Assessing environmental pollution in birds: a new methodological approach for interpreting bioaccumulation of trace elements in feather shafts using geochemical sediment data

Environmental trace element composition can have an important impact on ecosystem and population health as well individual fitness. Therefore, carefully assessing bioaccumulation of trace elements is central to studies investigating the ecological impact of pollution. Colonial birds are important bioindicators since non-invasive sampling can easily be achieved through sampling of chick feathers, which controls for some confounding factors of variability (age and environmental heterogeneity). However, an additional confounding factor, external contamination (ExCo), which remains even after washing feathers, has frequently been overlooked in the literature. We developed a new method to reliably interpret bioaccumulation of 10 trace elements (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Sn and Zn) in feathers using chicks of a colonial species: the Greater Flamingo, Phoenicopterus roseus. First, only shafts were used to remove ExCo retained in vanes. Secondly, we applied a thorough washing procedure. Thirdly, we applied a new analytical method to control for ExCo, which assumes that ExCo is mainly due to adhered sediment particles and that the relative concentration of each trace element will be similar to the sediment geochemical composition of sampling sites. We validated this new methodology by comparing trace element composition and particle composition (by scanning electron microscopy and mass spectrometry) of washed and unwashed feathers. The washing procedure removed >99% of K indicating that most of the ExCo from salt was removed. Scanning electron microscopy and mass spectrometry revealed that some sediment particles remained after washing, especially clays which are likely to severely bias bioaccumulation interpretation. We successfully controlled for ExCo by calculating the ratio of ExCo due to sediment using the geochemical fingerprint of sediment samples. Our methodology leads to conservative estimates of bioaccumulation for As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Sn and Zn. We have validated a new more reliable method of analysing trace element concentrations in feathers, which effectively controls for ExCo, if geochemical sediment data can be meaningfully compared to ExCo of feathers. We have demonstrated that overlooking ExCo leads to potentially erroneous conclusions, and we urge that the method applied in this study be considered in future studies.Peer Reviewe

Global Levels of Histone Modifications in Peripheral Blood Mononuclear Cells of Subjects with Exposure to Nickel

Background: Occupational exposure to nickel (Ni) is associated with an increased risk for lung and nasal cancers. Ni compounds exhibit weak mutagenic activity, cause gene amplification, and disrupt cellular epigenetic homeostasis. However, the Ni-induced changes in global histone modification levels have only been tested in vitro

Relationship Between Anti-DFS70 Autoantibodies and Oxidative Stress

Background: The anti-DFS70 autoantibodies are one of the most commonly and widely described agent of unknown clinical significance, frequently detected in healthy individuals. It is not known whether the DFS70 autoantibodies are protective or pathogenic. One of the factors suspected of inducing the formation of anti-DFS70 antibodies is increased oxidative stress. We evaluated the coexistence of anti-DFS70 antibodies with selected markers of oxidative stress and investigated whether these antibodies could be considered as indirect markers of oxidative stress. Methods: The intensity of oxidative stress was measured in all samples via indices of free-radical damage to lipids and proteins such as total oxidant status (TOS), concentrations of lipid hydroperoxides (LPH), lipofuscin (LPS), and malondialdehyde (MDA). The parameters of the non-enzymatic antioxidant system, such as total antioxidant status (TAS) and uric acid concentration (UA), were also measured, as well as the activity of superoxide dismutase (SOD). Based on TOS and TAS values, the oxidative stress index (OSI) was calculated. All samples were also tested with indirect immunofluorescence assay (IFA) and 357 samples were selected for direct monospecific anti DFS70 enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) testing. Results: The anti-DFS70 antibodies were confirmed by ELISA test in 21.29% of samples. Compared with anti-DFS70 negative samples we observed 23% lower concentration of LPH (P =.038) and 11% lower concentration of UA (P =.005). TOS was 20% lower (P =.014). The activity of SOD was up to 5% higher (P =.037). The Pearson correlation showed weak negative correlation for LPH, UA, and TOS and a weak positive correlation for SOD activity. Conclusion: In samples positive for the anti-DFS70 antibody a decreased level of oxidative stress was observed, especially in the case of samples with a high antibody titer. Anti-DFS70 antibodies can be considered as an indirect marker of reduced oxidative stress or a marker indicating the recent intensification of antioxidant processes

Application of grey system theory to modeling and forecasting in machine condition monitoring

Praca przedstawia metodologię budowy szarego modelu pierwszego rzędu przydatnego w prognozowaniu stanu za pomocą symptomów drganiowych. Pokazano na przykładach, że szare modele mogą mieć zastosowanie w diagnostyce maszyn prostych, dla których wystarcza podejście jedno symptomowe, jak też w diagnostyce wielo uszkodzeniowej obiektów złożonych. Zastosowano tu metodę szarych systemów Deng'a z odcinkowym prognozowania tzw. ślizgającym okienkiem, zaczerpniętą z najnowszej literatury przedmiotu.The paper presents methodology of grey system theory and the first order grey model GM(1,1), which can be applied for the machine condition forecasting using vibration symptoms, and rolling forecasting window. Basing on real data taken from vibration condition monitoring, it was shown successfully one step forecasting with the grey model applied to condition observation by one symptom only. It was shown also, that in case of multidimensional condition monitoring one can apply the same methodology to the generalized symptom of condition, obtained from singular value decomposition of symptom observation matrix

Condition assessment in unstationary working regime and random component of observation vector in multidimensional machinery diagnostics

Symptomy diagnostyczne wielu diagnozowanych obiektów mają dużą wrażliwość na zakłócenia. Zatem symptomowa macierz obserwacji (SMO) ma składową przypadkową. Może to zachodzić z tytułu niekontrolowanej zmiany obciążenia. Ma to istotny wpływ na końcową ocenę stanu obiektu. Jako remedium w pracy zaproponowano uśrednianie początkowej wartości symptomów, a dopiero następnie zastosowanie rozkładu względem wartości szczególnych (SVD). Jak się okazuje to proste pociągnięcie może przynieść liczące się rezultaty w podwyższeniu stabilności i diagnostycznej informatywności wyników przetwarzania SMO.Machine symptoms of condition of many diagnosed object have some sensitivity to disturbances, either of stochastic nature or as the load sensitivity, if machine works in nonstationary regime. As a remedy to this inconvenience we can apply the averaging of initial symptom value before classical application of singular value decomposition (SVD). As it is shown in the paper, this simple preprocessing can bring us the good result in the stability and diagnostic information value of applied symptoms

Multidimensional vibration condition monitoring of nonstationary systems in operation by symptom rescaling

Wiele obiektów krytycznych pracuje niestacjonarnie, a większość symptomów stanu technicznego zależy co najmniej od chwilowego obciążenia i warunków pracy. Zatem diagnostyka takich obiektów powinna mieć możliwość reskalowania odczytów symptomów do obciążenia znamionowego. Praca pokazuje taką możliwość dla przypadku wielowymiarowej symptomowej macierzy obserwacji, uzupełniając w ten sposób możliwości diagnozowania wielowymiarowego na przypadek niestacjonarnej pracy obiektów krytycznych.Many critical mechanical systems operate in a nonstationary regime (load), and many observed symptoms of its condition depend in a some way on a system load and/or environmental conditions. Hence the condition monitoring of a such systems ought to have some possibility of rescaling of observed symptoms to a standard load condition. This paper shows such a possibility of a symptoms rescaling in application to multidimensional vibration condition monitoring. It is shown on some real example of vibration condition monitoring, that rescaling of symptoms can make more reliable the assessment of current system condition, as well as its prognosis

Analiza widma szczególnego jako metoda wygładzania zmienności obciążenia

Application of SVD to fault extraction from the machine symptom observation matrix (SOM) seems to be validated enough, especially by data taken from many real diagnostic cases. However, frequently we have situation of varying machine load during the production process, where by observed primary symptoms are influenced greatly. This concerns generalized symptoms too, so decision making process and forecasting is disturbed. But we can apply some new data smoothing procedure called singular spectrum analysis (SSA), to eliminate load influenced symptom fluctuation, and obtain the machine wear trend only. This seems to be true, as it was shown in the paper, but special care should be taken to choose smoothing approximation order properly.Zastosowanie rozkładu SVD do wydobycia informacji o uszkodzeniu z symptomowej macierzy obserwacji (ang. SOM) wydaje się być wystarczająco uzasadnione, szczególnie dla danych pochodzących z wielu rzeczywistych przypadków diagnostycznych. Jednakże w wielu przypadkach mamy do czynienia z sytuacją zmiennych obciążeń maszyny podczas procesu produkcji, silnie wpływających na obserwowane symptomy. Dotyczy to także symptomów uogólnionych, co utrudnia proces podejmowania decyzji i prognozowania. Możemy jednak zastosować pewną nową procedurę wygładzania nazywaną analizą widma szczególnego (ang. SSA), aby wyeliminować obciążenia wpływające na fluktuacje symptomu i otrzymać tylko trend zużycia maszyny. Wydaje się to być prawdą, jak zostało pokazane w pracy, jednak z zachowaniem szczególnej uwagi w poprawnym wyborze rzędu przybliżenia w procedurze wygładzania

Application of evolution of singular values in multisymptom diagnostics of machines

W pracy przedstawiono możliwość obserwacji wartości szczególnych ewoluujących w czasie jako wielkości niosących informację diagnostyczną. Aby wykazać przydatność wartości szczególnych w tym zakresie dokonano wielu symulacji numerycznych. Wykazano w nich, że obserwując zmiany wartości szczególnych uzyskanych z rozkładu SVD w czasie życia maszyny, należy zwrócić uwagę na występowanie punktów zwrotnych. Występowanie tych punktów może świadczyć o skokowej zmianie wartości symptomów (np. pęknięcia struktury). Fakt wystąpienia takiego skoku może zostać łatwo przeoczony ze względu na zmienne parametry robocze maszyny, które z kolei wpływają na wartości mierzonych symptomów a także symptomów uogólnionych po rozkładzie SVD. Wartości szczególne są prawie nie wrażliwe na zmiany parametrów roboczych, tak więc łatwiej wychwycić tego typu skoki w ich ewolucji niż bezpośrednio w symptomie. W pracy przedstawiono także przykład zastosowania proponowanej metody dla rzeczywistych danych diagnostycznych pochodzących z łożysk tocznych.The paper presents a possibility of observation of singular values evolving in time as quantities carrying diagnostic information. To prove the usefulness of singular values for this purpose many numerical simulations have been conducted. It has been proved that when observing changes of singular values obtained from SVD during the lifetime of a machine, the appearance of reversal points must be taken into account. The appearance of such points may prove that the symptom values change abruptly (eg. structure cracking). The appearance of such an abrupt change can easily be overlooked because of variable working parameters of the machine, which influence the values of measured symptoms and generalized symptoms after SVD. Singular values are almost insensitive to changes of working parameters, so it is easier to pick out such changes in their evolution than directly in symptoms. The paper also presents an example of application of the proposed method for real diagnostic data obtained from ball bearings