Atherogenesis and atherosclerosis in primary antiphospholipid syndrome

ABSTRACT: In the late seventies the term “Haematological Stress Syndrome” defined some haematological abnormalities appearing in the course of acute and chronic disorders, such as raised plasma levels of fibrinogen (FNG) and factor VIII, reduced fibrinolytic activity and hyperviscosity. In the early nineties the “Membrane stress syndrome hypothesis” proposed the unification of the concepts of haematological stress syndrome with those of oxidation, inflammation and immune activation to explain the pathogenesis of the antiphospholipid syndrome (APS) Antiphospholipid antibodies, coagulation, fibrinolysis and thrombosis. This chapter investigated the occurrence of the “Haematological Stress Syndrome” and thrombosis in 144 participants positive for aPL detected by clotting and immune tests. Among the clotting assays for the detection of lupus anticoagulant, dilute Russell's viper venom time better correlated with a history of venous thrombosis than activated partial thromboplastin time (p<0.0002 vs p<0.009) and was the only test correlated with a history of arterial thrombosis (p<0.01). By regression analysis, serum levels of IgG anticardiolipin antibodies (aCL) associated with the number of venous occlusions (p<0.001). With regards to FNG and von Willebrand factor (vWF), the former rose by 36% (95% CI; 21%, 53%) and the latter by 50% (95% CI; 29%, 75%) at the first venous occlusion and remained unchanged after subsequent occlusions. At variance FNG rose by 45% (95% CI; 31%, 60%) per arterial occlusion and vWF by 27% (95% CI; 10%, 47%) per arterial occlusion throughout. The coagulation/fibrinolytic balance was cross-sectionally evaluated on 18 thrombotic PAPS patients, 18 subjects with persistence of idiopathic aPL and in healthy controls. Markers of thrombin generation prothrombin fragment 1+2 (F1+2), thrombin-antithrombin complex (TAT) and of fibrin turnover D-Dimer (D-D) were higher in thrombotic (p=0.006)and non-thrombotic subjects (p=0.0001) than in controls as were those of D-D (p<0.0001 and p=0.003 respectively). TAT levels did not differ. Gender analysed data revealed blunted tPA release (hence a negative venous occlusion test) in thrombotic females but neither in thrombotic males (p=0.01) nor in asymptomatic subjects of either sex. Also, in both patient groups females had higher mean PAI than males (p<0.0002) and control females (p<0.02). The activity of factor XIII (FXIIIa) was evaluated was evaluated in 29 patients with PAPS, 14 persistent carriers of aPL without thrombosis, 24 thrombotic patients with inherited thrombophilia, 28 healthy controls and 32 patients with mitral and aortic valve prosthesis as controls for FXIII only. FXIIIa was highest in PAPS (p=0.001), particularly in patients with multiple (n=12) than single occlusion (p=0.02) and in correlation with PAI (p=0.003) and FNG (p=0.005). Moreover FXIIIa was strongly associated with IgG aCL and IgG anti-2GPI (p=0.005 for both) in the PAPS group and to a lesser degree in the aPL group (FXIIIa with IgG aCL, p=0.02, with IgG anti-2GPI, p=0.04). Altogether these results indicate: 1) a differential relationship of aPL, vWF and FNG with venous and arterial thrombosis; 2) heightened thrombin generation, accelerated fibrin turnover and fibrinolysis abnormalities also in asymptomatic carriers of aPLs; 3) enhanced FXIIIa that may contribute to atherothrombosis via increased fibrin/fibrinogen cross-linking. Lipid profile, lipid peroxidation and anti-lipoprotein antibodies in thrombotic primary antiphospholipid syndrome. Given the atherogenic lipid profile of SLE, the same possibility was explored in PAPS by comparing high-density lipoprotein (HDL), low-density lipoprotein (LDL), total cholesterol (CHO), apolipoprotein AI (ApoAI), apolipoprotein B (ApoB), triglycerides (TG), anti-lipoprotein antibodies, beta-2-glycoprotein I complexed to oxidized low-density lipoprotein (oxLDL-2GPI) and C-reactive protein (CRP) in 34 thrombotic PAPS patients compared to 36 thrombotic patients with inherited thrombophilia (IT), to 18 subjects persistently positive for antiphospholipid antibodies (aPL) with no underlying autoimmune or non-autoimmune disorders and to 28 healthy controls. Average concentrations of HDL (p<0.0001), LDL (p<0.0001), CHO (p=0.0002), ApoAI (p=0.002) were lower in PAPS whereas average TRY was higher (p=0.01) than other groups. Moreover PAPS showed higher IgG anti-HDL (p=0.01) and IgG anti-ApoAI (p<0.0001) as well as greater average oxLDL-2GPI (p=0.001) and CRP (p=0.003). Within PAPS, IgG anti-HDL correlated negatively to HDL (p=0.004) and was an independent predictor of oxLDL-2GPI (p=0.009). HDL and ApoAI correlated negatively with CRP (p=0.001 and p=0.007, respectively). IgG anti-HDL may hamper the antioxidant and anti-inflammatory effect of HDL favouring low-grade inflammation and enhanced oxidation in thrombotic PAPS. Indeed plasma 8-epi-prostaglandin F2α (a very specific marker of lipid peroxidation) was significantly higher in 10 patients with PAPS than 10 age and sex matched healthy subjects (p=0.0002) and strongly related to the titre of plasma IgG aCL (r=0.89, p=0.0004). Hence oxidative stress, a major player in atherogenesis, also characterises PAPS. Nitric oxide and nitrative stress in thrombotic primary antiphosholipid syndrome. Oxidative stress goes hand in hand with nitrative stress and to address the latter plasma nitrotyrosine (NT, marker of nitrative stress), nitrite (NO2-) and nitrate (NO3-) were measured in 46 thrombotic PAPS patients, 21 asymptomatic but persistent carriers of antiphospholipid antibodies (PCaPL), 38 patients with inherited thrombophilia (IT), 33 patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and 29 healthy controls (CTR). Average crude NT was higher in PAPS and SLE (p=0.01) whereas average plasma NO2- was lower in PAPS and average NO3- highest in SLE (p<0.0001). In PAPS, IgG aCL titer and number of vascular occlusions negatively predicted NO2-, (p=0.03 and p=0.001, respectively) whereas arterial occlusions and smoking positively predicted NO3- (p=0.05 and p=0.005). Moreover CRP (an inflammatory marker) positively predicted NT (p=0.004). Nitric oxide metabolites relates to type and number of vascular occlusions and to aPL titers, whereas nitrative stress relates to low grade marker) positively predicted NT (p=0.004). Nitric oxide metabolites relates to type and number of vascular occlusions and to aPL titers, whereas nitrative stress relates to low grade inflammation and both phenomena may have implications for thrombosis and atherosclerosis in PAPS Inflammation and immune activation in thrombotic primary antiphospholipid syndrome. To investigate inflammation and immune activation in thrombotic PAPS high-sensitivity CRP (hs-CRP), serum amyloid A (SAA), oxLDL-2GPI, CRP bound to oxLDL-2GPI (CRP-oxLDL-2GPI) (as inflammatory markers) neopterin (NPT) and soluble CD14 (sCD14) (as immune activation markers) were measured by ELISA in 41 PAPS patients, in 44 patients with inherited thrombophilia (IT) and 39 controls (CTR). Compared to other groups, PAPS presented with higher plasma concentrations of inflammatory, hs-CRP (p=0.0004), SAA (p<0.01), CRP-oxLDL-2GPI (p=0.0004) and immune activation markers, NPT (p<0.0001) and sCD14 (p=0.007). By regression analysis SAA independently predicted thrombosis number (p=0.003) and NPT independently predicted thrombosis type (arterial, p=0.03) and number (p=0.04). These data confirm that low-grade inflammation and immune activation occur and relate to vascular features of PAPS. Antiphosholipid antibodies, haemostatic variables and atherosclerosis in thrombotic primary antiphospholipid syndrome To evaluate whether IgG aCL titre, haemostatic variables and the lipid profile bore any relationship to the intima media thickness (IMT) of carotid arteries high-resolution sonography was applied to the common carotid (CC), carotid bifurcation (CB) and internal carotid (IC) of 42 aPL subjects, 29 with primary thrombotic antiphospholipid syndrome and 13 with persistence of aPL in the absence of any underlying disorder. The following were measured: plasma FNG, vWF, PAI, homocysteine (HC), CHO, TG, HDL, LDL, platelet numbers and aCL of IgG and IgM isotype. By multiple regression analysis, IgG aCL titre independently predicted IMT at all carotid segments examined (p always <0.005). Plasma FNG and HC independently predicted IMT at the CB (p=0.001 and p<0.0001, respectively) and IC (p=0.03 and p<0.0001, respectively). These data strongly support an atherogenic role for IgG aCL in patients with aPL in addition to traditional risk factors. The atherosclerosis hypothesis was investigated in an age and sex-matched case-double-control study including 49 thrombotic PAPS patients (18 M, 31 F, mean age 37 ± 11), 49 thrombotic patients for IT and 49 healthy subjects. Average IMT was always greater in PAPS than control patients (CC: p=0.004, CB: p=0.013, IC: p=0.001). By dividing participants into age tertiles the IMT was greater in the second (CC: p=0.003, CB: p=0.023, IC: p=0.003) and third tertiles (CC: p=0.03, CB: p=0.004, IC: p=0.007). Conclusion: Coagulation activation, fibrinolysis depression, hightened fibrin turnover, oxidative and nitrative stress in parallel with low grade inflammation and immune activation characterise thrombotic PAPS: all these are early atherogenic processes and contribute to the demonstrated premature atherosclerosis that should be considered a clinical feature of PAPS.

Humoral response towards high density lipoprotein : a new mechanism for atherogenesis

RESUMO:Aterosclerose é uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo ocidental. É responsável, direta ou indiretamente, pela maior percentagem de gastos com a saúde na maioria dos países europeus. A “teoria lipídica” da aterosclerose, que se baseia na dislipidemia como causa primária para a doença vascular tem algumas implicações práticas importantes: permite a definição de linhas de orientação e protocolos simples e ainda estabelece alvos terapêuticos que podem ser atingidos na maior parte dos casos com a atual intervenção farmacológica. A associação da aterosclerose com o sistema imunológico (a “teoria imunológica”), forneceu por sua vez novas formas de explorar os mecanismos envolvidos e abriu novas perspetivas para um conhecimento mais completo da doença. No entanto, levanta dificuldades evidentes no que diz respeito às possibilidades terapêuticas. De todos os intervenientes no processo aterosclerótico (bioquímicos, imunológicos e anatómicos), as lipoproteínas de elevada densidade (HDL) são atualmente reconhecidas como um dos fatores mais importantes na aterogénese. Isto é baseado no reconhecimento das múltiplas propriedades anti-aterogénicas das HDL como por exemplo: a anti-oxidante, a anti-inflamatória e a antitrombótica, bem como o seu importante papel na melhoraria da função endotelial. Atualmente, é consensual que as funções anti-aterogénicas das HDL vão além do seu papel no transporte reverso do colesterol (RCT) e a importância das HDL no processo aterosclerótico baseia-se não apenas no seu papel protetor impedindo a formação da placa de ateroma, mas também na estabilização destas, prevenindo a sua ruptura e, consequentemente o evento trombótico. Como fundamentais no processo aterosclerótico estão reconhecidos dois principais conjuntos de eventos: um caracterizado por alterações no metabolismo das lipoproteínas que resultam em lipoproteínas pró-inflamatórias e pró-oxidantes que interagem com os componentes celulares da parede arterial e que conduzem à formação da placa de ateroma; o outro evento é a resposta imunológica desencadeada contra um novo conjunto de antigénios que por sua vez leva à produção de citoquinas pró-inflamatórias. Dada a complexidade da HDL e das suas múltiplas funções estas lipoproteínas tornaram-se um potencial alvo para a resposta auto-imune, e cujas consequências podem explicar algumas das associações identificados em estudos clínicos e epidemiológicos. Contudo esta interação entre o sistema imunológico e HDL nunca foi exaustivamente estudada. Portanto, pomos a hipótese de que em condições oxidativas e pró-inflamatórias, um aumento do antigénio (HDL) conduz a um consequente acréscimo na produção de anticorpos anti-HDL (aHDL) responsáveis pela alteração quantitativa e / ou qualitativa das HDL. O conceito de que estes anticorpos podem contribuir tanto para a evolução a longo prazo do processo aterosclerótico, como para o desencadeamento de eventos clínicos pode também explicar a heterogeneidade encontrada em cada doente e nos grandes estudos clínicos, no que diz respeito aos fatores de risco e outcomes clínicos. Para além disso, a confirmação desta hipótese pode permitir explicar porque é que as intervenções terapêuticas atualmente em desenvolvimento para aumentar os níveis de HDL, não conseguem mostrar a tão esperada redução do risco vascular. O objetivo geral desta tese foi identificar e caracterizar a resposta humoral contra os componentes da HDL, e avaliar possíveis mecanismos que possam contribuir para a modificação das propriedades anti-aterogénicas das HDL. Para alcançar este objetivo investigou-se: 1) A presença de anticorpos aHDL em doentes com lúpus eritematoso sistémico (SLE) e em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como os doentes com doença arterial coronária (CAD), acidente vascular cerebral isquémico (IS) e diabetes tipo 2; 2) Os principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL e a associação entre os títulos de anticorpos aHDL e diferentes características clínicas destas doenças; 3) As modificações das funções normais associadas às HDL, em particular da função anti-oxidante e anti-inflamatória; 4) A atividade biológica dos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes através de um conjunto de experiências in vitro de inibição da atividade da paraoxonase 1 (PON1) e da expressão de moléculas de adesão em culturas de células endoteliais. Para tal foi necessário estabelecer um método de isolamento dos anticorpos. Os anticorpos aHDL isolados do soro de doentes foram utilizados de forma a identificar as potenciais alterações dos sistemas celulares utilizados; 5) O efeito de fármacos usados no tratamento das dislipidemias, em particular o ácido nicotínico e as estatinas, na variação dos títulos de anticorpos aHDL através de ensaios clínicos randomizados, controlados com placebo e em dupla ocultação. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas imunológicas (como por exemplo, enzyme-linked immunoabsorbent assay - ELISA, ensaio imunoturbidimetrico e cromatografia de imuno-afinidade) técnicas bioquímicas (tais como a quantificação de atividade enzimática por espectrofotometria e por luminescência), experiências com cultura de células e citometria de fluxo. Os nossos resultados mostram que: 1) A presença de anticorpos aHDL, e mais especificamente anticorpos contra alguns do seus principais componentes como a apolipoproteína A-I (ApoA-I, principal apolipoproteína presente nas HDL) e a PON1 (o enzima que mais contribui para a propriedade anti-oxidante das HDL), quer em doentes com doenças auto-imunes, como o SLE, quer em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como CAD, IS e diabetes tipo 2. Os doentes apresentaram títulos de anticorpos IgG aHDL, aApoA-I e aPON1 significativamente mais elevados do que controlos saudáveis com a mesma idade e sexo. 2) A correlação positiva estatisticamente significativa entre os títulos de aHDL e aApoA-I e aPON1 sugere que estes sejam dois dos principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL. Os anticorpos encontrados nestes doentes estão associados com a diminuição da atividade da PON1 e a uma redução da capacidade anti-oxidante total (TAC) do soro, um aumento dos biomarcadores de disfunção endotelial (como por exemplo dos metabolitos do óxido nítrico - NO2- e NO3-, as moléculas de adesão vascular e intracelular - VCAM-1 e ICAM-1 e os níveis de 3-nitrotirosina). Nos doentes com SLE os títulos destes estão associados a um aumento do dano cardiovascular e à atividade global da doença avaliados pelas escalas SLICC/ACR DI e BILAG score, respetivamente. Enquanto que nos doentes com diabetes tipo 2 estes anticorpos estão associados com um aumento dos níveis de glicemia em jejum (FGP) e hemoglobina glicada (HbA1c). 3) Após se ter estabelecido um método de isolamento dos anticorpos que permite isolar quantidades significativas de anticorpos do soro de doentes sem perder a sua especificidade, foi identificada a capacidade dos anticorpos isolados do soro de doentes inibirem de uma forma dependente da concentração a atividade da PON1 até um máximo de 70% no caso dos doentes com SLE e ente 7-52% no caso dos anticorpos isolados de doentes com CAD e IS. 4) O efeito anti-inflamatório das HDL na inibição da produção de VCAM-1 induzida por citoquinas (como o TNF-) foi revertido em mais de 80% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 5) A angiogenesis induzida por HDL através do aumento do fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) foi anulada em 65% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 6) Os atuais agentes farmacológicos disponíveis para aumentar as concentrações de HDL-C estão associados a um aumento dos títulos de anticorpos.-------- ABSTRACTAtherosclerosis is the major cause of morbidity and mortality in the western world. It is also responsible, directly or indirectly, for the highest percentage of health costs in most European countries. Despite the use of new technologies for the diagnosis of vascular disease and regardless of the major advances in treatment, the atherosclerosis-related clinical burden is still raising. The “lipid theory” of atherogenesis, which identifies dyslipidemia as the primary cause of this vascular disease has some important practical implications: it allows the definition of simple guidelines and establishes therapeutic targets which can be generally met with current pharmacologic intervention. The association between atherosclerosis an the immune system (the immune concept) has in turn provided new ways of exploring the mechanisms involved in this condition and has opened new perspectives in the understanding of the disease. However, it raises obvious difficulties when it comes to treatment options. Of all the players (biochemical, immunological and anatomical) involved in this matter, high-density lipoproteins (HDL) are currently recognised as one of the most important factors in atherogenesis. This is based on the recognition of HDL's multiple anti-atherogenic properties: anti-oxidant, anti-inflammatory and antithrombotic, as well as its capacity to improve endothelial function. Nowadays, it is widely recognized that the anti-atherogenic functions of HDL go beyond reverse cholesterol transport (RCT), and the importance of HDL is based not just on its ability to reduce atheroma formation but also on its ability to stabilise plaques, therefore preventing their rupture and ultimately thrombosis. Two main set of events have been recognised as fundamental in atherogenesis: one, characterized by lipoprotein metabolism alterations, resulting in pro-inflammatory and pro-oxidative lipoproteins, which interact with the normal cellular elements of the arterial wall leading to atheroma formation; the other, the immune cellular response towards new sets of antigens which lead to the production of pro-inflammatory cytokines. Given to HDL complexity and multiple functions this lipoprotein has became a potential target for an auto-immune response, the consequences of which may explain some of the association identified in epidemiological and clinical studies, though the interaction between the immune system and HDL has never been thoroughly addressed. Therefore, we hypothesized that under oxidative and pro-inflammatory conditions, the increase in the antigen (HDL) would lead to a consequent increase in the production of anti-HDL (aHDL) antibodies be responsible for quantitative and/or qualitative changes of HDL. The concept that these antibodies may contribute either to the long-term evolution of atherosclerosis or to the triggering of clinical events may also explain the heterogeneity found in individual patients and in large cohorts regarding risk factors and clinical outcomes. Moreover this may be a major breakthrough in understanding why therapeutic interventions that increase HDL levels, failed to show the anticipated reduction in vascular risk. The overall aims of this thesis were to identified and characterize the humoral response towards HDL components and to evaluate the possible mechanisms that may contribute to the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL. To achieve this objective we investigated: 1) the presence of aHDL antibodies in patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and in patients with atherosclerosis-related clinical events, such as coronary artery disease (CAD), ischemic stroke (IS) and type 2 diabetes; 2) the association between the titres of aHDL antibodies and different clinical features of these diseases; 3) the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL; 4) the biologic effect of aHDL antibodies isolated from serum of patients on the anti-oxidant and anti-inflammatory properties of HDL; 5) the effect of different pharmacologic treatments for dyslipidemia on the prevalence and activity of aHDL antibodies. The methodologies used in this work included immunologic-related techniques (e.g. enzyme-linked immunoabsorbent assay – ELISA, immunoturbidimetric immunoassay and immunoaffinity chromatography), biochemical techniques (enzymatic assays with quantification by spectrophotometry and luminescence methods), cell culture experiments and flow cytometry. Our results indicate that: 1) The titres of IgG aHDL, anti-apolipoprotein A-I (aApoA-I) and anti-paraoxonase 1 (aPON1) antibodies were higher in patients with SLE, CAD, IS and type 2 diabetes when compared with age and sex matched healthy controls. 2) The antibodies found in these patients were associated with decreased PON1 activity, (the enzyme responsible for most of the anti-oxidant effect of HDL), reduced total anti-oxidant capacity (TAC) of serum and increased biomarkers of endothelial dysfunction (nitric oxide metabolites, adhesion molecules, nitrotyrosine). In patients with SLE the antibody titres were associated with an increase in disease-related cardiovascular damage and activity whereas in patients with type 2 diabetes they were directly related with the fasting glucose plasma (FGP) levels and the glycosylated haemoglobin (HbA1c). 3) The antibodies isolated from serum of our patients, directly inhibited HDL-associated PON1 activity in a dose dependent way ranging from 7 to 52%. 4) The anti-inflammatory effect of HDL, measured by the percentage of inhibition of the cytokine-induced production of vascular adhesion molecules (VCAM-1), was reduced in more than 80% by aHDL antibodies isolated from our patients. 5) The HDL-induced angiogenesis by increasing vascular endothelial growth factor (VEGF) levels was abrogated in 65% by the antibodies isolated from serum of patients. 6) The current available pharmacologic agents for increasing HDL-C concentrations were associated with an increase in the titres of IgG aApoA-I antibodies. This increase was higher in the extended release niacin when compared to statins probably due to their dampening effect on oxidative stress. In conclusion, aHDL antibodies are present in different pathologic conditions. aHDL antibodies represent a family of self-reacting immunoglobulins, of which ApoA-I and PON1 might be the most relevant targets. These antibodies are biologically active, interfering with the HDL anti-oxidant and anti-inflammatory properties and, consequently, with the atherosclerotic process. The pathogenic potential of these antibodies may lead to the identification of a new biomarker for vascular disease, whilst presenting itself as a novel target for a different treatment approach which may redefine the treatment strategies and clinical trials design for HDL interventions in the future.

The main leachate emissions of uncontrolled landfills

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil de Engenharia Sanitária

Aquaponics and its potential aquaculture wastewater treatment and human urine treatment

The main objective of this thesis is to study the developing fields of aquaponics and its potential for aquaculture wastewater treatment and human urine treatment. Aquaponics is a food production system which combines fish farming (aquaculture) with soilless crop farming (hydroponics). In this thesis the concept of aquaponics and the underlying processes are explained. Research on aquaculture wastewater and human urine wastewater is reviewed and its potential application with aquaponic systems is studied. An overview of the different types of aquaponic systems and current research on the field is also presented. A case study was conducted in a farm in Askeröd, Sweden, which involved building two aquaponic systems (System 1 and System 2) and a human urine-based aquaponic system (System 3), with different degrees of component complexity and sizes. The design, building and monitoring of System 1, System 2 and System 3 was documented and described in detail. Four day experiments were conducted which tested the evolution in concentration of Total Ammonia Nitrogen (NH4+/NH3), Nitrite (NO2-), Nitrate (NO3-), Phosphate (PO43-), and Dissolved Oxygen (O2) after an initial nutrient input. The goal was to assess the concentrations of these parameters after four days and compare them with relevant literature examples in the aquaculture industry and in source-separated urine research. Neither of the two aquaponic systems (System 1 and System 2) displayed all of the parameter concentrations in the last day of testing below reference values found in literature. The best performing of the aquaponic systems was the more complex system (System 2) combining the hydroponic Nutrient Film Technique with a Deep Water Culture component, with a Total Ammonia Nitrogen concentration of 0,20 mg/L, a Nitrite concentration of 0,05 mg/L, a Nitrate concentration of 1,00-5,00 mg/L, a Phosphate concentration of <0,02 mg/L and a Dissolved Oxygen concentration of 8,00 mg/L. The human urine-based aquaponic system (System 3) underperformed in achieving the reference concentration values in literature for most parameters. The removal percentage between the higher recorded values after the input addition and the final day of testing was calculated for two literature examples of separated urine treatment and System 3. The system had a removal percentage of 75% for Total Ammonia Nitrogen, 98% for Nitrite, 25% for Nitrate and 50% for Phosphate. These percentages still underperformed literature examples in most of the tested parameters. The results gathered allowed to conclude that while aquaculture wastewater treatment and human urine treatment is possible with aquaponics systems, overall these did not perform as well as some examples found in recirculating aquaculture systems and source-separated urine treatment literature. However, better measuring techniques, longer testing periods and more research is recommended in this field in order to draw an improved representative conclusion.

Variação temporal de nutrientes na água escorrida pelo caule em floresta primária explorada no nordeste do Pará

Foi enfocada a contribuição de nutrientes da água escorrida pelo caule (CE), na ciclagem hidroquímica em floresta primária explorada, em Benevides, PA. A concentração de nutrientes na CE foi avaliada de dezembro de 1993 a abril de 1995, mediante coletores tipo colarinho, construídos com espuma de silicone, acoplados por tubos a recipientes plásticos. O monitoramento de CE se restringiu a doze árvores, nas quais foram coletadas mensalmente amostras para análise química de K+, Na+, Ca2+ e Mg2+ por espectrofotometria de absorção atômica, o N-NH4+, N-NO3 - e P-PO4 3- por colorimetria, em espectofotômetro de fluxo contínuo, o N-total por micro Kjeldahl e pH por potenciometria. A quantidade de nutrientes trazidos pela CE foi maior no início da época chuvosa, exibindo marcante variabilidade temporal para K+, Na+, Ca2+, Mg2+, N-total, SO4 2-, enquanto que o oposto aconteceu com PO4 3-. A magnitude na concentração dos nutrientes decresceu na seguinte ordem: K+ > Na+ > Ca2+ > N-t > SO4 2- > Mg2+ > PO4 3-. A distribuição e a intensidade de chuva não influenciam marcantemente o pH na CE.

Fertilization and cover crop effects on soil nitrogen and plant nutrition in a young guarana plantation

Fruit tree production is gaining an increasing importance in the central Amazon and elsewhere in the humid tropics, but very little is known about the nutrient dynamics in the soil-plant system. The present study quantified the effects of fertilization and cover cropping with a legume (Pueraria phaseoloides (Roxb.) Benth.) on soil nitrogen (N) dynamics and plant nutrition in a young guarana plantation (Paullinia cupana Kunth. (H.B. and K.) var. sorbilis (Mart.) Ducke) on a highly weathered Xanthic Ferralsol. Large subsoil nitrate (NO3-) accumulation at 0.3-3 m below the guarana plantation indicated N leaching from the topsoil. The NO3- contents to a depth of 2 m were 2.4 times greater between the trees than underneath unfertilized trees (P<0.05). The legume cover crop between the trees increased soil N availability as shown by elevated aerobic N mineralization and lower N immobilization in microbial biomass. The guarana N nutrition and yield did not benefit from the N input by biological fixation of atmospheric N2 by the legume cover (P>0.05). Even without a legume intercrop, large amounts of NO3- were found in the subsoil between unfertilized trees. Subsoil NO3- between the trees could be utilized, however, by fertilized guarana. This can be explained by a more vigorous growth of fertilized trees which had a larger nutrient demand and exploited a larger soil volume. With a legume cover crop, however, more mineral N was available at the topsoil which was leached into the subsoil and consequently accumulated at 0.3-3 m depth. Fertilizer additions of P and K were needed to increase subsoil NO3- use between trees.

Contribuição à hidroquímica de drenagens no Município de Manaus - AM

O rio Puraquequara, e seu afluente direito, o igarapé Água Branca, localizam-se fora da zona urbana de Manaus e estão com a bacia ainda protegida por floresta primária. Têm características geológicas, pedológicas e climatológicas de igarapés naturais de terra-firme da Amazônia Central. Foram coletadas amostras de água nos meses de novembro de 1998 (período seco) e abril de 1999 (período chuvoso) e determinados os parâmetros temperatura, pH, turbidez, condutividade, alcalinidade, dureza, DQO, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, SiO2, NO3-, NO2-, PO4(3-), SO4(2-), Cl-, NH4+ e Fe total. As águas apresentaram pH entre 3,8 e 4,1 passando a menos ácidas na estiagem. A alcalinidade e a turbidez são, em geral, mais elevadas na estiagem, enquanto a condutividade, dureza e DQO são maiores no período mais chuvoso. SiO2 e o Cl- foram os ânions mais abundantes, com contribuição maior do primeiro no Puraquequara e menor no Água Branca, enquanto o Cl- tem comportamento oposto. Na+, Fe total e NH4+ são os cátions mais abundantes e predominam, no geral, no período mais seco. O NH4+ é o único cátion que tende a aumentar sua contribuição para jusante do igarapé no período úmido. Os teores de K+ são mais elevados do que os de Mg2+ e este que os de Ca2+, e são todos superados pelo Na+. Os teores da NH4+ e NO3-, acima de 0,2 mg/L e 0,5 mg/L, respectivamente, são indícios de contaminação. Essas características definem as águas da bacia como muito diluídas, com predominância dos ânions sobre os cátions e correlacionáveis as águas de cor preta.

Nutrientes na solução do solo em floresta de terra firme na Amazônia Central submetida à extração seletiva de madeira

Os solos de terra firme da Amazônia Central, na sua maioria, são ácidos, pobres em nutrientes e a manutenção da floresta sobre esses solos é garantida pela ciclagem de nutrientes, praticamente fechada. A substituição de floresta por pastagens ou outras atividades agrícolas leva à diminuição de nutrientes do compartimento biomassa, podendo comprometer os processos de ciclagem no solo, pois plantas absorvem nutrientes que presentes na solução do solo. Para entender o efeito de retirada de árvores, foi realizado um estudo em uma área de floresta de terra firme na Amazônia Central submetida à extração seletiva de madeira (6-10 árvores, ou 34 m³ ha-1 de madeira) localizada 80 km ao norte de Manaus, foram determinados os teores NO3-, NH4+, K+, Ca2+, Mg2+ e Na+ na solução do solo na camada de 0-30 cm. O experimento constou de três blocos, cada um contendo uma parcela controle e uma que sofreu o corte seletivo de árvores, todos sobre um Latossolo Amarelo álico de textura muito argilosa. As medidas foram realizadas durante 13 meses, em cinco tratamentos em cada bloco: controle (floresta intacta), centro de clareira, borda de clareira, borda da floresta remanescente e floresta remanescente. Os teores de potássio, cálcio, magnésio e sódio mostraram diferenças significativas entre os tratamentos. As quantidades dos íons amônio e nitrato foram as menos afetadas. Os valores mais elevados foram geralmente encontrados nos tratamentos centro de clareira e borda de clareira. A maior diferença ocorreu na quantidade de sódio na solução do solo, que chegou a mais de 5 kg ha-1, no centro de clareira de dois blocos, praticamente o dobro da encontrada nas suas respectivas parcelas controles. As concentrações mais baixas dos nutrientes na solução do solo da floresta intacta (controle) e da floresta remanescente, confirmam a eficiência da floresta na ciclagem de nutrientes. Porém, no centro de clareira, além da remoção de árvores, a disponibilidade de materiais de fácil decomposição, como raízes mortas e a liteira acumulada, podem ter contribuído para uma maior concentração de nutrientes na solução do solo.

Geoquímica de rios de água preta do sudeste do Amazonas: origem, fluxo dos elementos e consumo de CO2

Neste trabalho foi examinada a composição química das águas dos afluentes da margem direita do rio Madeira que drenam as rochas do Escudo Brasileiro. O estudo foi realizado no município de Apuí no sudeste do estado do Amazonas, Brasil. Foram analisados pH, condutividade, as concentrações de SiO2 e de íons dissolvidos (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, HCO3-, Cl-, NO3- e SO4(2-)) em quatro épocas do ano segundo o índice pluviométrico: chuvosa, transição para a estiagem, estiagem e transição para a chuvosa. As águas são diluídas, mais concentradas em HCO3- e SiO2 e representam o típico ambiente de intensa lixiviação que afeta as rochas na Amazônia. Apesar da química das águas terem influência da sazonalidade, foram identificadas variações em função da litologia. As taxas de exportação de cátions e de erosão química das rochas são baixas e refletem a estabilidade tectônica da região e o manto intempérico que dificulta a interação da água com o substrato rochoso.

Geoquímica das águas do médio e baixo rio Madeira e seus principais tributários - Amazonas - Brasil

Este trabalho teve como objetivo estudar as águas do rio Madeira e seus principais tributários entre a cidade de Humaitá e sua foz no rio Amazonas. Foram analisados pH, condutividade, turbidez, íons maiores, elementos traço e isótopos de Sr nos períodos de seca, cheia e transição para a seca entre 2009 e 2010. As águas do Madeira, classificadas com brancas, são bicarbonatadas-cálcicas, têm pH entre 5 e 6 e são mais concentradas que as dos tributários. Estes têm águas de cor preta, mais ácidas e quimicamente heterogêneas, os da margem esquerda são quimicamente mais semelhantes as do Madeira, enquanto os da margem direita têm alta concentração em SiO2. Os cátions, Cl- e NO3- são mais concentrados na cheia o que sugere influência do solo, da vegetação e da composição da água da chuva (Cl-), enquanto HCO3-, SO4(2-), Al, Br e P, com maiores concentrações na seca, devem estar relacionados com a química das rochas. A SiO2 e os elementos terras raras (ETR) com concentrações elevadas na seca e na cheia, estão associados tanto a vegetação e ao solo como as rochas. A interação desses fatores é a causa da heterogeneidade química das águas. Contudo, a semelhança entre as águas dos tributários da margem esquerda e as do Madeira são consequência das rochas dos Andes serem a fonte dos sedimentos cenozóicos percolados por elas, enquanto a química das águas dos tributários da margem direita retrata a estabilidade tectônica, o intenso intemperismo e a baixa taxa de erosão das rochas do cráton Amazônico.

Influencia de aines sobre marcadores de osteoartrosis. Antiinflammatory drugs influence on osteoarthritis markers.

La osteoartritis es una enfermedad crónica y degenerativa del cartílago articular con elevada prevalencia en pacientes mayores de 60. En su etiología confluyen alteraciones mecánicas y bioquímicas del sistema músculo-esquelético que provocan disbalance entre síntesis y degradación condral., con deterioro y pérdida tisular. El cartílago articular es un tejido paucicelular. Sus escasos condrocitos se dispersan en una matriz moduladora bioquímica y morfológica. La homeostasis osteocondral resume acciones estimulantes, inhibidoras y reguladoras de citokinas e interleukinas Son péptídos liberados por las membranas celulares al líquido sinovial, que difunden hacia el cartílago en tanto órgano blanco. Importante avance en la fisiopatología de la inflamación fue el descubrimiento del rol del óxido nítrico (ON) derivado metabólico de la arginina por acción de las ON-Sintasas (ONS). Estimula la producción de colagenasas (MMP-1), que intensifican la resorción de proteoglicanos En OA también aumenta el factor de necrosis tumoral TNFa, rápidamente activado por su enzima convertidora TACE. Objetivo Evaluar efectos de antiinflamatorios sobre cultivo de cartílago articular de pacientes con osteoartritis y cuantificar in vitro producción de MMPs, relación NO2/NO3. IL6 y TNFa. Material y métodos: En sobrenadante de los cultivos se determinarán por espectrofotometría niveles de NO-2 y NO-3 (Griess et al, 1992) y usando ELISA doble sándwich la actividad de colagenasa (MMP-1), IL-6 y TNF-a, contrastadas con anticuerpos monoclonales .Los parámetros obtenidos con y sin agregado de fármacos, se correlacionarán con la microscopía óptica.

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

Glomevella cingulata (Stonem.) spauld. et v. schrenk. F. SP. phaseoli N.F., fase ascógena do agente causal da antracnose do feijoeiro

O presente trabalho versa sobre a obtenção da fase perfeita de Colletotriohum lindemuthianum (Sacc. et Magn.) Scrib., dirimindo duvidas quanto a sua existência, suscitada pelo primeiro relato feito por SHEAR e WOOD (1913). Após ter encontrado duas linhagens heterotálicas que formaram ascosporos em acasalamentos, os autores estudaram alguns fatores ambientais que favorecem a reprodução sexuada, chegando-se as seguintes conclusões: peritecios se formaram sobre varios meios de cultura semi-sintéticos em cuja composição entram glucose, Ca(N0(3))2.4H(2)0(, MgSO4.7H2O e KH2PO4, agar e água; a quantidade de glucose deve ser igual ou maior do que 4g/l, a de Ca(NO3)2.4H2O de 0,15 a 0,60 g/l e a relação C/N deve estar entre 29,8 a 89,6:1; a adição de vitaminas alterou levemente o nível de aproveitamento de Ca(NO3)2.4H2O, nao havendo boa produção de peritécio ao nível de 0,15 g/l mas permitindo-se ate o nível de 1 g/l, mantendo-se as relações C/N mais ou menos no mesmo nivel; a luz, nos estágios final ou inicial ou em períodos alternados acima de 8 horas, inibiu a formação de ascosporos, sendo, portanto, essencial a escuridão contínua; peritécios se formaram sob condições de pH variável de 4,0 a 6,0; peritécios ejetam ascosporos em condições de alta umidade; a temperatura em que foram obtidos os peritécios foi sempre de 209C. Do acasalamento de linhagens conidiais de C.lindemuthianum o autor obteve resultados a priori comparáveis aos de trabalhos genéticos feitos com G.cingulata, chegando-se a conclusão de que as linhagens usadas sao heterotãlicas possivelmente condicionadas por varios fatores genéticos. Isolamentos ascospóricos foram inoculados, sendo todos patogênicos ao feijoeiro, pelo menos para a variedade Michelite. Comparando morfológicamente a fase ascogena de C.lindemuthvanwn com G.cvngulata, o autor propõe o nome de Glomerelia cingulata (Stonem.) Spauld et v. Schrenk f.phaseoli n.f.

Determinação do boro, solúvel em ácido, em fertilizantes

O presente trabalho relata os estudos desenvolvidos sobre alguns aspectos do método volumétrico de determinação do boro, solúvel em ácido, em fertilizantes. Foram objeto de estudos a influência dos ions amônio e fosfato e suas consequentes eliminações, a possibilidade da redução da massa de manitol necessária para a titulação, face a mudança do pH do ponto final e a precisão e a exatidão do método. Os resultados permitiram estabelecer que 6,0 g de manitol são suficientes para a referida determinação pelo método proposto. A influência do íon amônio é evitada pela fervura da solução alcalina por 30 minutos e o ânion sulfato influe na precipitação do fosfato com Pb2+, sendo por isso, necessário 1 ml da solução de Pb (nO3)2 a 10% para cada 1% de P2O5 da amostra para a completa precipitação do fosfato. O método proposto é dotado de adequada precisão e exatidão.

Efeitos da adubação nítrica e amoniacal no transporte de nitrato em solo cultivado com Vigna unguiculata (L.) Walp

Estudou-se, em condições de campo, o transporte de ions NO-3 e NH+4 em uma Terra Roxa Estruturada (TE) cultivada com Vigna unguiculata (L.) Walp., quando se forneceu diferentes doses de adubo nítrico e amoniacal. O solo foi amostrado em 4 profundidades (0-20, 20-40, 40-60 e 60-80 cm), no final do ciclo vegetativo da cultura, determinando-se os teores de nitrato e amônio em cada profundidade estudada. Os teores de NO-3 aumentaram com o aumento da profundidade e das doses de N-NO-3/ha, principalmente nas doses mais altas (100, 200 e 400 kg/ha de N-N0-3). Os teores mais altos foram encontrados na profundidade de 60-80 cm sendo: 2,46; 3,72; 7,25 e 10,22 ppm de NO3, para as doses de 50, 100, 200 e 400 kg/ha de N-NO3, respectivamente. Os teores mais altos de NH+4 foram encontrados na profundidade de 0-20cm, sendo: 5,42; 7,75; 7,43 e 9,26 ppm de NH+4, para as doses de 50 , 100, 200 e 400 kg/ha de N-NH+4, respectivaimente. Observou-se menor transporte de (NH+4) em relação ao (NO-3), mesmo quando o solo recebeu as mais altas doses (kg/ha) de N-NH+4.