NaCl is a classic osmoregulatory agent that in isotonic conditions with the plasma is able to stabilize the red blood cells (RBC) in a relaxed (R) state, where these cells congregate a certain degree of stability with the capacity of exercise properly all its functions. The ethanol is a classic chaotropic agent, capable of promoting denaturation, but is also an osmolyte, able to promote stabilization of RBC. In 0.9% w/v NaCl and between 0 and 24% v/v ethanol, the RBC suffer lysis, but between 24 and 32%, the RBC are stabilized by the action of ethanol. This stabilization forms compacted or tight (T) RBC, which lost however many cell functions. In this work we studied the effect of concentrations of NaCl at 0.5, 0.9 and 1.1% w/v on the fixed time incubation (30 min) of human blood with concentrations of ethanol between 0 and 32%v/v. The RBC lysis and stabilization transitions by ethanol were described by sigmoids and characterized by their lysis half-point (D50) and stabilization (S50) transitions, respectively, and also by the amplitude (dX) and height (h) of those curves. The average value of D50 increased from 12.61 to 14.29%, but fell back again to 13.97% of ethanol/100 mL of 0.5, 0.9 and 1.1% w/v NaCl, respectively. The average value of S50 fell from 27.26 to 26.22 and 25.99% of ethanol/100 mL of solution with the increase in the concentration of NaCl solution of 0.5 to 0.9 and mL of 1.1% w/v saline, respectively. These results indicate that hypertonic saline solution potentiated the stabilizing effect of ethanol, certainly moving the RBC from of the state R to the state T. / O NaCl é um agente osmorregulatório clássico que em condições isotônicas com o plasma é capaz de estabilizar os eritrócitos em um estado R, onde essas células congregam um certo grau de estabilidade com a capacidade de exercerem suas funções. O etanol é um agente caotrópico clássico, capaz de promover desnaturação, mas é também um osmólito, capaz de promover estabilização de eritrócitos. Em NaCl a 0,9% m/v e entre 0 e 24% v/v de etanol, os eritrócitos sofrem lise, mas entre 24 e 32% v/v, os eritrócitos são estabilizados pela ação do etanol. Essa estabilização forma eritrócitos compactados, em um estado morfológico T, que perdem, entretanto, várias funções dessas células. Neste trabalho nós estudamos o efeito de concentrações de NaCl a 0,5, 0,9 e 1,1% m/v sobre a incubação por tempo fixo (30 min) de amostras de sangue humano com concentrações de etanol entre 0 e 32% v/v. As transições de lise e estabilização dos eritrócitos pelo etanol foram descritas por sigmóides e caracterizadas pelo ponto de meia-transição de lise (D50) e de estabilização (S50), respectivamente, mas também pela amplitude (dX) e altura (h) daquelas curvas (h). O valor de D50 do etanol aumentou de 12,61 para 14,29, mas voltou a diminuir para 13,97%, com o aumento da concentração da NaCl de 0,5 para 0,9 e 1,1% m/v, respectivamente. O valor médio de S50 diminuiu de 27,26 para 26,22 e 25,99% de etanol/100 mL de solução com o aumento na concentração de NaCl da solução de 0,5 para 0,9 e 1,1% m/v, respectivamente. Esses resultados indicam que a solução salina hipertônica potencializou o efeito de estabilização promovido pelo etanol, certamente deslocando os eritrócitos do estado R para o estado T. / Mestre em Genética e Bioquímica

No description available.

Climate change, water stress, and rapid population growth have increased the need to manage water resources through innovative sustainable technologies. Decentralized systems such as membrane treatment trains have become increasingly important to provide high volumes of potable water to millions of people. Pressure-driven membrane systems have dominated separation processes due to their low cost, small footprint, ease of operation, and high permeate quality. Conventionally, pressure-driven membranes are classified into microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), and reverse osmosis (RO). MF and UF membranes operate under low pressure (< 7 bar, <~100 psi). They can separate a variety of large particles such as bacteria, natural organic matter, suspended solids, and colloids. In contrast, NF and RO membranes are more energy-intense due to operating at high pressures (7 – 80 bar, ~100 – 1200 psi) and can remove small molecules such as ions, pharmaceuticals, and heavy metals. Fouling is a primary challenge with membranes that compromises the membrane performance, increases energy consumption, and reduces the membrane lifetime. Many strategies are used to address fouling, such as pre-treatment (pH adjustment, screening, coagulation), membrane modification (chemical and morphological properties), and membrane cleaning (physical, chemical). However, such strategies increase operational expenditures, produce waste products that can impact the environment, and negatively impact membrane lifetimes. Recently, electrically conductive membranes (ECMs) have been introduced to address the challenges with traditional membranes. They contain conductive surfaces that offer self-cleaning and antifouling properties across the surface in response to electrical potential externally applied to them. ECMs are advantageous as compared to traditional membranes because (a) they are more effective in treating foulants as they target foulants at the membrane/solvent interface, (b) they are more economical and environmentally friendly as they reduce the need for chemical consumption, and (c) they can be responsive to fouling conditions as their antifouling mechanisms can be easily manipulated by changing the applied current type (positive, negative, direct current, alternating current) to match the foulant. ECMs have been formed from all categories of membranes (MF, UF, NF, MD, FO, and RO) with a range of applications. Despite the remarkable progress in demonstrating their excellent antifouling performance, there are many hurdles to overcome before they can be commercialized. Two of these are (a) a fundamental understanding of their underlying mechanisms, (b) surface materials that can withstand extreme chemical and electrical conditions. In this work, we have comprehensively discussed antifouling mechanisms with respect to surface polarization and elaborated on the impact of electrically-induced mechanisms on four major fouling categories. i.e., biofouling, organic fouling, mineral scaling, and oil wetting. In addition, we characterized surface properties of a common electrically conductive composite membrane composed of carbon nanotubes (CNTs) and polyvinyl alcohol (PVA). We then investigated the impact of cross-linkers in CNT/PVA network on transmembrane flux, electrical conductivity, hydrophilicity, and surface roughness. In addition, we proposed standard, practical, and straightforward methodologies to detect and quantify the electrochemical, physical, and mechanical stability of ECMs, using chronoamperometry and cyclic voltammetry, an evaluation of polymer leaching from membranes, and micro mechanical scratch testing, respectively. Our methods can readily be extended to all membrane-based separation processes and different membrane materials (carbonaceous materials, ceramics, metal-based, and polymers). To demonstrate the antifouling properties of ECMs, we challenged ECMs with mixed-bacterial cultures in a flow-through system. Although ECMs showed high rejection, comparable flux, and excellent self-cleaning performance under application of electrical potential, understanding the relationship between applied electrical currents and antifouling mechanisms demands a well-controlled investigation. To this end, we quantified the impact of electrochemically-induced acidic conditions, alkaline conditions, and H2O2 concentration on model bacteria, Escherichia Coli. We first quantified the electrochemical potential of CNT-based ECMs in generating stressors such as protons, hydroxyl ions, and H2O2, under a range of applied electrical currents (± 0-150 mA). Next, these individual stressors with identical magnitude were imposed on E. Coli cells and biofilms in batch and flow-through systems, respectively. This thesis guides researchers to understand the underlying antifouling mechanisms associated with ECMs, how to match the mechanisms to the application of ECMs, and offers benchmarks for making practical ECMs. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Introdução: O envelhecimento é um processo multifatorial complexo associado a inúmeros processos neurodegenerativos e alterações no comportamento de membranas biológicas. A estabilidade de membrana de eritrócitos é definida como a capacidade da membrana em manter sua estrutura diante de situações adversas. Objetivo: Este estudo teve como objetivo avaliar as associações entre estabilidade de membrana de eritrócitos, função cognitiva e depressão em idosos institucionalizados. Métodos: Uma população de 69 idosos institucionalizados foi investigada quanto à estabilidade osmótica de membrana de eritrócitos, eritrograma, lipidograma, cognição e depressão. Resultados: Os valores encontrados das variáveis hematológicas e bioquímicas estão dentro de suas faixas de referência. A existência de escores de GDS-15 sugestivos de depressão foi superior no gênero feminino (83.7%) que no masculino (53.6%), o que representa uma tendência comum na epidemiologia da depressão entre idosos. Os escores de GDS foram associados a aumento na estabilidade de membrana de eritrócitos, na contagem de plaquetas e nos níveis de níveis de colesterol total e LDL-colesterol. A estabilidade de membrana de eritrócitos também apresentou uma relação direta com os níveis de LDL-colesterol e não se relacionou com a função cognitiva. Conclusão: A depressão na população idosa considerada neste estudo foi associada a aumento na estabilidade de membrana de eritrócitos e nas contagens de plaquetas, possivelmente em função de elevação nos níveis de colesterol sanguíneo. Além disso, o estado cognitivo não teve correlação significante com a estabilidade de membrana de eritrócitos. / Introduction: Aging is a complex multifactorial process associated with numerous degenerative changes in structure and behavior of biological membranes. The erythrocyte membrane stability is defined as the membrane's ability to maintain its structure in adverse situations. Objective: This study aimed to evaluate the association between erythrocytes membrane stability, cognitive function and depression in institutionalized elderly. Methods: A population of 69 institutionalized elderly was investigated with regard to the osmotic stability of their erythrocyte membrane, erythrogram, lipid profile, cognition and depression. Results: Values of the hematological and biochemical variables are within their respective reference ranges. The existence of scores of GDS-15 suggestive of depression was much higher in females (83.7%) than in males (53.6%), which is a common trend in the epidemiology of depression among the elderly. The GDS scores were associated with increased erythrocyte membrane stability, platelet count and levels of total and LDL-cholesterol. The erythrocyte membrane stability also presented a positive relationship with the LDL-cholesterol levels and was not related to cognitive function. Conclusion: Depression in the elderly population of this study was associated with increases in the erythrocytes membrane stability and platelets counts, possibly because of the elevation in blood cholesterol levels. Moreover, the cognitive status was not significantly correlated with erythrocyte membrane stability. / Dissertação (Mestrado)

Chapter II - [Introduction] The stability of a biological membrane is resultant from its composition and from the composition of the internal medium of the living organism, which depends on genetic influences, feeding and life style. [Objective] This work aimed to study transversally in a human female population the dependence of the erythrocytes stability with age, nutritional status, erythrocytes counting and medium corpuscular volume (MCV). [Subjects] The sample was constituted of human females (N = 67), with 20 to 94 years, proceeding from a defined region with similar dietary habits and life styles. [Methods] The erythrocytes stability against hypotonic lysis and ethanol action was given by the concentration of NaCl (H50) or ethanol (D50) capable to promote 50% of hemolysis. The H50 values were determined at 26, 32, 37, 42 and 47 °C; the D50 values were determined only at 37 °C. The nutritional status of the volunteers was evaluated with the Mini-Nutritional Assessment (MNA). [Results] H50 was inversely dependent (P<0.05) with age and MCV, but not with MNA score neither the erythrocyte counting of the volunteer, at 26, 32, 37 and 42 °C, but not at 47 °C. D50 presented a linear and positive dependency with the volunteer age. H50 present a linear and negative dependence with the temperature increase. The H50 values in the thermal dependence line of H50 for the females with 20 to 39 years were significantly higher than those for the females above 60 years. [Conclusions] The stability of the erythrocytes against hypotonic stress and denaturation by ethanol increased with the age of the volunteers. This stability increase was not determined by differences in the nutritional status neither in medium corpuscular volume. The stability of the erythrocytes decreased significantly with the temperature increase between 26 and 47 °C. The females above 60 years presented erythrocytes with higher stability than the females with 20 to 39 years within this thermal interval. / Capítulo II - [Introdução] A estabilidade de uma membrana biológica é resultante de sua composição e da composição do meio interno do organismo vivo, que dependem de influências genéticas, alimentação e estilo de vida. [Objetivo] Este trabalho teve por objetivo estudar transversalmente em uma amostra da população feminina a dependência da estabilidade de eritrócitos humanos com a idade, o estado nutricional, a quantidade de eritrócitos e o volume corpuscular médio (VCM). [Amostra] A amostra foi constituída de mulheres com 20 a 94 anos, provenientes de uma região definida com hábitos alimentares e estilos de vida semelhantes. [Métodos] A estabilidade de eritrócitos, contra lise por choque hipotônico e a ação de etanol, foi dada pela concentração de NaCl (H50) ou de etanol (D50) capaz de promover 50% de hemólise. Os valores de H50 foram determinados a 26, 32, 37, 42 e 47 °C, e os de D50, apenas a 37 °C. O estado nutricional das voluntárias foi avaliado pela Mini-Avaliação Nutricional (MNA). [Resultados] H50 foi inversamente dependente (P<0.05) da idade, mas não com o escore do MNA, o VCM e a contagem de eritrócitos das voluntárias, a 26, 32, 37 e 42 °C, mas não a 47 °C. D50 apresentou uma dependência linear positiva com a idade. H50 apresentou uma dependência linear negativa com o aumento da temperatura. Os valores de H50 na reta de dependência térmica de H50 das mulheres com 20 a 39 anos foram significantemente maiores daqueles da reta das mulheres acima de 60 anos. [Conclusões] A estabilidade dos eritrócitos contra estresse hipotônico e desnaturação por etanol aumentou com a idade de suas doadoras. Este aumento na estabilidade de eritrócitos não foi determinado por diferenças no estado nutricional e nem por diferenças no volume corpuscular médio. A estabilidade dos eritrócitos das voluntárias diminuiu significantemente com o aumento na temperatura entre 26 e 47 °C. As mulheres com mais de 60 anos apresentaram eritrócitos com maior estabilidade do que aquelas com 20 a 39 anos nesse intervalo térmico. / Doutor em Genética e Bioquímica

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A pré-eclâmpsia (PE) é classificada em de início (EOPE) e tardio (LOPE) quando presente antes ou após 34 semanas de gestação, respectivamente. Este estudo transversal investigou as diferenças e possíveis associações existentes entre os perfis antropométricos, hemodinâmicos, hematológicos e bioquímicos na pré-eclâmpsia entre os grupos EOPE e LOPE. O estudo incluiu 65 voluntárias admitidas em um hospital universitário no Brasil sendo 29 normotensos (grupo C) e 36 com pré-eclâmpsia (13 com EOPE e 23 com LOPE). O grupo LOPE apresentou um aumento significante de peso e aumento limítrofe no índice de massa corporal ao final da gestação em relação aos outros grupos, o que é compatível com a origem metabólica, associada à obesidade, atribuída a esta forma da doença. As mulheres grávidas do EOPE apresentaram uma redução limítrofe no número de eritrócitos e uma diminuição signi-ficante no número de plaquetas e um aumento significante de reticulócitos, ferro sérico e fer-ritina quando comparados ao grupo C e LOPE. O grupo EOPE demonstrou um aumento significante na estabilidade osmótica dos eritrócitos em relação aos demais gru-pos. A análise hemodinâmica por ultrasonografia Doppler da artéria oftálmica mostrou que ambos os grupos de mulheres grávidas com PE apresentaram alterações compatíveis com a ocorrência de hiperfluxo no território orbital. Essas alterações hemodinâmicas foram associa-das a alterações nos índices hematimétricos. / Preeclampsia (PE) is classified in early- (EOPE) and late-onset PE (LOPE) when pre-sent before or after 34 gestation weeks, respectively. This transversal study aimed to investi-gate the differences and possible associations existing in the anthropometric, hemodynamic, hematologic and biochemical profiles of late- and early-onset preeclampsia. The study in-cluded 65 volunteers admitted to a tertiary hospital in Brazil, 29 normotensive and 36 with preeclampsia (13 with EOPE and 23 with LOPE). Pregnant women with LOPE presented greater weight gain and borderline increase in body mass index at the end of gestation in rela-tion to the other groups, which is compatible with the metabolic origin, associated with obesi-ty, attributed to this form of the disease. Pregnant women with EOPE presented a borderline reduction in the number of erythrocytes and a significant decrease in the number of platelets, in addition to a significant increase in reticulocytes, serum iron and ferritin when compared to normotensive pregnant women and pregnant women with LOPE. A significant increase in osmotic stability of erythrocytes was observed in the EOPE group in relation to groups. He-modynamic analysis by Doppler ultrasonography of the ophthalmic artery showed that both groups of pregnant women with PE presented alterations compatible with the occurrence of hyperflow in the orbital territory. These hemodynamic changes were associated with changes in hematimetric indices / Tese (Doutorado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CHAPTER II: The stability of the erythrocyte membrane, which is essential for maintenance of cell functions, occurs in a critical region of fluidity, which depends largely on its composition and the composition and characteristics of the medium. As the composition of the erythrocyte membrane is influenced by several blood variables, the stability of the erythrocyte membrane must have relations with them. The present study aimed to evaluate, by bivariate and multivariate statistical analyses, the correlations and causal relationships between hematological and biochemical variables and the stability of the erythrocyte membrane against the chaotropic action of ethanol. The validity of this type of analysis depends on the homogeneity of the population and on the variability of the studied parameters, conditions that can be filled by patients who undergo bariatric surgery by the technique of Roux-en-Y gastric bypass, since they will suffer feeding restrictions that have great impact on their blood composition. Pathway analysis revealed that an increase in hemoglobin leads to decreased stability of the cell, probably through a process mediated by an increase in MCV. Furthermore, an increase in the MCH leads to an increase in the erythrocyte membrane stability, probably because higher values of MCH are associated to smaller quantities of RBC and larger contact area between the cell membrane and ethanol present in the medium. CHAPTER III: The need to treat obesity, a growing worldwide public health problem, has led to an increase in performing bariatric surgery, particularly the Roux-en-Y gastric bypass. The sudden change in eating habits, resulting from this type of surgery, leads to abrupt changes in the body. This study analyzed the correlation between the osmotic stability of erythrocytes and various biochemical and hematological indices in a population consisting of 24 female volunteers, before and at four different times after surgery, distributed along eight weeks, what allowed the generation of 120 sampling points. The osmotic stability of erythrocytes proved to be of great importance for understanding the meaning of the redcell distribution width (RDW), because the stability variables (1/H50 and dX) were positively correlated with this hematological index. However, the stability variables and RDW seem to suffer different influences from other variables, as the LDL-cholesterol (LDL-C), because only RDW has increased throughout time. Indeed, the stability of variable 1/H50 showed positive correlation with the blood levels of LDL-C, which declined throughout time. Path analysis showed that the body mass index (BMI) has an indirect effect, mediated by RDW, on the osmotic stability of erythrocytes. The correlations that the osmotic stability variables presented with RDW may help to understand the origin of the predictive ability of this hematological index in relation to various pathological conditions. / CAPÍTULO II: A estabilidade de membrana de eritrócitos, que é essencial para a manutenção da função dessas células, ocorre em uma região crítica de fluidez, que depende largamente de sua composição e das características do meio. Como a composição da membrana do eritrócito é influenciada por muitas variáveis sanguíneas, a estabilidade de membrana do eritrócito deve ter relações com elas. O presente estudo objetivou avaliar, por análises estatísticas bivariadas e multivariadas, as correlações e relações causais entre variáveis hematológicas e bioquímicas e a estabilidade de membrana de eritrócitos conta a ação caotrópica do etanol. A validade deste tipo de análise depende da homogeneidade da população e da variabilidade dos parâmetros estudados, condições que podem ser satisfeitas por pacientes que sofrem cirurgia bariátrica pela técnica do desvio gástrico em Y-de-Roux, uma vez que eles passam por restrições alimentares que têm grande impacto sobre a composição sanguínea deles. A análise de caminho revelou que um aumento na concentração de hemoglobina leva a uma diminuição da estabilidade da célula, provavelmente através de um processo mediado por um aumento no volume corpuscular médio (MCV). Além disso, um aumento na hemoglobina corpuscular media (MCH) leva a um aumento na estabilidade de membrana do eritrócito, provavelmente porque valores elevados de MCH são associados a menores quantidades de células vermelhas (RBC) e maiores áreas de contato entre a membrana da célula e o etanol presente no meio. CAPÍTULO III: A necessidade de tratar a obesidade, um crescente problema de saúde pública em todo o mundo, tem levado a um aumento na execução de cirurgia bariátrica, particularmente o desvio gástrico pelo Y-de-Roux. A súbita mudança nos hábitos alimentares, resultante deste tipo de cirurgia, leva a mudanças abruptas no corpo. Este estudo analisou a correlação entre a estabilidade osmótica de eritrócitos e vários índices hematológicos e bioquímicos em uma população constituída de 24 participantes do sexo feminino, antes e em quatro diferentes momentos após a cirurgia, distribuídos ao longo de oito semanas, o que permitiu a geração de 120 pontos amostrais. A estabilidade osmótica de eritrócitos mostrou ser de grande importância para a compreensão do significado da distribuição de volumes das células vermelhas do sangue (RDW), porque as variáveis de estabilidade (1/H50 and dX) foram positivamente correlacionadas com este índice hematológico. Entretanto, as variáveis de estabilidade e o RDW parecem sofrer diferentes influências de outras variáveis, como o LDLcolesterol (LDL-C), porque somente o RDW aumentou ao longo do tempo após a cirurgia. Realmente, a variável de estabilidade 1/H50 apresentou correlação positiva com os níveis sanguíneos de LDL-C, os quais diminuíram ao longo do tempo. A análise de caminho mostrou que o índice de massa corporal (BMI) tem um efeito indireto, mediado pelo RDW, sobre a estabilidade osmótica de eritrócitos. As correlações que as variáveis de estabilidade osmótica apresentaram com RDW podem ajudar na compreensão da origem da habilidade preditiva que este índice hematológico tem em relação a várias condições patológicas. / Doutor em Genética e Bioquímica