[ES] La lesión por isquemia-reperfusión (I/R) hepática (IRI) es una causa importante de mortalidad y morbilidad en la resección hepática y el trasplante de hígado. Durante la hipoxia, el hígado permanece sin oxígeno, cambiando su metabolismo y parando la síntesis de ATP. Paradójicamente, el restablecimiento del flujo de oxígeno causa más daño, activando el sistema inmunitario que generará una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) causando daño celular y tisular. La ciclooxigenasa-2 (COX-2) es una enzima clave en la biosíntesis de prostaglandinas y su importancia en la IRI es controvertida. La PGE2, prostaglandina E2, es el principal producto de la COX-2, y participa en la mediación de procesos patológicos como la inflamación, la fiebre y el dolor. El uso de AINEs, inhibidores específicos de la COX, apunta a un efecto beneficioso en la resolución del proceso inflamatorio, pero cada vez más estudios apoyan el papel antiinflamatorio de la COX-2. De hecho, estudios previos han demostrado que la sobreexpresión de COX-2 en hepatocitos protege a los ratones de la apoptosis y el estrés celular, además de reducir la respuesta inflamatoria en diferentes modelos de enfermedad hepática. En esta tesis doctoral, se utilizó un ratón transgénico que sobreexpresa COX-2 en los hepatocitos (h-COX-2 Tg) para dilucidar el papel y la implicación de la COX-2 en la IRI. Los animales de tipo silvestre (Wt) y h-COX-2 Tg fueron sometidos a 90 min de isquemia, seguidos de 4 o 24 h de reperfusión. Comparando los animales h-COX-2 Tg con sus hermanos Wt, el daño celular y tisular se atenúa tras la IRI. Entre las distintas vías modificadas, la cascada inflamatoria está menos activada, con menor liberación de citoquinas pro-inflamatorias, menor reclutamiento hepático, e infiltración de neutrófilos. Las vías de necrosis y apoptosis también se atenúan así como se reduce del estrés del retículo endoplásmico, y aumenta la autofagia. La respuesta antioxidante se potencia en el contexto de la sobreexpresión de COX-2 y la producción total de ROS es menor, lo que contribuye a un menor daño tisular. Cuando los animales Wt se someten un pre-condicionamiento (PC), la COX-2 endógena se induce a niveles más altos que sin PC, mostrando menos daño, una inflamación atenuada, y una respuesta antioxidante mejorada. Además, se muestra que el papel de la COX-2 en esta protección es específico, ya que su inhibición con DFU revierte los efectos observados e iguala el daño causado a los animales Wt. Las mitocondrias son actores centrales en la fisiopatología de la IRI. En este sentido, la función mitocondrial está preservada en los hígados que sobreexpresan COX-2, con un potencial de membrana mitocondrial conservado y una tasa respiratoria preservada. Estos efectos pueden explicarse por una estabilización de las crestas mitocondriales, invaginaciones de la membrana mitocondrial interna (IMM) que se mantienen mediante interacciones de varias isoformas de la proteína OPA1. Su procesamiento está mediado por proteasas, como OMA1. En ratones h-COX-2 Tg hay un menor procesamiento de OPA1, que se correlaciona con una actividad atenuada de OMA1. Por otro lado, se realizó un estudio retrospectivo en pacientes que habían sido sometidos a un trasplante hepático. Se analizaron los niveles de PGE2 y se correlacionaron con las funciones hepáticas tras el trasplante. Este análisis muestra que la presencia de PGE2 en el plasma de los pacientes receptores se correlaciona con un mejor pronóstico, mientras que unos niveles más bajos de PGE2 se asocian con una disfunción precoz del injerto. Todos estos resultados presentan a la COX-2 como un nuevo actor en la protección del hígado tras I/R, mostrando un papel antiinflamatorio y antioxidante, así como reduciendo el daño mitocondrial, el estrés celular y la muerte celular. Además, se demuestra cómo las prostaglandinas derivadas de la COX-2 en condiciones fisiológicas pueden desempeñar un papel protector en casos de trasplante hepático. / [CA] La lesió per isquèmia-reperfusió (I/R) hepàtica (IRI) és una causa important de mortalitat i morbiditat en la resecció hepàtica i el trasplantament de fetge. Durant la hipòxia, el fetge roman sense oxigen, canviant el seu metabolisme i aturant la síntesi d'ATP. Paradoxalment, el restabliment del flux d'oxigen causa més danys, activant el sistema immunitari que genera una gran quantitat d'espècies reactives d'oxigen (ROS) causant dany cel·lular i tissular. La ciclooxigenasa-2 (COX-2) és un enzim clau en la biosíntesi de prostaglandines i la seva importància a l'IRI és controvertida. La PGE2, prostaglandina E2, és el principal producte de la COX-2, i participa en la mediació de processos patològics com la inflamació i la febre. Mentre que l'ús d'AINEs, inhibidors específics de la COX-2, apunta a un efecte beneficiós en la resolució del procés inflamatori, cada cop més estudis donen suport a un paper antiinflamatori de la COX-2. De fet, estudis previs han demostrat que la sobreexpressió de COX-2 en hepatòcits protegeix els ratolins de l'apoptosi i l'estrès cel·lular, a més de reduir la resposta inflamatòria, en diferents models de malaltia hepàtica. En aquesta tesi, s'ha utilitzat un ratolí transgènic que sobreexpressa la COX-2 en els hepatòcits (h-COX-2 Tg) per dilucidar el paper i la implicació de la COX-2 a l'IRI. Els animals de tipus silvestre (Wt) i h-COX-2 Tg van ser sotmesos a 90 min d'isquèmia, seguits de 4 o 24 h de reperfusió. Comparant els animals h-COX-2 Tg amb els seus germans Wt, el dany cel·lular i tissular s'atenua després de l'IRI. Entre les diferents vies modificades, la cascada inflamatòria està menys activada, s'alliberen menys citocines proinflamatòries , hi ha un menor reclutament hepàtic i menor infiltració de neutròfils. Les vies de necrosi i apoptosi també s'atenuen, així com es redueix l'estrès del reticle endoplasmàtic, i l'autofàgia augmenta. La resposta antioxidant es potencia i la producció total de ROS també és menor, fet que contribueix a un menor dany tissular. Quan els animals Wt se sotmeten a un precondicionament (PC), la COX-2 endògena s'indueix a nivells més alts que sense PC, i aquests fetges mostren menys dany, una inflamació atenuada i una resposta antioxidant millorada. A més, es mostra que el paper de la COX-2 en aquesta protecció és específic, ja que la seva inhibició amb DFU, reverteix els efectes observats i iguala el dany causat als animals Wt. Els mitocondris són actors centrals en la fisiopatologia de l'IRI. En aquest sentit, la funció mitocondrial és preservada als fetges que sobreexpressen COX-2, com es pot demostrar per un potencial de membrana mitocondrial conservat i una taxa respiratòria preservada. Aquests efectes es poden explicar per una estabilització de les crestes mitocondrials, invaginacions de la membrana mitocondrial interna (IMM) que es mantenen mitjançant interaccions de diverses isoformes d'OPA1, una proteïna de la IMM. El seu processament està mediat per proteasas, com OMA1. En ratolins h-COX-2 Tg hi ha un menor processament d'OPA1, que es correlaciona amb una activitat atenuada d'OMA1, mostrant una estabilització de les crestes. D'altra banda, es va fer un estudi retrospectiu amb pacients que havien estat sotmesos a un trasplantament hepàtic. Es van analitzar els nivells de PGE2 i es van correlacionar amb les funcions hepàtiques després del trasplantament. Aquesta anàlisi mostra que la presència de PGE2 en el plasma dels pacients receptors es correlaciona amb un millor pronòstic, mentre que uns nivells més baixos de PGE2 s'associen amb una disfunció precoç de l'empelt. Tots aquests resultats presenten a la COX-2 com un nou actor en la protecció del fetge després d'I/R, mostrant un paper antiinflamatori i antioxidant, així com reduint la lesió mitocondrial, l'estrès cel·lular i la mort cel·lular. A més, es demostra com les prostaglandines derivades de la COX-2 en condicions fisiològiques poden exercir un paper protector en casos de trasplantament hepàtic. / [EN] Hepatic ischemia-reperfusion (I/R) injury (IRI) is a major cause of mortality and morbidity in liver resection and liver transplantation. During the hypoxia, the liver remains without oxygen supply, shifting its metabolism and stopping the ATP synthesis. Paradoxically, the restoration of oxygen flow causes the most damage with an activation of the immune system that will generate a burst of reactive species of oxygen (ROS) that will cause cell and tissue damage. Cyclooxygenase-2 (COX-2) is a key enzyme in prostaglandin biosynthesis and its importance in IRI is controversial. PGE2, prostaglandin E2, is the main product of COX-2, and is mainly involved in mediating pathological processes such as inflammation, fever and pain. While the use of NSAIDs, specific COX inhibitors, points to a beneficial effect in the resolution of the inflammatory process, several studies support the idea of an anti-inflammatory role of COX-2. In fact, previous studies have shown that COX-2 overexpression in hepatocytes protects mice from apoptosis and cellular stress, as well as reducing the inflammatory response, in different liver disease models. In this PhD thesis, a hepatocyte-specific COX-2 transgenic mouse (h-COX-2 Tg) was used to elucidate the role and involvement of COX-2 in IRI. Wild type (Wt) and h-COX-2 Tg animals were subjected to 90 min of ischemia, followed by 4 or 24 h of reperfusion. Comparing h-COX-2 Tg animals with their Wt littermates, cellular and tissue damage resulting from IRI is attenuated. Among these pathways, the inflammatory cascade is less activated, with less pro-inflammatory cytokine release, less hepatic recruitment and neutrophil infiltration. Necrosis and apoptosis pathways are also attenuated such as reduced endoplasmic reticulum stress, and increased autophagy. The antioxidant response appears to be enhanced in the context of COX-2 overexpression and total ROS production is also lower, contributing to less tissue damage. When Wt animals are subjected to preconditioning (PC), endogenous COX-2 is induced at higher levels than without PC, and these livers show less damage, attenuated inflammation, and an enhanced antioxidant response. Furthermore, the role of COX-2 in this observed protection has been shown to be specific, as its inhibition with DFU, reverses the observed effects, and matched the damage caused to Wt animals. Mitochondria are central players in the pathophysiology of IRI. In this regard, mitochondrial function is preserved in COX-2-overexpressing livers, as can be demonstrated by a conserved mitochondrial membrane potential and a preserved respiratory rate. These results can be explained by a stabilisation of mitochondrial cristae, invaginations of the inner mitochondrial membrane (IMM) that maintained through interactions of various isoforms of OPA1. Its processing is mediated by proteases, such as OMA1, which acts under certain stimuli. In h-COX-2 Tg mice, there is a reduced OPA1 processing that correlates with attenuated OMA1 activity, showing a stabilisation of cristae in the context of COX-2 overexpression after I/R. On the other hand, a retrospective study was conducted in patients who had undergone liver transplantation. In this part of the study, PGE2 levels were analysed and correlated with liver functions after transplantation. This analysis shows that the presence of PGE2 in the plasma of recipients correlates with a better prognosis, while lower PGE2 levels are associated with early graft dysfunction. All these results present COX-2 as a new player in liver protection after I/R, showing an anti-inflammatory and antioxidant role, as well as reducing mitochondrial damage, cell stress and cell death. Furthermore, it is shown how COX-2-derived prostaglandins under physiological conditions can play a protective role in cases of liver transplant. / This work has been carried out with the financial support of the Spanish Ministry of Science and Innovation (SAF2016-75004R and PID2019-108977RB-100), the CIBERehd (Centro de Investigaciones Biomédicas En Red de Enfermedades Hepáticas y Digestivas) and the COST Action (CA15203 - Mitochondrial mapping: Evolution - Age - Gender - Lifestyle - Environment (MITOEAGLE)). Marina Fuertes Agudo benefited from a pre-doctoral FPI contract (BES-2017- 081928) associated with the SAF2016-75004R project. She spent 3 months in the laboratory of Dr. Pau Sancho Bru at the Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi I Sunyer (IDIBAPS, Barcelona, Spain) funded by a short stay grant awarded by the CIBERehd and 3 months in the laboratory of Dr. Anne Dubart Kupperschmitt and Dr. Jean Charles Duclos Vallée at the Institut Nationale de la Santé et la Recherche Médicale (INSERM, Villejuif, France) funded by a short stay grant awarded by the European Molecular Biology Organisation (EMBO, SEG_9771). / Fuertes Agudo, M. (2023). Role of cyclooxygenase-2 in ischemia-reperfusion injury in the liver [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196602

El sistema de monitoreo implementado para un resucitador infantil es parte del proyecto Resucitador de Fácil Uso, denominado ETUR (Easy To Use Resucitator), que se encuentra en desarrollo en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) por el Grupo de Investigación y Desarrollo de Equipos Médicos y Sistemas (GIDEMS). Mediante el desarrollo de este sistema se busca reducir el índice de lesiones pulmonares asociados a la aplicación de la ventilación mecánica usando el resucitador infantil, ya que este dispositivo inyecta una cantidad descontrolada de flujo de aire debido a que no posee la capacidad de dosificar el volumen y la presión del trabajo respiratorio aplicado al paciente. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo principal el diseño e implementación del sistema de monitoreo de parámetros ventilatorios, los cuales podrán ser visualizados en una interfaz de usuario en tiempo real. Para desarrollar el sistema mencionado, primero se estudió el proceso de respiración natural y se analizó los conceptos básicos referentes a la ventilación mecánica y los equipos comerciales usados en este tratamiento. Luego se planteó una propuesta de diseño a través del diagrama de bloques y se seleccionó los componentes adecuados según los requerimientos de diseño planteados. Por último se comprobó mediante ensayos que el sistema alcanzó una desviación máxima de 2.0% con respecto a los parámetros sensados. Este sistema realiza las mediciones de la presión y el volumen del flujo gaseoso generado por la práctica ventilatoria aplicada con el resucitador manual infantil, en el rango de 0 – 40 cmH2O para presión y 0 – 300 ml para volumen. Finalmente, el equipo desarrollado fue probado en un entorno de tratamiento ventilatorio real mediante un ensayo preclínico realizado con un cerdo sedado en el Instituto Nacional del Niño - Sede San Borja.

El siguiente trabajo de investigación presenta una metodología para la validación del modo presión soporte del ventilador mecánico MASI, ventilador de emergencia elaborado por la PUCP durante la pandemia de COVID-19, con el fin cubrir la escasez de ventiladores pulmonares. El trabajo soluciona la necesidad de una validación repetible y reproducible para los modos ventilatorios asistidos necesarios para la ventilación no invasiva (VNI), la cual es importante como primera línea de atención a los pacientes o para la recuperación post UCI en el momento del destete. Para ello se desarrolló un procedimiento de pruebas con el objetivo de validar el funcionamiento de MASI en nueve configuraciones ventilatorias donde se varían el trigger y la presión soporte, validando el volumen tidal mediante una tabla patrón del modo presión control del mismo ventilador. Para ello se elaboró un circuito que contiene una jeringa y un simulador pulmonar pasivo entre otros componentes, los cuales permitieron generar el impulso inspiratorio necesario para simular una respiración espontánea de un paciente. Luego de ello se realizó un análisis para determinar la validez tanto de la metodología utilizada como del ventilador MASI, mediante un estudio de repetibilidad y reproducibilidad. Finalmente, en base a todo lo desarrollado se realizaron propuestas de mejora a la metodología utilizada, así como recomendaciones de uso del ventilador en el modo presión soporte en su estado actual de acuerdo a los resultados obtenidos.

Actualmente, no existe un equipo biomédico fabricado en el Perú que haya obtenido registro sanitario (RS). Durante la pandemia de la COVID-19 se viabilizó el permiso excepcional para uso clínico de innovaciones peruanas en pro de cubrir el déficit de equipamiento durante la emergencia sanitaria. Una de estas innovaciones, fue el ventilador Masi, un producto fabricado en la PUCP con apoyo de empresas privadas y que llegó a ser usado clínicamente, demostrando un gran nivel de la capacidad de producción del Perú en esta industria y acortando la brecha existente entre la tecnología de equipos biomédicos importados. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo principal describir el nivel de desarrollo del ventilador peruano Masi mediante el estudio comparativo de sus características técnicas y de desempeño con las del ventilador estadounidense Spiro Wave, el cual también fue desarrollado en base a una innovación académica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). La metodología del trabajo se divide en tres etapas: diseño de protocolo de calibración, análisis estadístico y evaluación. El protocolo de calibración diseñado es basado en estándares de calibración mecánicos e indica todas las consideraciones tomadas en cuenta para la ejecución de las pruebas y reporte de resultados. Luego de implementado el protocolo de calibración, se analiza estadísticamente los resultados obtenidos utilizando el análisis de varianza y cálculo de incertidumbres para validar las pruebas realizadas. La evaluación de los resultados del estudio se basa en utilizar las calibraciones para comparar el desempeño de ambos ventiladores bajo el estándar de validación más alto de este tipo de equipos, la ISO 80601:2-2020 “Equipo médico eléctrico. Parte 2-12: Requisitos particulares para la seguridad básica y funcionamiento esencial de los respiradores para cuidados intensivos” y la norma peruana EDP:103-2020 “EQUIPO MÉDICO ELÉCTRICO. Ventiladores. Especificaciones de diseño y fabricación para su uso en cuidados críticos pediátrico-adultos durante la emergencia sanitaria. 1a Edición” como referencia para los límites de exactitud permitidos. Además, se realiza una descripción de resultados para los parámetros de interés: Volumen Tidal, Relación entre el Tiempo Inspiratorio y Espiratorio, Frecuencia Respiratoria, Presión Positiva al Final de la Espiración y Presión Inspiratoria Pico. Los resultados permiten concluir que el ventilador peruano Masi se desempeñó mejor que el ventilador estadounidense Spiro Wave en las pruebas de calibración realizadas considerando los rangos establecidos estadísticamente para el análisis realizado de los parámetros ventilatorios de interés. Esto permite afianzar el nivel de la tecnología peruana en equipos médicos y sentar precedentes científicos para la obtención del registro sanitario del ventilador Masi.

La presente investigación se centró en el desarrollo de un ventilador mecánico de presión negativa no invasivo tipo coraza, para el tratamiento de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) en adultos. Este dispositivo se diseñó mediante simulaciones basadas en modelos matemáticos y la selección de componentes electrónicos y mecánicos. Su funcionamiento se basa en suministrar una fuerza de succión al tórax a través de una coraza conectada a este. El actuador, como un motor o compresor, proporciona esta fuerza para expandir y contraer el tórax y el diafragma durante el ciclo respiratorio. La necesidad de diseñar este tipo de ventilador mecánico surge debido a las carencias en el equipamiento de las instalaciones de atención médica y los altos costos de los tratamientos para enfermedades respiratorias, que se hicieron evidentes durante la pandemia de COVID-19. Este modelo es capaz de generar una presión entre los 20 y – 20 cmH2O, con una frecuencia respiratoria entre los 25 y 35 rpm para su uso en pacientes con EPOC que requieran de una terapia no invasiva con una coraza. Se empleo la metodología VDI 2206, la cual indica las pautas para el desarrollo de proyectos mecatrónicos. Se hizo un análisis de las problemáticas para requerir un ventilador a presión negativa y las tecnologías existentes actualmente. Además, se explica los fundamentos de la mecánica respiratoria y la tecnología de los ventiladores mecánicos. En base a lo anterior, y junto a la lista de requerimientos se determinó que la alternativa más viable era usar un motor junto a un impeller, controlado por un microcontrolador y que se pueda interactuar con una pantalla táctil. Posteriormente, se realiza el diseño electrónico con la selección de componentes; el diseño mecánico con la elaboración del impeller y de control para obtener un modelo matemático de todo el sistema. Finalmente, se procede realizar la simulación mediante software del modelamiento matemático, el diseño en 3D del sistema mecatrónico y el control PID de la presión generada, para luego evaluar la viabilidad económica de la fabricación y el costo de los componentes seleccionados.

En la incubadora, ocurre el proceso de creación de un microclima para tratar al recién nacido, donde el flujo de oxígeno es una de las variables que conforma este proceso y debe ser controlada debido a que en exceso puede causar secuelas irreversibles en los neonatos. Una manera de controlar el flujo dentro de la incubadora neonatal es mediante el uso de la válvula de control, sin embargo, es necesario obtener la función de transferencia en el plano “s” que describa la dinámica del comportamiento de este tipo de actuador y así poder diseñar aplicaciones de control sobre la válvula. El objetivo de este trabajo es obtener el modelo matemático no paramétrico de la válvula de control Teknocraft 202316 para la incubadora neonatal. Este modelo matemático representa el comportamiento de la válvula de control dentro de un rango de flujo determinado. Para obtener la función de transferencia que describa el comportamiento de la válvula, se usaron los métodos de Ziegler y Nichols, Smith, 123c de Alfaro y Strecj. La captura de los datos de los ensayos se realizó mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ) instalado en una computadora. Mediante un análisis de comparación gráfica y cualitativa, se seleccionó la función de transferencia que representa mejor la respuesta de la válvula. Los parámetros obtenidos son las constantes de tiempo: t1 y t2, el tiempo muerto tm y la ganancia estática Kp , variando según método. Finalmente, el modelo matemático no paramétrico obtenido mediante el método Smith, función de primer orden, representa mejor el comportamiento de la válvula teknocraft en comparación con los otros métodos propuestos.

Magíster en ciencias médicas y biológicas, mención fisiopatología / Introducción: varios estudios experimentales han mostrado que la ventilación mecánica puede inducir lesión pulmonar aún en pulmones previamente sanos, pero cuando estos presentan un síndrome de distrés respiratorio agudo de cualquier origen, parecen particularmente sensibles a los efectos nocivos de la ventilación mecánica. Por otra parte, factores de crecimiento angiogénicos como el factor de crecimiento endotelio vascular (VEGF) pueden modular la permeabilidad endotelial. Los procesos biológicos que median el aumento de la permeabilidad vascular posterior a un daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica, y por ende el desarrollo de edema pulmonar, no son completamente conocidos. No existen estudios que hayan evaluado el impacto de la estrategia ventilatoria sobre los niveles de VEGF, ni su posible rol en el aumento de permeabilidad y el desarrollo de edema pulmonar. Objetivo: Determinar en un modelo de lesión pulmonar aguda, si comparado con animales sanos, existe alteración en los niveles de VEGF en plasma, tejido pulmonar y lavado broncoalveolar; si estos cambios se asocian a alteraciones de permeabilidad vascular, lesión y edema pulmonar; y si estas alteraciones pueden ser revertidas al emplear una estrategia ventilatoria ultraprotectora (volumen corriente 2 ml/kg de peso corporal) asociada a soporte vital extracorpóreo, comparado con una ventilación no protectora (volumen corriente 10 ml/kg de peso corporal). Resultados: no se observó diferencias en los niveles relativos de VEGF en el grupo de animales con lesión pulmonar aguda ventilados con una estrategia convencional y ultraprotectora más soporte vital extracorpóreo, en plasma al tiempo 0, 3 y 24 horas, y en el homogeneizado de tejido pulmonar, en comparación al grupo control (p<0.05). No se observó una asociación entre los niveles relativos de VEGF en el grupo de animales con lesión pulmonar aguda ventilados con una estrategia convencional y ultraprotectora más soporte vital extracorpóreo, en plasma (tiempo 0, 3 y 24 horas) y homogeneizado de tejido pulmonar, y los cambios en la concentración de proteínas en el lavado broncoalveolar, tasa peso húmedo/seco y daño pulmonar histológico (p<0.05). No se observó niveles relativos de VEGF, evaluados con la técnica de Western blot, en las muestras de lavado broncoalveolar. Conclusiones: la estrategia ventilatoria empleada no altera los niveles relativos del factor de crecimiento endotelio vascular en plasma y tejido pulmonar, en un modelo de cerdos con lesión pulmonar aguda inducida por lavados con solución salina repetidos y ventilación mecánica con alto volumen corriente. Además, los cambios observados en la permeabilidad vascular, daño y edema pulmonar no tienen una asociación con los niveles relativos del factor de crecimiento endotelio vascular en el plasma y tejido pulmonar. Sin embargo, existe un número importante de limitaciones técnicas que deben ser consideradas al momento de interpretar estos resultados, y que hacen necesario continuar investigando y desarrollando la metodología de trabajo para documentar resultados confiables, y que permitan un constructo teórico en relación a VEGF en este modelo de lesión pulmonar aguda.

La estimación del esfuerzo respiratorio durante el sueño es de una importancia crítica para la identificación correcta de eventos respiratorios en los trastornos respiratorios del sueño (TRS), el diagnóstico correcto de las patologías relacionadas con los TRS y las decisiones sobre la terapia correspondiente. Hoy en día el esfuerzo respiratorio suele ser estimado mediante la polisomnografía (PSG) nocturna con técnicas imprecisas y mediante la evaluación manual por expertos humanos, lo cual es un proceso laborioso que conlleva limitaciones significativas y errores en la clasificación. El objetivo principal de esta tesis es la presentación de nuevos métodos para la estimación automático, invasiva y no-invasiva del esfuerzo respiratorio y cambios en la obstrucción de las vías aéreas superiores (VAS). En especial, la aplicación de estos métodos debería permitir, entre otras cosas, la diferenciación automática invasiva y no-invasiva de eventos centrales y obstructivos durante el sueño. Con este propósito se diseñó y se obtuvo una base de datos de PSG nocturna completamente nueva de 28 pacientes con medición sistemática de presión esofágica (Pes). La Pes está actualmente considerada como el gold-standard para la estimación del esfuerzo respiratorio y la identificación de eventos respiratorios en los TRS. Es sin embargo una técnica invasiva y altamente compleja, lo cual limita su uso en la rutina clínica. Esto refuerza el valor de nuestra base de datos y la dificultad que ha implicado su adquisición. Todos los métodos de procesado propuestos y desarrollados en esta tesis están consecuentemente validados con la señal gold-standard de Pes para asegurar su validez.En un primer paso, se presenta un sistema automático invasivo para la clasificación de limitaciones de flujo inspiratorio (LFI) en los ciclos inspiratorios. La LFI se ha definido como una falta de aumento en flujo respiratorio a pesar de un incremento en el esfuerzo respiratorio, lo cual suele resultar en un patrón de flujo respiratorio característico (flattening). Un total de 38,782 ciclos respiratorios fueron automáticamente extraídos y analizados. Se propone un modelo exponencial que reproduzca la relación entre Pes y flujo respiratorio de una inspiración y permita la estimación objetiva de cambios en la obstrucción de las VAS. La capacidad de caracterización del modelo se estima mediante tres parámetros de evaluación: el error medio cuadrado en la estimación de la resistencia en la presión pico, el coeficiente de determinación y la estimación de episodios de LFI. Los resultados del modelo son comparados a los de los dos mejores modelos en la literatura. Los resultados finales indican que el modelo exponencial caracteriza la LFI y estima los niveles de obstrucción de las VAS con la mayor exactitud y objetividad. Las anotaciones gold-standard de LFI obtenidas, fueron utilizadas para entrenar, testear y validar un nuevo clasificador automático y no-invasivo de LFI basa en la señal de flujo respiratorio nasal. Se utilizaron las técnicas de Discriminant Analysis, Support Vector Machines y Adaboost para la clasificación no-invasiva de inspiraciones con las características extraídas de los dominios temporales y espectrales de los patrones de flujo inspiratorios. Este nuevo clasificador automático no-invasivo también identificó exitosamente los episodios de LFI, alcanzando una sensibilidad de 0.87 y una especificidad de 0.85. La diferenciación entre eventos respiratorios centrales y obstructivos es una de las acciones más recurrentes en el diagnostico de los TRS. Sin embargo únicamente la medición de Pes permite la diferenciación gold-standard de este tipo de eventos. Recientemente se han propuesto nuevas técnicas para la diferenciación no-invasiva de apneas e hipopneas. Sin embargo su adopción ha sido lenta debido a su limitada validación clínica, ya que la creación manual por expertos humanos de sets gold-standard de validación representa un trabajo laborioso. En esta tesis se propone un nuevo sistema para la diferenciación gold-standard automática y objetiva entre hipopneas obstructivas y centrales. Expertos humanos clasificaron manualmente un total de 769 hypopneas en 28 pacientes para crear un set de validación gold-standard. Como siguiente paso se extrajeron características específicas de cada hipopnea para entrenar y testear clasificadores (Discriminant Analysis, Support Vector Machines y adaboost) para diferenciar entre hipopneas centrales y obstructivas mediante la señal gold-standard Pes. El sistema de diferenciación automática alcanzó resultados prometedores, obteniendo una sensibilidad, una especificad y una exactitud de 0.90. Por lo tanto este sistema parece prometedor para la diferenciación automática, gold-standard de hipopneas centrales y obstructivas. Finalmente se propone un sistema no-invasivo para la diferenciación automática de hipopneas centrales y obstructivas. Se propone utilizar la señal de flujo respiratorio para la diferenciación utilizando características de los ciclos inspiratorios de cada hipopnea, entre ellos los patrones flattening. Este sistema automático no-invasivo es una combinación de los sistemas anteriormente presentados y se valida mediante las anotaciones gold-standard obtenidas mediante la señal de Pes por expertos humanos. Los resultados de este sistema son comparados a los resultados obtenidos por expertos humanos que utilizaron un nuevo algoritmo no-invasivo para la diferenciación manual de hipopneas. Los resultados del sistema automático no-invasivo son prometedores y muestran la viabilidad de la metodología empleada. Una vez haya sido validado extensivamente, se ha propuesto este algoritmo para su utilización en dispositivos de terapia de TRS desarrollados por uno de los socios cooperantes en este proyecto. / The assessment of respiratory effort during sleep is of major importance for the correct identification of respiratory events in sleep-disordered breathing (SDB), the correct diagnosis of SDB-related pathologies and the consequent choice of treatment. Currently, respiratory effort is usually assessed in night polysomnography (NPSG) with imprecise techniques and manually evaluated by human experts, resulting in a laborious task with significant limitations and missclassifications.The main objective of this thesis is to present new methods for the automatic, invasive and non-invasive assessment of respiratory effort and changes in upper airway (UA) obstruction. Specifically, the application of these methods should, in between others, allow the automatic invasive and non-invasive differentiation of obstructive and central respiratory events during sleep.For this purpose, a completely new NPSG database consisting of 28 patients with systematic esophageal pressure (Pes) measurement was acquired. Pes is currently considered the gold-standard to assess respiratory effort and identify respiratory events in SDB. However, the invasiveness and complexity of Pes measurement prevents its use in clinical routine, underlining the importance of this new database. . . All the processing methods developed in this thesis will consequently be validated with the gold-standard Pes-signal in order to ensure their clinical validity.In a first step, an (invasive) automatic system for the classification of inspiratory flow limitation (IFL) in the inspiratory cycles is presented.IFL has been defined as a lack of increase in airflow despite increasing respiratory effort, which normally results in a characteristic inspiratory airflow pattern (flattening). A total of 38,782 breaths were extracted and automatically analyzed. An exponential model is proposed to reproduce the relationship between Pes and airflow of an inspiration and achieve an objective assessment of changes in upper airway obstruction. The characterization performance of the model is appraised with three evaluation parameters: mean-squared-error when estimating resistance at peakpressure,coefficient of determination and assessment of IFL episodes. The model's results are compared to the two best-performing models in the literature. The results indicated that the exponential model characterizes IFL and assesses levels of upper airway obstruction with the highest accuracy and objectivity.The obtained gold-standard IFL annotations were then employed to train, test and validate a new automatic, non-invasive IFL classification system by means of the nasal airflow signal. Discriminant Analysis, Support Vector Machines and Adaboost algorithms were employed to objectively classify breaths non-invasively with features extracted from the time and frequency domains of the breaths' flow patterns. The new non-invasive automatic classification system also succeeded identifying IFL episodes, achieving a sensitivity of 0.87 and a specificity of 0.85.The differentiation between obstructive and central respiratory events is one of the most recurrent tasks in the diagnosis of sleep disordered breathing, but only Pes measurement allows the gold-standard differentiation of these events. Recently new techniques have been proposed to allow the non-invasive differentiation of hypopneas. However, their adoption has been slow due to their limited clinical validation, as the creation of manual, gold-standard validation sets by human experts is a cumbersome procedure. In this study, a new system is proposed for an objective automatic, gold-standard differentiation between obstructive and central hypopneas with the esophageal pressure signal. An overall of 769 hypopneas of 28 patients were manually scored by human experts to create a gold-standard validation set. Then, features were extracted from each hypopnea to train and test classifiers (Discriminant Analysis, Support Vector Machines and adaboost classifiers) to differentiate between central and obstructive hypopneas with the gold-standard esophageal pressure signal. The automatic differentiation system achieved promising results, with a sensitivity of 0.82, a specificity of 0.87 and an accuracy of 0.85. Hence, this system seems promising for an automatic, goldstandard differentiation between obstructive and central hypopneas.Finally, a non-invasive system is proposed for the automatic differentiation of central and obstructive hypopneas. Only the airflow signal is used for the differentiation, as features of the inspiratory cycles of the hypopnea, such as the flattening patterns, is used. The automatic, non-invasive system represents a combination of the systems that have been presented before and it was validated with the gold-standard scorings obtained with the Pes-signal by human experts. The outcome is compared to the results obtained by human scorers that applied a new non-invasive algorithm for the manual differentiation of hypopneas. The non-invasive system's results are promising and show the viability of this technique. Once validated, this algorithm has been proposed to be used in therapy devices developed by one of the partner institutions cooperating in this project.

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[ES] El pimiento (C. annuum) ocupa un importante lugar en la economía agrícola del mundo y en particular para España. La agricultura intensiva empleada en las últimas décadas está demostrando no ser sostenible a largo plazo, esto, y la aceleración del cambio climático, hace necesario la búsqueda de plantas más adaptadas a las nuevas presiones de estresores tanto bióticos como abióticos. Adicional al uso de variedades mejoradas para este tipo de estresores, es importante tomar en cuenta las interacciones que ocurren en el suelo e introducirlas en los programas de mejora genética vegetal. Por ello, esta tesis se ha centrado, por un lado, en la búsqueda de fuentes de resistencia frente a oídio (L. taurica), enfermedad que cada vez está resultando más problemática en pimiento, especialmente en agricultura ecológica. Por otro lado, y teniendo en cuenta la importancia de la sanidad y fertilidad del suelo para la resiliencia de los cultivos, se estudia la interacción del sistema radicular del pimiento con la zona de la rizosfera y la microbiota de la raíz. Como principales resultados obtenidos en la presente tesis se pueden destacar la identificación de fuentes de resistencia a oídio en las accesiones de C. annuum var. glabriusculum, lo que puede facilitar la introducción de genes de resistencia en variedades comerciales de pimientos. Además, se ha demostrado cómo las propiedades de la rizosfera (actividad enzimática, movilización de nitrógeno, respiración) y su microbioma es altamente dependiente de las condiciones de cultivo y del genotipo cultivado. Así se observó que la parcela de cultivo ecológico mostró mayores recuentos microbianos, actividades enzimáticas y movilización de nitrógeno que la convencional además de poseer más diversidad microbiana y mayor recuento de microorganismos. Por último, se observó también una gran especificidad de la interacción suelo-planta, observándose cómo ciertos microorganismos beneficiosos colonizaban preferentemente ciertos genotipos. Esta especificidad debería de ser considerada para futuros programas de mejoramiento para una agricultura más sostenible y adaptada. / [CA] El pebrot (C. annuum) ocupa un lloc important en l'economia agrícola del món i en particular per a Espanya. L'agricultura intensiva emprada en les últimes dècades està demostrant no ser sostenible a llarg termini, açò, i l'acceleració del canvi climàtic, fa necessari la recerca de plantes més adaptades a les noves pressions d'estressors tant biòtics com a abiòtics. Addicional a l'ús de varietats millorades per a este tipus d'estressors, és important tindre en compte les interaccions que ocorren en el sòl i introduir-les en els programes de millora genètica vegetal. Per açò, aquesta tesi s'ha centrat, d'una banda, en la recerca de fonts de resistència front a oídi (L. taurica), malaltia que cada vegada està resultant més problemàtica en pebrot, especialment en agricultura ecològica. D'altra banda, i tenint en compte la importància de la salut i fertilitat del sòl per a la resiliència dels cultius, s'estudia la interacció del sistema radicular del pebrot amb la zona de la rizosfera i la microbiota de l'arrel. Com a principals resultats obtinguts en la present tesi es poden destacar la identificació de fonts de resistència a oídi en les accessions de C. annuum var. glabriusculum, la qual cosa pot facilitar la introducció de gens de resistència en varietats comercials de pebrots. A més, s'ha demostrat com les propietats de la rizosfera (activitat enzimàtica, mobilització de nitrogen, respiració) i el seu microbioma és altament dependent de les condicions de cultiu i del genotip cultivat. Així es va observar que la parcel·la de cultiu ecològic va mostrar majors recomptes microbians, activitats enzimàtiques i mobilització de nitrogen que la convencional, a més de posseir més diversitat microbiana i major recompte de microorganismes. Finalment, es va observar també una gran especificitat de la interacció sòl-planta, observant-se com certs microorganismes beneficiosos colonitzaven preferentment certs genotips. Aquesta especificitat hauria de ser considerada per a futurs programes de millorament per a una agricultura més sostenible i adaptada. / [EN] The pepper (C. annuum) holds an important place in the global agricultural economy and particularly for Spain. Intensive agriculture used in recent decades is proving not to be sustainable in the long term, and, coupled with the acceleration of climate change, it necessitates the search for plants more adapted to new pressures from both biotic and abiotic stressors. In addition to using improved varieties for these types of stressors, it is important to consider the interactions that occur in the soil and incorporate them into plant genetic improvement programs. Therefore, this thesis has focused on one hand, on the search for sources of resistance against powdery mildew (L. taurica), a disease that is increasingly problematic in pepper, especially in organic agriculture. On the other hand, considering the importance of soil health and fertility for crop resilience, the interaction of the pepper root system with the rhizosphere zone and root microbiota is studied. The main results obtained in this thesis include the identification of sources of resistance to powdery mildew in the accessions of C. annuum var. glabriusculum, which can facilitate the introduction of resistance genes in commercial pepper varieties. Furthermore, it has been shown how the properties of the rhizosphere (enzymatic activity, nitrogen mobilization, respiration) and its microbiome are highly dependent on the cultivation conditions and the cultivated genotype. It was observed that the organic farming plot showed higher microbial counts, enzymatic activities, and nitrogen mobilization than the conventional one, in addition to possessing greater microbial diversity and higher counts of microorganisms. Lastly, a high specificity of the soil-plant interaction was also observed, with certain beneficial microorganisms preferentially colonizing specific genotypes. This specificity should be considered for future breeding programs for more sustainable and adapted agriculture. / El presente trabajo no podría haberse llevado a cabo sin el apoyo financiero de la beca predoctoral otorgada por CONACYT-CONCYTEP con el número identificador 47274 por parte del gobierno de México. / Morales Manzo, II. (2023). Mejora genética del chile (Capsicum annuum L.) para estrés biótico: Oídio (Leveillula taurica (Lév.) Arn.) y fertilidad del suelo: retos de la agricultura ecológica y búsqueda de fuentes de variación de interés y factores genéticos relacionados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194538