L'origen principal d'aquest treball: els òxids de coure, al seu paper en el món dels superconductors i en particular de les eines que hom fa servir per tal d'intentar dissenyar-ne de nous.

Debido a la falta de órganos para trasplantes, los donantes a corazón parado constituyen una posible fuente de obtención de los mismos. El principal inconveniente que se presenta en tales casos es el tiempo de "isquemia caliente" a la cual están sometidos los órganos. Nuestro grupo investigador ha demostrado que la realización después de la parada cardíaca (PC) de un periodo de recirculación extracorpórea mediante la utilización de una bomba de "bypass" cardiopulmonar y oxigenación tisular antes del enfriamiento corporal total tiene un efecto beneficioso y es capaz de evitar las lesiones hepáticas, cosa que hace viable su trasplante. Este procedimiento se ha denominado "recirculación normotérmica" (RN).

INTRODUCCIÓ: La lesió pulmonar aguda (LPA) és una entitat clínica que inclou un ampli espectre de dany pulmonar i que pot donar-se en associació a una gran varietat de condicions precipitants. La manifestació més severa de la LPA es coneix amb el nom de síndrome de distres respiratori de l'adult. La sepsis és l'etiologia més freqüent de LPA, amb una mortalitat superior al 50%. El mecanisme de producció d'aquesta entitat, implica una complexa resposta immunològica humoral i cel.lular, que es tradueix en una alteració estructural i funcional que origina trastorns en la vasculatura i en la mecànica pulmonar, alterant la relació ventilació/perfusió; això es manifesta clínicament amb hipertensió pulmonar i hipoxèmia severa.Actualment el tractament d'aquesta entitat es basa en mesures de manteniment en espera que es resolgui la causa precipitant. L'òxid nítric inhalat i les prostaciclines nebulitzades no s'inclouen en el tractament habitual de la LPA; contemplant-se el seu ús en els casos de hipoxèmia o hipertensió pulmonar severa refractàries al tractament convencional és a dir, en una fase evolutiva avançada de la malaltia.L'administració profilàctica d'aquests fàrmacs en la LPA s'ha reportat de manera aïllada i amb resultats dispars. Donada la naturalesa imunològica-inflamatòria de la LPA i les propietats antiinflamatòries del NO i de les PG, l'administració de manera profilàctica de iNO i de PGneb, abans de produir-se la noxa que desencadena el quadre, podria ser molt més efectiva que el seu ús amb finalitat terapèutica.HIPÒTESIS I OBJECTIUS:1. Verificar que l'administració endovenosa d'endotoxina produeix una lesió aguda a nivell de la membrana alveolo-capil.lar que condiciona un augment de la permeabilitat capil·lar, migració i activació de neutròfils ocasionant edema alveolar, hipertensió pulmonar i hipoxèmia severa.2. Investigar l'efecte de l'administració profilàctica de NO inhalat, de prostaglandines nebulitzades i d'ambdós alhora, sobre la hemodinàmica sistèmica, la hemodinàmica pulmonar i l'intercanvi de gasos.3. Investigar si l'administració profilàctica del iNO, de PGneb i d'ambdós alhora, evita l'increment de permeabilitat vascular, la migració i l'activació de neutròfilsMaterial i mètodes: l'estudi es va realitzar amb 31 ovelles anestesiades (8 en el grup control, 7 en el grup endotoxina, 6 en el grup iNO, 5 en el grup PGneb i 5 en el grup iNO+PGneb) de 20-25 Kg. Es va monitoritzar la pressió arterial i la hemodinàmica pulmonar a través d'un catéter de Swan Ganz. Es realitzaven gasometries arteriars i venoses, recompte de leucòcits en sang arterial, i nivells de GMPc i AMPc en sang arterial i venosa mixta, així com un rentat broncoalveolar (BAL) de cada pulmó. De la mostra obtinguda es va estudiar la cel.lularitat (nombre, viabilitat i tipus cel.lular), i la concentració de proteïnes. Al final de l'estudi s'obtenia una mostra de teixit pulmonar, per estudi anatomopatològic i determinació de mieloperoxidasa. La endotoxina (LPS) administrada era E. Coli. El iNO s'administrava amb un regulador caudalímetre (OPTINO), conectat a la branca inspiratòria del respirador. Les PGneb s'administraven mitjançant un nebulitzador ultrasònic (OMRON, model NE-012) conectat a la branca inspiratòria del respirador. Els animals foren distribuits de manera aleatòria en 5 grups. Grup control: rebien una infusió de sèrum fisiològic, grup LPS: rebien un bolus de 20&#61472;mi./Kg/min de LPS seguit d'una perfusió de 10 mi./Kg/min fins al final de l'estudi, grup iNO: rebien 10ppm de iNO, grup PGneb: rebien 10 mi./Kg/min de PGneb, i grup iNO+PGneb: rebien ambdós fàrmacs alhora. Tots els gups van ser estudiats durant un periode de 4 hores, i els controls es realitzaven en situació basal (T00), als 20 minuts de l'inici de l'administració de iNO, PGneb, o iNO+PGneb (T0), a la 1, 2, 3 i 4 hores d'iniciar-se la infusió sèrum salí/LPS (T1, T2, T3, T4 respectivament), i als 20 minuts de retirar el iNO, les PGneb o ambdós.Per analitzar l'evolució de les variables en el temps, es va comparar l'efecte de cadascún dels tractaments, mitjançant la descomposició de la variància de les diferències entre el moment basal i després d'haver passat 4 hores. En el cas que la diferència es distribuïa segons una Normal, es feien les múltiples comparacions pel mètode Bonferroni, i en el cas en que la variable a comparar no es distribuïa segons una Normal, es va contrastar la igualtat entre els grups mitjançant la prova Kruskall Wallis. Es va considerar significativa una p< 0,05.RESULTATS: en el grup d'animals que únicament van rebre endotoxina es va observar una disminució del dèbit cardíac (DC) i un increment de les resistències vasculars sistèmiques (RVS) significatius en l'hemodinàmica sistèmica; així com un increment significatiu de la pressió de l'artèria pulmonar (PAPm) i de les resistències vasculars pulmonars (RVP) respecte dels animals del grup control. L'administració de LPS també va produir una disminució significativa de la PaO2, i dels leucòcits en sang perifèrica. En el BAL d'aquest grup d'animals, hi habia un increment significatiu del percentatge de neutròfils i del valor de la mieloperoxidasa. A l'anatomia patològica de les mostres de teixit pulmonar s'observaba un infiltrat inflamatori difús amb augment dels leucòcits a l'interior de les arterioles.El grup d'animals que va rebre 10ppm de iNO no va mostrar variacions significatives en els paràmetres de l'hemodinàmica sistèmica. L'administració de iNO en aquest grup va evitar la disminució del dèbit cardíac, l'increment de la PAPm i l'increment de les RVP de manera significativa. L'administració de iNO també va evitar la disminució significativa de la PaO2 i dels leucòcits en sang perifèrica. En el BAL d'aquest grup el percentatge de neutròfils va ser significativament inferior al del grup que va rebre LPS. En les mostres de teixit pulmonar no hi habia edema ni infiltrat inflamatori agut, típics de l'administració de LPS.El grup d'animals que va rebre 10&#61549;/Kg/min de PGneb no va mostrar variacions significatives en l'hemodinàmica sistèmica respecte del grup que va rebre LPS. Amb l'administració de PGneb es va observar un increment significatiu de la PAPm i de les RVP respecte del grup que va rebre iNO. També es va observar una disminució significativa de la PaO2 respecte del grup que va rebre iNO. La disminució de la xifra de leucòcits en sang perifèrica observada en aquest grup va ser significativament inferior a la del grup LPS. El percentatge de neutròfils en el BAL d'aquest grup va ser significativament superior al del grup iNO. En la mostra de teixit pulmonar destacaba un intens infiltrat inflamatori agut amb marcat edema periarteriolar i perivenular.El grup d'animals que va rebre conjuntament 10ppm de iNO i 10 mi./Kg/min de PGneb no van mostrar variacions en l'hemodinàmica sistèmica. Es va observar una disminució significativa de la PAPm i de les RVP respecte del grup LPS i respecte del grup PGneb. No es van observar diferències significatives en la resta de paràmentres hemodinàmics ni gasomètrics mesurats. El percentatge de neutròfils en el BAL d'aquest grup va ser significativament superior al del grup iNO, mentre que el percentatge de macròfags va ser significativament inferior al del grup iNO. L'anatomia patològica d'aquest grup mostrava un infiltrat inflamatori agut i un edema perivascular moderats. No van haber-hi diferències significatives en els valors de AMPc i GMPc, arterials i venosos, entre els grups estudiats.DISCUSIÓ: el model de LPA per endotoxina presentat en aquest estudi, es caracteritza fonamentalment per hipertensió pulmonar i hipoxèmia severa com a conseqüència de la vasoconstricció i de l'augment de permeabilitat vascular, que origina extravassació de proteïnes, infiltració i degranulació de neutròfils. Aquest model està ampliament demostrat anteriorment en la literatura en diferents estudis experimentals. Nosaltres vàrem escollir el model oví per tenir una resposta vascular més similar a la dels humans. Per tant és un bon model per avaluar l'efecte de diferents fàrmacs com a tractament o profilaxi d'aquesta entitat.L'administarció profiactica de iNO va evitar la HTP, la disminució del DC i la hipoxèmia produits per l'administració de LPS. Aquests resultats estan en la mateixa línia que les dades previament reportades en la literatura, però amb un grau d'eficàcia superior, que artubuim al fet que aquests hagi estat administrat profilàcticament, abans d'iniciar-se l'insult sèptic. De manera paral.lela, l'administració profilàctica de iNO va evitar la LPA al reduir la migració alveolar de neutròfils i la leucopènia perifèrica indiudes per LPS. Les propietats antiinflamatòries del iNO es presenten de manera variable en funció del model experimental/clínic emprat; i l'ús potencial del iNO amb finalitat antiinflamatòria passa per assajar l'administració en diferents moments de l'evolució de la LPA. L'administració de PGneb, en canvi, no va evitar la disminució del DC, la HTP ni la hipoxèmia produits per l'administració de LPS, i va afavorir la LPA, en potenciar la migració intraalvèolar de neutròfils . En contraposició a aquests resultats, en la majoria d'estudis reportats els prostanoids, igual que tots els fàrmacs que incrementen els nivells de AMPc, mostren propietats antiinflamatòries. No tenim una explicació clara que justifiqui aquest fenòmen. Es possible que les PGneb fossin absorbides a nivell traqueobronquial, passant així a la crculació sistèmica; però la tendència a l'increment dels valors del AMPc en els animals d'aquest grup apunta que en una o altra mesura les PGneb van arribar a nivell alveolar, sense tenir l'efecte esperat. L'administració de iNO+PGneb va evitar la HTP però no la hipoxèmia, produïdes per l'administració de LPS. Amb aquesta associació no es va observar l'efecte profilàctic de l'administració de iNO, però tampoc es van manifestar els efectes proinflamatoris de l'administració de PGneb soles. Es possible que aquest fenòmen estigui en relació a un mecanisme de retroalimentació entre els respectius segons missatgers AMP i GMP cíclics.CONCLUSIONS:1. L'administració d'endotoxina de E. coli produeix una LPA que es caracteritza per migració transendotelial i activació dels neutròfils, edema alveolar, hipertensió pulmonar i hipoxèmia severa.2. L' administració profilàctica de 10ppm de iNO prevé de l'aparició de hipertensió pulmonar i de hipoxèmia induïdes per l'endotoxina. Així mateix prevé la migració transendotelial dels neutròfils, amb una disminució significativa del nombre de neutròfils en el rentat broncoalveolar.3. L 'administració profilàctica de 10&#61472;&#61549;/Kg/min de PGneb no evita l'aparició de hipertensió pulmonar ni de hipoxèmia induïdes per l´endotoxina. Tampoc evita la migració transendotelial de neutròfils.4. L'administració profilàctica de iNO i de PGneb conjuntament, si bé evita el desenvolupament de hipertensió pulmonar, no prevé la hipoxèmia. Tampoc evita l'augment de neutròfils en el rentat broncoalveolar i en el teixit pulmonar.5. La lesió pulmonar aguda induïda per endotoxina de E. coli es prevé totalment amb l´administració de iNO, mentre que la PGneb no exerceix cap efecte profilàctic d'aquesta lesió pulmonar i la l'associació d'ambdós tractaments té nomès un efecte profilàctic parcial. / INTRODUCCIÓN: la lesión pulmonar aguda (LPA) es una entidad clínica que incluye un amplio espectro de daño pulmonar y que puede darse en asociación a una gran variedad de condiciones precipitantes. La manifestación más severa de la LPA se conoce con el nombre de síndrome de distres respiratorio del adulto. La sepsis es la etiología más frecuente de la LPA, con una mortalidad superior al 50%. El mecanismo de producción de esta entidad, implica una compleja respuesta immunológica humoral y celular, que se traduce en una alteración estructural y funcional que origina trastornos en la vasculatura y en la mecánica pulmonar, alterando la ventilación-perfusión; esto se manifiesta clínicamente con hipertensión pulmonar (HTP) e hipoxemia severa.Actualmente el tratamiento de esta entidad se basa en medidas de mantenimiento en espera que se resuelva la causa precipitante. El óxido nítrico inhalado (iNO) y las prostaciclinas nebulizadas (PGneb) no se incluyen en el tratamiento habitual de la LPA; contemplándose su uso en los casos de hipoxemia o HTP severa refractarias al tratamiento convencional es decil, en una fase evolutiva avanzada de la enfermedad. La administración profiláctica de estos fármacos en la LPA ha sido reportada de manera aislada i con resultados dispares. Dada la naturaleza immunológico-inflamatoria de la LPA y las propiedades antiinflamatorias del NO y de las PG, la administración de manera profiláctica de iNO i de PGneb, antes de producirse el insulto que desencadena el cuadro, podría ser mucho más efectiva que su uso con finalidad terapéutica.HIPÓTESIS Y OBJETIVOS:1. Verificar que la administración endovenosa de endooxina produce una lesión aguda a nivel de la membrana alveolocapilar que condiciona un aumento de la permeabilidad capilar, migración y activación de neutrófilos ocasionando edema alveolar, HTP e hipoxemia severas.2. Investigar el efecto de la administración profiláctica de NO inhalado, de prostaciclinas nebulizadas y de ambos a la vez, sobre la hemodinámica sistémica, la hemodinámica pulmonar y el intercambio de gases.3. Investigar si la administración profiláctica de NO inhalado, de prostaciclinas nebulizadas y de ambos a la vez, evita el incremento de la permeabilidad vascular, la migración y activación de neutrófilos.MATERIAL Y MÉTODOS: el estudio se realizó con 31 ovejas anestesiadas (8 en el grupo control, 7 en el grupo endotoxina, 6 en el grupo iNO, 5 en el grupo PGneb y 5 en el grupo iNO más PGneb) de 20-25 Kg. Se monitorizó la presión arterial y la hemodinámica pulmonar a través de un catéter de Swan-Ganz. Se realizaron gasometrías arteriales y venosas, recuento de leucocitos en sangre arterial, i niveles de AMP i GMP cíclicos en sangre arterial y venosa mixta, así como un lavado broncoalveolar (BAL) de cada pulmón. De la muestra obtenida se estudió la celularidad (número, viabilidad y tipos celulares), y la concentración de proteínas. Al final del estudio se obtenía una muestra de tejido pulmonar, para estudio anatomopatológico y determinación de mieloperoxidasa. La endotoxina (LPS) administrada era E. Coli. El iNO se administraba con un regulador caudalímetro (OPTINO), conectado a la rama inspiratoria del respirador. Las PGneb se administraban mediante un nebulizador ultrasónico (OMRON, modelo NE-012) conectado a la rama inspiratoria del respirador. Los animales fueron distribuidos de manera aleatoria en 5 grupos. Grupo control: recibían una perfusión de suero fisiológico, Grupo LPS: recibían un bolus de 20&#61472;mi./Kg./min. Grupo iNO: recibían 10 ppm. de NO. Grupo PGneb: recibían 10 mi./Kg./min. de PGneb, y Grupo iNO+PGneb: recibían ambos fármacos a la vez. Todos los grupos fueron estudiados durante un periodo de 4 horas, y los controles se realizaron en situación basal (T00), a los 20 minutos del inicio de la administración de iNO, PGneb o iNO+PGneb (T0), a las 1, 2, 3 i 4 horas de iniciarse la infusión suero salino/LPS (T1, T2, T3, T4 respectivamente), y a los 20 minutos de retirar el iNO, las PGneb o ambos (T5). Para analizar la evolución de las variables en el tiempo, se comparó el efecto de cada uno de los tratamientos, mediante la descomposición de la varianza de las diferencias entre el momento basal y después de haber pasado 4 horas. En el caso que la diferencia se distribuía según una Normal, se hacían múltiples comparaciones por el método Bonferroni, y en el caso en que la variable a comparar no se distribuía según una Normal, se contrastó la igualdad entre los grupos mediante la prueba Kruskall Wallis. Se consideró significativa una p< 0,05.RESULTADOS: en el grupo de animales que únicamente recibió endotoxina se observó una disminución del gasto cardíaco (GC) y un incremento de las resistencias vasculares sistémicas (RVS) significativos; así como un incremento significativo de la presión de la arteria pulmonar (PAPm) y de las resistencias vasculares pulmonares (RVP) respecto los animales del grupo control. La administración de LPS también produjo una disminución significativa de la PaO2 y de los leucocitos en sangre periférica. En el BAL de este grupo de animales, había un incremento significativo del porcentaje de neutrófilos y del valor de la mieloperoxidasa. En la anatomía patológica de las muestras de tejido pulmonar se observaba un infiltrado inflamatorio difuso con aumento de leucocitos en el interior de las arteriolas.El grupo de animales que recibió 10 ppm de iNO no mostró variaciones significativas en los parámetros de la hemodinámica sistémica. La administración de iNO en este grupo evitó la disminución del GC, el incremento de la PAPm y el incremento de las RVP de manera significativa. La administración de iNO también evitó la disminución significativa de la PaO2 y de los leucocitos en sangre periférica. En el BAL de este grupo el porcentaje de neutrófilos fue significativamente inferior al del grupo que recibió LPS.El grupo de animales que recibió 10 mi./Kg./min. de PGneb no mostró variaciones significativas en la hemodinámica sistémica respecto el grupo que recibió LPS. Con la administración de PGneb se obserbó un incremento significativo de la PAPm y de las RVP respecto el grupo que recibió iNO. También se observó una disminución significativa de la PaO2 respecto el grupo que recibió iNO. La disminución de la cifra de leucocitos en sangre periférica observada en este grupo fue significativamente inferior a la del grupo LPS. El porcentaje de neutrófilos en el BAL de este grupo fue significativamente superior al del grupo iNO. En la muestra de tejido pulmonar destacaba un intenso infiltrad inflamatorio agudo con marcado edema periarteriolar y perivenular.El grupo de animales que recibió conjuntamente 10 ppm de iNO y 10 mi./Kg./min. de PGneb no mostró variaciones significativas en la hemodinámica sistémica respecto al grupo que recibió LPS. Se observó una disminución significativa de la PAPm y de las RVP respecto el grupo LPS y respecto el grupo PGneb. No se observaron diferencias significativas en el resto de parámetros hemodinámicos ni gasométricos medidos. El porcentaje de neutrófilos en el BAL de este grupo fue significativamente superior al del grupo iNO, mientras que el porcentaje de macrófagos fue significativamente inferior al del grupo iNO. La anatomía patológica de este grupo mostraba un infiltrado inflamatorio agudo y un edema perivascular moderados.No hubo diferencias significativas en los valores de AMPc y GMPc arteriales ni venosos entre los grupos estudiados.DISCUSIÓN: el modelo de LPA por endotoxina presentado en este estudio, se caracteriza fundamentalmente por hipertensión pulmonar y hipoxemia severa como consecuencia de la vasoconstricción y del aumento de permeabilidad vascular, que origina extravasación de proteínas, infiltración y degranulación de neutrófilos. Este modelo está ampliamente demostrado anteriormente en la literatura en diferentes estudios experimentales. Nosotros escogimos el modelo ovino por tener éste una respuesta vascular más similar a la de los humanos. Por tanto se considera un buen modelo para valorar el efecto de diferentes fármacos como tratamiento o profilaxis de esta entidad.La administración profiláctica de iNO evitó la HTP, la disminución del GC y la hipoxemia producidas por la administración de LPS. Estos resultados están en la misma línea que los datos previamente reportados en la literatura, pero en un grado de eficacia superior, que atribuimos al hecho de que éstos hayan estado administrados profilácticamente, antes de iniciarse el insulto séptico. De manera paralela la administración profiláctica de iNO evitó la LPA al reducir la migración alveolar de neutrófilos y la leucopenia periférica inducidas por LPS. Las propiedades antiinflamatorias del iNO se presentan de manera variable en función del modelo experimental/clínico estudiados; y el uso potencial del iNO con finalidad antiinflamatoria pasa por ensayar su administración en diferentes momentos de la evolución de la LPA. La administración de PGneb en cambio, no evitó la disminución del GC, la HTP ni la hipoxemia producidos por la administración de LPS, favoreciendo la LPA, al potenciar la migración intraalveolar de neutrófilos. En contraposición a estos resultados, en la mayoría de estudios reportados los prostranoides, al igual que el resto de los fármacos que incrementan el AMPc, muestran propiedades antiinflamatorias. No tenemos una explicación clara que justifique este fenómeno. Es posible que la PGneb fueran absorbidas a nivel traqueobronquial, pasando de esta manera a la circulación sistémica; pero la tendencia al incremento de los valores del AMPc en los animales de este grupo apunta que en alguna medida las PGneb llegaron a nivel alveolar, sin tener el efcto deseado. La administración de iNO+PGneb evitó la HTP pero no la hipoxemia producidas por la administración de LPS. Con esta asociación no se observó el efecto profilàctico de la administración de iNO, pero tampoco se manifestaron los efectos proinflamatorios de la administración de PGneb aislada. Es posible que este fenómeno esté en relación a un mecanismo de retroalimentación entre los respectivos segundos mensajeros AMPc i GMPc.CONCLUSIONES:1. La administración de endotoxina de E. Coli produce una LPA que se caracteriza por migración transendotelial y activación de los neutrófilos, edema alveolar, HTP e hipoxemia severa.2. La administración profiláctica de 10 ppm de iNO previene la aparición de hipertensión pulmonar y de hipoxemia inducidas por endotoxina. Así mismo previene la migración transendotelial de neutrófilos, con una disminución significativa del número de neutrófilos en el lavado broncoalveolar.3. La administración de 10 mi./Kg./min. de PGneb no evita la aparición de hipertensión pulmonar ni de hipoxemia inducibles por endotoxina. Tampoco evita la migración transendotelial de neutrófilos.4. La administración profiláctica de iNO+PGneb conjuntamente si bien evita el desarrollo de hipertensión pulmonar, no previene la hipoxemia. Tampoco evita el aumento de neutrófilos en el lavado broncoalveolar ni en el tejido pulmonar.5. La lesión pulmonar aguda inducida por endotoxina de E. Coli se previene totalmente con la administración de iNO, mientras que las PGneb no ejercen ningún efecto profiláctico de esta lesión pulmonar y la asociación de ambos tratamientos sólo tiene un efecto profiláctico parcial.

OF THE PhD.This PhD project has been fully developed at the department of physical-chemistry of the University of Barcelona. The work involves a fundamental study of passivity on iron electrodes by using advanced applications of Scanning Probe Microscopy techniques. The main concepts of the Semiconductor Electrochemistry have been introduced in a simple way to make them accessible for an electrochemist. The final conclusions deals with a quantitative diagram of the energy levels distribution at the oxide  electrolyte interface. The new methodologies developed in this PhD work are extensive to the quantitative study of the electron transfer through any electrode  liquid junction.After an initial electrochemical characterization of the system, we succeed in coupling our three-electrode configuration into an STM microscope. Special efforts were put on the cell design which finally resulted in a robust ECSTM system that allowed the first in situ topographic and electric measurements of the Fe oxide  borate buffer interface under a strict electrochemical control. Additional ex situ microscopy and spectroscopy techniques were also used in combination to elaborate the first oxide growth mechanism and the quantitative electronic band diagram picture of the interface. Convinced that the different transitions of the electronic properties on the iron oxide surface governed its passivity and redox behavior, we went further in its electrical characterization and were embarked in the design of a new methodology to perform real electrochemical tunneling spectroscopy (ECTS). Although its experimental realization had been previously demonstrated on other ideal semiconducting electrodes, several technical difficulties had braked its wide fan of possibilities. Within the last two years of this Ph.D, we have invested efforts to solve the main technical problems and presented by the first time a novel procedure to record reproducible in situ electronic spectra of an electrode  electrolyte interface as a function of the oxidation state of the substrate. Their benefits go far beyond this study as it is shown in the Appendix A of this Ph.D. We found especially advantageous the combination of ECTS with the capacitance data of the same interface on determining its corresponding band diagram in a quantitative energy scale. Finally, the last block of the Ph.D. work have been devoted to the analysis and interpretation of the in situ tunneling spectroscopy data which have been employed firstly, to elaborate a complete mechanism of the formation and dissolution of the iron passive layer, and secondly, to revisit the concept of passivity from an electronic point of view. All these background was finally used on the quantitative electronic characterization of the passivity breakdown process of an iron electrode in the presence of chloride. The picture deduced in this last study is probably the highest impact feature of the present work since it directly addresses to the real capabilities that the technique shows on a dynamic process of remarkable technical impact.

El hígado cirrótico experimenta a lo largo de todo el desarrollo de la enfermedad una serie de cambios estructurales, debidos a la acumulación de matriz extracelular y a la inflamación crónica, que vuelven al tejido hipóxico. La hipoxia tisular provoca la liberación de agentes proangiogénicos, como VEGF-A, que aumentan la irrigación del tejido para compensar la falta de oxígeno. Además, muchas citoquinas sintetizadas por las células inflamatorias o por las células hepáticas estrelladas activadas, también tienen un alto poder angiogénico. Estos nuevos vasos son una puerta de entrada de más infiltrado inflamatorio, estableciéndose así un circuito que se retroalimenta entre angiogénesis e inflamación que lleva a perpetuar la enfermedad. En este contexto, las terapias antiangiogénicas clásicas dirigidas a bloquear VEGF o las vías de los receptores tirosina quinasa, han demostrado ser eficaces en disminuir el grado de angiogénesis, de fibrosis y de inflamación hepática, además de disminuir también la presión portal (Mejias et al., 2009; Tugues et al., 2007). Sin embargo, este tipo de terapias se han visto relacionadas con multitud de efectos adversos, como trombosis o hipertensión, ya que no sólo inhiben la angiogénesis patológica sino que también afectan a la vasculatura sana (Fischer et al., 2007; Wu et al., 2008). De manera que la necesidad de encontrar nuevas dianas terapéuticas más seguras destinadas a modular la angiogénesis en la cirrosis hepática sigue siendo uno de los objetivos de la investigación científica actual. Cuando la cirrosis pasa a ser descompensada, los pacientes cirróticos desarrollan importantes alteraciones en la homeostasis de los líquidos corporales que dan lugar a la acumulación de ascitis. La formación de ascitis es el trastorno más importante que presentan los pacientes cirróticos y constituye un fenómeno extraordinariamente complejo en el que se han descrito la implicación de diversos sistemas neurohormonales y sustancias endógenas capaces de regular el metabolismo renal de sodio y agua o la reactividad vascular (Arroyo and Jiménez, 2000). La probabilidad de fallecimiento a los 2 años en pacientes cirróticos, una vez que desarrollan ascitis, es del 40%. A pesar de la enorme relevancia clínica de este suceso, actualmente aun no se conocen con precisión todos los mecanismos moleculares implicados en la formación y mantenimiento de la ascitis en la cirrosis. El objetivo global de esta tesis doctoral fue el de investigar la implicación de la vasculatura, tanto sanguínea como linfática, en la patogenicidad de la cirrosis hepática. De manera específica, la tesis está dividida en dos estudios dirigidos a: I. Investigar el papel fisiopatológico del factor de crecimiento placentario (PlGF) en la angiogénesis, la inflamación y la fibrosis hepática. II. Caracterizar la funcionalidad y la estructura de la vasculatura linfática en la cirrosis e investigar su contribución a la formación de ascitis. Estudio I: Durante la progresión de gran cantidad de enfermedades hepáticas crónicas tiene lugar un proceso de neoangiogénesis hepática que agrava profundamente dichas patologías. Además, se ha demostrado que diversos factores angiogénicos también son capaces de activar diferentes subpoblaciones de células hepáticas estrelladas, estableciendo así un vínculo entre inflamación, angiogénesis y fibrosis hepáticas (Thabut et al., 2010; Semela et al., 2008). En este contexto, se ha demostrado que la administración de sunitinib y sorafenib a ratas cirróticas, dos inhibidores multidiana de receptores tirosina quinasa que actúan en las vías de señalización de PDGF y VEGF, conseguía disminuir el grado de angiogénesis, de fibrosis y de inflamación hepáticas, además de disminuir también la presión portal (Mejias et al., 2009; Tugues et al., 2007). Sin embargo, este tipo de terapias dirigidas a inhibir VEGF están asociadas a graves efectos adversos, como trombosis, hipertensión o una disminución de la densidad vascular en órganos sanos (Fischer et al., 2007), ya que VEGF también tiene importantes funciones en la angiogénesis fisiológica. Estudios recientes sugieren que las terapias enfocadas a inhibir el PlGF podrían tener un perfil de bioseguridad mucho más óptimo que las terapias antiangiogénicas clásicas (Fischer et al., 2007; Van de Veire et al., 2010). Esto es así porque la acción angiogénica de PlGF se reduce únicamente a situaciones patológicas (Autiero et al., 2003; Van Steenkiste et al., 2009). Resultados I: La cirrosis está asociada a una sobreexpresión de PlGF, tanto en humanos como en modelos experimentales. Cuando se bloquea la actividad de PlGF en cirrosis se consigue disminuir la angiogénesis hepática y en esplácnica, el infiltrado inflamatorio hepático, la fibrosis y la hipertensión portal; todo ello sin efectos adversos. Estudio II: Una de las complicaciones más severas durante la progresión de la cirrosis es la formación de ascitis, que está asociada con un incremento de la morbilidad y la mortalidad (Moore et al., 2003). Algunos de los mecanismos que contribuyen a la aparición y al mantenimiento de la ascitis son: 1) el incremento de la presión hidrostática intravascular, 2) el descenso de la presión oncótica en el plasma, 3) un aumento de la angiogénesis en el territorio esplácnico y 4) la retención renal de sal y agua (Gines et al., 2004; Van Steenkiste et al., 2009; Henriksen et al., 2005). Sin embargo, la función del sistema linfático en la patogénesis de la ascitis no está bien estudiada. En los pacientes cirróticos compensados, el sistema linfático ayuda a prevenir la aparición de ascitis reabsorbiendo el exceso de fluido, tanto en el hígado, como en las demás regiones de la zona esplácnica. Como consecuencia de esto aumenta el flujo linfático (Witte et al., 1969), lo que estimula la aparición de linfangiogénesis hepática (Tugues et al., 2005). A pesar de ello, este mecanismo compensatorio no es capaz de evitar la formación de ascitis en pacientes con cirrosis descompensada y esto hace hipotetizar que existe una disfunción del sistema linfático en los estadíos más avanzados de la enfermedad. Resultados II: En cirrosis, las células endoteliales linfáticas sobreexpresan eNOS y tienen una sobreproducción de NO que lleva a una pérdida de recubrimiento de los vasos linfáticos por células musculares lisas y a una disfunción del sistema linfático. Cuando se bloquea la actividad de eNOS se consigue recuperar el recubrimiento de vasos linfáticos por células musculares lisas, aumenta el drenaje del sistema linfático y disminuye el volumen de ascitis. / Study I: Placental growth factor (PlGF) is associated selectively with pathological angiogenesis, and PlGF blockade does not affect the healthy vasculature. Anti-PlGF is therefore currently being clinically evaluated for the treatment of cancer patients. In cirrhosis, hepatic fibrogenesis is accompanied by extensive angiogenesis. In this study, we evaluated the pathophysiological role of PlGF and the therapeutic potential of anti-PlGF in liver cirrhosis. Results I: PlGF was significantly up-regulated in the CCl4-induced rodent model of liver cirrhosis as well as in cirrhotic patients. Compared with wild-type animals, cirrhotic PlGF -/- mice showed a significant reduction in angiogenesis, arteriogenesis, inflammation, fibrosis, and portal hypertension. Importantly, pharmacological inhibition with anti-PlGF antibodies yielded similar results as genetic loss of PlGF. Notably, PlGF treatment of activated hepatic stellate cells induced sustained extracellular signal-regulated kinase 1/2 phosphorylation, as well as chemotaxis and proliferation, indicating a previously unrecognized profibrogenic role of PlGF. In conclusion, PlGF is a disease-candidate gene in liver cirrhosis, and inhibition of PlGF offers a therapeutic alternative with an attractive safety profile. Study II: The lymphatic network plays a major role in maintaining tissue fluid homoeostasis. Therefore several pathological conditions associated with oedema formation result in deficient lymphatic function. However, the role of the lymphatic system in the pathogenesis of ascites and oedema formation in cirrhosis has not been fully clarified. The aim of this study was to investigate whether the inability of the lymphatic system to drain tissue exudate contributes to the oedema observed in cirrhosis. Results II: The cirrhotic (CH) rats had impaired lymphatic drainage in the splanchnic and peripheral regions compared with the control (CT) rats. LyECs isolated from the CH rats showed a significant increase in eNOS and nitric oxide (NO) production. In addition, the lymphatic vessels of the CH rats showed a significant reduction in smooth muscle cell (SMC) coverage compared with the CT rats. CH rats treated with L-NMMA for 7 days showed a significant improvement in lymphatic drainage and a significant reduction in ascites volume, which were associated with increased plasma volume. This beneficial effect of L-NMMA inhibition was also associated with a significant increase in lymphatic SMC coverage. In conclusion, the upregulation of eNOS in the LyECs of CH rats causes long-term lymphatic remodelling, which is characterised by a loss of SMC lymphatic coverage. The amelioration of this lymphatic abnormality by chronic eNOS inhibition results in improved lymphatic drainage and reduced ascites.

La vulcanització per microones és un procés madur i no hi ha dubte sobre la seva eficiència per produir articles de cautxú d'alta qualitat. Les microones són conegudes no només per la seva capacitat d'accelerar els processos i augmentar la eficiència de la transferència energètica, sinó que també són capaces en certs casos de canviar els camins de reacció. Hi ha evidències, basades en canvis en propietats físiques al comparar productes vulcanitzats amb el mètode convencional i amb microones, que indiquen que alguns canvis poden succeir al treballar amb diferents fonts d'escalfament. No obstant això, hi ha una falta d'informació sobre els efectes que les microones tenen en la química de la vulcanització. Per tant, el principal objectiu d'aquesta tesi es basa en estudiar la vulcanització assistida amb microones des d'una nova perspectiva, centrant-se en els efectes d'aquesta radiació en els ingredients principals de les formulacions de cautxú, en el mecanisme de vulcanització, en la reticulació de la xarxa polimèrica i també en el procés de devulcanització.La primera part de la feina va consistir en desenvolupar i optimitzar tots els mètodes analítics necessàris per explorar totes les etapes del procés de vulcanització i identificar tots els intermedis formats. Estudis de Model Compound Vulcanization (MCV) utilitzant esqualè com a molècula model s'han realitzat per entendre millor la influència d'aquesta radiació en el mecanisme de la reacció, encara que alguns experiments també s'han realitzat amb mostres de cautxú natural. Tècniques com HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC s'han utilitzat per caracteritzar les mostres de MCV, mentre que mesures d'inflament, de tensió-elongació, compressió i duresa s'han realitzat per caracteritzar les mostres de cautxú natural.Dos dels sistemes de vulcanització més comuns han estat estudiats (sulfenamides i tiurams). A més, s'ha donat un especial èmfasi a l'estudi de la influència de les microones en el sistema activador, intentant reduir el contingut de ZnO i cercar, a través de diverses estratègies, substituts més amigables amb el medi ambient. Finalment, tot el coneixement adquirit en aquests estudis s'ha utilitzat per optimitzar el comportament devulcanitzant del disulfur de difenil (DPDS) amb l'ajut de les microones, demostrant que les microones poden ajudar a avançar en la recerca d'una solució al problema del reciclatge dels residus de cautxú. / La vulcanización por microondas es un proceso maduro y no cabe duda sobre su eficiencia para producir artículos de caucho de alta calidad. Las microondas son conocidas no sólo por su capacidad de acelerar los procesos y aumentar la eficiencia de la transferencia energética, sino que también son capaces en ciertos casos de cambiar los caminos de reacción. Hay evidencias, basadas en cambios en propiedades físicas al comparar productos vulcanizados con el método convencional y con microondas, que indican que algunos cambios pueden suceder al trabajar con diferentes fuentes de calentamiento. Sin embargo, hay una falta de información sobre los efectos que las microondas tienen en la química de la vulcanización. Por lo tanto, el principal objetivo de esta tesis se basa en estudiar la vulcanización asistida por microondas desde una nueva perspectiva, centrándose en los efectos de esta radiación en los ingredientes principales de las formulaciones de caucho, en el mecanismo de vulcanización, en la reticulación de la red polimérica y también en el proceso de devulcanización.La primera parte del trabajo consistió en desarrollar y optimizar todos los métodos analíticos necesarios para explorar todas las etapas del proceso de vulcanización y identificar todos los intermedios formados. Estudios de Model Compound Vulcanization (MCV) utilizando escualeno como molécula modelo se han realizado para entender mejor la influencia de esta radiación en el mecanismo de la reacción, aunque algunos experimentos también se han realizado con muestras de caucho natural. Técnicas como HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC se han utilizado para caracterizar las muestras de MCV, mientras que medidas de inflamiento, de tensión-elongación, compresión y dureza se han realizado para caracterizar las muestres de caucho natural.Dos de los sistemas de vulcanización más comunes han sido estudiados (sulfenamidas y tiuramos). Además, se ha dado un especial énfasis al estudio de la influencia de las microondas en el sistema activador, intentando reducir el contenido en ZnO y buscar, a través de diversas estrategias, substitutos más amigables con el medio ambiente. Finalmente, todo el conocimiento adquirido en estos estudios se ha utilizado para optimizar el comportamiento devulcanitzante del disulfuro de difenilo (DPDS) con ayuda de las microondas, demostrando que las microondas pueden ayudar a avanzar en la búsqueda de una solución al problema del reciclaje de los residuos de caucho. / Microwaves vulcanization is a mature process and there is no doubt about its efficiency on producing high quality goods. Microwaves are found not only to speed up the processing and increase the energy transfer efficiency, but also to be in some cases able to change reaction pathways. There are some evidences, based on changes in physical properties when comparing conventional and microwaves vulcanization, that suggest that some changes occur when working with different heating sources. However, there is a lack of information of the effects of MW in vulcanization chemistry. Therefore, the principal aim of this thesis consists of studying microwave-assisted vulcanization from a new perspective, focusing on the effects of this radiation in the main ingredients of a rubber compound, in the vulcanization mechanism, in the final crosslinked network and also in the devulcanization process.The first part of the work consisted in developing and optimizing all the analytical methods necessary to explore all the steps of vulcanization process and identifying all the intermediates formed. Model Compound Vulcanization (MCV) studies, using squalene as a model molecule, have been used to understand better the influence of this radiation in the reaction mechanism, even though some tests have been also performed in natural rubber samples. Techniques as HPLC-MS, MALDI-TOF or GPC have been used to characterize the MCV samples, whereas swelling measurements, stress-strain measurements, compression set or hardness have been used to characterized natural rubber samples. Two of the most common vulcanizing systems have been studied (using sulfenamide and/or thiuram accelerator types). In addition, a special emphasis has been given to the study of the microwaves influence on the activator system, trying to reduce ZnO contents and finding more environmental friendly substitutes through different strategies. Finally, all the knowledge acquired in all these studies has been used to optimize the devulcanizing behavior of diphenyl disulfide (DPDS) with the help of microwaves, proving that microwaves can help to advance in the search of a solution to the problem of waste rubber recycling.

La tesi s’engloba en un context energètic en el que les tendències actuals del subministrament i el consum d’energia són clarament insostenibles. No és exagerat dir que el futur de la prosperitat de la humanitat depèn de la manera en què responguem als dos principals reptes que se’ns plantegen en l’actualitat en matèria d’energia: assegurar un subministrament d’energia fiable i assequible, i passar ràpidament a un nou sistema de subministrament de l’energia amb baixes emissions de carbó, eficient i respectuós amb el medi ambient. De entre totes les tecnologies disponibles, la generació d’hidrogen solar mitjançant el trencament fotoelectroquímic de l’aigua ha estat considerada la més prometedora en quant a l’obtenció de sistemes estables de fotoelectrólisi. Més concretament, els òxids metàl•lics han centrat l’atenció de la comunitat científica com els materials ideals per a implementar els fotoànodes. L’òxid de titani és el material per excel•lència en fotocatàlisi. Això és degut principalment a la seva gran estabilitat en tot tipus de medis i a la gran varietat de rutes de síntesi que es poden utilitzar per a la seva obtenció (sol-gel, hidrotermal, solvotermal, oxidació directa, deposició química en fase vapor, deposició física en fase vapor, electrodeposició, mètode sonoquímic, anodització, etc). A la primera part vàrem analitzar vàries de les rutes de síntesis que permeten obtenir nanoestructures de TiO2 amb característiques ben diferents. Totes elles tenen en comú una gran superfície activa per tal que es puguin produir el màxim de reaccions a la superfície. Donades les limitacions intrínseques de l’òxid de titani degut a la seva baixa absorció a la regió visible de l’espectre solar com a conseqüència de la seva elevada banda prohibida (3.2 eV), ens centràrem en les possibles millores que se’n poden derivar de la modificació química i/o estructural mitjançant la incorporació d’elements estranys en el si de la matriu de l’òxid de titani. Vàrem diferenciar entre additius catiònics i aniònics i més concretament en la incorporació de ferro i nitrogen, respectivament. Vàrem estudiar com la presència d’aquests elements afecten les propietats òptiques i elèctriques dels nostres materials i com podíem controlar el seu impacte en aquestes propietats . Finalment, vàrem presentar com la utilització d’estructures composades de varis semiconductors permeten millorar amb escreix els rendiments obtinguts mitjançant la introducció d’additius per tal de modificar l’estructura de l’òxid de titani. En concret, estudiàrem l’heteroestructura CdS@TiO2. En aquesta mena d’estructura el CdS actua com a material absorbidor i l’òxid de titani com a material suport que proporciona la nanoestructura necessària per a dotar el dispositiu d’una bona conducció d’electrons i d’una gran superfície activa / "Synthesis of nano structured titanium dioxide for energy applications" After the pioneering work of Fujishima and Honda, who demonstrated the possibility to electrolyze water to hydrogen fuel using a solar-driven titanium dioxide photoelectrode (PE) cell, researchers looked for other semiconductor oxides or solid solutions resistant to photocorrosion. As alternatives, conventional semiconductors like Si, GaAs, InP, CuInSe and CdTe display impressive efficiencies as PEs but their low stability in water solutions and high cost hinders their use for such applications. On the other hand, TiO2 has been extensively investigated as an environmentally harmonious and clean photocatalyst. Titania’s main advantages are its reasonable optical and electronic properties, a fair photocatalytic activity, and especially its low cost, excellent chemical stability and nontoxicity. However, its practical application has been limited by its low efficiency and wide bandgap, which requires ultraviolet (UV) radiation as the excitation source. In this work, we present different routes of synthesis to obtain nanostructured titania with the aim of increase the active surface area which one of the main limiting factors. In a second part, we explored to different approaches for the improvement of the absorption range of the visible spectrum: introduction of transition metals, such as iron, and doping with non-metal such as nitrogen. Finally, we introduced a new concept that allows overcoming the intrinsic limitations of the introduction of strange elements inside de matrix of TiO2. The use of heterostructured materials, which is match two different materials, such as TiO2 and CdS, with different band gaps to take profit of a wider range of the solar spectrum.

L'òxid de zinc és un compost àmpliament utilitzat en la indústria del cautxú a causa de les excel•lents propietats que mostra com activador per a la vulcanització amb sofre. Malgrat les seves característiques superiors, hi ha una creixent preocupació sobre els seus efectes mediambientals i nombrosos estudis s’han portat a terme per tal de reduir els nivells de ZnO als compostos de cautxú o per a substituir-lo. Entre totes les alternatives propostes per reduir la quantitat d'òxid de zinc, l'ús de nanopartícules de ZnO amb una alta superfície específica sembla prometedor. Una altra proposta per reduir els nivells de ZnO que ha estat estudiada per nombrosos autors és l'ús d'altres òxids metàl•lics, com el CaO, MgO, CdO, CuO, PbO i NiO. En aquest treball, nous activadors amb un reduït contingut de zinc han estat desenvolupats per tal de reduir l'impacte ambiental de la indústria del cautxú. Nanopartícules d'òxids metàl•lics mixtes de zinc i altres metalls s’han sintetitzat per tal de beneficiar-se de la seva grandària i aprofitar-se del comportament tant del ZnO com del MgO a la vulcanització amb sofre. Un altre gran problema mediambiental relacionat amb la indústria del cautxú és la gestió dels compostos de cautxú que han arribat al final de la seva vida útil, especialment de pneumàtics. L'impacte mediambiental dels pneumàtics, juntament amb els problemes econòmics relacionats amb la seva gestió i eliminació, ha donat lloc a una gran varietat d'estudis per desenvolupar tecnologies per a reutilitzar i reciclar els pneumàtics fora d'ús. L'ús de cautxú recuperat o regenerat en mescles amb cautxú verge s’ha investigat per diferents autors. No obstant això, la migració de les substàncies químiques entre el cautxú triturat i la matriu verge no ha estat considerada com un avantatge per tal d'utilitzar el cautxú de pneumàtics fora d'ús com un activador i, per tant, reduir els nivells de zinc emprats en els compostos de cautxú i introduir noves aplicacions per als pneumàtics fora d'ús. Aquest enfocament ha estat investigat en aquesta tesi. / El óxido de zinc es un compuesto ampliamente utilizado en la industria del caucho debido a las excelentes propiedades que muestra como activador para la vulcanización con azufre. A pesar de sus características superiores, existe una creciente preocupación acerca de sus efectos medioambientales y numerosos estudios han sido realizados con el fin de reducir los niveles de ZnO en los compuestos de caucho o para sustituirlo. Entre todas las alternativas propuestas para reducir la cantidad de óxido de zinc, el empleo de nanopartículas de ZnO con una alta superficie específica parece ser prometedor. Otro propuesta para reducir los niveles de ZnO que ha sido estudiado por numerosos autores es el uso de otros óxidos metálicos, como el CaO, MgO, CdO, CuO, PbO y NiO. En este trabajo, nuevos activadores con un reducido contenido de zinc han sido desarrollados con el fin de reducir el impacto ambiental de la industria del caucho. Nanopartículas de óxidos metálicos mixtos de zinc y otros metales han sido sintetizados con el fin de beneficiarse de su tamaño y aprovecharse del comportamiento tanto del ZnO como del MgO en la vulcanización con azufre. Otro gran problema medioambiental relacionado con la industria del caucho es la gestión de los compuestos de caucho que han alcanzado el final de su vida útil, especialmente de neumáticos. El impacto medioambiental de los neumáticos, junto con los problemas económicos relacionados con su gestión y eliminación, ha dado lugar a una gran variedad de estudios para desarrollar tecnologías para reutilizar y reciclar los neumáticos fuera de uso. El uso de caucho recuperado o regenerado en mezclas con caucho virgen ha sido investigado por diferentes autores. Sin embargo, la migración de las sustancias químicas entre el caucho triturado y la matriz virgen no ha sido considerada como una ventaja con el fin de utilizar el caucho de neumáticos fuera de uso como un activador y, por lo tanto, reducir los niveles de zinc empleadas en los compuestos de caucho e introducir nuevas aplicaciones para los neumáticos fuera de uso. Este enfoque ha sido investigado en esta tesis. / Zinc oxide is a widely used compound in rubber industry due to the excellent properties that shows as activator for sulphur vulcanisation. Despite its superior characteristics, there is an increased concern about its environmental effects and several research studies have been carried out in order to reduce the ZnO levels in rubber compounds or substitute it. Between all the alternatives proposed to reduce the ZnO levels, the use of nano-sized ZnO particles with high surface area seems to be promising. Another approach to reduce the ZnO levels that has been studied by many authors is the use of alternative metal oxides, such us CaO, MgO, CdO, CuO, PbO and NiO. In this work, novel activators with reduced zinc content have been developed in order to reduce the environmental impact of the rubber industry. Mixed metal oxides nanoparticles of zinc and other metal have been synthesised with the aim of profiting from its size and to take advantage of the behaviour of both ZnO and MgO in sulphur vulcanisation. Another environmental problem related to the rubber industry is the management of end of life and waste rubber, especially tyres. The environmental impact of waste tyres, together with the economic problems related with the management and disposal, has led to a great variety of studies to develop technologies to re-use and recycle waste tyres. The use of reclaimed or regenerated rubber in blends with virgin rubber has been investigated by different authors. However, the migration of chemicals between the crumb and the matrix has not been considered as an advantage in order to use tyre crumb as an activator and, therefore, reduce the zinc levels employed in rubber compounds and introducing new applications for the waste rubber from end of life tyres. This approach has been investigated in this thesis.

Tesi qualificada amb un EXCEL.LENT "Cum Laude", per a l'obtenció del títol de doctor per la Universitat de Barcelona amb menció europea / Nitric oxide or nitrogen monoxide (NO) is a tiny free radical gas. The discovery of this intriguing molecule has revolutionized physiology and pharmacology research during the last 20 years. Currently, it is known that NO is endogenously synthesized by several molecules and tissues via two pathways: the synthase-dependent pathway and the synthase-independent pathway. In the first, the amino acid L-arginine is the main donnor of NO synthesis. In the second, inorganic nitrate is the main substrate for the synthesis of this molecule. Interestingly, both pathways are directly connected. While the synthase-dependent pathway is oxygen dependent, the synthase-independent metabolic route is greatly facilitated under hypoxia conditions. Thus, these mechanisms of NO production regulate levels of NO in the tissues. An adequate production of NO is important because it plays an essential role in mechanisms related with vasodilatation and blood flow distribution. Additionally, NO modulates other important functions in the human body such as mitochondrial respiration and immune mechanisms. For all these reasons, the interest for dietary NO donors have increased during the last years. It has been suggested that the consumption of food rich in L-arginine or in inorganic nitrate may enhance NO availability in the human body. This hypothesis has not been unnoticed in exercise physiology. In fact, it has been suggested that supplementation with NO donors may improve the cardio-respiratory response, as well as the tolerance to endurance exercise in humans. However, there is a lack of studies analyzing this issue. Therefore, the aim of this doctoral thesis was to assess the effect of L-arginine and inorganic nitrate in the cardio-respiratory and metabolic response of healthy humans. To develop this aim, three studies and one review were carried out. In the first, it was found that L-arginine supplementation during three days at several doses, between 5.5 and 20.5 g/day was not effective to increase plasma markers of NO, as well as the cardio-respiratory and metabolic response during endurance test. In the second study we found that acute dose of inorganic nitrate supplementation (10 mg/kg of body mass) raised significantly plasma levels of nitrate and nitrite. However, this effect did not report an improvement in the cardio-respiratory response at low-to-moderate intensities of exercise. However, at maximal work loads of exercise dietary nitrate induced significantly reduction of oxygen consumption (VO2peak) compared with placebo. Other cardio-respiratory parameters, as well as blood lactate concentration did not differ between nitrate and placebo. In addition, exercise performance measured as time to exhaustion during an incremental test did not increase compared with placebo. All these findings together suggested that at higher intensities of exercise energy production became more efficient after inorganic nitrate ingestion. Accordingly, in the third study it was analyzed the effect of dietary inorganic nitrate ingestion for three days during endurance exercise in a cycle ergometer at high intensity (time-trial of 40-min). Results of this study showed that nitrate supplementation did not increase significantly plasma levels of nitrite, as well as enhance performance in healthy subjects. Interestingly, a significant, negative correlation was found between change in nitrite and endurance capacity measured as VO2peak during the exercise test. These results indicated that the effect of dietary nitrate ingestion was lower in subjects with high cardiovascular capacity compared with subjects with poor tolerance capacity to endurance exercise. This fact is very important, since it is known that endurance training increase values of VO2peak in sedentary population and this fact is correlated with lower incidence of cardiovascular diseases. These and other important conclusions of these studies are included in the last work of this thesis which was a review article. / L’òxid nítric (NO) es un radical lliure alliberat per diverses molècules i teixits en l’organisme humà. El descobriment d’aquesta intrigant molècula ha revolucionat la recerca en el camp de la fisiologia i la farmacologia durant els últims 20 anys. Actualment, es coneix que la alliberació de NO per part de les cèl•lules endotelials estimula el procés de vasodilatació. A més, també es coneix que aquesta molècula es un important regulador de la respiració mitocondrial i del sistema immunològic. Totes aquestes funcions han generat un gran interès per els precursors nutricionals de NO. En l’àmbit de la fisiologia de l’exercici físic s’ha suggerit que la suplementació amb alguna d’aquestes substancies (L-arginina o nitrat inorgànic) pot millorar la tolerància a l’exercici físic de resistència. No obstant, hi ha molta controvèrsia en els resultats dels estudis que han analitzat aquesta hipòtesi. Per tant, l’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral va ser analitzar els efectes dels principals precursors de NO, L-arginina i nitrat inorgànic, en la resposta cardiorrespiratòria i metabòlica durant l’exercici físic de caràcter aeròbic en humans. Per dur a terme aquest objectiu es van realitzar 3 estudis i una revisió bibliogràfica. Els principals resultats d’aquests estudis van mostrar que la suplementació de L-arginina en diferents dosis no va ser efectiva per augmentar el marcadors plasmàtics de NO, així com, la resposta cardiorrespiratòria i metabòlica durant un exercici físic aeròbic en intensitats moderades. En referència als nitrat inorgànic, es va observar que la suplementació augmenta els nivells d’aquests compostos en plasma. No obstant, aquest fet no es va correlacionar amb una millora de la tolerància a l’exercici físic de resistència. A més, es va observar una correlación negativa i significativa entre l’augment dels nitrits plasmàtics i la potència aeròbica màxima (VO2max). Tots aquests resultats van ser àmpliament tractats en l’últim treball (revisió bibliogràfica) d’aquesta tesi. En resum, l’ingesta nutricional de L-arginina i/o nitrat inorgànic no resulta efectiva per millorar la resposta cardiorrespiratòria i la tolerància a l’exercici físic de resistència en humans sans i entrenats físicament.

Aquesta tesi demostra que el peroxinitrit produït com a conseqüència del pèptid beta-amiloide (A&#61538;) contribueix l'augment de la relació A&#61538;42/A&#61538;40 que ocorre a la malaltia d'Alzheimer. L'A&#61538;42 contribueix a l'aparició de la malaltia degut a la seva major toxicitat (quan es compara amb l'A&#61538;40) que resulta d'una gran estabilitat i capacitat agregativa. A més el peroxinitrit incrementa la toxicitat d'aquest degut a què potencia la seva agregació en forma d'oligomers altament tòxics. De fet els oligomers formats de nitro-A&#61538;42 presenten una major toxicitat que aquells formats de A&#61538;42 . En conjunt aquest resultats senyalen l'important paper que l'A&#61538;42 té en la malaltia d'Alzheimer. Per altra banda, des de la identificació dels agregats d'A&#61538; i la subseqüent formació dels cabdells neurofibrilars (NFT) com a els dos trets distintius de la malaltia, un gran esforç s'ha dedicat a establir els mecanismes moleculars que uneixen ambdós processos. Aquesta tesi demostra que el peroxinitrit format a partir de l'agregació de d'A&#61538;&#61472;i la conseqüent nitrotirosinació de proteïnes, potencia l'agregació de la proteïna tau en forma de fibres. D'aquesta forma, la nitrotirosinació de la proteïna triosafosfat isomerasa (TPI) podria ser el vincle entre la toxicitat derivada del agregats d'A&#61538;&#61472;i la patologia derivada de la proteïna tau. Per tant, la nitrotirosinació de la TPI podria explicar la progressió temporal que ocorre als cervells de pacients amb la malaltia d'Alzheimer des de la toxicitat induïda per l'A&#61538;&#61472;i l'aparició dels NFT. Els resultats presentats en aquesta tesi podrien obrir nous aspectes en la recerca de la malaltia d'Alzheimer així com en altres malalties que cursin amb estrès oxidatiu i plegament erroni de proteïnes. / This thesis demonstrates that amyloid ß-peptide (Aß)-induced peroxynitrite contributes to the switch of the A&#946;42/A&#946;40 ratio that occurs in Alzheimer's disease (AD). Since A&#946;42 is more toxic due to its higher aggregation and stability, it contributes to the trigger of the disease. In addition the aggregation of A&#946;42 in form of the highly toxic oligomers is incremented by the presence of peroxynitrite. Moreover, these nitro-Aß42 oligomers are more toxic than those non-nitrated. All these results support the important role of peroxynitrite in AD etiology. Furthermore, since the identification of Aß accumulation and the subsequent formation of neurofibrillary tangles (NFT) as the two defining pathological hallmarks of AD, a fair amount of research on AD has been driven by the need to find the molecular mechanism linking Aß and NFT. This thesis shows the Aß-induced peroxynitrite, and the consequent nitrotyrosination of proteins, promotes tau fibrillization. Thus triosephosphate isomerase (TPI) nitrotyrosination could be the link between Aß-induced toxicity and tau pathology. Therefore, TPI nitrotyrosination may explain the temporal progression from Aß toxicity to NFT formation in AD brain. The work presented in this thesis could open a novel angle in the research of the pathophysiology of AD and could also have an impact to the research in other neurodegenerative diseases involving oxidative stress and protein misfolding.