TRANSPORT BY COHERENT BAROTROPIC VORTICES

▪ Abstract  This article reviews the transport properties of coherent vortices in rotating barotropic flows. It is shown that vortices induce regular Lagrangian motion inside their cores and are highly impermeable to inward and outward particle fluxes. Passive tracers can be trapped inside vortex cores for long times and are transported by the vortex motion over large distances. Absolute dispersion in vortex-dominated flows is discussed by studying particle dynamics in 2D turbulence, point-vortex systems, and subsurface float trajectories in the ocean. Finally, it is shown that anticyclonic coherent vortices in cyclonically rotating reference frames can concentrate heavy impurities (e.g. dust grains) in their cores. This process may play an important role in the formation of planetesimals in the early solar nebula

Slow and fast dynamics in coupled systems: A time series analysis view

We study the dynamics of systems with different time scales, when access only to the slow variables is allowed. We use the concept of Finite Size Lyapunov Exponent (FSLE) and consider both the case when the equations of motion for the slow components are known, and the situation when a scalar time series of one of the slow variables has been measured. A discussion on the effects of parameterizing the fast dynamics is given. We show that, although the computation of the largest Lyapunov exponent can be practically infeasible in complex dynamical systems, the computation of the FSLE allows to extract information on the characteristic time and on the predictability of the large-scale, slow-time dynamics even with moderate statistics and unresolved small scales.Comment: 17 pages RevTeX, 6 PostScript figures, tarred, gzipped, uuencoded. Submitted to Physica

Generation of large-scale winds in horizontally anisotropic convection

We simulate three-dimensional, horizontally periodic Rayleigh-B\'enard convection between free-slip horizontal plates, rotating about a distant horizontal axis. When both the temperature difference between the plates and the rotation rate are sufficiently large, a strong horizontal wind is generated that is perpendicular to both the rotation vector and the gravity vector. The wind is turbulent, large-scale, and vertically sheared. Horizontal anisotropy, engendered here by rotation, appears necessary for such wind generation. Most of the kinetic energy of the flow resides in the wind, and the vertical turbulent heat flux is much lower on average than when there is no wind

L'APPORTO DI IODIO CONDIZIONA LA FREQUENZA E IL TIPO DI MALATTIA TIROIDEA: L'INDAGINE DI PESCOPAGANO

Introduzione Lo iodio è un componente essenziale degli ormoni tiroidei ed è introdotto principalmente con la dieta. La carenza di iodio comporta conseguenze differenti sulla salute umana che vanno da difetti di sviluppo del sistema nervoso centrale durante la vita fetale, alla formazione di gozzo negli adulti, tali conseguenze sono identificate con il nome di “iodine deficiency disorders” (IDD). IDD sono uno dei principali problemi di salute pubblica: si stima che circa il 29% della popolazione mondiale vive in aree a carenza iodica. La iodoprofilassi mediante sale iodato si è rivelata una misura efficace nel ridurre la prevalenza di IDD. La nutrizione iodica se da un lato esercita un ruolo centrale nel prevenire lo sviluppo di IDD, dall’altro introduce un cambiamento dell’epidemiologia delle malattie tiroidee nel loro complesso: nelle aree a carenza iodica la tireopatia prevalente è l’ipertiroidismo non autoimmune, in aree sottoposte a iodoprofilassi, in condizioni di aumentato apporto iodico, si osserva un incremento dell’autoimmunità tiroidea. A supporto degli studi epidemiologici ci sono anche studi su modelli animali: l’eccesso di iodio puo’ peggiorare una tiroidite autoimmune spontanea in animali geneticamente predisposti. Secondo quanto riportato in letteratura, un possibile meccanismo responsabile dell’incremento di autoimmunità tiroidea, conseguente all’aumentato apporto iodico, è in relazione alla maggiore “iodizzazione” della tireoglobulina che aumenterebbe la sua “immunogenicità” attraverso l’esposizione di antigeni cripitici. Nel 1995 è stato condotto dal nostro gruppo uno studio a Pescopagano, un paese dell’Italia Meridionale a lieve-moderata carenza iodica e relativamente isolato, per cui i fattori genetici ed ambientali non hanno subito sostanziali cambiamenti negli anni. In questo studio è stata tracciata una “prima mappa” delle tireopatie in condizioni di carenza iodica. Dopo il 1995 la popolazione di Pescopagano è stata resa consapevole delle conseguenze della carenza iodica e, supportata dalle autorità locali, ha fatto uso del sale iodato su base volontaria. Questo processo è stato intensificato nel 2005 quando il Parlamento Italiano ha approvato la legge per la iodioprofilassi che prevede che sia il sale iodato e sia non-iodato devono essere disponibili in qualsiasi punto vendita ma il sale non-iodato deve essere fornito e venduto soltanto su specifica richiesta del consumatore. Nel 2010, a distanza di 15 anni dalla introduzione della iodoprofilassi volontaria, il nostro gruppo di studio è ritornato a Pescopagano con lo scopo di valutare i cambiamenti indotti dalla iodoprofilassi. Scopo della tesi Scopo del presente lavoro è stato quello di valutare nella popolazione di Pescopagano, un paese a lieve moderata carenza iodica sottoposta a iodoprofilassi, i cambiamenti indotti dall’apporto iodico sulla epidemiologia delle malattie tiroidee con particolare riguardo agli effetti sull’ autoimmunità tiroidea. Soggetti e Metodi La realizzazione dello studio si compone di due parti: -Nella prima parte abbiamo analizzato i cambiamenti indotti dalla iodoprofilassi sulla epidemiologia delle malattie tiroidee. A tal fine abbiamo confrontato la popolazione di Pescopagano del 1995 (prima della iodoprofilassi) con quella del 2010 (a distanza di 15 anni dalla introduzione della iodoprofilassi). Nel 1995 sono stati esaminati 1411 soggetti residenti a Pescopagano (634 maschi 777 femmine). Nel 2010 sono stati esaminati 1148 soggetti residenti a Pescopagano ( 468 maschi e 680 femmine) -Nella seconda parte dello studio abbiamo analizzato: 1. la relazione tra apporto iodico ed autoimmunità tiroidea Per questo scopo abbiamo ristretto l’analisi alla sola indagine del 2010 sfruttando l’osservazione che nella popolazione del 2010 si possono distinguere due sottopopolazioni con differente apporto iodico (consumatori di sale iodato=CSI con piu’ alto apporto iodico, escrezione urinaria di iodio (EUI) 112 µg/L e non consumatori di sale iodato=N-CSI con piu’ basso apporto iodico, EUI 86,5 µg/L) ed in entrambe abbiamo valutato i parametri di autoimmunità tiroidea: positività e livelli di anticorpi anti-tiroide (TAc), ipoecogenicità della ghiandola tiroidea, ipotiroidismo. Per ampliare la numerosità della popolazione del 2010, abbiamo esteso l’indagine, oltre che ai 1148 residenti a Pescopagano, anche a soggetti residenti nei paesi immediatamente circostanti e con le stesse abitudini alimentari per un totale di 1295 soggetti: -906 CSI (70%) -389 N-CSI (30%) 2. i possibili meccanismi responsabili degli effetti dell’apporto iodico sull’autoimmunità tiroidea: basandoci su quanto riportato in letteratura secondo cui l’aumentato apporto iodico, aumentando la “iodizzazione” della tireoglobulina ne aumenta anche l’ immunogenicità, abbiamo voluto valutare se l’aumentato apporto iodico è in grado di modificare il “pattern epitopico” della tireoglobulina riconosciuto dagli anticorpi anti-tireoglobulina (TgAc). A tal fine abbiamo confrontato il “pattern epitopico” riconosciuto dai TgAc dei soggetti appartenenti alle due sottopopolazioni del 2010 con differente apporto iodico (16 soggetti CSI vs 17 soggetti N-CSI), mediante l’inibizione del legame dei TgAc alla tireoglobulina da parte dei TgAc Fab in ELISA. Risultati 1. Apporto iodico ed epidemiologia delle malattie tiroidee -EUI L’ EUI è risultata significativamente più alta nel 2010 (valore mediano 98,0 µg/L, IR 58,0-159,5 µg/L) rispetto al 1995 (valore mediano 55,0 µg/L, IR 35,9-99,1 µg/L), p<0,0001. -Gozzo La prevalenza del gozzo (diffuso e nodulare) è risultata significativamente più bassa nel 2010 (296/1148, 25,8%) rispetto al 1995 (650/1411, 46,1%), p<0,0001. La bassa prevalenza di gozzo è dovuta soprattutto alla riduzione del gozzo diffuso che è stato completamente eradicato nella popolazione infantile. -Autonomia funzionale tiroidea (FTA) Nel 2010 l’FTA è risultata significativamente più bassa rispetto al 1995 nelle classi di età piu’ giovani (soggetti < 45 anni: 3/579, 0,5% nel 2010 vs 25/1010, 2,5% nel 1995, Fischer test p = 0,004). -Ipertiroidismo La frequenza dell’ipertiroidismo non-autoimmune è risultata significativamente più bassa nel 2010 rispetto al 1995 in soggetti di classe di età piu’ avanzata (soggetti > 45 anni: 8/569, 1,4% nel 2010 vs 18/401, 4,5%, nel 1995, p= 0,03). -Ipotiroidismo La frequenza complessiva di ipotiroidismo nel 2010 (57/1148, 5,0%) ed è risultata significativamente piu’ alta rispetto al 1995 (40/1411, 2,8%), p=0,005. Tale incremento è dovuto soprattutto ad un’aumentata frequenza di ipotiroidismo subclinico nei soggetti <15 anni di età (7/83, 8,4% nel 2010 vs 0/419, 0,0%, nel 1995, p<0,0001). -Tiroidite di Hashimoto La frequenza di positività dei TAc è risultata significativamente piu’ alta nel 2010 (224/1148, 19,5%) rispetto al 1995 (178/1411, 12,6%), p<0,0001. In linea con questi risultati, la frequenza di tiroidite di Hashimoto è risultata significativamente piu’ alta nel 2010 (167/1148, 14,5%) rispetto al 1995 (50/1411, 3,5%), p<0,0001. 2. Apporto iodico ed autoimmunità tiroidea -La frequenza della positività dei TgAc, è risultata significativamente piu’ alta in condizioni di aumentato apporto iodico: più alta nei CSI (171/906, 18,9%) rispetto a N-CSI ( 53/389, 13,6%) p= 0,02. -La frequenza della forma di tiroidite di Hashimoto con autoimmunità piu’ marcata (alti livelli di TAc e “pattern tiroiditico” della ghiandola alla ecografia), è risultata piu’ alta in condizioni di maggior apporto iodico, sia considerando i TgAc e sia gli anticorpi anti-tireoperossidasi (TPOAc): infatti la percentuale di soggetti con alti livelli di TgAc e “pattern tiroiditico” era 50,8% (33/65) nei CSI, significativamente più alta rispetto a N-CSI (13,6%, 3/22), p=0,005; la percentuale di soggetti con alti livelli di TPOAc e “pattern tiroiditico” era 61,5% (40/65) nei CSI, significativamente più alta rispetto a N-CSI (31,8%, 7/22), p=0,01; -L’apporto iodico cambia “il pattern epitopico” della tireoglobulina riconosciuto dai TgAc: i livelli di inibizione da parte dei TgAc- Fab per la regione B sono risultati significativamente più alti nei CSI rispetto a N- CSI ( 27.5%,6,5-48,3% vs 3%, 0-20,5%, p= 0,047). Conclusioni Nel presente studio, dopo l’introduzione della iodoprofilassi abbiamo osservato: - incremento significativo dell’EUI - cambiamenti significativi nella epidemiologia delle tireopatie: • scomparsa del gozzo diffuso nelle classi d’età piu’ giovani (<15 anni) e significativa riduzione della prevalenza del gozzo, in particolare del gozzo diffuso, nelle classi di maggiore età, • significativa riduzione della prevalenza dell’autonomia funzionale • significativa riduzione della prevalenza dell’ipertiroidismo non-autoimmune • significativo incremento della prevalenza della tiroidite di Hashimoto • significativo incremento della prevalenza dell’ipotiroidismo (in particolare dell’ipotiroidismo subclinico) -aumento dell’autoimmunità tiroidea: • piccole variazioni dell’ EUI determinano cambiamenti dell’autoimmunità tiroidea a vari livelli: - sia aumento della frequenza del “fenotipo autoimmunitario piu’ blando”, caratterizzato dalla sola positività dei TAc in particolare dei TgAc. - sia aumento della frequenza “del fenotipo autoimmunitario piu’ marcato” (alti livelli di TAc e “pattern tiroiditico” della ghiandola alla ecografia). • L’aumento dei TgAc conseguente all’aumentato apporto iodico è associato ad un cambiamento delle caratteristiche antigeniche della tireoglobulina. Sebbene variazioni dell’apporto iodico possano determinare cambiamenti nella epidemiologia delle malattie tiroidee ed aumento dell’autoimmunità tiroidea, tuttavia i benefici della correzione della carenza iodica superano di gran lunga i rischi ed eventuali effetti avversi iodo-indotti possono essere quasi interamente evitati da uno stretto monitoraggio della iodoprofilassi