Predicting Heart Failure Patient Events by Exploiting Saliva and Breath Biomarkers Information

The aim of this work is to present a machine learning based method for the prediction of adverse events (mortality and relapses) in patients with heart failure (HF) by exploiting, for the first time, measurements of breath and saliva biomarkers (Tumor Necrosis Factor Alpha, Cortisol and Acetone). Data from 27 patients are used in the study and the prediction of adverse events is achieved with high accuracy (77%) using the Rotation Forest algorithm. As in the near future, biomarkers can be measured at home, together with other physiological data, the accurate prediction of adverse events on the basis of home based measurements can revolutionize HF management

The multimorbidity of asthma and rhinitis: from epidemiologic data to molecular traits

RESUMO: Introdução e Objetivos: A asma afeta a vida de várias centenas de milhões de pessoas de todas as idades, em todo o mundo. Apesar dos avanços nas últimas décadas, a asma e a sua inerente multimorbilidade permanecem um ónus significativo para as pessoas com a doença, para as suas famílias e para a sociedade e economia da saúde. Um número elevado de questões permanece por responder, abrangendo vários aspetos da doença, relacionados com lacunas no conhecimento científico atual, desde a epidemiologia à fisiopatologia e aos cuidados prestados à pessoa com asma. O objetivo principal desta dissertação foi contribuir para a abordagem de algumas destas questões relativas à asma e a sua associação com a rinite. Em particular, os trabalhos originais visavam: (1) estimar a prevalência de asma em Portugal e analisar a sua associação com a rinite em grupos populacionais particularmente vulneráveis e sobre os quais há carência de dados a nível internacional - crianças e idosos; (2) identificar características para um reconhecimento precoce de asma, através de fenótipos clínicos multidimensionais de sibilância recorrente em idade pré-escolar, estabelecidos “sem hipóteses pré-definidas" e relacionados com a persistência de asma na adolescência; (3) analisar a associação entre parâmetros funcionais respiratórios das vias aéreas superiores e inferiores, em conjunto com a avaliação subjetiva do controlo da rinite alérgica e da asma, em crianças em idade escolar; (4) explorar estratégias inovadoras para identificar características metabólicas associadas ao fenótipo de asma e rinite alérgica em crianças, em amostras colhidas de forma não invasiva. Métodos: Esta dissertação baseou-se em três tipos de estudos: 1. Estudos transversais, baseados na população nacional, de cidadãos que viviam em Portugal, tendo sido aplicados questionários por entrevista, usando procedimentos padronizados, para a obtenção de dados epidemiológicos relativos à asma e à rinite. Para o estudo pediátrico, foram analisados os dados de todos os indivíduos com idade inferior a 18 anos que participaram no estudo INAsma (estudo por entrevista telefónica, de base populacional, nacional, para estimar a prevalência de asma em Portugal). O estudo dirigido aos idosos foi desenhado para estimar a prevalência de rinite em adultos com 65 anos ou mais, residentes em Portugal continental, tendo sido os dados colhidos por entrevista direta; 2. Estudo prospetivo de coorte de crianças com idade inferior a 7 anos com sibilância recorrente, avaliadas sistematicamente em pontos de tempo específicos, até 13 anos de seguimento. Foram desenvolvidos modelos de regressão logística multivariável para persistência de asma na adolescência, com base em respostas a questionários e resultados de testes cutâneos por picada. Os fenótipos clínicos foram identificados por análise de agrupamento das variáveis (cluster), selecionadas com base na análise de regressão logística, e comparados a respeito da persistência de asma, uso de tratamentos de controlo e avaliação funcional respiratória em idade escolar e na adolescência; 3. Estudo transversal, caso-controlo, de crianças em idade escolar, com rinite alérgica e asma, e crianças saudáveis (amostra emparelhada para a idade e género), avaliadas no que diz respeito a: - Análise laboratorial funcional respiratória, i.e., avaliações sequenciais do débito inspiratório máximo nasal (PNIF) antes e após a aplicação de vasoconstritor tópico nasal, e espirometria com prova de broncodilatação. O teste de controlo da rinite alérgica e da asma para crianças (CARATkids) foi utilizado para a avaliação subjetiva do controlo destas doenças. As associações entre os parâmetros de avaliação funcional respiratória e de controlo subjetivo foram analisadas usando modelos de regressão linear múltipla. - Análise laboratorial analítica por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para análise metabolómica não dirigida das amostras de urina e saliva de cada criança. Os dados espectroscópicos e clínicos foram analisados estatisticamente, incluindo abordagens multivariável e univariável. Adicionalmente foram colhidas amostras de condensado de ar exalado (EBC) de voluntários, em conjunto com amostras de ar ambiente da sala de colheitas. As amostras colhidas foram analisadas por NMR, com comparação dos espectros resultantes.Resultados: A prevalência estimada de asma ativa em crianças foi de 8,4% (intervalo de confiança a 95% (95%CI) 6,6%-10,7%). As prevalências estimadas de rinite e de asma diagnosticada por médico em idosos foram 29,8% (95CI% 28,4%-31,3%) e 10,9% (95%CI 9,9%-11,9%), respetivamente. Foi encontrada uma associação forte entre asma e rinite a nível populacional, tanto nas crianças (odds-ratio (OR) 5,2, 95%CI 3,1-8,9), como nos idosos (OR variando de 8,3 95%CI 6,1-11,4 na rinite intermitente ligeira, a 39,9 95%CI 27,5-58,0 na rinite persistente moderada-grave). No estudo de coorte, a presença de atopia e de rinite em idade pré-escolar foram fatores de risco independentes para a persistência de asma na adolescência (OR 11,8 95%CI 4,0-34,6 e OR 10,4 95%CI 3,7-29,1, respetivamente). Foram identificados três fenótipos de sibilância em idade pré-escolar, que foram preditivos para a persistência de asma, uso de medicamentos de controlo e parâmetros funcionais respiratórios em idade escolar e na adolescência. A multimorbilidade, em particular a presença de rinite, com ou sem atopia, associou-se a um pior prognóstico. Na avaliação funcional nasal e pulmonar, observaram-se correlações entre os valores de PNIF pré e pós-vasoconstritor e do débito expiratório máximo instantâneo (PEF) e volume expiratório forçado no primeiro segundo (FEV1), pré e pós-broncodilatação, observado independentemente da presença de rinite e asma. O melhor modelo de regressão linear múltipla para o PNIF incluiu as variáveis PEF, idade e género. Em crianças com rinite alérgica e asma, não foi encontrada associação entre o PNIF e a pontuação no questionário CARATkids, exceto no que diz respeito à obstrução nasal auto-reportada. A análise metabolómica não dirigida em amostras de saliva e urina mostrou um subconjunto de áreas do espetro de NMR significativamente diferente nas crianças com rinite alérgica e asma, em comparação com crianças saudáveis. Alguns metabolitos que contribuíram para estas áreas do espetro foram identificados: arginina, taurina, citrato e aspartato (na saliva), e quinolinato, butirato, pantotenato, gluconato, pseudouridina e lisina (na urina). Observou-se uma correlação entre parâmetros espirométricos e a concentração urinária dos metabolitos quinolinato, butirato e pantotenato, enquanto a dos metabolitos quinolinato, gluconato e pseudouridina estava correlacionada com os níveis de óxido nítrico no ar exalado (FeNO). Observou-se uma associação entre a presença de sensibilização alergénica múltipla e as concentrações urinárias de quinolinato e salivares de citrato e aspartato. O perfil metabólico do EBC foi semelhante à composição espectral do ar ambiente. Discussão e Conclusões: Estes estudos epidemiológicos foram os primeiros de base populacional nacional que reportaram a prevalência de sintomas de asma em todas as idades pediátricas, bem como de sintomas de rinite, sua classificação e associação com asma em idosos. Os resultados reforçaram a asma como uma doença comum em crianças e em idosos, frequentemente associada a rinite. Em crianças com sibilância recorrente em idade pré-escolar, a presença de multimorbilidade, particularmente rinite com ou sem atopia associada, tende a prever um pior prognóstico no que respeita à persistência de asma e compromisso da função respiratória em idade escolar e na adolescência. Estes resultados apoiam a necessidade de uma abordagem integrada da rinite e da asma, desde idades precoces. Para a avaliação funcional respiratória global, o PNIF pode constituir uma medida objetiva complementar à avaliação subjetiva do controlo da rinite alérgica e da asma, em crianças em idade escolar. Os resultados sugerem que na interpretação dos valores do PNIF nesta faixa etária, os valores do PEF devem idealmente ser considerados, para além da idade e do género. A análise metabolómica exploratória de amostras de urina e saliva revelou subconjuntos de áreas do espectro de NMR associadas à rinite alérgica e asma em crianças, gerando novas hipóteses que necessitam de análises suplementares. Os resultados obtidos na análise do perfil metabólico do EBC reforçaram a importância do controlo do ar ambiente durante a colheita de amostras e a necessidade de procedimentos analíticos que permitam distinguir a presença de compostos exógenos nas amostras de EBC. Em resumo, os resultados apresentados nesta dissertação adicionam evidência para uma avaliação global integrada da asma em conjunto com a rinite, tanto na prática clínica, como na investigação. Prevemos que a avaliação funcional nasal possa ser generalizada na prática clínica, numa abordagem global funcional das vias aéreas. O conjunto de metabolitos identificados na análise exploratória metabolómica estimula a continuação dos estudos nesta área para validação dos resultados, seguida da identificação das moléculas/vias metabólicas responsáveis pelas diferenças encontradas, o seu papel na fisiopatologia da rinite alérgica e asma e, por fim, como potenciais (novos) alvos terapêuticos.ABSTRACT: Introduction and Aims: Worldwide and across all age groups, asthma affects the lives of several hundred million people. In spite of the advances over the last decades, asthma and its multimorbidity continue to impart a significant onus on individuals with the disease, their families and society and also on health economies. A high number of unmet needs remain to be resolved, related to gaps in current scientific knowledge covering many aspects of asthma, from epidemiology and pathophysiology to patient care. The main objective of this dissertation was to contribute to address some of these existing unmet needs in asthma and its link with rhinitis. In particular, the original work aimed to (1) estimate nationwide asthma prevalence and analyze its association with rhinitis in particularly vulnerable and internationally data-lacking population groups – the children and the elderly; (2) unveil features for an early recognition of asthma, identifying multidimensional “hypothesis-free” early childhood wheezing clinical phenotypes related to asthma persistence in adolescence; (3) analyze the association between nasal and lower airway function, together with the subjective evaluation of allergic rhinitis and asthma concurrent control in children; (4) explore innovative strategies to uncover “unbiased” differentiating metabolic features of childhood allergic rhinitis and asthma multimorbidity in non-invasively collected samples. Methods: This dissertation was based on three types of studies: 1. Cross-sectional, population-based, nationwide surveys of citizens living in Portugal, applied by interview using standardized procedures, to collect epidemiological data related to asthma and rhinitis and to analyze the association between these two conditions. For the pediatric study, data from all individuals aged below 18 years who participated in the INAsma study (population-based, all-age, nationwide telephone interview study to estimate asthma prevalence in Portugal) was analyzed. The elderly-targeted study was originally designed to estimate rhinitis prevalence in individuals aged 65 years or above living in mainland Portugal and the data was collected by direct face-to-face interview; 2. Prospective cohort study of children aged below 7 years with recurrent wheezing, systematically evaluated at specific time-points, up to 13 years of follow-up. Multivariable logistic regression models for persistent asthma in adolescence were developed based on questionnaires and skin prick tests data. Clinical phenotypes were identified by cluster analysis of variables selected with the logistic regression analysis, and compared for predicting asthma prevalence, use of control treatments and lung function in childhood and adolescence; 3. Cross-sectional, case-control study of school-aged children with allergic rhinitis and asthma multimorbidity and healthy children (matched for age and gender), evaluated with respect to: a. Respiratory functional laboratorial assessments, i.e., sequential assessments of peak nasal inspiratory flow (PNIF) before and after nasal decongestion and spirometry with bronchodilation test. The Control of Allergic Rhinitis and Asthma Test for children (CARATkids) was used for these diseases concurrent subjective control evaluation. Associations between objective and subjective scores were investigated by multiple linear regression models. b. Analytical laboratorial study using untargeted metabolomics analysis by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of urine and saliva samples collected from each child. Spectroscopic and clinical data were subjected to statistical analysis including multivariable and univariable approaches. Additionally, exhaled breath condensate (EBC) samples were collected from volunteers, together with room air samples, which were analyzed by NMR spectroscopy. The resulting spectra were compared.Results: The estimated prevalence of current asthma in children was 8.4% (95% confidence interval (CI) 6.6%-10.7%). The prevalence of rhinitis and of physician-diagnosed asthma in the elderly were estimated to be 29.8% (95%CI 28.4%-31.3%) and 10.9% (95%CI 9.9%-11.9%), respectively. A strong association between asthma and rhinitis at the population-level was found both in children (odds-ratio (OR) 5.2, 95%CI 3.1-8.9) and in the elderly (OR varying from 8.3, 95%CI 6.1-11.4 in mild intermittent rhinitis to 39.9, 95%CI 27.5-58.0 in moderate-severe persistent rhinitis). In the cohort study, atopy and rhinitis at preschool-age were independent risk factors for asthma persistence in adolescence (OR 11.8, 95%CI 4.0-34.6, and OR 10.4, 95%CI 3.7-29.1, respectively). Three distinct early childhood wheezing phenotypes were identified, which were predictive of asthma persistence, use of control treatments and lung function in school-age and adolescence. Multimorbidity, particularly rhinitis, with or without associated atopy, tended to predict a worse prognosis. In the nasal and lung function study, baseline and decongested PNIF correlated with baseline and post-bronchodilation peak expiratory flow (PEF) and forced expiratory volume in one second (FEV1) in school-aged children, observed independently of rhinitis and asthma diagnosis. The best linear regression model for PNIF included the variables PEF, age and gender. In children with allergic rhinitis and asthma, no association was found between PNIF and CARATkids scores, except for nasal obstruction self-report. Untargeted metabolomics analysis of saliva and urine samples revealed a subset of the spectral areas significantly different in the children with allergic rhinitis and asthma, compared to healthy controls. Some metabolites contributing to these variables were identified: arginine, taurine, citrate and aspartate (in saliva), and quinolinate, butyrate, pantothenate, gluconate, pseudouridine and lysine (in urine). Urinary quinolinate, butyrate and pantothenate concentrations correlated with spirometric parameters, while quinolinate, gluconate and pseudouridine concentrations correlated with exhaled nitric oxide (FeNO) levels. Urinary quinolinate and salivary citrate and aspartate were associated with multiple allergenic sensitization. The EBC metabolic profile was found to be highly comparable to the ambient air spectral composition. Discussion and Conclusions: These were the first population-based nationwide epidemiologic studies reporting asthma symptoms prevalence among all pediatric ages, and rhinitis prevalence, its classification and association with asthma in the elderly. Our results further support that asthma is a common disease in children and the elderly, frequently associated with rhinitis. In early childhood, the presence of multimorbidity, particularly rhinitis with or without associated atopy, tended to predict a worse prognosis of recurrent wheezing regarding asthma persistence and impaired lung function in later childhood and adolescence. These results reinforce the need for a global, integrated care pathway in asthma and rhinitis, since early ages. In this integrated assessment, PNIF may provide complementary objective information to subjective concurrent control assessment of allergic rhinitis and asthma in school-aged children. The results suggested that PEF values should ideally be considered, besides age and gender, when interpreting PNIF values in this age group. Exploratory metabolomics revealed differentiating subsets of NMR spectral features in saliva and urine associated with allergic rhinitis and asthma multimorbidity in children, generating hypotheses to be further analyzed. The results obtained in the EBC metabolic profile analysis reinforced the importance of ambient air controls during samples collection and the need for analytical procedures to distinguish exogenously originated metabolites in EBC. In summary, the results presented in this dissertation added compelling information for an integrated, global assessment of asthma together with rhinitis, in clinical practice and in research. We foresee the clinical general application of nasal and lung function evaluation in a global airways assessment strategy. The differentiating subsets of metabolites found in exploratory metabolomics analysis stimulate further studies in order to validate our findings, followed by the identification of molecules/metabolic pathways involved, its role in allergic rhinitis and asthma pathophysiology and ultimately the potential as (novel) therapeutic targets

Abstract Book

Proceedings of APP 11th ANNUAL CONVENTION AND 5th INDO SWISS CONFERENCE 16 – 17, DEC-2022 &nbsp

Current Perspectives on Viral Disease Outbreaks

The COVID-19 pandemic has reminded the world that infectious diseases are still important. The last 40 years have experienced the emergence of new or resurging viral diseases such as AIDS, ebola, MERS, SARS, Zika, and others. These diseases display diverse epidemiologies ranging from sexual transmission to vector-borne transmission (or both, in the case of Zika). This book provides an overview of recent developments in the detection, monitoring, treatment, and control of several viral diseases that have caused recent epidemics or pandemics

Saliva continine levels of babies and mothers living with smoking fathers under different housing types in Hong Kong: a cross-sectional study

Paper Session 15 - The Challenge of Second-Hand Smoke: PA15-3BACKGROUND: After the Smoking Ordinance enacted in HK since 1/2007, shifting of smoking from outdoor to home was found, home becomes a major source of secondhand smoke (SHS) exposure of nonsmokers. OBJECTIVES: It aimed to assess the SHS exposure of babies and mothers living with smoking fathers of two housing types by using a biomarker. METHODS: Trios of smoking father, non-smoking mother and a baby under 18-months were recruited from Maternal and Child Health Centres (MCHCs) from 6/2008 to 10/2009. Consented couples completed the baseline survey including demographic data, fathers’ household smoking behaviors and mothers’ actions in protecting babies from household SHS exposure. Saliva samples from baby and mother were collected and then sent to the National University of Singapore for cotinine analyses. Log-transformations were used for the saliva cotinine due to skewed data. There were 2 housing types (public/private) and father was asked if they smoked at home (yes/no). MANOVA was used to compare the babies’ and mothers’ cotinine levels when fathers smoked at home under the 2 housing types. RESULTS: 1,158 trios were consented. 1,142 mothers’ and 1,058 babies’ samples were assayed. The mean age of the fathers and mothers was 35.5(±7.0) and 31.2(±4.9). The mean mothers’ cotinine level was 12.15ng/ml (±61.20) while babies’ was 2.38ng/ml (±6.01). 606 and 501 trios were living in public and private housing. Fathers’ smoked at home led to higher mothers’ and babies’ saliva cotininary (mean log of mothers’ cotininary: 0.14±0.62 vs. 0.05±0.55, p=0.06; babies: 0.16±0.38 vs. 0.07±0.34, p=0.003). Housing types influenced babies’ cotinine level (public: 0.17±0.37; private: 0.10±0.36, p=0.01). MANOVA showed that fathers smoked at home (Λ=0.99, p=0.01) and housing types (Λ=0.99, p=0.01) were positively related to the saliva cotinine levels. CONCLUSIONS: Father smoked at home and the housing types have greater impact on babies’ saliva cotininary, showing that they were highly exposed at home and in public housing environment. HK government should promote smoke-free homes and to provide more smoking cessation services to minimize the household SHS exposure to babiespublished_or_final_versio