Identificação de danos estruturais via método de Monte Carlo com cadeias de Markov

O presente trabalho apresenta um estudo referente à aplicação da abordagem Bayesiana como técnica de solução do problema inverso de identificação de danos estruturais, onde a integridade da estrutura é continuamente descrita por um parâmetro estrutural denominado parâmetro de coesão. A estrutura escolhida para análise é uma viga simplesmente apoiada do tipo Euler-Bernoulli. A identificação de danos é baseada em alterações na resposta impulsiva da estrutura, provocadas pela presença dos mesmos. O problema direto é resolvido através do Método de Elementos Finitos (MEF), que, por sua vez, é parametrizado pelo parâmetro de coesão da estrutura. O problema de identificação de danos é formulado como um problema inverso, cuja solução, do ponto de vista Bayesiano, é uma distribuição de probabilidade a posteriori para cada parâmetro de coesão da estrutura, obtida utilizando-se a metodologia de amostragem de Monte Carlo com Cadeia de Markov. As incertezas inerentes aos dados medidos serão contempladas na função de verossimilhança. Três estratégias de solução são apresentadas. Na Estratégia 1, os parâmetros de coesão da estrutura são amostrados de funções densidade de probabilidade a posteriori que possuem o mesmo desvio padrão. Na Estratégia 2, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, determina-se regiões da viga potencialmente danificadas e os parâmetros de coesão associados à essas regiões são amostrados a partir de funções de densidade de probabilidade a posteriori que possuem desvios diferenciados. Na Estratégia 3, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, apenas os parâmetros associados às regiões identificadas como potencialmente danificadas são atualizados. Um conjunto de resultados numéricos é apresentado levando-se em consideração diferentes níveis de ruído para as três estratégias de solução apresentadas.

Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas envolvidas no metabolismo energético de carboidratos, lipídeos e da fosfocreatina. De forma geral, o estudo mostrou que a irradiação cardíaca prejudica o processo de síntese energética, conduzindo a um déficit da taxa respiratória mitocondrial como efeito tardio. Tal evento pode culminar em disfunções mecânicas no coração, caracterizando o desenvolvimento de doenças cardíacas radioinduzidas.

Dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose em camundongos suíços: metabolismo de carboidratos, fígado e tecido adiposo

A doença hepática gordurosa não alcoólica é uma desordem multifatorial causada principalmente por excesso nutricional e resistência à insulina, com prevalência estimada de 20-40% nos países ocidentais. A dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose pode influenciar no desenvolvimento da esteatose hepática associada à obesidade e a resistência à insulina. O fígado, por assumir papel central no controle metabólico, é um órgão alvo nos casos de excesso alimentar, ocasionando, principalmente, acúmulo de gotículas de gordura nos hepatócitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o início das alterações morfológicas e metabólicas no fígado e no tecido adiposo de camundongos suíços machos alimentados com dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose. Camundongos suíços machos aos três meses de idade foram divididos em quatro grupos nutricionais: dieta padrão (SC), dieta hiperlipídica (HF), dieta rica em sacarose (HSu) e dieta hiperlipídica rica em sacarose (HFHSu). Os animais receberam as respectivas dietas durante quatro semanas. A massa corporal, a ingestão alimentar e a tolerância oral à glicose foram avaliados. Ao sacrifício, o fígado e os depósitos de gordura corporal foram removidos e processados para análises histomorfométricas e moleculares. As amostras de sangue foram obtidas para análises bioquímicas plasmáticas. Os dados foram expressos como média e erro padrão da média e as diferenças foram testadas por one-way ANOVA com pós-teste de Holm-Sidak, e foi considerado o nível de significância de p<0,05. Os grupos HF e HFHSu apresentaram-se mais pesados quando comparados aos grupos SC e HSu. Os animais dos grupos HF, HSu e HFHSu apresentaram intolerância à glicose, esteatose hepática e aumento de triglicerídeos hepáticos quando comparados ao grupo SC (p<0,0005). Adicionalmente, houve elevação na expressão hepática das proteínas transportador de glicose 2 (GLUT-2), proteína de ligação ao elemento regulador do esterol 1-c (SREBP1-c), fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK), glicose -6- fosfatase (G6PASE), substrato do receptor da insulinaI-1 (IRS-1) e proteína quinase B (AKt/ou PKB) e redução da expressão no fígado do receptor ativador de proliferação peroxissomal (PPAR-α) nos grupos experimentais em comparação com o grupo SC (p<0,0005). A administração de dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose promoveu intolerância à glicose e danos hepáticos (hepatomegalia, esteatose, redução da beta-oxidação, aumento na lipogênese e na produção de glicose) em camundongos machos adultos.

The Western Pacific Fishery Information Network: A Fisheries Information System

The Western Pacific Fishery Information Network (WPACFlN) is an intergovernmental agency cooperative program sponsored by the National Marine Fisheries Service (NMFS) to help participating island fisheries agencies carry out data collection, analysis, reporting programs, and data management activities to better support fisheries management under the Magnuson Fishery Conservation and Management Act; and to help meet local fisheries information and management needs. The WPACFlN is the central source of information for Federal fisheries management of most fisheries in American Samoa, Guam, and the Northern Mariana Islands, and it plays an important role in acquiring fisheries data in Hawaii. This paper describes the development and status of this fishery information system.

Estudo do metabolismo mitocondrial e da resposta anti-apoptótica de células endoteliais humanas durante a evolução da infecção por taquizoítos de Toxoplasma gondii

A toxoplasmose é uma zoonose amplamente distribuída que afeta mais de um terço da população mundial e de grande importância na saúde pública. A maioria das infecções em humanos por Toxoplasma gondii é assintomática. A toxoplasmose é amplamente investigada visto que se apresenta como uma doença grave em pessoas imunodeprimidas (portadores da síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA), não tratados, indivíduos transplantados, paciente em tratamento quimioterápico ou em uso de drogas supressoras e gestantes). A toxoplasmose congênita frequentemente pode levar ao aborto espontâneo ou até mesmo resultar na formação de crianças com algum grau de atraso no desenvolvimento mental e/ou físicos, deste modo, a transmissão congênita pode ser muito mais importante do que se pensava, pois os parasitos encontrados na circulação sanguinea são capazes de infectar as células endoteliais dos vasos e os tecidos circunjacentes, podendo resultar no encistamento do T. gondii. Atualmente a toxoplasmose vem sendo investigada devido a sua associação a inúmeras outras doenças, assim, estudos sobre a evolução da infecção por T. gondii em diferentes tipos de células hospedeiras se fazem necessários para uma abordagem terapêutica adequada. Ao invadir a célula hospedeira o parasito possui a capacidade de recrutar as mitocôndrias promovendo mudanças na organização mitocondrial ao longo da progressão da infecção, garantindo um ambiente favorável a sua multiplicação. Diante disso, investigamos se o parasito possui a capacidade de interferir no metabolismo mitocondrial e na resposta apoptótica da célula endotelial. O presente trabalho teve como objetivo analisar o metabolismo mitocondrial através da respirometria de alta-resolução e da resposta apoptótica através do western blotting das células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) infectadas por 2, 6 e 20 horas por taquizoítos de T. gondii. A respirometria de alta-resolução revelou que o parasito interfere no metabolismo energético da célula hospedeira. A análise do conteúdo de proteínas da família Bcl-2 por western blotting revelou maior estímulo apoptótico no tempo inicial de infecção, quando comparado aos demais tempos. Os resultados dos conteúdos de caspase 3, proteína efetora da apoptose, não demonstrou diferença nos tempos iniciais de infecção Entretanto, em tempos mais tardios, o conteúdo de caspase 3 mostrou-se significativamente aumentado quando comparado às HUVEC não infectadas. A dinâmica de replicação do parasito foi observada através do monitoramento pelo sistema Time-Lapse Nikon BioStation IMQ em tempo real das células infectadas por T.gondii. Portanto, nossos resultados sugerem que o protozoário ao recrutar as mitocôndrias da célula hospedeira interfere no metabolismo mitocondrial e na modulação da apoptose para garantir um ambiente favorável a sua multiplicação.

Avaliação do efeito do inibidor de histona deacetilase Panobinostat (LBH589) no metabolismo energético de células derivadas de câncer de pulmão

Os mecanismos de ação citotóxica do inibidor de histona deacetilase LBH589 foram investigados em associação com o quimioterápico cisplatina (CDDP) em duas linhagens derivadas de câncer de pulmão de não pequenas células (CPNPC). Os resultados foram analisados em relação ao tipo de morte celular associada às alterações em enzimas relacionadas ao metabolismo energético e a via glicolítica. Para realização do trabalho, foram utilizadas as linhagens tumorais A549 (selvagem para o gene de p53) e Calu-1 (nulo para o gene de p53) tratadas com LBH589 em combinação ou não com CDDP. Foram realizadas curvas de tempo e dose-resposta com as drogas isoladamente pelo ensaio de viabilidade celular (MTT) nas duas linhagens para a escolha das melhores condições para o nosso estudo. As condições dos tratamentos isolados com redução da viabilida celular menores que o IC50 de cada fármaco foram selecionados para realização dos tratamentos combinados. As avaliações de apoptose foram realizadas por citometria de fluxo pelo ensaio de Anexina V/PI, e com a marcação de proteínas por Western Blotting. As proteínas relacionadas a via glicolítica foram avaliadas por Western Blotting e a expressão de RNAm por qPCR. Os resultados demonstraram que o LBH589 combinado a CDDP foi capaz de induzir apoptose em 70% das células (Calu-1) e 54,9% (A549) no tempo de 24 horas, e 90% (calu-1) e 62,1% (A549) em 48 horas, independendo, portanto, do status da p53. Os níveis de expressão de enzimas relacionadas com o metabolismos energético também sofreram alterações nos tratamentos estudados. O LBH589 induziu aumento de cerca de 4x dos níveis de RNAm de HK isoformas I e II em ambas as linhagens. Houve também um aumento na expressão proteica das isoformas de HK I e II. Outras enzimas relacionadas a via glicolítica como PFKP, PKM2 e LDHA foram analisadas e apresentaram redução da expressão proteica, principalmente na presença do LBH589. A combinação da CDDP com LBH589 parece ser promissora para o tratamento de CPNPC induzindo apoptose através de alterações no metabolismo energético tumoral.

Avaliação do custo-efetividade da incorporação do Espectômetro de Massa em Tandem no Programa Nacional de Triagem Neonatal no Brasil para diagnóstico da Fenilcetonúria e MCAD.

A Espectrometria de Massa em Tandem (MS/MS) é mundialmente considerada padrão ouro para a Triagem Neonatal (TN) de Erros Inatos do Metabolismo (IEM). Além de apresentar melhor sensibilidade e especificidade possibilita rastrear uma vasta gama de IEM usando um único teste. Atualmente o Programa Nacional de Triagem Neonatal (PNTN) rastreia cinco doenças (Fenilcetonúria, Hipotiroidismo Congênito, Fibrose Cística, Hemoglobinopatias e Deficiência da Biotinidase). Uma das metas do PNTN é o aprimoramento e a incorporação de novas doenças e/ou tecnologias. Com a recente recomendação da CONITEC (Comissão Nacional de Incorporação de Tecnologias) para aquisição do MS/MS para diagnóstico de doenças raras, vislumbra-se o incremento desta tecnologia para ampliação de doenças triadas, melhora da qualidade do teste diagnóstico, corroborando para melhorar qualidade de vida das crianças acometidas pelos EIM. Este trabalho teve como objetivo realizar uma análise de custo efetividade, para incorporação da tecnologia de tandem MS/MS na triagem neonatal, sob a perspectiva do SUS. Desta maneira buscou-se comparar diferentes cenários da TN com a tecnologia atualmente utilizada (Fluorimetria) somente para Fenilcetonúria (PKU), e com MS/MS para rastreio da PKU e da Deficiência de Cadeia Média Acyl-Coenzima Desidrogenase (MCAD). Para tanto construiu-se um modelo matemático de decisão baseados em cadeias de Markov que simulou a TN da PKU e da MCAD, bem como a história natural da MCAD. Foi acompanhada uma coorte hipotética de cem mil recém-nascidos. O horizonte temporal adotado foi a expectativa de vida da população brasileira de 78 anos de acordo com IBGE. Utilizou-se uma taxa de desconto de 5% para os custos e consequências clínicas para ambos os cenários propostos. Quando incorporado o MS/MS para triagem da PKU os ganhos em saúde continuaram os mesmos, pois o desempenho do MS/MS e da Fluorimetria foram praticamente iguais (efetividade), porém o custo incremental foi quatro vezes maior para a mesma efetividade, o que torna o MS/MS somente para PKU não custo efetiva (dominada). No entanto, quando analisado o cenário do MS/MS para triagem da PKU e da MCAD o custo incremental do MS/MS no PNTN foi menor por causa da economia feita uma vez que é possível realizar ambos os testes no mesmo o teste do pezinho atual.

Efeitos transgeracionais da restrição materna de vitamina D em camundongos: rim e metabolismo da glicose

A vitamina D, atualmente, é relacionada também ao metabolismo da glicose e o desenvolvimento de órgãos. Fêmeas de camundongos suíços (F0) foram alimentadas por uma das dietas experimentais: SC (dieta padrão) ou VitD- (dieta sem vitamina D). A prole de machos foi estudada nas idades: nascimento, 10 dias, desmame e seis meses, nas gerações F1 e F2. Avaliou-se a biometria [Massa Corporal (MC), Comprimento nasoanal (CNA) e Pressão Arterial (PA)], urina de 24 horas, glicemia e Teste Oral de Tolerância à Glicose (TOTG). Durante a eutanásia, o sangue foi coletado para análise bioquímica e os tecidos foram removidos para análise estereológica, morfométrica e Western blotting (WB). Não houve diferença de MC ao nascimento. Ao desmame, o grupo F2-VitD- teve maior MC que F2-SC (P=0,03) e aos seis meses, os grupos F1 e F2-VitD- tiveram MC mais elevada (P<0,05 vs SC). A PA foi crescente na prole VitD-, sendo maior em F1-VitD- (P=0,001). A glicemia e TOTG foram alterados somente na F1-VitD-, seguida de esteatose hepática (+99%), hipertrofia da ilhota pancreática (+40%) e elevação do triglicerídeo sanguíneo (P<0,01). O WB de fígado mostrou elevação de FAS (+18%, P<0,01), no grupo com esteatose. Curiosamente, embora a F2-VitD- tenha apresentado elevação de MC, somente o colesterol total fora alterado (P<0,05). Quanto à nefrogênese, houve 50% mais glomérulos imaturos em F1-VitD- que F1-SC (P<0,0001). Porém, na F2 houve aumento somente de 20% (P<0,001). Aos 10 dias, F1-VitD- teve 150% mais glomérulos imaturos e 25% mais glomérulos maduros que SC-F1 (P<0,0001). O WB de rim mostrou que a prole F1-VitD- apresentou maior expressão de renina, ao desmame e aos seis meses, enquanto que a expressão de podocina foi reduzida (P=0,0004). Não houve diferença na análise de WT1. A restrição materna em vitamina D altera a morfologia do pâncreas e fígado, com resistência à insulina, altera a expressão renal de importantes fatores, assim como retarda a maturação glomerular estendendo o período da nefrogênese, principalmente na geração F1.

Development of low entropy coding in a recurrent network.

In this paper we present an unsupervised neural network which exhibits competition between units via inhibitory feedback. The operation is such as to minimize reconstruction error, both for individual patterns, and over the entire training set. A key difference from networks which perform principal components analysis, or one of its variants, is the ability to converge to non-orthogonal weight values. We discuss the network's operation in relation to the twin goals of maximizing information transfer and minimizing code entropy, and show how the assignment of prior probabilities to network outputs can help to reduce entropy. We present results from two binary coding problems, and from experiments with image coding.

A guide to monitoring reef fish in the National Park Service's South Florida/Caribbean Network

Reef fishes are conspicuous and essential components of coral reef ecosystems and economies of southern Florida and the United States Virgin Islands (USVI). Throughout Florida and the USVI, reef fish are under threat from a variety of anthropogenic and natural stressors including overfishing, habitat loss, and environmental changes. The South Florida/Caribbean Network (SFCN), a unit of the National Park Service (NPS), is charged with monitoring reef fishes, among other natural and cultural resources, within six parks in the South Florida - Caribbean region (Biscayne National Park, BISC; Buck Island Reef National Monument, BUIS; Dry Tortugas National Park, DRTO; Everglades National Park, EVER; Salt River Bay National Historic Park and Ecological Preserve, SARI; Virgin Islands National Park, VIIS). Monitoring data is intended for park managers who are and will continue to be asked to make decisions to balance environmental protection, fishery sustainability and park use by visitors. The range and complexity of the issues outlined above, and the need for NPS to invest in a strategy of monitoring, modeling, and management to ensure the sustainability of its precious assets, will require strategic investment in long-term, high-precision, multispecies reef fish data that increases inherent system knowledge and reduces uncertainty. The goal of this guide is to provide the framework for park managers and researchers to create or enhance a reef fish monitoring program within areas monitored by the SFCN. The framework is expected to be applicable to other areas as well, including the Florida Keys National Marine Sanctuary and Virgin Islands Coral Reef National Monument. The favored approach is characterized by an iterative process of data collection, dataset integration, sampling design analysis, and population and community assessment that evaluates resource risks associated with management policies. Using this model, a monitoring program can adapt its survey methods to increase accuracy and precision of survey estimates as new information becomes available, and adapt to the evolving needs and broadening responsibilities of park management.

Spatial and temporal analysis of bottlenose dolphin strandings in South Carolina, 1992-2005

This CD contains summary data of bottlenose dolphins stranded in South Carolina using a Geographical Information System (GIS) and contains two published manuscripts in .pdf files. The intent of this CD is to provide data on bottlenose dolphin strandings in South Carolina to marine mammal researchers and managers. This CD is an accumulation of 14 years of stranding data collected through the collaborations of the National Ocean Service, Center for Coastal Environmental Health and Biomolecular Research (CCEHBR), the South Carolina Department of Natural Resources, and numerous volunteers and veterinarians that comprised the South Carolina Marine Mammal Stranding Network. Spatial and temporal information can be visually represented on maps using GIS. For this CD, maps were created to show relationships of stranding densities with land use, human population density, human interaction with dolphins, high geographical regions of live strandings, and seasonal changes. Point maps were also created to show individual strandings within South Carolina. In summary, spatial analysis revealed higher densities of bottlenose dolphin strandings in Charleston and Beaufort Counties, which consist of urban land with agricultural input. This trend was positively correlated with higher human population levels in these coastal counties as compared with other coastal counties. However, spatial analysis revealed that certain areas within a county may have low human population levels but high stranding density, suggesting that the level of effort to respond to strandings is not necessarily positively correlated with the density of strandings in South Carolina. Temporal analysis revealed a significantly higher density of bottlenose dolphin strandings in the northern portion of the State in the fall, mostly due to an increase of neonate strandings. On a finer geographic scale, seasonal stranding densities may fluctuate depending on the region of interest. Charleston Harbor had the highest density of live bottlenose dolphin strandings compared to the rest of the State. This was due in large part to the number of live dolphin entanglements in the crab pot fishery, the largest source of fishery-related mortality for bottlenose dolphins in South Carolina (Burdett and McFee 2004). Spatial density calculations also revealed that Charleston and Beaufort accounted for the majority of dolphins that were involved with human activities. 1

Flux and sources of nutrients in the Mississippi-Atchafalaya River Basin: Topic 3 Report for the Integrated Assessment on Hypoxia in the Gulf of Mexico.

Ths report addresses the following two questions: 1) What are the loads (flux) of nutrients transported from the Mississippi-Atchafalaya River Basin to the Gulf of Mexico, and where do they come from within the basin? 2) What is the relative importance of specific human activities, such as agriculture, point-source discharges, and atmospheric deposition in contributing to these loads? These questions were addressed by first estimating the flux of nutrients from the Mississippi-Atchafalaya River Basin and about 50 interior basins in the Mississippi River system using measured historical streamflow and water quality data. Annual nutrient inputs and outputs to each basin were estimated using data from the National Agricultural Statistics Service, National Atmospheric Deposition Program, and point-source data provided by the USEPA. Next, a nitrogen mass balance was developed using agricultural statistics, estimates of nutrient cycling in agricultural systems, and a geographic information system. Finally, multiple regression models were developed to estimate the relative contributions of the major input sources to the flux of nitrogen and phosphorus to the Gulf of Mexico.

Report of 2009 Bottlenose Dolphin (Tursiops truncatus) Life History Workshop: expanding network capabilities

The Virginia Aquarium & Marine Science Center Foundation’s Stranding Response Program (VAQS) was awarded a grant in 2008 to conduct life history analysis on over 10 years of Tursiops truncatus teeth and gonad samples from stranded animals in Virginia. A major part of this collaborative grant included a workshop involving life historians from Hubbs-Sea World Research Institute (HSWRI), NOS, Texas A & M University (TAMU), and University of North Carolina Wilmington (UNCW). The workshop was held at the NOAA Center for Coastal Environmental Health & Biomolecular Research in Charleston, SC on 7-9 July 2009. The workshop convened to 1) address current practices among the groups conducting life history analysis, 2) decide on protocols to follow for the collaborative Prescott grant between VAQS and HSWRI, 3) demonstrate tissue preparation techniques and discuss shortcuts and pitfalls, 4) demonstrate data collection from prepared testes, ovaries, and teeth, and 5) discuss data analysis and prepare an outline and timeline for a future manuscript. The workshop concluded with discussions concerning the current collaborative Tursiops Life History Prescott grant award and the beginnings of a collaborative Prescott proposal with members of the Alliance of Marine Mammal Parks and Aquariums to further clarify reproductive analyses. This technical memorandum serves as a record of this workshop.

Competitive training in hidden Markov models

The use of hidden Markov models is placed in a connectionist framework, and an alternative approach to improving their ability to discriminate between classes is described. Using a network style of training, a measure of discrimination based on the a posteriori probability of state occupation is proposed, and the theory for its optimization using error back-propagation and gradient ascent is presented. The method is shown to be numerically well behaved, and results are presented which demonstrate that when using a simple threshold test on the probability of state occupation, the proposed optimization scheme leads to improved recognition performance.