Elena De La Torre Medrano Ana Goreti Jurado Herrera

Elena de la Torre Medrano Ana Goreti Jurado Herrera (Coordinadoras) Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

DIRECTORIO COMITÉ EDITORIAL DEL ICB Ricardo Duarte Jáquez Daniel Constandse Cortez Rector Alejandro Martínez Martínez David Ramírez Perea Eduardo Pérez Eguía Secretario General Beatriz Aracely Díaz Torres Salvador D. Nava Martínez Manuel Loera de la Rosa Irma Delia Enriquez Anchondo Secretario Académico

Luis Enrique Gutiérrez Casas Coordinador General de Investigación y Posgrado

Daniel Constandse Cortez Director del icb

Alejandro Martínez Martínez Jefe del Departamento de Ciencias Químico Biológicas

Ramón Chavira Chavira Director General de Difusión Cultural y Divulgación Científica

Jorge Alberto Pérez León Coordinador Editorial

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICO BIOLÓGICAS, INSTITUTO DE CIENCIAS BIOMÉDICAS

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la uacj / Universidad Autó- noma de Ciudad Juárez, Coordinación General de Investigación y Posgrado. Vol. 12.

(2014). Ciudad Juárez, Chih.: uacj, 2014. v. ; 21 cm. Seriada.

Apoyado con Recursos pifi

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la uacj Vol. XII, núm. Especial, 2014, es una publicación semestral editada por la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, a través del Instituto de Ciencias Biomédicas y de la Coordinación General de Investigación y Posgrado del icb y el Departamento de Ciencias Básicas. Editor responsable: Jorge Alberto

Pérez León. Reserva al uso exclusivo otorgada por INDAUTOR Núm. 04-2013-03221300-5400-102 y el issn 2007-042X. Copyright © UACJ. Esta obra se terminó de imprimir en noviembre de 2014 en los talleres de la Imprenta Universitaria de la UACJ, Edificio R, campus ICB, Av. Hermanos Escobar y Av. Plutarco Elías Calles, zona Pronaf, C.P. 32310. Ciudad Juárez, Chihuahua, México. Tiraje: 100 ejemplares. Los manuscritos propuestos para publicación en esta revista deberán ser inéditos y no haber sido sometidos a consideración a otras revistas simultáneamente. Al enviar los manuscritos y ser aceptados para su publicación, los autores aceptan que todos los derechos se transfieren a Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la uacj, quien se reserva los de reproducción y distribución, ya sean fotográficos, en micropelícula, electrónicos o cualquier otro medio, y no podrán ser utilizados sin permiso por escrito deCiencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la uacj; véase, además, notas para autores. Permisos para otros usos: el propietario de los derechos no permite utilizar copias para distribución en general, promociones, la creación de nuevos trabajos o reventa.

http://www.uacj.mx/DGDCDC/SP/Paginas/CienciaenlaFrontera.aspx VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

CONTENIDO

Materiales semiconductores depositados por baño químico para su aplicación en dispositivos electrónicos flexibles A. Carrillo Castillo R.C. Ambrosio Lázaro C.A. Rodríguez González L.E. Flores García S.J. Castillo M.A. Quevedo López...... 13

Prevalencia y factores de riesgo de infección con N. gonorrhoeae y C. trachomatis entre mujeres universitarias de Ciudad Juárez B.A. Díaz-Apodaca, D. Reyes Ruvalcaba, J.A. Araujo Gonzalez, M.F. Cabrera Martínez...... 19

Frecuencia del Carcinoma Adenoideo Quístico en el Hospital General Calixto García, de La Habana, Cuba Alejandro Donohue Cornejo Ana Dolores Mori Estevez Guillermo Sánchez Acuña Dalia Abril Guzmán Gastelum Raúl A. Sánchez Rubio Gerardo de la Torre Morán Salvador D. Nava Martínez Luis A. Gaitán Cepeda...... 27

Pulpo: herramienta de software para evaluar algoritmos de asignación de tareas en una red de computadoras J.I. Hernández Youness El Hamzaoui Víctor Morales...... 33 VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Estimación y caracterización del canal de comunicación en redes vehiculares Víctor Manuel Hinostroza Zubía Ramsés Román García Martínez...... 45

El pensamiento docente acerca de su práctica, su interacción institucional y factores que facilitan u obstaculizan su gestión docente Ma. Teresa Graciela Manjarrez G., Alfredo Limas Hernández...... 55

Diseño de un enfoque innovador para construir posiciones de graficación para datos de evaporación de El Paso, Texas, EUA Quevedo Urías, H. Domínguez Chicas, A...... 63

Evaluación de los métodos de tinción: Ziehl-Neelsen vs Truant para micobacterias David Reyes Ruvalcaba Jesús Ángel Araujo Glez. Laura Hernández...... 73

Estudio de caracterización físico-química del agua del Río Conchos, para la construcción de índices de calidad de agua (ICA) Sergio Saúl Solís Miguel Domínguez Acosta Edith Flores Tavizon Magdalena Grijalva Alfaro César Pérez Barrón Jaime Romero González...... 81

Fabricación de carbón activado a partir de cáscara de cacahuate para la remoción de un colorante orgánico Torres-Pérez, J.1. Solache-Ríos, M.J. Lara-Ceballos, J.L. Corral-Avitia, A.Y. Carrasco-Urrutia, K.A...... 105 VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Morfología y germinación de semillas de ocho especies de Opuntioideaes del área de Samalayuca Ángel de Jesús Chávez Martínez José Valero Galván...... 111

VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

ABSTRACTS

Soft Chemistry toward Semiconductor Materials and Flexible Devices A. Carrillo Castillo R.C. Ambrosio Lázaro C.A Rodríguez González L.E. Flores García S.J. Castillo M.A. Quevedo López...... 13

The aim of the research is to develop a low cost, high stability and high performance materials based on chalcogenide semiconductor technology by chemical bath deposition, for future application in flexible electronic devices. We have been controlled different reaction parameters of chemical bath, as time, temperature and precursors concentration to development materials as lead sulfide and cadmium sulfide, these materials as a model of semiconductors alternatives to silicon. The materials have been characterized microstructural and electrically. Key words: Lead sulfide, Cadmium sulfide, Chemical bath deposition, Semiconductors

Prevalence and risk factors for infection with N. gonorrhoeae and C. trachomatis among college women of Ciudad Juarez B.A. Díaz-Apodaca D. Reyes Ruvalcaba J.A. Araujo Gonzalez M.F. Cabrera Martinez...... 19

The WHO estimates that ever year 500 million people are infected with any sexually transmitted disease and that are in the first five diseases categories why the adults look for health care in developing countries. Objective: To know the prevalence of N. gonorrhoeae and C. trachomatis among women 18-30 years of age from the Autonomous University of Juárez, Mexico. Methodology: A cross sectional, observational study was done; the molecular diagnosis C. trachomatis and N. gonorrhoeae was done using the PCR proposed by Wong and Ho.; the culture of N. gonorrhoeae was on agar chocolate. Results. The sample included 216 women; the total number of sexual partners range from one to 37; 29% have had ≥4 partners; 23% of the women did not have protection in their last sexual intercourse. We found a prevalence of C. trachomatis of 6% and 2.3% for N. gonorrhoeae. We found that the infected women were younger, used less protection and none had history of pregnancy, but the differences were not significant. VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Frequency of Adenoid Cystic Carcinoma at the Hospital General Calixto García, La Habana, Cuba Alejandro Donohue Cornejo Ana Dolores Mori Estevez Guillermo Sánchez Acuña Dalia Abril Guzmán Gastelum Raúl A. Sánchez Rubio Gerardo de la Torre Morán Salvador D. Nava Martínez Luis A. Gaitán Cepeda...... 27

The Adenoid Cystic Carcinoma (ACC) accounts for the 25% of malignant tumors of the salivary glands. A study was carried out at the Calixto Garcia Hospital, Havana Cuba, from January 2001 to December 2008. The cases were re-diagnosed for two expert oral pathologists, based on the diagnostic criteria of the WHO in 2005. Of the 159 cases studied 46 (28.9%) were malignant, age average 61.9 (±13.5) ranking from 33 to 86 years of age; 23 males and 23 females. The most frequent malignant tumor was the ACC with 14 cases representing the 30.4% of all tumors studied with an average age of 33 to 82 years. In our study the frequency of the Adenoid Cystic Carcinoma was higher than those studies reported in the literature in recent years. Key words: Carcinoma, Adenoid Cystic, histopathology, prevalence

Pulpo: A simulation toolkit to evaluate DAG scheduling algorithms in computer networks J.I. Hernández Youness El Hamzaoui Víctor Morales...... 33

Emerging complex applications need a considerable amount of computational resources to be solved in a computer. This has motivated the use of parallel computing in computer networks as a viable alternative to solve such applications. The idea is partitioning a complex task into smaller tasks that are executed among the different computers of the network. Partitioned applications are often abstracted as directed acyclic graphs (DAGs), in which vertices represent application tasks and edges represent data dependen- cies between tasks. DAG Scheduling algorithms are essentials in this context as they focus on minimizing the schedule length of the application. This article describes Pulpo, a simulation toolkit to evaluate DAG scheduling algorithms in computer networks. With this effort, we seek to promote the study of parallel computing among the different universities of Cd. Juárez. We show experimental results and explain an example of the API of Pulpo. Key words: Parallel computing, DAG scheduling, fault tolerance, heterogeneous computing. VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Estimation and Characterization of a wireless Communication Channel in Vehicular Networks Víctor Manuel Hinostroza Zubía Ramsés Román García Martínez...... 45

Due to constant technological advances in the area of wireless communications has become an important topic of study the implementation of wireless communication systems in vehicles. In the study of vehicular communications there are several parameters to be studied; in our case the study will be the subject of estimation and characterization of a wireless communication channel in vehicular networks. In vehicular communications protocols complex networks are used, since there are wireless networks that may be more efficient communications between vehicles than others, just as it should be to analyze the transmission channels to implement techniques to improve channel conditions in data transmission.

El pensamiento docente acerca de su práctica, su interacción institucional y factores que facilitan u obstaculizan su gestión docente Ma. Teresa Graciela Manjarrez G. Alfredo Limas Hernández...... 55

This study comes with the sole purpose of being a diagnosis tool, this being, to describe the current situation of the faculty at Universidad Autonoma of Ciudad Juarez. Moreover, its purpose is also to characterize such faculty, build a model or set of characteristic that explain the educational actions from the professors and their interaction with the institution. The topic will be divided in three points: what might be named as a reference framework of the development for higher learning quality improvement in Mexico; a quality concept in the previously mentioned higher education (HE); and finally, a quality model for the afore- mentioned higher learning. The part presented in this document is the first approach to how professors think about teaching and their relationship with the institution and the other professors within the college of biomedical sciences who attended the focal group. The professors reveal questions and thoughts about the lack of time in order to fulfill with their duties, namely the ones related with the institution. Regarding academic interests and needs, the think that there is no support in the application of pedagogical changes by the academic and administrative infrastructure. In the matter of teaching strategies, the newest trend is the implementation of mental maps. Taken from the professor’s profile desired within the institution, the clearest aspect is they have to know what to teach, the strategies, the innovations, without taking in count the rest of the functions. Regarding the institutional teaching model (constructivist) the reference is overall now well understood about centering on the student and the values it implies along with its application inside the classrooms. Key words: educational quality, evaluation, faculty thoughts, teaching and professorate practice. VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Design of an innovative approach to construct plotting positions to evaporation data of El Paso, County, Texas, USA Quevedo Urías, H. Domínguez Chicas, A...... 63

The goal of this study is the application of statistical functions to a statistical sample data o 54 years of evaporations values of El Paso County, Texas (Period 1940-2012). This study elaborated descriptive statistics to calculate measures of central tendency and variability. It also included the calculation of cumulative and density probabilities. It also calculated the mathematical function for the prediction of evaporation values using time series. Most importantly, the study tried different probability graphs to identity the most appropriate continuous probability distribution that fits the data basing the criterion on the Anderson- Darling goodness of fit test. Later, this method structured a probability plotting position as a function of the evaporation data, probability of occurrence and periods of return. This educational approach has ad- vantage of over the traditional methods that assign plotting position using hydrological data, probabilities of occurrence and return periods. The results of this research show that the continuous normal probability distribution fits the data much better than any other probability distribution basing the criterion on the Anderson-Darling goodness of fit test, whose value turned out to be 0.214. It is concluded that the present state-of-the-art technology to construct probability plotting positions is more reliable and precise than the traditional ones done on hydrological data. This information has various applications depending on the field of interest. For example, the monthly evaporation data could be of interest for agricultural purposes to quantify water for irrigation purposes. Moreover, the annual evaporation data gen that diminishes as a function of time and with ascending temperature values could be of interest to attest the effects of global warming, anthropogenic pollution and global dimming.

Evaluation of staining methods: Ziehl-Neelsen vs Truant for Mycobacteria. David Reyes Ruvalcaba Jesús Ángel Araujo Glez. Laura Hernández...... 73

Tuberculosis (TB) is a disease currently considered a reemerging by WHO, is an infectious entity whose diagnosis is vital for the timely treatment and prevention in the spread of the disease. The participation of a multidisciplinary team involved in the medical, chemical, radiologists, nutritionists and psychologists and others is required. So usually in clinical or radiological suspicion laboratory performs the intended search for acid-fast (AFB) staining bacilli by most frequently used: Ziehl-Neelsen and Truant. In this paper we present a comparison between the results of these two staining methods, in which we found a concordance with previous studies regarding the suitability of staining Truant to be more sensitive. VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

A physical-chemical characterization study, of the Conchos river water in Mexico, for the construc- tion of water quality indexes (WQI) Dr. Sergio Saúl Solís Miguel Domínguez Acosta Edith Flores Tavizon Magdalena Grijalva Alfaro Cesar Pérez Barron Jaime Romero González...... 81

Water quality is particularly important in semiarid regions where water is scarce, such as Chihuahua, México. Results from a program of physical-chemical, microbiological and metal characterization in the Conchos river, are presented in this document, which were conducted bimonthly during 2011, in seven sampling points (Bocoyna, Valle de Zaragoza, Camargo (2), Julimes, Maclovio Herrera y Ojinaga), through 870 km of its watercourse. Water Quality Indexes (WQI) were established using 18 of 46 analyzed parameters, the methodology used and its limitations are also discussed, as well as the temporal and spatial variation of the water quality indexes are also presented. Classification of the observed index results, in the general water use criteria included Acceptable and Slightly Contaminated. This is remarkable considering that low to almost drought conditions were observed during the sampling program.

Activated carbon preparation from peanut hulls for removal of an organic dye Torres-Pérez, J. Solache-Ríos, M.J. Lara-Ceballos, J.L. Corral-Avitia, A.Y. Carrasco-Urrutia, K.A...... 105

The removal of Allura red azo-dye (R40) onto activated carbon produced from peanut hulls obtained under specific conditions was carried out in this work. First and pseudo-second order adsorption kinetic models were applied for the kinetic studies. The experimental data were analyzed using Langmuir and Freundlich isotherms. Batch adsorption studies were performed for the removal of R40 from aqueous solutions by two materials obtained at 857 °C, the first one follows a simple carbonization process (PHAC-857) and the second one was prepared at the same temperature but activated with steam (PHAC-857- H2O). The zero point charge was around pH values of 9 and the maximum decreases of dye concentration occurred when raw material was activated with steam (23.3 mg/L). The results showed that the adsorption of R40 onto PHAC-857- H2O fits to pseudo second-order model, the rate constant was in 1560.88 g/mg.min and under specific activation conditions, peanut hulls present high potential to produce alternative adsorbent materials for dyes removal from aqueous solutions.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 11 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” VOLUMEN. XII,. NÚM.ESPECIAL,. 2014

Seed morphological and germination of eight Opuntioideae species growing at the Samalayuca area Ángel de Jesús Chávez Martínez José Valero Galván...... 111

The morphological characteristics of fruit, seed and seed germination of eight species of Opuntioideae was evaluated as a prerequisite to investigate specific requirements for seed germination. Variance analysis showed statistical significant differences for fruit and seed characters. Fruit and seed morphology data were subjected to clustering analysis, and results showed the divergence between the Cylyndropuntia and Opuntia genus. Acid scarification and acid scarification plus stratification at 4°C showed significant effects in germination percentages, while scarified seeds sowed in ground increased germination 35% respect control treatment. This study concluded that some morphological characteristics of fruits and seeds can be used to support further systematic studies of Opuntioideae.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 12 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 13-18, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

AVANCES DE INVESTIGACIÓN

Materiales semiconductores depositados por baño químico para su aplicación en dispositivos electrónicos flexibles

A. Carrillo Castillo,*1 R.C. Ambrosio Lázaro,2 C.A Rodríguez González,3 L.E. Flores García,4 S.J. Castillo,5 M.A. Quevedo López.6

RESUMEN El objetivo esta investigación es desarrollar a bajo costo, alta estabilidad y alto rendimiento materiales semiconductores a base de calcogenuros mediante la técnica de depósito por baño químico (DBQ) para su aplicación en dispositivos electrónicos y flexibles. Se han logrado controlar parámetros de reacción de la técnica de baño químico, como tiempo, temperatura y concentración de precursores para el desarrollo de materiales semiconductores como sulfuro de plomo y sulfuro de cadmio, estos como modelo de materiales semiconductores tipo p y tipo n alternativos al silicio con la visión de en un futuro inmediato desarrollar materiales ahora alternativos a estos. Los materiales han sido caracterizados microestructural y eléctrica- mente. Palabras clave: Sulfuro de Plomo, Sulfuro de Cadmio, Depósito por baño químico, Semiconductores

1* “Autor para correspondencia”. Doctorado en Ciencias, especialidad Ciencia de los Materiales, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Av. Del Charro 450 N. Ciudad Juárez, Chihuahua. CP. 32310, Mé[email protected]. 2 Doctorado en Ciencias, especialidad Electrónica, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. 3 Doctorado en Ciencias, especialidad Ciencia de los Materiales, Universidad de Sonora. 4 Estudiante Maestría, especialidad Ciencia de los Materiales, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. 5 Doctorado en Ciencias, especialidad Física de semiconductores, Universidad de Sonora. 6 Doctorado en Ciencias, especialidad Materiales Avanzados, Universidad de Sonora.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 13 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN n y p. La industria de semiconductores electrónicos Dentro de los procesos de depósito para dichos ha demostrado ser una vía para el desarrollo de materiales se encuentra las técnica de depósito por la economía en el país. Esta industria registra un baño químico. Esta técnica nos ofrece la posibili- crecimiento acelerado en los últimos años, pero dad de obtener películas de buena calidad, es decir surge desde los años 50 cuando los transistores películas que sean transparentes, uniformes y con sustituyen al tubo de vacío y con ello la fabricación buena adherencia al sustrato. Además ofrecen la de circuitos integrados que permitieron la miniatu- posibilidad de controlar parámetros de reacción ta- rización, reducción de costos y mayor vida útil de les como temperatura, tiempo, concentración y tipo operación de dispositivos electrónicos. de reactivos, pH y sustratos a utilizar. De este modo la búsqueda de nuevos dispositi- De esta manera el desarrollo de materiales por vos electrónicos que permitan una mayor comodi- métodos de vía húmeda para su aplicación en elec- dad en la vida del ser humano y un avance tecnoló- trónica flexible es posible, lo que involucra un co- gico, en la actualidad es todo un reto, por ello, los nocimiento completo hacia esta área de investiga- investigadores han enfocado su atención al área de ción en pleno desarrollo en México, permitiendo la electrónica flexible. Esta industria permite desarro- colaboración de instituciones extranjeras y de sus llar dispositivos electrónicos flexibles con alta tec- expertos en la fabricación y evolución de dispositi- nología generando ventas anuales de 300 billones vos eléctricos, complementaria con la experiencia de dólares por lo que implementando esta tecnolo- de investigadores mexicanos en la síntesis de mate- gía en México se generaría un gran impulso en su riales, lo que podrá dar lugar a desarrollos tecnoló- economía [1-5]. gicos y científicos importantes en el crecimiento de La industria de electrónica flexible se basa en esta área de investigación en nuestro país. el acoplamiento de circuitos electrónicos en sustratos flexibles donde los requerimientos a cumplir de METODOLOGÍA los materiales a utilizarse en esta área son: bajas Preparación de películas de PbS temperaturas de procesamiento (60-150 °C), com- Películas de PbS fueron depositadas por in- patibilidad con sustratos de plástico (flexibles) y mersión de sustratos de vidrio en una solución procesos de depósito de bajo costo [5-6]. precursora que consistía en acetato de plo-

Materiales semiconductores a base de calcoge- mo (Pb(CH3COOH)2) 0.5M, hidróxido de sodio nuros como PbS, CdS y CdTe [7-9] han sido utiliza- (NaOH) 2M, trietanolamina (C6H15NO3) 1M, y tiou- dos en el desarrollo de dispositivos electrónicos ya rea (SC(NH2)2 ) 1M. La temperatura de la solución sea como semiconductores tipo p o tipo n. A pesar fue controlada a 43 °C +/- 1 °C durante 12 minutos. de estos desarrollos, dispositivos a base de silicio Este procedimiento fue repetido una, dos y tres ve- amorfo (a-Si:H) siguen siendo los más utilizados. ces con el objetivo de obtener multicapas del ma- Esfuerzos por sintetizar otros semiconductores tipo terial. n para remplazar las altas temperaturas de proceso y altos costos de depósito que requiere la tecnolo- PREPARACIÓN DE PELÍCULAS DE CdS gía del a-Si:H hasta el momento ha impulsado el Películas de CdS fueron depositadas por inmer- desarrollar materiales alternativos a este. Además sión de sustratos de vidrio en una solución precur- aún existe la necesidad de desarrollar materiales sora que consistía en nitrato de cadmio (Cd(NO3)2) semiconductores tipo p estables y con buenas pro- 0.1M, hidracina (N2H4) 30%, solución reguladora piedades eléctricas que sean aplicables a circuitos pH 10 y tiourea (SC(NH2)2) 1M. La temperatura de metal-oxido-semiconductor (MOS) con altos rendi- la solución fue controlada a 70 °C +/- 1 °C durante mientos. Entre los materiales semiconductores de 12 minutos. Este procedimiento fue repetido una, tipo p se encuentran los materiales orgánicos que dos y tres veces con el objetivo de obtener multica- ya han sido investigados por un largo tiempo, pero pas del material. su inestabilidad al ser expuestos al aire y su incom- La estructura cristalina de los materiales fue patibilidad con algunos procesos fotolitográficos li- analizada en un difractómetro de rayos Rigaku Ul- mitan su incorporación en dispositivos funcionales. tima III X-ray con CuKα(λ) = 1.54, operado a 40kV Es por esta razón que los materiales calcogenuros y 44mA. La velocidad de barrido en 2Θ fue 0.5°/ son buenos candidatos como semiconductores tipo min. La morfología fue estudiada en un microsco-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 14 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 3) SC(NH ) + OH- CH N + H O + SH- pio electrónico de barrido JEOL JSM 7000F con un 2 2 → 2 2 2 voltaje de operación de 15 kV. Finalmente, 100 nm 4) SH- + OH- → S2- +H O de Cr fueron depositados sobre las películas me- 2 2+ 2- + - diante evaporación térmica a través del proceso de 5) [Cd(N2H4)] + S → CdS + (N2H5) + xOH “shadow mask”, para definir los contactos y determinar de esta manera sus propiedades eléctricas. A parte de obtener películas con alto grado de Éstas fueron determinadas utilizando mediciones pureza, es importante estudiar la homogeneidad de corriente (I) - voltaje (V) a temperatura ambiente estas y poder también obtenerlas a diferentes espe- en oscuridad, utilizando un analizador de paráme- sores, mejorando de esta manera sus propiedades tros de semiconductores a 4200 Keithley. finales. Generalmente, el parámetro de tiempo en DBQ está relacionado al espesor de las películas a RESULTADOS Y DISCUSIÓN desarrollar, por lo que se espera que a mayor tiem- Materiales calcogenuros depositados por la po de depósito mayor espesor. Sin embargo, es im- técnica de baño químico BQ en películas delgadas portante mencionar que los reactivos precursores regularmente se da mediante la reacción química del DBQ tienen determinado tiempo de vida, por entre una sal metálica y una fuente de azufre [10]. lo que ha determinado tiempo estos se agotan, y En esta técnica uno de los parámetros a controlar si la reacción continua se pueden obtener películas es la liberación de los iones metálicos y los iones con una superficie dañada, lo que sin duda afectara de azufre, lo que impactará en la velocidad de depó- su rendimiento. Con la intención de poder desarro- sito. Para el depósito de películas de PbS se utilizó llar películas de PbS y CdS a diferentes espesores como agente complejante que controle la liberación sin presentarse el inconveniente anterior, y poder de dichos iones la trietanolamina, y en el caso de mantener o mejorar en este caso sus propiedades películas de CdS se utilizó hidracina, de esta ma- estructurales y mejorar sus propiedades eléctricas, nera si se controla la liberación de iones es posible es que se propone el depósito de películas en ba- controlar la velocidad de reacción y así llegar a ob- ños químicos secuenciales o lo equivalente a crecer tener materiales homogéneos, lo cual es un factor multicapas. que se busca. Tanto la trietanolamina como la hi- La Figura 1y 2, muestran la morfología para las dracina han demostrado ser utilizadas como exce- películas de PbS y CdS depositadas a uno, dos y lentes agentes complejantes en trabajos anteriores tres baños químicos. El promedio del espesor fue para el desarrollo de materiales calcogenuros por medido mediante el análisis de la sección transver- baño químico, estos compuestos también pudieran sal en microscopia electrónica de barrido (MEB). ser tomados en cuenta como agentes reductores, En los dos materiales a mayor número de BQ ma- ayudando así a evitar la oxidación de los iones me- yor espesor, resultando para PbS 130, 350 y 412 nm tálicos y obtener así materiales con alto grado de y para CdS 85, 125 y 175 nm para uno, dos y tres ba- pureza [7,11]. ños respectivamente para cada material. En los dos Se muestran a continuación los mecanismos de materiales se puede apreciar como materiales más reacción propuestos para la síntesis de las películas uniformes pueden ser depositadas a mayor número de PbS y CdS. de baños químicos. Para PbS: La Figura 3. muestra los difractogramas para pe- lículas de PbS y CdS depositadas a uno, dos y tres 1) Pb(CH COO) + 2NaOH → Pb(OH) + 2NaCH COO 3 2 2 3 baños químicos. Las películas de PbS depositadas a 2+ - baños secuenciales en general muestran policrista- 2) Pb(OH)2 + N(CH2CH2OH)3 → [PbN(OHCH2CH2)3] + 2OH linidad, en este caso existen por lo menos 5 orienta- 3) SC(NH ) + OH- → CH N + H O + SH- 2 2 2 2 2 ciones o familias de planos siendo más intensas las

- - 2- 4) SH + OH → S +H2O direcciones (111), (200) y (220). La fase de este material es cúbica centrada en 5) [PbN(CH CH OH) ] 2++ S2- → PbS + N(CH CH OH) 2 2 3 2 2 3 las caras y coincide con la reportada para PbS. Para Para CdS las películas de CdS se identifican 2 orientaciones 1) CdNO + H O/ OH → Cd(OH) + NO 3 2 X 2 3 las cuales son mas intensas al incrementar el espe- 2+ - sor y son la (002) y la (110) correspondientes a la 2) Cd(OH)2 + N2H4 → [Cd(N2H4)] + 2OH fase hexagonal reportada para este material.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 15 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 1

a) b) c)

Figuras 1 y 2. Microscopías de películas de 1. PbS y 2. CdS, depositadas a a) uno, b) dos y c) tres baños químicos

Las características eléctricas de los dos mate- los materiales desarrollados, así como el poder riales estudiados a diferentes espesores son mos- aplicarlos en el desarrollo de un tipo de dispositivo tradas en la Figura 4, mostrando que las películas electrónico como puede ser transistores de pelícu- de PbS y CdS muestran un buen comportamiento la delgada (TFTs) o celdas fotovoltaicas, ya que se óhmico en la interface metal- semiconductor, el cuenta ahora con el semiconductor tipo p PbS y el cual es muy importante en aplicaciones para dispo- semiconductor tipo n CdS, en ambos casos a dife- sitivos electrónicos. La resistencia de las películas rentes espesores, para de esta manera evaluar su en ambos materiales disminuye al incrementar el desempeño. espesor. En general los dos materiales muestran mejor desempeño al incrementar su espesor. Que- CONCLUSIONES da como trabajo a futuro estudiar la rugosidad de Se obtuvieron películas de PbS y CdS homogé-

a) b) Figura 3. Difractogramas de rayos X para películas de a) PbS y b) CdS, efecto de varios baños químicos en el crecimiento de los materiales.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 16 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” neas con un comportamiento de semiconductor, BIBLIOGRAFÍA estudiando el efecto de crecer éstas en multicapas, [1] Bondyopadhyay P.K. (1998). “Moore’s law go- utilizando la técnica de DBQ, la cual es una técni- verns the silicon revolution,” Proceedings of ca de bajo costo desarrollada a baja temperatura, the IEEE., 86, 78–81 ofreciendo la opción de aplicarse en grandes áreas [2] http://blogthinkbig.com/dispositivos-electro- de depósito, cumpliendo así con los requerimientos nicos-flexibles/ de la electrónica flexible. La posibilidad de poder [3] http://alt1040.com/2011/12/la-electronica- crecer multicapas por la técnica de baño químico flexible es un procedimiento que aún no ha sido lo suficien- [4] Ken D. Intel makes transistor breakthrough temente estudiado, esto ofrece una oportunidad de using new materials. Intel Corporation. (2005) estudio de cómo poder crecer películas delgadas 1-10. o gruesas con buenas propiedades finales y muy [5] Kittel C. Introduction to solid state physics. importante, el poder extender la experiencia adqui- John Wiley and Sons, Inc. (1996) 173-190. rida en el PbS y el CdS a otros materiales calcoge- [6] Cox P. The electronic structure and chemistry of nuros desarrollados por baño químico, ampliando solids. Oxford University Press. (1987) 16-20. así las aplicaciones de estos materiales. De esta [7 ] Carrillo A., Salas A., Mejía I., Aguirre F..S, Gna- manera se ofrece el poder desarrollar materiales de B.E., Quevedo M.A. (2012). “P-type thin semiconductores a base de calcogenuros tanto se- films transistors with solution-deposited lead miconductores tipo n y tipo p para así abarcar di- sulfide films as semiconductor”. Thin Solid versas aplicaciones de estos como en TFTs y celdas Films. 520-7, 3107-3110. fotovoltaicas de gran área, cumpliendo con los re- [8] Salas-Villasenor A.L., Mejia I., Hovarth J., Als- querimientos que marca la electrónica flexible. hareef H.N., Cha D.K, Ramirez-Bon R. Gnade B.E., Quevedo-Lopez M.A. (2010). “Impact of AGRADECIMIENTOS: gate dielectric in carrier mobility in low tem- Los autores reconocen el apoyo financiero del perature chalcogenide thin film transistors Fondo Institucional de Fomento Regional para el for flexible electronics”, Electrochemical and Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innova- solid-state letters, 13, H313-H316. ción FORDECYT-2011-01 y a SEP CB 2013 - 221117 [9] Xiao-Yun Y., Bing-Xin L., Dai-Bin K., Cheng- SECTORIAL. Yong S. (2011). “Highly efficient CdTe/ CdS quantum dot sensitized solar cells fabri- cated by a one-step linker assisted chemical bath deposition”, Chem. Sci., 2, 1396-1400.

a) b)

Figura 4. Curvas I-V para películas de a) PbS y b) CdS, efecto de varios baños químicos en el crecimiento de los materiales.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 17 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” [10] Hodes G. Chemical solution deposition of semiconductor films. Marcel Dekker, Inc. (2002) 1-41. [11] Carrillo Castillo A., Ambrosio Lázaro R.C., Lira Ojeda E.M., Martínez Pérez C.A., Queve- do López M.A., Aguirre Tostado F.S. (2013). “Characterization of CdS thin films deposited by chemical bath deposition using novel com- plexing agents”, Chalcogenide Letters 10-10, 421-425.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 18 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 19-25, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

Prevalencia y factores de riesgo de infección con N. gonorrhoeae y C. trachomatis entre mujeres universitarias de Ciudad Juárez

*B.A. Díaz-Apodaca,1 D. Reyes Ruvalcaba,2 J.A. Araujo Gonzalez,3 M. F. Cabrera Martínez.4

RESUMEN La OMS estima que cada año 500 millones de personas contraen alguna infección de transmisión sexual y es los países en desarrollo están dentro de las primeras cinco causas de consulta. Objetivo: Conocer la prevalencia de N. gonorrhoeae y C. trachomatis en mujeres entre 88-30 años de edad en la Universidad Au- tónoma de Ciudad Juárez, México. Metodología: Se realizó un estudio transversal observacional; el diag- nóstico molecular de C. trachomatis y N. gonorrhoeae utilizando metodología de PCR propuesta por Wong y Ho.; el cultivo de N. gonorrhoeae se hizo en agar chocolate. Resultado. La muestra incluyó 216 mujeres; el número total de parejas sexuales fue de uno a 37; 29% habían tenido ≥4 parejas; 23% de las mujeres no habían utilizado protección en su última relación sexual. Se encontró una prevalencia de C. trachomatis de 6% y de 2.3% para N. gonorrhoeae. Se observó que las mujeres con la infección eran mas jóvenes, utilizaban menos protección y no tenían historia de embarazo previo, pero estas diferencias no fueron significativas.

1 (*) “Autor para correspondencia” Dra. Beatriz Araceli Díaz Apodaca, Coordinadora del Departamento de Ciencias de la Salud, Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB), Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (UACJ), Anillo Envolvente del Pronaf y Estocolmo s/n, Zona Pronaf, CP 32300, Ciudad Juárez, Chih. [email protected] 2 Dr. David Reyes Ruvalcaba, Departamento de Ciencias de la Salud, ICB - UACJ 3 M en C. Jesus Angel Araujo Gonzalez, Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, ICB - UACJ. 4 Est Quim. Maria Fernanda Cabrera Martinez, ICB-UACJ.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 19 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN promedio de 8 parejas sexuales en su vida, y 10% de Las infecciones de transmisión sexual (ITS) son ellos habían tenido ≥2 nuevas parejas sexuales en un grupo de infecciones que se transmiten a través los últimos 6 meses. de la relación sexual, pero también se presenta la Las ITS, además de pasar asintomáticas, pueden transmisión de madre a hijo durante el embarazo y tener consecuencias graves, como es la transmisión el parto y a través de productos sanguíneos o tras- de la madre al niño, de infecciones y enfermedades plante de tejidos. crónicas. En el caso de las infecciones por Neisseria La Organización Mundial de la Salud (OMS) es- gonorrhoeae y/o Chlamydia trachomatis, una pro- tima que cada día más de 1 millón de personas con- porción importante de los y las infectadas no pre- traen alguno de los 20 tipos de infección de transmi- sentan síntomas. [5] sión sexual más comunes. Cada año 500 millones de personas contraen alguna de las infecciones de NEISSERIA GONORRHOEAE transmisión sexual más frecuentes: clamidiasis, go- Y/O CHLAMYDIA TRACHOMATIS norrea, sífilis o tricomoniasis. [1] En el 2005 existían a nivel mundial aproximada- Existen más de 30 bacterias, virus y parásitos mente 318 millones de casos de ITS en adultos, de patógenos que son transmitidos sexualmente, entre estos, 98 millones con C. trachomatis y 31 millones las que se incluyen clamidia, gonorrea, herpes geni- con N. gonorrhoeae; en América, 20.6 y 2.9 millones tal, VIH/SIDA, VPH, sífilis y tricomoniasis. La ma- respectivamente [8]. En el 2008, la infección por C. yoría de estas infecciones son transmitidas a través trachomatis fue la ITS bacteriana más frecuente- de la relación sexual, afectan a hombres y mujeres, mente notificada en Europa y en Estados Unidos, y algunas no dan síntomas a simple vista y puede país en donde se estima que anualmente ocurren haber una reinfección.[2] 2.8 millones de infecciones [9]. La infección gono- Las ITS constituyeron el 87% de los casos repor- cócica ha ido en aumento con respecto a años pre- tados por enfermedades transmisibles con mayor vios. [10] frecuencia en los Estados Unidos [3]. En el 2008 se La prevalencia de clamidia varía entre países. Un presentaron 19.7 millones de infecciones por ITS en estudio realizado en Sudáfrica reporta una prevalen- los Estados Unidos, 50% de ellos en hombre y mu- cia de clamidia genital de 16%, siendo la mayoría de jeres menores de 25 años. Los adolescentes y los las mujeres asintomáticas [11]; en Australia, la pre- adultos jóvenes son los que están en mayor riesgo valencia reportada de clamidia fue de 4.6%; 12.3% en de infección por una o varias ITS y su impacto en las España [12, 13] y entre 5.9%-6.9% en Chile [14, 15]. mujeres y en hombres en ese grupo etario aún no se De acuerdo a la literatura, la prevalencia de gono- conoce en toda su magnitud. [4] rrea varía aún más que la de clamidiasis. En Esta- En los países en desarrollo, las ITS y sus compli- dos Unidos en el periodo 1999-2008, la prevalencia caciones están entre las primeras cinco categorías de gonorrea fue de 0.27% entre personas de 14 a 39 de enfermedades por las que los adultos buscan los años [16]; de 0% en Chile en mujeres de 12 a 25 años servicios de salud [1, 5]. En los países de economía [15] y de 10% en Sudáfrica [11]. En México, un es- baja y media, son la causa del 17% del gasto en salud tudio entre estudiantes universitarios encontró una en personas enfermas. [6] prevalencia de 0% de gonorrea y de 1.0% de C. Tra- Los cambios relacionados con las tendencias chomatis [17], mientras que otro estudio en áreas sociales, demográficas y migratorias y las conduc- suburbanas de México reportó una prevalencia de tas sexuales riesgosas, como tener varias parejas 8% para clamidia [18]. En la frontera México-EU la simultáneas, el inicio de vida sexual en edad muy prevalencia de clamidia en mujeres sexualmente ac- temprana y el uso inconsistente de condón, además tivas fue de 9.7% [19], y en un estudio dirigido en pa- de la ingesta de alcohol en cantidades elevadas, han cientes que acudieron a consulta por sintomatología dado como resultado que las ITS estén aumentando de ITS, la prevalencia encontrada fue de 28.9% para a nivel mundial. En las naciones industrializadas los tricomoniasis vaginal. [20] riesgos se incrementan debido a la prevalencia de C. trachomatis y N. gonorrhoeae se han asociado infecciones virales no curables y al incremento en con resultados negativos en la salud de la madre y los viajes que favorecen las relaciones sexuales con del feto al afectar a mujeres embarazadas. La OMS nuevas parejas. Por ejemplo, Buttmann y col [7] en- reporta que hasta un 40% de las mujeres con infec- contraron que los hombres daneses reportaron un ción por Chlamidyia sin tratamiento, desarrollan in-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 20 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” flamación pélvica sintomática y tienen de 6 a 10 ve- abortos y nacimientos prematuros, peso del produc- ces mayor riesgo de presentar embarazo ectópico, y to e historia de infecciones vaginales. el daño post-infección de trompas. Estas infecciones Se capacitó a los/las pasantes de los programas son responsables de 30% a 40% de los casos de infer- de Medicina y Enfermería de las UAMI responsa- tilidad femenina. bles de la toma de muestra y se realizó una prueba En mujeres embarazadas con infección por go- piloto de 10 cuestionarios, para hacer los ajustes ne- nococo no tratadas, hasta 35% resultan en abortos cesarios. espontáneos y partos prematuros y hasta un 10% en muertes perinatales [21]. En los países en desa- TOMA DE LA MUESTRA rrollo, N. gonorrhoeae es responsable entre el 20% Al momento de la toma de la muestra, la persona y el 75% y C. trachomatis entre el 15 y el 35%, de responsable efectuó una revisión de genitales exter- los casos de oftalmia neonatal, que puede llevar a la nos, vagina, fondo de saco y cérvix, para identificar ceguera si no se trata pronto [22]. A nivel mundial, secreción o lesiones. En los casos en que se identi- entre 1000 y 4000 recién nacidos quedan ciegos ficó alguna anormalidad, se realizó un esquema con cada año debido a esta condición. Berggren repor- la localización de la lesión en cada hoja de recolec- ta que 31% de las adolescentes embarazadas fueron ción de la información. diagnosticadas con infección con C. trachomatis o Se tomaron tres muestras, una para examen ci- N. gonorrhoeae durante el embarazo. [23] tológico (Papanicolaou), una segunda para técnica El presente estudio tiene como objetivo conocer PCR y una tercera para cultivo en búsqueda de N. la prevalencia de infección por N. gonorrhoeae y C. gonorrhoeae. Para el estudio se utilizaron solamente trachomatis en mujeres universitarias de 18 a 30 la segunda y la tercera muestras. Siendo manejadas años de edad, de la Universidad Autónoma de Ciu- en un tubo cryogenic vials con un buffer de fosfatos dad Juárez. y con isopo de algodón sintético, respectivamente. Todas las muestras fueron correctamente identifi- METODOLOGÍA cadas y se enviaron al laboratorio de microbiología Se realizó un estudio transversal, observacional, de la UACJ. El control de calidad se realizó en forma poblacional para conocer la prevalencia de C. tra- aleatoria seleccionando un cuestionario y formas de chomatis y la N. gonorrhoeae en mujeres sexualmen- toma de muestra completos y se revisaron en busca te activas, que acudieron a la invitación de detección de fallas en el llenado, y también en forma aleatoria, de cáncer de cérvix en las Unidades de Atención se observó la toma de las muestras por parte del/ Médica Inmediata (UAMI) de los cuatro institutos la pasante. de la UACJ, en el periodo septiembre-noviembre de 2012. DIAGNÓSTICO Se invitó a participar a todas las mujeres mayo- El diagnostico molecular de C. trachomatis y res de 18 años de edad que hubieran iniciado vida N. gonorrhoeae se realizó mediante la técnica de sexual, con o sin diagnóstico de embarazo, historia la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), de de ITS previa y que aceptaran participar en el es- acuerdo a la metodología (modificada) de Wong tudio. Se otorgó una carta de consentimiento para et al. 1995 y de Ho et al. 1992. Para la purificación su firma y se le entregó el cuestionario. Se informó del ADN se usó columna NucleoSpin Tissue (Ma- a las mujeres que los datos serían manejados con cherey-Nagel). Para llevar a cabo las reacciones de confidencialidad y solamente a las participantes con PCR, se realizaron por separado las mezclas de re- resultados positivos a la infección se les contactaría acción de cada muestra, una con los oligonucleóti- a través del personal de la UAMI correspondiente dos de Neisseria gonnorrhoeae y la otra con los de para ser canalizadas a recibir tratamiento. Chlamydia trachomatis. A las muestras de Neisseria La información se recolectó en un instrumento gonnorrhoeae se les agregó 1.2 μl de la muestra, 13 diseñado para ser autoaplicado y que incluía pre- μl del master mix (Promega), 1.2 μl de oligonucleó- guntas acerca de edad, lugar de origen, tiempo de tido HO1-5’GCTACGCATACCCGTTGC-3’- (Sigma) residencia en la ciudad, edad de inicio de vida se- 2μM y 1.2 μl de HO3 2μM -5’-CGAAGACCTTCGA- xual, número total de parejas sexuales, número de GCAGACA-3’- (Sigma) y 5 μl de agua estéril libre parejas sexuales en los últimos 6 meses, uso y tipo de nucleasas para un volumen final de 21.6 μl. Para de método anticonceptivo, historia de embarazos, preparar las reacciones de PCR de las muestras de

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 21 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” C. trachomatis se agregó 2 μl de la muestra, 13 μl del Tabla 1 master mix, 2.5 μl de oligonucleótido KL1 (5’-TC- Características generales de las participantes CGGAGCGAGTTACGAAGA-3’) 2μM y 2.5 μl de Prevalencia de N. gonorrhoeae y C. trachomatis KL2 (5’-AATCAATGCCCGGGATTGGT-3’) 2μM y 5 en mujeres de 18 a 30 años de edad Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, 2013 μl de agua estéril libre de nucleasas para un volumen total de 25 μl. Característica n % Las mezclas de reacciones para N. gonnorrhoeae Edad <20 se colocaron en el termociclador bajo las siguientes 20-30 33 15.3 condiciones: 1 ciclo a 94 ºC por 2 minutos; 40 ciclos 183 84.3 a 94 ºC por 15 seg., 60 ºC por 30 seg., y a 72 ºC por 1 Estado Civil Soltera Casada 176 81.5 min; 1 ciclo a 74 ºC por 10 minutos. Unión Libre 24 11.1 Las mezclas de reacciones para C. trachomatis Divorciada 15 6.9 se colocaron en el termociclador bajo las siguientes 1 0.5 condiciones: 1 ciclo a 94 ºC por 5 minutos, 30 ciclos Edad de inicio de vida sexual ≤15 32 12.9 a 94 ºC por 30 seg., 56 ºC por 30 seg., y a 72 ºC por 16-17 99 39.8 30 seg. y 1 ciclo a 72 ºC por 5 minutos. 18-19 79 31.7 20-21 22 8.8 Los productos de la PCR fueron revelados en un ≥22 17 6.8 gel de agarosa (Promega) al 2% teñido con bromuro Parejas sexuales totales 1 de etidio para detectar los amplicones de DNA por 2 58 27.0 medio de la exposición de luz UV. ≥3 52 24.2 106 48.8 El cultivo para la identificación de N. gonorr- Parejas sexuales últimos 6 meses hoeae se hizo en agar chocolate, incubando a 37ºC 0 9 4.2 1 165 76.4 con CO2 al 5%, durante 24 hrs. Para la determinación de la Chlamydia se uso el kit de Chlamydia tracho- 2 27 12.5 ≥3 15 6.9 matis antigen test (Diagnostica Internacional). Uso de anticonceptivos en la última rela- ción sexual RESULTADOS Sí 166 76.8 Se incluyeron en el estudio 248 mujeres entre No 50 23.2 18 y 56 años de edad, de las cuales se consideraron Fuente: Cuestionarios para análisis 216 (86.7%) por ser ≤30 años de edad. La mayoría de las participantes refirieron haber na- De las que refirieron utilizar algún método anti- cido en Ciudad Juárez (76%), 8% en otra ciudad del conceptivo, el condón masculino fue el más mencio- estado de Chihuahua y el 16% en otro estado de la nado (52.1%), seguido por los anticonceptivos hor- República. monales orales (221%), y el dispositivo intrauterino La edad media de las seleccionada fue 21.7 (DE (DIU) en 10.8% de las participantes. Otros métodos 2.4) años, la mayoría (82%) solteras. La edad media utilizados fueron anticonceptivos hormonales inyec- de inicio de vida sexual fue 17.3 (DE 1.7) años; más tados y la “píldora el día siguiente”. Cinco (3%) parti- de la mitad (57%) de las participantes inició vida se- cipantes refirieron utilizar simultáneamente condón xual antes de los 18 años y el 33.3% entre los 18 y los masculino y anticonceptivos hormonales orales. 20 años. El número de parejas sexuales en su vida Un poco menos de un tercio de las participantes varió desde 1 hasta 37, el 27% había tenido una pare- (29%) ya había tenido por lo menos un embarazo, ja y 44.2% entre dos y tres parejas y el 28.8% cuatro 10% refirieron haber tenido por lo menos un aborto parejas o más. El número de parejas sexuales en los y 2% historia de muerte fetal. seis meses previo al estudio varió de cero a ocho, el Cinco de las universitarias ya habían sido diag- 76.4% refirió un pareja, 17.1% entre 2 y 3 parejas y el nosticadas con virus del papiloma humano previa- 2.1% ≥4 parejas. mente (ver Tabla 2). Una cuarta parte de las encuestadas refirió no haber utilizado ningún método anticonceptivo du- N. gonorrhoeae rante su última relación sexual. De los 216 cultivos 5 (2.3%) fueron positivos para gonorrea. Las participantes que resultaron positivas para

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 22 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Tabla 2 Tabla 3 Antecedentes gineco-obstétricos de las participantes Características de las mujeres con y sin infección Prevalencia de N. gonorrhoeae y C. trachomatis por N. gonorrhoeaeen mujeres de en mujeres de 18 a 30 años de edad 18 a 30 años de edad Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, 2013 Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, 2013

Característica n % Infección

Método anticonceptivo utilizado Característica Si No Dife- p Condón masculino 87 52.1 rencia Hormonales orales 35 21.0 DIU 18 10.8 Edad (Media, DE) 20.4 (1.7) 21.7 (2.4) -1.30 0.2372* Hormonal inyectable 13 7.8 Edad Inicio Vida Píldora del día siguiente 4 2.4 Sexual (Media, DE) 16.8 (1.6) 17.3 (1.7) -0.52 0.5079* Otros 9 5.9 Estado civil (%) Embarazo previo Si Soltera 80.0 81.5 0.0 11.4 No 62 29.0 Casada Unión libre 20.0 6.6 0.604** 154 71.0 Divorciada 0.0 0.5

Número de embarazos 1 Parejas sexuales 2 50 80.7 últimos 6 meses (%) 3 9 14.5 0 20.0 3.8 60.0 76.8 3 4.8 1 2 20.0 12.3 -.2840 0.4775* ≥3 0.0 7.1 Aborto previo Si No 10 4.7 Parejas sexuales en 204 95.3 su vida (%) 1 0.0 26.8 Muerte fetal Si 2 40.0 24.3 0.9476* 60.0 48.9 0.1047 No 4 1.9 ≥3 210 98.1 Uso de anticonceptivos ultima relación Diagnostico previo de ITS Si Sí 60.0 77.3 0.366** No 5 2.4 No 40.0 22.7 211 97.6 Embarazos Fuente: Cuestionarios Sí 0.0 29.7 No 100.0 70.3 0.554** N. gonorrhoeae, tenían una edad media de 20.4 (DE *ttest 1.7) años, el 80% eran solteras y 20% en unión libre; **X2 la edad media de inicio de vida sexual fue a los 16.8 (1.6) años, el 60% refirieron haber tenido 2 parejas C. trachomatis sexuales en los últimos 6 meses, y el mismo porcen- De las mujeres que acudieron al estudio, se hizo taje habían tenido ≥3 parejas durante su vida sexual. la Reacción en Cadena de la Polimerasa para diag- El 40% no habían utilizado ningún método anticon- nosticar C. trachomatis a 100 de ellas, de las cuales ceptivo en su última relación sexual. salieron positivas el 6%. Al comparar las características de las participan- Más participantes con resultados positivos re- tes con resultados positivos y las que tuvieron resul- portaron ser solteras, haber tenido entre 1 y 2 pare- tados negativos, se observó que las universitarias jas en los seis meses previos al estudio y la mayoría con infección eran en promedio un año más jóvenes, había tenido más parejas que las que no salieron in- y habían iniciado relaciones sexuales un poco más fectadas; sin embargo, ninguna de estas diferencias temprano, pero ninguna diferencia fue estadística- fueron estadísticamente significativas (ver Tabla 4). mente significativa (ver Tabla 3). Ninguna de las universitarias con resultados po- Ninguna de las universitarias con resultados positivos a C. trachomatis tenía antecedentes de abor- sitivos a N. gonorrhoeae tenía antecedentes de abortos o muertes fetales. tos o muertes fetales.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 23 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” DISCUSIÓN Tabla 4 El presente es el primer estudio realizado entre Características de las mujeres con y sin infección por C. universitarias asintomáticas en Ciudad Juárez, que trachomatis en mujeres de 18 a 30 años de edad participaron de forma voluntaria. Sin embargo, una Universidad Autónoma de Cd. Juarez, 2013 limitante es que no se incluyó a hombres. Los resultados de infección por N. gonorrhoeae, Infección de 2.3% de las participantes, fueron mayores a los Característica Si No Dif. p reportados en los trabajos realizados en Estados Edad (media DE) 21.8 (3.1) 21.8 (2.5) 0.018 0.9861* Unidos [16]; en Chile [15]; Sudáfrica [11] y en un Edad inicio de vida 17.7 (2.3) 17.2 (1.8) 0.469 0.544* estudio similar en México [17], todos ellos con re- sexual (media DE) sultados negativos hasta una prevalencia de 0.26% Estado civil (%) 83.3 74.1 para gonorrea. Soltera 16.7 13.6 Con relación a la infección por C. trachomatis, Casada 0.0 12.3 0.656** en la que se encontró una prevalencia de 6%, el re- Unión libre 0.0 0.0 sultado es menor al reportado en los estudios en Divorciada Sudáfrica, España, Japón y Chile, que reportan una Parejas sexuales prevalencia de 16%, 12.3% 9.5 y 6.9%, respectivamen- últimos 6 meses te; [11, 13, 15, 24], pero mayor a la reportada para (%) Australia [12]. 0 0.0 4.9 No se encontraron diferencias significativas en- 1 50.0 76.5 0.253 0.5191* tre las mujeres infectadas y las no infectadas en tér- 2 50.0 13.6 minos de edad, edad de inicio de vida sexual, núme- ≥3 0.0 5.0 ro de parejas sexuales en total y en los seis meses Parejas sexuales previos al estudio. Sin embargo, sí se observó que en su vida (%) ninguna de ellas se había embarazado y que las que 1 16.7 27.5 estaban infectadas eran un poco más jóvenes y utili- 2 16.7 23.8 0.945 0.6228* zaban menos anticonceptivos. ≥3 66.6 48.7 Este trabajo hace evidente la necesidad de edu- Uso de anticon- car y sensibilizar a las y los universitarios para uti- ceptivos ultima lizar medidas de protección contra las infecciones relación de transmisión sexual y evitar un brote o epidemia Si 83.3 81.5 0.910 dentro de las instalaciones universitarias. Se reco- No 16.7 18.5 mienda llevar a cabo un estudio en población abier- Embarazos 34.6 ta y determinar si la prevalencia en este tipo de in- Si 16.7 65.4 0.821 fecciones es diferente a los hallazgos en población No 83.3 universitaria. *ttest **X2 BIBLIOGRAFÍA 1. World Health Organization. Sexually transmitted infections. 2014 [cited; Available from: DC. 69. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/ 4. Satterwhite CL, et al. Sexually transmitted in- fs110/en/index.html. fections among US women and men: prevalence 2. Organizacion Panamericana de la Salud. Lo que and incidence estimates, 2008. Sexually Trans- debemos saber acerca de las Infecciones de Trans- misable Disease., 2013. 40(3): p. 187-93. mision Sexual, ed. O.P.d.l. Salud, Washington, 5. World Health Organization. Sexually trans- DC. mitted infections. 2011 [cited; Available from: 3. Eng TR and Butler WT, eds. The Hidden Epide- http://www.who.int/mediacentre/factsheets/ mic: Confronting Sexually Transmitted Diseases: fs110/en/index.html. Summary. Vol. 1. 1997, Institute of Medicine 6. World Health Organization. Global Strategy for (US) Committee on Prevention and Control of the Prevention and Control of Sexually Trans- Sexually Transmitted Diseases,: Washington,

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 24 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” mitted Infections: 2006–2015. Breaking the 16. Torrone EA, et al. Prevalence of Neisseria go- chain of transmission., WHO, Editor. 2007: Swit- norrhoeae among persons 14 to 39 years of age, zerland. United States, 1999 to 2008. Sexually Transmi- 7. Buttmann N, et al. Sexual risk taking behaviour: sable Diseases, 2013. 40(3): p. 202-5. prevalence and associated factors. A population- 17. Dorantes-Peña HG, et al. Prevalencia y factores based study of 22 000 Danish men. BMC Public asociados a las infecciones por Chlamydia tra- Health., 2011. 11(764). chomatis y Neisseria gonorrhoeae en estudian- 8. World Health Organization. Prevalence and in- tes de la Universidad Autónoma del Estado de cidence of selected sexually transmitted infec- Morelos. Enfermedades Infecciosas y Microbiolo- tions. Chlamydia trachomatis, Neisseria gono- gía, 2011. 31(2): p. 46-51. rrhoeae, syphilis and Trichomonas vaginalis, in 18. Gutiérrez JP, Bertozzi SM, and et al. Risk be- Methods and results used by WHO to generate haviors of 15-21 year olds in Mexico lead to a 2005 estimates, WHO, Editor. 2005: Switzerland. high prevalence of sexually transmitted infec- 9. Centers for Disease Control and Prevention. tions: results of a survey in disadvantaged ur- Chlamydia-CDC Fact Sheet. 2010 [cited 2011 ban areas. BMC Public Health., 2006. 27(6). Dec.2]; Available from: http://www.cdc.gov/ 19. Giuliano AR, et al. Design and results of the std/chlamydia/STDFact-Chlamydia.htm. USA-Mexico border human papillomavirus 10. Díez M and Díaz A., Infecciones de transmisión (HPV), cervical dysplasia, and Chlamydia tra- sexual: epidemiología y control. Rev Esp Sanid chomatis study. Revista Panamericana de Salud Penit., 2011. 13(2): p. 58-66. Pública, 2001. 9(3): p. 172-81. 11. Peters RP, et al. Cross-sectional study of genital, 20. Gorozpe Calvillo JI, et al. Búsqueda de Clamidia rectal, and pharyngeal Chlamydia and gonorr- trachomatis en 159 mujeres en consulta priva- hea in women in rural South Africa. Sexually da. Ginecol Obstet Mex., 2005. 73(3): p. 124-7. Transmisable Diseases, 2014. 41(9): p. 564-9. 21. Centers for Disease Control and Prevention. 12. Yeung AH, et al. Chlamydia prevalence in young Sexually Transmitted Diseases (STDs) & Preg- attenders of rural and regional primary care nancy. 2014 [cited 2014 September]; Available services in Australia: a cross-sectional survey. from: http://www.cdc.gov/std/pregnancy/. Medicine Journal of Australia, 2014. 200(3): p. 22. Organizacion Mundial de la Salud, ed. Guías 170-5. para el Tratamiento de las Infecciones de Trans- 13. Repiso-Jiméneza JB, et al. Análisis de la pobla- mision Sexual. ed. OMS. 2005: Ginebra, Suiza. ción con infección genital por Chlamydia tra- 23. Berggren EK and P. L., Prevalence of Chlamydia chomatis en una consulta de enfermedades de trachomatis and Neisseria gonorrhoeae and transmisión sexual. Actas Dermosifiliográficas, repeat infection among pregnant urban adoles- 2014. cents. Sex Transm Dis. 2011. 38(3): p. 172-4. 14. Ovalle A, et al.Prevalence of sexually transmit- 24. Imai H, et al. Population-based study of asymp- ted infections in pregnant women attending a tomatic infection with Chlamydia trachomatis public hospital in Chile. Revista Chilena de In- among female and male students. International fectología, 2012. 29(5): p. 517-20. Jouranl of STD and AIDS, 2010. 21(5): p. 362-6. 15. Huneeus A, et al. Prevalencia de Chlamydia trachomatis y Neisseria gonorrhoeae en adolescentes chilenas. Revista médica Chilena, 2009. 137(12): p. 1569-1574.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 25 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014”

Frecuencia del carcinoma adenoideo quístico en el Hospital General Calixto García, de La Habana, Cuba

Alejandro Donohue Cornejo1*, Ana Dolores Mori Estevez2, Guillermo Sánchez Acuña3, Dalia Abril Guzmán Gastelum1, Raúl A. Sánchez Rubio4, Gerardo de la Torre Morán5, Salvador D. Nava Martínez6, Luis A. Gaitán Cepeda7.

RESUMEN El Carcinoma Adenoideo Quístico (CAQ) representa el 25% de los tumores malignos que pueden afectar a glándulas salivales. Se realizó un estudio en el Hospital Calixto García de La Habana, Cuba, durante el periodo enero de 2001 a diciembre de 2008. Los casos fueron rediagnosticados por dos expertos en pato- logía bucal, basados en los criterios diagnósticos propuestos por la OMS en 2005. De los 159 casos fueron malignos 46 (28.9%) con una edad promedio de 61.9 (±13.5) y un rango de edad de 33 a 86 años; 23 hombres y 23 mujeres. El tumor maligno más frecuente fue el CAQ con 14 casos, representando el 30.4% del total con un rango de edad de 33 a 82 años. En nuestro estudio la frecuencia del Carcinoma Adenoideo Quístico está dentro de las más altas, según lo reportado en la literatura de los últimos años.

Palabras Clave: Carcinoma, Adenoideo Quístico, histopatología, prevalencia.

1* “Autor para correspondencia” Dr. Alejandro Donohue Cornejo, Laboratorio de Patología Bucal, Departamento de Estomatología, Instituto de Ciencias Biomédicas, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Anillo envolvente del Pronaf y Estocolmo s/n. CP 32300, Ciudad Juárez, Chi- huahua, México. Teléfono: 6 88 18 00 extensión 1546. E-mail: [email protected]. 2 Departamento de Anatomía Patológica, Hospital General Calixto García. La Habana, Cuba. 3 Departamento de Cirugía de Cabeza y cuello, Hospital General Calixto García. La Habana, Cuba. 4 Facultad de Odontología, Campus Mexicali, Universidad Autónoma de Baja California. 5 Posgrado de Cirugía Oral y Maxilofacial, Departamento de Estomatología. Instituto de Ciencias Biomédicas, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Chihuahua, México. 6 Departamento de Estomatología del Instituto de Ciencias Biomédicas. 7 Laboratorio de Patología Clínica Experimental, División de Estudios de Posgrado e Investigación. Facultad de Odontología, Universidad Nacio- nal Autónoma de México, México.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 27 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN cados y seleccionados, luego se excluyeron aque- El Carcinoma Adenoideo Quístico (CAQ) fue des- llos casos que no tuvieran laminillas histológicas y crito por primera vez por Billroth en 1859 como ci- que además no hubiera material biológico suficien- lindroma (Shailesh M, et al. 2011, Billroth T, 1859). te para ser cortado a 5µ y teñido con la técnica de El CAQ representa el 25% de los tumores malig- tinción de Hematoxilina y Eosina. nos que pueden afectar a glándulas salivales mayo- Los casos incluidos fueron observados y rediag- res y menores. Las localizaciones más frecuentes nosticados de manera independiente y con fines del son el paladar, la glándula parótida, siguiéndole la trabajo de investigación por dos expertos en pato- glándula submaxilar, la lengua y la cavidad nasal logía bucal (ADC/LAGC), basados en los criterios (Martínez-Rodríguez N. y cols. 2011, Rinaldo A. y diagnósticos propuestos por la Organización Mun- cols. 2004). dial de la Salud en 2005 (Eveson JW. y cols 2005). Generalmente aparece entre la tercera y novena Los casos en donde hubo discrepancia entre obser- década de la vida, con un pico entre los 40 y 70 años vadores fueron descartados del análisis. de edad sin predilección por género. Clínicamente De los archivos médicos del Departamento de se manifiesta como una masa de crecimiento lento Histopatología se tomaron los siguientes datos: unilobular firme a la palpación, con un tamaño que edad, género y localización. Con los datos así reco- suele oscilar entre dos y cuatro centímetros. Otra lectados se construyó una base de datos ex profe- característica es su tendencia a la invasión perineu- so. Se obtuvieron medidas de tendencia central así ral por lo que es doloroso y puede ocasionar paráli- como la frecuencia relativa en relación a género, sis facial (Perzin KH. y cols. 1987, Nascimento AG. localización y edad. y cols. 1986). Las diferencias o asociaciones entre las diferen- Su origen parece proceder de las células epite- tes variables demográficas se establecieron a tra- liales secretoras de las glándulas. Se han descrito vés de las pruebas t de Student (p<0.05IC 95%) y tres patrones histológicos: cribiforme, tubular y só- x2 (p<0.05IC 95%) utilizando para tal fin el paquete lido. El patrón cribiforme se caracteriza por la pre- estadístico SPSS 13.0®. sencia de nidos o islotes celulares, en cuyo interior se localizan uno o más ductos, dando un aspecto RESULTADOS en queso suizo. En el patrón tubular las unidades De una base de datos de 85 000 expedientes se son más pequeñas y tienen un único ducto central. seleccionaron 236 casos con diagnóstico de tumor Finalmente el patrón sólido se caracteriza por la au- de glándula salival. De estos, 33 se descartaron por sencia de estructuras ductales. no contar con material biológico adecuado. De tal La mezcla de los patrones anteriores puede ocu- forma, 203 casos fueron revisados. rrir en un mismo tumor, pero focos del patrón cri- Después del análisis y observación 159 casos biforme suelen encontrarse incluso cuando predo- cumplieron con el criterio de inclusión de tener un mina otro tipo. diagnóstico de neoplasias de glándula salival. Los El estroma dentro del tumor es generalmente 44 casos no incluidos fueron eliminados por las si- hialino y puede manifestar características mixoides guientes causas: no ser lesiones tumorales, tener o mucinosas. En algunos tumores hay una extensa un diagnóstico de neoplasia de origen estromal, o hialinización estromal con un componente epitelial por ausencia de concordancia interobservador. De escaso. Una característica común es la invasión tal forma que los 159 casos confirmados de tumor perineural o intraneural. (Ojeda CR. y cols. 2006, de origen epitelial de glándula salival representan Szanto PA. y cols. 1984) una prevalencia en relación al total de expedientes del 0.18%. El promedio de edad del total de la mues- MATERIAL Y MÉTODOS tra fue de 54.3 años (± 15.4), con un rango de 20 a Se realizó un estudio retrospectivo de tumores 86 años. De los 159 casos, 71 (44.6%) corresponde glándulas salivales del archivo del departamen- dieron al sexo masculino (promedio de edad al mo- to de Anatomía Patológica del Hospital Calixto Gar- mento del diagnóstico 55.1 años; DE ±16.4, rango cía de La Habana, Cuba. de edad de 20 a 86); y 88 (55.4%) al sexo femenino Para tal fin, todos los reportes con diagnóstico (promedio de edad de 53 años; DE± 14.5, rango de de tumor de glándula salival durante el periodo de edad 22 a 85). La diferencia de edades entre am- enero de 2001 a diciembre de 2008 fueron identifi- bos géneros no fue estadísticamente significativa

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 28 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” (p>0.05). El pico de edad más prevalente se ubicó en la sexta y séptima décadas de la vida; por género en los varones se ubicó en la sexta década de la vida y en las mujeres en la quinta década de vida. De los 159 casos fueron malignos 46 (28.9%) con una edad promedio de 61.9 (±13.5) y un rango de edad de 33 a 86 años; 23 hombres y 23 mujeres. La frecuencia de distribución de los tumores de glándulas salivales malignos mostró que el Carci- noma Adenoideo Quístico fue la neoplasia más frecuente con 14 casos, representando el 30.4% del total de malignos, con un rango de edad de 33 a 82 años. El Carcinoma Adenoideo Quístico tiene una fuerte predilección por el género femenino Gráfica 1.Fuente directa. Distribución del carcinoma ade- teniendo un pico de frecuencia en la sexta y sépti- noideo quistico por sexo y edad. El mayor numero de casos se presentó en la sexta y septima decada de la vida, ma década de la vida y un promedio de edad de 58 con un predominio del sexo femenino. años (Gráfica 1). Su localización fue similar tanto en glándulas salivales mayores (8 casos) y glándulas salivales menores (6 casos). La glándula mayor más afectada fue la parótida (Grá- fica 2). El segundo tumor maligno en frecuencia fue el Carcinoma Mu- coepidermoide con 9 casos, 7 se presentaron el glándula parótida, uno afectando la glándula sublin- gual y otro en glándula salival me- nor. No se encontró predilección por género y presentó una mayor frecuencia en la séptima década de la vida. Gráfica 2.Fuente directa. Distribución del carcinoma adenoideo quistico por localización y sexo. DISCUSIÓN Este estudio clínico retrospectivo describe las características clínico-epidemiológicas del Carcino- que esta frecuencia está entre las cuatros más al- ma Adenoideo Quístico en una población cubana. tas, sólo por debajo del 43.8% de lo reportado por Para identificar el CAQ se analizaron 159 casos de Chidzonga y cols. (1995), del 40.0% por Mahmoud tumores de glándulas salivales donde el 28.9% re- Shishegar y cols. en Irán (2011), y el 33.6% de Ivica sultaron tumores malignos, datos parecidos a los Luksic y cols. (2011) en Croacia, cifras más altas a reportados por otros autores como García-Roco, lo reportado por García-Roco (2003) con un 3.7% en (2003) en Cuba con un 20.4% igual que Chidzonga Cuba, y al 15.9% de Przewozny T. y cols. (2004) en y cols. (1995) en Zimbabwe, así como también, Ito Polonia. FA y cols. en Brasil (2005) con un 32.5%. Sin em- Las frecuencias del CAQ reportadas en diferen- bargo, Li Long Jiang y cols. (2008) en el oeste de tes estudios de los últimos años los podemos ob- China reportó un 40.2% de tumores malignos. Pero servar en el cuadro 1. podemos decir que son hallazgos más o menos si- Aunque la literatura mundial reporta que el car- milares. cinoma mucoepidermoide es el tumor maligno de En nuestros resultados encontramos que el glándulas salivales más frecuente, en nuestro estu- CAQ representó un 30.4% de los tumores malignos, dio no fue así, ya que encontramos una frecuencia al comparar estos resultados con lo reportados en del 30.4% del carcinoma adenoideo quístico sobre estudios similares de los últimos años, observamos un 19.5% de carcinoma mucoepidermoide. Otros

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 29 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” autores que han reportado una mayor frecuencia y cols. 2006, Leafstedt SW. Y cols. 1971). del carcinoma adenoideo quístico sobre el carcino- El CAQ es una neoplasia maligna poco frecuen- ma mucoepidermoide son Tiang Z. y cols. (2010) te, que se origina comúnmente en glándulas sali- en China con un 30.40% contra un 30.06%, Shishe- vales mayores y menores de cabeza y cuello. Este gar M. y cols. (2011) en Irán con un 13% contra ocupa aproximadamente el 6% de todos los tumores un 8%, Chidzonga M. y cols. (1995) en Zimbabwe de glándulas salivales. 8.9% contra 4.2%, Luksic I. y cols. (2011) en Croacia El CAQ es un tumor asintomático de crecimiento 33.4% contra un 23.52% respectivamente. Entre los lento, aunque en la mayoría de los casos es doloro- autores que en los últimos años han reportado una so a la palpación, debido a su origen neurotrópico. mayor frecuencia del carcinoma mucoepidermoide En nuestro estudio, del total de pacientes con están Bjorndal K. (2011) en Dinamarca con 22.2% CAQ, el 35% se encontraba afectando a la glándu- de carcinoma mucoepidermoide contra un 15.9% la parótida en comparación del 16% reportado por del carcinoma adenoideo quístico y el de Li Long- otros autores (Neville BW, 2009). jiang y cols. (2008) en el Oeste de China con un 18.75% contra 18.10% respectivamente. REFERENCIAS En 1859 Billroth usó el término cilindroma para Al-Sukhun J, Lindqvist C,Hietanen J, Leivo I, Pent- describir la histología común de 4 tumores de glán- tila H. (2006). “Central adenoid cystic carcino- dulas salivales. Debido a sus características histo- ma of the mandible: case report and literatura patológicas distintivas fue llamado originalmente review of 16 cases”. Oral Surg Oral Med Oral cilindroma, y este término aún es utilizado como si- Pathol Oral Radio Endod.101:304-308. nónimo de esta neoplasia. Sin embargo, este térmi- Billroth T. (1859). Beobachtungen Uber Geschwuls- no debería evitarse actualmente porque también es te der Speicheldrusen. Arch Path Anat.,17:357- usado en tumores de la piel y sus anexos. Por esta 75. razón, en 1953 Foote y Fracell cambiaron al térmi- BjÆrndal K,. Krogdahl A., Hamilton Therkildsen no de carcinoma adenoideo quistico ( Al-Sukhun J. M., et al.(2011). “Salivary gland carcinoma in

NOMBRE AÑO PAIS TOTAL DE TUMORES CARCINOMA ADENOIDEO QUISTICO MALIGNOS N° % Chidzonga et. al. 1995 ZIMBABWE 57 25 43.8 Garcia- Roco PO 2003 CUBA 19 4 3.7 Przewozny et al. 2004 POLONIA 63 10 15.9 Ito. F.A et al. 2005 BRASIL 161 39 24.2 REINO Jones 2007 260 62 23.8 et al. UNIDO OESTE DE Long- jiang 2008 1392 252 18.1 et al. CHINA Z. Tian et al. 2010 CHINA 2239 681 30.4 DINAMAR- K. Bjorndal 2011 1952 240 25.2 et al. CA Morais ML et al. 2011 BRASIL 88 16 18.1 I. Luksic et al. 2011 CROASIA 279 994 33.6 Shishegar et al. 2011 IRAN 125 50 40 REINO Bradly 2013 147 32 21.7 et al. UNIDO Donohue y cols. 2014 CUBA 46 14 30.4 Cuadro 1: Frecuencia del Carcinoma Adenoideo Quístico en los últimos años.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 30 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Denmark 1990-2005: A national study of inci- of salivary glands. A study of 61 cases with cli- dence, site and histology. Results of the Danish nicopathologic correlation. Cancer., 57:312-319 Head and Neck Cancer Group (DAHANCA)”. Neville BW, Damm DD, Allen CM, Bauquet JE. Oral oncology 47677-682. (2009). Patología Oral & Maxilofacial. Elsevier Bradley P.J, McGurk M.,(2013). “Incidence of sa- editorial, 509 páginas. livary gland neoplasms in a defined UK popu- Ojeda CR, Sánchez RM, Umbert P. (2006). Carcino- lation”. British journal of Oral an Maxillofacial ma adenoideo quístico de glándulas salivales. surgery 51. 399-403. Med Cutan Iber Lat Am 2006;34(3):133-134 Chidzonga M.M., López Pérez V.M., Portilla Alva- Perzin KH, Gullane P, Clairmont AC. (1987). Ade- rez A.L. (1995). Sallivary gland tumours in Zim- noid cystic carcinomas arising in salivary babwe: report of 282 cases. Int. J. Oral Maxillo- glands: a correlation of histologic features and fac. Surg., 24: 293-297. clinical course. Cancer., 42:265-282 Eveson JW, Auclair P, Gnepp DR, El-Nagagar AK. Przewozny T., Satankiewicz C., (2004) “ Neoplasms (2005). Tumors of the Salivary Glands. World of the parotid gland in northern Poland, 1991- Health Organization Classification of tumors. 2000: an epidemiologic study”. Eur Arch Orto- Pathology and Genetics Head and Neck Tumors. hinolaryngol 261:369-375. Lyon, France. Rinaldo A, Shaha AR, Pelliteri PK, Bradley PJ, Fer- García-Roco Pérez Oscar. (2003). Tumores de glán- lito A. (2004). Management of malignant sublin- dulas salivales. Su comportamiento en 10 años gual salivary gland tumors. Oral Oncol. 40:2-5 de trabajo (1993-2002). Rev Cubana Estomatol., Shailesh M. Gondivkar, Amol R. Gadbail, Revant 40 (3). Chole, Rima V. Parikh. (2011). Adenoid cystic Ito F.A., Ito K., Vargas P.A., de Almeida O.P., Lopes carcinoma: A rare clinical entity and literature M.A. (2005). Salivary gland tumors in a Brazi- review. Oral Oncology., 47:231-236 lian population: a retrospective study of 496 ca- Shishegar M., Mohamad J.A., Negar A. et al. ses. Int. J. Oral Maxillofac. Surg., 34: 533-536. (2011). “Salivary Gland Tumors in Maxillofa- Jones A.V., Craig G.T., Speight P.M., Franklin C.D., cial Region: A Retrospectiva Study of 130 Cases (2007) “therange and demographics of salivary in a Southern Iranian Population” gland tumors diagnosed in UK population”, Silva M. L., Azevedo P.R., Carvalho C.H., Medeiros Oral oncology 407-417. L. Lajus T., Lopes A. S., (2011). “Clinicopatho- Leafstedt SW, Gaeta JF, Sako K, Marchetta FC, logical study of salivary gland tumors: an as- Shedd DP. Adenoid cystic carcinoma of major sessment of 303 patients.” Cad, Saúde Pública, and minor salivary glands. (1971) “Am J Surg” Rio de Jainero, 27 (5): 1035-1040. 122; 756-762. Szanto PA, Luna MA, Tortoledo E, White RA. (1984). Li Long-jiang, Li Yi, Wen Yu-ming, Liu Hua, Zhao Histologic grading of adenoid cystic carcinoma Hong-wei. (2008). Clinical analysis of salivary of the salivary glands. Cancer., 54:1062-1069. gland tumor cases in West China in past 50 Tian Z, Lil, Wang L, Hu y, Lij. “Salivary gland years. Oral oncology., 44: 187-192. neoplasms in oral and maxilofacial regions: a Lukši I., Virag M., Manojlovi S., Macan D., (2011). 23-years retrospective study of 6982 cases in an “Salibary gland tumors: 25 years of experience eastern Chinese population. Int J Oral Maxillo- form a single institution in Croatia”. Journal of fac Surg. 2010; 39: 235-242. Cranio-Maxilo-Facial Surgery (2011)1-7. Martínez-Rodríguez N, Leco-Berrocal I, Rubio- AlondoL, Arias-Irimia O, Martínez-Gonzalez J. (2011). Epidemiology and treatment of adenoid cystic carcinoma of the minor salivary glands: A meta-analytic study. Med Oral Patol Oral Cir Bucal., 7:884-889. Nascimento AG, Amaral AL, Prado LA, Kligerman J, Silveira TR. (1986). Adenoid cystic carcinoma

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 31 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014”

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Pulpo: herramienta de software para evaluar algoritmos de asignación de tareas en una red de computadoras

JI Hernández1*, Youness El Hamzaoui1 y Víctor Morales1

RESUMEN Aplicaciones complejas emergentes requieren una cantidad considerable de recursos computacionales para su solución algorítmica. Esto ha impulsado al cómputo paralelo en red como una alternativa viable. La idea es particionar una tarea compleja en tareas más pequeñas que se ejecutan coordinadamente entre las computadoras de la red. Una aplicación particionada puede representarse por medio de un grafo dirigido acíclico (DAG), donde los vértices representan tareas y las aristas representan dependencias entre tareas. Los algoritmos de asignación de tareas a computadoras son esenciales al buscar reducir el tiempo de eje- cución de la aplicación. Este artículo describe Pulpo, una herramienta de software para evaluar algoritmos de asignación de tareas en red. Con esta herramienta buscamos promover el estudio del cómputo paralelo entre las diversas instituciones de educación superior de Ciudad Juárez. Proporcionamos resultados experimentales y enseñamos a utilizar su API con un ejemplo.

Palabras clave: Cómputo paralelo, cómputo heterogéneo, algoritmos de mapeo, tolerancia a fallas.

1 Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación, Av. del Charro 450 Nte. Col. Partido Romero CP 32310 Tel. 688-4801 al 09, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. * Autor para correspondencia. [email protected].

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 33 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN las tareas disponibles a las computadoras (Deelman Aplicaciones complejas emergentes (Deelmana y colaboradores 2003; Deelmana y colaboradores, y colaboradores, 2005; Yu y Buyya, 2005) requie- 2005; Mladen, 2011); el otro enfoque está relaciona- ren para su solución algorítmica de una cantidad do con el uso cíclico de un algoritmo de asignación considerable de recursos computacionales (CPU, durante la ejecución de la aplicación (Hernández y memoria y almacenamiento). Pretender resolver Cole, 2007a; Hernández y Cole 2007b; Olteanu y co- estas aplicaciones en computadoras secuenciales laboradores, 2011; Olteanu y colaboradores, 2012). pudiera ocasionar considerables costos en térmi- Además, se necesitan más estudios del problema nos de desempeño y tiempo. Tales aplicaciones co- incluyendo criterios de tolerancia de fallas (Her- mienzan a ser más comunes en ámbitos académi- nández y Cole, 2007b; Sven y colaboradores, 2011) cos y algunos sectores empresariales. Ejemplos de y criterios que incluyan el problema del tráfico en este tipo de aplicaciones pueden ser modelos para la red (Agarwal y colaboradores, 2006). A pesar del predecir el clima, reconocimiento de patrones, mo- esfuerzo mencionado, la naturaleza del problema delos geofísicos para la industria petrolera o los ex- ofrece oportunidades a la comunidad universitaria perimentos para encontrar el bosón de Higgs, entre de contribuir en el entendimiento y dominio del otros. mismo. Por otro lado, avances recientes en tecnologías La mejor estrategia para evaluar el desempeño de redes, permiten a un conjunto de computadoras de algoritmos de asignación debería ser mediante heterogéneas conectadas en red compartir recur- su implementación en ambientes reales. Sin em- sos y colaborar coordinadamente en la solución bargo, esto se complica por las siguientes razones. de un problema (Buyya y colaboradores, 2009; Primero, el desarrollo de una aplicación paralela Chervenak y colaboradores, 1999; Foster y colabo- real no es sencillo y se necesita invertir un tiempo radores, 2001). Esto ha impulsado la búsqueda de considerable. Segundo, aplicaciones paralelas en nuevos paradigmas de programación que puedan ambientes reales toman largos periodos de tiempo ser útiles en la solución de aplicaciones complejas. en ejecutarse y para que los resultados sean esta- El presente proyecto considera el paradigma del dísticamente confiables se tendría que ejecutar un cómputo paralelo en red como una opción viable en número considerable de experimentos. Tercero, es la solución de aplicaciones algorítmicas complejas difícil predecir el desempeño de los recursos en el (Kumar, 2003). La noción del cómputo paralelo es tiempo. Cuarto, es difícil conocer la configuración partir una tarea compleja en tareas más pequeñas de las computadoras de la red, en especial en am- para que estas puedan ejecutarse de manera coor- bientes donde los recursos no son dedicados. Quin- dinada entre las diversas computadoras que com- to, la naturaleza cambiante de los recursos dificulta ponen la red. obtener patrones repetitivos, los cuales son muy Se ha demostrado que el problema de asignar importantes en el contexto de la investigación. tareas a computadoras es NP-completo en la mayo- Por lo anterior, hay una clara necesidad de de- ría de los casos (Adam y colaboradores, 1974). Esto sarrollar herramientas de simulación que permi- ha inspirado a los investigadores a proponer algo- tan evaluar algoritmos de asignación en redes en ritmos heurísticos que por lo regular son de baja escenarios realistas. En la literatura se reportan complejidad y fácil implementación. En la literatura trabajos realizados en este sentido. El proyecto Si- observamos una gran cantidad de algoritmos que mgrid desarrollado por el INRIA (Institut National consideran las computadoras de la red como de- de Reserche en Infomatique et en Automatique) en dicadas y con el mismo desempeño a lo largo del Francia y el proyecto Gridsim desarrollado por la tiempo (Ahmad y Kowk, 1998; Beaumont y colabo- Universidad de Melbourne en Australia (Simgrid, radores, 2005; Bokhari, 1981; Eshaghian,1997; Ge- 2009; Gridsim, 2010). Hasta donde verificamos en rasoulis, A. and Yang, 1992; Kwok y Ahmad, 1999; la literatura, no existe trabajo similar en México. Topcuoglu, 2002; Sih, G. and Lee, 1993). Pocos Con el diseño de Pulpo buscamos que un inves- algoritmos consideran redes de computadoras no tigador en el área (i) tenga una herramienta con dedicadas y con desempeño variante a lo largo del un nivel de abstracción adecuado para realizar su tiempo (ej. grids, clusters, etc.). De estos algorit- trabajo; (ii) implemente de manera rápida sus algo- mos podemos identificar dos enfoques principales: ritmos de asignación; (iii) realice simulaciones más aquellos algoritmos que sin un plan previo asignan realistas que otros trabajos previos; (iv) pueda ha-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 34 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ejecución del DAG en una plataforma distribuida Problema expertise

Partición del Análisis de problema en resultados tareas Análisis de resultados

Definir datos Aplicación de entrada a paralela tareas real Evolución del DAG Algoritmo de Simulación asignación con PULPO Ajustes a la de tareas a aplicación procesadores

Figura 1. Ciclo de vida de una aplicación paralela. cer un benchmarking de su algoritmo con respecto 2. VISION DEL PROYECTO a otros algoritmos; (v) genere resultados de simu- La Figura 1 muestra la visión que se busca pro- lación confiables. mover con el presente proyecto en el área del cóm- Con el objeto de hacer simulaciones más realis- puto paralelo. El ciclo de vida de una aplicación tas, Pulpo considera funcionalidades para incluir paralela comienza con un análisis científico que variaciones en el desempeño de las computadoras y permita definir el dominio de la aplicación. Poste- los enlaces de red a lo largo del tiempo. Sin embar- riormente la tarea compleja se divide en tareas más go, existen ambientes distribuidos (ejemplo, grids, pequeñas, cada una con su respectivo dominio. Con clouds) que pueden ser extremadamente comple- las tareas particionadas es necesario definir las de- jos de modelar en su totalidad y Pulpo pudiera no pendencias y transferencias de datos entre las di- ser suficiente para abstraer todos los detalles en la ferentes tareas formando un grafo dirigido acíclico simulación (ejemplo, software overhead, sistemas (DAG, Directed Acyclic Graph, por sus siglas en batch, etc.). inglés). Este reporte está organizado de la siguiente La complejidad en las aplicaciones tipo DAG ra- manera. La sección 2 muestra la visión general dica en considerar las restricciones de precedencia del proyecto. La sección 3 define el problema de entre las tareas al momento de ejecutar la aplica- manera formal. La sección 4 describe el diseño de ción. Por otro lado, se debe tener visualizada la to- Pulpo. La sección 5 presenta resultados obtenidos. pología de la red donde el DAG se va a ejecutar. La sección 6 describe la API de Pulpo y la sección Antes de emprender la ardua labor de implementar 7 concluye el reporte con las conclusiones y una la aplicación en real, es necesario recurrir a la si- descripción de trabajo futuro. mulación para encontrar patrones repetitivos que permitan entender y mejorar el desempeño de la aplicación. Pulpo provee las funcionalidades y abs-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 35 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” tracciones necesarias para cumplir con tal objetivo. a vi y Succ(vi) para denotar el subconjunto de ta- El análisis de las simulaciones pudiera ocasionar reas que directamente suceden a vi. Aquella tarea ajustes en la forma del DAG, de la topología de red vi tal que |Pred(vi)| = 0 es llamada tarea de entrada o del algoritmo de asignación, buscando optimi- y |Succ(vi)|= 0 es llamada tarea de salida. Usamos zar alguna función objetivo, la más común es mi- θ::VxV→ int para describir el costo de la transferen- nimizar el tiempo de ejecución. El siguiente paso cia de datos, tal que →(vi, vj) denota la cantidad es construir y ejecutar la aplicación paralela real de datos a ser transferidos de vi a vj. Considerando teniendo presente los resultados de la simulación que los procesadores son heterogéneos, represen- como base. Por último, la experiencia adquirida en tamos los tiempos estimados de ejecución como τ::- el proceso debe retroalimentar el ciclo para futuras VxP → Int, donde τ (vi, pm) denota el costo de eje- aplicaciones. cución estimado de la tarea vi en el procesador pm.

3. DEFINICION FORMAL DEL PROBLEMA 3.3 El Algoritmo de Asignación Esta sección presenta una definición formal del Los algoritmos de asignación se enfocan en la problema de asignación de tareas en una red en generación de un plan de ejecución (Schedule) de escenarios realistas. Así, consideramos recursos tareas en las computadoras de la red, buscando op- computacionales heterogéneos y con desempeño timizar una función objetivo, que por lo regular es variante en el tiempo. Las definiciones en esta sec- minimizar el tiempo estimado de ejecución (makes- ción están alineadas con la modelación soportada pan) de la aplicación. La definición formal de los en pulpo. algoritmos de asignación depende del propietario del algoritmo. 3.1 Definición de la Topología Para representar los recursos que componen 3.4 Mecánica de la Simulación una red de computadoras usamos un grafo no di- Pulpo considera que el DAG tiene una tarea de rigido PD::(P, L, δ, ψ ) donde P es el conjunto de entrada y una tarea de salida. En caso de que un computadoras disponibles que forman la platafor- DAG particular pudiera tener más de una tarea de ma, pi(1≤i≤|P|). L es el conjunto de enlaces de co- entrada, éste se puede modelar agregando una ta- municaciones que conectan un par de distintos pro- rea dummy conectada a las diversas tareas de en- cesadores, li(1≤i≤|L|) tal que l(pm, pn) L denota trada, cuyo costo de cómputo y comunicación sea un enlace de comunicación entre pm y pn. Para mo- cero. El mismo proceso se sigue en el caso de que delar la naturaleza cambiante en el desempeño de existan varias tareas de salida. los recursos computacionales usamos δ::P →[0..1] Para coordinar la ejecución de las tareas y las que denota el porcentaje de disponibilidad de cada transferencias de datos entre las tareas del DAG, computadora en un tiempo determinado y ψ:: L→� utilizamos diferentes tipos de status que nos ayu- Float que denota el ancho de banda de cada enlace dan a determinar la situación de las tareas/transfe- en un tiempo determinado. Esta definición permite rencias en cualquier momento del tiempo a lo lar- modelar el caso extremo en que la disponibilidad go de la simulación. Los status que consideramos de un recurso es igual a cero. son los siguientes: 0-creada, 1-asignada, 2-lista para ejecutarse, 3-ejecutándose, 4-pausada, 5-terminada, 3.2 Definición de la Aplicación Particionada 6-falla. La tarea de entrada es la primera en ejecu- La aplicación particionada se representa por tarse y de ahí comienzan a ejecutarse el resto de medio de un DAG AP::(V, E, θ, τ). V representa las tareas/transferencias. La tarea de salida es la el conjunto de tareas que componen la aplicación última tarea en ejecutarse. vi(1i|V|). E⊆ V ×V es el conjunto de arcos dirigidos Cuando una tarea vi comienza a ejecutarse en un que conectan distintos pares de tareas ei(1≤i≤|E|), procesador pn, podemos definir TI(vi, Pn) y TF(vi, así e(vi,vj) denota una transferencia de datos de vi Pn) que denotan el tiempo de inicio y tiempo final a vj y a la vez una precedencia que indica que vj no de ejecución de vi en pn respectivamente. El TI de puede comenzar a ejecutarse hasta que vi termine una tarea de entrada es cero y para las demás ta- su ejecución y envíe sus datos respectivos a vj. Por reas se calcula de la siguiente forma. conveniencia definimosPred(vi) para denotar el subconjunto de tareas que directamente preceden TI (vi, pn) = max {DISP (pn),

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 36 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” max vk ∈Pred(vi) (TF ( vk, pk) + C(vk, pk, vi, pn) ) } Donde en la primer parte de la ecuación se determina DISP(pn) para indicar el tiempo más cercano en el cual pn está listo para ejecutar vi. La parte interna de la ecua- ción hace referencia al tiempo en que vi recibe la totalidad de los datos transferidos de parte de sus predecesores y por lo tanto se encuentra lista para ejecutarse. Esto se obtiene considerando las tareas predecesoras inmediatas a vi, el tiempo final (TF) en que éstas terminan de ejecutarse en su respectivo procesador pk y el tiempo que tardan en transferir los datos necesarios de pk al procesador en consideración pn. El TF de vi en pm se determina por

TF (vi, pm) = TI (vi, pm) + τ (vi, pm) Figura 2. Diseño de Pulpo mo desempeño durante la ejecución del DAG, por que indica que el tiempo final de ejecución de lo mismo asumen el conocimiento del tiempo de una tarea vi en pm equivale al tiempo inicial de eje- ejecución estimados de las tareas en las diferentes cución más el tiempo que ésta tarda en ejecutarse computadoras, lo cual puede observarse en la Figu- en el procesador asignado pm. El makespan de la ra 3. Al igual que la mayoría de los algoritmos de aplicación está determinado por el tiempo de ejecu- asignación con enfoque heurístico, para mantener ción de salida (última tarea del DAG). baja la complejidad del algoritmo, no se considera el tráfico de la red, sino un número infinito de enla- makespan = TF (vsalida) ces de comunicación. Esto significa que una tarea que finaliza su eje- 4. DISEÑO DE PULPO cución, siempre será capaz de encontrar un enlace Pulpo fue implementado en phyton utilizando de comunicación disponible para transferir datos a programación orientada a objetos. sus sucesores. Como veremos más adelante, esta Pulpo provee un conjunto de abstracciones y consideración puede provocar inconsistencias al funcionalidades que permiten a un investigador momento de evaluar los algoritmos. Así, de acuer- modelar el DAG, la topología de red en ambientes do con lo reportado por Topcuoglu (2002), los dinámicos y la asignación de tareas a procesadores schedules generados por ambos algoritmos para el que le permitan implementar y evaluar sus algorit- ejemplo en cuestión se muestran en la Figura 4. mos (ver Figura 2). Podemos observar que HEFT tiene un makespan igual a 80 y CPOP tiene un makespan de 86. De esto 5. RESULTADOS podemos deducir que para este ejemplo y en un am- En esta sección evaluamos la API de Pulpo y biente que considera un número infinito de enlaces presentamos algunos resultados obtenidos con la de comunicación, HEFT es mejor que CPOP en un herramienta. Para nuestro propósito vamos a uti- 7.07%. lizar el artículo de Topcuoglu (2002), donde se Sin embargo, si tomamos del ejercicio los sche- describen los algoritmos heurísticos HEFT (He- dules generados por HEFT y CPOP y los evaluamos terogeneous Earliest-Finish-Time) y CPOP (Criti- en Pulpo en un ambiente más realista, donde todos cal-Path-on-a-Processor). Estos algoritmos utilizan los enlaces de comunicación entre computadoras el DAG y la topología de red de la Figura 3. Las tienen un ancho de banda finito, en este caso aco- características de estos algoritmos es que conside- tado a uno, lo que significa que en una unidad de ran recursos heterogéneos dedicados y con el mis- tiempo, un enlace de comunicación puede transmi-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 37 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” tir una unidad de datos compatible con las unidades de tiempo. Pulpo arroja el siguiente resultado considerando este escenario más realista: HEFT (makespan = 107) y CPOP (makespan = 100). Esto significa que en un ambiente más realista CPOP es mejor que HEFT en un 7%, resultado opuesto al obtenido en el ejercicio anterior con el escenario poco realista. Utilizar escenarios más realistas en una simulación puede ayudar a evaluar de una mejor manera los algoritmos de asignación.

6 API DE PULPO Un escenario de simulación es definido al crear una instancia de la clase scenario con el respectivo nombre del escenario. La modelación de las tareas del DAG se hace creando instancias de la clase task con su respectivo nombre. Para modelar las dependencias entre las tareas utilizamos el método addDe- pendancy, el cual crea una relación de precedencia entre dos tareas instanciadas y también hay que indicar la cantidad de datos a transmitir entre ambas tareas. El conjunto de las precedencias creadas resulta en el DAG. La modelación de una topología de red particular es a partir de la creación de instancias de la clase processor donde hay que indicar el nombre del recurso, su respectiva disponibilidad y latencia. El método addLink permite crear un enlace de comunicación entre dos procesadores, por lo que requiere dos instancias tipo processor con su respectivo ancho de banda. La naturaleza cambiante de los recursos en el tiempo se puede modelar de la siguiente manera: en el caso de las computadoras se utiliza el método addChangeCapacity cuyo primer parámetro es el tiempo en que se planea un cambio en el desempeño del recurso y el segundo parámetro es la disponibilidad del procesador que cambia en el tiempo planeado. Para los enlaces de comunicación, de manera similar se utiliza el método addChangeLinkBand- width para modelar en un tiempo planeado, un cambio del ancho de banda. De la misma manera, el primer parámetro es el tiempo en el que cambia el desempeño del recurso y el segundo parámetro es la capacidad del enlace. Para modelar un Schedule (plan de tareas) que contiene la asignación de tareas a procesadores se usa el método addSchedule propio de una instancia task, donde el primer pará- metro es una instancia tipo processor al cual se asig- na la tarea y el segundo parámetro representa el tiempo de ejecución de la tarea en el procesador. La Figura 3. DAG, topología de red y tiempos de ejecución es- simulación de la ejecución de la aplicación se reali- timados Figura 4. HEFT (makespan = 80) y CPOP (makespan = 86)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 39 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figura 5. Usando Pulpo: HEFT (makespan = 107) y CPOP (makespan = 100)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 40 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” za al llamar el método simulation de una instancia tipo scenario. La Figura 6 muestra un ejemplo de la API de Pulpo que considera el DAG, la topología de red y el conocimiento de los tiempos de ejecución de tareas en computadoras de la Figura 3. El ejemplo muestra la creación de las tareas del DAG con sus respectivas dependencias y transferencias de datos. Asimismo, se crea una red compuesta por tres computadoras totalmente conectadas por medio de enlaces de comunicación, con sus respectivas capa- cidades y ancho de banda. También se incluyen algunos cambios en los recursos a través del tiempo que son reflejados en los resultados de la simulación conforme estos suce-

den. Se expone también la forma de asignar una tarea a una computadora para su posterior ejecución.

7. CONCLUSIONES En este artículo hemos descrito a Pulpo, una herramienta de simulación para evaluar algoritmos de asignación de las tareas que componen un DAG en una red de computadoras. Pulpo provee las funcionalidades y abstracciones necesarias para la imple- mentación y evaluación de algoritmos de asignación en ambientes realistas. Resaltamos la importancia de pulpo cuando algoritmos de la literatura utilizan escenarios poco realistas y mostramos que esto puede ocasionar inconsistencias en los resultados generados. Pulpo puede apoyar a robustecer y entender el comportamiento de los algoritmos de evaluación al incluir funcionalidades para configurar escenarios realistas. Pulpo busca fomentar el cómputo paralelo entre las instituciones de educación superior de Cd. Juárez. Esfuerzos futuros se va a centrar en

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 41 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” tres aspectos: La confiabilidad de los resultados, scientific workflows onto distributed systems”. depuración de posibles errores y colaborar con la Scientific ProgrammingVol. 13, 219–237 219 . comunidad académica interesada en el área. Eshaghian, M. and Wu, Y. (1997). “Mapping heterogeneous task graphs onto heterogeneous sys- AGRADECIMIENTOS tem graphs”. In Proceedings of Heterogeneous El presente proyecto con registro UACJ/PRO- Computing Workshop (HCW’97), pages 147–160. MEP/103.5/13/7073 fue financiado con recursos Foster, I., Kesselman, C., and Tuecke, S. (2001). del Programa para el Mejoramiento del Profesora- “The anatomy of the grid: Enabling scalable do (PROMEP) de la Universidad Autónoma de Cd. virtual organizations”. International Journal on Juárez. Supercomputer Applications, 15(3):200–222. Gerasoulis, A. and Yang, T. (1992). “A comparison BIBLIOGRAFÍA of clustering heuristics for scheduling directed Ahmad, I. and Kowk, Y. (1998). “On exploiting task acyclic graphs on multiprocessors”, Journal of duplication in parallel program Scheduling”. Parallel and Distributed Computing, 16(4):276– IEEE Transactions on Parallel and Distributed 291. Systems, 9(9):533–544. GridSim. (2010).“The GridSim project homepage”, Adam, T., Chandy, K., and Dickson, J. (1974). A http://www.cloudbus.org/gridsim/. comparison of list scheduling for parallel pro- Hernandez, I. and Cole, M. (2007a). “Reactive grid cessing systems. Communications of the ACM, scheduling of dag applications”, In Proceedings 17(12):685–690. of the 25th IASTED(PDCN), Acta Press, pages Agarwal, T., Sharma, A., and Kale, L. (2006). “Topo- 92–97. logy-aware task mapping for reducing commu- Hernandez, I. and Cole, M. (2007b). “Reliable DAG nication contention on large parallel machines”. scheduling with rewinding and migration”, In IEEE/IPDPS, page 10 pp. Proceedings of the First International Conferen- Chervenak A., Foster I., Kesselman C., Salisbury C. ce on Networks for Grid Applications(GridNets), and Tuecke S. (1999). “The Data Grid: Towards ACM Press, pages 1-8. an Architecture for the Distributed Manage- Kumar, V. (2003). “Introduction to Parallel Compu- ment and Analysis of Large Scientific Datasets”, ting”. Addison Wesley. ISBN-10: 0201648652, 2 Journal of Network & Computer Applic., 23(3): edition. 187-200. Kwok, Y. and Ahmad, I. (1999). “Static algorithms Beaumont, O., Legrand, A., Marchal, L., and Ro- for allocating directed task graphs to multipro- bert, Y. (2005). “Independent and divisible cessors”, ACM Computing Surveys, 31(4):406– tasks scheduling on heterogeneous star-shaped 471. platforms with limited memory”. Proceedings Topcuoglu, H. (2002). “Performance-effective and of the Conference on Parallel, Distributed and low-complexity task scheduling for heteroge- Network-Based Processing (Euromicro-PDP’05), neous computing”, IEEE Transactions on Para- pages 179–186. llel and Distributed Systems, 13(3):260–274. Bokhari, S. (1981). “On the mapping problem”. Sih, G. and Lee, E. (1993). “A compile-time schedu- Transactions on Computers, 30(3):207– 214. ling heuristic for interconnection constrained Buyya R., Yeo. S., Venugopal S., Broberg J. y Bran- heterogenous processor architectures”. IEEE dic I. (2009).”Cloud computing and emerging Transactions on Parallel and Distributed Sys- IT platforms: Vision, hype, and reality for deli- tems, 4(2):175–187. vering computing as the 5th utility”. Future Ge- Simgrid (2009), “The simgrid project homepage”, neration Computer Systems Vol. 25 (6) http://simgrid.gforge.inria.fr/. Deelmana, E., Kesselman, C., Blythe, J., and Gil, Y. Sven K., Riddle S. and Zinn D. (2011). “Improving (2003). “Mapping abstract complex workflows Workflow Fault Tolerance through Provenance- onto grid environments”, Journal of Grid Com- Based Recovery”. Scientific and Statistical Da- puting, 1(1):25–39. tabase Management, Lecture Notes in Computer Deelmana E., Singha G., Sua M., et al. (2005). Science Vol. 6809, pp 207-224 “Pegasus: A framework for mapping complex Olteanu A., Pop F., Dobre C. (2011). “Re-scheduling and Error Recovering algorithm for Distribu-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 42 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” ted Environments”. Sci. Bull., Series C., Vol. 73, Iss 1. Olteneanu A., Pop F., Dobre C. (2012). “A dynamic rescheduling algorithm for resource management in large scale dependable distributed systems”. Elsevier Computers & Mathematics with Applications, Vol. 63, Iss 9, pp1409-1423. Vouk Mladen. (2011). “On High-Assurance Scien- tific Workflows”. International Symposium on High-Assurance Systems Engineering (HASE), IEEE 13th Yu J. and Buyya R. (2005). “A Taxonomy of Scien- tific Workflow Systems for Grid Computing”. SIGMOD Rec., Vol. 34, No. 3

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 43 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014”

Estimación y caracterización del canal de comunicación en redes vehiculares

Víctor Manuel Hinostroza Zubía1 y Ramsés Román García Martínez2

RESUMEN Debido a los constantes avances tecnológicos en el área de las comunicaciones inalámbricas se ha vuelto un importante tema de estudio la implementación de sistemas de comunicación inalámbrica en ve- hículos. En el estudio de comunicaciones vehiculares hay varios parámetros que se deben de estudiar, en nuestro caso el tema de estudio será la estimación y caracterización de un canal de comunicación inalám- brico en redes vehiculares. En las comunicaciones vehiculares se utilizan protocolos de redes muy complejos, ya que hay redes inalámbricas que pueden ser más eficientes en las comunicaciones entre vehículos que otras, de igual manera se debe de analizar los canales de transmisión para implementar técnicas que mejoren las condiciones del canal en la transmisión de datos.

1-2 “Autores para correspondencia”. Instituto de Ingeniería y Tecnología, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Av. Del Charro #450 Norte C.P. 32310. Ciudad Juárez, Chih. México. (656)688-4800 x 4672 [email protected], [email protected]

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 45 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 1. INTRODUCCIÓN temas Inteligentes de Trasportación) son el con- A través de la historia de la humanidad el hom- junto de tecnologías que se investigan para mejorar bre ha utilizado diferentes formas de comunicación, la seguridad de los caminos y carreteras, reducir desde señas hasta por medio de dispositivos tecno- embotellamientos de tránsito y proveer servicios lógicos avanzados. De aquí se derivan las comuni- de información a los conductores. La clave para lle- caciones inalámbricas, las cuales proveen informa- var a cabo estos beneficios es establecer estánda- ción sin necesidad de algún medio de transmisión res que regulen la comunicación entre vehículos, como la fibra óptica o el cable coaxial; sólo se utiliza caminos e infraestructura de comunicaciones. Es- un único medio de transmisión el cual es el aire o el fuerzos de investigación en este campo, necesitan vacío. Desde hace algunos años se han desarrolla- ser resueltos primero antes de que las comunica- do e implementado dispositivos de comunicaciones ciones vehiculares sean ampliamente utilizadas. La inalámbricas los cuales facilitan la vida del hombre combinación de requerimientos divergentes para en la sociedad. El objetivo fundamental de las co- tecnologías emergentes y las características únicas municaciones inalámbricas es dar servicios a equi- del medio ambiente de las carreteras conduce a pos en movimiento. Hay una variedad de sistemas varios campos interesantes de investigación. Estos que cumplen dichos objetivos con distintas caracte- requerimientos conllevan nuevos retos en el diseño rísticas. Un sistema de comunicación inalámbrico de sistemas vehiculares para alcanzar alta confiabi- básico está formado por: estaciones móviles (MS), lidad y baja latencia en los medios ambientes móvi- estaciones base (BS), y una estación central (CE). les de carreteras. Las comunicaciones inalámbricas móviles para El desarrollo reciente en la industria automo- uso en telefonía y transmisión de datos se pueden triz tiene como objetivo la seguridad al conducir, subdividir en los siguientes grupos: comunicacio- la eficiencia en el tráfico y el proporcionar al con- nes de telefonía celular, comunicaciones de tele- ductor con información que aumente su confort y fonía inalámbricas, comunicación inalámbrica de su conveniencia. Muchas aplicaciones en redes ve- datos y sistemas de comunicaciones personales. hiculares ad hoc (VANETs) tienen características Como consecuencia de los avances tecnológicos únicas, por ejemplo; el contenido de información y en las comunicaciones inalámbricas, es necesario el contexto de la misma es altamente dinámico y estudiar y analizar los algoritmos, protocolos y dis- localizado en términos de espacio, tiempo y de los positivos que intervienen en la comunicación entre intereses del usuario. Además, las VANETs deben vehículos. ser diseñadas para ser flexibles para soportar nece- Para implementar dispositivos de comunicación sidades diversas de las aplicaciones; deben ser ro- inalámbrica en vehículos se necesitan realizar va- bustas para manejar eficientemente las fluctuacio- rias pruebas del enlace de comunicación una vez nes dinámicas y deben ser flexibles para evolucio- desarrollados algoritmos y estudiado protocolos nar fácilmente en diversas etapas de la formación de comunicación entre otros aspectos importantes. de infraestructura. La movilidad de los vehículos Las redes de comunicación vehículo a vehículo lle- puede resultar en cambios rápidos de topología de van tiempo siendo desarrolladas por diversas en- red y fluctuaciones en la densidad de los nodos, así tidades, por ejemplo por el consorcio car2car, una como constantes cambios en las condiciones del organización europea que reúne tanto a fabricantes medio ambiente. Esto puede sobrepasar la limitada de vehículos como a empresas líderes en el sector capacidad de los enlaces de radio frecuencia si los de las telecomunicaciones y las tecnologías de la protocolos de red no están bien diseñados. Las apli- información. En las comunicaciones vehiculares caciones vehiculares deben hacer un uso eficiente intervienen varios parámetros que tienen que ser de la transmisión; sea entre nodos, entre uno y mu- estudiados, por lo que en este proyecto nos enfo- chos nodos o para todos los nodos, en una red he- caremos en estudiar algoritmos para establecer las terogénea consistente en nodos móviles y fijos. Las condiciones óptimas para tener una comunicación características mencionadas requieren que las tec- inalámbrica vehicular. Asimismo, estudiar los pará- nologías de radio usadas manejen comunicaciones metros de estimación y caracterización de un canal en carretera, acceso al medio (MAC) y protocolos de comunicación inalámbrico en ambientes vehicu- de red que sean escalables en funcionalidad y adap- lares. tivos a los cambios del medio ambiente para sopor- Las comunicaciones inalámbricas para ITS (Sis- tar las necesidades de las aplicaciones vehiculares.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 46 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 2. COMUNICACIONES INALÁMBRICAS le llama ancho de banda coherente. La función de auto-correlación normalizada es la transformada de En una comunicación inalámbrica, cuando ocu- Fourier del perfil retardo-potencia normalizado. rre el efecto multi-trayectoria hay muchas señales El canal de propagación de radio es normalmen- que llegan a la antena receptora, cada una de ellas te representado en términos de un filtro variante en con diferente trayectoria de propagación. Estas el tiempo, con respuesta al impulso pasa-bajas; h(t, trayectorias provocan que la señal llegue al recep- τ). Su función de transferencia pasa bajas es [4] [5]: tor con diferentes tiempos con respecto al tiempo en que se trasmitió. Se puede asumir que la señal transmitida es una señal impulso, la señal recibida se puede modelar con el equivalente a la respuesta (2) al impulso de un filtro lineal pasa bajas con valores complejos. Esta respuesta tendrá componentes (re- τ representa retardo. Usando (1) la función de plicas), donde cada una de estas replicas tendrá su correlación de frecuencia para el canal puede ser propia amplitud aleatoria a, tiempo de llegada τ y descrita como: fase aleatoria θ [28].

(3) (1) Si se considera que el canal tiene dispersión no Esta señal resultante en una situación práctica correlacionada (US) y que sea estacionario en sen- es difícil de cuantificar. De tal manera que se usan tido amplio (WSS), el prefijo paraτ se elimina, f1 y varios parámetros para definir las características f2 pueden ser reemplazadas por f + Δf, t y t reem- del canal de comunicación. La mayoría de estos pa- 1 2 plazados por t + Δt, entonces: rámetros están basados en análisis estadístico, los parámetros más usuales para medir la amplitud y el retardo aleatorios son: el perfil de retardo de potencia PDP, la dispersión de retardo RMS y el promedio de la dispersión de retardo [11-14]. Para medir (4) la dispersión de frecuencia del canal, los paráme- tros más usuales son: la función de dispersión, la En (4) RH and Rh representan la correlación de dispersión Doppler, el ancho de banda coherente, variaciones aleatorias en la función de transferencia la función de transferencia del canal y la función de del canal y su repuesta al impulso respectivamente. auto-correlación de frecuencia. Muchos de estos Si existe US, entonces Δt es 0 entonces: parámetros dependen unos de otros y se derivan unos de otros [15-20]. La dispersión de retardo promedio y RMS, y el (5) perfil de retardo-potencia, son tres parámetros que definen de una manera burda, las características Sustituyendo en (4) nos da: de dispersión de tiempo del canal de comunica- ción y pueden ser definidas por medio del análisis del perfil de retardo-potencia de la señal recibida. La función de auto-correlación y el ancho de ban- (6) da coherente se definen como sigue; cuando hay donde es PDP promedio del canal. Así dos diferentes señales con desvanecimiento con que considerando las condiciones de arriba, RH es su correspondiente retardo y estas dos señales es- la transformada de Fourier de la PDP promedio. tán muy próximas en el dominio de la frecuencia, hay un intervalo de frecuencia en el cual los dos señales están correlacionadas, a este intervalo se

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 47 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 3. ESTIMACIÓN probabilidad θ a θ, es decir, si para cualquier ∈ po- Un estimador puntual de un parámetro θ es un sitivo se tiene [26]: valor que puede ser considerado representativo de θ y se indicará θ. Se obtiene a partir de alguna fun- ción de la muestra. Si la distribución muestral de θ (11) tuviera una media igual al parámetro estimado se dice que es un estimador no sesgado. Definición: Estimadores bayesianos.— En algunas situacio- Se dice que es un estadístico θ es un estimador no nes, se puede tener información suficiente sobre el sesgado del parámetro θ si [24]: parámetro θ, como para poder considerar a este una variable aleatoria. Inicialmente la incertidumbre E (θ) =θ (7) sobre q puede modelarse por una distribución de probabilidad, que recibe el nombre de distribución si θ es sesgado, se denomina sesgo de θ a b(θ) = inicial o a priori, y que se denotara por π(θ), una E(θ) −θ. Por lo tanto, un estimador es no sesgado si función de masa o densidad según proceda. Cuan- su distribución tiene como valor esperado al pará- do se observa una muestra, se calcula la densidad metro que se desea estimar. Definición: Un estima- según proceda. Cuando se observa una muestra, se dor puntual θ del parámetro θ basado en una mues- calcula la distribución final o a posteriori mediante tra n es X,….,X 1 asintóticamente no sesgado si [23].

E (θ) → θ (8) (12)

si s2 es la varianza de una muestra tomada al azar de una población infinita, entonces Donde la m es llamada distribución predictiva, dada por E(s2)= σ2 (9) (13) 3.1 Propiedades de los estimadores Existe una serie de propiedades que nos ayudan a determinar los diferentes estimadores lo cuales la idea es que antes de tomar la muestra, la infor- se presentan a continuación. mación sobre θ viene dada por π(θ) y tras la expe-

rimentación se debe utilizar π(θ | X1,....., X2). El es- Estimadores centrados.— Si se utiliza un estima- timador bayesiano de θ es toda la distribución final dor varias veces en una misma situación, la media y por extensión cualquier medida de centralización del valor que se utiliza respecto a la distribución de correspondiente a esta distribución. la media, sea el valor que se requiere estimar. T es un estimador centrado para h(θ) cuando E T(X) = θ Estadístico suficiente bayesiano.— T(x1.....xn) es h(θ) para todo θ∈Θ. En general se llama sesgo de un estadístico suficiente bayesiano para la familia un estimador para θ a la diferencia: P = {ƒ (x | θ) | θ∈Θ} si cualquiera que sea la distri- bución inicial π(θ), se tiene que la distribución final bθ (T) = EθT (X)- θ (10) dada por la muestra y por el valor estadístico son la

misma. Es decir π (θ| x1,...,xn) = π (θ \ t) con T(x1,... Estimadores consistentes.— Otra propiedad de xn) = t. un estimador, es que tienda al valor que se quiere estimar, cuando el tamaño muestral crece. Es im- 3.2 Tipos de estimadores portante subrayar dos aspectos relacionados con El parámetro a estimar en general es multidi- esta propiedad, la primera es que se trata de una mensional. Si asumimos que el parámetro a estimar propiedad asintótica y el segundo, que depende es determinista se tendrá un detector o estimador de la manera en que se concrete la convergencia clásico. En este caso la PDF solo depende de los a utilizar. Una sucesión de estimadores es Tn = T datos observados [24]:

(X1...... Xn) es consistente para el parámetro θ si para toda θ∈Θ la sucesión Tn converge con una p(xn; θ) (14)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 48 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” en caso contrario si asumimos que el parámetro identifica, o sea el máximo de la función de simili- a detectar o estimar es estocástico se tendrá un de- tud. Se define el estimador MLE como el valor del tector o estimador Bayesiano. En este caso se ten- parámetro a estimar θ que maximiza la función de drá una PDF conjunta: similitud para un conjunto de observaciones x = x1, x2, ...,xN determinado y dentro del rango de valores posibles de θ [22].

(22)

particularmente el desempeño del MLE es ópti- mo cuando se tiene un número de muestras N sufi- cientemente grande. El estimador MLE es abruma- doramente el más popular para obtener estimaciones en forma práctica.

Estimador de Mínimos Cuadrados (LSE).— Los métodos de estimación estudiados hasta ahora se basan en la imparcialidad y la minimización de la varianza y dan como resultado estimadores óptimos o asintóticamente óptimos (para muestras grandes). A continuación estudiaremos otra técnica de esti- mación basada en el criterio del error cuadrático medio LSE, la cual intenta minimizar la diferencia cuadrática entre la muestra de N datos observados con la señal considerada no corrompida con ruido. Esto es [22]:

(23)

note que s[n] es determinista y que es, o se supone conocido. Como se genera la muestra de datos observada. El estimador LSE es aquel valor de θ que minimiza [22]:

(24)

en otras palabras el principio LS es minimizar la diferencia entre la señal verdadera y la corrompida por ruido u otros factores. A pesar que no se pueden garantizar que las estimaciones LSE sean opti- mas, este es un estimador que es muy fácil de implementar y produce buenos resultados en muchos problemas. Hay que hacer notar que el LSE no se basa en consideraciones estocásticas; como la PDF Estimador de máxima similitud (MLE).—Si con de la muestra y es válido para ruido Gaussiano y no las técnicas estudiadas hasta este punto no es po- Gaussiano. Como consecuencia el estimador LSE sible obtener un estimador o si existe que su im- se emplea cuando se desconocen las características plementación no sea posible. Entonces una opción estadísticas de las observaciones x[n] o cuando el es el MLE, la cual se basa en el principio que lo

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 49 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” estimador no puede encontrarse o es muy difícil su implementación.

Estimador MMSE.— Los estimadores estudiados hasta ahora consideran que el parámetro a valo- rar θ da como resultado una cantidad p dimensional (28) única, en otras palabras es determinista. Una idea diferente es considerar que el parámetro θ es esto- ahora igualando a cero cástico, es decir es una variable aleatoria V.A. De- bido a esto la estimación será válida para la realiza- (29) ción de la V.A. que dio origen a las N observaciones disponibles. Este tipo de estimadores se identifican en otras palabras el estimador MMSE que mi- con un nombre genérico “Bayesianos” porque se nimiza el BMSE es el valor esperado de la PDF a basan en el famoso teorema de Bayes. En resumen posteriori, de acuerdo al teorema de Bayes. la diferencia en cómo se obtiene la muestra de N datos en estimación clásica y Bayesiana es: Se tienen en este caso dos ventajas: (30) En algunos casos es posible tener información previa a la estimación, específicamente la PDF del para una observación parámetro θ a estimar que se denomina como PDF a priori. A causa de esto la precisión del estimador (31) se incrementa. Cuando se tiene un estimador que no es mínimo para todos los valores de θ, es posible encontrar un estimador Bayesiano que sea óptimo (32) en promedio. Se puede decir que un simple análisis sobre el tipo de observaciones disponibles para la y para el vector de N observaciones estimación permitirá seleccionar la mejor técnica a emplear. Para ser más preciso:

a. Si se disponen de muchas observaciones → Es- timación clásica (33) b. Si se tiene información previa → Estimación Bayesiana por lo tanto la PDF condicional de acuerdo al teorema de Bayes P (A | x ) = Se define el valor estimado del error cuadrático Bayesiano (BMSE) como [22]

(25)

Por lo tanto un estimador será el valor de que minimice el BMSE. En primer lugar hay que calcular la PDF conjunta de acuerdo al teorema de Bayes (34)

(26) desarrollando el binomio cuadrado del exponen- (27) te y considerando un factor de normalización “c” para que la integral de la PDF condicional sea 1. Indiscutiblemente p(x) > 0, a causa de esto el P (A | x ) = BMSE mínimo es aquel que minimiza la función entre paréntesis

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 50 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” En la figura 1 se observa el efecto multi-trayecto- (35) ria en la PDP de la señal transmitida, el eje vertical corresponde a la potencia relativa y el eje horizontal corresponde al tiempo. Se compararon todas las PDP de los 53 archivos y se observó que tienen comportamiento dentro de cierto rango de valores. Posteriormente con el uso del Software Matlab se (36) programó código para obtener los datos de interés eliminando valores de potencia bajos, debido a que cuando se realizaba la estimación no se obtenían Finalmente el estimador MMSE es [22] los resultados esperados si se consideraban esos valores.

(37)

Decibeles (dB) Note que esta integral no puede resolverse en forma analítica. La PDF condicional obtenida está en función de N por lo que para un número mayor de Tiempo (mS) observaciones la estimación es más precisa. Figura 2. Promedio del PDP en el rango de interés

4. RESULTADOS En la figura 2 se puede observar que se toman en cuenta los mismos datos, tanto en el eje vertical En este apartado se analizarán y explicarán los como en el eje horizontal. Sin embargo, la potencia resultados obtenidos en el proceso de estimación se limita desde 0 a -45, esto se logra normalizando de las PDP (Perfil de Potencia Retardo) de los ar- a la potencia máxima. En la figuras 3 se puede ob- chivos que contienen las señales transmitidas antes servar la comparación de la PDP contra el prome- y después de realizar el proceso de estimación. Se dio de los datos de interés. Se puede observar en cuenta con 53 archivos que contienen las pruebas la figura 3, en color azul la PDP amplificada y en realizadas en un proyecto anterior donde se carac- color rojo se observa el promedio de la señal, este terizó un canal real. Se analizaron todos los archi- promedio nos permite eliminar los cambios súbitos vos y se aplicó este análisis a los respectivos esti- de la PDP para efectuar la estimación. madores la figura 1 muestra la gráfica de la PDP de la señal real transmitida en la cual se observa la señal multi-trayectoria.

Decibeles (dB) Decibeles (dB)

Tiempo (mS) Tiempo (mS) Figura 3. Comparación de la PDP y el promedio de este ran- Figura 1. Perfil Potencia-Retardo PDP de ejemplo go de datos.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 51 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014”

Decibeles (dB) Decibeles (dB)

Tiempo (mS) Tiempo (mS) Figura 4. Comparación del PDP y su auto-correlación en fre- Figura 6. Estimación con 128 coeficientes FFT cuencia.

Posteriormente usando la misma señal promedio se calculó la auto-correlación. La figura 4 muestra la comparación de la auto-correlación y la señal PDP promedio. Esta comparación se hizo con el fin de evaluar la discrepancia entre el promedio y el valor más realista que corresponde a la auto-corre- lación, dado que la auto-correlación es la transformada de Fourier de la PDP. Decibeles (dB) Posteriormente se realizó el proceso de estima- ción, tomando en cuenta varias operaciones antes Tiempo (mS) de calcular la estimación, tales como; el cálculo de al auto-correlación y la transformada rápida de Fou- Figura 7. Estimación con 256 coeficientes FFT rier (FFT). Con el uso de la FFT se puede tener una mejor estimación, entre más coeficientes de la En la figura 7 se observa que usando el algorit- FFT se consideren se obtendrá un mejor resulta- mo de estimación MMSE obtienen mejores resul- do. Se evaluaron varias pruebas de estimación con tados que con los demás algoritmos. Sin embargo, diferentes valores de coeficientes de FFT. Se reali- el procesamiento que requiere es mayor que el que zó una comparación con los diferentes valores de requiere, por ejemplo, el algoritmo LS. coeficientes y se observó que con el uso de más coeficientes se obtiene una mejor estimación. Los valores usados de coeficientes de la FFT fueron; 5. CONCLUSIONES 64, 128, 256 y 512. Después de calcular y analizar 53 perfiles de potencia retardo, se probaron y compararon varios algoritmos de estimación, para tratar de obtener el mejor estimador de canal para canales de comuni- cación inalámbrica vehiculares. Se observó que el estimador con mejor respuesta y menor costo de procesamiento fue el estimador LMMSE, ya que muestra una mejor aproximación al desvanecimien- to real. Se observó además que hay otro elemento a considerar para caracterizar el funcionamiento de Decibeles (dB) los estimadores y este elemento es cuantos coeficientes de la transformada de Fourier hay que considerar. Tiempo (mS) Falta hacer análisis sobre los datos y compara- Figura 5. Estimación con 64 coeficientes FFT ciones entre medios ambientes y el estudio presen-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 52 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” tado aún se puede extender más para configuracio- Technology Conference: VTC2010-Fall Sep- nes SIMO o MIMO. tiembre 2010, Ottawa, Canada. Dorigo M., Maniezzo V., and Colorni A., “Ant Sys- 6. REFERENCIAS tem: Optimization by a Papadimitratos P, De la Fortelle A, Evensen K., Colony of Cooperating Agents”, IEEE Transactions “Vehicular communications systems: enabling on Systems, Man, and Cybernetics, vol 26, no technologies, applications and future outlook 1, febrero 1996. on intelegent transportation”, IEE Communi- Xiao C. and Zheng Y., “ A generalized simulation cations Magazine, Noviembre 2009, pag. 84-95 model for Rayleigh fading models with accura- Matolak W. David, “Channel modeling for vehicle- te second-order statistics”, VTC 2002, pag. 170- to-vehicle communications“, IEE Communica- 174. tions Magazine, mayo 2008, pag. 76-83 Chacraborty S. and Yong L., “Level crossing rate Cheng li, et al. “A measurements study of time sca- and average fade duration of the select and hold led 802.11 waveforms over the mobile to mobi- policy of selection diversity combining in Ra- le vehicular channel at 5.9 GHz.”, IEEE Com- yleigh fading channel”, IEEE communications munications Magazine, mayo 2008, pag. 84-91 letters, Vol. 8, No. 6, Junio 2004, pag. 371-373. Kosch T., Kulp I., Bechler M., et al. “ Communi- Patzol M., Youssef N. and Wang C., “Level crossing cations architecture for cooperative systems rate and average fade duration of deterministic in Europe”, IEEE Communications Magazine, simulation models for Nakagami-Hoyt fading mayo 2009, pag. 116-125 channels”, The 5th. Symposium on wireless Kosch T., Kulp I., Bechler M., et al. “ Communi- personal multimedia communications, Vol. 1, cations architecture for cooperative systems Octubre 2002, pag. 272-276. in Europe”, IEEE Communications Magazine, Kaveh M. and Abdi A., “Level crossing rate in terms mayo 2009, pag. 116-125 of the characteristic function: A new approach Uzcategi R., Acosta-Marum G., “Wave: A tutorial”, for calculating the fading rate in diversity sys- IEEE Communications Magazine, mayo 2009, tems. “, IEEE transactions on communications, pag. 126-133 Vol. 50, No. 9, Septiembre 2002, pag. 1397-1400. Dar K., Bakouhya M., and Gaber J. “Wireless com- Beaulieu N., Zheng Y. and Xiao C., “Statistical simu- munications technologies for ITS applications”, lation models for Rayleigh and Rician fading.”, IEEE Communications Magazine, mayo 2010, IEEE International conference on communica- pag. 156-163 tions ICC 2003, Vol. 5, Mayo 2003, pag. 3524- Nandan A., Das S., Pau G., and Sanadidi M., “Co- 3529. operative Downloading in Vehicular Ad-hoc Wi- Bultitude R., “ Measurement Characterization and reless Networks”, Proceedings of the Second Modeling of Indoor 800/900 MHz Radio Chan- Annual Conference on Wireless On-demand nels for Digital Communications”, IEEE Com- Network Systems and Services (WONS’05). munication Magazine, Junio 1987, Vol.25, No.6, Nzounta J., and Borcea C., “STEID: A Protocol for pag. 5-12. Emergency Information Rappaport T. S, Andersen J., and Yoshida S., “Pro- Dissemination in Vehicular Networks”, IEEE Tran- pagation Measurements and Models for Wire- sactions on Information Theory, Agosto 2005, less Communications Channels ”, IEEE Com- Vol. 51, N0. 8, pag. 2770-2790. munications Magazine, enero 1995, pag. 42-49. Namgoong N, and Lehnert J., “ Performance of Zaghloul M., Fattouche M., Morrison G., and Tholl DS/SSMA Systems in Frequency Selective Fa- D., “Comparison of Indoor Propagation Chan- ding”, IEEE Transaction on Wireless commu- nel Characteristics at Different Frequencies”, nication, Abril 2002, Vol. 1, No. 2, pag. 236-244. Electronics Letters, Vol. 27, No.22, 24 de Octu- Efatmaneshnik1 M., Kealy K., Tabatabaei A., bre 1991. Dempster A., “Cooperative positioning of vehi- Victor Hinostroza Zubia, “Comunicaciones digita- cular networks with a map-matching enabled les”, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, extended Kalman filter”, IEEE 72nd Vehicular 2010, 524 paginas, ISBN: 978-607-7623-68-7, primera edición.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 53 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Steven M. Kay, “Fundamentals of statistical signal processing, Volume 1: Estimation Theory”, Prentice Hall, 1993, 625 paginas, ISBN: 978- 0133457117, Volumen 1. Interferencia Estadística, Miguel Ángel Gomes, Ed. Díaz de Santos, 1era. Edición, España 2005, pag. 95-197. Probabilidad y Aplicaciones Estadísticas, Meyer, Ed. Pearson, Primera Edición, México DF. 1992, pag. 373-416.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 54 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 55-61, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

El pensamiento docente acerca de su práctica, su interacción institucional y factores que facilitan u obstaculizan su gestión docente

¹Ma. Teresa Graciela Manjarrez G., Alfredo Limas Hernández1

SUMMARY This study comes with the sole purpose of being a diagnosis tool, this being, to describe the current situation of the faculty at Universidad Autonoma of Ciudad Juarez. Moreover, its purpose is also to characterize such faculty, build a model or set of characteristic that explain the educational actions from the professors and their interaction with the institution. The topic will be divided in three points: what might be named as a reference framework of the development for higher learning quality improvement in Mexico; a quality concept in the previously mentioned higher education (HE); and finally, a quality model for the afo- rementioned higher learning. The part presented in this document is the first approach to how professors think about teaching and their relationship with the institution and the other professors within the college of biomedical sciences who attended the focal group. The professors reveal questions and thoughts about the lack of time in order to fulfill with their duties, namely the ones related with the institution. Regarding academic interests and needs, the think that there is no support in the application of pedagogical changes by the academic and administrative infrastructure. In the matter of teaching strategies, the newest trend is the implementation of mental maps. Taken from the professor’s profile desired within the institution, the clearest aspect is they have to know what to teach, the strategies, the innovations, without taking in count the rest of the functions. Regarding the institutional teaching model (constructivist) the reference is overall now well understood about centering on the student and the values it implies along with its application inside the classrooms.

Key Words: educational quality, evaluation, faculty thoughts, teaching and professorate practice.

¹ “Autor para correspondencia”. Dra. Ma. Teresa Graciela Manjarrez G., Universidad Autónoma de Ciudad Juarez, Instituto de Ciencias Biomédi- cas, Maestra en docencia biomédica, Anillo Envolvente del Pronaf y Estocolmo s/n C.P. 32300 A.P. 1595-D, Cd. Juárez, Chih., México. Tel. (0052) 688 1821, [email protected]. 2 Investigador TC en el Instituto Ciencias Sociales y Administración, UACJ, [email protected]

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 55 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN jorar los procesos de trabajo en las instituciones. Nadie negará que la calidad académica deba ser Facilita la toma de decisiones sobre las medidas de una premisa y una meta de la gestión universitaria. fortalecimiento, corrección o eliminación de proce- Lo esencial debe ser el establecimiento de criterios dimientos, actividades, políticas y formas de actua- para generar la calidad, para su cuantificación, pro- ción, en general. greso, su ausencia o debilidad. Desde mediados de los años 60s la Asociación Esta evaluación representa un esfuerzo de aná- de Universidades e Instituciones de Educación Su- lisis al proceso de de evaluación docente que reali- perior (ANUIES) ha venido impulsando múltiples za continuamente la Universidad. Este esfuerzo se trabajos en materia de atención a la demanda, refor- orienta a identificar avances y obstáculos, a corre- ma y planeación de la ES [1], trabajos que llevaron gir caminos, a fortalecer los aciertos y a mejorar a la creación de un Consejo y un Sistema de Planea- y facilitar el crecer como personas y como institu- ción de la Educación Superior. Se promueve la rea- ción, buscando de esta forma utilizar y apoyarse en lización de autoestudios diagnósticos al interior de el enfoque formativo de la evaluación. las Instituciones de Educación Superior (IES) que En el escenario mundial se están experimentan- permitían conocer el estado que guardaban dichas do una serie de cambios permanentes en lo econó- instituciones, (Moreno, 1994). mico, científico, las tecnologías de la información A finales de la década de los 70s se genera el y la comunicación que afectan e influyen en los di- Sistema Nacional de Planeación Permanente de la ferentes grupos sociales, así como en las organiza- Educación Superior (SINAPPES) como parte de las ciones que soportan el desarrollo y el bienestar de primeras políticas nacionales encaminadas al me- la población. joramiento de la calidad de las funciones de edu- Las instituciones educativas, especialmente las cación superior, dentro del cual se establecieron universitarias se deben estar a la vanguardia de cuatro niveles con sus correspondientes instancias esos cambios, para satisfacer las necesidades so- (Llarena, 2003): CONPES[2] a nivel nacional, COR- ciales, científicas y paradigmáticas que surgen de PES a nivel regional, COEPES, a nivel estatal, y las las transformaciones. Unidades Institucionales de Planeación a nivel ins- En estas organizaciones no existe prácticamente titucional. Se promueve así una evaluación perma- control del trabajo fuera de la profesión, ni forma nente de programas, procesos y logros alcanzados alguna de corregir las deficiencias que los propios en el marco de los planes institucionales de desa- profesionales decidan pasar por alto. rrollo. El efecto de esa libertad de acción es que permi- La evaluación se institucionalizó con el Progra- te que algunos profesionales hagan caso omiso de ma de Modernización Educativa 1989-1994, del las necesidades de sus alumnos y estimula a otros gobierno federal, en que, continúa Llarena, el con- muchos para que desatiendan las necesidades de la cepto de modernización se concibe en términos de organización. Además, se trata de una estructura calidad, eficiencia, cobertura e innovación. inflexible, apta para la producción de outputs nor- Una de las primeras acciones de la CONPES es malizados, pero inadecuada para adaptarse a los la integración de la Comisión Nacional de Evalua- cambios e innovaciones tecnológicas, (Mintzberg, ción de la Educación Superior (CONAEVA) para 1991) promover una evaluación institucional que permita En primer lugar, por la dificultad inherente a la conocer los avances en los planes y programas de medición de los conocimientos o aptitudes pedagó- desarrollo de las IES definiendo y precisando me- gicas de un profesor. En segundo lugar, porque el todologías, criterios, indicadores y procedimientos. control mutuo es escaso, por la mencionada liber- Se va generando así una cultura de la evaluación en tad de cátedra y por la resistencia generalizada, ha- el sistema de educación superior. Se fortalecen las bitual en cualquier ámbito profesional, a evaluar el evaluaciones internas. trabajo de un “colega”. La parte más importante de la estructura y recursos de un programa educativo la constituye el ANTECEDENTES DE PROGRAMAS DE personal académico; los demás elementos se de- EVALUACIÓN EN MÉXICO PARA LA ES rivan de la calidad, capacidad, desempeño y pers- La evaluación docente es un ejercicio de re- pectivas de desarrollo que tenga éste. Este punto flexión y análisis que permite retroalimentar y me- de vista lo sostienen diversas instancias y agen-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 56 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” cias evaluadoras (Apodaca y Lobato, 1997; Rueda, educativo. 2008), a la par que supone que es el grupo entusias- ta y calificado de profesores el que “logra crear una MARCO DE REFERENCIA atmósfera cualitativamente apropiada de trabajo y El concepto de práctica docente un modelo académico adecuado en el que los estu- Entendido como el conjunto de procesos que se diantes tengan la oportunidad de desarrollarse al desarrollan en el aula, en el quehacer cotidiano del máximo.” (CIEES, 1994 en Moreno, 1994). maestro. En ese proceso intervienen múltiples va- … cuyos objetivos son el identificar las variables riables que conforman y caracterizan el quehacer psicosociales que inciden en la calidad de la educa- de cada profesor; por ejemplo, el código lingüísti- ción agrícola superior, así como la interacción de co, la forma de abordar los procesos de enseñanza- estas variables, con una aproximación sistémica, aprendizaje, las interacciones, etc. interdisciplinaria y con base en el conocimiento et- nopsicológico, (Díaz Guerrero, 1995). El concepto de calidad educativa La aparición del concepto “calidad de la educa- LA REALIDAD DE LAS PRÁCTICAS ción” se produjo históricamente dentro de un con- EDUCATIVAS texto específico. Viene de un modelo de calidad de Las transformaciones globales del orden inter- resultados, de calidad de producto final, que nos nacional y el avance del reordenamiento de las eco- pone en guardia, sobre todo, del hecho de que bajo nomías mundiales en torno al valor de la tecnología estas ideas suelen estar los conceptos de la ideo- han puesto en el ojo de la mira a los sistemas educa- logía de eficiencia social que considera al docen- tivos. En ellos recae la responsabilidad de generar te poco menos que como un obrero de línea que y difundir el conocimiento en la sociedad y por lo emplea paquetes instruccionales, cuyos objetivos, tanto, se instituyen en la instancia decisiva que está actividades y materiales le llegan prefabricados, y a la base de la carrera tecnológica (es decir, de las en el cual la “calidad” se mide por fenómenos casi posibilidades económicas futuras de la sociedad). aislados, que se recogen en el producto final. Esta realidad, que marca la demanda que hoy Algunos autores han visto por esto serias impli- se hace a la educación, contrasta con otra realidad cancias a este concepto: La ideología (curricular) bastante conocida; hoy, por tal y como están, los de la eficiencia social (vinculada a la corriente lla- sistemas educativos no pueden salir airosos frente mada “tecnología educativa”) entiende calidad de la a este desafío. educación como eficiencia, y eficiencia como rendi- Bastantes diagnósticos han demostrado empí- miento escolar. A partir de la instauración de una ricamente los problemas de burocratización de la política educativa de corte neoliberal se buscan jus- administración, de rutinización de las prácticas es- tificaciones “académicas” que permitan fundamen- colares, de obsolescencias de los contenidos curri- tar la restricción del ingreso a la educación. Estas culares, de ineficiencia de los resultados finales. justificaciones crean nuevos fetiches pedagógicos La expansión sufrida por los sistemas educati- que se caracterizan por su debilidad conceptual, tal vos a partir de la segunda guerra mundial, sobreim- es el caso de términos como “calidad de la educa- puesta a un modelo de gestión pensado para otras ción”. ocasiones la diversificación de clientelas orientadas Lo que ocurre, creo, es que se ha trabajado con en la incorporación de seres sociales con bases cul- una definición demasiado simplificada y muy par- turales diferentes, y las restricciones materiales cial de una idea muy abarcante ya que, recortando acompañaron los procesos de endeudamiento y las posibilidades, se la define restrictivamente, se la ajuste han hecho no personales tanto los objetivos transforma en una medición, para lo cual se la ins- como los modelos de gestión y administración ori- cribe en un marco puntual casi positivista, muchas ginales. Es decir que el crecimiento y la expansión veces hasta conductista, leyendo sólo conductas es- educativa no presentan a la visión política sólo un pecíficas, (Rueda, 2008) problema de escuela (pongamos más profesores o Por el contrario, a mi entender, el concepto de maestros, más escuelas, más aulas), sino que plan- calidad de la educación está lleno de potencialida- tea desafíos cualitativos que hacen volver a pensar des, que me parece interesante explicitar. Es por hacia dónde ir y cómo debe organizarse y conducir- esto necesario traer a la discusión las ideas de efi- se una escuela, un grupo de escuelas, un sistema cacia y eficiencia que están relacionadas con esta

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 57 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” cuestión. Estos conceptos han sido tradicionalmen- un sistema en el cual, en la totalidad o la unidad, te muy resistidos en el campo de la educación en existe la diversidad, por lo que la unidad o totalidad general. es la síntesis de múltiples determinaciones. Un sis- Y no sin razones, ya que llegaron a la bibliografía tema complejo se caracteriza porque contiene múl- educativa directamente importados de la teoría de tiples subsistemas fuertemente conectados. la administración basada en el modelo de la eficien- Dimensión humana: Se refiere a la obtención cia económica (“eficientísimo”). Éste da un valor de una definición operacional sobre los diferentes prioritario a los elementos materiales y establecer significados connotativos relativos a los beneficios metodologías como la de costo-efectividad, difícil- esperados, por los diferentes agentes involucrados mente trasladables a los sectores sociales, y por en el programa. De ellos también se obtienen me- ello al área educativa. Algunos intentos de replan- didas sobre su perfil psico-socio-cultural, variables teo en este sentido (como la propuesta del análisis intervinientes en las posibles diferencias de expec- de costo-beneficio) no superaron las limitaciones tativas y significados, así como de sus aprendizajes. intrínsecas de estas aproximaciones. Las variables que componen esta dimensión A pesar de compartir estas ideas en lo sustanti- pertenecen, entre otras, a las áreas de la persona- vo, creo que ha faltado desde el lado de los especialidad, de la cognición y de lo afectivo social. Algu- listas en educación una respuesta positiva y supera- nas de ellas son: el aprendizaje, el autoconcepto, la dora que fuera más allá de la mera crítica. Porque orientación al logro, el locus de control, la aserti- mirándonos hacia adentro, no podemos dejar de vidad, construcción de expectativas y significados, reconocer que tenemos sistemas de baja calidad y dependencia-independencia de campo, liderazgo, poco eficiente, es decir que logramos poco con los entre otras. medios que tenemos (aunque obviamente éstos no El aprendizaje sin duda alguna es una de las son muchos). variables con más elementos constitutivos y arti- Sin embargo, para poder reconocerlo abierta- culados del modelo. Algunas de sus expresiones mente, como hoy lo hacemos, hemos tenido que corresponden a la dimensión humana, otras a la llegar a un estado cercano al desastre, porque la axiológica otras a la social, y se encuentran fuerte- inexistencia de evidencias objetivas recogidas mente articuladas con la dimensión teórico-concep- sistemáticamente hicieron imposible contrastar tual y con la operativa. objetivos con resultados, es decir, tener una idea realista de los niveles de eficiencia y eficacia de la Dimensión teórico-conceptual: Componente fun- educación. damental en el proceso de evaluación, constituido Existe en el concepto de la a Calidad de la Educa- por el currículo que sustenta el modelo educativo ción una complejidad del término: Se asume como en estudio. La postura epistemológica: fundamenta- algo definido y se supone un acuerdo en cuanto a la ción filosófica (desarrollo del conocimiento, desa- universalidad de su significado rrollo social, desarrollo cultural), intencionalidad, Hay enormes dificultades y diferencias al inten- concepción del aprendizaje, posición de la educa- tar evaluarla, al intentar el diseño de estrategias ción intercultural bilingüe (pedagogía intercultural, para alcanzarla o para elevarla. Estas dificultades pedagogía de la diversidad, andragogía, etc.), per- se ubican no sólo en los métodos, procedimientos tinencia de los contenidos, pertinencia metodoló- y enfoques, sino en los aspectos prácticos de la de- gica, adecuación de los materiales didácticos a las terminación de las unidades de observación, en la poblaciones indígenas, migrantes y otros grupos selección de los indicadores, en el establecimiento multiculturales, son todos elementos de estudio de del nivel de logro, y en muchos otros relativos a la esta dimensión. evaluación y a la planeación educativa. De acuerdo a Inés Aguerredondo (2010) las ca- Dimensión social: Se evalúa la socialización de racterísticas del concepto de calidad educativa son: la experiencia, una estimación del impacto positivo es Complejo y totalizante, social e históricamente que pudiera lograrse de su aplicación en otras re- determinado, se constituye en imagen-objetivo de giones, las tradiciones, creencias, valores, rituales la transformación educativa, se constituye en pa- de organización, relatos, símbolos y mitos de los trón de control de la eficiencia del servicio. grupos beneficiarios de los programas educativos. La educación es un “sistema complejo”, es decir, También se consideran algunas variables de corte psico-social y psico-cultural, como es el caso de las plen los objetivos educativos y que lo hace de la Premisas historio-socio-culturales de los mexica- mejor manera. nos (PHSCs) y la filosofía de vida. CARACTERÍSTICAS DEL MODELO Dimensión axiológica: Identificación de valores TEÓRICO CONCEPTUAL relativos a derechos humanos, ciudadanía, religión, } Las teorías de la evaluación proporcionan el cuidado del medio ambiente, crianza, roles sociales marco de referencia del problema a estudiar; y familiares. Para su evaluación se pueden utilizar } La etnopsicología y otras disciplinas estudio- los inventarios y escalas de valores, ejercicios de sas de la multi e interculturalidad nos brindan autoevaluación, entrevistas a profundidad. Tam- elementos sobre las variables psicosocio-cul- bién algunos factores de la escala de asertividad, turales, de su posible incidencia y de sus inte- de la de autoconcepto y de locus de control, pueden racciones; y calificar como elementos constituyentes de esta di- } La Teoría General de Sistemas es el marco me- mensión. todológico para la realización del estudio eva- luativo y para una mejor interpretación de los Dimensión operativa: El uso óptimo de los re- resultados. cursos tecnológicos y financieros que puede tra- ducirse en juicios relativos al impacto social, en la organización administrativa para el desarrollo del METODOLOGÍA programa, así como elementos de costo-beneficio. Es así como las teorías de la evaluación propor- Algunas variables que la integran son: eficiencia, cionan el marco de referencia del problema a estu- oportunidad en la respuesta, liderazgo, logística, diar, la etnopsicología nos brinda elementos sobre organización, clima laboral, recursos, planeación, las variables psicosociales de posible incidencia y programación, y otros. sus interacciones, y la TGS es el marco metodológi- El quehacer institucional corresponde prepon- co para la realización del estudio y para una mejor derantemente a la dimensión operativa del modelo interpretación de los resultados, (Hernández, Ana de evaluación. Al igual que las demás, sus variables Jesús, 1989). constitutivas se relacionan sistémicamente con las Criterios para el análisis del primer acercamien- otras dimensiones. Para el caso de la Educación In- to tercultural, es de esperar encontrar fuertes interac- 1. Expectativas del profesor ciones correlacionales con la dimensión axiológica — Personales y con la social. — Institucionales Los resultados obtenidos en trabajos previos 2. Perspectivas actuales y futuras del docente respecto a temas importantes como la investigación de la UACJ del significado subjetivo del concepto de calidad de 3. Atributos de personalidad la educación, sobre la importancia relativa de los — Asertividad diferentes indicadores y su efectivo impacto en los — Autoestima /autoconcepto resultados esperados y, sobre todo, en el uso de la — Logro información para el establecimiento de estrategias 4. Componente axiológico de desarrollo en los ámbitos educativos diversos, — Valores son lo que justifica y motiva el desarrollo de un 5. Formación Modelo ad hoc[1], donde la calidad de la educación 6. Relación con la identidad gremial sea función de equidad, sustentabilidad, accesibili- 7. Experiencia laboral dad y trascendencia social. 8. Actividades docentes En México, los retos importantes de evaluación 9. otros educativa no sólo se refieren a arraigar la cultura de evaluación, sino también a institucionalizar las Se realizaron tres grupos focales en cada insti- prácticas de evaluación y transformar las actuales tuto de la Universidad Autónoma de Ciudad Juarez, en prácticas más sistemáticas y rigurosas con con- tomando en cuenta los Tres momentos de la cali- secuencias efectivas en el sistema educativo. La dad (C3) evaluación debe servir para asegurar que se cum- 1. Coherencia: relación, vínculo, correspon-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 59 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” dencia de los diferentes componentes: ¿Los docu- Cuadro 1.- Resumen de las percepciones de los docentes. mentos que contienen los estamentos, objetivos, estrategias, métodos, descripción de procedimien- Primer acercamiento al perfil docente de ICB tos y demás elementos, expresan relaciones de correspondencia entre sus diferentes componentes? 1.Expectativas del profesor Ser mejor docente Es decir: ¿Son coherentes? (Propósitos y objetivos —Personales Colaborar en forma más cerca- de equidad de género). — Institucionales na con la administración 2. Consistencia: firmeza, estabilidad, solidez, 1. Perspectivas actuales y sistematicidad de la perspectiva de género: ¿Las futuras del docente de la En estudio actividades, eventos, acciones y demás actos que UACJ se realizan en el marco del proyecto, corresponden 1. Atributos de personalidad a un programa ordenado, organizado para la equi- — Asertividad dad de género, con organización y secuencia entre — Autoestima /autocon- En estudio sus diferentes etapas? Es decir: ¿Son consistentes? cepto (Hechos). — Logro 3. Congruencia e impacto: eficacia, eficiencia, 4. Componente axiológico lógica, oportunidad y pertinencia de la perspecti- Falta el trabajo en equipo va de género. ¿Los resultados y productos obteni- — Valores dos y los recursos utilizados para ello hacen una 4. Formación Especialidad diferencia real entre el estado de cosas inicial y el 4. Relación con la identidad Trabajo de academias deficiente alcanzado? ¿Cuál es el impacto real de las acciones gremial del programa? Es decir: ¿Es congruente? (Logros). Un alto porcentaje atiende otro RESULTADOS 4. Experiencia laboral trabajo, donde adquiere expe- Percepciones sobre las condiciones del trabajo riencia laboral docente (véase cuadro 1, resumen) 4. Actividades docentes Poca participación — Falta de tiempo para investigación, es la mayor preocupación para cumplir como se debiera. 4. Otros En estudio — Horarios rígidos, espacios igual. — No se toma en cuenta que hay vida personal Respecto a Intereses y necesidades académicas — En el caso de los médicos otro trabajo — El principal interés es la docencia, el cam- — Poca facilidad de la práctica de los alumnos bio en el aula. Mejorar la enseñanza. — Mucho trabajo que hacer extra horario de labo- — En segundo la investigación, tutoría y ges- res tión (que al parecer muchos no la hacen ya — Falta de interés de los alumnos en la tutoría, no que no la mencionan). asisten — No hay apoyo para implementar cambios — No hay apoyo para la investigación educativa, pedagógicos por la estructura administrati- se da más apoyo a investigación disciplinar, es- va y académica, como el uso del ABP si lle- tando en una institución educativa van muchas materias. No hay adaptaciones — Condiciones en estamentos diferenciadas para curriculares. El reto como dar ese paso? las clases T/P — Falta de equipo suficiente para el trabajo — Problemas de trabajo de academias, no es ám- con los alumnos, como microscopios, lami- bito de construcción de conocimiento se des- nillas, portaobjetos. No se cumple el objeti- aprovecha. Priva el aspecto administrativo en vo de E-A. Este mismo problema se extra- las academias pola a la investigación. — Cambio la importancia del trabajo de academias por el CA Estrategias de enseñanza — Tomar en cuenta necesidades cotidianas de — Presentaciones en Cañón insumos para el maestro, material para exáme- — Clase magistral nes, etc. — Practica experimental — Desarrollo de programas de clase — Práctica clínica

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 60 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” — Mapas mentales y conceptuales BIBLIOGRAFÍA Percepción del Perfil docente Aguerredondo, I. (2010) La calidad de la educación: — Saber que se quiere enseñar y cómo se quie- Ejes para su definición y evaluación. Revista re enseñar. de la OEI. Revisado en agosto del 2014 en: — Dominar la disciplina, que la teoría y la prácti- http://www.oei.es/calidad.htm ca profesional, sea congruente con la materia Apodaca, P. y Lobato, C. (1997) Calidad en la Uni- que se imparte versidad. Editorial Laertes. España. — Preparación docente, sepa técnicas de eva- Díaz-Guerrero, R. (1995). Una aproximación cientí- luación, didáctica, etc. fica a la Etnopsicología. Revista Latinoameri- — Compromiso de los docentes con los alum- cana de Psicología, Vol. 27, (3), 359-389 nos y consigo mismo Hernandez, A. J. (1989). Metodología Sistémica en — Que sean innovadores la Enseñanza Universitaria: Un proyecto de integración ecológica y pedagógica. Narcea. Referencia al Modelo 2020 y la realidad Madrid. — Entender claramente Aprendizaje centrado Moreno Cedillos, Alicia. (1998). Un análisis de en el alumno sistemas de las variables psicosociales que — Los valores no están definidos (para el área intervienen en la calidad de la educación biomédica), se difuminan en el quehacer do- superior [1] “Declaración de Villahermosa”, cente, en el mismo PIME no se perciben “Acuerdos de Tepic”, “Declaración de Vera- — Establecer claramente lo que requiere cada cruz” y Acuerdos de Toluca” XIII, XIV, XV y programa. XVI Asambleas de la ANUIES. Coordinación para la Planeación de la Educación Superior, Retos y pendientes integrada por autoridades gubernamentales — Hacer de la academia un espacio de voces de y autoridades de las universidades e insti- los académicos tuciones de educación superior. Educación — Reestructurar y definir el trabajo de acade- agrícola superior. Tesis doctoral inédita. Fac. mia y su organización de Psicología, UNAM. México. — Vencer apatía, trabajar en equipo (sobre todo Mintzberg, H., (1991) El Proceso Estratégico. Pren- en ICB) y no solo buscar la ganancia tice Hall, México. — Tomar en cuenta la investigación educativa Montoya Restrepo I. A., Montoya Restrepo L. para la toma de decisiones (2005) Visitando a Mintzberg: su concepto — Trabajo de género de estrategia y principales escuelas. Revista — Gestión administrativa que sea congruente, Escuela de Administración de Negocios, núm. consistente y 53, enero-abril, , pp. 84-93, Universidad EAN, — Mejorar las Prácticas docentes Colombia. Rueda, M., (2008) (Coordinador) La evaluación de los profesores como recurso para mejorar su práctica. UNAM-Plaza y Valdés, México.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 61 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014”

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 63-72, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ Diseño de un enfoque innovador para construir posiciones de graficación para datos de evaporación de El Paso, County, Texas, EUA

1* Quevedo Urías, H. 2Domínguez Chicas, A.

RESUMEN El objetivo de este estudio es la aplicación de funciones estadísticas de una muestra de 54 años de datos de evaporaciones del Condado de El Paso, Texas (periodo 1940-2012). Esta investigación elaboró estadís- ticas descriptivas para calcular medidas de tendencia central y de variabilidad. También incluyó el cálculo de probabilidades acumuladas y de densidad. Igualmente, cálculo la función matemática para la predicción de las tasas de evaporación de esa localidad usando series de tiempo. Más importante todavía, el estudio intentó diferentes gráficos de probabilidad para identificar la distribución de probabilidad continua más apropiada que ajusta los datos basándose en el valor de la estadística de prueba de bondad de ajuste Anderson-Darling. Posteriormente, este método estructuró una posición de graficación de probabilidad en función de valores de evaporación, probabilidad de ocurrencia y periodos de retorno. Este enfoque educa- cional tiene una ventaja sobre los métodos tradicionales que usan posiciones de graficación usando datos hidrológicos, probabilidad de ocurrencia y periodos de retorno. Los resultados de esta investigación muestran que la distribución normal de probabilidad continua se ajusta a los datos mucho mejor que cualquier otra distribución de probabilidad continua probada, basándose en el valor de la prueba de bondad de ajuste de Anderson-Darling de 0.214. Se concluye que esta perspectiva tecnológica innovadora, para construir posiciones gráficas de probabilidad es más precisa y confiable que el tradicional enfoque de posiciones de graficación hechas a estudios hidrológicos. Esta información tiene varias aplicaciones dependiendo del campo de interés. Por ejemplo, los datos mensuales de evaporación podrían ser útiles para fines agrícolas para cuantificar el agua para sistemas de riego. Además, la evaporación anual de los datos que disminuyen en función del tiempo, y con temperaturas ascendentes, pudieran ser de interés para atestiguar los efectos del calentamiento global, la contaminación antropogénica y el oscurecimiento global.

Palabras claves: Posiciones de graficación de probabilidad para datos de evaporación del Condado de El Paso, Texas; Prueba de Bondad de ajuste de Anderson-Darling; aplicaciones estadísticas a datos de evapo-

1(*) “Autor para correspondencia” Hector Quevedo Urías,(Ph.D. en Ingeniería Ambiental, Oklahoma University) Universidad Autónoma de Ciu- dad Juárez, Ciudad Juárez, Chihuahua, México. Teléfono 6-88-48-46, Fax 688-48-46 [email protected]. 2 Domínguez Chicas, A. (M.S. en Ingeniería Ambiental, UACJ), Universidad Autónoma de Ciudad Juárez.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 63 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” ración; calentamiento global, oscurecimiento glo- global. Por ejemplo, después de la era industrial el bal; distribución de probabilidad continua normal; cambio climático ha sido causado por las emisio- periodos de retorno; probabilidades de ocurrencia; nes de gases de invernadero antropogénicas que distribuciones de probabilidades continuas; Hazen, está engrosando el cinturón natural de bióxido Cunnane, Weibull, Adamowski, Bloom, Gringorten de carbono en la troposfera. Este fenómeno está calentando la atmosfera terrestre y distorsionan- INTRODUCCIÓN do el clima. Sin embargo, en los años noventa los El Diccionario de Ciencias define la evaporación científicos (Ver Roderick,et al. 2002) empezaron como la conversión de un líquido en vapor a tem- a observar que las evaporaciones del agua han es- peraturas por debajo del punto de ebullición. En tado disminuyendo en muchas partes del mundo consecuencia, la velocidad de evaporación aumen- (Ver gráfica de series de tiempo de evaporaciones ta con el aumento de temperatura, puesto esto que descendientes de este documento). Este fenómeno depende de la presión atmosférica en el punto de es lo que se llama oscurecimiento global y se cree ebullición. La evaporación que ocurre en la super- que es causado por la contaminación de partículas, ficie de estanques, ríos, corrientes, etc., que están como aerosoles de sulfatos, partículas de hollín y expuestos a la intemperie. La evaporación depende de cenizas. Acordemente, cuando estas partículas de la temperatura, humedad relativa, lluvia caída, entran en la atmosfera, absorben la energía solar y dispersión de sequía, radiación solar e intensidad reflejan la luz solar que, de otra manera, llegarían del viento. Evaporación de bandeja es una medida a la tierra. Igualmente, el oscurecimiento global que combina o integra los efectos de varios elemen- ha interferido con el ciclo hidrológico al reducir la tos del clima: temperatura, humedad, lluvia caída, evaporación causado por un efecto de enfriamiento dispersión de sequía, radiación solar y viento y se que ha cambiado las propiedades de las nubes. Es reduce grandemente cuando nubes bloquean el sol decir, de generación de “nubes cafés artificiales” y cuando el aire es fresco, tranquilo y húmedo. La que son más reflexivas que las nubes naturales, evaporación es una parte esencial del ciclo hidroló- las cuales están creando un efecto de enfriamiento gico del agua. La energía solar ocasiona la evapo- debajo de estas nubes, pero a la misma vez causan- ración del agua de océanos, lagos, humedad en el do un calentamiento arriba de éstas, por el reflejo suelo y otras fuentes de agua. Con la Hidrología, la de los rayos solares. De acuerdo al autor de este evaporación y la transpiración (que involucra den- artículo, aplicando un intelectualismo teórico, es- tro de las estomas de las plantas) se denominan co- tas condiciones pudieran estar causando sequías lectivamente, evapotranspiración. La evaporación en muchas partes del mundo, por el diferencial de del agua, comúnmente se calcula indirectamente temperaturas que originarían más sistemas de alta por una o más técnicas. Estas técnicas son bandejas presión (de acuerdo a la segunda ley de termodi- de evaporación, balance hídrico, balance de ener- námica). Desgraciadamente, este oscurecimiento gía, transferencia de masa y técnicas de combina- global está enmascarando las crecientes tempera- ción. El método más comúnmente utilizado en los turas, a nivel mundial causado por el calentamiento Estados Unidos para estimar la evaporación de los global, lo que está causando más confusión entre cuerpos pequeños de agua, es para medir la evapo- los científicos. ración de una bandeja estándar y luego multiplicán- Por otra parte, las posiciones de graficación dola por un coeficiente. (Jensen, 2013). Igualmente, han sido usadas tradicionalmente usadas para vi- el gobierno de Departamento de los recursos del sualizar gráficamente la precipitación, las inunda- agua del estado de California discute el uso de los ciones de ríos y en varios campos de la ingeniería. datos semanales y mensuales de evaporación para Sin embargo, como se discute en este documento, su uso en la programación de riegos y fines agro- la investigación aplicando las posiciones de gra- nómicos. Además, el Consejo de desarrollo de agua ficación en función de los datos de evaporación, de Texas (TWB) proporciona datos de evaporación probabilidad de ocurrencia y periodos de retorno y precipitación para cada condado en el estado de es muy inusual. No obstante, en un esfuerzo para Texas. promover y avanzar el estado del arte de la ciencia, Por otra parte, este artículo también discute en este estudio se aplicaron métodos estadísticos y brevemente, la relación entre el cambio climático, métodos gráficos para establecer una probabilidad la contaminación ambiental y el oscurecimiento de posición grafica para los datos de evaporación

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 64 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” del Condado de El Paso, Texas, U.S.A. El método posición de graficación de probabilidad en función consistió en el procesamiento de los datos de una de datos hidrológicos, probabilidad de ocurrencia y muestra aleatoria de evaporaciones para el perio- periodos de retorno. Este enfoque tiene superiori- do 1954-2012. El estudio aplicó varias funciones dad sobre los métodos tradicionales de posiciones estadísticas, como estadística descriptiva. También de graficación, que asumen a una distribución nor- calculó probabilidades acumulativas y probabilida- mal de los datos. Más adelante, De (2000) discute des de densidad, para calcular las probabilidades una nueva posición de graficación para la distribu- de precipitaciones. Asimismo, la metodología in- ción Gumbel y afirma que su fórmula desarrollada tentó diferentes gráficas de probabilidad usando la mejor aproxima a la posición exacta en compara- evaporación acumulativa y los datos mensuales de ción con otras fórmulas existentes. Acerca de infor- evaporación de una muestra de 54 años. Todo esto maciones adicionales de evaporación, el National se hizo para determinar las distribuciones de pro- Weather Service Forecast Office suministra infor- babilidad continua que mejor ajustaran los datos, es mación de eventos de lluvia y de nieve. Además, decir, usando el programa informático de Minitab esta Oficina proporciona datos de evaporaciones que identifica la mejor distribución de probabilidad históricas correspondientes a los Condados del Es- continua basando el criterio en el valor de la prue- tado de Texas. ba de Anderson-Darling. Partiendo de esa premisa, esta metodología construyó una posición de grafi- MATERIALES Y MÉTODOS cación de probabilidad normal que va en función de La metodología aplicada en esta investigación se los valores de evaporaciones, periodos de retorno hizo usando los valores de los datos de evaporación (recurrencia intervalos de probabilidad) y probabi- que se muestra en la Tabla 1. Esta tabla muestra lidades de ocurrencia. En este contexto, la función el tiempo en años, a partir de 1954 hasta el 2012, matemática del periodo de retorno es T = 1/P, don- los valores mensuales y los datos acumulados de de T es el periodo de retorno y P es la probabilidad evaporación para una muestra de 54 años de una es- de ocurrencia o la probabilidad de que un evento tación de muestreo localizada en el Condado de El de tal magnitud especificada será igualado o supe- Paso, Texas. Los métodos usados consistieron en rada a lo largo de un periodo de tiempo. De hecho, la aplicación de funciones estadísticas, como la es- el periodo de retorno es una estimación de la pro- tadística descriptiva para calcular medidas de ten- babilidad de un evento, como un huracán, tornado, dencia central (como la media, mediana, cuartiles, inundación, terremoto, evaporación, precipitación etc.) y medidas de variabilidad (como la varianza, o un flujo de la descarga del río que se produzca. desviación estándar, asimetría, etc.) e intervalos de El periodo de retorno es una medida estadística confianza para la media y mediana, para verificar la basada en datos históricos que denota el intervalo simetría de los datos. Esta información se muestra de recurrencia promedio durante un periodo pro- en la Figura 1. Además, el procedimiento consis- longado de tiempo (10, 20, 50.100, 1000 años, etc.) tió en calcular probabilidades de densidad (véa- y se utiliza para el análisis de riesgo, es decir dese la ecuación 1 más abajo) y las probabilidades cidir si un proyecto hidráulico debe ser permitido acumuladas mostradas en la Tabla 2 y el trazado seguir adelante en una zona de cierto riesgo, o para estos valores, como se muestra en la Figura 2. El diseñar estructuras para soportar un evento climá- siguiente paso consistió en calcular las probabilida- tico extremo con un cierto periodo. Con relación des de densidad y las probabilidades acumuladas. a posiciones de graficación a las tasas de evapora- Este mecanismo consistió en un procedimiento de ción, estos estudios tienen muchas aplicaciones en ensayo y error para identificar la distribución más los campos de la agricultura, los efectos del calen- apropiada, por medio de probar diferentes distri- tamiento y oscurecimiento global y, incluso, en el buciones como la normal, lognormal, gamma, Wei- campo de prácticas de construcción de ingeniería bull, Gumbel, etc. Después, el proceso consistió en civil. examinar los valores más pequeños de la función Con respecto a posiciones de graficación apli- estadística de Anderson-Darling (A-D), los cuales cadas a problemas hidrológicos, hay muchos estu- identifican al mejor montaje de distribución, que en dios escritos sobre el tema. Por ejemplo, Quevedo este caso resultó ser la distribución normal, con un en su libro de aplicaciones estadísticas a la hidro- valor de 0.214 como se muestra en la Figura 3. La logía diseñó una metodología para construir una siguiente etapa consistió en la construcción de la

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 65 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” posición de graficación de probabilidad, yendo en función de los datos de evaporación, la probabilidad de los acontecimientos y periodos de retorno, como se muestra en la Figura 4. Para realizar esta tarea, la metodología consistió en la modificación de la Figura 3 mediante la manipulación de los valores de los ejes del gráfico. Todas estas manipulaciones son explicadas en detalle en el texto de Quevedo (2013), donde este investigador aplicó probabilidad y estadística a los problemas a la hidrología. Además, la Figura 5 muestra una gráfica de series de tiempo con tendencia hacia abajo (un caso inusitado) y con la ecuación de regresión para fines de predicción.

Tabla 1. Tasas de evaporaciones mensuales y anuales (pulgadas), periodo1954-2012 de El Paso County, Texas, E. U.A. Evap. Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual 1954 2.42 3.81 6 7.38 8.8 10.1 9.86 7.73 6.45 5.22 3.83 2.89 74.46 1955 2.33 3.37 6.12 8.16 8.24 10.3 8.01 7.47 7.12 5.02 4.32 3.03 73.48 1956 3.08 3.29 6.74 7.77 9.07 10.8 9.49 8.17 7.62 6.69 3.9 2.49 79.11 1957 2.92 3.53 5.96 7.92 8.24 10.9 10.2 7.67 7.36 4.99 2.98 2.8 75.39 1958 2.32 3.43 3.97 8.43 8.46 10.1 9.85 8.52 6.16 3.96 2.71 2.79 70.67 1959 3.21 3.7 6.33 7.73 9.24 10.2 9.65 8.29 8.12 5.97 3.65 2.78 78.82 1960 2.22 3.84 6.53 7.8 8.52 9.81 7.66 8.18 7.71 5.39 3.71 2.00 73.37 1961 2.85 4.13 6.72 8.23 9.03 9.6 9.21 7.6 6.79 6.27 2.58 2.56 75.57 1962 2.32 4.12 5.15 8.44 9.56 10.4 7.86 9.44 5.67 5.01 3.81 2.23 74.03 1963 2.78 3.59 6.6 8.68 8.45 10.3 9.86 7.61 6.31 4.99 3.44 2.66 75.29 1964 3.24 3.77 5.92 7.91 8.82 9.96 9.7 8.56 6.73 5.12 4.25 2.89 76.87 1965 3.23 3.45 5.87 7.82 9.06 9.74 10.9 9.05 6.77 5.5 4.24 2.27 77.89 1966 2.89 3.49 5.89 7.58 9.32 9.46 9.88 7.09 6.31 5.5 3.38 2.98 73.77 1967 2.92 4.01 5.82 7.64 7.95 8.83 9.23 7.61 6.63 5.02 3.79 1.94 71.39 1968 1.5 3.19 4.02 7.37 8.79 10.6 9.54 5.21 6.91 5.31 3.62 2.33 68.40 1969 3.11 3.58 5.07 7.89 8.17 10.0 8.06 8.57 6.63 5.61 4.04 2.43 73.17 1970 3.24 2.99 5.35 7.7 7.88 9.59 8.96 7.75 6.24 5.04 4.15 3.08 71.97 1971 3.11 3.72 6.87 8.13 6.45 9.41 10.5 5.36 4.83 3.73 3.53 2.52 68.14 1972 3.02 3.53 5.09 6.44 5.04 5.19 9.18 5.07 3.78 5.67 2.44 2.54 56.98 1973 1.76 2.14 4.33 7.25 5.41 6.62 7.92 7.85 6.88 4.97 3.76 3.17 62.06 1974 2.66 3.75 5.87 8.06 7.57 10.4 8.05 6.17 3.38 3.00 2.5 1.99 63.36 1975 2.04 2.98 5.45 6.36 6.1 9.31 5.04 7.59 4.49 5.28 3.46 2.32 60.41 1976 2.36 3.72 6.4 6.47 7.11 9.21 7.51 5.55 5.72 3.07 2.2 1.83 61.15 1977 2.34 3.53 5.71 6.85 7.88 9.58 8.18 7.26 6.49 4.67 4.25 4.11 70.85 1978 2.33 3.19 6.23 8.52 9.34 11 9.27 7.18 5.23 4.68 2.75 2.04 71.80 1979 1.92 2.61 5.16 7.32 7.66 9.3 9.06 6.76 6.73 6.66 4.17 2.58 69.93 1980 2.8 3.42 5.91 7.3 8.2 10.2 10.3 8.07 5.00 4.13 2.52 2.47 70.33 1981 1.88 3.34 4.87 6.32 8.34 9.39 8.42 7.09 5.3 4.97 4.03 2.85 66.80 1982 2.38 3.83 6.05 7.55 7.45 9.8 8.92 8.13 6.81 4.97 2.96 1.49 70.34 1983 1.57 2.77 5.73 6.49 8.43 9.68 9.83 7.75 6.46 4.36 3.75 2.59 69.41

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 66 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 1995 2.57 3.42 5.92 7.91 9.58 10.1 9.55 8.19 6.35 5.89 3.75 3.01 76.23 1996 3.36 4.47 6.58 8.31 10.2 9.45 8.85 7.47 6.6 5.92 4.41 3.73 79.34 1997 3.1 3.58 6.03 7.45 8.31 8.69 9.19 7.81 7.52 5.4 2.98 2.76 72.82 1998 2.56 3.6 5.36 7.45 8.65 10.5 9.13 7.54 4.32 5.33 3.2 1.79 69.46 1999 2.63 3.45 5.61 7.49 8.26 9.63 8.96 7.47 6.25 5.1 3.46 2.61 71.10 2000 2.89 3.8 6.17 8.24 9.08 10.6 9.85 8.21 6.87 5.61 3.81 2.87 78.00 2001 1.24 1.67 3.76 6.47 7.81 9.52 8.87 6.81 6.67 4.99 2.28 2.59 62.68 2002 2.65 3.31 5.12 7.15 8.52 9.53 7.33 7.08 6.22 2.99 3.82 1.01 64.72 2003 3.17 3.41 5.47 6.23 7.6 8.48 7.11 7.66 5.91 3.84 3.5 1.58 63.98 2004 3.67 3.13 3.32 4.9 7.64 9.24 8.65 6.5 4.38 2.57 2.22 1.84 58.06 2005 2.38 2.58 5.81 7.59 7.32 10.4 9.82 7.14 7.01 4.74 3.76 3.03 71.59 2006 4.03 2.5 4.1 7.45 8.1 9.45 9.09 3.82 5.87 4.39 3.34 1.72 63.87 2007 1.87 2.74 4.66 6.2 7.16 8.66 7.56 7.87 5.98 5.85 2.78 3.25 64.58 2008 2.63 3.77 5.98 7.37 7.66 9.84 7.3 6.48 5.16 4.49 3.59 3.3 67.57 2009 2.33 3.16 5.65 7.31 8.06 8.45 9.35 8.7 6.82 5.28 2.98 2.44 70.53 2010 2.13 3.19 5.2 6.67 8.82 9.77 8.44 7.9 6.68 5.75 4.29 2.79 71.62 2011 2.87 3.87 7.11 8.98 9.3 11 9.69 8.72 7.83 5.91 3.63 3.57 82.50 2012 4.4 3.74 6.39 7.31 7.49 8.96 8.11 8.16 6.26 5.28 3.61 2.94 72.65

Fuente: Texas Water Development Board. (Publicada con permiso).

Figura 1. Diagrama esquemático de la estadística descriptiva para los datos de evaporación. Este cuadro muestra los valores de la media, mediana, desviación estándar, sesgo, intervalos de confianza, etc.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 67 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Tabla 2. Tabla que muestra los valores de las evaporaciones anuales (en forma ascendente), las probabilidades acumuladas y las probabilidades de densidad de la muestra de 54 años.

Prob. Prob. de Evap. Prob. Prob. de Evap. anual acumulada densidad anual acumulada densidad 56.98 0.01313415 0.0055267 70.85 0.5189249 0.065209 58.06 0.0204032 0.0080583 71.1 0.5352068 0.065028 60.41 0.04836282 0.0164342 71.39 0.5540185 0.064683 61.15 0.06179893 0.0199487 71.59 0.5669241 0.064362 62.06 0.08212266 0.0248132 71.62 0.5688542 0.064308 62.51 0.0938696 0.027415 71.8 0.5803984 0.063952 62.68 0.09861598 0.0284273 71.97 0.5912383 0.063568 63.36 0.1193578 0.0326108 72.65 0.6338269 0.061574 63.87 0.13681371 0.0358553 72.82 0.6442435 0.060968 63.98 0.14079669 0.0365629 73.17 0.6653463 0.059592 64.37 0.15554739 0.0390841 73.37 0.6771796 0.058733 64.58 0.16389791 0.0404446 73.48 0.6836133 0.05824 64.72 0.1696236 0.0413507 73.77 0.7003065 0.05687 65.20 0.1902143 0.0444368 74.03 0.7149243 0.055563 65.51 0.20429466 0.0463989 74.46 0.7383261 0.053254 65.65 0.21085181 0.0472733 75.29 0.7805388 0.048384 66.80 0.26918362 0.0540246 75.39 0.7853465 0.047769 67.15 0.28841873 0.0558706 75.57 0.7938444 0.04665 67.57 0.31232116 0.057918 76.23 0.8232534 0.042448 68.14 0.34604986 0.0603593 76.87 0.8490961 0.038307 68.40 0.36187144 0.0613294 77.89 0.8848286 0.031796 69.41 0.42536572 0.0641369 78.00 0.8882885 0.031112 69.46 0.428575 0.0642336 78.82 0.9117581 0.026186 69.93 0.45894467 0.0649367 79.11 0.919111 0.024532 70.33 0.48498853 0.0652364 79.34 0.924606 0.023257 70.34 0.48564092 0.0652404 80.01 0.938995 0.019748 70.48 0.49477754 0.0652771 81.11 0.9578618 0.01471 70.53 0.49804153 0.0652819 82.5 0.9746407 0.009679 70.67 0.5071807 0.0652721 83.58 0.9834383 0.006747

70.84 0.51827275 0.0652142 Figura 2. Gráficas de probabilidades acumuladas y de densidad para los datos de las evaporaciones anuales expresados en pulgadas. Por ejemplo, la figura izquierda muestra la gráfica de las probabilidades acumuladas, mientras que la figura del lado derecho muestra las probabilidades de densidad.

Figura 3. Figura mostrando la probabilidad en función de la evaporación anual para los datos anuales de evaporaciones. Aquí se observa que el valor de la estadística Anderson-Darling es igual a 0.214, lo que sugiera que los datos están muy cercanos a la línea de regresión de los cuadrados mínimos.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 69 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figura 4. Figura mostrando la gráfica de posición de graficación de evaporaciones para el Condado de El Paso, Texas.

Figura 5. Figura mostrando una gráfica de tendencias de series de tiempo para los valores de evaporaciones para el Condado de El Paso, Texas. Aquí se observa que la tendencia es decreciente.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 70 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” DISTRIBUCIÓN NORMAL lidad acumulada es de 0.082123 y la probabilidad de Continuando con la metodología de este estudio, densidad es de 0.024813. Además, la probabilidad la selección de la distribución normal de probabili- de obtener una evaporación entre 68.14 y 70.53, se dad fue la herramienta usada en este estudio, para expresaría como P(68.14 ≤ X ≤ 70.53) y sería igual a construir la posición de graficación. La distribución 0.1520 y así sucesivamente. Aquí, sin embargo, se normal es una función que dice que la probabilidad observa que estas probabilidades también pueden de que una observación en algún contexto caerá ser calculadas por interpolación, utilizando la Figu- entre dos números reales. De esta manera, la fun- ra 2, aunque con menos precisión. ción de probabilidad de densidad de una variable Más adelante, mediante el uso de programa de aleatoria normal X, con media μ (donde -∞ < μ < ∞) computadora Minitab, esta investigación identifi- y desviación estándar σ igual a 1 es: có la mejor distribución continua de probabilidad f(x;μ,σ) = [(1/σ √2π)]exp-(0.5)[(x - μ)/σ]2 -∞ < que se adaptó mejor a los datos de evaporaciones, x < ∞ (1) que, en este caso, resulto ser la distribución normal Donde el parámetro μ es la media de la distribu- con un valor resultante de la prueba de bondad de ción normal. Además, el parámetro σ es la desvia- ajuste Anderson-Darling igual a 0.214. Este valor es ción estándar y su varianza es σ2. Sin embargo, si la más bajo obtenido después de probar otras dis- μ = 0 y σ = 1, la distribución se llama distribución tribuciones continuas como la lognormal, Gamma, normal estándar. Weibull, Gumbel, etc. Aún más, sobre la construc- En forma análoga, la distribución normal acu- ción de la posición de graficación resultante, esta mulada es el integral, grafica se muestra en la figura 4. Como se ve ahí, x esta figura muestra la gráfica posición de probabi- F(x) = P(X ≤ x) = ∫ (1/√2π σ)] exp-0.5[(u - μ)/ lidad usando como base, la distribución continua (σ)]2 du (2) normal. Esta grafica tridimensional va en función -∞ de los valores de las evaporaciones, probabilidad de ocurrencia y periodos de retorno. Esta posición de Sin embargo, es muy difícil resolver matemáti- graficación sirve como guía para calcular periodos camente este integral sin recurrir a métodos numé- de retorno para cualquier evaporación dada. Por ricos. Por esta razón, es necesario consultar la tabla ejemplo, si se desea predecir un periodo de retor- de la distribución normal y el uso de la función pa- no, para una evaporación de 80 pulgadas anuales, la ramétrica para hacer transformaciones. correspondiente probabilidad de ocurrencia es de Z = (X – μ) / σ (3) 0.05 y el periodo de retorno es igual a 20 años y así O su estadística z = (X – X ) / s (3ª) sucesivamente. Finalmente, la Figura 5 muestra la gráfica de tendencia de series de tiempo. Ahí se va claramente, que la tendencia de las tasas de evapo- RESULTADOS ración es hacia abajo. La Figura 1muestra los resultados de la media anual igual a 70.55 pulgadas con una desviación es- DISCUSIONES Y CONCLUSIONES tándar de 6.108. Por otra parte, al juzgar por el valor La metodología y los resultados obtenidos en del sesgo de -0.0391, la distribución está ligeramen- esta investigación sugieren que, antes de que se te sesgada hacia la izquierda. Asimismo, el interva- intente procesar los datos estadísticamente, es ne- lo de 95% para la media de 68.965 < μ < 72.151 dice cesario analizar la simetría de los valores meteoro- que la media está contenida en el intervalo y así lógicos o hidrológicos. Además, de suma importan- sucesivamente. En cuanto a los cálculos de las pro- cia es la identificación de la mejor probabilidad de babilidades acumuladas y de densidad, los resulta- distribución continua que se ajuste mejor a los da- dos se muestran en la tabla 2. Las gráficas corres- tos. Una vez hecho esto, entonces, ya se está en una pondientes a los valores de tabla 2 se muestran en posición favorable para establecer, con precisión, la la figura 2. Aquí se observa que cualquier probabi- posición de graficación correspondiente siguiendo lidad correspondiente a los datos de evaporaciones la metodología explicada en este documento. Esta puede fácilmente calcularse utilizando tabla 2. Por metodología novedosa tiene ventaja sobre los mé- ejemplo, si se desea calcular la probabilidad de una todos tradicionales de trazado de posiciones (como evaporación de 62.06 pulgadas anuales, la probabi- las de Cunnane, Hazen o Weibull), porque primera-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 71 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” mente, identifica la distribución continua de proba- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS bilidad adecuada y la posición de graficación ideal, sin depender de la asignación de rangos a los da- http://thesciencedictionary.org/evaporation/ tos (que no siempre siguen la distribución normal, ttp://CCC.Atmos.colostate.edu/ET_Workshop/ aunque en este caso, así ocurrió) y el uso de fórmu- ET_Jensen/ET_water_surf.pdf (2013). las para calcular las probabilidades de ocurrencia y http://www.TWDB.Texas.gov/Policies/site/in- periodos de retorno. dex.asp#Accessibility (2013). Se concluye que el enfoque presentado en este http://mathworld.wolfram.com/PlottingPosition. documento, para construir posiciones de grafica- html. ción es más preciso y confiable que el trazado de Roderick, Michael L. y Graham D. Farquhar posiciones gráficas tradicionales. Se determina que (2002). “La causa de la evaporación de pan la elección de la posición de graficación de proba- disminuido en los últimos 50 años”. Cien- bilidad que mejor ajuste de los datos es de suma cia 298 (5597): págs. 1410). importancia, en la construcción obras hidráulicas De, M. (2000). Una nueva imparcial trazado posi- o de proyectos agrícolas. Es decir, para decidir si ción fórmula para la distribución de Gumbel. un proyecto hidráulico debe ser permitido en una Estocástica investigación ambiental y evalua- zona de cierto riesgo, o en diseños de estructuras ción de riesgos. Vol. 14, pp.1-7. de diseño, para soportar condiciones climáticas ex- C. Cunnane. Trazar posiciones-una revisión impar- tremas, para proteger el bienestar de las personas. cial. Revista de la hidrología. Volumen 37, temas También se observa que la Figura 5 de tendencia 3-4, mayo de 1978, pp. 205-222. Discusión sobre de series de tiempo es negativa. Esto pudiera ex- los criterios para elegir cargos de conspirar. plicarse de acuerdo a la teoría de Roderick et al. Quevedo, H., A., Domínguez, A. (2013). Aplicacio- (2002) quienes contienden que las tasas de evapo- nes de Probabilidad y Estadística un Problemas raciones han disminuido en los últimos 50 años en de Hidrología. El Cambio Climático y sus Efec- algunas partes del mundo, lo que está ocasionando tos en los Recursos Hidrológicos. Editorial Aca- lo que se llama “oscurecimiento global”. démica Española. Usando un intelectualismo especulativo, es de Wilson. A. Junta de desarrollo de aguas pensarse que, los eventos climáticos extremos van de Texas. http://www.srh.NOAA.gov/ a ser cada vez más comunes. Esto, debido a la que- EPZ/?n=climatedataforelpaso ma indiscriminada de combustibles fósiles que ge- http://www.srh.NOAA.gov/EPZ/?n=elpaso_ neran gases de efecto invernadero que están provo- monthly_precip cando el calentamiento global y el oscurecimiento global y las consiguientes distorsiones climáticas que están afectando los patrones de las evaporaciones y de las precipitaciones.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 72 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 73-78, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

Evaluación de los métodos de tinción: Ziehl-Neelsen vs Truant para micobacterias

David Reyes Ruvalcaba1*, Jesús Ángel Araujo Glez.2, Laura Hernández3

RESUMEN La tuberculosis (TB) es una enfermedad actualmente considerada como reemergente por la OMS, es una entidad infectocontagiosa cuyo diagnóstico es vital para el tratamiento oportuno y la prevención en la diseminación de la enfermedad. Se requiere la participación de un equipo de trabajo multidisciplinario en el que intervienen médicos, químicos, radiólogos, nutriólogos y psicólogos entre otros. Así que generalmente bajo sospecha clínica o radiológica el laboratorio realiza la búsqueda intencionada de bacilos ácido- alcohol resistentes (BAAR) mediante las tinciones más frecuentemente utilizadas: Ziehl-Neelsen y Truant. En el presente trabajo presentamos una comparación entre los resultados de estos dos métodos de tinción, en los que encontramos una concordancia con estudios anteriores respecto a la conveniencia de utilizar la tinción de Truant por su mayor sensibilidad.

1 (*) “Autor para correspondencia” Dr. David Reyes Ruvalcaba, Departamento de Ciencias de la Salud, Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB), Universidad Autónoma de Ciudad Juarez (UACJ), Tel. 656-6881800 Ext. 1737 [email protected]. 2 Araujo J.A. Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, ICB - UACJ. 3 Hernández L. Estudiante de Licenciatura en Química, ICB - UACJ.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 73 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN ción de un granuloma en el que se presenta una La tuberculosis (TB) es una enfermedad actual- calcificación. A continuación se presenta un largo mente considerada como reemergente que afecta periodo de latencia, en la que en algunos individuos sobre todo a adultos jóvenes en sus años produc- se puede reactivar por diversos factores presentan- tivos. La OMS en el 2010 reporta que 1.7 millones do la fase aguda de la enfermedad. de personas murieron de tuberculosis en 2009, in- Durante la fase de latencia, el diagnóstico de cluyendo 380,000 personas con VIH, lo que equi- la enfermedad se complica un poco, sin embargo, vale a 4,700 muertes al día.En 2010, se estimaba se cuenta con estudios o reacciones inmunológicas que había alrededor de 8.5 a 9 millones de casos y que permiten la detección de personas infectadas entre 1.2 y 1.5 millones de muertes (incluyendo las en fase de latencia, estas son la prueba de la tuber- muertes por tuberculosis entre las personas (VIH- culina, Mantoux o PPD (derivados proteicos purifi- positivas), la tuberculosis es la segunda causa prin- cados) por sus siglas en inglés, así como también el cipal de muerte por una enfermedad infecciosa en recientemente utilizado solo por algunos laborato- todo el mundo. (OMS, 2011). rios por su costo el Quantiferon. La tuberculosis es una enfermedad infectoconta- A pesar de los esfuerzos mundiales para com- giosa cosmopolita y que a menudo puede ser mor- batir la tuberculosis, esta enfermedad permanece tal, siendo su agente etiológico diversas especies como un problema de salud pública tanto en países del género mycobacterium, pertenecientes al com- industrializados como en países en vías de desa- plejo Mycobacterium tuberculosis (MTb complex). rrollo. Dicho complejo está conformado por:M. bovis,M. Esta situación pudiera agudizarse más debido bovis BCG,M. africanus, M. microti y M. canettii, a que las pruebas convencionales de diagnóstico que junto con el bacilo de Koch (M. tuberculosis) demoran alrededor de 8 semanas, ocasionando re- forman el complejo mycobacterium tuberculosis tardo en el diagnóstico y tratamiento, así pues la (MTBC). ElM. bovis conocido y relacionado como rápida identificación es esencial para el óptimo y/o el bacilo de la tuberculosis bovina, actualmente oca- adecuado manejo del paciente. siona solo un pequeño porcentaje de las infecciones Durante el periodo 2000 a 2020, la Organización en comparación con el siglo XIX, donde era el agen- Mundial de la Salud (OMS) estima que habrán al- te transmisor de tuberculosis por leche y productos rededor de 1 000 millones de infectados por el com- lácteos infectados hasta antes del descubrimiento plejo Mycobacterium tuberculosis, 200 de los cua- de la pasteurización. M. africanus es aislado con les enfermarán y 35 millones morirán si no se me- más frecuencia en pacientes que residen en el occi- jora el control de la enfermedad y los estándares de dente, centro y oriente de África. En menor propor- diagnóstico y tratamiento. En México, la pobreza, ción que las micobacterias anteriores, M. microti, desinformación y la falta de acceso a los servicios el bacilo de los roedores, y M. canettii pueden ser de salud son solo algunas de las causas por las que aislados de infecciones en humanos, son menos vila tuberculosis continua siendo un problema de sa- rulentos, poco comunes y aislados generalmente lud pública. En el 2004 se registraron 13,526 casos de pacientes africanos. de tuberculosis y 2,600 muertes. Tan sólo de enero La enfermedad continúa siendo un problema se- a julio del 2005 se identificaron 7,597nuevos casos rio de salud pública para el mundo ya que causa únicamente de tuberculosis pulmonar. independientemente que es prevenible y sobretodo A través de la historia, la tuberculosis ha recibi- curable siempre y cuando se tenga un diagnóstico do diferentes nombres, fue conocida como consun- temprano, oportuno y veraz, que permita disminuir ción, tísis, escrófula, mal de Pott, tabes mesentéri- su transmisión aérea principalmente así como la ca, mal del rey o plaga blanca, todos se refieren a instalación del esquema de tratamiento acortado la condición desgastante de la persona por la enfer- estrictamente supervisado (TAES) completo para medad. El término tisis o consunción aparece por los enfermos y la vigilancia epidemiológica de los primera vez en la literatura griega, alrededor del contactos para dar un seguimiento adecuado. 460 a. C. siendo identificada por Hipócrates como El Mycobacterium tuberculosis se adquiere la causa más frecuente de enfermedad de su tiem- eventualmente en etapas tempranas de la vida, po. Por su parte, Galeno define a la tísis como una como una infección aguda, la cual puede llegar a ulceración de los pulmones, acompañada por tos, desarrollar inmunidad con la consiguiente forma- fiebre, y debilitamiento del cuerpo. La epidemia de

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 74 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” tuberculosis en Europa conocida como la “Gran Pla- Estas estructuras forman el complejo macromole- ga Blanca”, inició probablemente a comienzos del cular de los denominados ácidos micólicosarabino- siglo XVII y continuó durante 200 años. La muerte galactano- peptidoglucano (mAGP). por tuberculosis era considerada inevitable, siendo Los glicolípidos, fosfolípidos glicosilados y car- en 1650 la principal causa de muerte[]. bohidratos complejos sustituidos con ácido micóli- En 1882, Robert Koch, médico prusiano, diseñó co o péptidos son los componentes mayoritarios de un novedoso método de tinción a base de fucsina y la pared celular de las micobacterias. Se estima que azul de metileno y lo aplicó a muestras de esputo el 25% del peso seco total de las micobacterias co- procedentes de pacientes con tuberculosis, reve- rresponde a glicolípidos donde el 40% son molécu- lándose por primera vez el agente causante de la en- las de ácidos micólicos unidos al disacárido treha- fermedad: el Mycobacterium tuberculosis, o bacilo losa, que es un disacárido de α-D-glucosa formado de Koch, en su honor. En la década de los sesentas, por residuos de α-D-gluco-piranosil (1-1)-α-glucopi- los controles epidemiológicos a nivel mundial indi- ranosa. (Gorocica, 2005) caban que la tuberculosis se tenía controlada, sin La membrana celular tiene las características embargo, a partir de entonces se ha observado una biológicas y bioquímicas genéricas de lastipicas reemergencia de la enfermedad como consecuen- membranas, aunque en las micobacterias los deri- cia de la aparición de cepas multi resistentes a los vados de los fosfolípidos poseen la característica de antibióticos, el surgimiento del VIH como nuevo estar altamente glicosilados, dando lugar a molécu- factor de riesgo, etc. las como la lipoarabinomanano (LAM), que tienen El Mycobacterium tuberculosis es un bacilo un papel fundamental en la patogénesis de la tuber- pleomorficode aproximadamente 0.5 mm de an- culosis. (Gorocica, 2005) (Plorde, 2004) cho por 3 mm de largo que en ocasiones puede Según las estimaciones de la Organización Mun- presentar un aspecto de cuentas irregularesque se dial de la Salud (OMS), la tuberculosis continúa encuentran conectados entre ellas, propiedad aso- siendo una de las principales causas de morbilidad ciada al factor cordón (ácmicólico esterificado con y mortalidad a nivel mundial (Schlossberg, 2000). trehalosa) y éste a su vez a su virulencia. (Plorde, Sin embargo, también comenta que cuando hay un 2004), no es móvil, no capsulado, no esporulado, es diagnóstico y tratamiento oportuno y eficaz, los pa- ácido–alcohol resistente de metabolismo aerobio cientes dejan de ser contagiosos y se curan (OMS, (Negroni, 2009). 2012). Su propiedad ácido-alcohol resistente es gene- En general, una proporción relativamente pe- rada como consecuencia de la constitución de la queña de las personas infectadas con Mycobacte- envoltura del M. tuberculosis, la cual está confor- rium tuberculosis llegan a desarrollar la enferme- mada por una capsula, pared celular y membrana dad, sin embargo, la probabilidad es mucho mayor plasmática. La pared celular se localiza por debajo entre las personas infectadas con el virus de la de la cápsula, separada por un espacio periplasmáti- inmunodeficiencia humana (VIH) (OMS, 2010), in- co con un elevado contenido en lípidos (50-60%), lo dividuos con diabetes y enfermedades debilitantes que le confieren un carácter hidrofóbico y le otorga como desnutrición (OMS, 2012). resistencia al ataque por hidrólisis enzimática. Por La tuberculosis es más común en hombres que lo tanto, es una efectiva barrera frente a muchos de en mujeres, y afecta principalmente a los adultos de los agentes antimicrobianos convencionales, como la población económicamente productiva, en cuan- la desecación, detergentes, antibacteriales, etc. to al rango de edad se estima que alrededor de dos A pesar de su gran resistencia a los desinfectan- tercios de los casos se producen entre las personas tes, ácidos y álcalis resultado del carácter hidrofó- de 15-59 años (Mandell, et al., 2002). bico de su pared bacteriana, los bacilos de la tuber- La enfermedad se transmite principalmente por culosis son altamente sensibles al calor, pasteuriza- aerosoles emitidos por las personas bacilíferas. És- ción e incluso a la inactivación por luz ultravioleta tos eliminan las conocidas “gotitas de Pflügge”, que en los núcleos de aerosoles. (Plorde, 2004) se producen al toser, hablar, cantar o estornudar y En la estructura celular de las micobacterias, los permanecen suspendidas en el aire; por lo tanto, ácidos micólicos, ácidos grasos y lípidos sustitui- pueden ser inhaladas por personas sanas. El único dos, forman enlaces cruzados unidos por medio de reservorio natural de la enfermedad es el ser hu- arabinogalactanos y peptidoglicanos adyacentes. mano (Negroni, 2009).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 75 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Los métodos utilizados para el diagnóstico de tu- lizando como contraste al azul de metileno. (López berculosis los recomienda los Centros de Control García, 2012). de Enfermedades en Atlanta Georgia USA (CDC, Un fluorocromo es una molécula que posee en por sus siglas en inglés) y El Instituto Nacional de su estructura dobles enlaces conjugados y que en Referencia Epidemiológica con sede en la ciudad respuesta a una estimulación por un fotón emite de México (InDRE), ellos citan a la baciloscopía otro fotón de longitud de onda superior a la del como la herramienta primaria más simple, rápida, fotón excitador. Al excitarse con luz UV excitan económica y de fácil ejecución en los laboratorios. ciertas moléculas que al volver a su estado normal En ella se distinguen variantes como la tinción de liberan ese estado de energía como luz visible. En- Ziehl-Neelsen, la de Truant (Auramina-Rodamida), tre las ventajas de éstos se tiene que es un método la de Kinyoun, etc. rápido, detección fácil y con alta resolución (Morel, La baciloscopía permite identificar al 70-80% de et al. 2000). los casos positivos de tuberculosis pulmonar (Llaca Los fluorocromos auramina y rodamina tienen Díaz J.M.2003). Esta técnica se utiliza generalmen- la propiedad de fijarse a las paredes celulares de te en pacientes bacilíferos, es decir aquellos que las micobacterias, además, se utiliza permanganato son fuente de diseminación y por tanto se requiere potásico que tiene como función evitar o disminuir etiquetar lo antes posible. Sin embargo, esta técni- la fluorescencia inespecífica (López García, 2012). ca requiere al menos 104 bacilos por mililitro para que en el informe se presente un resultado positivo METODOLOGÍA (Zenteno Cuevas R. 2003). Se firmó carta de consentimiento informado. La baciloscopía en una expectoración (esputo) Todos los procedimientos se realizaron dentro es la herramienta fundamental, básica y rutinaria de una campana de bio-seguridad tipo II, se utilizó para el diagnóstico presuntivo de tuberculosis así bata de algodón, mascarilla de bioseguridad NP95 como el control y seguimiento del tratamiento de y guantes. los pacientes con enfermedad pulmonar. Es un mé- A las muestras recibidas se les sometió al tra- todo efectivo para detectar la enfermedad activa. tamiento de desmucolización y descontaminación Posee una sensibilidad de 60 – 80% y una especifici- para su concentración y posterior manejo de acuer- dad de 98% (PNCT, 2011). do a los lineamientos de CDC. Como agente muco- En países con mayor desarrollo y capacidad lítico se uso la N-acetil-L-cisteína-NaOH, y buffer de en sus laboratorios, los casos de tuberculosis son fosfatos para neutralizar la muestra. A continuación confirmados y/o diagnosticados mediante el aisla- se realizaron los extendidos o frotes (por pares) miento en medios de cultivo como el Lowenstein- para su tinción con los colorantes antes menciona- Jensen (LJ)y medios líquidos como el Middlebrook dos. 7H9 entre otros y recientemente mediante pruebas Tinción de Ziehl-Neelsen. Se cubrió en su totali- de biología molecular rápidas (OMS, 2011). dad el extendido con el colorante de carbol fucsina, Las baciloscopias usan el método de Ziehl-Ne- se calentó hasta la emisión de vapores. Se enjuagó elsen de coloración con exposición de ácido en con agua, luego se decoloraron con alcohol-ácido, solución alcohólica o acuosa, razón por la cual es- se enjuagó nuevamente con agua y se cubrió con el tas micobacterias son llamadas BAAR y el método colorante de contraste, azul de metileno, se dejaron Auramina-Rodamina o fluorescencia también es secar y se realizaron las lecturas en el microscopio empleada para TB pulmonar (PNCT, 2011). con inmersión. Las micobacterias son difíciles de teñir debido Tinción de Truant (auramina rodamina). Se cu- a la gran capa lipídica (ácidos micólicos) de su pa- brió el portaobjetos con la solución de auramina-ro- red, que las hace impermeables a los colorantes damina, luego se enjuagado con agua, se decoloró habituales. La tinción de Ziehl – Neelsen, se basan con alcohol-ácido, se volvió a enjuagar y se cubrió en el hecho de su ácido–alcohol resistencia que, con el permanganato de potasio, dejándose secar entre otras características, se manifiesta por la ca- para su posterior observación mediante microsco- pacidad que tienen estas bacterias de retener el pía de fluorescencia. colorante básico, como los arilmetanos (fucsina), tras la acción de un decolorante ácido–alcohol. Uti-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 76 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” RESULTADOS Y DISCUSIÓN García García Ma. de Lourdes, 2007, Apego al tra- Se recibieron en total 62 muestras de pacientes tamiento y el desarrollo de fármacoresistencia. con diagnóstico sugerente de tuberculosis pulmo- Limitaciones y necesidades para el desarro- nar, durante el periodo de mayo-octubre del 2013. llo de estrategias para el control efectivo de la En la prueba de Ziehl Neelsen dieron positivas tuberculosis,Instituto Nacional de Salud Públi- 18 de 62 y en la de Truant 22 de 62, es decir, 29 % y ca, México, Vol. 49(1):127-133. 35.5% respectivamente (figuras 2 y 3). International statistical classification of diseases Con estos datos se observa que la tinción de and related health problems, 2007, 10th revi- Truant, al parecer es mejor como método diagnós- sion (ICD- 10), 2nd ed. Geneva, World Health tico. Para confirmar esta información se busco la Organization, ISBN 978-607-460-087-2 especificidad y sensibilidad para ambas técnicas di- Jaime Robledo R., Gloria Isabel Mejía M., Actuali- ferenciales, se utilizó la Prueba de Tamiz de datos dad en el diagnóstico de tuberculosis por el la- dicotómicos de Colimon Kahl-Martin (1990), para boratorio, Unidad de Bacteriología y Micobacte- determinar la sensibilidad, especificidad y los valo- rias, Corporación para Investigaciones Biológi- res predictivos de positivos y negativos en ambas cas, CIB, Medellín, Colombia. Vol. 5 - 4, 2001. pruebas (ZN y AR), en donde la sensibilidad de una López García María José, et al. 2012, Manual de la- prueba es su capacidad para detectar a los enfer- boratorio de microbiología para el diagnóstico de mos evitando que se presenten falsos negativos. infecciones respiratorias, 1era Edición, OmniaS- Mientras que la especificidad de la prueba consta cience (Omnia Publisher SL), España, Págs. de descartar al exento dela enfermedad investiga- 56- 58 da evitando la presencia de falsos positivos (tablas López Vidal Yolanda, académica de la Facul- 1,2,3 y 4). tad de Medicina, UNAM, 2012, http://no- Estos resultados nos demuestran que la tinción ticias.universia.net.mx/en-portada/noti- de Truant es más sensible que la de Ziehl Neelsen. cia/2012/03/23/919365/tuberculosis-sigue- Al calcular el valor predictivo posistivo (VPP) y ne- siendo-problema-salud-publica-unam.html fe- gativo (VPN) de cada una de las prubas diagnósti- cha de consulta 18/03/2013 cas , observamos, que para la tinción Ziehl Neelsen Mandell, et al., Enfermedades infecciosas. Principios es: VPP = 100% y VPN = 90.47%, y para la tinción y Práctica, 2002, 5ta Edición, Vol.2 Editorial Me- Truant en ambos casos es del 100%. Esto nos con- dica Panamericana, México. firma que es mejor la tinción de Truant con fines Modificación a la Norma Oficial Mexicana NOM- diagnósticos de tuberculosis, puesto que con la tin- 006-SSA2-1993, Para la prevención y control de ción de Ziehl Neelsen hay un error de diagnóstico la tuberculosis en la atención primaria a la sa- del 10%. Esto aunado al tiempo de realizacin de los lud. procedimiento, en los cuales en la tinción de Ziehl Morel, et al., Hibridación in situ en microscopia óp- Neelsen se llevo aproximadamente 15 minutos y la tica, 2000, Universidad de Santiago de Compos- de Truant 5, resultados parecidos encontraron Ro- tella, págs. 158-160 bledo y Mejía (Robledo y Mejía,2001). Nava, O., Prieto, L., 2001, Diagnóstico Bacteriológico de Tuberculosis Pulmonar (Revisión), Cátedra AGRADECIMIENTOS De Medicina Tropical. Escuela De Medicina. Proyecto FOMIX CHIH-2011-C03-170483. Fon- Universidad Del Zulia. Maracaibo. Venezuela. do Mixto CONACYT-Gobierno del estado de Chi- Negroni, Microbiología Estomatológica, Fundamen- huahua, Jurisdicción Sanitaria No. 2, por su apoyo tos y guía práctica, 2009, 2da edición, Editorial a esta investigación. Médica Panamericana, Argentina, Págs. 366- 370 BIBLIOGRAFÍA Programa Nacional de Control de la Tuberculosis, Castellanos Reynosa María Eugenia, Evaluación de Documentos Técnicos PNCT- DOR- 2011, Edi- dos técnicas alternativas (tinción Auramina O y ficio Ministerio de Salud Pública (MSP), 2do PCR hemianidada is6110) Para el diagnóstico piso. República Dominicana, Agosto del 2011. de tuberculosis, 2005, Universidad de San Carlos Schlossberg, 2000, Tuberculosis e infecciones por de Guatemala, Facultad de Ciencias Químicas y micobacterias no tuberculosas. 4ta edición, Mc Farmacia, Guatemala. Graw Hill, México.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 77 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Secretaría de Salud, Subsecretaría de Prevención y Promoción de la Salud, Centro Nacional de Vigilancia Epidemiológica y Control de Enfer- medades, Dirección de Programas Preventivos, Dirección de Micobacteriosis,Estándares para la Atención de la Tuberculosis en México2009, Secretaría de Salud World Health Organization. Global Tuberculosis Control. WHO Report 2010. Geneva, Switzer- land, WHO/HTM/TB/2010.7 World Health Organization. Global Tuberculosis Control. WHO Report 2011. Geneva, Switzer- land, WHO/HTM/TB/2011.16 World Health Organization. Global Tu- berculosis Control. WHO Report 2012 Geneva,Switzerland,WHO/HTM/TB/201 Llaca Díaz J. M., Flores Aréchiga A., Martínez Gue- rra M.G., Cantú Martínez C.P., RESPYN, “La baciloscopía y el cultivo en el diagnóstico de la tuberculosis extrapulmonar”. 2003, 4 (3): 158- 162. Zamora Palma Alberto, Rangel Martínez Patricia, Rev. Mex. Pat. Clin. “Actualización en entidades patológicas y pruebas diagnósticas: La Nueva Tuberculosis”. 2000, 47(2): 116-120. Araujo González Jesús Ángel, Martínez Martínez Alejandro, “Métodos tradicionales y de vanguardia por el laboratorio para el diagnóstico de tuberculosis”. Ciencia en la Frontera, volumen VIII,. núm. 2, 2010. http://www.cdc.gov/tb/topic/laboratory/default. htm http://www.phppo.cdc.gov/mpep/pdf/mtb/tb- ay1.pdf http://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrht- ml/00035909.htm Colimon Kahl-Martin, Fundamentos de Epidemio- logía, Ediciones Díaz de Santos, S. A., Madrid, 1990, pags. 258-259. Robledo J, Mejía GI. Actualidad en el diagnóstico de tuberculosis por el laboratorio. Asociación Colombiana de Infectología. Vol. 5-4. 2001. 251- 259.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 78 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figura 1. En el esquema se visualizan los principales componentes moleculares del Genero Micobacterium. Structural components of the envelope of Mycobacterium tuberculosis that intervene in the pathogenesis of tubercu- losisPatricia Gorocica*, María del Carmen Jiménez–Martínez, Yonathan Garfias, Isabel Sada*, Ricardo Lascurain.

Tabla 1. Prueba de tamiz para Ziehl Neelsen

Positivo Negativo Total

Positivo (a) 18 (b) 0 18

Negativo (c) 4 (d) 40 44

Total 22 40 62

Tabla 2. Ziehl Neelsen

Sensibilidad = a = 18 = 0.8181 X 100 = 81.81%

a + c 22

Especificidad = d = 40 = 1 X 100 = 100%

d + b 40

Tabla 3. Prueba de tamiz para auramina rodamina

Positivo Negativo Total

Positivo (a) 18 (b) 4 22

Negativo (c) 0 (d) 40 40

Total 18 44 62

Tabla 4. uramina rodamina

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 79 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Sensibilidad = a = 18 = 1 X 100 = 100%

a + c 18

Especificidad = d = 44 = 1 X 100 = 100%

d + b 44

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 80 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 81-101, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Estudio de caracterización físico-química del agua del Río Conchos, para la construcción de índices de calidad de agua (ICA)

Sergio Saúl Solís¹*, Miguel Domínguez Acosta2, Edith Flores Tavizon2. Magdalena Grijalva Alfaro2, Cesar Pérez Barron1, Jaime Romero González3

RESUMEN La calidad del agua es particularmente importante en zonas semiáridas carentes de agua como en el estado de Chihuahua, México. En este documento se presentan los resultados analíticos de los trabajos de caracterización físico-química, microbiológica y de metales, en el Río Conchos, monitoreados bimen- sualmente durante el año 2011, en siete puntos de muestreo (Bocoyna, Valle de Zaragoza, Camargo (2), Julimes, Maclovio Herrera y Ojinaga), a lo largo de 870 Km. de su cauce. Se utilizaron los resultados de 18 de 46 parámetros analizados, para establecer de manera ponderada los Índices de Calidad de Agua (ICA). Se describe la metodología utilizada para el establecimiento de los índices mencionados y sus limitantes de ponderación, así como los resultados de la variabilidad temporal y espacial de los mismos, registrándose valores del criterio general de uso del agua, entre Aceptable y Poco Contaminado. Lo cual resulta relevante para haberse realizado este estudio en condiciones de muy bajo flujo y/o sequía, durante el periodo de análisis.

Palabras claves: Índice de Calidad Agua (ICA), Río Conchos.

1(*) “Autor para correspondencia” Dr. Sergio Saúl Solís, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Av. del Charro 450 Norte, CP 32310, Cd. Juárez, Chihuahua. México. Tel. 6884800 al 09, ext. 4546, ([email protected]). 2 Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Av. del Charro 450, C.P.32310. 3 Departamento de Física y Matemáticas, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Av. del Charro 450, C.P.32310, Cd. Juárez, Chih., México.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 81 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN bre la calidad del agua superficial y del subsuelo La sustentabilidad de los ecosistemas áridos y en la cuenca del Conchos. La infraestructura para semiáridos depende de la disponibilidad de agua, su monitoreo es limitada, y a pesar de los indicios debido a que muchos procesos que intervienen en de degradación de la calidad del agua en la cuenca, el flujo de energía en esos ecosistemas, se llevan únicamente existen cuatro estaciones para monito- a cabo en asociación con este elemento. El agua, rearla a lo largo del cauce principal del Río Con- al entrar a las cuencas en forma de lluvia, escurri- chos. miento, infiltración o evapotranspiración, funciona Se han realizado estudios de metales o elemen- como medio de transporte de nutrimentos y conta- tos puros, Gutiérrez (1999). Estudios de metales, minantes que intervienen en la cadena alimenticia coliformes y salinidad PROFAUNA (2003). Estu- que conforman los ecosistemas. dios de salinidad, Gutiérrez (2004). Metales y me- El agua en el estado de Chihuahua, México, se taloides, Holguín (2006); pero no se han realizado obtiene de distintas fuentes, ya sea de ríos o de estudios en los que se evalúen parámetros de cali- acuíferos, entre los mas importantes de la región dad tan importantes como la Demanda Bioquímica se encuentra el Río Conchos, siendo la principal de Oxígeno (DBO), oxígeno disuelto, sustancias fuente de agua superficial en el estado, su cuenca activas al azul de metileno, grasas y aceites, sólidos abarca desde la Sierra Madre Occidental en el oes- suspendidos, fosfatos totales, entre otros. Actual- te hasta la ciudad de Ojinaga en el noreste del esta- mente en México el organismo regulador del agua do. Se encuentra ubicada en la Región Hidrológica es la CNA, a través de su Red Nacional de Monito- 24 Río Bravo, con una superficie de 71,143 km2. reo, la cual cuenta con solo tres estaciones de mo- Las coordenadas geográficas extremas son 26° 01’ nitoreo para la cuenca del Conchos. a 29° 55’ de Latitud Norte y 104° 22’ a 107° 45’ de Para determinar y conocer la calidad del agua Longitud Oeste (Etchevers y col., 2007). El cauce es necesario el desarrollo de programas de monito- del Río Conchos nace en las partes altas de la Sie- reo. Estas acciones ya se han establecido con éxito rra Tarahumara y comprende la totalidad o partes en otros países, no así en México donde hacen fal- de 39 municipios de Chihuahua y 6 del norte del ta acciones de largo y mediano plazo, en cuanto al estado de Durango, además de su importancia en desarrollo y seguimiento de programas integrales el contexto binacional con los Estados Unidos de de monitoreo. El objetivo general de esta investiga- Norteamérica, ya que suministra agua al cauce del ción, se dividió en dos vertientes de complementa- Río Bravo. rias entre si, siendo la primera instancia el modela- En la cuenca del Río Conchos existe una impor- do de transporte y dispersión de solutos mediante tante infraestructura hidroagrícola para el manejo estudios traza en una dimensión (1D dye trace); y del agua, destacando cinco grandes presas que como segunda instancia se contempló establecer cuentan con una capacidad total de almacenamien- la variabilidad temporal y espacial de la calidad del to de 4,482 Mm3 y una capacidad útil de 4,092 Mm3, agua a lo largo del cauce del Río Conchos, a través cuyos volúmenes se operan, salvo lo que se vierte de la implementación de un programa de monito- en el Río Bravo, en tres Distritos de Riego mediante reo bimensual de parámetros físico-químicos, mi- una extensa red de canales que cubre una longitud crobiológicos y de metales, en por lo menos seis total de 1,727 Km., donde 1,074 Km. (62.2 %) están puntos de muestreo a lo largo del río, durante el revestidos y 652 Km. (37.8 %) son de tierra (Men- 2011-2012. doza Fernández, 2005). La zona de recarga básica de la cuenca del Río Conchos es una de las áreas de ÁREA DE ESTUDIO Y PUNTOS mayor importancia para la producción agrícola del DE MUESTREO distrito de riego DR-005 de la Comisión Nacional Con base en los objetivos específicos del pro- del Agua (CNA), ubicada en el poblado de Delicias, yecto, se desarrollo un diagnostico del sistema hi- Chihuahua. El agua de este río es usada a su vez, dráulico/hidrológico y sitios vulnerables en el Río en el desarrollo de actividades ganaderas, mineras Conchos, con la finalidad de identificar los sitios e industriales. relevantes de monitoreo para la caracterización fí- La calidad del agua es particularmente impor- sico-química, lo anterior con base en un inventario tante en zonas carentes de agua como Chihuahua, de las actividades agrícolas o industriales, así como sin embargo existen pocos estudios completos so- la identificación espacial de las descargas de agua

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 82 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” residuales, de proceso y/o retornos agrícolas hacia METODOLOGÍA DEL ICA el río, derivaciones y bocatomas de abastecimiento Esta investigación, pretende ampliar la limitante para poblados. Los puntos de monitoreo y áreas de espacial del trabajo de Holguín (2006), mediante la interés, se establecieron en siete puntos a lo largo determinación de la variabilidad temporal y espa- del río, siendo estos sitios los ubicados en los po- cial de la calidad del agua del río Conchos, consi- blados que se indican en la Tabla 1 y Figura 1. El derando las secciones de éste, desde la cuenca alta programa de monitoreo se estableció no solo con del río hasta el punto de aportación al Río Bravo, y los 18 parámetros requeridos por para el calculo comparar los resultados con los Límites Máximos del Índice de Calidad del Agua (ICA), sino también Permisibles (LMP) establecidos por la Normati- metales, compuestos orgánicos e inorgánicos, re- vidad Mexicana (normas oficiales), así como por sultando en un total de 46 parámetros evaluados, criterios establecidos por la Secretaría de Desarro- los cuales se enlistan en el Anexo 1. llo Urbano y Ecología del gobierno del estado de La toma, preservación, análisis de las muestras Chihuahua y la Agencia de Protección al Ambiente y preparación del reporte de análisis, fue llevado (EPA) de los E.U.A., para agua potable y agua para a cabo por personal signatario certificado para los otros usos. procedimientos de muestreo y análisis, del Labora- Con el fin de evaluar la calidad o grado de con- torio Ambiental del Departamento Ingeniería Civil y taminación del agua se han desarrollado diversos Ambiental, de la Universidad Autónoma de Ciudad índices de calidad tanto generales como de uso Juárez (UACJ), laboratorio que cuenta con la cer- específico (Fernández y col., 2003). En México tificación de la Entidad Mexicana de Acreditación se emplea el llamado Índice de Calidad del Agua (EMA). Se tomaron como referencia las Normas (ICA), que agrupa de manera ponderada algunos Mexicanas aplicables para la toma y preservación parámetros del deterioro de su calidad (Comisión de muestras. De manera ilustrativa y resumida, se Nacional del Agua, 1999). Los estudios de caracte- presentan en las Figuras 2 a 17, diversas imágenes rización citados no han evaluado la calidad del agua relacionadas a las condiciones observadas así como con base a los parámetros del ICA y su ponderación a los trabajos de toma, preservación y transporte establecida. de las muestras de agua del río Conchos. El índice toma valores en una escala de 0 a 100, En términos generales, el espaciamiento bimen- donde mientras mayor sea el valor mejor es la cali- sual entre muestreos permitió observar circuns- dad. El ICA se calcula a partir de una ponderación tancias de monitoreo variables a lo largo del año, de 18 parámetros fisicoquímicos. La evaluación nu- en términos de temperatura (congelamiento) y mérica del ICA se obtiene a partir de una media condiciones hidráulicas como estiaje y sequía, así geométrica, (Ecuación 1): como precipitaciones en la cuenca del río cercanas a algún punto de muestreo, los cuales incidieron de manera temporal en las características de calidad, al momento de la toma de muestras.

Tabla 1.- Sitios de muestreo seleccionados y sus referencias geográficas.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 83 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figura 1.- Ubicación geográfica de los puntos de monitoreo.

Donde ICA = Índice de Calidad del Agua global, ICA = Ii = Índice de calidad para el parámetro i, Wi = Co- Σ eficiente de ponderación del parámetro i, n = Nú- = [1] mero total de parámetros. En la Tabla 2 se indica la agrupación de los parámetros de acuerdo a su Σ categorización, en términos de materia orgánica, =

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 84 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” bacteriológico, material iónico, material en suspen- se requiere calcular la variable de valores ICA para sión y nutrientes. cada uno de los 18 parámetros seleccionados (Ii), La importancia relativa que se da a cada paráme- para conformar posteriormente el índice general tro para determinar el Índice de Calidad del Agua global con los coeficientes correspondientes de Global se presenta en la Tabla 3. Adicionalmente, cada parámetro, con la ecuación (1).

Figs. 2 y 3. Condiciones del Río Conchos en Bocoyna, enero de 2012 (izq.) y agosto 2011 (der.)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 85 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 4 y 5. Río Conchos en Valle de Zaragoza, agosto de 2011 (izq.), Octubre 2011 (der.).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 86 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 6 y 7. Río Conchos en Camargo (1), octubre de 2011 (izq.), abril 2011 (der.).

Figs. 8 y 9. Río Conchos en Camargo (2), aguas debajo de confluencia con río Florido, agosto de 2011 (izq.), abril 2011 (der.).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 87 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 10 y 11. Río Conchos en Julimes, febrero de 2011 (izq.), agosto 2011 (der.).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 88 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 12 y 13. Río Conchos en Maclovio Herrera, agosto de 2011 (izq.), enero 2012 (der.).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 89 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 14 y 15. Río Conchos en Ojinaga, junio de 2011 (izq.), enero 2012 (der.).

Figs. 16 y 17. Preservación de muestras y llenado de cadena de custodia (izq.), apariencia de la muestra de agua en Ojinaga, enero de 2012 (der.).

Tabla 2.- Listado de parámetros para cálculo del ICA y su clasificación genérica.

Parámetro Clasificación Parámetro Clasificación potencial de Hidrogeno Nitrógeno en nitratos (NO3- Material iónico Nutrientes (pH) 1) Color Material suspendido Nitrógeno amoniacal (NH3) Nutrientes Turbiedad Material suspendido Fosfatos Totales (PO4-3) Nutrientes Grasas y Aceites Material suspendido Cloruros (Cl-1) Material iónico Sólidos Suspendidos Material suspendido Oxígeno Disuelto Materia orgánica Demanda Bioquímica de Oxí- Sólidos Disueltos Material iónico Materia orgánica geno (DBO) Conductividad Eléctrica Material iónico Coliformes Totales Bacteriológico Alcalinidad Material iónico Coliformes Fecales Bacteriológico Sustancias Activas al Azul de Dureza Total Material iónico Nutrientes Metileno (SAAM)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 90 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Para la obtención de estos índices se utilizan el cálculo del ICA por parámetro puede generar va- ecuaciones definidas para el índice de calidad indi- lores del ICA mayores a 100 o negativos, por lo que vidual, las cuales se presentan en la Tabla 4, ponde- es necesario tomar en cuenta ciertos criterios de radas cada ecuación con la concentración observa- cálculo en la metodología, basados en el comporta- da y en sus unidades respectivas de medición. Cabe miento matemático de cada una de las ecuaciones. mencionar que la aplicación de las ecuaciones para

Tabla 3.- Parámetros del ICA, y su importancia relativa.

Parámetro Peso (Wi) Parámetro Peso (Wi) potencial de Hidrogeno (pH) 1.0 Nitrógeno en nitratos (NO3-1) 2.0 Color 1.0 Nitrógeno amoniacal (NH3) 2.0 Turbiedad 0.5 Fosfatos Totales (PO4-3) 2.0 Grasas y Aceites 2.0 Cloruros (Cl-1) 0.5 Sólidos Suspendidos 1.0 Oxígeno Disuelto 5.0 Demanda Bioquímica de Oxígeno Sólidos Disueltos 0.5 5.0 (DBO) Conductividad Eléctrica 2.0 Coliformes Totales 3.0 Alcalinidad 1.0 Coliformes Fecales 4.0 Sustancias Activas al Azul de Dureza Total 1.0 3.0 Metileno (SAAM)

Tabla 4.- Relación de ecuaciones ICA para cada parámetro. Parámetro Ecuación pH IpH = 10 0.2335 pH + 0.44 Si el pH es menor que 6.7 IpH = 100 Si el pH está entre 6.7 y 7.3 [2] IpH = 10 4.22 – 0.293 pH Si el pH es mayor que 7.3 [3] [4] Color IC = 123 (C) - 0.295 [5] Turbiedad IT = 108 (T) – 0.178 [6] Grasas y Aceites IGyA = 87.25 (GyA) - 0.298 [7] Sólidos Suspendidos ISS = 266.5 (SS) - 0.37 [8] Sólidos Disueltos ISD = 109.1 – 0.0175 (SD) [9] Conductividad Eléctrica ICE = 540 (CE) - 0.379 [10] Alcalinidad IA = 105 (A) - 0.186 [11] Dureza Total IDT = 10 1.974 – 0.00174 (DT) [12] Nitrógeno de Nitratos IN-NO3 = 162.2 (N-NO3) - 0.343 [13] Nitrógeno Amoniacal INH3 = 45.8 (N-NH3) – 0.343 [14] Fosfatos Totales IPO4 = 34.215 (PO4)- 0.46 [15] Cloruros [16] Demanda Bioquímica de Oxígeno ICl- = 121 (Cl)- 0.223 [17] IDBO = 120 (DBO) - 0.673 [18] Oxígeno Disuelto

IOD = (OD) / (ODSat) X100 (OD) Oxígeno Disuelto [19] en mg/l y Temp. Campo Coliformes Totales (Tc), (OD)sat en mg/l. [20] Coliformes Fecales ICT = 97.5 (CT) - 0.27 [21] Sustancias Activas al Azul de Metileno IEc = 97.5 [5 (CF)] -0.27 [22] (SAAM) ISAAM = 100–16.678(SAAM)+0.1587 (SAAM)2

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 91 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” De manera ilustrativa, en las Figuras 18 a 20, se peso que una concentración determinada del pará- presentan de forma gráfica las tendencias del ICA metro puede imponer sobre el cálculo individual en función de las ecuaciones respectivas de los pa- del ICA, y este a su vez en la ponderación global rámetros indicados; en éstas se puede apreciar el (ecuación 1).

Figura 18.- Comportamiento del ICA para el potencial de Hidrógeno (pH).

Figura 19.- Comportamiento del ICA para Oxígeno Disuelto.

Figura 20.- Comportamiento del ICA para DBO5.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 92 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Finalmente el ICA que arroja la ecuación 1 es un número entre 0 y 100 que califica la calidad, a partir del cual y en función del uso del agua, permite estimar el nivel de contaminación. La Tabla 5 muestra el rango de clasificación del ICA de acuerdo al criterio general y para usos específicos.

Tabla 5.- Criterios de uso de agua y su relación con los ICA.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 93 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” RESULTADOS Cabe resaltar aquellos resultados obtenidos por Los resultados analíticos completos de los tra- debajo del nivel de concentración de incertidumbre bajos de monitoreo, se presentan en el Anexo 2, se validada y/o por debajo del limite de detección ana- incluyen no solo los resultados de los parámetros lítico, tal es el caso por ejemplo, de los parámetros requeridos para la ponderación y calculo del ICA, de SAAM, Fosfatos Totales, Grasas y Aceites, y Ni- los cuales fueron establecidos una vez realizadas trógeno Amoniacal, con concentraciones en (mg/l) las operaciones con los algoritmos listados en la de <0.054, <6.88, <3.36, <0.55, respectivamente, si- sección de metodología, sino también los paráme- tuación que se observo también en la mayoría de tros de metales y otros mas de interés. las concentración de los metales analizados y otros Un resumen de los Índices calculados se presen- parámetros. En algunos de los parámetros se ob- ta en la Tabla 6. La variación espacial de los índices servan tendencias al incremento conforme el agua establecidos durante los trabajos de monitoreo, se va atravesando la cuenca, en su mayoría componen- presentan en la Figura 21. Con el fin de establecer tes disueltos (Sólidos Disueltos y Totales, Dureza, la variabilidad espacial de algunos componentes Conductividad, entre otros) y en algunos casos los físico-químicos de la calidad del agua, se presentan parámetros se mantienen casi constantes en el traen las Figuras 22 y 23, los resultados observados yecto, como en el DBO5, Sólidos Suspendidos, Oxí- en el ultimo monitoreo de Enero de 2012 y febrero geno Disuelto y pH. de 2011.

Tabla 6.- Resumen de resultados del Índice de Calidad del Agua (ICA).

Figura 21.- Variación espacial y temporal de los ICA a lo largo del cauce del Río Conchos.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 94 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figura 22.- Variación espacial de algunos parámetros físico-químicos observados en enero de 2012.

Figura 23.- Variación espacial de algunos parámetros físico-químicos observados en febrero de 2011

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 95 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES Sin embargo lo anterior depende en gran medida La calidad de un agua se encuentra afectada por de la ponderación numérica de las ecuaciones que diversos factores como los usos del suelo, la pro- se utilizaron, la cual da un peso considerable a la ducción industrial y agrícola, el tratamiento que se observancia de coliformes totales y fecales, entre le da antes de ser vertida nuevamente a los cuerpos otros componentes, aun en concentraciones muy de agua, y la cantidad misma de agua de los ríos pequeñas de estos parámetros microbiológicos, los y lagos, ya que de ésta depende su capacidad de cuales con base en la observación de la mayoría de purificación. Las condiciones registradas de sequía sitios muestreados, estos provendrían de los dese- en el noreste de México, particularmente las ob- chos de un pastoreo de animales común en dichas servadas en los últimos tres años, han causado una áreas, cuyo impacto no se vio reflejado como una reducción del cauce del Río Conchos y en los nive- carga orgánica considerable en el DBO ni en una les de las presas que alimenta. Durante los trabajos disminución del Oxígeno Disuelto a niveles anoxi- de monitoreo se observaron invariablemente con- cos. Aun en el caso donde se observaron descargas diciones de muy bajo flujo y nivel de profundidad de agua en cercanías de desechos fecales de anima- (10 – 60 cm.) en todos los puntos del río estudiados les de pastoreo cercanos a los puntos de muestreo y en todas las fechas de monitoreo. Esta condición en Camargo 1 y 2, Figuras 24 y 25. tiene una influencia directa en la calidad del agua Dentro de las limitantes del uso de índices de ca- ya que no existió un factor de dilución en las con- lidad, es que estos pueden no ser indicativos de toda centraciones de los solutos estudiados, durante el la dinámica del sistema o cuerpo de agua. Si a esto periodo de esta investigación. agregamos que para el cálculo del ICA general, se Los sitios donde se observa la menor variación utilizaron los valores de referencia de los límites de temporal y espacial, así como los menores valores detección e incertidumbre analítica de ciertos pa- en los índices de calidad, se localizan Julimes y en rámetros, lo que significa que las concentraciones los dos puntos de muestreo de Camargo, observán- reales pudieron ser mucho menores a estos valores dose un repunte en los índices después de este úl- de referencia, particularmente en parámetros pon- timo, excepto en los muestreos de junio y octubre derados con peso preponderante en el ICA como de 2011. Cabe señalar que un índice está limitado las Sustancias Activas al Azul de Metileno (SAAM), en términos espacio temporal y puede dar lectu- Fosfatos Totales, Grasas y Aceites, y Nitrógeno ras erráticas en un lugar y en una época específica Amoniacal, (ver sección de metodología). El haber (Fernández y col., 2003), lo anterior fue evidente al aplicado los valores reales de concentración de es- momento de muestrear en la parte alta de la cuenca tos parámetros, hubiera representado la obtención en la sierra de Bocoyna, la cual carece de compo- de valores menores en los valores del ICA global. nentes de contaminación antropogénicos significa- Los trabajos de esta evaluación representan una tivos, sin embargo al momento del muestreo en el actualización de la información generada por los mes de agosto de 2011, y después de un periodo de estudios previos realizados y complementa la falta sequía en el área, las muestras se recolectaron in- de análisis temporal de la calidad de los mismos. Se mediatamente después de una precipitación pluvial sugiere ampliamente el continuar con este estudio considerable, observándose el arrastre de materia y repetir los trabajos de monitoreo, con el fin de suspendida en el cauce (ver figuras 2,3) lo que se establecer una base de datos histórica de la calidad. vio reflejado en un valor bajo de ICA al momento Otra recomendación es el incorporar información del muestreo, de igual forma esto mismo fue ob- adicional hidrométrica, incluyendo caudales, ancho servado en las muestras de Ojinaga, punto final del y profundidades, y análisis físico-químicos de sedi- estudio, en el mes de octubre, donde la corriente mentos en futuros trabajo de monitoreo. se observaba con materia de arrastre producto de Con base en las limitantes numéricas de las una precipitación reciente aguas arriba, a la fecha ecuaciones ICA para cada parámetro, se sugiere de muestreo (ver figuras 14 y 15). realizar una revisión a las mismas (tablas 3 y 4), Lo anterior contrasta con la adición gradual de con el fin de establecer ponderaciones numéricas algunos componentes físico-químicos a lo largo del acordes a componentes de procesos de ecológicos trayecto del río, ver Figura 22, lo cual hace supo- propios de este cuerpo de agua, y variables tempo- ner que los valores de estos componentes tendrían rales de precipitación pluvial. un impacto significativo en los valores del ICA.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 96 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figs. 24 y 25. Descargas de aguas al río Conchos (izq.), desechos fecales por animales a la altura de puntos de muestreo en Camargo (der.).

REFERENCIAS Gutierrez M, Borrego P. (1999). “Water Quality As- Comisión Nacional del Agua (CNA) (1999). “Índice sessment of the Río Conchos, Chihuahua, Mé- de Calidad del Agua”, Gerencia de Saneamien- xico”. Environmental International 25(5):573- to y Calidad del Agua. Informe Número SH- 583 9101/01. Instituto Mexicano de Tecnología del Holguín C., Rubio H., Olave M., Saucedo R., Gutié- Agua (IMTA). rrez M, Bautista R. (2006). “Calidad del Agua Etchevers J., Gómez Díaz J., Monterroso A., Tino- del Río Conchos en la Región de Ojinaga, Chi- co J. (2007). “Formulación de indicadores para huahua: Parámetros Físico-Químicos, Metales evaluar y monitorear la desertificación en Mé- y Metaloides”. Universidad y Ciencia. Holguín xico”. Reporte técnico Secretaría de Medio Am- et al. 22 (1):51-63,2006. biente y Recursos Naturales, Instituto Nacional Mendoza, F.J.R., y E. Correón H (2005). “Zonifica- de Ecología, Colegio de Postgraduados Univer- ción del uso potencial del suelo de la zona de sidad Autónoma Chapingo. recarga básica de la cuenca alta del Río Con- Fernández N., Ramírez A., Solano F. (2003). “Índices chos”. Reporte final del convenio KF 10 cele- fisicoquímicos de calidad del agua un estudio brado entre PROFAUNA, A.C. y El Fondo para comparativo”. Conferencia Internacional Usos la Conservación de la Naturaleza (WWF) Ofi- Múltiples del Agua: Para la Vida y el Desarrollo cina Desierto Chihuahuense. Disponible en el Sostenible. Universidad del Valle Colombia. portal del Río Conchos en http://www.riocon- Gutierrez M. Borrego P. (2004). “Watershed as- chos.org.mx. sessment along a segment of the Rio Conchos PROFAUNA, A.C., (2003). “Indicadores de condi- in Northern Mexico using satellite images”, ción física e hidrológica del Río Conchos”. Dis- Journal of Arid Environments 56 (2004) 395– ponible en el portal del Río Conchos en http:// 412. www.rioconchos.org.mx.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 97 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” ANEXO 1 de dispersión longitudinal y Estudio de caracteriza- ción físico-química en el Río Concho” Relación de parámetros analizados en el proyec- to: “Determinación de coeficientes hidrodinámicos

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 98 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” ANEXO 2

Relación completa de resultados analíticos del agua del río Conchos, obtenidos para el Cálculo de los Índices de Calidad del Agua (ICA).

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 99 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 100 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 101 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 102 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 103 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 104 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 105-110, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Fabricación de carbón activado a partir de cáscara de cacahuate para la remoción de un colorante orgánico

Torres-Pérez, J.1*, Solache-Ríos, M.J.2, Lara-Ceballos, J.L.1, Corral-Avitia, A.Y.1 y Carrasco-Urrutia, K.A.1

RESUMEN En este estudio se llevó a cabo la remoción del colorante rojo Allura (R40) sobre carbón activado pro- ducido a partir de cáscaras de cacahuate obtenido bajo condiciones específicas. Modelos cinéticos de adsorción de primer y pseudo-segundo orden fueron aplicados para los estudios cinéticos. Los datos experimentales fueron analizados usando isotermas de Langmuir y Freundlich. Se llevaron a cabo estudios de sorción en lote para la remoción de R40 de soluciones acuosas por ambos materiales obtenidos a 857 °C, el primero siguió un proceso de carbonización simple (PHAC-857) y el segundo fue preparado a la misma temperatura pero con activación con vapor (PHAC-857- H2O). El punto de carga nula fue alrededor de un valor de pH de 9 y la disminución máxima en la concentración se presentó cuando el material fue activado con vapor de agua (23.3 mg/L). Los resultados mostraron que la adsorción de R40 sobre PHAC-857- H2O se ajustan al modelo de pseudo-segundo orden, la constante de velocidad fue 1560.88 g/mg.min y bajo condiciones específicas de activación las cáscaras de cacahuate presentan un alto potencial para producir materiales adsorbentes alternativos para la eliminación de colorantes de medio acuoso.

Palabras clave: Carbón activado, activación física, sorción, residuos agrícolas.

1(*) “Autor para correspondencia” Instituto de Ciencias Biomédicas, Departamento de Ciencias Químico Biológicas, Universidad Autónoma de Ci- udad Juárez, Anillo Envolvente del Pronaf y Estocolmo s/n, Zona Pronaf, Ciudad Juárez, Chihuahua, C.P. 32310, México. Tel: +52(656)6881821 ext.1621. Correo electrónico: [email protected]. 2 Departamento de Química, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, A.P.18-1027, Col. Escandón, Delegación Miguel Hidalgo, C. P. 11801 México, D. F., México.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 105 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” INTRODUCCIÓN do como precursor en la fabricación de materiales Los residuos agrícolas lignocelulósicos son sus- carbonosos. tancias que contienen principalmente tres compo- En cuanto a la contaminación del agua por com- nentes estructurales: celulosa, hemicelulosa y lig- puestos orgánicos, los colorantes son sustancias de nina. Los materiales lignocelulósicos también con- suma importancia debido a su difícil eliminación tienen extractos. Los tres principales componentes por tratamientos convencionales. Se estima que son de peso molecular alto y tienen un gran aporte existen aproximadamente 10 000 diferentes tintes en masa, por otro lado, los extractos suelen ser de comerciales y pigmentos y más de 7x105 toneladas peso molecular pequeño y su disponibilidad se da se producen en todo el mundo (Grag et al., 2004). en poca cantidad. A estos materiales se les ha deno- Así pues, se considera que del 10 al 15% del co- minado como fotomasa, ya que son resultado de la lorante se pierde en los efluentes durante el proce- fotosíntesis (David y Hon, 1995). so del teñido (Young y Jain, 1997). En su mayoría La celulosa es un polímero de cadena lineal for- los colorantes son muy persistentes en aguas resi- mado por residuos de anhidroglucosa unidos por duales debido a su alta solubilidad en agua y por la enlaces β-1,4. La conformación β que tiene este resistencia a la degradación, la cual está dada por polímero le permite formar cadenas muy largas y la complejidad estructural de los colorantes (Que- rectilíneas (Balat, 2008). Este polisacárido forma zada y Moreno, 2004). Estos colorantes presentan una estructura cristalina supramolecular debido a una grave problemática de contaminación, ya que la interacción intra e intermolecular de los grupos después de tratamientos físicos o químicos, se pue- OH que se encuentran conformando la cadena del den generar nuevos compuestos que en ocasiones polímero. Otra característica de este carbohidrato son más tóxicos que los anteriores. es que es insoluble en la mayoría de los disolventes Estos colorantes, especialmente los de origen y tiene una baja accesibilidad a la hidrolisis ácida y sintético que se encuentran presentes en las aguas enzimática. Por otro lado, modificar químicamente residuales, son responsables de muchos de los a la celulosa es una técnica prometedora, ya que efectos nocivos para el ambiente, flora y fauna acuá- permitiría modificar sus propiedades físicas y quí- tica (Dos Santos et al., 2007). Entre los efectos más micas para optimizar la adsorción hacia la elimina- importantes causados por estos colorantes están la ción de contaminantes orgánicos (Hashem et al., disminución de oxígeno disuelto, eutrificación, for- 2007). mación de compuestos recalcitrantes y tóxicos para La lignina es un polímero de compuestos aromá- las células y la obstaculización del paso de la luz a ticos que actúa junto con la hemicelulosa como un los cuerpos de agua y su deterioro estético (Pearce agente que une las fibras de celulosa en las estruc- et al., 2003). turas de las plantas. Sus funciones son proporcionar Por tal razón, la eliminación de colorantes de resistencia estructural, proporcionar un sellado en aguas residuales ha recibido una gran atención en el sistema de conducción de agua que une a las raí- las últimas décadas, ya que muchos de estos com- ces con las hojas, y por último protege a las plantas puestos son perjudiciales para los seres humanos contra la degradación (Glasser y Sarkanen, 1989). y tóxicos para los microorganismos (Weng y Pan, La lignina es una macromolécula que consta de 2007; Bhattacharyya y Sharma, 2005). alquilfenoles y tiene una estructura tridimensional Es por ello que el objetivo del presente trabajo compleja. Esta macromolécula esta enlazada cova- fue elaborar un carbón activado a partir de un resi- lentemente con xilanos en el caso de las maderas duo agrícola, como lo es la cáscara de cacahuate, duras y con galactoglucomananos en maderas blan- utilizando técnicas de carbonización y activación das (Sarkanen y Ludwig, 1971). Hoy en día exis- amigables para el ambiente, además de caracteri- te una gran producción de residuos agrícolas que zar el carbón obtenido y determinar su capacidad por sus características contienen en su estructura de sorción utilizando como contaminante orgánico: grandes cantidades de lignina y/o celulosa. Uno de Rojo Allura (R40). esos residuos agrícolas, que además representan volúmenes importantes de generación en el nor- MATERIALES Y MÉTODOS te del país, es la cáscara de cacahuate. Posee en Para la fabricación de los materiales carbonosos su estructura principalmente lignina y celulosa, lo a partir de cáscara de cacahuate, se realizaron dos cual lo hace un material idóneo para ser considera- procesos diferentes obteniendo igual número de

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 106 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” materiales carbonosos. Se utilizó un horno marca espectrofotómetro marca Jensen a una longitud de Carbolite® modelo HTR 11/75 con control de tem- onda de 502 nm, después se realizaron medidas peratura dotado de un reactor de cuarzo giratorio. cada 12 h hasta completar 120 h de contacto. Los El primer material fabricado fue carbonizado a una datos obtenidos se ajustaron a modelos cinéticos temperatura de 857 °C durante 80 minutos con un de primer y pseudo-segundo orden. flujo de nitrógeno de 0.7 L/min y con una rotación La determinación de las isotermas de sorción del reactor de 12 rpm. Por otro lado, el material que para cada material carbonoso se realizó de igual se carbonizó y activó se manejó bajo las mismas forma en reactores de plástico, se prepararon so- condiciones, con la única diferencia que la activa- luciones de colorante rojo 40 a concentraciones de ción se llevó a cabo durante los 80 minutos a los 10, 20, 30, 40 y 50 ppm para posteriormente agre- que se mantuvo la temperatura a 857 °C, tiempo gar a cada recipiente el material carbonoso. Los durante el cual cada minuto se inyectó al reactor recipientes se sometieron a 150 rpm durante 72 h, agua destilada con un flujo de 0.5 mL/min. una vez concluido este tiempo se tomaron alícuo- Una vez obtenidos los materiales carbonosos, se tas para medir la absorbancia a 502 nm, las lecturas determinó el rendimiento para posteriormente rea- fueron realizadas por triplicado para disminuir el lizar la caracterización de cada uno de ellos. La pri- factor error. Los datos experimentales se ajustaron mer caracterización consistió en la determinación a los modelos de isotermas de Langmuir y de Fre- del pH de equilibrio, donde el carbón se puso en undlich. contacto con agua destilada en recipientes de plás- tico y se sometieron a agitación (150 rpm) para pos- RESULTADOS Y DISCUSIÓN teriormente verificar el valor de pH del medio en Como resultado en la elaboración de los mate- lapsos de 24h, posteriormente se decantó el agua riales carbonosos, dos distintos materiales fueron repitiendo estos pasos hasta que el pH del medio obtenidos, el material carbonoso activado con va- fue estable. por de agua (PHAC-857-H2O) presentó una dismi- Otro procedimiento de caracterización que se nución del 11% en cuanto al rendimiento respecto al realizó para cada material carbonoso fue la deter- carbón que no fue activado (PHAC-857) (Tabla 1). minación del pH de carga nula (pHPZC), donde en 8 reactores de plástico se colocó un volumen Tabla 1. Rendimiento de los carbones PHAC-857°C y PHAC- constante de una solución de NaCl 0.01M, el cual 857°C-H2O. se ajustó a valores de pH de 3.0, 4.0, 5.0, 7.5, 8.0, PHAC-857°C PHAC-857°C-H O 9.0, 10.0 y 11.0 para posteriormente agregar una Tamaño de partícula 2 cantidad determinada de cada carbón obtenido a (%) (%) cada reactor. Después, las dos series de reactores Total 29.97 18.17 fueron sometidas a agitación constante (150 rpm) Ø partícula >0.2 nm 24.29 12.88 durante 5 días. Trascurridos los 5 días, la lectura del valor de pH de cada recipiente fue registrada. Ø partícula <0.2 nm 3.68 2.74 Se utilizó microscopía electrónica de barrido de alto vacío y microanálisis elemental por espectros- El pH de equilibrio que se registró para el ma- copia de rayos X de energía dispersa para determi- terial que no fue activado (PHAC-857) fue de 8.7 nar la composición elemental de los materiales car- mientras que para PHAC-857-H2O se obtuvo un valor de pH de 7.03. Estos valores se registraron des- bonosos PHAC-857°C y PHAC-857°C-H2O. Dichos análisis se realizaron en un microscopio electróni- pués de transcurridos 19 días, periodo necesario co marca PHILLIPS XL30 y una sonda EDAX DX-4. para la estabilización del pH del medio. Para las pruebas de sorción se realizó en primer Los resultados obtenidos después de la determi- lugar la cinética de sorción para cada carbón, donde nación del pH de carga nula (pHPZC) para PHAC fue cada material se puso en contacto en reactores de de 9.06, mientras que para PHAC-857-H2O se regis- plástico con 0.5 L de solución de colorante rojo 40 tró un valor de 9.02 (Figura 1), como se observa, a una concentración de 50 ppm. Los recipientes se no existe una diferencia significativa de este pará- sometieron a agitación a 150 rpm, cada hora duran- metro para cada uno de los materiales elaborados. te 8 horas se tomaron alícuotas de cada recipiente y se midió la concentración de la fase acuosa en un

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 107 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” De igual manera, en las Figuras 4 y 5 se presentan las imágenes obtenidas de la microscopia elec- trónica de barrido de alto vacío efectuada al mate-

rial carbonoso PHAC-857°C-H2O donde se puede apreciar que la porosidad del material es muy va- riada así como la distribución de los mismos. Al comparar las imágenes de los dos materiales, se ve claramente que la apertura del poro es mayor para

el material PHAC-857°C-H2O.

Figura 1. pH de carga nula para PHAC-857°C-H2O.

Las Figuras 2 y 3 muestran imágenes de microscopia electrónica de barrido de alto vacío de una región de la muestra del material carbonoso PHAC- 857°C, donde se puede observar la porosidad del material, y como se puede apreciar, no existe diferencia morfológica entre una muestra y otra.

Figura 4. Imagen de microscopia electrónica de barrido del

material carbonoso PHAC-857°C-H2O

Figura 2. Imagen de microscopia electrónica de barrido del material carbonoso PHAC-857°C

Figura 5. Imagen de microscopia electrónica de barrido del

material carbonoso PHAC-857°C-H2O

El análisis elemental realizado a los materia-

les carbonosos PHAC-857°C y PHAC-857°C-H2O muestran que en ambos casos el componente ma- yoritario es el carbono (C) con un 83.80 y 76.27 % respectivamente, lo que representa que el material PHAC-857°C presentó una disminución de carbono elemental de aproximadamente un 8%, que se pue- Figura 3. Imagen de microscopia electrónica de barrido del de atribuir al método de activación utilizado. material carbonoso PHAC-857°C

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 108 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Como se puede observar, en la Tabla 2 el material activado con agua contiene además del carbono y oxígeno, otros elementos en menores proporcio- nes tales como azufre, calcio, magnesio, fosforo, potasio y silicio. La cinética de sorción efectuada a los dos materiales mostró resultados positivos solo para el carbón que fue activado (PHAC-857-H2O), ya que el tiempo en el que se alcanzó el equilibrio fue de 72h, este material tuvo una remoción de colorante de aproximadamente 44%. Por otro lado, el carbón que no fue activado no presentó remoción alguna de colorante (Figura 6). Los modelos cinéticos de primer y pseudo-segundo orden mostraron un buen ajuste para el proceso de sorción del colorante R40 sobre

PHAC-H2O, siendo el de pseudo-segundo orden el que describió de mejor manera el comportamiento Figura 7. Modelo cinético de pseudo-segundo orden (-) apli- experimental del proceso de sorción (Figura 7). cado a datos experimentales de sorción de R40 sobre PHAC- 857-H2O (°). En cuanto a las isotermas de sorción se refiere, la Figura 8 muestra el comportamiento de los procesos de sorción para ambos materiales. Después se aplicaron modelos de isotermas a dichos datos y como era de esperarse, el material carbonoso que no fue activado (PHAC-857) no mostró ajuste alguno por alguno de los dos modelos de isotermas con los que se trabajó. Por el otro lado, el carbón

activado (PHAC-H2O) mostró buen ajuste a ambas isotermas, siendo el modelo de Freundlich el que mostró un valor R más elevado (Figura 8).

Figura 6. Cinética de sorción de R40 sobre PHAC-857°C-

H2O y PHAC-857°C.

Tabla 2. Composición elemental del material carbonoso PHAC-857°C-H2O

PHAC-857°C PHAC-857°C-H2O Elemento Peso (%) Peso (%)

C 83.80 76.27 O 14.62 19.21 S ND 0.32 Ca 0.97 1.89 Mg 0.32 0.95 P ND 0.37 K ND 0.30 Si ND 0.50 ND: No detectado

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 109 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” través del proyecto PROMEP/103.5/12/3457, así como al Fondo Mixto Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología-Gobierno del Estado de Chihuahua por el financiamiento otorgado a través del proyec- to CHIH-2012-C03-194671.

BIBLIOGRAFÍA Balat, M. 2008. “Mechanisms of thermochemical biomass conversion processes. Part1. Reac- tions of pyrolysis”. Energy Sources Part A 30, 620–635. Bhattacharyya, K.; Sharma, A. 2005. “Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf pow- der”. Dyes Pigments 65 51–59. Figura 8. Modelo de isoterma de Freundlich (-) aplicado a datos experimentales de sorción de R40 sobre PHAC-857- David, N.; Hon, S. Chemical Modification of Ligno- H2O (°). cellulosic Materials. Marcel Dekker Inc. New York. 1995. 97–128p. CONCLUSIONES Dos Santos, A.B; Cervantes, F.J. Van Lier, J.B., 2007. Por medio de la carbonización/activación se Review paper on current technologies for de- logró obtener materiales carbonosos con propie- colourisation of textile wastewaters: perspec- dades específicas con rendimientos razonables, tives for anaerobic biotechnology. Bioresource además de tener la ventaja de partir de un residuo, Technology. 98, 12, 2369-2385. lo cual se traduce en beneficios económicos en la Glasser, W.; Sarkanen S. (Eds.), Lign, Properties, producción de los mismos. El proceso de activación Materials, American Chemical Society, Wash- con vapor de agua es un factor determinante para ington, DC, 1989. incrementar la capacidad de sorción del coloran- Grag, V.; Kumar, R.; Gupta, R. 2004. “Removal of te R40 alcanzando un valor máximo de 0.5 mg/g. malachite green dye from aqueous solution by Asimismo, el tiempo en el cual se alcanzó el equi- adsorption using agroindustries waste: a case librio fue de alrededor de 72h, lo cual implica que study of Phosopis cineraria”. Dyes Pigments 62, el material carbonoso obtenido podría ser aplicado 1–10. en procesos de remoción lenta de colorantes con Hashem, A.; Akasha, R.; Ghith, A.; Hussein, D. bajas concentraciones de los mismos. 2007. “Adsorbent based on agricultural wastes El ajuste de los datos experimentales tanto al for heavy metal and dye removal: a review”. modelo cinético de pseudo-segundo orden y a la Energy Educ. Sci. Technol. 19, 69–86. isoterma de Freundlich indican que el material car- Pearce, C., Lloyd, J., Guthrie, J.T. 2003. “The re- bonoso activado (PHAC-857°C-H2O) es un material moval of colour from textile wastewater using heterogéneo, por lo que el mecanismo de sorción whole bacterial cells: a review”. Dyes and Pig- que el material sigue es por multicapa, además de ments, 53, 3, 179-196. presentar una superficie básica. Sarkanen, K.; Ludwig, C. Lignins: Occurrence, For- En términos generales, la elaboración y activa- mation, Structure and Reactions, John Wiley & ción de un material carbonoso proveniente de resi- Sons, Inc., New York, 1971. duos agrícolas con técnicas amigables para el me- Quezada, M.; Moreno, G. 2004. “Aerobic degrada- dio ambiente resulta ser una tecnología innovadora tion of the azo dye acid red 151 in a sequen- y prometedora, ya que brinda beneficios ambienta- cing batch biofilter”.Bioresource Technology. les, tecnológicos, pero sobre todo, amigables con 92,143–149. el ambiente. Weng, C.; Pan, Y. 2007. “Adsorption of a cationic dye (methylene blue) onto spent activated AGRADECIMIENTOS clay”. J. Hazard. Mater. 144, 355–362. Al Programa de Mejoramiento al Profesorado Young, L.; Jain, Y. 1997. “Ligninase-catalyzed deco- (PROMEP-SEP) por el financiamiento otorgado a lorization”. Water Res. 31, 1187–1193.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 110 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. ISSN 2007-042X Volumen xii, pp. 111-122, 2014 / Impresa en México Derechos reservados © 2014 UACJ

Morfología y germinación de semillas de ocho especies de Opuntioideaes del área de Samalayuca

Ángel de Jesús Chávez Martínez1, José Valero Galván2*

RESUMEN Se evaluaron caracteres morfológicos de frutos y semillas, así como la respuesta germinativa de ocho especies de Opuntioideaes como prerrequisito para futuros estudios de biología reproductiva de estas especies. Los análisis de varianza mostraron diferencias estadísticas significativas para caracteres morfológi- cos de los frutos y de las semillas. Los datos morfológicos de los frutos y de las semillas fueron sometidos a un análisis de agrupamiento y los resultados muestran divergencias entre los géneros Cylindropuntia y Opuntia. Los resultados obtenidos para la germinación de las semillas, muestran que la escarificación acida y la escarificación acida combinada con estratificación a 4°C tienen un efecto significativo en los porcentajes de germinación, mientras que las semillas escarificadas y sembradas en suelo presentan un incremento del 35% de germinación respecto a tratamiento control. En este estudio se encontró que varios caracteres morfológicos del fruto y las semillas de las Opuntioideaes analizadas pueden ser utilizados como auxiliares en estudios sistemáticos.

Key words: Morphological seed, in vitro seed germination, Opuntioideae.

1 Ángel de Jesús Chávez Martínez, Licenciado en biología, área de especialización: biodiversidad y fisiología vegetal, Universidad Autónoma de Ciudad Juarez. 2 (*) “Autor para correspondencia” José Valero Galván, Doctor en ciencias, área de especialización: genómica, proteomica, y fisiología vegetal, Instituto de Ciencias Biomédicas, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Anillo Envolvente del Pronaf y Estocolmo s/n C.P. 32300 A.P. 1595- D, Ciudad Juárez, Chih., México. Tel.: (0052) 688 1821 Ext. 1621. Fax: Ext. 1620, [email protected].

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 111 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 1. INTRODUCTION species of the subfamily Opuntioideae have been The subfamily Opuntioideae is one of the four used to create dichotomus keys that can be useful subfamilies of the cactus family. This subfamily for infra-specific identification (De Leonardis et al., includes around 220 to 350 species grouped in 15 2002). In the other hand, plant recruiting by seeds genera which present stems segmented with ar- is a limited process, especially in harsh environ- eoles, glochids, and spines (Anderson, 2001). The ments and as we mention before many Opuntioide- subfamily, like all the cacti, is native of the new aes are found in the wide plains of The Chihuahuan world where is distributed from Alberta, Canada, Desert which present on large part of its territory to La Patagonia, Argentina, but this subfamily has a high variation of temperature, pool rain, salt soil the greatest diversity in Mexico, specifically in the and low percentage of nutriments in soil (Grana- Chihuahuan Desert (Bravo-Hollis and Scheinvar, dos-Sánchez et al., 2011; Gutiérrez, 2004; Vázquez 1995; Hernández et al., 2001). In Mexico, the Opun- et al., 2005). So is common that many species of tioideaes are representing by 137 species of 4 gen- subfamily Opuntioideae present seed dormancy as era (Cylindropuntia (Engelm.) F.M. Knuth, Gruso- a defense mechanism to a changing environment. nia K. Schum., Pereskiopsis Britton, and Opuntia Thus studies in seed germination of Opuntioi- Mill). Opuntia and Cylindropuntia are the greatest deae species employ treatments like mechanical genus with 89 and 29 species respectively (Guzmán and chemical scarification, cooling, and soaking et al., 2007). These plants are commonly used as in running water to break the dormancy in order source of food, forage, raw material, and some of to understand the reproductive behavior of this them have application in traditional medicine of plants (Mandujano et al., 1997; Reyes-Agüero et al., some american cultures (Anderson, 2001). 2006; Rojas-Aréchiga and Vazquez-Yanes, 2000). In The correct identification ofOpuntioideae , espe- this paper, morphometric and germinability data of cially of the genus Opuntia could be confuse, be- the seeds of some species of Opuntioideae family cause the species of this genus show a high grade have been analyzed. For example Opuntia polycan- of phenotypic plasticity induced by environmen- tha var. arenaria which is a specie with a restrict- tal factors such as light intensity, nutrients, water ed distribution to the sandy areas of the south of available, and microclimates (Bravo-Hollis, 1978; New Mexico, Texas, and the north of Chihuahua Majure, 2007). Opuntia commonly displays varia- and others species like Cylindropuntia leptocaulis tions on the grown habits, time of phenophase, and which has been reported with low sexual propaga- shape and color of the fruit (Muñoz-Urias et al., tion (Flores-Torres and Montaña, 2012). 2008). The variations are not only morphological This work is part of a series of studies of repro- and anatomical. Different ploidy levels have been ductive biology of the species that we present. At reported in many species of this genus (Pinkava the same time, we wanted to give a tool to the iden- and McLeod, 1971). tification of this peculiar group or plants. Hybridization under natural conditions of Opun- tia and Cylindropuntia is frequent, and it is other 2. MATERIALS AND METHODS phenomenon which difficult the identification of this two genera (Reyes-Agüero et al., 2006). How- 2.1. Plant material ever, another problem that some species of this This study of Opuntioideae fruits was carried subfamily face is low sexual recruitment (Mandu- with fruits collected in the natural protected area jano et al., 1996). This has been associated to envi- of Médanos de Samalayuca located 50 km south ronmental facts, self-incompatibility, fruit abortion, of Juarez City. The weather of this area has been and pollen limitations (Mandujano et al., 2010; Piña described as dry with an annual average tempera- et al., 2007; Vázquez et al., 2005). Seed anatomy and ture of 12-18 °C and the total annual precipitation morphology have been used as a powerful tool in is 200-400 mm (CONABIO, 2013). The landscape the taxonomy of many vegetative species. is mostly covered by sand dunes which can reach Some characters like shape, size, and the exter- a tall of 50 m and they are totally free of vegetation. nal and internal structure of the seed coat could The sand dunes are located between two moun- be used as an aid in classification and identifica- tains range where the vegetation is mostly salty tion (Bojnanský and Fargašová, 2007; Kanwal et grassland (Bouteloua gracilis and B. hirsute) and al., 2010; Osman et al., 2012). The seeds of some microphyll scrub (Larrea tridentate and Prosop-

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 112 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figure 1. Samalayuca maps with points indicating the locations where the eight Opuntioideae species were surveyed.

Figure 2. Fruit morphological of eight Opuntioideae species growing at the Samalayuca area. (a) C. imbricata, (b) C. spinosior, (c) C. leptocaulis, (d) O. engelmannii, (e) O. macrocentra, (f) O. phaeacantha, (g) O. camanchica, (h) O. polyacantha var. arenaria.

is sp.) (CONABIO, 2013) The fruits of this study Plants were 10 m apart from each other and werw collected in the base of these two mountains were randomly selected. These species were iden- (Figure 1). tified using the dichotomous key of Cactaceae Twenty fruits of Cylindropuntia imbricata (Ci), designed by Bravo and Sánchez (1989) and some C. leptocaulis (Cl), C. spinosior (Cs), Opuntia ca- species were confirmed by Dr. Leia Scheivar (Cacti manchica (Oc), O. engelmannii (Oe), O. macrocen- Laboratory at the Botanical Garden, Institute of Bi- tra (Om), O. phaeacantha (Op) and O. polyacantha ology, National Autonomous University of Mexico). var. arenaria (Oa) were collected during august of Undamaged and homogeneous fruits were chose 2013 from 10 individual plants per specie (Figure for sampling based on their presentation of maxi- 2). mum fruit maturation.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 113 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Figure 3. Seed morphological of eight Opuntioideae growing at the Samalayuca area. (a) C. imbricata, (b) C. spinosior, (c) C. leptocaulis, (d) O. engelmannii (b), (e) O. engelmannii (a), (f) O. macrocentra (c), (g) O. macrocentra (b), (h) O. phaeacantha, (i) O. camanchica, , and (j) O. polyacantha var. arenaria

Figure 4. Internal seed morphological of eight Opuntioideae growing at the Samalayuca area. (a) C. imbricata, (b) C. spinosior, (c) C. leptocaulis, (d) O. engelmannii (b), (e) O. engelmannii (a), (f) O. macrocentra (c), (g) O. macrocentra (b), (h) O. phaeacantha, (i) O. camanchica, , and (j) O. polyacantha var. arenaria 2.2. Fruits morphological study fied with a knife by making a transversal and lon- Once harvested, fruits were put in an airtight gitudinal cults, thus permitting the pericarp to be polyethylene bag. Immediately after arriving to rapidly removed. Once peeled out, it was weighed the laboratory, fruits were processed according in an analytical balance (Mettler AJ150). with each study. Healthy fruits (ten units per specie) were used for size and weight determinations. 2.3. Seed morphological study Fresh weight was determined in an analytical bal- The fruits were washed with running water to ance (Mettler AJ150). To obtain the relation be- remove glochids and impurities, air-dried and were tween the pulp and peel mature fruits were scari- scarified with a knife by making a transversal and

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 114 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” longitudinal cults, thus permitting the pericarp to treatments. Acid scarification pretreatments were be rapidly removed. The seeds were separated done with sulphuric acid (H2SO4) at 98% for one from the juicy pulp, washed abundantly with dis- lengths of time 90 min as previously reported in tilled water then dried at room temperature for 72 (Mandujanoa et al., 2005). All Petri dishes were h and stored in paper bags at ambient temperature maintained inside the growth chamber at 25°C. until seed measurement. Healthy seeds (ten units per specie) were used for size and weight determi- 2.3.3. Effect of acid scarification plus nations (Figure 2). Seed weight was determined in stratification an analytical balance (Mettler AJ150). Then, seed Seeds pretreatment with acid scarification were were photographed under a stereomicriscope to exposed to a 21 days of stratification period at 4 °C obtain a digital image, which were studied using an in a refrigerator. After this cold period, seed were image analysis software (ImageJ) to get qualitative sowing in Petri dishes with wet absorbent paper and quantitative data (Figure 3). and stored inside the growth chamber. External structures such as area, length and maximum diameter of seed were measured a cord- 2.3.4. Effect of acid scarification in ing to the procedures proposed by (Guerrero-Mu- seeds sowing in sandy ground ñoz et al., 2006). Shape of seed was classified as 0 Seeds treated with acid scarification were sowed (circular shaped), 1 (kidney shaped), and 2 (irregu- in sandy ground to observe the effect that the acid lar shaped), while ornamentation was classified as scarification would have in seeds sowed in natural 0 (smooth), and 1 (rough). conditions (we used sandy ground collected in Sa- malayuca). 2.4. Seed micromorphology and anatomy The purpose of this part of the study was to 2.4. STATISTICAL ANALYZE characterize the microscopy of the seed coat and Normality of frequency distributions was tested the funicular envelope of hard seeds of these spe- by the Kolmogorov–Smirnov test. A one-way ANO- cies. Ten healthy seed were immersed for 4 days in VA was performed to test for differences in fruit methylene blue (1% in water; Sigma-Aldrich Quími- and seed morphometry data. Pearson’s correlation ca S.A. de C.V:, México). Then, the seed were cut was carried out to test for correlation between fruit longitudinally and were analyzed as previously and seed morphometry. Ward’s clustering method described in section 2.3 (Figure 4). Internal struc- using squared Euclidian distances was used with tures such as embryo plus cotyledon and coat ar- the aiming of classifying and establishing distances eas, thickness of funicular cover in the ventral and between morphometry data. Statistical analysis dorsal area were measured a cording to the proce- was conducted using SPSS v.8.0 software (SPSS dures proposed by (Guerrero-Muñoz et al., 2006). Inc. Chicago IL, USA).

2.3. SEED GERMINABILITY STUDY 3. RESULTS The economic and ecological importance of 2.3.1. Pilot experiments Opuntioideae species in the Desert of Chihuahua Pilot experiments demonstrated that fresh region, and the practical consequences of large seeds of this species do not germinate after several scale surveys such as identifying source of plan- mechanical or chemical pretreatments. Germina- tations by the conservation purposes would be tion tests were performed in Petri dishes with ab- enough to justify the present work. Up to now, few sorbent paper wet distilled water and incubated in studies of Opuntioideae variability based in mor- a growth chamber at a constant temperature of 25 phological and seed trails have been displayed in °C. Two replicates of 30 seeds per Petri dish per Samalayuca area. The aim of this work was to study specie were used. Germination was recorded dur- natural variability in eight Opuntiodeae species by ing 90 days for all experiments when the radicle ap- analyzing the morphology and germination of seed. peared. The species collected in this study are distributed geographically in the natural protected area of Mé- 2.3.2. Effect of acid scarification danos de Samalayuca located 50 km south of Juarez Seeds were subjected to acid scarification pre- City.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 115 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” 3.1 Morphological study surface (Table 2, Figure 3a-3c). Fruits of Cylindropuntia present a great vari- Fruits of Opuntia genera present forms from el- ability in terms of form, color, size and weight. C. lipsoidal to obovate and all the mature fruits pres- imbricata (Figure 2a) and C. spinosior (Figure 2b) ent red peel with brown glochids (Table 1, Figure present yellow mature fruits, but the fruits differed 2d-2h). Fruits of O. polyacantha var. arenaria pres- in the number of areoles. C. imbricata present less ent white spines (1-4 per areole) with an approxi- areoles in the pericarpel (lines with four or less mate length of 1 cm (Figure 1h). Seeds of this areoles) than C. spinosior (lines with more than 6 genus present the same basic form (Figure 3d-j). areoles). Mature fruits of C. leptocaulis (Figure 2c) All of them are reniform, however, O. engelman- are red and present size and weight lower than the nii (Figure 3d-e) and O. macrocentra (Figure 3fg) others species of the genera (Table 1). C. imbricata present pinched form. Seed form, seed surface, and C. spinosior seeds presented obovated form weight, seed area, seed length and seed width of with a smooth surface, while seed of C. leptocaulis each specie of Opuntia genus are shown in Table 2. present irregular form (cuneiform) with a wrinkled

Table 1. Fruit morphological traits of the different species of Opuntioideae. The table shows the mean ±SD value to each parameter. Number Color of the Peel weight Pulp and seed Pulp and seed/ Fruit form of areoles Weight (g) Specie peel (g) weight (g) peel relationship (per line) C. imbricata Obovate 4-6 Yellow 7.37±1.79c 5.20±1.28e 2.17±0.54bc 0.42±0.05a C. spinosior Elipsoidal 6-8 Yellow 5.89±1.09c 4.29±0.76de 1.60±0.45ab 0.38±0.09a O. engelmannii (b) Elipsoidal 4 Red 19.19±4.98d 10.62±3.38f 8.57±2.16e 0.84±0.22bc O. engelmannii (a) Elipsoidal 4 Red 20.58±5.06d 11.17±2.89f 9.41±2.63e 0.85±0.16bc O. macrocentra (c) Obovate 4 Red 7.03±1.67c 2.69±0.65bcd 4.34±1.17d 1.63±0.30d O. macrocentra (b) Obovate 4 Red 5.79±1.54c 2.17±0.56abc 3.62±1.05cd 1.67±0.27de O. phaeacantha Ovate 4 Red 6.10±1.10c 3.09±0.56cd 3.02±0.67bcd 0.99±0.18c O. camanchica Obovate 4 Red 5.12±1.23bc 2.69±0.67bcd 2.43±0.57bc 0.90±0.08c C. leptocaulis Obovate 4-5 Red 1.00±0.16ab 0.62±0.07a 0.38±0.10a 0.61±0.13ab O. polyacanta var. Obovate 8-10 Red 2.22±0.46a 0.77±0.17ab 1.45±0.36ab 1.93±0.44e arenaria

Table 2. Seed morphological traits of the different species of Opuntioideae. The table shows the mean ±SD value to each parameter. Seed form Seed surface Seed weight (g) Seed area (mm) Seed length (mm) Seed width (mm) Specie C. imbricata Obovate smooth 0.016±0.003bc 11.45±0.68cd 3.95±0.29ab 3.65±0.17b C. spinosior Globose smooth 0.013±0.002b 10.87±0.83bc 3.87±0.20a 3.63±0.16b O. engelmannii (b) pinched- reniform fine waved 0.009±0.001a 8.87±1.17a 3.58±0.23a 3.16±0.31a O. engelmannii (a) pinched- reniform fine waved 0.009±0.001a 8.50±1.01a 3.57±0.25a 3.03±0.33a O. macrocentra (c) pinched- reniform fine waved 0.017±0.003c 13.53±1.88ef 4.37±0.26c 3.89±0.39b O. macrocentra (b) pinched- reniform fine waved 0.016±0.003bc 12.78±1.45de 4.31±0.39bc 3.92±0.31b O. phaeacantha Reniform fine waved 0.026±0.003d 15.13±1.66f 4.71±0.30c 3.95±0.37b O. camanchica Reniform fine waved 0.020±0.004c 12.49±2.11cde 4.34±0.47bc 3.75±0.24b C. leptocaulis Cuneiform wrinkled 0.007±0.002a 9.34±1.43ab 3.78±0.34a 3.17±0.38a O. polyacanta Reniform fine waved 0.027±0.006d 19.56±2.09g 5.47±0.46d 4.74±0.38c var. arenaria

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 116 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Table 3. Internal seed morphological traits of the different species of Opuntioideae. The table shows the mean ±SD value to each parameter. Specie Embryo plus cotyledon area (mm) Coat area (mm)

C. imbricata 5.36±0.45c 5.18±0.68ab C. spinosior 5.12±0.36c 4.18±1.10ab O. engelmannii (b) 3.66±0.59a 4.01±0.85ab O. engelmannii (a) 4.35±0.31abc 3.31±1.12a O. macrocentra (c) 4.84±0.66abc 7.24±1.13c O. macrocentra (b) 4.71±0.58abc 5.88±1.39bc O. phaeacantha 5.04±0.54bc 7.32±1.12c O. camanchica 4.55±0.63abc 7.64±0.93c C. leptocaulis 3.87±0.73ab 4.48±0.94ab O. polyacanta var. arenaria 6.84±1.05d 10.24±1.42d

Table 4. Correlationship between fruit, seed and internal morphological data.

Área del Peso de Peso de la Relación Peso de Área de Largo de Ancho de Área de Peso del cotiledón y la cascara pulpa y pulpa la semilla la semilla la semilla la semilla la testa fruto (g) endosper- (g) semilla (g) cascara (g) (mm) (mm) (mm) (mm) mo (mm) Peso del fruto (g) 1 0.91(0.01)0 0.88(0.01) -0.09 (0.37) -0.22(0.02) -0.43(0.01) -0.41(0.01) -0.40(0.01) -0.31(0.02) -0.46(0.01) Peso de la 0.911(0.01) 1 0.68(0.01) -0.41(0.01) -0.29(0.01) -0.52(0.01) -.52(0.01) -0.46(0.01) -0.27 (0.05) -0.57(0.01) cascara (g) Peso de la pulpa 0.88(0.01) 0.68(0.01) 1 0.29(0.01) -0.11 (0.24) -0.26(0.01) -0.23(0.01) -0.26(0.01) -0.36(0.01) -0.25(0.08) y semilla (g) Relación pulpa -0.09(0.37) -0.41(0.01) 0.29(0.01) 1 0.47(0.01) 0.54(0.01) 0.55(0.01) 0.46(0.01) 0.13(0.34) 0.45(0.01) cascara Peso de la -0.22(0.02) -0.29(0.01) -0.11(0.24) 0.47(0.01) 1 0.80(0.01) 0.69(0.01) 0.69(0.01) 0.65(0.01) 0.77(0.01) semilla (g) Área de la -0.43(0.01) -0.52(0.01) -0.26(0.01) 0.54(0.01) 0.80(0.01) 1 0.91(0.01) 0.88(0.01) 0.54(0.01) 0.72(0.01) semilla (mm) Largo de la -0.41(0.01) -0.52(0.01) -0.23(0.01) 0.55(0.01) 0.69(0.01) 0.91(0.01) 1 0.78(0.01) 0.42(0.01) 0.686(0.01) semilla (mm) Ancho de la -0.40(0.01) -0.46(0.01) -0.26(0.01) 0.46(0.01) 0.69(0.01) 0.88(0.01) 0.78(0.01) 1 0.53(0.01) 0.56(0.01) semilla (mm)

Área del cotiledón y endospermo -0.31(0.02) -0.27(0.05) -0.36(0.01) 0.13(0.34) 0.65(0.01) 0.54(0.01) 0.42(0.01) 0.53(0.01) 1 0.52(0.01) (mm) Área de la testa -0.46(0.01) -0.57(0.01) -0.25(0.08) 0.45(0.01) 0.77(0.01) 0.72(0.01) 0.68(0.01) 0.56(0.01) 0.52(0.01) 1 (mm)

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 117 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Statistically significant differences in fruit traits seed width (r=0.69); embryo plus cotyledon area among the eighth different Opuntioideae species (r=0.65); coat area (r=0.77). Seed area was positive- were observed (Table 1). O. engelmannie present- ly correlated with seed length (r=0.91); seed width ed the highest values in fruit weight (20.58±5.06), (r=0.88); embryo plus cotyledon area (r=0.54); coat fruit peel weight (11.17±2.89) and pulp and seeds area (r=0.72). Seed length was positively correlated weight (9.41±2.63), while C. leptocaulis had the with seed width (r=0.78); embryo plus cotyledon lowest ones (1.00±0.16, 0.62±0.07 and 0.38±0.10, re- area (r=0.42); coat area (r=0.68). Seed width was spectively). positively correlated with embryo plus cotyledon However, O. macrocentra (b) showed the high- area (r=0.53); coat area (r=0.56). Embryo plus coty- est values in the relationship between pulp/peel ledon area was correlated positively with coat area (1.67±0.27), while C. spinosior had the lowest one (r=0.52). (0.38±0.09). Statistical significant differences were Fruit, external and internal seed morphometry also observed in seed traits among the eight dif- data were subjected to clustering analysis in order ferent Opuntioideae species (Table 2). Seed weight to establish groups of species and distances among ranged from 0.027±0.006 (O. polyacanta var. are- them. The clustering analysis obtained can be ob- naria) to 0.007±0.002 (C. leptocaulis); seed area served in Figure 5. ranged from 19.56±2.09 (O. polyacanta var. arenaria) to 8.50±1.01 (O. engelmannii (a)); seed length ranged from 5.47±0.46 (O. polyacanta var. arenaria) to 3.57±0.25 (O. engelmannii (a)) and seed width ranged from 4.74±0.38 (O. polyacanta var. arenaria) to 3.03±0.33 (O. engelmannii (a)). Re- sults also revealed statistically significant differences in embryo plus cotyledon and coat areas among the seven different Opuntioideae species (Table 3 and Figure 4). Embryo plus cotyledon area ranged from 6.84±1.05 (O. polyacanta var. arenaria) to 3.66±0.59 (O. engelmannii (b)). Coat area ranged from 10.24±1.42 (O. polyacanta var. arenaria) to 3.31±1.12 (O. engelmannii (a)). Table 4 shows the correlation between fruit, external and internal seed morphological trails. Figure 5. Clustering analysis of fruit, external and internal According to Pearson correlation fruit weight was seed morphometry data obtained by NIA array analysis tool. positively correlated (P< 0.01) with peel weight (r = Cylindropuntia imbricata (Ci), C. leptocaulis (Cl), C. spinosior 0.91); pulp and seed weight (r= 0.88), and negative- (Cs), Opuntia camanchica (Oc), O. engelmannii (Oe), O. macrocentra (Om), O. phaeacantha (Op) and O. polyacantha var. ly correlated with seed area (r =-0.43), seed length arenaria (Oa). (r = -0.41); seed width (r =-0.40); coat area (r=-0.46). Peel weight was positively correlated (P< 0.01) Two clusters can be distinguished. The first with pulp and seed weight (r= 0.68), and negatively cluster separated C. spinosior (Cs) and C. imbri- correlated with pulp/peel relations (r=-0.41); seed cata (Ci) species from the rest of these species. weight (r=-0.29), seed area (r =-0.52), seed length The second cluster grouped species classified in (r =-0.52); seed width (r =-0.46); coat area (r=-0.57). the Opuntia genus, however, this cluster was then Pulp and seed weight was positively correlated divided into small clusters. O. macrocentra (Omc) with pulp/peel relations (r=0.29) and negatively and O. macrocentra (Omb) specie had similar fruit correlated with seed area (r =-0.26), seed length (r and seed morphological traits that those cluster =-0.23); seed width (r =-0.26); embryo plus cotyle- formed by O. phaeacantha (Op) and O. camanchica don area (r=-0.36). Pulp/peel relations was positive- (Oc) species, whereas O. polyacanta var. arenaria ly correlated with seed weight (r=0.47); seed area (Oa) was the most distant inside this group. Fur- (r=0.54); seed length (r=0.55); seed width (r=0.46); thermore, O. engelmannii (Oeb) and O. engelman- coat area (r=0.45). Seed weight was positively corre- nii (Oea) specie tended to be grouped separately. lated with Seed area (r=0.80); seed length (r=0.69); C. leptocaulis (Cl) tended to cluster to the previous

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 118 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” group. Opuntioideae are a diverse subfamily of Cac- among the treatments (P= 0.075). Seed from the taceae with significant diversity of form and habitat control treatment show a maximum germination and wide distribution. However, there are very few percentage of 25 % corresponding to C. leptocaulis specific studies related on the use of fruit and seed seeds (Figure 6a). In this specie germination start- morphology data to study variability in species of ed in the second week and reached the maximum Opuntioideae. percentage in seventh week. In the other hand, seeds of C. imbricata, C. spinosior and O. phaeacan- 3.2 SEED GERMINABILITY STUDY tha show cumulative percentages lower than 5 %. Statisitical significant differences among the Seeds of O. macrocentra and O. camanchica did not seed germinability were observedes, however, not show germinative answer during the ten weeks of statistical significant differences were observed the germination test. The general germinative per-

Figure 6. Seed germination percentages of 6 month old seed of eight Opuntioideae species. (a) Control treatment, (b) Effect of scarification, (c) Effect of scarification plus stratification at 4 °C, and (d) effect of scarification on seeds sowing on sandy ground.

Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 119 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” centage obtained in this treatment was 5.2 %. and Omb species. Previous molecular phylogenetic studies have provided insights about relation- 3.2.1 Effect of scarification ships among Cactaceae family (Griffith and Porter, The scarification treatment showed the lowest 2009a; Hernández-Hernández et al., 2011; Majure percentages of germination (general gerninative et al., 2012; Metzing and Kiesling, 2008; Nyffeler, percentage of 1.5 %) and the lowest number of 2002). Some studies have recognized Pereskioi- spices that respond to the treatment (Figure 6b). deae, Opuntioideae, and Cactoideae as distinct Only three of the eight species examined respond subfamilies within Cactaceae (Metzing and Kies- to this treatment and the highest percentage was ling, 2008). Some studies of subfamilies Opuntioi- observed on seeds of O. engelmannii with only 6.7 deae have long been recognized as monophyletic %. The seed germination of this specie started in on the basis of morphological and molecular data the first week and reached the maximum percent- (Griffith and Porter, 2009a; Nyffeler, 2002)RetoP hylogenetic relationships in the cactus family (Cac- 3.2.2 Effect of scarification and stratification taceae. However, generic and specific classification Seeds treated with scarification and stratifica- of Opuntioideae has been challenging. It could be tion from C. imbricata reached their highest cumu- related to factors associated with (i) lack of speci- lative germination percentage in this treatment (10 mens, (ii) paucity of exomorphic characters, (iii) %). The seed germination stared in the fourth week natural and clonally reproducing hybrids. In addi- and reached the maximum percentage in the ninth tion, studies based on molecular data have been week (Figure 6c). In the other hand, the cumula- showed that Opuntioideae is characterized by a de- tive percentage of O. polyacantha was 5 %, however, letion in the accD region of the chloroplast genome C. imbricata and O. engelmannii was lower (3.3 and (Griffith and Porter, 2009b; Wallace and Dickie, 1.6 % respectively). The general germinative per- 2002)2009b; Wallace and Dickie, 2002. Further- centage in this treatment was 3.1 % more, comparing the nuclear ribosomal ITS and chloroplast trnL-trnF region DNA sequence–based 3.2.3 Effect of scarification on seeds sowing on of 110 specimens of Opuntioideae using a Bayesian sandy ground methods showed division between Cylindropuntia The treatment of scarification on seeds showing and Opuntia genus (Griffith and Porter, 2009a). on sandy ground (Figure 6d) presents the highest These authors founded a close phylogenetic rela- percentages of seed germination (general germination between Cylindropuntia species (case of Cs, tion percentage of 12.9 %). Seeds of C. leptocaulis Ci, and Cl species) which were separated of Opun- reached a cumulative germination percentage of 60 tia species such as Oc, Om, Oe and Op. %, O. engelmannii presented 20 %, and O. polyacan- The germination test shows general maximum tha var. arenaria 13 %. In the particular case of C. cumulative percentage of 60 % obtained in seeds of imbricata the germination percentage obtained in C. leptocaulis treated with acid scarification during this treatment was only a little above 1 %. The rest 90 minutes and sowing in sandy ground. Statisti- of the species (O. camanchica, O. macrocentra, and cal analysis showed that acid scarification and acid O. phaeacantha) did not show seed germination. scarification plus stratification at 4°C have significant effects in germination percentages (P= 0.008), 4. DISCUSSION while scarified seeds sowed in ground increased Our results were in agreement with the findings germination 35% respect control treatment. Rojas- of Chavez and Valero (2014), which reported the Aréchiga et al., (2011) found the maximum cumula- close relation of between these species based on tive percentage of seed germination of 15 % in this pollen morphology analysis (Chavez and Valero, specie in seeds treated with 1,500 ppm of gibber- 2014). Hence, two cluster were generated. The first ellic acid in dark conditions and a little more than one was formed by Ci and Cl species showed a ten- 15% in seeds treated with the same concentration of dency to join in the same group, while the second gibberellic acid in light conditions. So light is not one was then divided into two small clusters. Oea a requirement for seed germination in this specie. and Oeb specie fell in the same group of Op and Oc In seeds of C. imbricata we observed a statistical species. The second one was formed by Op, Omc effect on seeds treated with acid scarification plus </p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 120 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” stratification at 4°C (P= 0.024) and in this treatment germinative percentage was the highest of the specie (10%). So the seed germination of this 5. CONCLUSION specie respond better after be exposed cold time It is therefore necessary to assess seed germina- periods. In this specie Rojas-Aréchiga et al., (2011) tion in wild Opuntia species considering that they found that light has positive effects in the germi- may show either a morphological or a physiological native percentage (30%). probably a combination of dormancy that needs to be determined differently. cold periods with light periods could increase the In the case of a physiological dormancy, the length seed germination in this specie. In the other hand, of the after-ripening period needs to be established, seeds from O. camanchica and O. macrocentra assessing seed germination of fresh seeds and af- did not germinated in any treatment. Seeds of O. ter several years of seed storage under natural and macrocentra have been reported with low germina- controlled conditions. Detecting mechanisms that tion percentages by Rojas-Aréchiga et al., (2011) promote germination have important implications, who also found that seeds of this specie required especially with regard to propagation of species conditions with light periods to germinate. So the for conservation and management. Finally, mor- darkness conditions used in our test could be the phological and morphometrical characters of fruits reason why we did not obtained seed germination seed could be a powerful tool to identification of of this specie. We consider that seeds from O. ca- the plants analyzed, because form and size present manchica also need light stimulation for germina- permit us distinguish them at specific level. tion or probability they need a longer period of time to break dormancy which could be due to embryo immaturity. Some members of Opuntioideae like 6. REFERENCES O. rastrera have been reported with dormancy that Anderson, E.F. (2001). The Cactus Family (Port- seeds do not germinate unless they undergo an af- land, OR: Timber Press). ter ripening period of 1 or more years (Mandujano Bojnanský, V., and Fargašová, A. (2007). ‘’Taxono- et al., 1997). Opuntia polyacantha var. arenaria seed my and Morphology of Seeds’’. In atlas of seeds germination have not been analyzed before even it and fruits of central and east-european flora is listed in the New Mexico rare plants and sub- (Springer Netherlands), pp. 1-954. jected to special protection by the Norma Oficial Bravo-Hollis, H. (1978). Las cactáceas de México, Mexicana (NOM-059-ECOL-2001). Vol I (México: Universidad Nacional Autónoma The highest cumulative germination percentage de México). of this specie was reached in seeds treated with Bravo-Hollis, H., and Scheinvar, L. (1995). El inte- scarification and sowing in sandy ground with only resante mundo de las cactáceas, México, D.F: a 13.33 %. Seed germination of O. engelmannii reach Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, their highest cumulative percentage of in the treat- Fondo de Cultura Económica. ment of scarification and sowing in sandy ground. De Leonardis, W., De Santis, C., Fichera, G., and Pendley (2001) found a germinative percentage of S., P. (2002). Correlations between Pollen Grain 80 % in this specie soaking the seeds in a solution and Seed Characters in Opuntia L. Taxa. Acta 0.012 M HCL for 15 min. so this treatment is more Hort 581, 131-142. effective for seed germination of this specie (Pend- Granados-Sánchez, D., Sánchez-Gonzalez, A., Gra- ley, 2001). In C. spinosior and O. phaeacantha only nados, V., and Ro, L. (2011). ‘’Ecología de la one seed germinated (a little less than 2 %) and it vegetación del Desierto Chihuahuense’’. Revis- was in the control treatment. In contrast with our ta Chapingo Serie ciencias forestales y del ambi- results, Pendley (2001) and Pilcher (1970) found a ente 17, 111-130. 70 % of seed germination in O. phaeacantha. Pend- Griffith, M.P., and Porter, J.M. (2009a). ‘’Phylogeny ley reached this percentage washing the seed for 16 of Opuntioideae (Cactaceae)’’. Int. J Plant ScI. h while Pendley used leaching plus soaking seeds 170, 107-116. in 0.012 M HCl for 30 minutes. Probably seeds of Griffith, M.P., and Porter, J.M. (2009b). ‘’Phylogeny O. phaeacantha respond better to acid scarification of Opuntioideae (Cactaceae)’’. Int. J Plant Sci, with HCl than they do with H2SO4. 170, 107-116. Guerrero-Muñoz, P., Zavaleta-Mancera, H.A., </p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 121 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Barrientos-Priego, A.F., Gallegos-Vázquez, C., Sexually Derived Recruitments so Rare?’’. Am. Núñez-Colín, C.A., Valadez-Moctezuma, E., J Bot. 83, 63-70. and Cuevas-Sánchez, J.A. (2006). ‘’Técnica para Mandujanoa, M.C., Montan, C., and Rojas-Aréch- el estudio de la micromorfología interna de igaa, M. (2005). ‘’Breaking seed dormancy in semillas duras en Opuntia’’. Revista Fitotecnia Opuntia rastrera from the Chihuahuan desert’’. Mexicana 29, 37-43. J Arid Environ. 62, 15–21. Gutiérrez, M. (2004). Animales Extraordinarios del Metzing, D., and Kiesling, R. (2008). ‘’The study of Desierto de Chihuahua (Missouri: Missouri cactus evolution: The Pre-DNA Era’’. Haselto- State University). nia, 14, 6-25. Guzmán, U., Arias, S., and Dávila, P. (2007). Ca- Muñoz-Urias, A., Palomino-Hasbach, G., Terrazas, tálago de autoridades taxonómicas de las cac- T., García-Velázquez, A., and Pimienta-Barrios, táceas (Cactaceae: Magnoliopsida) de México, E. (2008). ‘’Variación anatómica y morfológiva F.d.E.S.I. UNAM-CONABIO, ed. 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Mandujano, M.D.C., Montana, C., and Eguiarte, L.E. (1996). ‘’Reproductive Ecology and In- breeding Depression in Opuntia rastrera (Cac- taceae) in the Chihuahuan Desert: Why are </p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 122 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Instructions to Authors</p><p>The Editorial Board of the journal Ciencia en 7. Papers should meet the following format: la frontera: revista de ciencia y tecnología de la uacj, invites authors to submit manuscripts under l Short and concise title, written in both En- three categories: research articles, short manus- glish and Spanish or Romance languages. cripts (which will be short articles showing results l A brief abstract between 40 and 150 words, of undergraduate thesis and written by the under- which should also be written in both lan- graduate students, reviewed by their advisers), and guages. invited reviews. Manuscripts should be sent to the l Name and nationality of authors. Editor in Chief, according to the following speci- l Affiliation of authors, including highest de- fications: gree and research field of all authors. l Author affiliations should be included as 1. Papers should be from original research and footnotes starting from number 1. with scientific content. l Ex. Ramírez, J. L.1 y Martínez, R.2 2. Once published, articles cannot be published 1 Universidad de Puebla, México. elsewhere in the same form, in any language, 2 Universidad de Santiago Compostela, Es- without the consent of uacj publishers. paña. 3. Papers may be: research articles, short manus- l Footnotes should be posted at the bottom left cripts and invited reviews, belonging to the side of the page where they are mentioned. fields of natural or exact sciences (biology, l Specify type of paper, i.e. Research article, life sciences, chemistry, mathematics, physics, Short manuscript or Invited review. etc). Final decisions concerning acceptability l Postal address of the corresponding author, of the manuscripts will be made by the Edito- which includes: telephone, fax and e-mail. rial Board. Corresponding author should be highlighted 4. Papers may be written in English, Spanish or with an asterisk (*) mark. any Romance language. If a translation to Spa- l Manuscripts should be submited in triplica- nish is submited, the text in original language te, printed in one side only, letter or A4 size should also be provided. Abstracts written both paper, doble-spaced, with margins of 3 cm. in Spanish and English should also be provi- l A disk copy of the manuscript in WinWord ded. 6.0 or higher, should also be provided. Fi- 5. Originals are not sent back. gures and tables should be sent in Excel or 6. If the author fails to respond to the final com- WinWord 97, each saved in a different file. ments of the Editorial Board of Ciencia en la l For Research articles, manuscript length frontera: revista de ciencia y tecnología de should be between 10 and 30 pages, plus fi- la uacj, the journal can make editing changes gures and tables. Short manuscripts should which do not modify the original content of the be shorter than 10 pages, plus figures and article. tables.</p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 123 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” l Figures and tables should be mentioned in Book references: the text, and numbered in arabic numbers. The software in which they were created Author’s last name, first name (year). Book title. should be mentioned. City: Editorial, total pages. l Figure and table legends should be concise and undestandable, and should be listed Ex: at the end of the manuscript (after referen- Foucalt, Michael (1984). Las palabras y las co- ces). sas. México: Siglo xxi, 200 pp. l Bibliographic references should be quoted in the text by writing the last name of the Book section references: first author and publication year between parenthesis. References will be included at Author’s last name, first name (year). “Section the end of the text, ordered alphabetically. title”. En: Editor’s name and last name (ed.). l In references for book titles, capital letters Book title. City: Editorial, pages. should be used only at the begining of the title and on authors names. Ex: l When using acronyms, the full meaning of Levine, Frances (1991). “Economic Perspectives them should be provided when mentioned on the Comanchero Trade”. En: Catherine A. for the first time. Spielmann (ed.). Farmers, Hunters and Colo- l Bibliographic references should be forma- nists. Tucson, AZ: The University of Arizona ted as follows: Press, 155-169.</p><p>Journal references:</p><p>Auhor’s last name, first name’s initials; other authors (year). “Article’s title”. Journal abre- viation, volume, pages.</p><p>Ex: Sagara, Y., Fernández-Belda, F., De Meis, L. e Inesi, G. (1992). “Characterization of the Inhi- bition of Intracellular Ca2+ Transport ATPases by Thapsigargin”. J. Biol. Chem., 267, 12606- 12613.</p><p>Rivas-Cáceres, R. (1999). “Médanos de Samala- yuca. Un urgente reclamo, una estrategia emer- gente”. Ciencia en la Frontera, 1, 29-32.</p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 124 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” Normas de publicación para los autores</p><p>El Comité Editorial de la revista Ciencia en l Título del trabajo, breve y conciso en inglés la frontera: revista de ciencia y tecnología de la y español. uacj, acoge con gusto propuestas de artículos para l Un resumen del contenido de una extensión su publicación, bajo dos modalidades: artículos de aproximada de 40 palabras como mínimo y investigación y artículos síntesis de investigación 150 palabras como máximo, que deberá es- o Revisiones sobre tópicos de ciencia en general. tar en inglés y español. Los manuscritos pueden estar derivados de tesis l Nombre de los autores. De la manera tal y de pregrado o posgrado. Las normas establecidas como los autores desean que aparezca en la para la publicación son las siguientes: versión impresa. l Adscripción de todos los autores, incluyen- 1. Los trabajos deberán ser de calidad científica e do el máximo grado de estudios y área de inéditos avalados por un investigador de carrera. especialización. 2. Una vez publicado el artículo, los derechos de l La institución de adscripción de los autores autor pasan a la uacj. participantes deberá incluirse como un pie 3. Los artículos pueden ser de investigación ori- de página, comenzando con el número 1. ginal, revisiones invitadas (actualizaciones en l Ejemplo: Ramírez, J. L.1 y Martínez, R.2 temas de investigación) o comunicaciones bre- 1 Universidad de Puebla, México. ves (avances de investigación), los cuales de- 2 Universidad de Santiago Compostela, España. berán referirse a las áreas de ciencias naturales l Naturaleza del trabajo: artículo de investiga- y exactas, ajustándose al dictamen del Comité ción, avance de investigación, etcétera. Editorial, el que evalúa su contenido científico l Dirección para correspondencia que incluya: de calidad y decide sobre la pertinencia de su teléfono, fax y correo electrónico. El nom- publicación. bre del autor al cual se dirigirá la correspon- 4. Los trabajos pueden ser enviados para su publi- dencia debe indicarse con un asterisco (*) y cación en idioma inglés o español. Si se envía la leyenda “Autor para correspondencia”. una traducción al español, hay que adjuntar el l La extensión del trabajo deberá ser de un texto también en forma original. Los artículos mínimo de 10 cuartillas de texto más las fi- deberán incluir resumen en español seguido de guras, y de un máximo de 30 cuartillas más uno en inglés (y viceversa). las figuras para un artículo de investigación. 5. No se devuelven los originales. La extensión de los avances de investigación 6. En caso de que el autor no responda después de deberá ser de un máximo de 10 cuartillas de haberse presentado las correcciones o dudas de texto más las figuras. su trabajo, la revista Ciencia en la frontera: re- l Las ilustraciones, cuadros y fotografías de- vista de ciencia y tecnología de la uacj, se reser- berán referirse dentro del texto, enumerán- va el derecho de hacer los cambios de edición sin dose en el orden que se citan en el mismo, modificar el contenido original de la obra. e indicar el programa de cómputo en el que 7. Los trabajos deben ajustarse a los siguientes re- están elaborados. quisitos (de no cumplirse con ellos, no se con siderarán para su publicación):</p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 125 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” l Los pies de figura deberán ser explícitos Referencia de capítulo de libro: sin necesidad de leer el texto principal. Deberán incluirse en un listado después Apellido(s), nombre(s) del autor (año). “Título de la bibliografía. del capítulo”. En: Nombre(s) y apellido(s) del l Las referencias bibliográficas deben asentar- editor (ed.). Título del libro. Lugar: Editorial, se de la forma convencionalmente estableci- páginas. da en español, indicando éstas en el cuerpo del texto con los apellidos del primer autor Ejemplo: y año de publicación entre paréntesis, y los Levine, Frances (1991). “Economic Perspectives datos bibliográficos al final del escrito. La -bi on the Comanchero Trade”. En: Catherine A. bliografía se presenta al final del artículo por Spielmann (ed.). Farmers, Hunters and Colo orden alfabético. nists. Tucson, AZ: The University of Arizona l Al citar los títulos de libro, se deben uti- Press, 155-169. lizar mayúsculas solo al inicio y en nombres propios. Referencia de revista: l Al menos la primera vez, debe proporcionar- se la equivalencia de las siglas empleadas en Apellido(s) del autor, inicial(es); otros autores el texto, en la bibliografía y en los cuadros y (año). “Título del artículo”. Nombre de la re las figuras. vista, abreviado según el Index Medicus jour- l Distribuir los datos de las referencias biblio- nal abbreviations: http://www.nlm.nih.gov/tsd/ gráficas de la siguiente manera: serials/lji.htmL, volumen, páginas.</p><p>Referencia de libro: Ejemplos: Sagara, Y., Fernández-Belda, F., De Meis, L. e Apellido(s), nombre(s) del autor (año). Título del li- Inesi, G. (1992). “Characterization of the Inhi bro. Lugar: Editorial, número de páginas totales. bition of Intracellular Ca2+ Transport ATPases by Thapsigargin”. J. Biol. Chem., 267, 12606- Ejemplo: 12613. Foucalt, Michael (1984). Las palabras y las cosas. Rivas-Cáceres, R. (1999). “Médanos de Samalayu México: Siglo xxi, 30-45. ca. Un urgente reclamo, una estrategia emer gente”. Ciencia en la Frontera, 1, 29-32.</p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 126 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” SOBRE LA REMISIÓN DE ARTÍCULO Y EL PROCESO EDITORIAL</p><p>Remitir el original por correo electrónico a: nuscrito en un plazo máximo de 2 semanas y el Comité Editorial acusa recibo mediante correo ciencia.frontera@uacj.mx electrónico. En caso de no recibir la versión co- con atención al Comité Editorial rregida en este plazo, el Comité se reserva el derecho de descartar la publicación y su posterior Indicar los nombres y datos de contacto de 2 reviso- remisión se considerará como un nuevo proceso. res que se sugieran para dictaminar el artículo. l No se emitirán oficios por la recepción de los Los datos de contacto son: trabajos corregidos. l Posteriormente a la recepción del artículo en su Nombre completo del revisor. versión definitiva, el Comité Editorial emite un Adscripción: institución, dependencia, departa- acuse de recibo por correo electrónico y anun- mento, grupo de trabajo. ciará el proceso de revisión de galeras y publi- Correo electrónico. cación. Durante éste, el Comité Editorial trabaja Números de teléfono y fax. en conjunto con la Subdirección de Publicacio- Dirección con código postal. nes de la uacj. l No se emiten oficios por cada artículo aceptado l El Comité Editorial acusará recibo del trabajo para publicación. mediante correo electrónico. No se extienden ofi- l Cada fascículo se incluye en la página de publica- cios por la recepción del manuscrito. La recep- ciones periódicas de la uacj, bajo la dirección: ción del manuscrito no garantiza su publicación. l Posteriormente a un tiempo de dictamen de un http://www.uacj.mx/difusion/publicaciones/Pagi- mes máximo, el Comité Editorial remite, vía nas/cienciasdelafrontera.aspx correo electrónico, el trabajo a sus autores, para que realicen las modificaciones que hubiera con l La versión impresa de cada fascículo, se procesa base en las acotaciones de los dictaminadores. por la Subdirección de Publicaciones. Se obsequia l Los autores remitirán la segunda versión del ma- un ejemplar por artículo como regalías.</p><p>Ciencia en la frontera: revista de ciencia y tecnología de la UACJ. Volumen xii, número especial 127 “Jornadas de Investigación ICB-IIT 2014” </p> </div> </article> </div> </div> </div> <script type="text/javascript" async crossorigin="anonymous" src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-8519364510543070"></script> <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/jquery/3.6.1/jquery.min.js" crossorigin="anonymous" referrerpolicy="no-referrer"></script> <script> var docId = '88966cf96ae6a404b226dc94f57b4f92'; var endPage = 1; var totalPage = 128; var pfLoading = false; window.addEventListener('scroll', function () { if (pfLoading) return; var $now = $('.article-imgview .pf').eq(endPage - 1); if (document.documentElement.scrollTop + $(window).height() > $now.offset().top) { pfLoading = true; endPage++; if (endPage > totalPage) return; var imgEle = new Image(); var imgsrc = "//data.docslib.org/img/88966cf96ae6a404b226dc94f57b4f92-" + endPage + (endPage > 3 ? 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