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En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema integrado capaz de soportar la tarea de evaluación del riesgo y el cálculo de distancias de impacto ante eventos de dispersión en aire de gases tóxicos, material particulado y bioaerosoles considerando la incertidumbre estocástica de las variables meteorológicas locales. Se muestran las modificaciones realizadas sobre la arquitectura básica del prototipo existente, STRRAP (Stochastic Toxic Release Risk Assessment Package), lográndose la flexibilidad y robustez suficiente como para abordar problemas que involucran tanto a fuentes fijas como móviles, a parámetros concentrados (cisternas, tanques, etc.) como distribuidos (por ejemplo cañerías y/o gasoductos, entre otros sistemas de interés), lo cual se expone en los diferentes casos de estudio abordados a lo largo de la tesis. Asimismo, se analizan las consecuencias de la exposición de las personas a determinados agentes, no sólo desde el punto de vista de emisiones accidentales y de carácter agudo, sino que se aborda la problemática de la exposición crónica por inhalación, de material particulado respirable y microorganismos patógenos. Por otro lado, se propone una metodología para la determinación de distancias de impacto o afectación ante potenciales accidentes asociados a equipos de procesos, orientadas en particular a la estimación del efecto dominó y al diseño del lay out de la planta en la etapa de la ingeniería conceptual. Este enfoque resulta poco utilizado en la literatura, por lo que la herramienta generada al respecto en este trabajo representa un importante avance tanto en el sentido práctico como el conceptual. Para mostrar la versatilidad lograda en STRRAP y la metodología propuesta tanto para el análisis de riesgos como para la determinación de distancias de impacto, se presentan varios casos de estudio para los que se obtienen mapas de iso-riesgo, curvas de riesgo social (F-N), distancias de seguridad o impacto y mapas de concentraciones asociados a la dispersión de gases tóxicos, material particulado y bioaerosoles, ya sean almacenados en tanques, transportados por una cisterna o emitidos desde una chimenea o un foco infeccioso, según el problema planteado.

En este trabajo se presenta el estudio de las propiedades de transporte a través de un medio poroso de un trazador salino diluido en una solución de polímero. Los medios porosos son fabricados a partir de microesferas de vidrio y pueden ser de simple o doble porosidad. El objetivo del trabajo es utilizar las caracteristicas reofluidizantes de las soluciones de polímero para aumentar la influencia de las heterogeneidades del medio poroso sobre el campo de velocidades de flujo y reforzar el contraste entre las zonas de alta y baja velocidad en el medio. Los experimentos consisten en la inyección de una solución salina de NaNO3 en el medio. La concentración de polímero permanece constante durante los mismos. En la entrada del medio se induce una variación abrupta de concentración de sal. A la salida del mismo se obtienen las curvas de dispersión (variación de la concentración de sal en función del tiempo) por medio de medidas conductimétricas. El análisis de las curvas se realiza por medio de ajustes con modelos teóricos (en ciertos casos mediante la evaluación directa del ancho del frente) para determinar un coeficiente de dispersión (la dispersividad es igual a la relación entre el coeficiente de dispersión y la velocidad media del flujo). Los experimentos han sido realizados tanto con la técnica clásica de “transmisión”, donde se deja que el frente de variación de concentración atraviese completamente la muestra, como con la técnica de “eco” en la cual se invierte la velocidad de flujo antes que el frente de variación de concentración llegue a la salida del medio y en ese caso se detecta la variación de concentración en la entrada de la muestra porosa. Esta ultima técnica nos provee información complementaria sobre la presencia eventual de heterogeneidades a gran escala (zonas estratificadas o canales de diferente permeabilidad) donde la contribución al aumento de la \\dispersividad es particularmente reversible en relación al cambio de la dirección del flujo. En este trabajo fueron usadas soluciones reofluidizantes de un polisacárido neutro (escleroglucano) de diferentes concentraciones: el exponente característico del decrecimiento de la viscosidad con la velocidad de deformación varió entre 0.4 y 0.8 en el rango donde la variación puede ser aproximada por una ley de potencia. Las medidas de esfuerzos normales muestran que estas soluciones son muy poco elásticas. Los medios porosos de simple porosidad utilizados están formados por empaquetamientos dc esferas de vidrio de un diámetro típico de l mm. Los medios de doble porosidad están formados por granos porosos de diámetro dg= 500 μm y de porosidad 30% que se obtiene por medio del sinterizado de esferas de vidrio de diámetro 110 μm (los blocs sinterizados son partidos y tamizados para obtener el grano poroso). Debido al pequeño contrataste de densidad asociado a la presencia del trazador, podemos observar inestabilidades inducidas por la gravedad según el sentido del contraste de densidad entre el fluido inyectado y desplazado (el flujo es dirigido hacia arriba). Las medidas de dispersividad, realizadas con las soluciones Newtonianas, confirman la existencia de un aumento mucho mas fuerte de la dispersividad con el numero de Péclet, para medios de doble porosidad que para los de simple. Esto se observa para Pe del orden de 10 (el numero de Péclet Pe = Udg/Dm caracteriza la relación entre los efectos de la convección y la difusión molecular). Este aumento es debido a la transición entre los regímenes de transporte convectivo y difusivo en el interior de los granos y al hecho que a velocidades elevadas, donde el transporte convectivo es dominante, el contraste de velocidad entre el interior y el exterior de los granos aumenta la dispersión en relación al los medios de simple porosidad. Esta característica de aumento neto de la dispersividad con el número de Péclet son globalmente conservadas para los medios de doble porosidad que hemos utilizado con soluciones poliméricas (siempre en el caso de configuración de desplazamiento estable). Para las soluciones de polímero, el resultado mas marcado es el hecho que, a un numero de Péclet dado, observamos un aumento neto de la dispersividad con la concentración de polímero (es decir con el exponente característico n de la variación de la viscosidad). Este resultado es atribuido a las características reofluidizantes de la solución que incrementa el contraste entre los caminos de alta y baja velocidad que pudieran encontrarse dentro de un medio poroso. El aumento es particularmente importante a números de Péclet intermedios (del orden de algunas decenas) y, en este dominio de velocidades, las curvas de dispersión se apartan notablemente de las predicciones clásicas de la ecuación de convección - difusión Gaussiana. Observamos un arribo anticipado del frente de variación de concentración - índice de la presencia posible de caminos de flujo preferencial en el interior del medio -. Una primer explicación natural es pensar en un aumento del contraste de velocidad entre el interior y exterior de los granos debido a las soluciones de polímero. Este aumento debería, sin embargo, en este caso ser particularmente fuerte a números de Péclet muy elevados lo cual no se observa experimentalmente. Por otra parte, este aumento significativo de la dispersividad se observa igualmente en los medios de doble porosidad y simple porosidad. Una hipótesis complementaria es la presencia de heterogeneidades a gran escala (canales preferenciales, estratificación, capas sobre las paredes ...) pero corresponden a contrastes relativamente débiles de permeabilidad. La influencia de las mismas pueden ser considerablemente amplificadas por las soluciones reofluidizantes. Esta hipótesis a sido evaluada comparando los resultados de las mediciones de dispersión en transmisión y eco: la dispersividad medida con esta ultima técnica puede en efecto ser reducida por la reversibilidad parcial del escalamiento del frente de concentraciones asociado a presencia de heterogeneidades a gran escala. Hemos efectivamente observado una reversibilidad parcial neta de la dispersión para las soluciones de polímero mas concentradas (η = 0.6) y mas débil para las menos concentradas (η = 0.4) y despreciable para las soluciones newtonianas. Estos resultados tienden a confirmar la influencia - al menos parcial - de grandes heterogeneidades. Ello indica igualmente que un aumento considerable de la sensibilidad de las medidas de dispersión a la presencia de heterogeneidades débiles pudo ser obtenida utilizando soluciones reofluidizantes en lugar de fluidos newtonianos elegidos en primer lugar para el transporte del trazador. Los electos de inestabilidad inducidos por gravedad en las configuraciones de flujo gravitacionalmente inestable son, sobre todo, importantes cuando las velocidades del flujo son bajas y los poros de gran tamaño. Para las soluciones newtonianas las inestabilidades no son observables para números de Péclet superiores a 200: las variaciones de concentración verifican la ecuación de convección - difusión clásica (curvas de dispersión Gaussiana) y el coefieiente de dispersión medido es el mismo en la configuración estable e inestable de desplazamiento de los fluídos. Para los números de Péclet entre 50 y 200, las curvas poseen forma Gaussiana pero la dispersividad es superior en el caso inestable. Para números de Péclet inferiores a 50, las curvas de dispersión se apartan sensiblemente de la solución de la ecuación de convección - difusión . Para los fluídos newtonianos (agua y solución de glicerol de viscosidad 7x10ˉ³ Pa.s), los valores de dispersividad dependen únicamente del número de Péclet tanto en el caso estable como en el caso inestable. Para los experimentos realizados con las soluciones de polímero reofluidizante, las inestabilidades aparecen para un número de Péclet mas bajo que para las soluciones newtonianas. La diferencia es mas notoria cuando el exponente característico de la viscosidad es mas elevado. Este resultado indica que el parámetro dominante que controla la aparición de las inestabilidades es la viscosidad de los fluídos y no la difusión molecular (esta posee el mismo valor para las soluciones poliméricas que para el agua, mientras que la viscosidad aumenta). Ha sido posible definir un criterio de aparición de las inestabilidades a partir del parámetro G que representa la relación entre los gradientes de presión de origen hidrostático y viscoso (en el caso de soluciones reofluidizantes, el termino de viscosidad es calculado a partir del valor de la viscosidad efectiva en el medio poroso, valor deducido de medidas de gradientes de presión en función del caudal). Hemos encontrado un valor único critico Gc que caracteriza la apararon de las inestabilidades para diferentes soluciones Newtonianas y no-Newtoniana utilizadas en nuestros experimentos.

Los antibióticos fueron uno de los grandes logros de la medicina del siglo pasado. Sin embargo, el (ab)uso intensivo de los mismos en los últimos 50 años ha generado la emergencia de bacterias de fenotipo resistente a varios antibióticos conocidas como cepas multirresistentes. Su aparición es causa de complicaciones y muertes de otra manera evitables y const ituye un problema de salud gravísimo a nivel nacional y global debido a que las pocas opciones de tratamiento existentes se están agotando. Por otro lado, los escasos antibióticos nuevos que se desarrollan al poco tiempo generan la emergencia de resistencias preexistentes en el metagenoma. En particular, es preocupante la creciente frecuencia de aparición en la clínica del gen aac(6')-Ib que genera resistencia a aminoglicósidos, entre ellos la amikacina. Una opción a explorar es el silenciamiento de genes de resistencia mediante tecnologías antisentido con el fin de prolongar la vida útil de los antibióticos existentes. En esta Tesis por un lado se exploran las plataformas genéticas en las que este gen se ha dispersado a nivel molecular y celular. Por otro lado se muestra que la expresión de pequeños ARNs antisentido, llamados secuencias guiadas externamente (EGS), es capaz de inhibir la expresión del gen de resistencia a aminoglucósidos aac(6')-Ib. Sin embargo, estas moléculas de ARN son sumamente susceptibles a las nucleasas. Se explora entonces también el uso de análogos de acidos nucleicos no hidrolizables como EGSs. Se muestra cómo la administración exógena de EGSs de cooligómeros de ácidos nucleicos cerrados (LNA) y ADN es también capaz de convertir un fenotipo resistente a un antibiótico a uno susceptible por un mecanismo mediado por ARNasa P. Estos resultados sugieren que el silenciamiento de genes de resistencia con cooligómeros de ADN y LNA podría servir para prolongar la utilidad de los antibióticos existentes.

En este trabajo estudiamos procesos de dispersión de altas energías en teorías de Yang-Mills confinantes en el régimen de acoplamiento fuerte. Para esto, la herramienta principal está dada por la dualidad AdS/CFT, propuesta por Maldacena, que relaciona los observables de la teoría de campos con los de la teoría de supercuerdas en un fondo asintóticamente anti-de Sitter. Nos concentramos en particular en procesos de dispersión inelástica profunda (DIS), que permiten analizar la estructura interna de los blancos hadrónicos en términos de las funciones de estructura. Para esto, tomamos como punto de partida el modelo construido por Polchinski y Strassler, que analiza el caso de blancos escalares tipo glueball en teorías similares a N = 4 SYM en el ultravioleta. El objetivo de la tesis consiste en extender el modelo orginal del DIS holográfico para aplicarlo en situaciones más realistas. Para esto, consideramos distintos modelos de Dp-branas con una menor cantidad de supersimetrías que incluyen materia en la representación fundamental del grupo de gauge, permitiendo describir el DIS para blancos mesónicos escalares y vectoriales en términos de la supergravedad. Luego, extendemos esta descripción al régimen en el que es necesario considerar la teoría de cuerdas completa. Estudiamos también las correcciones no planares, intepretadas como correcciones cuánticas en el proceso dual en el interior del AdS. En este contexto estudiamos la no conmutatividad de los límites N →∞y q >> Λ, donde N es el número de colores, q es la virtualidad del fotón absorbido por el hadrón y Λ es la escala IR asociada al fenómeno de confinamiento de color. Finalmente, analizamos las posibles contribuciones a las funciones de estructura antisimétricas y a las que violan la invariancia ante paridad, y aplicamos las técnicas desarrolladas al estudio de los blancos fermiónicos de espín 1/2. Finalmente, en todos los casos realizamos comparaciones cuantitativas y cualitativas con la fenomenología disponible: los resultados experimentales y los resutlados de las simulaciones de lattice QCD.

La dispersión es definida como el desplazamiento de los individuos de un lugar a otro. Este movimiento de los individuos hace que la dispersión sea una de las características de historia de vida más importantes, y a la vez menos comprendida, de la ecología y biología poblacional de una especie. La dispersión es responsable no sólo de la dinámica espacial de una población sino también constituye el proceso que causa, en último término, el flujo de genes entre poblaciones. En este trabajo se analizó el comportamiento de dispersión de la Ratona común, Troglodytes musculus. Esta es una pequeña ave paseriforme que habita gran parte de Sur y Centroamérica. Durante las temporadas reproductivas (octubre-enero) de 2006 a 2011 se estudió la dispersión natal y reproductiva de una población de ratonas de General Lavalle, provincia de Buenos Aires. La dispersión natal fue definida como el movimiento de los individuos, desde el lugar de nacimiento hasta el sitio del primer o potencial intento reproductivo. La dispersión reproductiva, por su parte, corresponde al desplazamiento de los individuos adultos entre un territorio reproductivo a otro, en la misma o en distinta estación reproductiva. Para estudiar la dispersión natal de la Ratona común se utilizaron tanto métodos directos como indirectos. Los métodos directos involucraron el marcado de los pichones en el nido con anillos metálicos numerados, y la posterior captura e identificación cuando adultos, si permanecían dentro del área de estudio. Para ello se realizaron durante toda la temporada reproductiva censos intensivos identificando los individuos reproductores que poseían territorios en la población. Los métodos indirectos involucraron el análisis genético de 5 poblaciones diferentes de Ratona común, distanciadas entre sí entre 0.7 y 16 km. Los resultados obtenidos a partir de métodos directos, mostraron la existencia de una alta filopatría natal, particularmente en los machos, sugiriendo que las hembras serían el sexo dispersor. Esta alta filopatría también se reveló en los análisis genéticos realizados, donde se encontró una clara estructuración y diferenciación genética entre las poblaciones que se encontraban a más de 5 km de distancia. El análisis de los costos de la dispersión mostró que las aves dispersoras tenían una menor probabilidad de supervivencia que aquellos que no dispersaban. Para estudiar la dispersión reproductiva de la población de ratonasse realizaron censos repetidos en cada temporada reproductiva, identificando los territorios y los individuos que los defendían, los cuales se hallaban marcados con anillos plásticos de colores. En este caso se estudió tanto la dispersión intra-anual (la que sucedía entre eventos reproductivos realizados en un mismo año) como la inter-anual (la que se daba entre eventos reproductivos de sucesivos años). Los resultados mostraron una alta filopatría al territorio, siendo nuevamente mayor en machos que en hembras. Los machos solteros tuvieron una mayor tendencia a cambiar de territorio que aquellos que poseían pareja, mientras que las hembras, mostraron una mayor tendencia a cambiar de territorio cuando la pareja no sobrevivía a la siguiente temporada. Además, mediante un experimento manipulativo se encontró que la probabilidad de dispersión estaba afectada por el éxito de nidificación. Estos resultados sugieren que los cambios en los territorios en esta especie responden principalmente a incrementar el éxito reproductivo. Los resultados obtenidos en este estudio demuestran que la Ratona común posee una alta filopatría, tanto natal como reproductiva, diferenciándose del patrón observado en la ratona norteamericana, T. aedon, una especie cercanamente emparentada que hasta hace poco tiempo incluía a T. musculus. Esto probablemente se debe no sólo a diferencias en las historias de vida de estas especies, sino que también muy probablemente a diferencias en los factores ambientales. Este trabajo constituye uno de los pocos estudios que existen analizando el comportamiento de dispersión de una especie de ave paseriforme del hemisferio sur, y plantea interesantes cuestiones acerca de la evolución del comportamiento de dispersión y del efecto que variables ambientales y demográficas tienen sobre éste.

Spodoptera frugiperda es plaga clave del maíz en todo el continente americano. Actualmente la principal estrategia de control consiste en la utilización de cultivares de maíz genéticamente modificados Bt. La evolución de resistencia es la principal amenaza para esta tecnología. La estrategia de refugio -que consiste en la siembra de una porción de lote con una variedad no Bt- fue el principal enfoque adoptado para retrasar la evolución de la resistencia. Los refugios integrados o refugios en bolsa (ReB), pueden acelerar la resistencia de plagas blanco por efecto del movimiento y dispersión de larvas entre plantas Bt y no Bt comparado con refugios estructurados. Los objetivos fueron: 1) comparar el movimiento intra-planta y la dispersión inter-plantas en distintas configuraciones de refugio, 2) estudiar el efecto de la densidad y el estado fenológico en la dispersión y 3) evaluar la susceptibilidad de distintos estadios larvales de S. frugiperda a las toxinas Bt. Los ensayos fueron realizados durante las campañas 2015/16 y 2016/17 en INTA Reconquista, Santa Fe. Se utilizaron los híbridos KWS3720 VT TriplePro (Bt) y KWS3800 (no Bt). Los tratamientos fueron: Bt, ReB (1 no Bt rodeada de 44 plantas Bt), no Bt y ReB inv (1 Bt rodeada de 44 plantas no Bt) en DBCA con cinco repeticiones. En V6 se liberaron larvas neonatas de S. frugiperda en la planta central. Se elaboraron 2 índices: a) movimiento (larvas vivas en diferentes hojas) en la misma planta cada 2 h, las primeras 8 h desde la liberación, b) dispersión (larvas vivas en diferentes plantas) en la parcela cada 2 días durante 12 días. Para el objetivo 2) se realizó otro ensayo en el que se empleó una configuración ReB en DCA con cuatro repeticiones y combinación factorial de estado fenológico (V2 y V8) y densidad (40.000 pl. ha-1, 55.000 pl. ha-1 y 70.000 pl. ha-1). Objetivo 3) se evaluó la susceptibilidad de larvas L1, L3 y L5 en hojas de maíz Bt. El movimiento intra-planta fue mayor en maíz Bt comparado a no Bt y aumentó con el tiempo. La dispersión inter-plantas y su variación en el tiempo fueron significativamente diferentes entre tratamientos. En Bt y ReB inv se dispersaron más rápidamente que en no Bt y ReB. La dispersión inter-plantas fue mayor en V8, en cambio la densidad no tuvo efectos. Larvas L1 fueron 7,5 y 16,5 veces más susceptibles que larvas L3 y L5, respectivamente. La alimentación inicial sobre plantas Bt genera rechazo y consecuentemente mayor movimiento y dispersión de larvas. La dispersión y susceptibilidad diferencial de larvas favorece condiciones de exposición a dosis subletales en un refugio integrado. Esta situación podría acelerar la evolución de resistencia en un refugio integrado comparado al refugio estructurado.

La investigación realizada en este Trabajo de Tesis Doctoral comprende la preparación y caracterización fisicoquímica, biofarmacéutica y la evaluación in vivo de dispersiones sólidas (DS) de los antiparasitarios albendazol (ABZ) y benznidazol (BZL), utilizando poloxamer 407 como portador. Estos sistemas farmacéuticos fueron diseñados para lograr un aumento en la biodisponibilidad mediante una mejora en sus respectivas cinéticas de disolución. Tanto ABZ como BZL se caracterizan por presentar solubilidad limitada, afectando la velocidad de disolución, lo que podría conducir a una disminución de la eficacia terapéutica. Estos fármacos son ampliamente utilizados para tratar la hidatidosis y la enfermedad de Chagas, respectivamente, enfermedades consideradas desatendidas u olvidadas, que tienen una alta incidencia en las regiones más postergadas del noroeste argentino. El manuscrito está organizado de la siguiente manera: Introducción; 4 capítulos: 1- Descripción de los materiales; 2- Descripción de la metodología, caracterización físicoquímica, caracterización biofarmacéutica y ensayos in vitro e in vivo; 3- Caracterización de DS de ABZ y, 4- Caracterización de DS de BZL; y finalmente las Conclusiones generales. La caracterización fisicoquímica de las DS tanto de ABZ como de BZL demostró que la vehiculización de los fármacos mediante la tecnología de dispersiones sólidas produjo una disminución de la cristalinidad de los mismos lo que se correlaciona con un aumento notable de la velocidad de disolución. Por otro lado, no se observaron interacciones químicas entre los fármacos y el polímero utilizado para la preparación de las DS. Los datos experimentales de la cantidad acumulada de ABZ o BZL disuelto se analizaron mediante un modelo matemático denominado “modelo Lumped”, que fue desarrollado y validado por nuestro grupo de investigación. El modelo considera tanto los fenómenos de difusión como los de transferencia, y permitió un muy buen ajuste en todos los análisis de las pruebas de disolución realizadas en el transcurso de la Tesis. Además, permitió calcular diversos parámetros de relevancia farmacéutica valiosos para los estudios comparativos. Mediante el análisis basado en el modelo Lumped, se pudo observar que las DS de ABZ como así también las de BZL, presentaron velocidades de disolución inicial superiores a las demás preparaciones con las que fueron comparadas. Además, se pudo concluir que todas las DS preparadas resultaron de liberación inmediata de acuerdo a las especificaciones de farmacopeas. Los resultados obtenidos mediante los estudios in vitro permitieron diseñar adecuadamente los ensayos in vivo. En el modelo murino de hidatidosis (echinococcosis quística) todos los tratamientos generaron una disminución en el peso medio de los quistes desarrollados en los animales. Sin embargo, sólo el tratamiento con la DS de ABZ evidenció una disminución estadísticamente significativa del peso de los quistes en comparación con los grupos control. Además, los quistes de todos los grupos tratados mostraron alteraciones en la capa germinativa, con disminución del número de células siendo la extensión del daño mayor en los tratados con la DS. En los ensayos de farmacocinética de ABZ en ratones no se observaron diferencias significativas entre el grupo control y el de la DS4, sin embargo, en el ensayo del modelo de hidatidosis si hubo diferencias. Esto puede deberse a que el tracto gastrointestinal de los ratones no es adecuado para este tipo de formulaciones, en comparación, por ejemplo, con el de los caninos. Con lo cual podemos concluir que debería explorarse otra alternativa para extrapolar estos resultados en un animal con un TGI más extenso. Al analizar la susceptibilidad a BZL de los diferentes linajes de T. cruzi empleados (TcI, TcV y TcVI) se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre ellos, pero el dato más relevante fue la susceptibilidad a BZL de la cepa de mayor prevalencia en el NOA argentino (TcV). Por otra parte, en un modelo de infección aguda en ratones infectados con T. cruzi tratados durante 30 días los resultados evidenciaron que la administración de BZL en una formulación comercial o en DS era igual de efectiva para reducir la parasitemia. De acuerdo a los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral, se pudo concluir que las DS constituyen una estrategia muy prometedora ya que se observa una mejora notable en la velocidad de disolución de ABZ y el BZL, lo que produciría un aumento en la biodisponibilidad total del fármaco. Sin embargo, es necesario mencionar que se requieren estudios adicionales para poder continuar con el desarrollo de estas formulaciones para lograr una transferencia efectiva al sector productivo.