Analysis and optimization of stress wave propagation in two-dimensional granular crystals with defects

Granular crystals are compact periodic assemblies of elastic particles in Hertzian contact whose dynamic response can be tuned from strongly nonlinear to linear by the addition of a static precompression force. This unique feature allows for a wide range of studies that include the investigation of new fundamental nonlinear phenomena in discrete systems such as solitary waves, shock waves, discrete breathers and other defect modes. In the absence of precompression, a particularly interesting property of these systems is their ability to support the formation and propagation of spatially localized soliton-like waves with highly tunable properties. The wealth of parameters one can modify (particle size, geometry and material properties, periodicity of the crystal, presence of a static force, type of excitation, etc.) makes them ideal candidates for the design of new materials for practical applications. This thesis describes several ways to optimally control and tailor the propagation of stress waves in granular crystals through the use of heterogeneities (interstitial defect particles and material heterogeneities) in otherwise perfectly ordered systems. We focus on uncompressed two-dimensional granular crystals with interstitial spherical intruders and composite hexagonal packings and study their dynamic response using a combination of experimental, numerical and analytical techniques. We first investigate the interaction of defect particles with a solitary wave and utilize this fundamental knowledge in the optimal design of novel composite wave guides, shock or vibration absorbers obtained using gradient-based optimization methods.

Participação do L-NAME, da L-arginina e da N-acetilcisteína no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos

O óxido nítrico (NO) constitui um dos mais importantes mediadores intra e extracelulares e tem sido descrita sua participação tanto em processos biológicos como patológicos. Nosso objetivo foi verificar se o aumento ou a diminuição do óxido nítrico apresenta um efeito benéfico na proteção do tecido pulmonar no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos. Para tanto, utilizamos o L-NAME (inibidor do NO), a L-arginina (substrato para a formação do NO) e os comparamos com a N-acetilcisteína (utilizada no tratamento da DPOC). Foram utilizados 65 camundongos C57BL/6 machos. Cinquenta animais foram divididos em grupos controle, fumaça de cigarro (FC), fumaça de cigarro + L-NAME (FC+LN), fumaça de cigarro + L-arginina (FC+LA), fumaça de cigarro + N-acetilcisteína (FC+NAC) (n=10, por grupo). Durante sessenta dias 40 animais foram expostos a 12 cigarros comerciais por dia, 3 vezes ao dia. Os grupos controle e FC foram submetidos à gavagens orogástricas com o veículo. Os grupos FC+LN, FC+LA, FC+NAC receberam gavagens diárias de L-NAME (60 mg/kg), L-arginina (120 mg/kg) ou NAC (200 mg/kg) respectivamente. Quinze animais (n = 5, por grupo) foram expostos ao ar ambiente e tratados apenas com L-NAME, L-arginina e NAC. Realizamos a análise do perfil das células do lavado broncoalveolar após o sacrifício. O pulmão direito foi removido para as análises histológicas do alargamento dos espaços aéreos determinado pela medida do diâmetro alveolar médio (Lm) e da densidade de superfície (Sv) dos septos alveolares. Os pulmões esquerdos foram removidos e homogeneizados para a as análises da atividade enzimática (SOD, CAT e MPO) e do sistema glutationa (GSH/GSSG), para a análise dos valores de nitrito e da expressão de 4-HNE, MMP-12, NE, TIMP-1, TIMP-2. Nossos resultados apontam que o L-NAME tem uma ação voltada para a matriz extracelular (via protease-antiprotease), enquanto que a L-arginina possui uma ação voltada para os oxidantes, assim como a NAC. Porém a NAC atua aumentando os níveis de glutationa, o que interfere diretamente nos oxidantes (via oxidante-antioxidante), enquanto a L-arginina interfere aumentando o burden oxidativo concomitante a um aumento da velocidade de ação dos oxidantes o que aumenta as células inflamatórias, mas diminui seu tempo de ação permitindo uma maior proteção. Concluímos que tanto o favorecimento para a produção e liberação do NOatravés da administração da L-arginina quanto a inibição do NOpela utilização do L-NAME foi eficiente na proteção do pulmão, apesar de não terem alcançado um resultado tão bom quanto a NAC.

A via L-arginina-óxido nítrico em plaquetas de adolescente com obesidade e síndrome metabólica

A prevalência da obesidade e da síndrome metabólica (SM) vem aumentando dramaticamente em jovens e está se tornando um problema de saúde pública na maioria dos países desenvolvidos e em desenvolvimento. Tanto a obesidade quanto a SM aumentam o número de pacientes expostos ao risco de doença cardiovascular. Estudos recentes mostram que uma redução na biodisponipilidade de óxido nítrico (NO) é um dos principais fatores que contribui para a ação deletéria da insulina nos vasos de pacientes adultos com obesidade e SM. O NO, potente vasodilatador e anti-agregante plaquetário, tem como precursor o aminoácido catiônico L-arginina que é transportado para o interior das plaquetas através do carreador y+L. Uma família de enzimas denominadas NO sintases (NOS) catalisa a oxidação da L-arginina em NO e L-citrulina e é composta de três isoformas: neuronal (nNOS), induzível (iNOS) e endotelial (eNOS). Os objetivos principais do presente estudo são de investigar diferentes etapas da via L-arginina-NO em plaquetas associando agregação plaquetária, concentração plasmática de L-arginina, estresse oxidativo, marcadores metabólicos, hormonais, clínicos e inflamatórios em pacientes adolescentes com obesidade e SM. Foram incluídos no estudo trinta adolescentes, sendo dez com obesidade, dez com SM, e dez controles saudáveis pareados por idade, sexo e classificação de Tanner (controles: n= 10, 15.6 0.7 anos; obesos: n= 10, 15 0.9 anos; SM: n= 10, 14.9 0.8 anos). O transporte de L-arginina (pmol/109céls/min) através do sistema y+L estava diminuído nos pacientes com SM (18.4 3.8) e obesidade (20.8 4.7), comparados aos controles (52.3 14.8). Houve uma correlação positiva do influxo de L-arginina via sistema y+L com os níveis de HDL-Colesterol. Por outro lado, foi encontrada uma correlação negativa do influxo de L-arginina com os níveis de insulina, os índices Homa IR, relacionado a RI, Homa Beta, relacionado a função da célula beta e também com os índices de Leptina. Em relação a produção de NO, a obesidade e a SM não afetaram a atividade e expressão das enzimas NOS. A atividade da superóxido dismutase (SOD), através da mensuração da inibição da auto-oxidação da adrenalina, mostrou diferença significativa nas plaquetas de pacientes com obesidade (4235 613,2 nMol/mg de proteína), quando comparada aos controles (1011 123,6 nmol/mg de proteína) e SM (1713 267,7 nmol/mg de proteína). A nível sistêmico, foi também evidenciada uma ativação desta enzima anti-oxidante no soro de pacientes obesos, em relação aos controles. A peroxidação lipídica avaliada pelas substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) estava inalterada no soro dos pacientes e controles. Estes resultados sugerem que o transporte de L-arginina diminuído nas plaquetas de adolescentes obesos e com SM pode ser um marcador precoce de disfunção plaquetária. A alteração desta via correlaciona-se com a resistência à insulina e hiperinsulinemia. A contribuição deste estudo e de fatores que possam ser precocemente identificados pode diminuir o risco cardiovascular na vida adulta desta população de pacientes.

A via L-arginina-óxido nítrico no transtorno depressivo e sua associação com a função plaquetária e o estresse oxidativo

O transtorno depressivo (TD) é um fator de risco cardiovascular independente que apresenta elevada morbi-mortalidade. Recentes evidências sugerem a participação do óxido nítrico (NO), potente vasodilatador e anti-agregante plaquetário, na patogênese de doenças cardiovasculares e psiquiátricas. A síntese do NO ocorre através da conversão do aminoácido L-arginina em L-citrulina e NO, pela ação da enzima NO sintase (NOS). Esta tese aborda o papel da via L-arginina-NO em plaquetas de pacientes com TD e sua associação com a função plaquetária e estresse oxidativo. Para análise comportamental da depressão em modelo animal, foi utilizado o modelo de estresse pós-natal de separação única (SMU). Os animais foram divididos em quatro grupos para a realização do estudo: Grupo Controle Sedentário (GCS), Grupo Controle Exercício (GCE), Grupo SMU Sedentário (SMUS) e Grupo SMU Exercício (SMUE). O treinamento físico (TF) dos animais englobou 8 semanas, com duração de 30 minutos e uma velocidade de treinamento estabelecida pelo teste máximo (TE). Para o estudo em humanos, 10 pacientes com TD com score Hamilton: 201, (média de idade: 384anos), foram pareados com 10 indivíduos saudáveis (média de idade: 383anos). Os estudos em humanos e animais foram aprovados pelos Comitês de Ética: 1436 - CEP/HUPE e CEUA/047/2010, respectivamente. Foi mensurado em humanos e em animais: transporte de L-arginina, concentração GMPc, atividade das enzimas NOS e superóxido dismutase (SOD) em plaquetas e cortisol sistêmico. Experimentos realizados somente em humanos: expressão das enzimas NOS, arginase e guanilato ciclase através de Western Blotting. A agregação plaquetária foi induzida por colágeno e foi realizada análise sistêmica de proteína C-reativa, fibrinogênio e L-arginina. Para o tratamento estatístico utilizou-se três testes estatísticos para avaliar as diferenças das curvas de sobrevida: Kaplan-Meier, e os testes de Tarone-Ware e Peto-Prentice. Em humanos, houve uma redução do transporte de L-arginina, da atividade das enzimas NOS e SOD, e da concentração de GMPc em plaquetas, e nas concentrações plasmáticas de L-arginina no grupo com TD em relação ao grupo controle. Foi observado um aumento dos níveis plasmáticos de fibrinogênio no TD. Esses resultados demonstram uma inibição da via L-arginina-NO-GMPc e da enzima anti-oxidante SOD em pacientes com TD sem afetar a função plaquetária. Em relação ao TF, para o modelo animal, foram encontradas alterações iniciais quanto à distância percorrida e tempo de execução do TE entre os grupos controles e o grupos SMUs, apresentando estes últimos menores valores para o TE. Após 8 semanas de TF, verificou-se um maior influxo no transporte de L-arginina para o SMUE em comparação ao grupo SMUS. As diferenças observadas para o tempo e a distância percorrida no TE inicial entre os grupos controle e no modelo de estresse foram revertidas após as 8 semanas de TF, demonstrando o efeito benéfico do exercício físico na capacidade cardiorespiratória em modelos de depressão.

Stress and load calculation for unknown building

Not available.

Temperature and stress tuning characteristics of long-period gratings imprinted in Panda fiber

Temperature and stress tunabilities of long-period Bragg gratings imprinted in Panda fiber are presented in this letter. It is shown that the temperature and strain response of the resonance peaks for fast and slow axes are different not only in their magnitudes but also in the signs of the slope. Furthermore, the characteristics for different order modes are different both in magnitudes and signs. The complicated phenomena are discussed by using a simplified model.