, and 0.64) and 7th day (r = 0.88, 0.70, 0.69, 0.69, and 0.87) and of the healthy group (r = 0.63, 0.71, 0.63, 0.63, and 0.74), respectively. The median HRV indexes of the AMI group on the 2nd and 7th day differed from the healthy group (P < 0.05): RMSSD = 10.37, 19.95, 24.81; RMSM = 23.47, 31.96, 43.79; LFnu = 0.79, 0.79, 0.62; HFnu = 0.20, 0.20, 0.37; LF/HF ratio = 3.87, 3.94, 1.65; ApEn = 1.01, 1.24, 1.31, respectively. There was agreement between the methods, suggesting that these have the same power to evaluate autonomic modulation of HR in both AMI patients and healthy subjects. AMI contributed to a reduction in cardiac signal irregularity, higher sympathetic modulation and lower vagal modulation.

Early detection of metabolic and energy disorders by thermal time series stochastic complexity analysis

Maintenance of thermal homeostasis in rats fed a high-fat diet (HFD) is associated with changes in their thermal balance. The thermodynamic relationship between heat dissipation and energy storage is altered by the ingestion of high-energy diet content. Observation of thermal registers of core temperature behavior, in humans and rodents, permits identification of some characteristics of time series, such as autoreference and stationarity that fit adequately to a stochastic analysis. To identify this change, we used, for the first time, a stochastic autoregressive model, the concepts of which match those associated with physiological systems involved and applied in male HFD rats compared with their appropriate standard food intake age-matched male controls (n=7 per group). By analyzing a recorded temperature time series, we were able to identify when thermal homeostasis would be affected by a new diet. The autoregressive time series model (AR model) was used to predict the occurrence of thermal homeostasis, and this model proved to be very effective in distinguishing such a physiological disorder. Thus, we infer from the results of our study that maximum entropy distribution as a means for stochastic characterization of temperature time series registers may be established as an important and early tool to aid in the diagnosis and prevention of metabolic diseases due to their ability to detect small variations in thermal profile.

Moisture adsorption characteristics of ginger slices

The moisture adsorption characteristics of dried ginger slices was studied to determine the effect of storage conditions on moisture adsorption for the purpose of shelf life prediction, selection of appropriate packaging materials, evaluate the goodness-of-fit of sorption models, and determine the thermodynamics of moisture adsorption for application in drying. There was a highly significant effect (p < 0.05) of water activity (a w), temperature, and pre-treatment on the equilibrium moisture content (EMC) of the dried ginger slices. At constant a w, the EMC decreased as temperature increased. The EMC of all samples increased as the a w increased at constant temperature. The sorbed moisture of the unpeeled ginger slices was higher than the peeled while those of unblanched samples were higher than the blanched. Henderson equation allows more accurate predictions about the isotherms with the lowest %RMS, and therefore, it describes best the adsorption data followed by GAB, Oswin, and Halsey models in that order. The monolayer moisture generally decreased with temperature for all samples. The isosteric heat decreased with moisture content approaching the asymptotic value or the latent heat of vaporization of pure water (∆Hst = 0) while the entropy of sorption was observed to increase with moisture content.

Thermodynamic properties of water sorption of jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam.) as a function of moisture content

The Jackfruit tree is one of the most significant trees in tropical home gardens and perhaps the most widespread and useful tree in the important genus Artocarpus. The fruit is susceptible to mechanical and biological damage in the mature state, and some people find the aroma of the fruit objectionable, particularly in confined spaces. The dehydration process could be an alternative for the exploitation of this product, and the relationship between moisture content and water activity provides useful information for its processing and storage. The aim of this study was to determine the thermodynamic properties of the water sorption of jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam.) as a function of moisture content. Desorption isotherms of the different parts of the jackfruit (pulp, peduncle, mesocarp, peel, and seed) were determined at four different temperatures (313.15, 323.15, 333.15, and 343.15 K) in a water activity range of 0.02-0.753 using the static gravimetric method. Theoretical and empirical models were used to model the desorption isotherms. An analytical solution of the Clausius-Clapeyron equation was proposed to calculate the isosteric heat of sorption, the differential entropy, and Gibbs' free energy using the Guggenhein-Anderson-de Boer and Oswin models considering the effect of temperature on the hygroscopic equilibrium.

Kinetic, thermodynamic properties, and optimization of barley hydration

The hydration kinetics of five barley cultivars was studied at six different temperatures ranging from 10 to 35 ºC for 32 hours applying the Peleg model. Response Surface was used to describe dynamic of the process and identify the hydration time for each cultivar. The activation energy (Ea), enthalpy (ΔH*), entropy (ΔS*), and Gibbs free energy (ΔG*) were estimated from the adjusted parameters and Arrhenius equation. Temperature had significant effect on the hydration of the five cultivars. At low temperatures, the stabilization time for hydration was faster. Peleg constants K1 and K2 decreased with increasing temperature. The cultivar BRS BRAU showed the lowest value of initial absorption rate (R0 = 0.149 kg.h-1) at 10 ºC, while the cultivar BRS BOREMA had the highest value of R0 (0.367 kg.h-1 at 35 ºC). The equilibrium moisture content (Me) increased with increasing temperature. The cultivars BRS CAUE and BRS BRAU showed the lowest values of Ea, ΔH*, ΔS* showed negative values, and ΔG* increased with increasing temperature, confirming the effect of temperature on hydration.

Study of thermodynamic water properties and moisture sorption hysteresis of mango skin

The equilibrium moisture content for adsorption and desorption isotherms of mango skin was determined using the static gravimetric method at temperatures of 20, 26, 33, 38 and 44 oC in the 0.056 to 0.873 water activity range. Both sorption curves show a decrease in equilibrium moisture content as the temperature increasing. The hysteresis effect was observed at constant water activity. The Guggenheim, Anderson, and de Boer (GAB) model presented the best fitting accuracy among a group of models and was used to determine the thermodynamic properties of water sorption. Integral enthalpy and integral entropy areas showed inverted values for the adsorption and desorption isotherms over the wide range of water activity studied. These values confirm, in energetic terms, the difference between adsorption and desorption isotherms observed in the hysteresis phenomenon. Finally, the Gibbs free energy revealed that the sorption process was spontaneous for both sorption isotherms.

Historicidade, entropia e não-linearidade: algumas aplicações possíveis na Ciência Econômica

The objective of this paper is to definite Historicity in Economic Sciences applying the principles of Entropy and methodological indeterminism. This implies the definition of two kinds of economic universes: one characterized by ergodicity and reversibility of Time and processes and the other by the opposite properties. The first part will deal with the construction of the subject of study and the nature of the proper analysis to these two universes. Taking such dichotomy into account, the second part will examine its implications as regards to the nature of equilibrium, the properties of stability and instability and the closure of the systems.

A speculative systems model of the dynamic interaction among students, faculty and administration in the community college, with particular reference to intrinsic motivation and the teacher-administrator interface

The challenge the community college faces in helping meet the needs of the living open system of society is examined in this study. It is postulated that internalization student outcomes are required by society to reduce entropy and remain self-renewing. Such behavior is characterized as having an intrinsically motivated energy source and displays the seeking and conquering of challenge, the development of reflective knowledge and skill, full use of all capabilities, internal control, growth orientation, high self-esteem, relativistic thinking and competence. The development of a conceptual systems model that suggests how transactions among students, faculty and administration might occur to best meet the needs of internalization outcomes in students, and intrinsic motivation in faculty is a major purpose of this study. It is a speculative model that is based on a synthesis of a wide variety of variables. Empirical evidence, theoretical considerations, and speculative ideas are gathered together from researchers and theoretici.ans who are working on separate answers to questions of intrinsic motivation, internal control and environments that encourage their development. The model considers the effect administrators·have on faculty anq the corresponding effect faculty may have on students. The major concentration is on the administrator--teacher interface.For administrators the model may serve as a guide in planning effective transactions, and establishing system goals. The teacher is offered a means to coordinate actions toward a specific overall objective, and the administrator, teacher and researcher are invited to use the model to experiment, innovate, verify the assumptions on which the model is based, and raise additional hypotheses. Goals and history of the community colleges in Ontario are examined against current problems, previous progress and open system thinking. The nature of the person as a five part system is explored with emphasis on intrinsic motivation. The nature, operation, conceptualization, and value of this internal energy source is reviewed in detail. The current state of society, education and management theory are considered and the value of intrinsically motivating teaching tasks together with "system four" leadership style are featured. Evidence is reviewed that suggests intrinsically motivated faculty are needed, and "system four" leadership style is the kind of interaction-influence system needed to nurture intrinsic motivation in faculty.

New conserved vorticity integrals for moving surfaces in multi-dimensional fluid flow

For inviscid fluid flow in any n-dimensional Riemannian manifold, new conserved vorticity integrals generalizing helicity, enstrophy, and entropy circulation are derived for lower-dimensional surfaces that move along fluid streamlines. Conditions are determined for which the integrals yield constants of motion for the fluid. In the case when an inviscid fluid is isentropic, these new constants of motion generalize Kelvin’s circulation theorem from closed loops to closed surfaces of any dimension.

Étude des aimants quantiques et supraconducteurs non conventionnels

Une première partie de ce mémoire portera sur l’analyse des états fondamentaux ma- gnétiques de deux composés isolants et magnétiquement frustrés SrDy2O4 et SrHo2O4. Une étude de la chaleur spécifique à basse température sous l’effet de champs magné- tiques de ces échantillons a été menée afin de détecter la présence de transitions de phases. L’utilisation d’un composé isotructurel non magnétique, le SrLu2O4, a permis l’isolement de la composante magnétique à la chaleur spécifique. Les comportements observés sont non conformes avec les transitions magnétiques conventionnelles. De plus, le calcul de l’entropie magnétique ne montre qu’un recouvrement partiel de l’entropie associée à un système d’ions magnétiques. En second lieu, une analyse des oscillations quantiques de Haas-van Alphen a été effectuée dans le LuCoIn5, composé apparenté au supraconducteur à fermions lourds CeCoIn5. Les résultats obtenus montrent une topologie de la surface de Fermi très différente comparativement aux CeCoIn5 et LaCoIn5, ayant un comportement beaucoup plus tridimensionnel sans les cylindres caractéristiques présents chez les autres membres de cette famille. Finalement, le montage d’un système de détection PIXE a permis l’analyse nucléaire d’échantillons afin de déterminer la concentration de chacun des éléments les constituant. L’analyse a été effectuée sur une série d’échantillons YbxCe1−xCoIn5 dont le changement de concentration a des effets importants sur les propriétés du système.

Synthesis and characterization of main-chain bile acid-based degradable polymers

Les acides biliaires sont des composés naturels existants dans le corps humain. Leur biocompatibilité, leur caractère amphiphile et la rigidité de leur noyau stéroïdien, ainsi que l’excellent contrôle de leurs modifications chimiques, en font de remarquables candidats pour la préparation de matériaux biodégradables pour le relargage de médicaments et l'ingénierie tissulaire. Nous avons préparé une variété de polymères à base d’acides biliaires ayant de hautes masses molaires. Des monomères macrocycliques ont été synthétisés à partir de diènes composés de chaînes alkyles flexibles attachées à un noyau d'acide biliaire via des liens esters ou amides. Ces synthèses ont été réalisées par la fermeture de cycle par métathèse, utilisant le catalyseur de Grubbs de première génération. Les macrocycles obtenus ont ensuite été polymérisés par ouverture de cycle, entropiquement induite le catalyseur de Grubbs de seconde génération. Des copolymères ont également été préparés à partir de monolactones d'acide ricinoléique et de monomères cycliques de triester d’acide cholique via la même méthode. Les propriétés thermiques et mécaniques et la dégradabilité de ces polymères ont été étudiées. Elles peuvent être modulées en modifiant les différents groupes fonctionnels décorant l’acide biliaire et en ayant recours à la copolymérisation. La variation des caractéristiques physiques de ces polymères biocompatibles permet de moduler d’autres propriétés utiles, tel que l’effet de mémoire de forme qui est important pour des applications biomédicales.

Applicabilité de la texture couleur à la différentiation des classes d’occupation du territoire sur des images satellitales multispectrales

La texture est un élément clé pour l’interprétation des images de télédétection à fine résolution spatiale. L’intégration de l’information texturale dans un processus de classification automatisée des images se fait habituellement via des images de texture, souvent créées par le calcul de matrices de co-occurrences (MCO) des niveaux de gris. Une MCO est un histogramme des fréquences d’occurrence des paires de valeurs de pixels présentes dans les fenêtres locales, associées à tous les pixels de l’image utilisée; une paire de pixels étant définie selon un pas et une orientation donnés. Les MCO permettent le calcul de plus d’une dizaine de paramètres décrivant, de diverses manières, la distribution des fréquences, créant ainsi autant d’images texturales distinctes. L’approche de mesure des textures par MCO a été appliquée principalement sur des images de télédétection monochromes (ex. images panchromatiques, images radar monofréquence et monopolarisation). En imagerie multispectrale, une unique bande spectrale, parmi celles disponibles, est habituellement choisie pour générer des images de texture. La question que nous avons posée dans cette recherche concerne justement cette utilisation restreinte de l’information texturale dans le cas des images multispectrales. En fait, l’effet visuel d’une texture est créé, non seulement par l’agencement particulier d’objets/pixels de brillance différente, mais aussi de couleur différente. Plusieurs façons sont proposées dans la littérature pour introduire cette idée de la texture à plusieurs dimensions. Parmi celles-ci, deux en particulier nous ont intéressés dans cette recherche. La première façon fait appel aux MCO calculées bande par bande spectrale et la seconde utilise les MCO généralisées impliquant deux bandes spectrales à la fois. Dans ce dernier cas, le procédé consiste en le calcul des fréquences d’occurrence des paires de valeurs dans deux bandes spectrales différentes. Cela permet, en un seul traitement, la prise en compte dans une large mesure de la « couleur » des éléments de texture. Ces deux approches font partie des techniques dites intégratives. Pour les distinguer, nous les avons appelées dans cet ouvrage respectivement « textures grises » et « textures couleurs ». Notre recherche se présente donc comme une analyse comparative des possibilités offertes par l’application de ces deux types de signatures texturales dans le cas spécifique d’une cartographie automatisée des occupations de sol à partir d’une image multispectrale. Une signature texturale d’un objet ou d’une classe d’objets, par analogie aux signatures spectrales, est constituée d’une série de paramètres de texture mesurés sur une bande spectrale à la fois (textures grises) ou une paire de bandes spectrales à la fois (textures couleurs). Cette recherche visait non seulement à comparer les deux approches intégratives, mais aussi à identifier la composition des signatures texturales des classes d’occupation du sol favorisant leur différentiation : type de paramètres de texture / taille de la fenêtre de calcul / bandes spectrales ou combinaisons de bandes spectrales. Pour ce faire, nous avons choisi un site à l’intérieur du territoire de la Communauté Métropolitaine de Montréal (Longueuil) composé d’une mosaïque d’occupations du sol, caractéristique d’une zone semi urbaine (résidentiel, industriel/commercial, boisés, agriculture, plans d’eau…). Une image du satellite SPOT-5 (4 bandes spectrales) de 10 m de résolution spatiale a été utilisée dans cette recherche. Puisqu’une infinité d’images de texture peuvent être créées en faisant varier les paramètres de calcul des MCO et afin de mieux circonscrire notre problème nous avons décidé, en tenant compte des études publiées dans ce domaine : a) de faire varier la fenêtre de calcul de 3*3 pixels à 21*21 pixels tout en fixant le pas et l’orientation pour former les paires de pixels à (1,1), c'est-à-dire à un pas d’un pixel et une orientation de 135°; b) de limiter les analyses des MCO à huit paramètres de texture (contraste, corrélation, écart-type, énergie, entropie, homogénéité, moyenne, probabilité maximale), qui sont tous calculables par la méthode rapide de Unser, une approximation des matrices de co-occurrences, c) de former les deux signatures texturales par le même nombre d’éléments choisis d’après une analyse de la séparabilité (distance de Bhattacharya) des classes d’occupation du sol; et d) d’analyser les résultats de classification (matrices de confusion, exactitudes, coefficients Kappa) par maximum de vraisemblance pour conclure sur le potentiel des deux approches intégratives; les classes d’occupation du sol à reconnaître étaient : résidentielle basse et haute densité, commerciale/industrielle, agricole, boisés, surfaces gazonnées (incluant les golfs) et plans d’eau. Nos principales conclusions sont les suivantes a) à l’exception de la probabilité maximale, tous les autres paramètres de texture sont utiles dans la formation des signatures texturales; moyenne et écart type sont les plus utiles dans la formation des textures grises tandis que contraste et corrélation, dans le cas des textures couleurs, b) l’exactitude globale de la classification atteint un score acceptable (85%) seulement dans le cas des signatures texturales couleurs; c’est une amélioration importante par rapport aux classifications basées uniquement sur les signatures spectrales des classes d’occupation du sol dont le score est souvent situé aux alentours de 75%; ce score est atteint avec des fenêtres de calcul aux alentours de11*11 à 15*15 pixels; c) Les signatures texturales couleurs offrant des scores supérieurs à ceux obtenus avec les signatures grises de 5% à 10%; et ce avec des petites fenêtres de calcul (5*5, 7*7 et occasionnellement 9*9) d) Pour plusieurs classes d’occupation du sol prises individuellement, l’exactitude dépasse les 90% pour les deux types de signatures texturales; e) une seule classe est mieux séparable du reste par les textures grises, celle de l’agricole; f) les classes créant beaucoup de confusions, ce qui explique en grande partie le score global de la classification de 85%, sont les deux classes du résidentiel (haute et basse densité). En conclusion, nous pouvons dire que l’approche intégrative par textures couleurs d’une image multispectrale de 10 m de résolution spatiale offre un plus grand potentiel pour la cartographie des occupations du sol que l’approche intégrative par textures grises. Pour plusieurs classes d’occupations du sol un gain appréciable en temps de calcul des paramètres de texture peut être obtenu par l’utilisation des petites fenêtres de traitement. Des améliorations importantes sont escomptées pour atteindre des exactitudes de classification de 90% et plus par l’utilisation des fenêtres de calcul de taille variable adaptées à chaque type d’occupation du sol. Une méthode de classification hiérarchique pourrait être alors utilisée afin de séparer les classes recherchées une à la fois par rapport au reste au lieu d’une classification globale où l’intégration des paramètres calculés avec des fenêtres de taille variable conduirait inévitablement à des confusions entre classes.