Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Behavioral expression of emotions and non-invasive assessment of physiological correlates in dogs (Canis familiaris)

The aim of this thesis was to validate the use of infrared thermography (IRT) to non-invasively measure emotional reactions to different situations in pet dogs (Canis familiaris). A preliminary test, aimed to evaluate the correlation between eye-temperature and rectal temperature in dog, was performed. Then, in three different situations, negative (veterinary visit), positive (palatable food rewards), and mildly stressing followed by mildly positive (separation from and reunion with the owner), variations in heat emitted from lacrimal caruncle (referred to as eye temperature) were measured with an infrared thermographic camera. In addition, heart rate and heart rate variability parameters were collected using a non-invasive heart rate monitor designed for human use and validated on dogs. All experiments were video recorded to allow behavioral coding. During the negative situation dogs’ level of activity and stress related behaviors varied across compared to the baseline and dogs showed an increase in eye temperature despite having a significant decrease in the level of activity. The positive situation was characterized by a peak in eye temperature and mean HR and dogs engaged in behaviors indicating a positive arousal, focusing on food treats and tail wagging but there were not variations in HRV during stimulation but only an increment in SDNN immediately after the stimulus. In the separation from and reunion with the owner dogs’ eye temperature and mean HR did not vary neither in the stressful nor in the positive situations, RMSSD increased after the positive episode, SDNN dropped during the two stimulations and it increased after the stimulations. During the separation from the owner dogs were mainly directed to the door or to the experimenter while during the reunion with the owner dogs were focused mainly on the owner and on the environment, exhibiting safe base effect. A different approach was used to assess the welfare of shelter dogs. Dogs were implanted with a telemeter and after implantation dogs were housed in sequence in four different situations lasting 1 week: alone, alone with toys and a stretch cot for sleeping, with an unknown, spayed, female, and alone with a daily 2-hours interaction with an experimenter. Two different approaches were tried: partially random extracted fragments from every week, behaviors from 8 a.m. to 4 p.m. were continuous during baseline and the female situation. Results showed different reactions by dogs to the different situations and interestingly not all enrichments were enjoyed by the dogs improving their welfare. Overall results suggest that IRT may represent a useful tool to investigate emotional reactions in dogs. Nevertheless, further research is needed to establish the specificity and sensivity of IRT in this context and to assess how different dogs’ characteristics, breed, previous experience and the valence and arousal elicited by the stimulus could influence the magnitude and type of the response. The role of HRV in understanding emotional valence and the one of telemeters in understanding long-term effects on sheltered dogs’ welfare is also discussed.

Temperamento divergente em bovinos está associado à alteração no amaciamento de carne e atividade inibitória de calpastatina

Embora muitos avanços tenham ocorrido no entendimento dos fatores que afetam a maciez, a incidência de carne dura ainda é significativa. Animais mais reativos apresentam carnes mais duras, porém o mecanismo que determina este efeito ainda não foi estabelecido. Presume-se que o maior estresse nos animais reativos aumente a atividade de calpastatina afetando o amaciamento post mortem. Com objetivo de testar esta hipótese, foram avaliadas correlações da força de cisalhamento (FC), temperamento e temperatura corporal obtida de noventa e seis novilhos Nelore castrados, com cerca de 20 meses de idade. O temperamento foi baseado nas variáveis velocidade de fuga (VF) e escore de tronco (ET) avaliadas 3 - 4 semanas antes do abate (Manejo 1) e 2 dias pré-abate (Manejo 2). A análise de componentes principais com as variáveis de temperamento obtidas em ambos os manejos resultou em dois índices: índice de temperamento (IT) e índice de habituação (IH). Estes índices apresentaram maior correlação com a FC do que a VF. O IH apresentou correlação negativa e positiva com FC e pH (P < 0,05), respectivamente. A temperatura retal foi positivamente correlacionada com IT e negativamente com FC. A termografia infravermelho de várias regiões corporais apresentou correlações baixas com IT ou FC. Dois grupos divergentes quanto à FC (extremos da população para FC), cada qual com 6 novilhos, foram comparados para variáveis de temperamento, expressão dos genes CAPN1, CAST, CAST1 e CAST2, e características de carne. O grupo de alta FC (AFC) apresentou maior (P< 0,05) VF, ET, IT e índice de temperamento com base na média da VF e ET (ITM). Os grupos de AFC e baixa FC (BFC) não diferiram (P > 0,05) para comprimento de sarcômero e pH final, mas tiveram diferenças no amaciamento post mortem, com diferenças em maciez que persistiram em todos os tempos de maturação (2, 16 e 30 dias post mortem; P < 0,05). O grupo AFC apresentou maior atividade inibitória de calpastatina total 48 h post mortem medida no M. triceps brachii (P < 0,05), embora diferenças não tenham sido observadas no M. longissimus lumborum (P > 0,05). No entanto, o grupo AFC teve no M. longissimus maior expressão de CAST do que o grupo de BFC (P < 0,05). Em conclusão, temperamentos divergentes têm impacto na atividade de calpastatina que influência o amaciamento post mortem.

Efeitos do transporte e do tempo de espera no bem-estar e na qualidade de carne de cordeiros

Com este estudo objetivou-se avaliar os níveis de estresse e a qualidade de carne de cordeiros mestiços Santa Inês x Dorper, submetidos a transporte de percurso curto (duas horas) e longo (seis horas) e em dois períodos de espera pré-abate (12 ou 24 horas). Foram utilizados 32 cordeiros com 127 ± 7 dias de idade e 30,4 ± 2,1 kg de peso vivo. Antes de serem submetidos aos períodos de transporte, os animais estavam alocados em baias coletivas e receberam ração concentrada (farelo de soja e milho, calcário calcítico e núcleo com monensina), bagaço úmido de citros e capim Napier (Pennisetum purpureum) e água ad libitum. Foram realizadas avaliações de reatividade dos animais no momento do embarque, desembarque e durante a contenção dos animais para as colheitas de sangue, urina e temperatura ocular por termografia infravermelho. Durante o período de espera pré-abate, realizou-se a colheita de dados comportamentais dos animais. Foram avaliadas as concentrações de cortisol no soro, na urina e as concentrações de haptoglobina no soro nos períodos que antecederam a insensibilização, assim como no momento do abate. Os animais apresentaram baixa reatividade durante todos os manejos. Houve diferença significativa no comportamento dos cordeiros durante os períodos de espera (P < 0,05) que durante as 12 horas apresentaram frequência de comportamentos que indicaram bem-estar favorável, enquanto que o período de transporte não afetou (P > 0,05). Os níveis de cortisol no soro mantiveram-se semelhantes da saída dos animais para o transporte até o final do período de espera (P > 0,05), enquanto houve oscilação dessas concentrações no cortisol na urina (P < 0,05), com pico no desembarque dos animais de duas horas de transporte e diminuição ao final do período de descanso. Os níveis de haptoglobina mantiveram-se semelhantes da colheita realizada antes do transporte, no embarque e no desembarque (P > 0,05) e diminuíram no final do período de espera pré-abate (P < 0,05). A temperatura ocular elevou-se no embarque e no desembarque dos animais, com diminuição da temperatura ao final do período de espera (P < 0,05). No momento do abate, foi observado aumento das concentrações de haptoglobina (P < 0,05), enquanto não houve alteração nas concentrações de cortisol no soro (P > 0,05). Animais que permaneceram por 24 horas de espera pré-abate apresentaram maior força de cisalhamento e menor luminosidade (L*) e intensidade de amarelo (b*). As variáveis comportamentais foram pouco afetadas pelos períodos de transporte e de espera pré-abate, porém o período de 12 horas de espera favoreceu a qualidade da carne

Termografía infrarroja aplicada en cúpulas históricas: identificación y análisis de sistemas constructivos

El uso específico de la termografía infrarroja como técnica no destructiva permite el estudio de sistemas constructivos en edificios históricos (caracterización de materiales, disposición constructiva o identificación de elementos originales). Así, se muestra una aplicación práctica en templos en la provincia de Alicante construidos entre finales del siglo XVII y principios del xix, donde se analiza la complementariedad de las imágenes termográficas de 140 cúpulas (junto con datos recopilados in situ, dibujos originales y levantamiento de planos) como herramienta de estudio en fases de análisis previas a una restauración. En conclusión, la investigación detalla una aplicación termográfica al estudio de distintos aspectos como el reconocimiento de materiales empleados (90,71 % ladrillo macizo, 6,43 % ladrillo hueco y 2,86 % piedra), variaciones de espesor interior y exterior (75,71 % perfil apuntado, 17,86 % perfil semiesférico y 6,43 % perfil rebajado), caracterización de grietas/fisuras (estado de conservación) e identificación de cúpulas originales (96,43 %) o restauradas (3,57 %).

Validation of stress indicators for the assessment of animal welfare and prediction of pork meat quality variation at commercial level

Les procédures appliquées avant l’abattage des animaux influencent directement la qualité de la viande en modulant l’état physiologique des porcs; ainsi, l’augmentation de la température corporelle, les taux élevés de lactate sanguin et l’épuisement des réserves de glycogène entre autres, occasionnent la majorité des baisses de qualité. L’objectif de cette thèse était de valider des outils indicateurs de stress porcin pour les fermes et les abattoirs. Ceux-ci seraient appliqués à la surveillance du bien-être animal et à la prédiction de variation de qualité de la viande porcine au niveau commercial. Premierement, les résultats de la thèse ont permis de conclure qu’un des outils développés (analyseur portatif de lactate) mesure la variation du niveau de lactate sanguin associé à l’état physiologique des porcs dans la phase péri-mortem et aide à expliquer la variation de la qualité de la viande chez le porc à l’abattoir, en particulier dans les muscles du jambon. Deuxièmement, les résultats des audits du bien-être animal appliqués de la ferme à l’abattoir ont démontré que la qualité du système d’élevage à la ferme d’origine et les compétences du chauffeur de camion sont d’importants critères affectant la réponse comportementale des porcs à la manipulation avant l’abattage. Ces résultats ont également démontré que les conditions de logement à la ferme (la faible densité et l’enrichissement dans les enclos), le comportement des porcs en période pré-abattage (glissade), ainsi que les interventions du manipulateur (utilisation du bâton électrique) dans la zone d’étourdissement de l’abattoir affectent négativement la variation de la qualité de la viande. L’application des protocoles d’audits dans la filière porcine a également démontré que le respect des critères de bien-être animal fixés par un outil de vérification est primordiale et permet de contrôler les conditions de bien-être des porcs à chaque étape de la période pré-abattage, de produire une viande de qualité supérieure et de réduire les pertes. Les audits de bien-être animal sont donc un outil qui apporte des resultats très pertinents pour aider a éviter les variations de la qualité de la viande chez le porc. Troisièmement, la thermographie infrarouge s’est avéré être une technique prometteuse permettant d’évaluer la variation de température corporelle de l’animal pendant et après un stress physique, en particulier lorsque cette mesure est prise derrière les oreilles. En conclusion, les outils validés à travers cette thèse représentent des méthodologies non invasives et potentiellement complémentaires à d’autres approches d’évaluation de l’état physiologique et du bien-être animal par rapport au stress, permettant de réduire les pertes de qualité de viande (par exemple en utilisation conjointe avec le niveau de lactate sanguin et les indicateurs de stress comportemental, entre autres).

A STUDY OF HEAT TRANSFER AND FLOW CHARACTERISTICS OF RISING TAYLOR BUBBLES

Practical application of flow boiling to ground- and space-based thermal management systems hinges on the ability to predict the system’s heat removal capabilities under expected operating conditions. Research in this field has shown that the heat transfer coefficient within two-phase heat exchangers can be largely dependent on the experienced flow regime. This finding has inspired an effort to develop mechanistic heat transfer models for each flow pattern which are likely to outperform traditional empirical correlations. As a contribution to the effort, this work aimed to identify the heat transfer mechanisms for the slug flow regime through analysis of individual Taylor bubbles. An experimental apparatus was developed to inject single vapor Taylor bubbles into co-currently flowing liquid HFE 7100. The heat transfer was measured as the bubble rose through a 6 mm inner diameter heated tube using an infrared thermography technique. High-speed flow visualization was obtained and the bubble film thickness measured in an adiabatic section. Experiments were conducted at various liquid mass fluxes (43-200 kg/m2s) and gravity levels (0.01g-1.8g) to characterize the effect of bubble drift velocity on the heat transfer mechanisms. Variable gravity testing was conducted during a NASA parabolic flight campaign. Results from the experiments showed that the drift velocity strongly affects the hydrodynamics and heat transfer of single elongated bubbles. At low gravity levels, bubbles exhibited shapes characteristic of capillary flows and the heat transfer enhancement due to the bubble was dominated by conduction through the thin film. At moderate to high gravity, traditional Taylor bubbles provided small values of enhancement within the film, but large peaks in the wake heat transfer occurred due to turbulent vortices induced by the film plunging into the trailing liquid slug. Characteristics of the wake heat transfer profiles were analyzed and related to the predicted velocity field. Results were compared and shown to agree with numerical simulations of colleagues from EPFL, Switzerland. In addition, a preliminary study was completed on the effect of a Taylor bubble passing through nucleate flow boiling, showing that the thinning thermal boundary layer within the film suppressed nucleation, thereby decreasing the heat transfer coefficient.

FLOW REGIME DRIVEN THERMAL ENHANCEMENT IN INTERNALLY-GROOVED TUBES

Internally-grooved refrigeration tubes maximize tube-side evaporative heat transfer rates and have been identified as a most promising technology for integration into compact cold plates. Unfortunately, the absence of phenomenological insights and physical models hinders the extrapolation of grooved-tube performance to new applications. The success of regime-based heat transfer correlations for smooth tubes has motivated the current effort to explore the relationship between flow regimes and enhanced heat transfer in internally-grooved tubes. In this thesis, a detailed analysis of smooth and internally-grooved tube data reveals that performance improvement in internally-grooved tubes at low-to-intermediate mass flux is a result of early flow regime transition. Based on this analysis, a new flow regime map and corresponding heat transfer coefficient correlation, which account for the increased wetted angle, turbulence, and Gregorig effects unique to internally-grooved tubes, were developed. A two-phase test facility was designed and fabricated to validate the newly-developed flow regime map and regime-based heat transfer coefficient correlation. As part of this setup, a non-intrusive optical technique was developed to study the dynamic nature of two-phase flows. It was found that different flow regimes result in unique temporally varying film thickness profiles. Using these profiles, quantitative flow regime identification measures were developed, including the ability to explain and quantify the more subtle transitions that exist between dominant flow regimes. Flow regime data, based on the newly-developed method, and heat transfer coefficient data, using infrared thermography, were collected for two-phase HFE-7100 flow in horizontal 2.62mm - 8.84mm diameter smooth and internally-grooved tubes with mass fluxes from 25-300 kg/m²s, heat fluxes from 4-56 kW/m², and vapor qualities approaching 1. In total, over 6500 combined data points for the adiabatic and diabatic smooth and internally-grooved tubes were acquired. Based on results from the experiments and a reinterpretation of data from independent researchers, it was established that heat transfer enhancement in internally-grooved tubes at low-to-intermediate mass flux is primarily due to early flow regime transition to Annular flow. The regime-based heat transfer coefficient outperformed empirical correlations from the literature, with mean and absolute deviations of 4.0% and 32% for the full range of data collected.

Thermal reference points as an index for monitoring body temperature in marine mammals

BACKGROUND Monitoring body temperature is essential in veterinary care as minor variations may indicate dysfunction. Rectal temperature is widely used as a proxy for body temperature, but measuring it requires special equipment, training or restraining, and it potentially stresses animals. Infrared thermography is an alternative that reduces handling stress, is safer for technicians and works well for untrained animals. This study analysed thermal reference points in five marine mammal species: bottlenose dolphin (Tursiops truncatus); beluga whale (Delphinapterus leucas); Patagonian sea lion (Otaria flavescens); harbour seal (Phoca vitulina); and Pacific walrus (Odobenus rosmarus divergens). RESULTS The thermogram analysis revealed that the internal blowhole mucosa temperature is the most reliable indicator of body temperature in cetaceans. The temperatures taken during voluntary breathing with a camera held perpendicularly were practically identical to the rectal temperature in bottlenose dolphins and were only 1 °C lower than the rectal temperature in beluga whales. In pinnipeds, eye temperature appears the best parameter for temperature control. In these animals, the average times required for temperatures to stabilise after hauling out, and the average steady-state temperature values, differed according to species: Patagonian sea lions, 10 min, 31.13 °C; harbour seals, 10 min, 32.27 °C; Pacific walruses, 5 min, 29.93 °C. CONCLUSIONS The best thermographic and most stable reference points for monitoring body temperature in marine mammals are open blowhole in cetaceans and eyes in pinnipeds.

High thermal gradient in thermo-electrochemical cells by insertion of a poly(vinylidene fluoride) membrane

Thermo-Electrochemical cells (Thermocells/TECs) transform thermal energy into electricity by means of electrochemical potential disequilibrium between electrodes induced by a temperature gradient (ΔT). Heat conduction across the terminals of the cell is one of the primary reasons for device inefficiency. Herein, we embed Poly(Vinylidene Fluoride) (PVDF) membrane in thermocells to mitigate the heat transfer effects - we refer to these membrane-thermocells as MTECs. At a ΔT of 12 K, an improvement in the open circuit voltage (Voc) of the TEC from 1.3 mV to 2.8 mV is obtained by employment of the membrane. The PVDF membrane is employed at three different locations between the electrodes i.e. x = 2 mm, 5 mm, and 8 mm where 'x' defines the distance between the cathode and PVDF membrane. We found that the membrane position at x = 5 mm achieves the closest internal ΔT (i.e. 8.8 K) to the externally applied ΔT of 10 K and corresponding power density is 254 nWcm-2; 78% higher than the conventional TEC. Finally, a thermal resistivity model based on infrared thermography explains mass and heat transfer within the thermocells.

Interchangeability of infrared and conductive devices for the measurement of human skin temperature

This thesis is a comparative investigation of the methodology applied to human skin temperature measurement. The findings of this thesis suggest that clinical and significant differences exist between conductive and infrared devices which are commonly employed in the assessment of human skin temperature. These significant differences could potentially influence the interpretation of results, diagnosis and therefore treatment outcomes for health, clinical and exercise science applications.

Infrared thermal imaging for automated detection of diabetic foot complications

Background Although thermal imaging can be a valuable technology in the prevention and management of diabetic foot disease, it is not yet widely used in clinical practice. Technological advancement in infrared imaging increases its application range. The aim was to explore the first steps in the applicability of high-resolution infrared thermal imaging for noninvasive automated detection of signs of diabetic foot disease. Methods The plantar foot surfaces of 15 diabetes patients were imaged with an infrared camera (resolution, 1.2 mm/pixel): 5 patients had no visible signs of foot complications, 5 patients had local complications (e.g., abundant callus or neuropathic ulcer), and 5 patients had difuse complications (e.g., Charcot foot, infected ulcer, or critical ischemia). Foot temperature was calculated as mean temperature across pixels for the whole foot and for specified regions of interest (ROIs). Results No diferences in mean temperature >1.5 °C between the ipsilateral and the contralateral foot were found in patients without complications. In patients with local complications, mean temperatures of the ipsilateral and the contralateral foot were similar, but temperature at the ROI was >2 °C higher compared with the corresponding region in the contralateral foot and to the mean of the whole ipsilateral foot. In patients with difuse complications, mean temperature diferences of >3 °C between ipsilateral and contralateral foot were found. Conclusions With an algorithm based on parameters that can be captured and analyzed with a high-resolution infrared camera and a computer, it is possible to detect signs of diabetic foot disease and to discriminate between no, local, or difuse diabetic foot complications. As such, an intelligent telemedicine monitoring system for noninvasive automated detection of signs of diabetic foot disease is one step closer. Future studies are essential to confirm and extend these promising early findings.

New treatment of cellulite with infrared-LED illumination applied during high-intensity treadmill training

Phototherapy improves cellular activation which is an important factor for the treatment of cellulite. The objective of this research was to develop and evaluate the effects of a new (noninvasive and nonpharmacological) clinical procedure to improve body aesthetics: infrared-LED (850 nm) plus treadmill training. Twenty women (25-55 years old) participated in this study. They were separated in two groups: the control group, which carried out only the treadmill training (n = 10), and the LED group, with phototherapy during the treadmill training (n - 10). The training was performed for 45 minutes twice a week over 3 months at intensities between 85% and 90% maximal heart rate (HR(max)). The irradiation parameters were 39 mW/cm(2) and a fluence of 106 J/cm(2). The treatment was evaluated by interpreting body composition parameters, photographs and thermography. This was primarily a treatment for cellulite with a reduction of saddlebag and thigh circumference. At the same time, the treadmill training prevented an increase of body fat, as well as the loss of lean mass. Moreover, thermal images of the temperature modification of the thighs are presented. These positive effects can result in a further improvement of body aesthetics using infrared-LED together with treadmill training.