Robotic rehabilitation therapies have been improving by providing the needed assistance to the patient, in a human-centered environment, and also helping the therapist to choose the necessary procedure. This thesis presents an adaptive "Assistance-as-needed" strategy which adheres to the specific needs of the patient and with the inputs from the therapist, whenever needed. The exertion of assistive and responsive behavior of the lower limb wearable robot is dedicated for the rehabilitation of incomplete spinal cord injury (SCI) patients. The main objective is to propose and evaluate an adaptive control model on a wearable robot, assisting the user and adhering to their needs, with no or less combination of external devices. The adaptation must be more interactive to understand the user needs and their volitional orders. Similarly, by using the existing muscular strength, in incomplete SCI patients, as a motivation to pursue the movement and assist them, only when needed. The adaptive behavior of the wearable robot is proposed by monitoring the interaction and movement of the user. This adaptation is achieved by modulating the stiffness of the exoskeleton in function of joint parameters, such as positions and interaction torques. These joint parameters are measured from the user independently and then used to update the new stiffness value. The adaptive algorithm performs with no need of external sensors, making it simple in terms of usage. In terms of rehabilitation, it is also desirable to be compatible with combination of assistive devices such as muscle stimulation, neural activity (BMI) and body balance (Wii), to deliver a user friendly and effective therapy. Combination of two control approaches has been employed, to improve the efficiency of the adaptive control model and was evaluated using a wearable lower limb exoskeleton device, H1. The control approaches, Hierarchical and Task based approach have been used to assist the patient as needed and simultaneously motivate the patient to pursue the therapy. Hierarchical approach facilitates combination of multiple devices to deliver an effective therapy by categorizing the control architecture in two layers, Low level and High level control. Task-based approaches engage in each task individually and allow the possibility to combine them at any point of time. It is also necessary to provide an interaction based approach to ensure the complete involvement of the user and for an effective therapy. By means of this dissertation, a task based adaptive control is proposed, in function of human-orthosis interaction, which is applied on a hierarchical control scheme. This control scheme is employed in a wearable robot, with the intention to be applied or accommodated to different pathologies, with its adaptive capabilities. The adaptive control model for gait assistance provides a comprehensive solution through a single implementation: Adaptation inside a gait cycle, continuous support through gait training and in real time. The performance of this control model has been evaluated with healthy subjects, as a preliminary study, and with paraplegic patients. Results of the healthy subjects showed a significant change in the pattern of the interaction torques, elucidating a change in the effort and adaptation to the user movement. In case of patients, the adaptation showed a significant improvement in the joint performance (flexion/extension range) and change in interaction torques. The change in interaction torques (positive to negative) reflects the active participation of the patient, which also explained the adaptive performance. The patients also reported that the movement of the exoskeleton is flexible and the walking patterns were similar to their own distinct patterns. The presented work is performed as part of the project HYPER, funded by Ministerio de Ciencia y Innovación, Spain. (CSD2009 - 00067 CONSOLIDER INGENIO / Las terapias de rehabilitación robóticas han sido mejoradas gracias a la inclusión de la asistencia bajo demanda, adaptada a las variaciones de las necesidades del paciente, así como a la inclusión de la ayuda al terapeuta en la elección del procedimiento necesario. Esta tesis presenta una estrategia adaptativa de asistencia bajo demanda, la cual se ajusta a las necesidades específicas del paciente junto a las aportaciones del terapeuta siempre que sea necesario. El esfuerzo del comportamiento asistencial y receptivo del robot personal portátil para extremidades inferiores está dedicado a la rehabilitación de pacientes con lesión de la médula espinal (LME) incompleta. El objetivo principal es proponer y evaluar un modelo de control adaptativo en un robot portátil, ayudando al usuario y cumpliendo con sus necesidades, en ausencia o con reducción de dispositivos externos. La adaptación debe ser más interactiva para entender las necesidades del usuario y sus intenciones u órdenes volitivas. De modo similar, usando la fuerza muscular existente (en pacientes con LME incompleta) como motivación para lograr el movimiento y asistirles solo cuando sea necesario. El comportamiento adaptativo del robot portátil se propone mediante la monitorización de la interacción y movimiento del usuario. Esta adaptación conjunta se consigue modulando la rigidez en función de los parámetros de la articulación, tales como posiciones y pares de torsión. Dichos parámetros se miden del usuario de forma independiente y posteriormente se usan para actualizar el nuevo valor de la rigidez. El desempeño del algoritmo adaptativo no requiere de sensores externos, lo que favorece la simplicidad de su uso. Para una adecuada rehabilitación, efectiva y accesible para el usuario, es necesaria la compatibilidad con diversos mecanismos de asistencia tales como estimulación muscular, actividad neuronal y equilibrio corporal. Para mejorar la eficiencia del modelo de control adaptativo se ha empleado una combinación de dos enfoques de control, y para su evaluación se ha utilizado un exoesqueleto robótico H1. Los enfoques de control Jerárquico y de Tarea se han utilizado para ayudar al usuario según sea necesario, y al mismo tiempo motivarle para continuar el tratamiento. Enfoque jerárquico facilita la combinación de múltiples dispositivos para ofrecer un tratamiento eficaz mediante la categorización de la arquitectura de control en dos niveles : el control de bajo nivel y de alto nivel. Los enfoques basados en tareas involucran a la persona en cada tarea individual, y ofrecen la posibilidad de combinarlas en cualquier momento. También es necesario proporcionar un enfoque basado en la interacción con el usuario, para asegurar su participación y lograr así una terapia eficaz. Mediante esta tesis, proponemos un control adaptativo basado en tareas y en función de la interacción persona-ortesis, que se aplica en un esquema de control jerárquico. Este esquema de control se emplea en un robot portátil, con la intención de ser aplicado o acomodado a diferentes patologías, con sus capacidades de adaptación. El modelo de control adaptativo propuesto proporciona una solución integral a través de una única aplicación: adaptación dentro de la marcha y apoyo continúo a través de ejercicios de movilidad en tiempo real. El rendimiento del modelo se ha evaluado en sujetos sanos según un estudio preliminar, y posteriormente también en pacientes parapléjicos. Los resultados en sujetos sanos mostraron un cambio significativo en el patrón de los pares de interacción, elucidando un cambio en la energía y la adaptación al movimiento del usuario. En el caso de los pacientes, la adaptación mostró una mejora significativa en la actuación conjunta (rango de flexión / extensión) y el cambio en pares de interacción. El cambio activo en pares de interacción (positivo a negativo) refleja la participación activa del paciente, lo que también explica el comportamiento adaptativo.

Malignant tumours of the brain represent one of the most difficult to treat types of cancer due to the sensitive organ they affect. Clinical management of the pathology becomes even more intricate as the tumour mass increases due to proliferation, suggesting that an early and accurate diagnosis is vital for preventing it from its normal course of development. The standard clinical practise for diagnosis includes invasive techniques that might be harmful for the patient, a fact that has fostered intensive research towards the discovery of alternative non-invasive brain tissue measurement methods, such as nuclear magnetic resonance. One of its variants, magnetic resonance imaging, is already used in a regular basis to locate and bound the brain tumour; but a complementary variant, magnetic resonance spectroscopy, despite its higher spatial resolution and its capability to identify biochemical metabolites that might become biomarkers of tumour within a delimited area, lags behind in terms of clinical use, mainly due to its difficult interpretability. The interpretation of magnetic resonance spectra corresponding to brain tissue thus becomes an interesting field of research for automated methods of knowledge extraction such as machine learning, always understanding its secondary role behind human expert medical decision making. The current thesis aims at contributing to the state of the art in this domain by providing novel techniques for assistance of radiology experts, focusing on complex problems and delivering interpretable solutions. In this respect, an ensemble learning technique to accurately discriminate amongst the most aggressive brain tumours, namely glioblastomas and metastases, has been designed; moreover, a strategy to increase the stability of biomarker identification in the spectra by means of instance weighting is provided. From a different analytical perspective, a tool based on signal source separation, guided by tumour type-specific information has been developed to assess the existence of different tissues in the tumoural mass, quantifying their influence in the vicinity of tumoural areas. This development has led to the derivation of a probabilistic interpretation of some source separation techniques, which provide support for uncertainty handling and strategies for the estimation of the most accurate number of differentiated tissues within the analysed tumour volumes. The provided strategies should assist human experts through the use of automated decision support tools and by tackling interpretability and accuracy from different angles / Els tumors cerebrals malignes representen un dels tipus de càncer més difícils de tractar degut a la sensibilitat de l’òrgan que afecten. La gestió clínica de la patologia esdevé encara més complexa quan la massa tumoral s'incrementa degut a la proliferació incontrolada de cèl·lules; suggerint que una diagnosis precoç i acurada és vital per prevenir el curs natural de desenvolupament. La pràctica clínica estàndard per a la diagnosis inclou la utilització de tècniques invasives que poden arribar a ser molt perjudicials per al pacient, factor que ha fomentat la recerca intensiva cap al descobriment de mètodes alternatius de mesurament dels teixits del cervell, tals com la ressonància magnètica nuclear. Una de les seves variants, la imatge de ressonància magnètica, ja s'està actualment utilitzant de forma regular per localitzar i delimitar el tumor. Així mateix, una variant complementària, la espectroscòpia de ressonància magnètica, malgrat la seva alta resolució espacial i la seva capacitat d'identificar metabòlits bioquímics que poden esdevenir biomarcadors de tumor en una àrea delimitada, està molt per darrera en termes d'ús clínic, principalment per la seva difícil interpretació. Per aquest motiu, la interpretació dels espectres de ressonància magnètica corresponents a teixits del cervell esdevé un interessant camp de recerca en mètodes automàtics d'extracció de coneixement tals com l'aprenentatge automàtic, sempre entesos com a una eina d'ajuda per a la presa de decisions per part d'un metge expert humà. La tesis actual té com a propòsit la contribució a l'estat de l'art en aquest camp mitjançant l'aportació de noves tècniques per a l'assistència d'experts radiòlegs, centrades en problemes complexes i proporcionant solucions interpretables. En aquest sentit, s'ha dissenyat una tècnica basada en comitè d'experts per a una discriminació acurada dels diferents tipus de tumors cerebrals agressius, anomenats glioblastomes i metàstasis; a més, es proporciona una estratègia per a incrementar l'estabilitat en la identificació de biomarcadors presents en un espectre mitjançant una ponderació d'instàncies. Des d'una perspectiva analítica diferent, s'ha desenvolupat una eina basada en la separació de fonts, guiada per informació específica de tipus de tumor per a avaluar l'existència de diferents tipus de teixits existents en una massa tumoral, quantificant-ne la seva influència a les regions tumorals veïnes. Aquest desenvolupament ha portat cap a la derivació d'una interpretació probabilística d'algunes d'aquestes tècniques de separació de fonts, proporcionant suport per a la gestió de la incertesa i estratègies d'estimació del nombre més acurat de teixits diferenciats en cada un dels volums tumorals analitzats. Les estratègies proporcionades haurien d'assistir els experts humans en l'ús d'eines automatitzades de suport a la decisió, donada la interpretabilitat i precisió que presenten des de diferents angles.

L'ús extensiu i l'abocament massiu de pesticides en el medi ambient ha portat a alguns autors a preguntar-se sobre la contribució d'aquestes substàncies al desenvolupament de trastorns neuropsiquiàtrics i metabòlics. Actualment, els organofosforats (OP) - i el clorpirifos (CPF) en particular - són els insecticides més emprats al món. Donada la diversitat de fonts d'exposició, la majoria de la població està exposada gairebé permanentment a CPF. Una gran quantitat d’estudis epidemiològics i experimentals han observat dèficits neuroconductuals després de l'exposició al pesticida, i evidències incipients suggereixen vincles entre l'exposició a OPs i el desenvolupament de trastorns metabòlics. Una de les claus consisteix a establir si existeixen subpoblacions particularment susceptibles als efectes perjudicials del CPF. S'ha demostrat que les diferents isoformes de l'apolipoproteïna E (apoE) humana confereixen diferents vulnerabilitats a desenvolupar malalties metabòliques i neurodegeneratives. El principal objectiu d'aquesta tesi va ser avaluar els efectes comportamentals i metabòlics del genotip APOE i del CPF, així com determinar si la interacció entre ambdós factors va contribuir a l'aparició d'aquests efectes. Amb aquest propòsit, ratolins adults portadors de apoE2, apoE3 o apoE4 foren exposats subcrònicament a 2 mg/kg/dia o 3.75 mg/kg/dia de CPF en funció de la fase experimental. Després de l'exposició, els animals foren avaluats conductualment, mentre que els efectes metabòlics del CPF també foren avaluats en paral·lel. En general, el genotip APOE va influenciar el rendiment cognitiu. L'exposició a CPF va alterar el funcionament metabòlic, i va induir dèficits atencionals i motivacionals prolongats en el temps. Els ratolins apoE3 foren els més vulnerables als efectes metabòlics del tòxic, i van mostrar alteracions de la memòria després de l'exposició. A més, el pesticida va invertir el dèficit de control inhibitori característic dels ratolins apoE4. En conclusió, aquests resultats amplien la literatura existent sobre els efectes comportamentals i metabòlics del CPF, i proporcionen informació valuosa sobre interaccions gen - tòxic fins ara desconegudes. / El uso extensivo y el vertido masivo de pesticidas en el medio ambiente ha llevado a algunos autores a preguntarse sobre la contribución de estas sustancias al desarrollo de trastornos neuropsiquiátricos y metabólicos. Actualmente, los organofosforados (OPs) - y el clorpirifos (CPF) en particular - son los insecticidas más utilizados en el mundo. Dada la diversidad de fuentes de exposición, la mayoría de la población está expuesta casi permanentemente a CPF. Una gran cantidad de estudios epidemiológicos y experimentales han observado déficits neuroconductuales tras la exposición al pesticida, y evidencias incipientes sugieren vínculos entre la exposición a OPs y el desarrollo de trastornos metabólicos. Una de las claves consiste en establecer si existen subpoblaciones particularmente susceptibles a los efectos perjudiciales del CPF. Se ha demostrado que las diferentes isoformas de la apolipoproteína E (apoE) humana confieren diferentes vulnerabilidades a desarrollar enfermedades metabólicas y neurodegenerativas. El principal objetivo de esta tesis fue evaluar los efectos comportamentales y metabólicos del genotipo APOE y del CPF, así como determinar si la interacción entre ambos factores contribuyó a la aparición de estos efectos. Así, ratones adultos portadores de apoE2, apoE3 o apoE4 fueron expuestos subcrónicamente a 2 mg/kg/día o 3.75 mg/kg/día de CPF en función de la fase experimental. Tras la exposición, los animales fueron evaluados conductualmente, mientras que los efectos metabólicos del CPF también fueron estudiados en paralelo. En general, el genotipo APOE influenció el rendimiento cognitivo. La exposición a CPF alteró el funcionamiento metabólico, e indujo déficits atencionales y motivacionales prolongados en el tiempo. Los ratones apoE3 fueron los más vulnerables a los efectos metabólicos del tóxico, y mostraron alteraciones de la memoria tras la exposición. Además, el pesticida invirtió el déficit de control inhibitorio característico de los ratones apoE4. En conclusión, estos resultados amplían la literatura existente sobre los efectos comportamentales y metabólicos del CPF, y proporcionan información valiosa sobre interacciones gen - tóxico hasta ahora desconocidas. / The extensive use and massive release of pesticides into the environment has led some authors wonder about the potential contribution of these substances on the emergence of neuropsychiatric and metabolic disorders. Currently, organophosphates (OP) – and chlorpyrifos (CPF) in particular - are the most widely used insecticides in the world. Given the heterogeneity of sources of exposure, most of the population is almost permanently exposed to CPF. Thus, a great body of epidemiological and experimental data have reported neurobehavioural deficits following exposure to the pesticide, and incipient evidence begins to suggest potential links between OPs and metabolic disorders. One of the critical issues is to establish whether there are subpopulations particularly susceptible to the detrimental effects of CPF. It has been proved that human apolipoprotein E (apoE) isoforms confer on their carriers varying vulnerabilities to metabolic diseases and neurodegeneration. The main objective of this thesis was to assess the behavioural and metabolic effects of both APOE genotype and CPF, as well as to determine whether the interaction between both factors contributed to these effects. To test this, adult mice expressing apoE2, apoE3 or apoE4 human isoforms were subchronically exposed to 2 mg/kg/day or 3.75 mg/kg/day CPF depending on the experimental phase. After exposure, animals were behaviourally tested, while the metabolic-disruptor role of CPF was also assessed in paralel. In general, APOE genotype influenced cognitive performance. The exposure to CPF altered metabolic functioning, and induced protracted attentional and motivational deficits. ApoE3 mice were the most vulnerable to the metabolic effects of CPF, and showed memory impairments after exposure. Furthermore, the pesticide reversed the lack of inhibitory control characteristic of apoE4 mice. Taken together, these results expand the existing literature on the behavioural and metabolic effects of CPF, and provide valuable information on gene – toxic interactions hitherto unknown.

Up to 85% of the world population suffers from low back pain, a clinical condition often related to the intervertebral disc (IVD) degeneration (DD). Altered disc cell nutrition affects cell viability and can generate catabolic cascades that degrade the extracellular matrix (ECM). Also, a major degenerative biochemical change in the disc is the proteoglycan (PG) loss, which affects the osmotic pressure and hydration that is critical for cell nutrition. However, the relationship between biochemical degradation and nutrition along degeneration is unclear. The effect of cartilage endplates (CEP) tissue changes through known composition data remains unknown as well. Experiments have limited capacity in the study of multiple IVD interactions, while theoretical models are promising tools to this aim. Thus, this PhD thesis used computer models to study the relationship between disc degeneration and cell nutrition, and focuses on indirect mechanotransduction phenomena that occur in the IVD. Porohyperelastic IVD finite element models, including all tissues, were used. Such models consider the role of solid-fluid interaction within the IVD. In Chapter 3 a convergence study was performed to access the stability of local predictions under fast load rates. In Chapter 4 the models were updated by adding the viscoelastic collagen fibres of the annulus fibrosus (AF) and the osmotic pressure of the nucleus pulposus (NP). They were coupled to a transport-cell viability model, and a design of experiment (DOE) was used to study the effect of disc composition on cell nutrition. In Chapter 5 the transport model was modified to allow PG updates, depending on PG half-life and PG production related to predicted oxygen pressure. In Chapter 6, a composition-dependent permeability formulation was created for the CEP to focus on the impact of CEP degradation. Three days of diurnal load cycle were simulated for all transport-cell viability simulations. Solute concentrations were evaluated along the mid-sagittal plane path. Chapter 3 showed that unrealistic spatial oscillations in the fluid velocity predictions were due to material discontinuities. Previous stabilization strategies did not eliminate the oscillations. However, the creation of a material transition zone combined with local refinement reduced them by 91%. The model obtained warranted the stability of local calculations for long lasting loads. Chapter 4 results revealed that none of DOE combinations affected the cell viability, and that water reductions altered the most disc nutrition. Moreover, NP degeneration might affect the AF nutrition, possibly explaining the tears found in grade III discs. In Chapter 5, IVD nutrition affected the PG content, which seemed to simulate natural ageing. Also, PG loss altered disc mechanical behaviour but neither cell viability nor nutrition. However, the inclusion of NP dehydration reduced solute levels, which might activate catabolic processes. Chapter 6 showed that CEP permeability would increase with DD. Also, CEP degeneration alone produced NP dehydration under compression, which affected disc nutrition. The results suggested that the CEP might play a key role in DD. Interestingly, cell death was predicted when CEP degeneration was combined to AF and NP degeneration, questioning the paradigm that CEP calcification might be responsible for cell death along DD. This PhD thesis identified different paths related to DD. On one hand, NP dehydration and PG loss reduced glucose at the inner AF, weakening the latter due to inflammation and enzyme activation. Meanwhile, nutrition regulated the PG content, which can explain natural ageing but probably not accelerated degeneration processes. However, CEP degeneration caused NP dehydration, and the combined degeneration of all disc tissues activated the cell death. All these simulated events are important to understand DD and might promote the development of new experimental explorations and treatment strategies / El 85% de la población mundial sufre de lumbago, condición clínica relacionada con la degeneración (DD) del disco intervertebral (IVD). Cambios en la nutrición del disco afectan la muerte celular, causando cascadas catabólicas que degradan la matriz extracelular (ECM). El mayor cambio bioquímico que ocurre en la DD es la pérdida de proteglicanos (PG), afectando la presión osmótica y la hidratación que es crítica para la nutrición. Sin embargo, la relación entre la degradación bioquímica y la nutrición durante la DD no está clara. El efecto de cambios en las placas terminales de cartílago (CEP) a partir de datos de composición es desconocido. Los experimentos tienen una capacidad limitada en el estudio de múltiples interacciones del IVD, siendo los modelos teóricos herramientas prometedoras para tal fin. Así, esta tesis doctoral usa modelos computarizados para estudiar la relación entre la degeneración y la nutrición, enfocándose en la mecanotransducción indirecta del IVD. Se usaron modelos de elementos finitos porohiperelásticos de IVD, incluyendo todos los tejidos. Los modelos consideran la interacción sólido-fluido dentro del IVD. En el Capítulo 3 se realizó un estudio de convergencia para lograr la estabilidad de los cálculos locales bajo cargas rápidas. En el Capítulo 4 los modelos se actualizaron añadiendo las fibras del anillo fibroso (AF) y la presión osmótica del núcleo pulposo (NP). Se acoplaron a un modelo de transporte-muerte celular, y se usó un diseño de experimento (DOE) para estudiar el efecto de la composición del disco sobre la nutrición. En el Capítulo 5 se modificó el modelo de transporte, permitiendo actualizaciones de PG, en base a la vida media y producción de los PG. En el Capítulo 6, se creó una formulación de permeabilidad dependiente de la composición para ver el impacto de la degeneración del CEP. Se simularon tres días de carga diaria para los estudios de transporte-muerte celular. Los solutos se evaluaron en el plano sagital. El Capítulo 3 mostró que las oscilaciones espaciales en la velocidad de fluido se deben a discontinuidades de material. Estrategias de estabilización no eliminaron las oscilaciones. No obstante, la creación de una zona de transición de material con un refinamiento local las redujo un 91%. El modelo final garantiza la estabilidad de los cálculos locales para cargas de larga duración. El Capítulo 4 reveló que ninguna de las variaciones del DOE afectó la muerte celular, y que la reducción del agua alteró más la nutrición. Además, la degeneración del NP podría afectar la nutrición del AF, explicando las grietas vistas en discos de grado III. En el Capítulo 5, la nutrición afectó la cantidad de PG, simulando el envejecimiento natural. Además, la pérdida de PG alteró la conducta mecánica del disco pero no la nutrición ni la muerte celular. Sin embargo, añadir la deshidratación del NP redujo los niveles de solutos, que activarían procesos catabólicos. El Capítulo 6 mostró que la permeabilidad del CEP aumentaría con la DD. También, sólo la degeneración del CEP produce la deshidratación del NP bajo compresión, afectando la nutrición. Los resultados sugieren que el CEP sería clave en la DD. Curiosamente, la muerte celular se predijo uniendo las degeneraciones del CEP, AF y NP, cuestionando la idea que la calcificación del CEP sería la causa de la muerte celular en la DD. Esta tesis doctoral identificó varias vías relacionadas a la DD. Por un lado, la deshidratación del NP y la pérdida de PG redujeron la glucosa en el AF, debilitándolo debido a la activación de enzimas. A la vez, la nutrición regula el contenido de PG, explicando el envejecimiento natural pero no la aceleración de la DD. Sin embargo, la degeneración del CEP causó la deshidratación del NP, y la degeneración combinada de todos los tejidos del disco activó la muerte celular. La simulación de estos eventos es importante para entender la DD, promoviendo nuevas exploraciones experimentales y estrategias de tratamiento.

L’objectiu d’aquesta tesi és millorar l’aplicació de mètodes de cromatografia de líquids acoblada a espectrometria de masses (LC-MS) per a l’estudi de toxines lipofíliques i emergents produïdes per microalgues en un ecosistema litoral mediterrani (Delta de l’Ebre, Catalunya, NO Mar Mediterrani). La primera contribució fou l’avaluació de diferents condicions per implementar el mètode de control de referència de toxines lipofíliques en bivalves, obtenint majors rendiments i complint amb els requeriments legals. Aquest mètode s’aplicà en l’estudi d’una floració de Dinophysis sacculus a la badia dels Alfacs, considerant diferents aproximacions per caracteritzar el risc: anàlisi de toxines en microalgues, dissoltes en aigua, i en bivalves. Els perfils toxínics de D. sacculus només presentaren àcid okadaic i pectenotoxina-2 (la toxina principal). El contingut de toxina total per cèl·lula s’incrementà cap al final de la floració, coincidint amb la màxima concentració d’àcid okadaic en musclos (fins a 3,7 vegades el màxim permès a Europa), la concentració de pectenotoxines fou menor. Els ostrons no acumularen toxines per sobre del nivell màxim permès. El mètode LC-MS permeté la detecció de les toxines emergents pinatoxina-g (primera detecció a Espanya) i espiròlid-1, les quals foren confirmades inequívocament mitjançant MS d’alta resolució, en concentracions baixes en marisc i mostrejadors passius. No es detectaren metabòlits acilats de pinatoxines i els falsos positius es descartaren amb informació ortogonal. Les toxines emergents denominades palitoxines també s’investigaren, i es descobriren dues noves palitoxines en cultius de noves soques d’Ostreopsis cf. ovata de Catalunya: l’ovatoxina-g (46-dehidroxi ovatoxina-a) i un isòmer de la palitoxina (anteriorment “palitoxina putativa”), igual que la palitoxina però hidroxilada en C-42 i entre l’extrem A y C-8, i deshidroxilada en C-17 i probablement en C-64. Els perfils toxínics contenien ovatoxines-a,-b,-c,-d i –e, amb concentracions per cèl·lula majors que les d’altres soques mediterrànies. / El objetivo de esta tesis es mejorar la aplicación de métodos de cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas (LC-MS) para el estudio de toxinas lipofílicas y emergentes producidas por microalgas en un ecosistema litoral mediterráneo (Delta del Ebro, Cataluña, NO Mar Mediterráneo). La primera contribución fue la evaluación de diferentes condiciones para implementar el método de control de referencia de toxinas lipofílicas en bivalvos, obteniendo mayores rendimientos y cumpliendo con los requerimientos legales. Este método se aplicó al estudio de una floración de Dinophysis sacculus en la bahía de Alfacs, considerando diferentes aproximaciones para caracterizar el riesgo: análisis de toxinas en microalgas, disueltas en agua, y en bivalvos. Los perfiles toxínicos de D. sacculus sólo presentaron ácido okadaico y pectenotoxina-2 (la más abundante). El contenido de toxina total por célula se incrementó hacia el final de la floración, coincidiendo con la máxima concentración de ácido okadaico en mejillones (hasta 3.7 veces el máximo permitido en Europa), la concentración de pectenotoxinas fue menor. Las ostras no acumularon toxinas por encima del nivel permitido. El método LC-MS permitió la detección de pinatoxina-g (primera detección en España) y espirólido-1 (toxinas emergentes), confirmadas inequívocamente mediante MS de alta resolución, en concentraciones bajas en bivalvos y muestreadores pasivos. No se detectaron metabolitos acilados de pinatoxinas, y los falsos positivos se descartaron con información ortogonal. Las toxinas emergentes denominadas palitoxinas también se investigaron, y se descubrieron dos nuevas palitoxinas en cultivos de nuevas cepas de Ostreopsis cf. ovata de Cataluña: ovatoxina-g (46-dehidroxi ovatoxina-a) y un isómero de la paltoxina (anteriormente “palitoxina putativa”), igual que la palytoxina pero hidroxilada en C-42 y entre el extremo A y C-8, y dehidroxilada en C-17 y probablemente en C-64. Los perfiles toxínicos contenían ovatoxinas-a,-b,-c,-d y –e, con concentraciones por célula mayores que las de otras cepas mediterráneas. / This thesis aims to improve the application of liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS) methods for the study of lipophilic and emerging toxins produced by microalgae in a coastal Mediterranean environment (Ebro Delta, Catalonia, Spain, NW Mediterranean Sea). The first contribution was the evaluation of different conditions for the implementation of the official reference control method for lipophilic toxins in shellfish, in order to obtain higher sample throughput and meet legal requirements. This method was applied to study a bloom of Dinophysis sacculus in Alfacs Bay, considering different approaches to characterize risks: analysis of toxins in microalagae, dissolved in water and in shellfish. Toxin profiles of D. sacculus only included okadaic acid and pectenotoxin-2 (the most abundant). Toxin content per cell increased towards the end of the bloom, concomitant with the maximum okadaic acid concentration in mussels (up 3.7 times the maximum permitted level in Europe), pectenotoxins were accumulated at lower concentrations. Oysters did not accumulate toxins over the maximum permitted level. The optimized method allowed the detection of the emerging toxins pinnatoxin-g (first report in Spain) and spirolide-1, which were unequivocally confirmed by High Resolution MS at low concentrations in shellfish and passive samplers. Acyl ester metabolites of pinnatoxins were not detected, and false positives were discarded by orthogonal information. The emerging toxins named palytoxins were also investigated in the study area, and two new palytoxins were discovered in cultures of new strains of Ostreopsis cf. ovata from Catalonia: ovatoxin-g (46-dehydroxy ovatoxin-a) and isomeric palytoxin (formerly “putative palytoxin”), like palytoxin but hydroxylated at C-42 and in the segment from the A-side terminal to C-8, and dehydroxilated at C-17 and most likely at C-64. Toxin profiles also contained ovatoxin-a, -b, -c, -d and –e, at concentrations per cell higher than toxin quotas reported for other Mediterranean strains.

El objetivo del presente estudio fue evaluar la farmacocinética de cefquinoma en ovejas, administrándola por distintas vías y, por otra parte, determinar las concentraciones mínimas inhibitorias de este antimicrobiano frente a Staphylococcus aureus. El estudio se ha realizado en 5 ovejas, todas ellas sanas y adultas, con pesos que oscilaban entre 61 y 93 Kg, una edad entre 2,5 y 3,5 años y de la raza Lacaune. Las vías de administración y dosis han sido la vía intravenosa, intramuscular y subcutánea a la dosis de 2 mg/kg. La determinación de cefquinoma en plasma se realizó por cromatografía líquida de alta resolución con detección por fluorescencia. El ajuste a modelos farmacocinéticos compartimentales y la determinación de los parámetros no compartimentales se realizó mediante el programa farmacocinético WinNonlin Professional® (Versión 5.2.1). El tratamiento estadístico de los datos se ha realizado con el programa SPSS 19.0. Las diferencias consideradas estadísticamente significativas son aquellas cuya P es menor de 0,05. Los resultados obtenidos tras la administración intravenosa muestran que cefquinoma se distribuye según un modelo bicompartimental abierto, a diferencia de lo que ocurre con la administración por vía intramuscular y subcutánea, en las que muestra que se distribuye según un modelo monocompartimental. Cuando se administró el cefquinoma vía intravenosa, intramuscular y subcutánea se registraron los siguientes tiempos de vida media: 1,75±0,42, 1,37±0.16 y 1,84 ± 0,19 h, respectivamente.. Los valores de MRT obtenidos han sido 1,86±0,21, 2,64±0,17 Y 5,20±0,31 h, respectivamente. Se observa cómo la permanencia del fármaco es mayor tras la administración extravascular, especialmente en la vía subcutánea. Sin embargo, los valores de AUC obtenidos han sido 11861±1466, 9247±773 y 6959±967 μg×h/L. La biodisponibilidad de cefquinoma es menor cuando se administra dicho antibiótico por vía subcutánea (60%), respecto a la vía intramuscular (79,5%). Cefquinoma administrado por vía intravenosa, intramuscular y subcutánea no superó una excreción en leche superior al 0,05% en ninguna de las 3 vías. El parámetro farmacocinético-farmacodinámico que se correlaciona con mayor frecuencia con el éxito clínico es el porcentaje de tiempo por encima de la CMI (Toutain y cols, 2002; Mckellar y cols, 2004). Se ha determinado la sensibilidad a cefquinoma frente a doce cepas de Staphylococcus aureus obtenidas de ovejas en granjas comerciales. Como cepas de referencia se utilizaron Staphylococcus aureus ATCC 29213 y Escherichia coli ATCC 25922. De las doce cepas estudiadas frente a cefquinoma, todas presentaron una CMI entre un rango de concentraciones de 0,50 mg/L y 0,125 mg/L. Se establece, por tanto, como CMI90, un valor de 0,5 mg/L para cefquinoma. Las cepas de referencia han presentado un valor de CMI de 0, 25 mg/L para Staphylococcus aureus ATCC 29213 y de 0,25 mg/L para Escherichia coli ATCC 25922. Tras la administración de cefquinoma por vía intravenosa e intramuscular se encuentran concentraciones superiores a 0,5mg/L hasta las 4 horas. Mientras que, tras la administración por vía subcutánea, hasta las 6 horas. Con una administración diaria por vía intravenosa e intramuscular, únicamente habría concentraciones por encima de la CMI en un 17% (IM) y un 25% (SC). Para que este porcentaje se encuentre por encima del 50%, sería necesario administrar el fármaco cada 8 horas para la vía intravenosa e intramuscular (66%) y cada 12 horas (50%) para la vía subcutánea. De dicho estudio se puede concluir que una dosis de 2mg/kg de cefquinoma diaria no permite alcanzar valores de tiempo por encima de la CMI en ninguna de las tres vías. Además, la única vía que permite administraciones con porcentajes de tiempo por encima del 50% administrándose cada 12 h es la vía subcutánea. / Our objective was to evaluate the pharmacokinetics of cefquinome in sheep, by its administration on different routes and, on the other hand, to determine the minimum inhibitory concentrations of this antibiotic against Staphylococcus aureus, as it is responsible for several infections. Research has been conducted on five sheep –Lacaune breed–, all of them healthy and adult, with weights ranging between 61 and 93 Kg, and with an age between 2,5 and 3,5 years. Administration routes are intravenous (IV), intramuscular (IM) and subcutaneous (SC), with a dose of 2 mg / kg. Determination of cefquinome in plasma was performed by high performance liquid chromatography (HPLC) with fluorescence detection. The adjustment to compartmental pharmacokinetic models and the determination of non-compartmental parameters was realized using the pharmacokinetic program WinNonlin Professional® (Version 5.2.1). The statistical treatment of the data was performed with the SPSS 19.0 program. Differences considered statistically significant are those in which p is less than 0.05. The results obtained after intravenous administration show that cefquinome is distributed according to a two-compartment open model, as opposed to what happens with intramuscular and subcutaneous administration, in which cefquinome is distributed according to a one-compartment model. When the Cefquinome was administered by intravenous, intramuscular and subcutaneous injection the following half-lives were recorded: 1.75±0.42, 1.37±0.16 and 1.84 ± 0.19 h, respectively. MRT values obtained were 1.86±0.21, 2.64±0.17 and 5.20±0.31 h, respectively. It is observed that the permanence of the drug is greater after the extravascular administration, especially subcutaneous. Nevertheless, AUC levels obtained were 11861±1466, 9247±773 and 6959±967 g×h/L. The bioavailability of cefquinome is lower when the antibiotic is administered subcutaneously (60%) compared to the intramuscular route (79.5%). Cefquinome administered by intravenous, intramuscular and subcutaneous routes did not exceed in any case a milk excretion higher than 0.05%. The pharmacokinetic-pharmacodynamic parameter that most frequently correlates with clinical success is the percentage of time above MIC (Toutain et al, 2002, Mckellar et al, 2004). Cefquinome sensitivity has been investigated in twelve Staphylococcus aureus strains obtained from commercial sheep farms. As reference strains, Staphylococcus aureus ATCC 29213 and Escherichia coli ATCC 25922 were used. Of the twelve strains tested against cefquinome, all had an MIC range of concentrations between 0.50 mg/L and 0.125 mg/L. Therefore, it is established for MIC90 a value of 0.5 mg / L for Cefquinome. Reference strains show a MIC level of 0, 25 mg / L for Staphylococcus aureus ATCC 29213 and 0.25 mg / L for Escherichia coli ATCC 25922. After the cefquinome administration by intravenous and intramuscular routes, concentrations above 0.5 mg/L are obtained until 4 hours, whereas, after subcutaneous administration, this concentration remained until 6 hours. This, expressed as a percentage, means that with a daily intravenous and intramuscular administration, there would be only concentrations above the MIC for 17% (IM) and 25% (SC). With the aim of this percentage to be above 50%, the minimum percentage considered optimal, it is necessary to administer the drug every 8 hours, for intravenous and intramuscular routes (66%), and every 12 hours (50%) for the subcutaneous route. From this study it can be concluded that a dose of 2mg / kg daily Cefquinome does not achieve values of time above the MIC in any of the three routes. Furthermore, the only route that allows administrations with time percentages above 50%, and being administered every 12 hours, is the subcutaneous route.

La present tesi doctoral forma part del projecte d'Estudi de Dieta total (TDS) de contaminants químics a Catalunya. L'EFSA estableix que els TDS proporcionen estimacions precises d'exposició sobre una població representativa. Un TDS consta: Selecció de mostres, recollida, homogeneïtzació, anàlisi i tractament de dades. Altrament, l'OMS inclou la metodologia de Dieta Duplicada (DD), aquesta presenta les mateixes característiques que el TDS, a excepció que els homogeneïtzats són porcions duplicades d'una dieta tipus. Els contaminats seleccionats van ser: Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (HAPs), Arsènic, Cadmi, Mercuri, Plom i Substàncies Perfluoralquilades. L'estudi d'HAPs es va realitzar per TDS i DD. La selecció d'aliments va ser condicionada per l'última enquesta alimentaria realitzada a Catalunya. RESULTATS: Les ingestes dels contaminats es troben en tots els casos per sota de les recomanacions establertes per organismes oficials. Valorant els resultats obtinguts d'HAPs: La DD pot ser una bona alternativa al TDS, especialment quan existeixen limitacions econòmiques. / This thesis is part of the Total Diet Study project (TDS) of pollutants in Catalonia. The EFSA established that TDS provides the results or value of exposure on a representative population. A TDS consist of: Sampling selection, collection, homogenization and data analysis. Otherwise, the WHO includes the Duplicate Diet's methodology (DD). The DD has the same characteristics of the TDS, with the particularity that homogenized are menus based on normal mixes diets. The pollutants selected were: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Arsenic, Cadmium, Mercury, Lead, and Perfluoroalkyl Substances. The study of PAHs was done for TDS and DD. The food selection was conditioned by the most consumed raw products of Catalonia (Spain). Results: The dietary intake of all pollutants is situated below the recommendation established by government agencies. According to the results of PAHs for both methodologies DD studies might be a good alternative, especially when economic limitation are present.

A través de un trabajo de campo realizado básicamente en la ciudad de Barcelona (2009-2011), mediante observación participante en tres Grupos de Alcohólicos Anónimos y en dos Centros biomédicos de recuperación de la dependencia del alcohol, se refieren de forma autoetnográfica los procesos terapéuticos y las narrativas de los participantes en ambas instituciones, analizando las semejanzas y las singularidades observadas. La estratificación social de dichos centros permite plantear una valoración socio-cultural de las dinámicas grupales observadas, la etiología de determinados casos de adicción y los resultados terapéuticos. Se confirma la hipótesis principal consistente en la validación de los grupos terapéuticos como el método más efectivo del tratamiento de deshabituación alcohólica, aún cuando se matizan los diferentes enfoques de dicha terapia así como el back-ground ideológico que se observa en ciertas orientaciones institucionales. Las dos hipótesis secundarias se ven reforzadas de forma diversa: se confirman las estrategias de autodisculpa, que suelen formar parte de las narrativas y actitudes de la mayor parte de usuarios estudiados, en especial al comienzo del tratamiento, si bien no se puede validar la memoria adictiva, con anclaje en los inicios del consumo, como un elemento de importancia durante la terapia. / A fieldwork project has been conducted, by and large in Barcelona city (between 2009 and 2011), involving participatory observation of three Alcoholics Anonymous groups and two biomedical alcohol abuse rehab centres. The aim is to provide a self-ethnographic overview of the therapy processes and the accounts of the participants in both types of settings, analysing the similarities and unique aspects observed. Social stratification of those centres makes it possible to undertake a sociocultural assessment of the group dynamics observed, the aetiology of certain addiction cases and the outcomes of the therapy administered. The main hypothesis, entailing the corroboration of therapy groups as the most efficient means of treating alcohol abuse, is supported. This is the case even when the various approaches to said therapy and the ideological background observed in certain institutional orientations are examined in greater depth. The two secondary hypotheses are strengthened in varying manners: self-forgiveness strategies, which are often part of accounts and attitudes among most users studied, are confirmed, especially at the start of treatment; however, addictive memory, embedded in the outset of consumption, cannot be validated as an element of significance during therapy.

Human and veterinary pharmaceuticals have been recognized as ubiquitous water microcontaminants with potential subtle detrimental effects on aquatic organisms. The majority of pharmaceutical compounds, after being consumed and excreted, end up in municipal WWTPs, which are not typically designed for complete pharmaceutical removal. Therefore, effluents from WWTPs constitute a low concentration, but continuous source of pharmaceutically active compounds to the aquatic environment. The main objective of the thesis is to acquire and provide with knowledge not only on the occurrence of pharmaceutical compounds in wastewater, but on their biodegradation within WWTPs and their discharge into the receiving media. The obtained results demonstrate conventional wastewater treatment’s variable efficiency when removing the pharmaceutical compounds load and the advance treatment’s contribution to their overall removal. It has also been possible to model the behaviour of a selected pharmaceutical and its transformation products. And it also includes investigation of an antibiotic’s impact on the bacterial community performance, and the antibiotic resistance genes phenomenon. Finally, the role and usefulness of proteomics when investigating the possible proteins involved on the biodegradation pathways of certain pharmaceutical compounds / Els compostos farmacèutics d’ús humà i animal s’han identificat com a microcontaminants aquàtics omnipresents amb possibles efectes nocius sobre el medi ambient. La major part d’aquests compostos, un cop consumits i excretats, van a parar a les EDARs, que no estan dissenyades per eliminar-los completament. En conseqüència, els efluents d’aquestes esdevenen un flux, poc concentrat però constant, de fàrmacs cap al medi aquàtic. L’objectiu principal d’aquest treball és el d’adquirir i proporcionar coneixement pel que fa tant a la presència d’aquests compostos farmacèutics a les aigües residuals, com a la seva degradació en EDARs i la seva descàrrega al medi receptor. Els resultats obtinguts demostren la variabilitat en l’eficàcia dels tractaments convencionals d’aigües residuals i la contribució dels processos avançats a l’hora d’eliminar els fàrmacs. També s’ha aconseguit modelar el comportament d’un fàrmac i dels seus productes de transformació. S'ha abordat també, l’impacte d’un antibiòtic sobre la comunitat bacteriana a nivell microbiològic i el fenomen dels gens de resistència antibiòtica. I, finalment, el paper de tècniques proteòmiques a l’hora de buscar possibles proteïnes involucrades en el procés de biodegradació de certs compostos farmacèutics

Estudi de l'avaluació de la possible contaminació de tipus genotòxic en l'abocador de Garraf (Barcelona), el qual recull els residus urbans de Barcelona i de les seves rodalies. Es va dur a terme el "Comet Test" (o SCGE: "Single Cell Gel Electrophoresis Assay") i el Test dels Micronuclis (MNT) en mostres de sang d'Apodemus sylvaticus (capturats a diferents àrees de l'abocador, i en una zona control lluny de la influència d'aquest i que pertany al Parc Natural del Garraf). Al mateix temps, es va aplicar la tècnica del Comet test en mostres de celomòcits d'exemplars d'Allolobophora caliginosa exposats a mostres de sòls procedents de l'abocador (5 zones situades a diferents distàncies d'aquest), i a mostres control. Per a les dues espècies utilitzades i els dos assaigs realitzats (SCGE i MNT en Apodemus, i SCGE en Allolobophora) es van obtenir valors majors de dany al DNA en les mostres de les zones d'influència de l'abocador respecte a les mostres control. No es va poder establir, pel cas dels lumbrícids, una relació del nivell de dany en relació a la distància a l'abocador (s'esperava una disminució dels valors, un apropament als valors control, quan les mostres fossin recollides més lluny de l'abocador). Mentre que en el cas dels ratolins, els valors corresponents a la zona més allunyada eren significativament menors que els obtinguts al voltant de la bassa de lixiviats. Les dues espècies, autòctones i abundants, poden servir com a bons sentinelles per a l'avaluació de la contaminació en l'abocador (tot i que en el cas dels lumbrícids utilitzats la interpretació pot ser més complicada).Un altre estudi es va centrar en l'avaluació de la contaminació de tipus genotòxic en mostres de sòl de Doñana, recollides l'any 2000 en diferents zones afectades pel vessament tòxic de l'accident de les mines d'Aznalcóllar de l'abril del 1998. Es van exposar varis exemplars d'Allolobophora caliginosa a les diverses mostres de sòl, i es va dur a terme el SCGE en celomòcits. Al mateix temps es van comparar els resultats obtinguts pel SCGE amb la concentració de metalls pesants mesurada en les mostres de sòl. Les mostres contaminades pel vessament tòxic i les mostres de referència de la mateixa zona (suposadament no afectades pel vessament) indiquen valors superiors amb el "Comet test" als de les mostres control. Una part molt important del treball realitzat es va basar en aspectes tècnics de l'assaig del cometa ("Comet test"), per poder conèixer una mica més el seu funcionament a nivell fisiològic i molecular. Així es van realitzar diversos estudis "in vitro" i "in vivo" per veure la possible interferència de la divisió cel·lular en els resultats del SCGE. Altres proves han estat dirigides a veure la relació que pot existir entre els resultats del SCGE i els estats d'apoptosi i necrosi de les cèl·lules, els quals podrien causar una interferència (de tipus citotòxic) en els resultats de l'assaig. Un altre estudi està centrat en el seguiment de la cinètica de reparació. A determinades dosis d'una substància genotòxica (òxid d'estirè) a les que es podia observar un nivell de dany al DNA (mesurat amb el "Comet test"), al cap d'un determinat temps es podia veure una disminució d'aquest dany, atribuïble a la reparació, tant en experiments "in vivo" com "in vitro". La incubació de les mostres amb l'enzim de reparació Endonucleasa III permetia augmentar la sensibilitat del test, detectant lesions de tipus oxidatiu, i d'altres, a més de les normalment detectades amb el "Comet test" sense l'ús d'aquests enzims. En aquests experiments es va poder detectar la dosi/dependència de l'efecte genotòxic de l'òxid d'estirè.