1) Introducció.L'existència de ritmicitat ultradiària en l'home adult fou descoberta per Aserinsky i Kleitman (1953), quan observaren l'alternança, cada 90 minuts aproximadament, de dues fases fisiològicament diferenciades durant el son (fases REM/NREM). Kleitman (1963) postulà que aquesta alternança seria l'expressió nocturna d'un Cicle Bàsic d'Activitat-Repòs (BRAC), que actuaria durant les 24 hores del dia. Posteriorment, fou descrita l'existència de ritmes ultradiaris en diferents paràmetres del comportament i l'activitat fisiològica humana, tals com la freqüència cardíaca, la freqüència respiratòria, l'excreció urinària, en conductes orals, en l'activitat motora global, i en indicadors d'activitat cerebral, tals com el diàmetre pupil.lar, les il.lusions perceptives, en mesures de rendiment, en l'EEG i en mesures de somnolència.En aquest treball es plantejà si el curs diürn de l'activitat de diferents mecanismes cerebrals subjacents al processament de la informació presentarien també ritmicitat ultradiària. Per donar resposta a aquesta qüestió es combinà la metodologia per a l'estudi dels ritmes biològics amb la de l'obtenció de potencials evocats (PEs). Els objectius formals de l'estudi anaven adreçats a detectar l'existència de ritmicitat ultradiària en components de potencials evocats auditius (N l, P3b i Nd(E)-Nd(I)), i a confirmar els resultats d'altres trebans on foren detectats ritmes ultradiaris en paràmetres electroencefalogràfics i de rendiment.2) Mètode.Disset voluntaris sans (homes, de 22,65 anys de mitjana) foren confinats individualment en una cambra (270x255 cm), les condicions ambientals de la qual romangueren constants (il.luminació: 340 lux; temperatura: 22±1°C, i soroll). Els subjectes hagueren de realitzar una rutina experimental constant que es repetí cada 15 minuts, durants 6 hores, des de les 9:00 fins les 15:00. En cada un dels intervals de 15 minuts, foren enregistrats potencials evocats auditius en un paradigma d'atenció selectiva (blocs de 400 estímuls de 50 ms de durada i 85 dB SPL, presentats aleatòriament per una o altra orella; estimulació esquerra: 700 Hz [p=0,8], 900 Hz [p=0,2]; estimulació dreta: 1100 Hz [p=0,8], 1800 Hz [p=0,2]; tasca: atendre a l'orella designada [primer a l'esquerra i després a la dreta, en dos blocs consecutius per interval] i pulsar un botó cada cop que se sentís un to més agut; registre: Fz, Cz i Pz referits a Ml), un minut d'EEG espontani (Fz, Cz i Pz, referits a Ml; 30 èpoques de 2 segons), així com les respostes dels subjectes als estímuls designats en la tasca d'atenció.Foren identificats els següents components de potencials evocats: NI, com a la mínima amplitud en els PEs per estímuls repetits no atesos en la finestra de latència 70-180 ms; P3 com a la màxima amplitud en els PEs per estímuls designats; Nd(e) com a l'amplitud mitjana en el rang 50-250 ms en el potencial diferència obtingut de subtraure els PEs per estímuls repetits no atesos dels PEs pels mateixos estímuls quan eren atesos, i Nd(l) com a l'amplitud mitjana en el rang 250-450 ms en els mateixos potencials diferència. L'EEG fou analitzat espectralment mitjançant FFT, I calculada per a cada un dels intervals d'enregistrament la potència espectral total i el percentatge de potència a les bandes delta, theta, alfa i beta.Les sèries temporals foren construïdes amb les mesures obtingudes a cada un dels intervals (24 en total) per a cada un dels paràmetres estudiats. Aquestes sèries temporals foren analitzades individualment mitjançant procediments de regressió (ritmometria linial mínim-quadràtica), obtenint-se per a cada sèrie analitzada el periode o períodes significatius, així com el percentatge de variància explicat per aquest/s període/s.3) Resultats. Aproximadament la meitat dels subjectes estudiats presentaren ritmicitat ultradiària significativa en el curs diürn del següents paràmetres estudiats: banda beta (51,0%), banda delta (47,1%) i potència espectral total de l'EEG (47,1%), amplitud del component P3b dels potencials evocats (41,9%), temps de reacció (64,7%) i pel nombre d'omissions (52,9%).No es detectà cap periodicitat comuna ni per al conjunt de subjectes ni per al conjunt de paràmetres estudiats. Solament s'observà, per a algun dels paràmetres estudiats, l'agrupació dels períodes detèctats en torn a una banda específica (120 per a la banda beta de l'EEG; sobre els 90 i entre els 195-240 minuts per a la potència espectral total de l'EEG, sobre els 240 minuts per al temps de reacció).4) Discussió. Els resultats obtinguts suggereixen:1. L'existència de diferències individuals en la periodicitat dels ritmes ultradiaris en el curs diürn del funcionament cerebral.2. Els rítmes ultradiaris en el funcionament cerebral semblen ser controlats per un sistema multioscil.latorí.3. La ritmicitat ultradiària en el funcionament cerebral sembla ser més fácilmente detectable en mesures globals de l'activitat cerebral, com per exemple l'EEG o el rendiment, que en mecanismes discrets de processament de la informació, com els indexats mitjançant potencials evocats. / To test whether the temporal course of human brain mechanisms of information processing presents ultradian rhythmicity during the morning, biological rhythms and Event-Related Potentials methodologies were combined.Seventeen healthy volunteers (male, 22.65 years) were studied for a 6 hours span while they performed a constant routine every 15 minutes, from 9 am to 3 pm. One min of EEG, as well as Event-Related Potentials during a selective auditory attention task and subjects' responses to target tones, were recorded in each interval. Temporal series were constructed with measures at each interval for: EEG total spectral power, and relative power for delta, theta, alpha and beta bands; NI latency and amplitude; P3 latency and amplitude, and Nd(e) and Nd(l) mean amplitudes, and reaction time and response omissions to target stimuli.For each temporal series, significant periods (p<0.05) and percentage of variance accounted by them were estimated by means of regression techniques (least squares rhythmometry). Near half of the subjects presented significant periods for the temporal course of EEG parameters (47.1% for total spectral power, 51.0% for beta band, 47.1% for delta band), P3 amplitude (41.90%), and performance (64.70% for reaction time, and 52.9% for response omissions). For NI, Nd(e) and Nd(l) only a small percentage of subjects presented significant rhythms (under 37.0%). No common periodicities were detected between subjects and even between parameters.Resu1ts suggest: 1) individual differences in u1tradian rhythmicity, 2) a multioscillatory control for u1tradian rhythms, and 3) u1tradian rhythms seem to be much better detectable in global measurer of brain activity, such EEG and performance, than in discrete mechanisms of information processing as indexed by means of Event-Related Potentials.

Los ritmos biológicos se han revelado como de gran importancia debido a su trascendencia sobre distintas variables fisiológicas. Del mismo modo se han demostrado de cierta importancia en el rendimiento deportivo. Por eso se propuso el siguiente estudio, buscando los siguientes objetivos:1. Determinar la ritmicidad circadiaria del rendimiento en velocidad, mediante un test de 80 metros. También en natación mediante un test de 25 metros estilo libre.2. Intentar modificar los picos de rendimiento mediante maniobras sencillas, como son la modificación del horario de sueño y de comidas.3. Utilizar la autorritmometría como método para controlar diversas variables que puedan delatar el momento en el que se producen los picos de rendimiento.De los distintos trabajos que componen el estudio se podría concluir que:1. El rendimiento en velocidad presenta una oscilación a lo largo del día, existiendo un pico de rendimiento por la tarde (alrededor de las 19 horas) y un deterioro en el nivel de las marcas obtenidas en el control de las 15 horas.2. Dicha ritmicidad puede ser modificada con maniobras sencillas como variar el horario de sueño y comidas de forma conjunta, lográndose un adelanto o retraso de los picos de rendimiento en el sentido deseado. Este hecho sería importante dado que se han logrado mejorías de alrededor del 3% para dichos momentos de mejor rendimiento y que dicha alteración se logra con maniobras sencillas como las ya comentadas. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que estas mejorías -del 3%- son superiores a las producidas por muchos entrenos en atletas de elite y pueden condicionar grandamente el resultado en campeonatos.3. Existiría la posibilidad de detectar los momentos de máximo rendimiento utilizando variables sencillas (temperatura, test de autoestima) a medir por el propio sujeto mediante autorritmometría, siendo aconsejable el utilizarlas en conjunto a fin de lograr la máxima precisión en la exploración.4. Existe también una ritmicidad circadiaria del rendimiento en natación (25 metros libres), encontrándose el pico de rendimiento ligeramente retrasado respecto al encontrado en la carrera de velocidad (20'30).5. El entrenamiento actúa como un elemento capaz de alterar la ritmicidad circadiaria del rendimiento, así como de alguna variable fisiológica como la temperatura. Por ellos a la hora de realizar cambios bruscos en los horarios de entrenamiento para adecuarse a los de la competición estos deberían hacerse con bastante tiempo de antelación y teniendo en cuenta que al menos una semana después de haber vuelto al horario habitual aparecen alteraciones en la ritmicidad de la temperatura y del rendimiento.Dado lo anterior propondríamos realizar cambios poco bruscos en los horarios o mantener el mismo horario de entrenamiento pero añadiendo una sesión mínima coincidente con las horas a las cuales se vaya a realizar dicha competición.En resumen, creemos que la cronobiología y, en concreto, el estudio de los ritmos circadianos puede ser un factor más a tener en cuenta a la hora de intentar alcanzar un mejor rendimiento, existiendo algunas respuestas para algunas de las preguntas que nos planteamos al inicio del estudio pero, al mismo tiempo, evidenciándose la necesidad de continuar investigando con el fin de intentar conseguir un conocimiento más completo sobre el tema. / The influence of circadian rhythms on performance in short distance running was assessed in national-class competition, male sprinters. They were tested on Saturday for five consecutive weeks. On each testing day, the time for 80 m. sprint was measured at eight different times of day. On control days (days 1 and 4) performance gradually increased in the morning up to 13:00, falling at 15:00 with a maximum peak performance at 19:00. On day 2, in which sleep-wake cycles and mealtimes were advanced two hours, and on day 3, in which timetables were delayed two hours, maximum peak performance was observed at 17:00 and 21:00, respectively. At the time of maximum peak performance on both days a statistically significant improvement of slightly more than 3% were found as compared with day control. On day 5, in which only the sleep-wake cycle was advanced two hours, performance in the afternoon and evening was similar to that recorded on days 1 and 4. We conclude that the consideration of circadian rhythmicity would allow competitive sprinters to synchronize peak performance with the athletic event time with an improvement in performance.

Existeixen molts fàrmacs amb un gran potencial en estudis in vitro que no resulten efectius en última instància degut a una pobre absorció o a una insuficiente distribució en el cos humà. Per aquest motiu és necessari tenir mètodes que puguin predir la interacció de fàrmacs amb les membranes cel·lulars a les primeres etapes de desenvolupament del compost, per estalviar temps i diners.Durant el transcurs de la meva tesi vaig estudiar tres tipus de membranes artificials que intentaven imitar l'estructura de les membranes cel·lulars i modelar diferents paràmetres biològics.La primera d'elles era una fase estacionària de cromatografia de líquids anomenada IAM, basada en cadenes de fosfatidilcolina enllaçades a la sílice. Vaig caracteritzar l'acidesa de la seva sílice (és a dir, la presència de silanols lliures), i les propietats de la columna mitjançant diversos models cromatogràfics (LSER, LSER global i model del paràmetre de polaritat). A més, també vaig caracteritzar tota una sèrie de columnes comercials C18 per comparar els resultats amb la columna IAM. Per últim, vaig establir un mètode de predicció de la retenció cromatogràfica de nous compostos a partir del model del paràmetre de polaritat.Un cop caracteritzats els sistemes cromatogràfics vaig buscar similituds amb sistemes biològics mitjançant un paràmetre de distància anomenat "d" que va ser proposat pel nostre grup d'investigació. A continuació vaig comprovar com els sistemes que havíem considerat similars segons el paràmetre de distància presentaven bones correlacions, mentre que aquells que no podien ser considerats semblants per tenir una "d" massa gran presentaven correlacions molt pobres. No només la columna IAM va presentar similituds amb sistemes biològics, sinó també altres columnes C18, com la XTerra RP18 i la XTerra MSC18.La segona membrana artificial estudiada era una membrana líquida d'hexadecà impregnada en un filtre, que separava dos compartiments aquosos. Aquesta tècnica, coneguda com a PAMPA, permet obtenir la permeabilitat passiva dels compostos i predir la seva absorció oral. El meu estudi va consistir en modificar aquesta tècnica afegint albúmina humana al compartiment donador, on estava el fàrmac, de manera que si la proteïna interaccionava fortament amb el composta quedava poca fracció lliure de fàrmac, i per tant, es reduïa bruscament la seva permeabilitat a través de la membrana. La diferència de permeabilitat en presència i absència de proteïna ens permetia calcular la constant de dissociació proteïna-fàrmac, un paràmetre de gran interès a la indústria farmacèutica.La última membrana estudiada va ser un liposoma, en concret de fosfatidilcolina, el mateix constituent de les membranes cel·lulars i de la columna IAM. Vaig estudiar la interacció d'aquests liposomes amb una sèrie de flavonoides presents en aliments com el raïm i beneficiosos per la salut humana degut a les seves propietats antioxidants. Per avaluar aquesta interacció vaig realitzar estudis calorimètrics amb una tècnica anomenada calorimetria d'escaneig diferencial. Quan els liposomes són sotmesos a uns cicles de temperatura d'escalfament/refredament presenten una transició de fase a una temperatura determinada, entre fase gel i fase cristall-líquid. Si es produeix interacció entre un determinat compost i el liposoma, els paràmetres d'aquest pic de transició canvien. Els liposomes, com a model de membrana, eren capaços de donar informació de la interacció produïda: si era més aviat hidrofòbica o polar, si el compost s'introduïa més o menys dins la membrana, etc. / In early drug discovery, artificial membrane models are very important in compound optimization, since some drugs that are potent in vitro assays fail to retain activity in vivo assays. During my doctoral thesis, I have studied three different artificial membranes, which intended to simulate the structure of cell membranes and to model biologic parameters.First of them was a stationary phase for HPLC, an IAM column, based on phosphatidylcholine chains bonded to the silica. I have characterized its silica acidity and their properties by means of several chromatographic models (LSER, global LSER and polarity parameter model). I also characterized several commercial C18 columns in order to compare the results with those of IAM column. Finally, one prediction of retention model was established. One distance parameter "d" was proposed in our group to find similarities between chromatographic and biological systems, by comparing their LSER coefficients. I calculated several "d" distances between different systems, and after that, I corroborated that good correlations could be obtained when distance was smaller than 0.25, while poor correlations were obtained when distance was larger than 0.25. Finally, I concluded that not only IAM column was able to model biological parameters, but also other C18 columns, such as XTerra columns.The second membrane was a liquid membrane of hexadecane coated on a filter, which separates two water compartments (PAMPA assay). This technique is commonly used to determine drug passive permeability and oral absorption. When I added human serum albumin to the donor compartment, this permeability changed, depending on protein binding. The difference on permeability in presence and absence of protein allows calculating the dissociation constant drug-protein (very important parameter for pharmaceutical industry).The last membrane model was a liposome. The interaction between phosphatidylcholine liposomes and flavonoids (natural compounds widely appreciated for their putative health-promoting effects) was studied with the differential scanning calorimetric technique. Liposomes show a main phase transition at one specific temperature and the parameters of this transition change if there is some interaction between liposomes and some compound. Important information can be obtained: strength of interaction, kind of interaction (polar or hydrophobic), etc.

El marc d'aquesta tesi són els objectes invariants hiperbòlics (tors amb bigotis, cicles límit, NHIM,. . .), que constitueixen, per aquesta tesi, els objectes essencials per a l'estudi de diversos problemes des de la difusió d'Arnold fins als rellotges biològics. Treballem en tres temes diferents des d'un enfocament tant teòric com numèric, amb una especial atenció per a les aplicacions, especialment en neurobiologia:· Existència de difusió d'Arnold per a sistemes Hamiltonians a priori inestables· Algorismes numèrics ràpids per al càlcul de tors invariants i els "bigotis" associats, per a sistemes Hamiltonians utilitzant el mètode de la parametrització.· Càlcul d'isòcrones i corbes de resposta de fase (PRC) en sistemes neurobiològics usant el mètode de la parametrització.En la primera part de la tesi, hem considerat el cas d'un sistema Hamiltonià a priori inestable amb 2+1/2 graus de llibertat sotmès a una pertorbació de tipus general. "A priori inestable" significa que el sistema no pertorbat presenta un punt d'equilibri hiperbòlic amb una òrbita homoclínica associada. El resultat principal d'aquesta part de la tesi és que per a un conjunt genèric de pertorbacions prou regulars, el sistema presenta el fenòmen de la difusió d'Arnold, és a dir, existeixen trajectòries la variable acció de les quals experimenta un canvi d'ordre 1. La demostració es basa en un estudi detallat de les zones ressonants i els objectes invariants generats en elles, i ofereix una descripció completa de la geografia de les ressonàncies generades per una pertorbació genèrica.En la segona part d'aquest memòria, desenvolupem mètodes numèrics eficients que requereixen poca memòria i operacions per al càlcul de tors invariants i els "bigotis" associats en sistemes Hamiltonians (aplicacions simplèctiques i camps vectorials Hamiltonians).En particular, això inclou els objectes invariants involucrats en el mecanisme de la difusió d'Arnold, estudiat en el capítol anterior. Els algorismes es basen en el mètode de la parametrització i segueixen de prop demostracions recents del teorema KAM que no usen variables acció-angle. Donem detalls de la implementació numèrica que hem dut a terme i mostrem alguns exemples.En la darrera part de la tesi relacionem problemes de temps en sistemes biològics amb algunes eines conegudes de sistemes dinàmics. En particular, usem el mètode de la parametrització i les simetries de Lie per a calcular numèricament les isòcrones i les corbes de resposta de fase (PRC) associades a oscil·ladors i ho apliquem a diversos models biològics ben coneguts. A més a més, aconseguim estendre el càlcul de PRCs en un entorn de l'oscil·lador. Les PRCs són útils per a l'estudi de la sincronització d'oscil·ladors acoblats i una eina bàsica en biologia experimental (ritmes circadians, acoblament sinàptic i elèctric de neurones,. . . ).

Durant el període 1995-2002 Catalunya va patir una sequera prolongada que va afectar, en diferent grau, als sistemes fluvials de les Conques Internes Catalanes, especialment per la seva durada que va comprendre des d'un mínim de 2 anys en les conques del nord fins a 6 anys en les del sud. Dins aquest marc, aquesta tesi pretén estudiar l'efecte d'aquesta sequera sobre la qualitat físico-química, les comunitats de macroinvertebrats i els índexs biòtics emprats en el seguiment de la qualitat ecològica dels nostres rius, en concret en l'índex BMWPC, l'ASPT, el nombre de tàxons i l'índex EPT. També s'hi ha fet una actualització del BMWPC, i la predicció mitjançant descriptors ambientals del seu valor amb l'objectiu d'avaluar la integritat de les comunitats de macroinvertebrats en els punts de la xarxa de seguiment de les Conques Internes Catalanes (CIC). S'hi inclou també l'estudi de la variació interanual dels principals descriptors físics, químics i biològics analitzats per conques i separant-hi els paràmetres biològics de tots els altres, per la qual cosa s'ha empleat l'anàlisi de PCA i les distàncies de pertorbació obtingudes a partir d'aquestes anàlisis, d'acord amb la metodologia formulada per Sabater et al. (1991). Els resultats obtinguts mostren que els descriptors que s'han utilitzat són els adequats i aquests són, en part, els mateixos que recomana la Directiva Marc de l'Aigua. Es pot dir que l'efecte de sequera és més important especialment per les comunitats menys alterades i que les reduccions de cabal afecten tan a les estructures de les comunitats de macroinvertebrats (efecte parcialment apaivagat als rius regulats) com a la qualitat físico-química dels rius de les CIC. Pel que fa a l'índex BMWPC no ha mostrat cap davallada de seu valor en resposta a la sequera, ja que s'han mesurat durant tot el període uns valors iguals o un xic millors en funció de l'equilibri que s'obté entre els tàxons sensibles que desapareixen i els lenítics que s'incorporen a cada comunitat, la qual cosa fa que sigui un índex robust en front a la sequera. Per avaluar els canvis en l'estructura de les comunitats de macroinvertebrats és precís l'ús de l'índex ASPT, que valora la qualitat relativa de tota la comunitat i s'ha mostrat com a l'òptim per observar l'efecte de la llarga sequera soferta. En relació amb les distàncies de pertorbació s'ha confirmat que augmenten quan minven els cabals i decreixen quan aquests s'incrementen. / During the period between 1995 and 2002 Catalonia suffered a long lasting drought that affected in varying degrees the river system of the Catalan Internal Basins (CIB), especially in which refers to the time length, ranging from a minimum of two years in the north basins to six years in the southern ones. Within this framework, this thesis aims to study the effects of this drought on the physical-chemical quality, the macroinvertebrate communities and the biotic indices used in monitoring the ecological quality of our rivers. Particularly the BMWPC, EPT, ASPT and richness (number of taxa) indexes were used.The update of the BMWPC, and the prediction of the index changes through environmental descriptors of its value in order to evaluate the integrity of the macroinvertebrate communities in the different points of the control network monitoring the CIB have also been made. The interannual variation of the main physical, chemical and biological descriptors by basins was performed, and analysed by separating the biological parameters from all others. For it, the PCA analysis has been used and the disturbance distances in accordance with the methodology formulated by Sabater et al. (1991) were established.The results obtained show that the descriptors used are suitable and are partially the same ones that the Water Framework Directive recommends. The drought effect is important especially for the less altered communities and the flow reductions affect both the structures of the macroinvertebrates communities (effect partially appeased in the regulated rivers) and the physico-chemical quality of the rivers and the CIB.The BMWPC index has not been showing any decrease of its value in relation to the drought. It is to note that it has been measured during periods with equal or slightly better values in terms of the balance achieved between disappearing sensitive taxa and lentic taxa being incorporated into each community, Then the index, proved to be robust in drought conditions. To assess changes in the structure of the macroinvertebrate communities it is necessary to use the ASPT index which establishes the relative quality of the whole community. It has also been proved to be the optimum index to use in order to study the effect of the drought suffered. In relation to the distances from disturbance, it has been confirmed that they have increased when the flows diminished and decreased when flow increased.

Es considera que la cognició biològica fa servir mecanismes com la predicció, l'anticipació i l'atenció per resoldre tasques complexes. S'ha suggerit que aquests mecanismes es materialitzen en els mamífers a través d'interaccions entre les capes corticals, mentre que la seva manifestació en cervells relativament més simples, como el dels invertebrats, és encara poc clara. En la cognició artificial, la naturalesa i la interacció dels mecanismes mencionats roman, en gran mesura, no quantificada. Aquí proposem un enfoc filogènic i basat en models per descobrir com interactuen aquests mecanismes cognitius. Comencem amb el model simple del cervell d'un insecte i demostrem la necessitat dels anomenats forward models per explicar el comportament d'un insecte a escenaris dinàmics. Llavors proposem el marc PASAR per integrar i quantificar la interacció dels mencionats components de la cognició. Validem el PASAR en tasques robòtiques i en un experiment psicofísic humà, demostrant que el PASAR és una eina valuosa per modelar i avaluar la cognició biològica i per construir sistemes cognitius artificials. / Biological cognition is thought to employ mechanisms like prediction, anticipation and attention for solving complex tasks. These mechanisms are suggested to be materialized through inter-layer cortical interactions in mammals, whereas their manifestation in relatively simpler brains, like the invertebrate brain, remains unclear. In artificial cognition, the nature and interplay of the above mechanisms remain largely unquantified. Here we propose a phylogenic, model-based approach to answer how these cognitive mechanisms interplay. We start with a simple model of the insect brain and demonstrate the necessity of the so-called forward models to account for insect behavior in dynamic scenarios. We then propose the PASAR framework to integrate and quantify the interplay of the above components of cognition. We validate PASAR in robotic tasks and in a human psychophysical experiment, proving PASAR as a valuable tool to model and evaluate biological cognition and to construct artificial cognitive systems.

Birds have been widely used as bioindicators. In this study we face the use of birds as bioindicators of metal pollution in two different scenarios of contamination: one that takes place in an aquatic environment, the Ebro river basin, and a second that occurs in a terrestrial environment, the Bolivian Andes. In the case of the Ebro river basin, the pollution threat is a factory located at the river bend, close to Flix, that due to its long operational activity and along with the construction of a dam next to the plant around 1960, resulted in the accumulation of 200,000–360,000 tons of industrial wastes in the riverbed, occupying an area of 700 m of length and 60 m of width. In this study case we evaluated whether aquatic birds such as the Purple Heron reflect the potential pollutant exposure from Flix Reservoir among different riverine and deltaic areas, and assess their usefulness as bioindicators. Also we examined if the polluted wastes of Flix reservoir affect the levels of pollution of the habitats where waterbird populations of the Ebro Delta (situated 90 km downstream) forage and feed. As results stable isotopes shown the high nitrification and lower carbon signatures in the river, and together with the niche width metrics, that Common and Sandwich Tern behave as strict specialists at the Ebro Delta, with narrow niche widths, while in the opposite way, Little Tern, Little Egret, Purple Heron, Night Heron and the Moorhen behave like generalists foragers, with broad niche widths. Mercury levels in nestlings of Purple Heron at Flix site and eggs of Audouin’s Gull, Little Tern and Common Tern ‘Banya’ at the Ebro Delta are high enough to be of special concern. Arsenic (specially used in combination with carbon signatures) discriminates outstandingly between marine and freshwater species. Both eggs and nestling feathers of Purple Herons are adequate bioindicators for trace element pollution, but nestling feathers present certain advantages. The six selected blood parameters (TOSC ROO*, TOSC OH*, BhCE, CbE, LDH and MN) provide the first evidence of an association of biological responses with pollutants in heron species. The second study case takes place in Bolivia. Anthropogenic mining has taken place in the Bolivian Andes since at least the fifteenth century. Particularly the East of Oruro Department in the Eastern Andean Cordillera is affected by a long term history of mining. These mining activities were characterized by the deposition of large tailing piles, which accumulated in abandoned and active mines, where trace metals such as lead, arsenic, cadmium, and antimony could reach surface waters and soils, and so the biota. In this case we evaluated the potential of Tinamou species as sentinels of exposure to local trace metal pollution and studied different routes of lead accumulation into the sentinel species, in order to assess the usefulness of feather levels as a measure of the exposure to this pollutant. As results we found that the detected small home ranges detected in Ornate Tinamou (lower than 1 km2) and their sedentary habits make of this species an adequate bioindicator of local pollution. We recommend feathers for future monitoring programs as they are a non invasive sample. Higher rates of histopathological damage were found in kidney at the polluted sites. We detected high levels of trace elements detected at the polluted sites in the two studied species of Tinamou (Ornate and Darwin Tinamou), many of them trespassing hazard levels. The calamus is the most suitable section for assessing the original endogenous lead levels in feather samples. / En este estudio las aves serán utilizadas como bioindicadoras de contaminación por metales pesados en dos escenarios diferentes: el primero en un ambiente acuático, la cuenca del rio Ebro, mientras que el segundo tiene lugar en un ambiente terrestre, los Andes bolivianos. En el primer caso la fuente de contaminación es una fábrica localizada cerca de Flix, que produjo cientos de toneladas de lodos tóxicos. Así evaluamos si aves acuáticas como la Garza imperial reflejan la exposición potencial a los contaminantes de Flix entre zonas fluviales y deltaicas, comprobando su utilidad como bioindicadoras, y también examinamos si dichos residuos afectan a la contaminación de los hábitats donde la avifauna del Delta del Ebro se alimenta. Como resultados los isótopos estables mostraron la alta nitrificación y signaturas más bajas de carbono en el río y observamos que el Charrán común y patinegro actúan como especialistas en el Delta, mientras que Charrancito, Garceta común, Garza Imperial, Martinete y Gallineta de agua son generalistas, presentando amplios nichos tróficos. El mercurio en volantones de Garza Imperial en Flix y huevos de Gaviota de Audouin, Charrancito y Charrán común “Banya” en el Delta presentan valores alarmantes. El arsénico discrimina claramente entre especies marinas y dulceacuícolas. Ambos huevos y plumas son bioindicadores adecuados de contaminación, pero las plumas presentan más ventajas. El segundo estudio tiene lugar en los Andes Bolivianos, donde la actividad minera ha dado lugar a la acumulación de residuos. Evaluamos el potencial de las especies de Tinamúes como bioindicadoras de la exposición a dicha contaminación, incluyendo las diferentes vías de acumulación de plomo en las especies bioindicadoras. Como resultados, los pequeños territorios detectados y hábitos sedentarios hacen del Tinamú Pisacca un bioindicador adecuado de la contaminación local. Se recomienda el uso de plumas al son una muestra no invasiva. El mayor daño histopatológico se encontraron en muestras de riñón de las zonas contaminadas. La contaminación minera ha quedado de manifiesto con los altos niveles detectados en las dos especies estudiadas de Tinamú. El cálamo es la sección más adecuada para la evaluación de los niveles originales endógenos de plomo.

El fang biològic es produeix en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i industrials. El tractament i la gestió dels fangs és un dels problemes més importants en el camp del tractament de les aigües residuals. Aquesta situació es preveu que es veurà agreujada en el futur, per un increment del volum de fang produït associat a l'exigència de nivells més alts de depuració i per l'augment dels nombre d'estacions depuradores en funcionament. D'altre banda, les limitacions que presenten les opcions tradicionals de gestió dels fangs, fa necessari buscar solucions innovadores i efectives per a solucionar el problema que suposa la gestió d'aquests fangs biològics. Els fangs biològics són de naturalesa carbonosa i amb un alt contingut de matèria orgànica. Aquestes característiques, permeten la conversió del fang en un sòlid adsorbent de tipus carbonós. Aquesta conversió ofereix el doble benefici de reduir el volum de fang que ha de ser gestionat i alhora produir un adsorbent amb un cost inferior a la dels adsorbents convencionals (carbons actius comercials).Fins el moment, els tractaments alta temperatura han demostrat la seva efectivitat per du a terme el procés de transformació dels excedents de fang biològic en un sòlid adsorbent carbonós (carbó actiu). Com a alternativa a aquests processos a alta temperatura, es proposa un nou procés d'obtenció d'un sòlid adsorbent carbonós a partir dels excedents de fangs biològics, mitjançant un tractament a baixa temperatura, combinant el tractament per microones amb l'addició d'un reactiu químic (H2SO4).La present tesi analitza el tractament dels excedents de fangs biològics utilitzant un tractament mitjançant microones i l'addició d'àcid sulfúric (H2SO4), al mateix temps analitza la possibilitat d'utilitzar els sòlids adsorbents obtinguts per a millorar la qualitat de les aigües residuals.Paràmetres d'operació com poden ser la quantitat d'àcid sulfúric addicionada al fang, el nivell de potència del forn microones i el temps de tractament, es modificaran per tal de determinar la influència que poden tenir sobre la qualitat del sòlid adsorbent. Un cop determinada la qualitat dels diferent sòlids adsorbents s'avalua la seva capacitat per a l'eliminació de colorant i metalls en fase líquida. Els resultats obtinguts es comparen amb els obtinguts per un carbó actiu derivat de fangs i un carbó actiu comercial. / The sewage sludge is produced by urban and industrial wastewater treatment plants. The treatment and disposal of sewage sludge is an expensive and environmentally sensitive problem growing world-wide. In recent years, sewage sludge is being generated in ever increasing amounts and meanwhile environmentally quality standards are becoming more stringent. Furthermore, with some traditional disposal routes coming under pressure and others being phased out, it is necessary to seek cost-effective and innovate solutions to the problem incurred by sewage sludge disposal. Sewage sludge is carbonaceous in nature and rich in organic materials. Hence it has the potential to be converted into a useful carbonaceous adsorbent material. This conversion could offer the combined benefits of reducing the volume of sewage sludge and producing a valuable adsorbent with lower cost than commercial activated carbons. At the moment, the high temperature treatments have been show the feasibility of the conversion of sewage sludge in an activated carbon. As alternative to these high temperature treatments, a novel way of carbonaceous adsorbent preparation was attempted combining microwaves heating and the addition of chemical compounds. The possibility of obtaining a carbonaceous adsorbent material from surplus biological sludge has been investigated. This present work analyze the treatment of the sewage sludge using microwave heating and the addition of a chemical reagent (H2SO4), and the applications of the sludge based microwave treated adsorbent to improving the quality of the wastewater.Operational parameters such as the amount of H2SO4 added, the level power of microwave oven and the processing time were modified to ascertain their influence on the quality of carbonaceous adsorbent obtained. Once determined the quality of the different carbonaceous adsorbent obtained, these adsorbents were employed for dye and metal removal in liquid phase. The results obtained were compared with the adsorption capacity of a sludge based activated carbon and a commercial activated carbon.

Els resultats que es presenten en aquesta tesi estan centrats bàsicament en l'estudi de la biodiversitat de les diatomees epilítiques presents en els rius de la conca de l'Ebre i en la seva aplicació com a indicadores de l'estat ecològic de les masses d'aigua. Durant els mesos d'estiu del 2005 i 2006 es va realitzar el mostreig de la flora de diatomees epilítiques en un total de 197 i 211 estacions, respectivament, pertanyents a la Xarxa de Control de l'Estat de les Masses d'Aigües Superficials (CEMAS) de la Confederació Hidrogràfica de l'Ebre (CHE). Aquests mostrejos van ser impulsats per la CHE amb l'objectiu d'establir xarxes de control biològic, basades en bioindicadors del fitobentos per tal de conèixer l'estat ecològic de les aigües fluvials d'acord amb el que estableix la Directiva Marc de l'Aigua (DMA). La recollida de les mostres, el seu tractament químic i, la quantificació de les espècies per localitat, s'han basat en les normatives estandarditzades europees CEN/TC 230 EN 13946:2003, norma prEN 14407: 2004 i, en els protocols de la CHE per l'avaluació de la qualitat biològica en rius mitjançant diatomees. L'examen de les mostres recollides ha permès la identificació de 499 tàxons, repartits en 91 gèneres, dels quals 492 han estat a nivell específic o infra-específic. Dels tàxons identificats, 361 estan representats en 751 fotografies realitzades al microscopi òptic, agrupats en 25 làmines. Com a particularitats de la flora s'esmenta d'una banda la presència de 7 espècies al•lòctones segons les consideracions principalment de Coste & Ector 2000 Achnanthidium catenatum, A. druartii, Diadesmis confervacea, Didymosphenia geminata, Gomphoneis minuta, Navicula kotschyi y Reimeria uniseriata) i per l'altre, la presència en algunes localitats de diverses formes teratològiques que podrien indicar condicions adverses del medi (estrès químic o contaminació), encara que en alguns casos podrien ser originades simplement per causes naturals. Com a resultat de la determinació de l’estat ecològic de les masses d’aigua s'ha comprovat l'aplicació i funcionament òptim dels índexs de diatomees (Index de Pol•lució Específica IPS, Index Biològic de Diatomees IBD i Index Europeu CEE), sent l'IPS l'índex més convenient per la bioindicació de l'aigua a la conca de l'Ebre. No obstant, aquests índexs no reflecteixen prou bé les diferències entre algunes ecoregions de la conca de l'Ebre, com ara les capçaleres calcàries. Tenint en compte els resultats obtinguts amb l'IPS, la proporció de localitats estudiades que complirien amb la DMA en aquests 2 anys d'estudi són bastant similars, seria del <62% pel 2005 i del <64% pel 2006. Els resultats de l'índex de Shannon & Weaver indiquen que la diversitat i la riquesa específica s'ajusta a un model relacionat amb la qualitat del medi. Les correlacions d'aquests paràmetres respecte a variables ambientals (pH, conductivitat, clorurs, amoni, fosfats, nitrats, TSS, oxigen dissolt, altitud de la localitat, corrent, amplada i fondària del riu) i els resultats dels índexs de diatomees (IPS, IBD i CEE) mostren que la diversitat de les comunitats de diatomees en les localitats estudiades augmenta quan empitjora l'estat ecològic, seguint un gradient marcat principalment per l'altitud i la concentració de nutrients. L'estudi de l'ordenació de les comunitats de diatomees epilítiques en els rius de la conca de l'Ebre, tenint en compte les variables ambientals de les localitats estudiades, mostra que la seva distribució seguiria un gradient capçalera-desembocadura, marcat per l’increment progressiu de la mineralització en el que se superposen els efectes de les variables ambientals que es relacionen amb els impactes i els nutrients. Les anàlisis clúster dels inventaris seleccionats distingeixen 7 grups de localitats i 6 grups ecològics diferents de diatomees que responen a les pertorbacions observades i als gradients de mineralització i eutròfia que caracteritzen la conca de l'Ebre. / "Diatoms of the Ebro basin: Biodiversity and ecological state of water" TEXT: The aim of this PhD thesis is to contribute to the taxonomic knowledge of the epilithic diatom flora from the rivers of the Ebro basin and to determinate the water quality status in the studied area using benthic diatoms as indicators. The studied area is located inside the Water Quality Surveillance Network of the Ebro Water Agency, CHE (NE Spain). It includes the Ebro and Garona rivers and all the rivers and streams which run into them in the Spanish territory, mostly over a calcareous and sedimentary substrata. A total of 408 epilithic diatoms samples were collected from different environments and ecoregions within the limits of the network of the Ebro Water Agency, CHE (NE Spain) during the summers of 2005 (197 sites) and 2006 (211 sites). Epilithic diatom were sampled, and then treated to prepare permanent diatoms slides following the standard methods (European Committee for Standardization 2003, 2004). The number of taxa identified in the material studied amounted to 499 (492 a specific or infra specific level), belonging to 91 different genera. 361 taxa are presented in 751 light microscope micrographs regrouped in 25 plates. We noticed the presence of species considered rare or exotic for European freshwaters (Coste & Ector, 2000) such as Diadesmis confervacea; Achnanthidium catenatum, Reimeria uniseriata, Navicula kotschyi, Gomphoneis minuta and Didymosphenia geminata. A few diatoms species presented teratological forms have been detected in some localities. However, we could not find a direct relationship of these forms occurrence and any particular cause. In order to evaluate the water quality assessment, three diatoms indices were applied (Specific Pollution Index IPS, Biological Diatom Index BDI and European Index CEC). All of them correlated significantly with water physical and chemical variables, but SPI achieved better correlations, and is therefore to be the best diatom index to be applied in the Ebro basin, although in some cases it did not properly reflected special situations in this basin as calcareous headwaters. According to the cluster and canonical correspondence analyses, nutrient enrichment (from the headwaters to the mouth), environmental variables and impacts were to be the most important variables structuring diatom communities in the Ebro basin.

La 3,4-metilendioximetamfetamina (MDMA, èxtasi) és una droga de síntesi que es consumeix entre els joves de forma recreativa. S'ha postulat que la 3,4-dihidroximetamfetamina (HHMA), metabòlit que es forma a partir de l'O-demetilenació de la MDMA a través majoritàriament de l'isoenzim CYP2D6, podria tenir un paper important en el desenvolupament de la neurotoxicitat atribuïda a la MDMA. Així, un dels objectius de la tesi ha estat establir quin paper juga i quina importància té, des d'un punt de vista quantitatiu, aquest metabòlit HHMA en el metabolisme global de la MDMA in vivo. Per altra banda, el CYP2D6 és un enzim polimòrfic, i potencialment els subjectes metabolitzadors lents per aquesta acitivitat enzimàtica podrien tenir un risc més alt de patir toxicitat aguda. La MDMA es consumeix sovint concomitantment amb inhibidors selectius de la recaptació de serotonina (SSRI). Alguns SSRI, com la paroxetina i la fluoxetina, són inhibidors del CYP2D6 i es pot preveure una interacció metabòlica entre aquests tipus de substàncies. Mitjançant un assaig clínic (aleatori, doble cec, creuat i controlat amb placebo) en humans, s'ha estudiat la rellevància de la inhibició de l'activitat del CYP2D6, la seva contribució en el metabolisme de la MDMA i els efectes farmacològics que resulten de la co-administració de la MDMA i la paroxetina.Han estat determinades les concentracions plasmàtiques i urinàries de la MDMA i dels metabòlits més importants de la MDMA, així com les concentracions plasmàtiques de paroxetina juntament amb el seu metabòlit principal.Dels resultats obtinguts, la tesi conclou que l'HHMA és un metabòlit rellevant en la disposició metabòlica de la MDMA. L'estudi d'interacció mostra que la MDMA veu reduït el seu metabolisme oxidatiu al voltant d'un 30% i que ambdós compostos mostren una interacció metabòlica. El CYP2D6 podria contribuir in vivo en l'O-demetilenació de la MDMA en un 30%. / 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) is a synthetic amphetamine derivative misused among youths for recreational purposes. It has been postulated that 3,4-dihydroxymethamphetamine (HHMA), a metabolite resulting from the O-demethylenation of MDMA through CYP2D6 may play a role in the development of the neurotoxicity. Thus, one of the major aims of the thesis was to establish HHMA relevance, from a quantitative point of view, in MDMA metabolism. Moreover, CYP2D6 is a polymorphic enzyme and the participation of CYP2D6 in the oxidative metabolism of MDMA may suggest an increased risk for acute toxicity in poor metabolizers for this enzymatic activity. MDMA is sometimes consumed concomitantly with selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI). Some SSRI are potent CYP2D6 inhibitors such as paroxetine or fluoxetine and a metabolic interaction between these drugs and MDMA could be expected. Thus, interaction studies of MDMA with SSRI may be an in vivo approach to evaluate the contribution of CYP2D6 on MDMA disposition and the effects of the co-administration of both compounds. The major objective was to assess the contribution of CYP2D6 to MDMA disposition using paroxetine as a metabolic probe inhibitor. It was carried out a clinical trial in humans. The study was randomized, double blind, crossover, and controlled with placebo. Plasma concentration-time profiles and urinary recoveries of MDMA and main metabolites including HHMA were obtained. Paroxetine and its main metabolite (hydroxy-methoxy-paroxetine) plasma concentrations were also determined. From the results obtained, it is conclude that HHMA is a relevant metabolite on MDMA disposition in humans. The interaction study shows a 30% reduction of MDMA metabolic disposition and both MDMA and paroxetine show a pharmacodynamic interaction. It is estimated that CYP2D6 may accounts for a 30% of MDMA O-demethylenation in humans.