diff --git a/packtools/catalogs/__init__.py b/packtools/catalogs/__init__.py index dd215617d..7236195e7 100644 --- a/packtools/catalogs/__init__.py +++ b/packtools/catalogs/__init__.py @@ -42,7 +42,12 @@ 'HTML_GEN_XSLTS': { 'root-html-1.2.xslt': os.path.join(_CWD, 'htmlgenerator/root-html-1.2.xslt'), 'root-html-2.0.xslt': os.path.join(_CWD, 'htmlgenerator/root-html-2.0.xslt'), + 'root-html-3.0.xslt': os.path.join(_CWD, 'htmlgenerator/root-html-3.0.xslt'), }, + 'HTML_GEN_BOOTSTRAP_CSS_PATH': os.path.join(_CWD, + 'htmlgenerator/v3.0/css/bootstrap.css'), + 'HTML_GEN_ARTICLE_CSS_PATH': os.path.join(_CWD, + 'htmlgenerator/v3.0/css/article.css'), 'HTML_GEN_DEFAULT_PRINT_CSS_PATH': os.path.join(_CWD, 'htmlgenerator/static/scielo-bundle-print.css'), 'HTML_GEN_DEFAULT_CSS_PATH': os.path.join(_CWD, diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/root-html-3.0.xslt b/packtools/catalogs/htmlgenerator/root-html-3.0.xslt new file mode 100644 index 000000000..45113b371 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/root-html-3.0.xslt @@ -0,0 +1,10 @@ + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-abstract.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-abstract.xsl new file mode 100644 index 000000000..e0be21e1e --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-abstract.xsl @@ -0,0 +1,200 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Abstract + Abstracts + + + + + + +
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    diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-permissions.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-permissions.xsl new file mode 100644 index 000000000..9f0d4d6e3 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/article-meta-permissions.xsl @@ -0,0 +1,67 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + https://licensebuttons.net/l/ + + + +
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(2*$letterSpacing));\n\n\n\t\tletter-spacing: $nLetterSpacing;\n\t\tvertical-align: middle;\n\t\tline-height: $size;\n\t\twhite-space: nowrap;\n\t\tdisplay: inline-block;\n\t\tmargin-bottom: 5px;\n\t\tcursor: pointer;\n\n\t\t[class^=\"sci-ico-\"], [class*=\" sci-ico-\"] {\n\t\t\t//color: $Blue;\n\t\t\t//.cssAnimations .animated (.5s,all);\n\t\t\tcursor: pointer;\n\t\t\tfont-size: $size;\n\n\t\t\t&.sci-ico-cc {\n\t\t\t\tmargin-right: 4px;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\n\t\t&:hover {\n\t\t\t[class^=\"sci-ico-\"], [class*=\" sci-ico-\"] {\n\t\t\t\t//color: $Blue;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\t}\n\n /*\n\t.copyLink {\n\t\tpadding: 5px 10px 5px 5px;\n\t\tcolor: #1b92e4;\n\t\tfont-weight: normal;\n\t\ttext-transform: uppercase;\n \t\tfont-size: 10px;\n \t\tcursor: pointer;\n\t\tborder: 1px solid #e0e0df;\n\t\tmargin-right: 15px;\n\t\t//@include radius(4px);\n\n\t\t&:focus {\n\t\t\ttext-decoration: none;\n\t\t}\n\t}\n */\n\n \n\t.contribGroup {\n\t\tcolor: #403d39;\n\t\tmargin: 15px 10%;\n\t\tfont-size: 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*/\n\n\t\t&.contribGroupAlignLeft {\n\t\t\ttext-align: left;\n\t\t\tmargin-left: 0;\n\t\t\tmargin-top: 0;\n\n\t\t\t.dropdown:first-child {\n\t\t\t\tmargin-left: -10px;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\t}\n\n\t.linkGroup {\n\t\tposition: relative;\n\t\tfont-size: .85em;\n\n\t\ta.selected {\n\t\t\tposition: relative;\n\n\t\t\t&:after {\n\t\t\t\tcontent: '';\n\t\t\t\tdisplay: block;\n\t\t\t\tposition: absolute;\n\t\t\t\tbottom: -16px;\n\t\t\t\tleft: 4px;\n\t\t\t\twidth: 16px;\n\t\t\t\theight: 7px;\n\t\t\t\tbackground: url(../img/articleContent-arrow.png) bottom center no-repeat;\n\t\t\t\tz-index: 999;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\t}\n\n\t.floatInformation {\n\t\tmargin-top: 9px;\n\t\tborder: 1px solid #ddd;\n\t\t//background: $LightGray;\n\t\t//@include radius;\n\t\tpadding: 15px;\n\t\t//@include shadow(0 0 3px rgba(0,0,0,.2));\n\t\tposition: absolute;\n\t\tdisplay: none;\n\t\tz-index: 99;\n\t\twidth: 100%;\n\n background: $__bg__gray--1;\n\n @include __on-theme--dark {\n background: $__bg__white--1;\n }\n \n 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{\n\t\t\tmargin: 25px 0 12px;\n\t\t\t//color: $DarkBlue;\n\t\t\t//font-size: 1.5em;\n\n\t\t\t@include __breakpoint--xsmall-only() {\n\t\t\t\t@include __text__title--3;\n\t\t\t}\n\t\t}\n\t\t\n\n\n\t\t.articleBadge-editionMeta-doi-copyLink{\n\t\t font-size: .85em;\n\t\t margin: 0;\n\t\t font-weight: normal;\n\t\t //color: #a7a49e;\n\t\t padding: 10px 0 0px;\n\t\t text-align: center;\n\t\t min-height: 35px;\n\t\t line-height: 110%;\n\n color: $__text__subtle--light;\n\n @include __on-theme--dark {\n color: $__text__subtle--dark;\n }\n \n @include __on-theme--light {\n color: $__text__subtle--light;\n }\n\n\t\t\t._articleBadge{\n\t\t\t\tfont-weight: bold;\n\t\t\t\topacity: .88;\n\t\t\t}\n\t\t\t.group-doi{\n\t\t\t\twhite-space: nowrap;\n\t\t\t\tdisplay:inline-block;\n\t\t\t}\n\t\t\t._doi{\n\t\t\t\t//color: #6789d3;\n color: $__interaction--light;\n\n\t\t\t\t//@include media-breakpoint-only(xs) {\n\t\t\t\t@include __breakpoint--xsmall-only() {\n\t\t\t\t\tdisplay: 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current breakpoint\n $extend-breakpoint: true;\n\n @each $name, $width in $grid-breakpoints {\n @if ($extend-breakpoint) {\n .container#{breakpoint-infix($name, $grid-breakpoints)} {\n @extend %responsive-container-#{$breakpoint};\n }\n\n // Once the current breakpoint is reached, stop extending\n @if ($breakpoint == $name) {\n $extend-breakpoint: false;\n }\n }\n }\n }\n }\n}\n","// Container mixins\n\n@mixin make-container($gutter: $container-padding-x) {\n width: 100%;\n padding-right: var(--#{$variable-prefix}gutter-x, #{$gutter});\n padding-left: var(--#{$variable-prefix}gutter-x, #{$gutter});\n margin-right: auto;\n margin-left: auto;\n}\n","// Breakpoint viewport sizes and media queries.\n//\n// Breakpoints are defined as a map of (name: minimum width), order from small to large:\n//\n// (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px)\n//\n// The map defined in the `$grid-breakpoints` global variable is used as the `$breakpoints` argument by default.\n\n// Name of the next breakpoint, or null for the last breakpoint.\n//\n// >> breakpoint-next(sm)\n// md\n// >> breakpoint-next(sm, (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px))\n// md\n// >> breakpoint-next(sm, $breakpoint-names: (xs sm md lg xl))\n// md\n@function breakpoint-next($name, $breakpoints: $grid-breakpoints, $breakpoint-names: map-keys($breakpoints)) {\n $n: index($breakpoint-names, $name);\n @if not $n {\n @error \"breakpoint `#{$name}` not found in `#{$breakpoints}`\";\n }\n @return if($n < length($breakpoint-names), nth($breakpoint-names, $n + 1), null);\n}\n\n// Minimum breakpoint width. Null for the smallest (first) breakpoint.\n//\n// >> breakpoint-min(sm, (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px))\n// 576px\n@function breakpoint-min($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $min: map-get($breakpoints, $name);\n @return if($min != 0, $min, null);\n}\n\n// Maximum breakpoint width.\n// The maximum value is reduced by 0.02px to work around the limitations of\n// `min-` and `max-` prefixes and viewports with fractional widths.\n// See https://www.w3.org/TR/mediaqueries-4/#mq-min-max\n// Uses 0.02px rather than 0.01px to work around a current rounding bug in Safari.\n// See https://bugs.webkit.org/show_bug.cgi?id=178261\n//\n// >> breakpoint-max(md, (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px))\n// 767.98px\n@function breakpoint-max($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $max: map-get($breakpoints, $name);\n @return if($max and $max > 0, $max - .02, null);\n}\n\n// Returns a blank string if smallest breakpoint, otherwise returns the name with a dash in front.\n// Useful for making responsive utilities.\n//\n// >> breakpoint-infix(xs, (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px))\n// \"\" (Returns a blank string)\n// >> breakpoint-infix(sm, (xs: 0, sm: 576px, md: 768px, lg: 992px, xl: 1200px))\n// \"-sm\"\n@function breakpoint-infix($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n @return if(breakpoint-min($name, $breakpoints) == null, \"\", \"-#{$name}\");\n}\n\n// Media of at least the minimum breakpoint width. No query for the smallest breakpoint.\n// Makes the @content apply to the given breakpoint and wider.\n@mixin media-breakpoint-up($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $min: breakpoint-min($name, $breakpoints);\n @if $min {\n @media (min-width: $min) {\n @content;\n }\n } @else {\n @content;\n }\n}\n\n// Media of at most the maximum breakpoint width. No query for the largest breakpoint.\n// Makes the @content apply to the given breakpoint and narrower.\n@mixin media-breakpoint-down($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $max: breakpoint-max($name, $breakpoints);\n @if $max {\n @media (max-width: $max) {\n @content;\n }\n } @else {\n @content;\n }\n}\n\n// Media that spans multiple breakpoint widths.\n// Makes the @content apply between the min and max breakpoints\n@mixin media-breakpoint-between($lower, $upper, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $min: breakpoint-min($lower, $breakpoints);\n $max: breakpoint-max($upper, $breakpoints);\n\n @if $min != null and $max != null {\n @media (min-width: $min) and (max-width: $max) {\n @content;\n }\n } @else if $max == null {\n @include media-breakpoint-up($lower, $breakpoints) {\n @content;\n }\n } @else if $min == null {\n @include media-breakpoint-down($upper, $breakpoints) {\n @content;\n }\n }\n}\n\n// Media between the breakpoint's minimum and maximum widths.\n// No minimum for the smallest breakpoint, and no maximum for the largest one.\n// Makes the @content apply only to the given breakpoint, not viewports any wider or narrower.\n@mixin media-breakpoint-only($name, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n $min: breakpoint-min($name, $breakpoints);\n $next: breakpoint-next($name, $breakpoints);\n $max: breakpoint-max($next);\n\n @if $min != null and $max != null {\n @media (min-width: $min) and (max-width: $max) {\n @content;\n }\n } @else if $max == null {\n @include media-breakpoint-up($name, $breakpoints) {\n @content;\n }\n } @else if $min == null {\n @include media-breakpoint-down($next, $breakpoints) {\n @content;\n }\n }\n}\n","$__grid__columns: 12;\n\n$__grid__container--xsmall: ($__breakpoints--small - 1px);\n$__grid__container--small: 100%;\n$__grid__container--medium: 720px;\n$__grid__container--large: 960px;\n$__grid__container--xlarge: 1140px;\n$__grid__container--xxlarge: 1320px;\n\n$__module__xsmall: 16px;\n$__module__small: 20px;\n$__module__medium: 24px;\n$__module__large: 32px;\n$__module__xlarge: 40px;\n\n$__module__xsmall--half: $__module__xsmall / 2;\n$__module__small--half: $__module__small / 2;\n$__module__medium--half: $__module__medium / 2;\n$__module__large--half: $__module__large / 2;\n$__module__xlarge--half: $__module__xlarge / 2;\n\n$__module__xsmall--quarter: $__module__xsmall / 4;\n$__module__small--quarter: $__module__small / 4;\n$__module__medium--quarter: $__module__medium / 4;\n$__module__large--quarter: $__module__large / 4;\n$__module__xlarge--quarter: $__module__xlarge / 4;\n\n$__grid__gutter--xsmall: $__module__xsmall;\n$__grid__gutter--small: $__module__small;\n$__grid__gutter--medium: $__module__medium;\n$__grid__gutter--large: $__module__large;\n$__grid__gutter--xlarge: $__module__xlarge;\n\n$__module__space--small: 12;\n$__module__space--default: 24;\n$__module__space--large: 48;","// Row\n//\n// Rows contain your columns.\n\n@if $enable-grid-classes {\n .row {\n @include make-row();\n\n > * {\n @include make-col-ready();\n }\n }\n}\n\n\n// Columns\n//\n// Common styles for small and large grid columns\n\n@if $enable-grid-classes {\n @include make-grid-columns();\n}\n","/// Grid system\n//\n// Generate semantic grid columns with these mixins.\n\n@mixin make-row($gutter: $grid-gutter-width) {\n --#{$variable-prefix}gutter-x: #{$gutter};\n --#{$variable-prefix}gutter-y: 0;\n display: flex;\n flex-wrap: wrap;\n margin-top: calc(var(--#{$variable-prefix}gutter-y) * -1); // stylelint-disable-line function-disallowed-list\n margin-right: calc(var(--#{$variable-prefix}gutter-x) / -2); // stylelint-disable-line function-disallowed-list\n margin-left: calc(var(--#{$variable-prefix}gutter-x) / -2); // stylelint-disable-line function-disallowed-list\n}\n\n@mixin make-col-ready($gutter: $grid-gutter-width) {\n // Add box sizing if only the grid is loaded\n box-sizing: if(variable-exists(include-column-box-sizing) and $include-column-box-sizing, border-box, null);\n // Prevent columns from becoming too narrow when at smaller grid tiers by\n // always setting `width: 100%;`. This works because we set the width\n // later on to override this initial width.\n flex-shrink: 0;\n width: 100%;\n max-width: 100%; // Prevent `.col-auto`, `.col` (& responsive variants) from breaking out the grid\n padding-right: calc(var(--#{$variable-prefix}gutter-x) / 2); // stylelint-disable-line function-disallowed-list\n padding-left: calc(var(--#{$variable-prefix}gutter-x) / 2); // stylelint-disable-line function-disallowed-list\n margin-top: var(--#{$variable-prefix}gutter-y);\n}\n\n@mixin make-col($size, $columns: $grid-columns) {\n flex: 0 0 auto;\n width: percentage($size / $columns);\n}\n\n@mixin make-col-auto() {\n flex: 0 0 auto;\n width: auto;\n}\n\n@mixin make-col-offset($size, $columns: $grid-columns) {\n $num: $size / $columns;\n margin-left: if($num == 0, 0, percentage($num));\n}\n\n// Row columns\n//\n// Specify on a parent element(e.g., .row) to force immediate children into NN\n// numberof columns. Supports wrapping to new lines, but does not do a Masonry\n// style grid.\n@mixin row-cols($count) {\n > * {\n flex: 0 0 auto;\n width: 100% / $count;\n }\n}\n\n// Framework grid generation\n//\n// Used only by Bootstrap to generate the correct number of grid classes given\n// any value of `$grid-columns`.\n\n@mixin make-grid-columns($columns: $grid-columns, $gutter: $grid-gutter-width, $breakpoints: $grid-breakpoints) {\n @each $breakpoint in map-keys($breakpoints) {\n $infix: breakpoint-infix($breakpoint, $breakpoints);\n\n @include media-breakpoint-up($breakpoint, $breakpoints) {\n // Provide basic `.col-{bp}` classes for equal-width flexbox columns\n .col#{$infix} {\n flex: 1 0 0%; // Flexbugs #4: https://github.com/philipwalton/flexbugs#flexbug-4\n }\n\n .row-cols#{$infix}-auto > * {\n @include make-col-auto();\n }\n\n @if $grid-row-columns > 0 {\n @for $i from 1 through $grid-row-columns {\n .row-cols#{$infix}-#{$i} {\n @include row-cols($i);\n }\n }\n }\n\n .col#{$infix}-auto {\n @include make-col-auto();\n }\n\n @if $columns > 0 {\n @for $i from 1 through $columns {\n .col#{$infix}-#{$i} {\n @include make-col($i, $columns);\n }\n }\n\n // `$columns - 1` because offsetting by the width of an entire row isn't possible\n @for $i from 0 through ($columns - 1) {\n @if not ($infix == \"\" and $i == 0) { // Avoid emitting useless .offset-0\n .offset#{$infix}-#{$i} {\n @include make-col-offset($i, $columns);\n }\n }\n }\n }\n\n // Gutters\n //\n // Make use of `.g-*`, `.gx-*` or `.gy-*` utilities to change spacing between the columns.\n @each $key, $value in $gutters {\n .g#{$infix}-#{$key},\n .gx#{$infix}-#{$key} {\n --#{$variable-prefix}gutter-x: #{$value};\n }\n\n .g#{$infix}-#{$key},\n .gy#{$infix}-#{$key} {\n --#{$variable-prefix}gutter-y: #{$value};\n }\n }\n }\n }\n}\n","// Utility generator\n// Used to generate utilities & print utilities\n@mixin generate-utility($utility, $infix, $is-rfs-media-query: false) {\n $values: map-get($utility, values);\n\n // If the values are a list or string, convert it into a map\n @if type-of($values) == \"string\" or type-of(nth($values, 1)) != \"list\" {\n $values: zip($values, $values);\n }\n\n @each $key, $value in $values {\n $properties: map-get($utility, property);\n\n // Multiple properties are possible, for example with vertical or horizontal margins or paddings\n @if type-of($properties) == \"string\" {\n $properties: append((), $properties);\n }\n\n // Use custom class if present\n $property-class: if(map-has-key($utility, class), map-get($utility, class), nth($properties, 1));\n $property-class: if($property-class == null, \"\", $property-class);\n\n // State params to generate pseudo-classes\n $state: if(map-has-key($utility, state), map-get($utility, state), ());\n\n $infix: if($property-class == \"\" and str-slice($infix, 1, 1) == \"-\", str-slice($infix, 2), $infix);\n\n // Don't prefix if value key is null (eg. with shadow class)\n $property-class-modifier: if($key, if($property-class == \"\" and $infix == \"\", \"\", \"-\") + $key, \"\");\n\n @if map-get($utility, rfs) {\n // Inside the media query\n @if $is-rfs-media-query {\n $val: rfs-value($value);\n\n // Do not render anything if fluid and non fluid values are the same\n $value: if($val == rfs-fluid-value($value), null, $val);\n }\n @else {\n $value: rfs-fluid-value($value);\n }\n }\n\n $is-rtl: map-get($utility, rtl);\n\n @if $value != null {\n @if $is-rtl == false {\n /* rtl:begin:remove */\n }\n .#{$property-class + $infix + $property-class-modifier} {\n @each $property in $properties {\n #{$property}: $value if($enable-important-utilities, !important, null);\n }\n }\n\n @each $pseudo in $state {\n .#{$property-class + $infix + $property-class-modifier}-#{$pseudo}:#{$pseudo} {\n @each $property in $properties {\n #{$property}: $value if($enable-important-utilities, !important, null);\n }\n }\n }\n @if $is-rtl == false {\n /* rtl:end:remove */\n }\n }\n }\n}\n","// stylelint-disable indentation\n\n// Utilities\n\n$utilities: () !default;\n// stylelint-disable-next-line scss/dollar-variable-default\n$utilities: map-merge(\n (\n // scss-docs-start utils-vertical-align\n \"align\": (\n property: vertical-align,\n class: align,\n values: baseline top middle bottom text-bottom text-top\n ),\n // scss-docs-end utils-vertical-align\n // scss-docs-start utils-float\n \"float\": (\n responsive: true,\n property: float,\n values: (\n start: left,\n end: right,\n none: none,\n )\n ),\n // scss-docs-end utils-float\n // scss-docs-start utils-overflow\n \"overflow\": (\n property: overflow,\n values: auto hidden visible scroll,\n ),\n // scss-docs-end utils-overflow\n // scss-docs-start utils-display\n \"display\": (\n responsive: true,\n print: true,\n property: display,\n class: d,\n values: inline inline-block block grid table table-row table-cell flex inline-flex none\n ),\n // scss-docs-end utils-display\n // scss-docs-start utils-shadow\n \"shadow\": (\n property: box-shadow,\n class: shadow,\n values: (\n null: $box-shadow,\n sm: $box-shadow-sm,\n lg: $box-shadow-lg,\n none: none,\n )\n ),\n // scss-docs-end utils-shadow\n // scss-docs-start utils-position\n \"position\": (\n property: position,\n values: static relative absolute fixed sticky\n ),\n \"top\": (\n property: top,\n values: $position-values\n ),\n \"bottom\": (\n property: bottom,\n values: $position-values\n ),\n \"start\": (\n property: left,\n class: start,\n values: $position-values\n ),\n \"end\": (\n property: right,\n class: end,\n values: $position-values\n ),\n \"translate-middle\": (\n property: transform,\n class: translate-middle,\n values: (\n null: translate(-50%, -50%),\n x: translateX(-50%),\n y: translateY(-50%),\n )\n ),\n // scss-docs-end utils-position\n // scss-docs-start utils-borders\n \"border\": (\n property: border,\n values: (\n null: $border-width solid $border-color,\n 0: 0,\n )\n ),\n \"border-top\": (\n property: border-top,\n values: (\n null: $border-width solid $border-color,\n 0: 0,\n )\n ),\n \"border-end\": (\n property: border-right,\n class: border-end,\n values: (\n null: $border-width solid $border-color,\n 0: 0,\n )\n ),\n \"border-bottom\": (\n property: border-bottom,\n values: (\n null: $border-width solid $border-color,\n 0: 0,\n )\n ),\n \"border-start\": (\n property: border-left,\n class: border-start,\n values: (\n null: $border-width solid $border-color,\n 0: 0,\n )\n ),\n \"border-color\": (\n property: border-color,\n class: border,\n values: map-merge($theme-colors, (\"white\": $white))\n ),\n \"border-width\": (\n property: border-width,\n class: border,\n values: $border-widths\n ),\n // scss-docs-end utils-borders\n // Sizing utilities\n // scss-docs-start utils-sizing\n \"width\": (\n property: width,\n class: w,\n values: (\n 25: 25%,\n 50: 50%,\n 75: 75%,\n 100: 100%,\n auto: auto\n )\n ),\n \"max-width\": (\n property: max-width,\n class: mw,\n values: (100: 100%)\n ),\n \"viewport-width\": (\n property: width,\n class: vw,\n values: (100: 100vw)\n ),\n \"min-viewport-width\": (\n property: min-width,\n class: min-vw,\n values: (100: 100vw)\n ),\n \"height\": (\n property: height,\n class: h,\n values: (\n 25: 25%,\n 50: 50%,\n 75: 75%,\n 100: 100%,\n auto: auto\n )\n ),\n \"max-height\": (\n property: max-height,\n class: mh,\n values: (100: 100%)\n ),\n \"viewport-height\": (\n property: height,\n class: vh,\n values: (100: 100vh)\n ),\n \"min-viewport-height\": (\n property: min-height,\n class: min-vh,\n values: (100: 100vh)\n ),\n // scss-docs-end utils-sizing\n // Flex utilities\n // scss-docs-start utils-flex\n \"flex\": (\n responsive: true,\n property: flex,\n values: (fill: 1 1 auto)\n ),\n \"flex-direction\": (\n responsive: true,\n property: flex-direction,\n class: flex,\n values: row column row-reverse column-reverse\n ),\n \"flex-grow\": (\n responsive: true,\n property: flex-grow,\n class: flex,\n values: (\n grow-0: 0,\n grow-1: 1,\n )\n ),\n \"flex-shrink\": (\n responsive: true,\n property: flex-shrink,\n class: flex,\n values: (\n shrink-0: 0,\n shrink-1: 1,\n )\n ),\n \"flex-wrap\": (\n responsive: true,\n property: flex-wrap,\n class: flex,\n values: wrap nowrap wrap-reverse\n ),\n \"gap\": (\n responsive: true,\n property: gap,\n class: gap,\n values: $spacers\n ),\n \"justify-content\": (\n responsive: true,\n property: justify-content,\n values: (\n start: flex-start,\n end: flex-end,\n center: center,\n between: space-between,\n around: space-around,\n evenly: space-evenly,\n )\n ),\n \"align-items\": (\n responsive: true,\n property: align-items,\n values: (\n start: flex-start,\n end: flex-end,\n center: center,\n baseline: baseline,\n stretch: stretch,\n )\n ),\n \"align-content\": (\n responsive: true,\n property: align-content,\n values: (\n start: flex-start,\n end: flex-end,\n center: center,\n between: space-between,\n around: space-around,\n stretch: stretch,\n )\n ),\n \"align-self\": (\n responsive: true,\n property: align-self,\n 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auto))\n ),\n \"margin-bottom\": (\n responsive: true,\n property: margin-bottom,\n class: mb,\n values: map-merge($spacers, (auto: auto))\n ),\n \"margin-start\": (\n responsive: true,\n property: margin-left,\n class: ms,\n values: map-merge($spacers, (auto: auto))\n ),\n // Negative margin utilities\n \"negative-margin\": (\n responsive: true,\n property: margin,\n class: m,\n values: $negative-spacers\n ),\n \"negative-margin-x\": (\n responsive: true,\n property: margin-right margin-left,\n class: mx,\n values: $negative-spacers\n ),\n \"negative-margin-y\": (\n responsive: true,\n property: margin-top margin-bottom,\n class: my,\n values: $negative-spacers\n ),\n \"negative-margin-top\": (\n responsive: true,\n property: margin-top,\n class: mt,\n values: $negative-spacers\n ),\n \"negative-margin-end\": (\n responsive: true,\n property: margin-right,\n class: me,\n values: $negative-spacers\n ),\n \"negative-margin-bottom\": (\n responsive: true,\n property: margin-bottom,\n 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Ex: $nav-link-disabled-color and $modal-content-box-shadow-xs.\n\n// Color system\n\n// scss-docs-start gray-color-variables\n$white: $__white !default;\n$gray-100: $__bg__gray--1 !default;\n$gray-200: $__bg__gray--2 !default;\n$gray-300: rgba($__black,.3) !default;\n$gray-400: rgba($__black,.4) !default;\n$gray-500: rgba($__black,.5) !default;\n$gray-600: rgba($__black,.6) !default;\n$gray-700: rgba($__black,.7) !default;\n$gray-800: $__bg__white--2 !default;\n$gray-900: $__bg__white--1 !default;\n$black: $__black !default;\n// scss-docs-end gray-color-variables\n\n// fusv-disable\n// scss-docs-start gray-colors-map\n$grays: (\n \"100\": $gray-100,\n \"200\": $gray-200,\n \"300\": $gray-300,\n \"400\": $gray-400,\n \"500\": $gray-500,\n \"600\": $gray-600,\n \"700\": $gray-700,\n \"800\": $gray-800,\n \"900\": $gray-900\n) !default;\n// scss-docs-end gray-colors-map\n// fusv-enable\n\n// scss-docs-start color-variables\n$blue: $__interaction--light !default;\n$indigo: $__support__purple--light !default;\n$purple: $__support__purple--dark !default;\n$pink: #C32AA3 !default;\n$red: $__negative--light !default;\n$orange: $__negative--dark !default;\n$yellow: $__warning--light !default;\n$green: $__positive--light !default;\n$teal: $__support__green--light !default;\n$cyan: $__info--light !default;\n// scss-docs-end color-variables\n\n// scss-docs-start colors-map\n$colors: (\n \"blue\": $blue,\n \"indigo\": $indigo,\n \"purple\": $purple,\n \"pink\": $pink,\n \"red\": $red,\n \"orange\": $orange,\n \"yellow\": $yellow,\n \"green\": $green,\n \"teal\": $teal,\n \"cyan\": $cyan,\n \"white\": $white,\n \"gray\": $__text--light,\n \"gray-dark\": $__text__emphasis--light\n) !default;\n// scss-docs-end colors-map\n\n// scss-docs-start theme-color-variables\n$primary: $blue !default;\n//$secondary: $gray-600 !default;\n$secondary: $white !default;\n$success: $green !default;\n$info: $cyan !default;\n$warning: $yellow !default;\n$danger: $red !default;\n$light: $gray-100 !default;\n$dark: $gray-900 !default;\n// scss-docs-end theme-color-variables\n\n// scss-docs-start theme-colors-map\n$theme-colors: (\n \"primary\": $primary,\n \"secondary\": $secondary,\n \"success\": $success,\n \"info\": $info,\n \"warning\": $warning,\n \"danger\": $danger,\n \"light\": $light,\n \"dark\": $dark\n) !default;\n// scss-docs-end theme-colors-map\n\n// The contrast ratio to reach against white, to determine if color changes from \"light\" to \"dark\". Acceptable values for WCAG 2.0 are 3, 4.5 and 7.\n// See https://www.w3.org/TR/WCAG20/#visual-audio-contrast-contrast\n$min-contrast-ratio: 4.5 !default;\n\n// Customize the light and dark text colors for use in our color contrast function.\n$color-contrast-dark: $black !default;\n$color-contrast-light: $white !default;\n\n// fusv-disable\n$blue-100: tint-color($blue, 80%) !default;\n$blue-200: tint-color($blue, 60%) !default;\n$blue-300: tint-color($blue, 40%) !default;\n$blue-400: tint-color($blue, 20%) !default;\n$blue-500: $blue !default;\n$blue-600: shade-color($blue, 20%) !default;\n$blue-700: shade-color($blue, 40%) !default;\n$blue-800: shade-color($blue, 60%) !default;\n$blue-900: shade-color($blue, 80%) !default;\n\n$indigo-100: tint-color($indigo, 80%) !default;\n$indigo-200: tint-color($indigo, 60%) !default;\n$indigo-300: tint-color($indigo, 40%) !default;\n$indigo-400: tint-color($indigo, 20%) !default;\n$indigo-500: $indigo !default;\n$indigo-600: shade-color($indigo, 20%) !default;\n$indigo-700: shade-color($indigo, 40%) !default;\n$indigo-800: shade-color($indigo, 60%) !default;\n$indigo-900: shade-color($indigo, 80%) !default;\n\n$purple-100: tint-color($purple, 80%) !default;\n$purple-200: tint-color($purple, 60%) !default;\n$purple-300: tint-color($purple, 40%) !default;\n$purple-400: tint-color($purple, 20%) !default;\n$purple-500: $purple !default;\n$purple-600: shade-color($purple, 20%) !default;\n$purple-700: shade-color($purple, 40%) !default;\n$purple-800: shade-color($purple, 60%) !default;\n$purple-900: shade-color($purple, 80%) !default;\n\n$pink-100: tint-color($pink, 80%) !default;\n$pink-200: tint-color($pink, 60%) !default;\n$pink-300: tint-color($pink, 40%) !default;\n$pink-400: tint-color($pink, 20%) !default;\n$pink-500: $pink !default;\n$pink-600: shade-color($pink, 20%) !default;\n$pink-700: shade-color($pink, 40%) !default;\n$pink-800: shade-color($pink, 60%) !default;\n$pink-900: shade-color($pink, 80%) !default;\n\n$red-100: tint-color($red, 80%) !default;\n$red-200: tint-color($red, 60%) !default;\n$red-300: tint-color($red, 40%) !default;\n$red-400: tint-color($red, 20%) !default;\n$red-500: $red !default;\n$red-600: shade-color($red, 20%) !default;\n$red-700: shade-color($red, 40%) !default;\n$red-800: shade-color($red, 60%) !default;\n$red-900: shade-color($red, 80%) !default;\n\n$orange-100: tint-color($orange, 80%) !default;\n$orange-200: tint-color($orange, 60%) !default;\n$orange-300: tint-color($orange, 40%) !default;\n$orange-400: tint-color($orange, 20%) !default;\n$orange-500: $orange !default;\n$orange-600: shade-color($orange, 20%) !default;\n$orange-700: shade-color($orange, 40%) !default;\n$orange-800: shade-color($orange, 60%) !default;\n$orange-900: shade-color($orange, 80%) !default;\n\n$yellow-100: tint-color($yellow, 80%) !default;\n$yellow-200: tint-color($yellow, 60%) !default;\n$yellow-300: tint-color($yellow, 40%) !default;\n$yellow-400: tint-color($yellow, 20%) !default;\n$yellow-500: $yellow !default;\n$yellow-600: shade-color($yellow, 20%) !default;\n$yellow-700: shade-color($yellow, 40%) !default;\n$yellow-800: shade-color($yellow, 60%) !default;\n$yellow-900: shade-color($yellow, 80%) !default;\n\n$green-100: tint-color($green, 80%) !default;\n$green-200: tint-color($green, 60%) !default;\n$green-300: tint-color($green, 40%) !default;\n$green-400: tint-color($green, 20%) !default;\n$green-500: $green !default;\n$green-600: shade-color($green, 20%) !default;\n$green-700: shade-color($green, 40%) !default;\n$green-800: shade-color($green, 60%) !default;\n$green-900: shade-color($green, 80%) !default;\n\n$teal-100: tint-color($teal, 80%) !default;\n$teal-200: tint-color($teal, 60%) !default;\n$teal-300: tint-color($teal, 40%) !default;\n$teal-400: tint-color($teal, 20%) !default;\n$teal-500: $teal !default;\n$teal-600: shade-color($teal, 20%) !default;\n$teal-700: shade-color($teal, 40%) !default;\n$teal-800: shade-color($teal, 60%) !default;\n$teal-900: shade-color($teal, 80%) !default;\n\n$cyan-100: tint-color($cyan, 80%) !default;\n$cyan-200: tint-color($cyan, 60%) !default;\n$cyan-300: tint-color($cyan, 40%) !default;\n$cyan-400: tint-color($cyan, 20%) !default;\n$cyan-500: $cyan !default;\n$cyan-600: shade-color($cyan, 20%) !default;\n$cyan-700: shade-color($cyan, 40%) !default;\n$cyan-800: shade-color($cyan, 60%) !default;\n$cyan-900: shade-color($cyan, 80%) !default;\n// fusv-enable\n\n// Characters which are escaped by the escape-svg function\n$escaped-characters: (\n (\"<\", \"%3c\"),\n (\">\", \"%3e\"),\n (\"#\", \"%23\"),\n (\"(\", \"%28\"),\n (\")\", \"%29\"),\n) !default;\n\n// Options\n//\n// Quickly modify global styling by enabling or disabling optional features.\n\n$enable-caret: true !default;\n$enable-rounded: true !default;\n$enable-shadows: false !default;\n$enable-gradients: false !default;\n$enable-transitions: true !default;\n$enable-reduced-motion: true !default;\n$enable-smooth-scroll: true !default;\n$enable-grid-classes: true !default;\n$enable-button-pointers: true !default;\n$enable-rfs: true !default;\n$enable-validation-icons: true !default;\n$enable-negative-margins: false !default;\n$enable-deprecation-messages: true !default;\n$enable-important-utilities: true !default;\n\n// Prefix for :root CSS variables\n\n$variable-prefix: #{$__classPrefix}- !default;\n\n// Gradient\n//\n// The gradient which is added to components if `$enable-gradients` is `true`\n// This gradient is also added to elements with `.bg-gradient` \n// scss-docs-start variable-gradient\n$gradient: linear-gradient(180deg, rgba($white, .15), rgba($white, 0)) !default;\n// scss-docs-end variable-gradient\n\n// Spacing \n//\n// Control the default styling of most Bootstrap elements by modifying these\n// variables. Mostly focused on spacing.\n// You can add more entries to the $spacers map, should you need more variation.\n\n// scss-docs-start spacer-variables-maps\n$spacer: 1rem !default;\n$spacers: (\n 0: 0,\n 1: $spacer / 4,\n 2: $spacer / 2,\n 3: $spacer,\n 4: $spacer * 1.5,\n 5: $spacer * 3,\n) !default;\n\n$negative-spacers: if($enable-negative-margins, negativify-map($spacers), null) !default;\n// scss-docs-end spacer-variables-maps\n\n// Position\n//\n// Define the edge positioning anchors of the position utilities.\n\n// scss-docs-start position-map\n$position-values: (\n 0: 0,\n 50: 50%,\n 100: 100%\n) !default;\n// scss-docs-end position-map\n\n// Body\n//\n// Settings for the `` element.\n\n$body-bg: $white !default;\n$body-color: $gray-900 !default;\n$body-text-align: null !default;\n\n\n// Links\n//\n// Style anchor elements.\n\n$link-color: $primary !default;\n$link-decoration: underline !default;\n$link-shade-percentage: 20% !default;\n$link-hover-color: shift-color($link-color, $link-shade-percentage) !default;\n$link-hover-decoration: null !default;\n\n$stretched-link-pseudo-element: after !default;\n$stretched-link-z-index: 1 !default;\n\n// Paragraphs\n//\n// Style p element.\n\n$paragraph-margin-bottom: 1rem !default;\n\n\n// Grid breakpoints\n//\n// Define the minimum dimensions at which your layout will change,\n// adapting to different screen sizes, for use in media queries.\n\n// scss-docs-start grid-breakpoints\n$grid-breakpoints: (\n xs: $__breakpoints--xsmall,\n sm: $__breakpoints--small,\n md: $__breakpoints--medium,\n lg: $__breakpoints--large,\n xl: $__breakpoints--xlarge,\n xxl: $__breakpoints--xxlarge\n) !default;\n// scss-docs-end grid-breakpoints\n\n@include _assert-ascending($grid-breakpoints, \"$grid-breakpoints\");\n@include _assert-starts-at-zero($grid-breakpoints, \"$grid-breakpoints\");\n\n\n// Grid containers\n//\n// Define the maximum width of `.container` for different screen sizes.\n\n// scss-docs-start container-max-widths\n$container-max-widths: (\n sm: $__grid__container--small,\n md: $__grid__container--medium,\n lg: $__grid__container--large,\n xl: $__grid__container--xlarge,\n xxl: $__grid__container--xxlarge\n) !default;\n// scss-docs-end container-max-widths\n\n@include _assert-ascending($container-max-widths, \"$container-max-widths\");\n\n\n// Grid columns\n//\n// Set the number of columns and specify the width of the gutters.\n\n$grid-columns: $__grid__columns !default;\n$grid-gutter-width: 1rem !default;\n$grid-row-columns: 6 !default;\n\n$gutters: $spacers !default;\n\n// Container padding\n\n$container-padding-x: $grid-gutter-width / 2 !default;\n\n\n// Components\n//\n// Define common padding and border radius sizes and more.\n\n// scss-docs-start border-variables\n$border-width: 1px !default;\n$border-widths: (\n 0: 0,\n 1: 1px,\n 2: 2px,\n 3: 3px,\n 4: 4px,\n 5: 5px\n) !default;\n\n$border-color: $gray-300 !default;\n\n$border-radius: .25rem !default;\n$border-radius-sm: .12.5rem !default;\n$border-radius-lg: .5rem !default;\n$border-radius-pill: 50rem !default;\n// scss-docs-end border-radius-variables\n\n// scss-docs-start box-shadow-variables\n$box-shadow: 0 .5rem 1rem rgba($black, .15) !default;\n$box-shadow-sm: 0 .125rem .25rem rgba($black, .075) !default;\n$box-shadow-lg: 0 1rem 3rem rgba($black, .175) !default;\n$box-shadow-inset: inset 0 1px 2px rgba($black, .075) !default;\n// scss-docs-end box-shadow-variables\n\n$component-active-color: $white !default;\n$component-active-bg: $primary !default;\n\n// scss-docs-start caret-variables\n$caret-width: .3em !default;\n$caret-vertical-align: $caret-width * .85 !default;\n$caret-spacing: $caret-width * .85 !default;\n// scss-docs-end caret-variables\n\n$transition-base: all .2s ease-in-out !default;\n$transition-fade: opacity .15s linear !default;\n$transition-collapse: height .35s ease !default;\n// scss-docs-end collapse-transition\n\n// stylelint-disable function-disallowed-list\n// scss-docs-start aspect-ratios\n$aspect-ratios: (\n \"1x1\": 100%,\n \"4x3\": calc(3 / 4 * 100%),\n \"16x9\": calc(9 / 16 * 100%),\n \"21x9\": calc(9 / 21 * 100%)\n) !default;\n// scss-docs-end aspect-ratios\n// stylelint-enable function-disallowed-list\n\n// Typography\n//\n// Font, line-height, and color for body text, headings, and more.\n\n// scss-docs-start font-variables\n// stylelint-disable value-keyword-case\n$font-family-sans-serif: $__font__family !default;\n$font-family-monospace: SFMono-Regular, Menlo, Monaco, Consolas, \"Liberation Mono\", \"Courier New\", monospace !default;\n// stylelint-enable value-keyword-case\n$font-family-base: var(--#{$variable-prefix}font-sans-serif) !default;\n$font-family-code: var(--#{$variable-prefix}font-monospace) !default;\n\n// $font-size-root effects the value of `rem`, which is used for as well font sizes, paddings and margins\n// $font-size-base effects the font size of the body text\n$font-size-root: null !default;\n$font-size-base: 1rem !default; // Assumes the browser default, typically `16px`\n$font-size-sm: $font-size-base * .875 !default;\n$font-size-lg: $font-size-base * 1.25 !default;\n\n$font-weight-lighter: lighter !default;\n$font-weight-light: 300 !default;\n$font-weight-normal: 400 !default;\n$font-weight-bold: 700 !default;\n$font-weight-bolder: bolder !default;\n\n$font-weight-base: $font-weight-normal !default;\n\n$line-height-base: 1.5 !default;\n$line-height-sm: 1.25 !default;\n$line-height-lg: 2 !default;\n\n$h1-font-size: $font-size-base * 2.5 !default;\n$h2-font-size: $font-size-base * 2 !default;\n$h3-font-size: $font-size-base * 1.75 !default;\n$h4-font-size: $font-size-base * 1.5 !default;\n$h5-font-size: $font-size-base * 1.25 !default;\n$h6-font-size: $font-size-base !default;\n// scss-docs-end font-variables\n\n// scss-docs-start font-sizes\n$font-sizes: (\n 1: $h1-font-size,\n 2: $h2-font-size,\n 3: $h3-font-size,\n 4: $h4-font-size,\n 5: $h5-font-size,\n 6: $h6-font-size\n) !default;\n// scss-docs-end font-sizes\n\n// scss-docs-start headings-variables\n$headings-margin-bottom: $spacer / 2 !default;\n$headings-font-family: null !default;\n$headings-font-style: null !default;\n$headings-font-weight: 500 !default;\n$headings-line-height: 1.2 !default;\n$headings-color: null !default;\n// scss-docs-end headings-variables\n\n// scss-docs-start display-headings\n$display-font-sizes: (\n 1: 5rem,\n 2: 4.5rem,\n 3: 4rem,\n 4: 3.5rem,\n 5: 3rem,\n 6: 2.5rem\n) !default;\n\n$display-font-weight: 300 !default;\n$display-line-height: $headings-line-height !default;\n// scss-docs-end display-headings\n\n// scss-docs-start type-variables\n$lead-font-size: $font-size-base * 1.25 !default;\n$lead-font-weight: 300 !default;\n\n$small-font-size: .875em !default;\n\n$sub-sup-font-size: .75em !default;\n\n$text-muted: $gray-600 !default;\n\n$initialism-font-size: $small-font-size !default;\n\n$blockquote-margin-y: $spacer !default;\n$blockquote-font-size: $font-size-base * 1.25 !default;\n$blockquote-footer-color: $gray-600 !default;\n$blockquote-footer-font-size: $small-font-size !default;\n\n$hr-margin-y: $spacer !default;\n$hr-color: inherit !default;\n$hr-height: $border-width !default;\n$hr-opacity: .25 !default;\n\n$legend-margin-bottom: .5rem !default;\n$legend-font-size: 1.5rem !default;\n$legend-font-weight: null !default;\n\n$mark-padding: .2em !default;\n\n$dt-font-weight: $font-weight-bold !default;\n\n$nested-kbd-font-weight: $font-weight-bold !default;\n\n$list-inline-padding: .5rem !default;\n\n$mark-bg: #fcf8e3 !default;\n// scss-docs-end type-variables\n\n\n// Tables\n//\n// Customizes the `.table` component with basic values, each used across all table variations.\n\n// scss-docs-start table-variables\n$table-cell-padding-y: .5rem !default;\n$table-cell-padding-x: .5rem !default;\n$table-cell-padding-y-sm: .25rem !default;\n$table-cell-padding-x-sm: .25rem !default;\n\n$table-cell-vertical-align: top !default;\n\n$table-color: $body-color !default;\n$table-bg: transparent !default;\n\n$table-th-font-weight: null !default;\n\n$table-striped-color: $table-color !default;\n$table-striped-bg-factor: .05 !default;\n$table-striped-bg: rgba($black, $table-striped-bg-factor) !default;\n\n$table-active-color: $table-color !default;\n$table-active-bg-factor: .1 !default;\n$table-active-bg: rgba($black, $table-active-bg-factor) !default;\n\n$table-hover-color: $table-color !default;\n$table-hover-bg-factor: .075 !default;\n$table-hover-bg: rgba($black, $table-hover-bg-factor) !default;\n\n$table-border-factor: .1 !default;\n$table-border-width: $border-width !default;\n$table-border-color: $border-color !default;\n\n$table-striped-order: odd !default;\n\n$table-group-separator-color: currentColor !default;\n\n$table-caption-color: $text-muted !default;\n\n$table-bg-scale: -80% !default;\n\n$table-variants: (\n \"primary\": shift-color($primary, $table-bg-scale),\n \"secondary\": shift-color($secondary, $table-bg-scale),\n \"success\": shift-color($success, $table-bg-scale),\n \"info\": shift-color($info, $table-bg-scale),\n \"warning\": shift-color($warning, $table-bg-scale),\n \"danger\": shift-color($danger, $table-bg-scale),\n \"light\": $light,\n \"dark\": $dark,\n) !default;\n\n\n $table-variants-scielo: (\n \"primary\": fade-out($__interaction--light, 0.3),\n \"secondary\": fade-out($secondary, 0.5),\n \"success\": fade-out($__positive--light, 0.3),\n \"info\": fade-out($__info--light, 0.3),\n \"warning\": fade-out($__warning--light, 0.3),\n \"danger\": fade-out($__negative--light, 0.3),\n \"light\": $light,\n \"dark\": $dark,\n ) !default;\n \n \n// scss-docs-end table-loop\n\n\n// Buttons + Forms\n//\n// Shared variables that are reassigned to `$input-` and `$btn-` specific variables.\n\n// scss-docs-start input-btn-variables\n$input-btn-padding-y: .375rem !default;\n$input-btn-padding-x: .75rem !default;\n$input-btn-font-family: null !default;\n$input-btn-font-size: $font-size-base !default;\n$input-btn-line-height: $line-height-base !default;\n\n$input-btn-focus-width: .25rem !default;\n$input-btn-focus-color-opacity: .25 !default;\n$input-btn-focus-color: rgba($component-active-bg, $input-btn-focus-color-opacity) !default;\n$input-btn-focus-blur: 0 !default;\n$input-btn-focus-box-shadow: 0 0 0 $input-btn-focus-width $input-btn-focus-color !default;\n\n$input-btn-padding-y-sm: .25rem !default;\n$input-btn-padding-x-sm: .5rem !default;\n$input-btn-font-size-sm: $font-size-sm !default;\n\n$input-btn-padding-y-lg: .5rem !default;\n$input-btn-padding-x-lg: 1rem !default;\n$input-btn-font-size-lg: $font-size-lg !default;\n\n$input-btn-border-width: $border-width !default;\n// scss-docs-end input-btn-variables\n\n\n// Buttons\n//\n// For each of Bootstrap's buttons, define text, background, and border color.\n\n// scss-docs-start btn-variables\n$btn-padding-y: $input-btn-padding-y !default;\n$btn-padding-x: $input-btn-padding-x !default;\n$btn-font-family: $input-btn-font-family !default;\n$btn-font-size: $input-btn-font-size !default;\n$btn-line-height: $input-btn-line-height !default;\n$btn-white-space: null !default; // Set to `nowrap` to prevent text wrapping\n\n$btn-padding-y-sm: $input-btn-padding-y-sm !default;\n$btn-padding-x-sm: $input-btn-padding-x-sm !default;\n$btn-font-size-sm: $input-btn-font-size-sm !default;\n\n$btn-padding-y-lg: $input-btn-padding-y-lg !default;\n$btn-padding-x-lg: $input-btn-padding-x-lg !default;\n$btn-font-size-lg: $input-btn-font-size-lg !default;\n\n$btn-border-width: $input-btn-border-width !default;\n\n$btn-font-weight: $font-weight-normal !default;\n$btn-box-shadow: inset 0 1px 0 rgba($white, .15), 0 1px 1px rgba($black, .075) !default;\n$btn-focus-width: $input-btn-focus-width !default;\n$btn-focus-box-shadow: $input-btn-focus-box-shadow !default;\n$btn-disabled-opacity: .65 !default;\n$btn-active-box-shadow: inset 0 3px 5px rgba($black, .125) !default;\n\n$btn-link-color: $link-color !default;\n$btn-link-hover-color: $link-hover-color !default;\n$btn-link-disabled-color: $gray-600 !default;\n\n// Allows for customizing button radius independently from global border radius\n$btn-border-radius: $border-radius !default;\n$btn-border-radius-sm: $border-radius-sm !default;\n$btn-border-radius-lg: $border-radius-lg !default;\n\n$btn-transition: color .15s ease-in-out, background-color .15s ease-in-out, border-color .15s ease-in-out, box-shadow .15s ease-in-out !default;\n\n$btn-hover-bg-shade-amount: 15% !default;\n$btn-hover-bg-tint-amount: 15% !default;\n$btn-hover-border-shade-amount: 20% !default;\n$btn-hover-border-tint-amount: 10% !default;\n$btn-active-bg-shade-amount: 20% !default;\n$btn-active-bg-tint-amount: 20% !default;\n$btn-active-border-shade-amount: 25% !default;\n$btn-active-border-tint-amount: 10% !default;\n// scss-docs-end btn-variables\n\n\n// Forms\n\n// scss-docs-start form-text-variables\n$form-text-margin-top: .25rem !default;\n$form-text-font-size: $small-font-size !default;\n$form-text-font-style: null !default;\n$form-text-font-weight: null !default;\n$form-text-color: $text-muted !default;\n// scss-docs-end form-text-variables\n\n// scss-docs-start form-label-variables\n$form-label-margin-bottom: .5rem !default;\n$form-label-font-size: null !default;\n$form-label-font-style: null !default;\n$form-label-font-weight: null !default;\n$form-label-color: null !default;\n// scss-docs-end form-label-variables\n\n// scss-docs-start form-input-variables\n$input-padding-y: $input-btn-padding-y !default;\n$input-padding-x: $input-btn-padding-x !default;\n$input-font-family: $input-btn-font-family !default;\n$input-font-size: $input-btn-font-size !default;\n$input-font-weight: $font-weight-base !default;\n$input-line-height: $input-btn-line-height !default;\n\n$input-padding-y-sm: $input-btn-padding-y-sm !default;\n$input-padding-x-sm: $input-btn-padding-x-sm !default;\n$input-font-size-sm: $input-btn-font-size-sm !default;\n\n$input-padding-y-lg: $input-btn-padding-y-lg !default;\n$input-padding-x-lg: $input-btn-padding-x-lg !default;\n$input-font-size-lg: $input-btn-font-size-lg !default;\n\n$input-bg: $white !default;\n$input-disabled-bg: $gray-200 !default;\n$input-disabled-border-color: null !default;\n\n$input-color: $body-color !default;\n$input-border-color: $gray-400 !default;\n$input-border-width: $input-btn-border-width !default;\n$input-box-shadow: $box-shadow-inset !default;\n\n$input-border-radius: $border-radius !default;\n$input-border-radius-sm: $border-radius-sm !default;\n$input-border-radius-lg: $border-radius-lg !default;\n\n$input-focus-bg: $input-bg !default;\n$input-focus-border-color: tint-color($component-active-bg, 50%) !default;\n$input-focus-color: $input-color !default;\n$input-focus-width: $input-btn-focus-width !default;\n$input-focus-box-shadow: $input-btn-focus-box-shadow 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because image dimensions\n$form-select-indicator-color: $gray-800 !default;\n$form-select-indicator: url(\"data:image/svg+xml,\") !default;\n\n$form-select-feedback-icon-padding-end: add(1em * .75, (2 * $form-select-padding-y * .75) + $form-select-padding-x + $form-select-indicator-padding) !default;\n$form-select-feedback-icon-position: center right ($form-select-padding-x + $form-select-indicator-padding) !default;\n$form-select-feedback-icon-size: $input-height-inner-half $input-height-inner-half !default;\n\n$form-select-border-width: $input-border-width !default;\n$form-select-border-color: $input-border-color !default;\n$form-select-border-radius: $border-radius !default;\n$form-select-box-shadow: $box-shadow-inset !default;\n\n$form-select-focus-border-color: $input-focus-border-color !default;\n$form-select-focus-width: $input-focus-width !default;\n$form-select-focus-box-shadow: 0 0 0 $form-select-focus-width $input-btn-focus-color !default;\n\n$form-select-padding-y-sm: 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!default;\n$form-floating-input-padding-t: 1.625rem !default;\n$form-floating-input-padding-b: .625rem !default;\n$form-floating-label-opacity: .65 !default;\n$form-floating-label-transform: scale(.85) translateY(-.5rem) translateX(.15rem) !default;\n$form-floating-transition: opacity .1s ease-in-out, transform .1s ease-in-out !default;\n// scss-docs-end form-floating-variables\n\n// Form validation\n\n// scss-docs-start form-feedback-variables\n$form-feedback-margin-top: $form-text-margin-top !default;\n$form-feedback-font-size: $form-text-font-size !default;\n$form-feedback-font-style: $form-text-font-style !default;\n$form-feedback-valid-color: $success !default;\n$form-feedback-invalid-color: $danger !default;\n\n$form-feedback-icon-valid-color: $form-feedback-valid-color !default;\n$form-feedback-icon-valid: url(\"data:image/svg+xml,\") !default;\n$form-feedback-icon-invalid-color: $form-feedback-invalid-color !default;\n$form-feedback-icon-invalid: url(\"data:image/svg+xml,\") 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They're used for a bird's eye view\n// of components dependent on the z-axis and are designed to all work together.\n\n// scss-docs-start zindex-stack\n$zindex-dropdown: 1000 !default;\n$zindex-sticky: 1020 !default;\n$zindex-fixed: 1030 !default;\n$zindex-offcanvas: 1040 !default;\n$zindex-modal-backdrop: 1050 !default;\n$zindex-modal: 1060 !default;\n$zindex-popover: 1070 !default;\n$zindex-tooltip: 1080 !default;\n// scss-docs-end zindex-stack\n\n\n// Navs\n\n// scss-docs-start nav-variables\n$nav-link-padding-y: .5rem !default;\n$nav-link-padding-x: 1rem !default;\n$nav-link-font-size: null !default;\n$nav-link-font-weight: null !default;\n$nav-link-color: null !default;\n$nav-link-hover-color: null !default;\n$nav-link-transition: color .15s ease-in-out, background-color .15s ease-in-out, border-color .15s ease-in-out !default;\n$nav-link-disabled-color: $gray-600 !default;\n\n$nav-tabs-border-color: $gray-300 !default;\n$nav-tabs-border-width: $border-width 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tooltip-feedback-variables\n\n\n// Popovers\n\n// scss-docs-start popover-variables\n$popover-font-size: $font-size-sm !default;\n$popover-bg: $white !default;\n$popover-max-width: 276px !default;\n$popover-border-width: $border-width !default;\n$popover-border-color: rgba($black, .2) !default;\n$popover-border-radius: $border-radius-lg !default;\n$popover-inner-border-radius: subtract($popover-border-radius, $popover-border-width) !default;\n$popover-box-shadow: $box-shadow !default;\n\n$popover-header-bg: shade-color($popover-bg, 6%) !default;\n$popover-header-color: $headings-color !default;\n$popover-header-padding-y: .5rem !default;\n$popover-header-padding-x: $spacer !default;\n\n$popover-body-color: $body-color !default;\n$popover-body-padding-y: $spacer !default;\n$popover-body-padding-x: $spacer !default;\n\n$popover-arrow-width: 1rem !default;\n$popover-arrow-height: .5rem !default;\n$popover-arrow-color: $popover-bg !default;\n\n$popover-arrow-outer-color: fade-in($popover-border-color, .05) !default;\n// scss-docs-end popover-variables\n\n\n// Toasts\n\n// scss-docs-start toast-variables\n$toast-max-width: 350px !default;\n$toast-padding-x: .75rem !default;\n$toast-padding-y: .5rem !default;\n$toast-font-size: .875rem !default;\n$toast-color: null !default;\n$toast-background-color: rgba($white, .85) !default;\n$toast-border-width: 1px !default;\n$toast-border-color: rgba(0, 0, 0, .1) !default;\n$toast-border-radius: $border-radius !default;\n$toast-box-shadow: $box-shadow !default;\n$toast-spacing: $container-padding-x !default;\n\n$toast-header-color: $gray-600 !default;\n$toast-header-background-color: rgba($white, .85) !default;\n$toast-header-border-color: rgba(0, 0, 0, .05) !default;\n// scss-docs-end toast-variables\n\n\n// Badges\n\n// scss-docs-start badge-variables\n$badge-font-size: .75em !default;\n$badge-font-weight: $font-weight-bold !default;\n$badge-color: $white !default;\n$badge-padding-y: .35em 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!default;\n$alert-margin-bottom: 1rem !default;\n$alert-border-radius: $border-radius !default;\n$alert-link-font-weight: $font-weight-bold !default;\n$alert-border-width: $border-width !default;\n$alert-bg-scale: -80% !default;\n$alert-border-scale: -70% !default;\n$alert-color-scale: 40% !default;\n$alert-dismissible-padding-r: $alert-padding-x * 3 !default; // 3x covers width of x plus default padding on either side\n// scss-docs-end alert-variables\n\n\n// Progress bars\n\n// scss-docs-start progress-variables\n$progress-height: 1rem !default;\n$progress-font-size: $font-size-base * .75 !default;\n$progress-bg: $gray-200 !default;\n$progress-border-radius: $border-radius !default;\n$progress-box-shadow: $box-shadow-inset !default;\n$progress-bar-color: $white !default;\n$progress-bar-bg: $primary !default;\n$progress-bar-animation-timing: 1s linear infinite !default;\n$progress-bar-transition: width .6s ease !default;\n// scss-docs-end progress-variables\n\n\n// List group\n\n// scss-docs-start list-group-variables\n$list-group-color: null !default;\n$list-group-bg: $white !default;\n$list-group-border-color: rgba($black, .125) !default;\n$list-group-border-width: $border-width !default;\n$list-group-border-radius: $border-radius !default;\n\n$list-group-item-padding-y: $spacer / 2 !default;\n$list-group-item-padding-x: $spacer !default;\n$list-group-item-bg-scale: -80% !default;\n$list-group-item-color-scale: 40% !default;\n\n$list-group-hover-bg: $gray-100 !default;\n$list-group-active-color: $component-active-color !default;\n$list-group-active-bg: $component-active-bg !default;\n$list-group-active-border-color: $list-group-active-bg !default;\n\n$list-group-disabled-color: $gray-600 !default;\n$list-group-disabled-bg: $list-group-bg !default;\n\n$list-group-action-color: $gray-700 !default;\n$list-group-action-hover-color: $list-group-action-color !default;\n\n$list-group-action-active-color: $body-color !default;\n$list-group-action-active-bg: $gray-200 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!default;\n$carousel-caption-spacer: 1.25rem !default;\n\n$carousel-control-icon-width: 2rem !default;\n\n$carousel-control-prev-icon-bg: url(\"data:image/svg+xml,\") !default;\n$carousel-control-next-icon-bg: url(\"data:image/svg+xml,\") !default;\n\n$carousel-transition-duration: .6s !default;\n$carousel-transition: transform $carousel-transition-duration ease-in-out !default; // Define transform transition first if using multiple transitions (e.g., `transform 2s ease, opacity .5s ease-out`)\n\n$carousel-dark-indicator-active-bg: $black !default;\n$carousel-dark-caption-color: $black !default;\n$carousel-dark-control-icon-filter: invert(1) grayscale(100) !default;\n// scss-docs-end carousel-variables\n\n\n// Spinners\n\n// scss-docs-start spinner-variables\n$spinner-width: 2rem !default;\n$spinner-height: $spinner-width !default;\n$spinner-border-width: .25em !default;\n$spinner-animation-speed: .75s !default;\n\n$spinner-width-sm: 1rem !default;\n$spinner-height-sm: 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media-breakpoint-up($breakpoint) {\n $infix: breakpoint-infix($breakpoint, $grid-breakpoints);\n\n // Loop over each utility property\n @each $key, $utility in $utilities {\n // The utility can be disabled with `false`, thus check if the utility is a map first\n // Only proceed if responsive media queries are enabled or if it's the base media query\n @if type-of($utility) == \"map\" and (map-get($utility, responsive) or $infix == \"\") {\n @include generate-utility($utility, $infix);\n }\n }\n }\n}\n\n// RFS rescaling\n@media (min-width: $rfs-mq-value) {\n @each $breakpoint in map-keys($grid-breakpoints) {\n $infix: breakpoint-infix($breakpoint, $grid-breakpoints);\n\n @if (map-get($grid-breakpoints, $breakpoint) < $rfs-breakpoint) {\n // Loop over each utility property\n @each $key, $utility in $utilities {\n // The utility can be disabled with `false`, thus check if the utility is a map first\n // Only proceed if responsive media queries are enabled or if it's the base media query\n @if type-of($utility) == \"map\" and map-get($utility, rfs) and (map-get($utility, responsive) or $infix == \"\") {\n @include generate-utility($utility, $infix, true);\n }\n }\n }\n }\n}\n\n\n// Print utilities\n@media print {\n @each $key, $utility in $utilities {\n // The utility can be disabled with `false`, thus check if the utility is a map first\n // Then check if the utility needs print styles\n @if type-of($utility) == \"map\" and map-get($utility, print) == true {\n @include generate-utility($utility, \"-print\");\n }\n }\n}\n"]} \ No newline at end of file diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/css/bootstrap-reboot.css b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/css/bootstrap-reboot.css new file mode 100644 index 000000000..85f5bb2cc --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/css/bootstrap-reboot.css @@ -0,0 +1,8 @@ +/*! + * Bootstrap Reboot v5.0.0-beta1 (https://getbootstrap.com/) + * Copyright 2011-2020 The Bootstrap Authors + * Copyright 2011-2020 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* Bootstrap Reboot v5.0.0-beta1 (https://getbootstrap.com/)\n * Copyright 2011-2020 The Bootstrap Authors\n * Copyright 2011-2020 Twitter, Inc.\n * Licensed under MIT (https://github.com/twbs/bootstrap/blob/main/LICENSE)\n * Forked from Normalize.css, licensed MIT (https://github.com/necolas/normalize.css/blob/master/LICENSE.md)\n */\n\n @import \"scss/functions\";\n\n @import \"../../common/scss/itcssImports/vars\";\n @import \"../../common/scss/itcssImports/mixins\";\n @import \"./settings/variables\";\n \n // Prevent the usage of custom properties since we don't add them to `:root` in reboot\n $font-family-base: $font-family-sans-serif; // stylelint-disable-line scss/dollar-variable-default\n $font-family-code: $font-family-monospace; // stylelint-disable-line scss/dollar-variable-default\n @import \"scss/mixins\";\n @import \"scss/reboot\";\n ","@mixin __on-theme--dark {\n @at-root .#{$__classPrefix}__theme--dark & {\n @content;\n }\n}\n\n@mixin __on-theme--light {\n @at-root .#{$__classPrefix}__theme--light & {\n @content;\n }\n}\n\n\n@mixin animated($time: .5s, $prop: background, $prop2: text-indent){\n -webkit-animation-fill-mode: both;\n -moz-animation-fill-mode: both;\n -ms-animation-fill-mode: both;\n -o-animation-fill-mode: both;\n animation-fill-mode: both;\n -webkit-animation-duration: $time;\n -moz-animation-duration: $time;\n -ms-animation-duration: $time;\n -o-animation-duration: $time;\n animation-duration: $time;\n\n -o-transition: $prop $time ease-out, $prop2 $time ease-out;\n -ms-transition: $prop $time ease-out, $prop2 $time ease-out;\n -moz-transition: $prop $time ease-out, $prop2 $time ease-out;\n -webkit-transition: $prop $time ease-out, $prop2 $time ease-out;\n transition: $prop $time ease-out, $prop2 $time ease-out;\n}\n\n@-webkit-keyframes bounce {\n 0%, 20%, 50%, 80%, 100% {-webkit-transform: translateY(0);}\n 40% {-webkit-transform: translateY(30px);}\n 60% {-webkit-transform: translateY(15px);}\n}\n\n@-moz-keyframes bounce {\n 0%, 20%, 50%, 80%, 100% {-moz-transform: translateY(0);}\n 40% {-moz-transform: translateY(30px);}\n 60% {-moz-transform: translateY(15px);}\n}\n\n@-ms-keyframes bounce {\n 0%, 20%, 50%, 80%, 100% {-ms-transform: translateY(0);}\n 40% {-ms-transform: translateY(30px);}\n 60% {-ms-transform: translateY(15px);}\n}\n\n@-o-keyframes bounce {\n 0%, 20%, 50%, 80%, 100% {-o-transform: translateY(0);}\n 40% {-o-transform: translateY(30px);}\n 60% {-o-transform: translateY(15px);}\n}\n@keyframes bounce {\n 0%, 20%, 50%, 80%, 100% {transform: translateY(0);}\n 40% {transform: translateY(30px);}\n 60% {transform: translateY(15px);}\n}\n\n@mixin bounce($time: .5s){\n -webkit-animation-name: bounce;\n -moz-animation-name: bounce;\n -ms-animation-name: bounce;\n -o-animation-name: bounce;\n animation-name: bounce;\n\n -webkit-animation-duration: $time;\n -moz-animation-duration: $time;\n -ms-animation-duration: $time;\n -o-animation-duration: $time;\n animation-duration: $time; \n}\n\n@mixin slideInUp($time: .5s){\n -webkit-animation-name: slideInUp;\n animation-name: slideInUp;\n\n -webkit-animation-duration: $time;\n -moz-animation-duration: $time;\n -ms-animation-duration: $time;\n -o-animation-duration: $time;\n animation-duration: $time;\n}\n\n@-webkit-keyframes slideInUp {\n from {\n -webkit-transform: translate3d(0, 30%, 0);\n transform: translate3d(0, 30%, 0);\n visibility: visible;\n opacity: 0;\n }\n\n to {\n -webkit-transform: translate3d(0, 0, 0);\n transform: translate3d(0, 0, 0);\n opacity: 1;\n }\n}\n","// stylelint-disable declaration-no-important, selector-no-qualifying-type, property-no-vendor-prefix\n\n\n// Reboot\n//\n// Normalization of HTML elements, manually forked from Normalize.css to remove\n// styles targeting irrelevant browsers while applying new styles.\n//\n// Normalize is licensed MIT. https://github.com/necolas/normalize.css\n\n\n// Document\n//\n// Change from `box-sizing: content-box` so that `width` is not affected by `padding` or `border`.\n\n*,\n*::before,\n*::after {\n box-sizing: border-box;\n}\n\n\n// Root\n//\n// Ability to the value of the root font sizes, affecting the value of `rem`.\n// null by default, thus nothing is generated.\n\n:root {\n font-size: $font-size-root;\n\n @if $enable-smooth-scroll {\n @media (prefers-reduced-motion: no-preference) {\n scroll-behavior: smooth;\n }\n }\n}\n\n\n// Body\n//\n// 1. Remove the margin in all browsers.\n// 2. As a best practice, apply a default `background-color`.\n// 3. Prevent adjustments of font size after orientation changes in iOS.\n// 4. Change the default tap highlight to be completely transparent in iOS.\n\nbody {\n margin: 0; // 1\n font-family: $font-family-base;\n @include font-size($font-size-base);\n font-weight: $font-weight-base;\n line-height: $line-height-base;\n color: $body-color;\n text-align: $body-text-align;\n background-color: $body-bg; // 2\n -webkit-text-size-adjust: 100%; // 3\n -webkit-tap-highlight-color: rgba($black, 0); // 4\n}\n\n\n// Content grouping\n//\n// 1. Reset Firefox's gray color\n// 2. Set correct height and prevent the `size` attribute to make the `hr` look like an input field\n\nhr {\n margin: $hr-margin-y 0;\n color: $hr-color; // 1\n background-color: currentColor;\n border: 0;\n opacity: $hr-opacity;\n}\n\nhr:not([size]) {\n height: $hr-height; // 2\n}\n\n\n// Typography\n//\n// 1. Remove top margins from headings\n// By default, `

    `-`

    ` all receive top and bottom margins. We nuke the top\n// margin for easier control within type scales as it avoids margin collapsing.\n\n%heading {\n margin-top: 0; // 1\n margin-bottom: $headings-margin-bottom;\n font-family: $headings-font-family;\n font-style: $headings-font-style;\n font-weight: $headings-font-weight;\n line-height: $headings-line-height;\n color: $headings-color;\n}\n\nh1 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h1-font-size);\n}\n\nh2 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h2-font-size);\n}\n\nh3 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h3-font-size);\n}\n\nh4 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h4-font-size);\n}\n\nh5 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h5-font-size);\n}\n\nh6 {\n @extend %heading;\n @include font-size($h6-font-size);\n}\n\n\n// Reset margins on paragraphs\n//\n// Similarly, the top margin on `

    `s get reset. However, we also reset the\n// bottom margin to use `rem` units instead of `em`.\n\np {\n margin-top: 0;\n margin-bottom: $paragraph-margin-bottom;\n}\n\n\n// Abbreviations\n//\n// 1. Duplicate behavior to the data-bs-* attribute for our tooltip plugin\n// 2. Add the correct text decoration in Chrome, Edge, Opera, and Safari.\n// 3. Add explicit cursor to indicate changed behavior.\n// 4. Prevent the text-decoration to be skipped.\n\nabbr[title],\nabbr[data-bs-original-title] { // 1\n text-decoration: underline dotted; // 2\n cursor: help; // 3\n text-decoration-skip-ink: none; // 4\n}\n\n\n// Address\n\naddress {\n margin-bottom: 1rem;\n font-style: normal;\n line-height: inherit;\n}\n\n\n// Lists\n\nol,\nul {\n padding-left: 2rem;\n}\n\nol,\nul,\ndl {\n margin-top: 0;\n margin-bottom: 1rem;\n}\n\nol ol,\nul ul,\nol ul,\nul ol {\n margin-bottom: 0;\n}\n\ndt {\n font-weight: $dt-font-weight;\n}\n\n// 1. Undo browser default\n\ndd {\n margin-bottom: .5rem;\n margin-left: 0; // 1\n}\n\n\n// Blockquote\n\nblockquote {\n margin: 0 0 1rem;\n}\n\n\n// Strong\n//\n// Add the correct font weight in Chrome, Edge, and Safari\n\nb,\nstrong {\n font-weight: $font-weight-bolder;\n}\n\n\n// Small\n//\n// Add the correct font size in all browsers\n\nsmall {\n @include font-size($small-font-size);\n}\n\n\n// Mark\n\nmark {\n padding: $mark-padding;\n background-color: $mark-bg;\n}\n\n\n// Sub and Sup\n//\n// Prevent `sub` and `sup` elements from affecting the line height in\n// all browsers.\n\nsub,\nsup {\n position: relative;\n @include font-size($sub-sup-font-size);\n line-height: 0;\n vertical-align: baseline;\n}\n\nsub { bottom: -.25em; }\nsup { top: -.5em; }\n\n\n// Links\n\na {\n color: $link-color;\n text-decoration: $link-decoration;\n\n &:hover {\n color: $link-hover-color;\n text-decoration: $link-hover-decoration;\n }\n}\n\n// And undo these styles for placeholder links/named anchors (without href).\n// It would be more straightforward to just use a[href] in previous block, but that\n// causes specificity issues in many other styles that are too complex to fix.\n// See https://github.com/twbs/bootstrap/issues/19402\n\na:not([href]):not([class]) {\n &,\n &:hover {\n color: inherit;\n text-decoration: none;\n }\n}\n\n\n// Code\n\npre,\ncode,\nkbd,\nsamp {\n font-family: $font-family-code;\n @include font-size(1em); // Correct the odd `em` font sizing in all browsers.\n direction: ltr #{\"/* rtl:ignore */\"};\n unicode-bidi: bidi-override;\n}\n\n// 1. Remove browser default top margin\n// 2. Reset browser default of `1em` to use `rem`s\n// 3. Don't allow content to break outside\n\npre {\n display: block;\n margin-top: 0; // 1\n margin-bottom: 1rem; // 2\n overflow: auto; // 3\n @include font-size($code-font-size);\n color: $pre-color;\n\n // Account for some code outputs that place code tags in pre tags\n code {\n @include font-size(inherit);\n color: inherit;\n word-break: normal;\n }\n}\n\ncode {\n @include font-size($code-font-size);\n color: $code-color;\n word-wrap: break-word;\n\n // Streamline the style when inside anchors to avoid broken underline and more\n a > & {\n color: inherit;\n }\n}\n\nkbd {\n padding: $kbd-padding-y $kbd-padding-x;\n @include font-size($kbd-font-size);\n color: $kbd-color;\n background-color: $kbd-bg;\n @include border-radius($border-radius-sm);\n\n kbd {\n padding: 0;\n @include font-size(1em);\n font-weight: $nested-kbd-font-weight;\n }\n}\n\n\n// Figures\n//\n// Apply a consistent margin strategy (matches our type styles).\n\nfigure {\n margin: 0 0 1rem;\n}\n\n\n// Images and content\n\nimg,\nsvg {\n vertical-align: middle;\n}\n\n\n// Tables\n//\n// Prevent double borders\n\ntable {\n caption-side: bottom;\n border-collapse: collapse;\n}\n\ncaption {\n padding-top: $table-cell-padding-y;\n padding-bottom: $table-cell-padding-y;\n color: $table-caption-color;\n text-align: left;\n}\n\n// 1. Removes font-weight bold by inheriting\n// 2. Matches default `` alignment by inheriting `text-align`.\n// 3. Fix alignment for Safari\n\nth {\n font-weight: $table-th-font-weight; // 1\n text-align: inherit; // 2\n text-align: -webkit-match-parent; // 3\n}\n\nthead,\ntbody,\ntfoot,\ntr,\ntd,\nth {\n border-color: inherit;\n border-style: solid;\n border-width: 0;\n}\n\n\n// Forms\n//\n// 1. Allow labels to use `margin` for spacing.\n\nlabel {\n display: inline-block; // 1\n}\n\n// Remove the default `border-radius` that macOS Chrome adds.\n// See https://github.com/twbs/bootstrap/issues/24093\n\nbutton {\n // stylelint-disable-next-line property-disallowed-list\n border-radius: 0;\n}\n\n// Explicitly remove focus outline in Chromium when it shouldn't be\n// visible (e.g. as result of mouse click or touch tap). It already\n// should be doing this automatically, but seems to currently be\n// confused and applies its very visible two-tone outline anyway.\n\nbutton:focus:not(:focus-visible) {\n outline: 0;\n}\n\n// 1. Remove the margin in Firefox and Safari\n\ninput,\nbutton,\nselect,\noptgroup,\ntextarea {\n margin: 0; // 1\n font-family: inherit;\n @include font-size(inherit);\n line-height: inherit;\n}\n\n// Remove the inheritance of text transform in Firefox\nbutton,\nselect {\n text-transform: none;\n}\n// Set the cursor for non-` + +

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    diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-graphics.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-graphics.xsl new file mode 100644 index 000000000..0f709ebc8 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-graphics.xsl @@ -0,0 +1,95 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-how2cite.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-how2cite.xsl new file mode 100644 index 000000000..10e317f0a --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-how2cite.xsl @@ -0,0 +1,245 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + [online]. + + , + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + and + + + + + + + et al. + + + + + + + + + + , +    + + + + + + + , + + + + + + + + + + . + + + . + + + . + + + + + + + + + + + + , + + + , + + + , + + + , + + + , + + + , + + + v. + , + + + + + n. + + + + + + n. + + + + + + + + [ + cited +  CURRENTDATE] + + + + + + . + pp. -. + + + + + + Available from + : + &lt;&gt;. + + + + + + Epub . + + + Epub . + + + + + + ISSN . + + + + + . + + + + + https://doi.org/ + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-scheme.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-scheme.xsl new file mode 100644 index 000000000..b07b7fa1c --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-scheme.xsl @@ -0,0 +1,58 @@ + + + + + + + + + + + + + + + \ No newline at end of file diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-tables.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-tables.xsl new file mode 100644 index 000000000..b7b0916c3 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/html-modals-tables.xsl @@ -0,0 +1,151 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
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    \ No newline at end of file diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bireme.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bireme.svg new file mode 100644 index 000000000..0244934a9 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bireme.svg @@ -0,0 +1,81 @@ + + + + logo-footer-bireme + Created with Sketch. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + \ No newline at end of file diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bvs.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bvs.svg new file mode 100644 index 000000000..a32e01f4a --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-bvs.svg @@ -0,0 +1,37 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-capes.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-capes.svg new file mode 100644 index 000000000..9643d2c29 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-capes.svg @@ -0,0 +1,74 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-cnpq.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-cnpq.svg new file mode 100644 index 000000000..385454f4e --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-cnpq.svg @@ -0,0 +1,16 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fap.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fap.svg new file mode 100644 index 000000000..6f8072906 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fap.svg @@ -0,0 +1,52 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fapesp.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fapesp.svg new file mode 100644 index 000000000..a07240b01 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-footer-fapesp.svg @@ -0,0 +1,8 @@ + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-open-access.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-open-access.svg new file mode 100644 index 000000000..5ddb707c6 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-open-access.svg @@ -0,0 +1,5 @@ + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-orcid.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-orcid.svg new file mode 100644 index 000000000..2bddf44f1 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-orcid.svg @@ -0,0 +1,17 @@ + + + + + + + + + + + \ No newline at end of file diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label-negative.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label-negative.svg new file mode 100644 index 000000000..7b372f68a --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label-negative.svg @@ -0,0 +1,5 @@ + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label.svg b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label.svg new file mode 100644 index 000000000..f208ac829 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/img/logo-scielo-no-label.svg @@ -0,0 +1,38 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/journal-meta.xsl b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/journal-meta.xsl new file mode 100644 index 000000000..464fada38 --- /dev/null +++ b/packtools/catalogs/htmlgenerator/v3.0/journal-meta.xsl @@ -0,0 +1,37 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + () + + + + + + + + + + + + ISSN  ()  + + + \ No newline at end of file diff --git a/packtools/domain.py b/packtools/domain.py index 12e9c04b0..f0e14b114 100644 --- a/packtools/domain.py +++ b/packtools/domain.py @@ -470,20 +470,30 @@ class HTMLGenerator(object): :param css: (optional) URI for a CSS file. """ def __init__(self, file, xslt=None, css=None, print_css=None, js=None, + math_elem_preference=None, math_js=None, permlink=None, url_article_page=None, url_download_ris=None, - gs_abstract=None, output_style=None): + gs_abstract=None, output_style=None, + bootstrap_css=None, article_css=None, + design_system_static_img_path=None, + ): assert isinstance(file, etree._ElementTree) - self.lxml = file + if xslt in ['2.0', '3.0']: + xslt = XSLT(f'root-html-{xslt}.xslt') self.xslt = xslt or XSLT('root-html-2.0.xslt') self.css = css self.print_css = print_css + self.bootstrap_css = bootstrap_css + self.article_css = article_css self.js = js self.permlink = permlink self.url_article_page = url_article_page self.url_download_ris = url_download_ris self.gs_abstract = gs_abstract self.output_style = output_style + self.math_elem_preference = math_elem_preference + self.math_js = math_js + self.design_system_static_img_path = design_system_static_img_path @classmethod def parse(cls, file, valid_only=True, **kwargs): @@ -604,10 +614,16 @@ def generate(self, lang): issue_label=etree.XSLT.strparam(self._get_issue_label()), styles_css_path=etree.XSLT.strparam(self.css or ''), print_styles_css_path=etree.XSLT.strparam(self.print_css or ''), + article_css_path=etree.XSLT.strparam(self.article_css or ''), + bootstrap_css_path=etree.XSLT.strparam(self.bootstrap_css or ''), js_path=etree.XSLT.strparam(self.js or ''), permlink=etree.XSLT.strparam(self.permlink or ''), url_article_page=etree.XSLT.strparam(self.url_article_page or ''), url_download_ris=etree.XSLT.strparam(self.url_download_ris or ''), gs_abstract_lang=etree.XSLT.strparam(self.gs_abstract and lang or ''), output_style=etree.XSLT.strparam(self.output_style or ''), + math_elem_preference=etree.XSLT.strparam(self.math_elem_preference or ''), + math_js=etree.XSLT.strparam(self.math_js or ''), + design_system_static_img_path=etree.XSLT.strparam(self.design_system_static_img_path or ''), ) + diff --git a/packtools/htmlgenerator.py b/packtools/htmlgenerator.py index c1f1774d0..4c50a6957 100644 --- a/packtools/htmlgenerator.py +++ b/packtools/htmlgenerator.py @@ -4,6 +4,7 @@ import sys import pkg_resources import logging +import os from lxml import etree @@ -20,11 +21,29 @@ class XMLError(Exception): def get_htmlgenerator( - 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    +Rootstock and potassium fertilization, in terms of phenology, thermal demand and chemical evolution, of berries on Niagara Rosada grapevine under subtropical conditions +

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    + Daniel Callili Marlon Jocimar Rodrigues da Silva Camilo André Pereira Contreras Sanchez Charles Yukihiro Watanabe Bruno Marcos de Paula Macedo Francisco José Domingues Neto Luiz Antonio Junqueira Teixeira Marco Antonio Tecchio About the authors +
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    ABSTRACT

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    This study aimed to assess the effect of rootstocks (IAC 572 and IAC 766) and potassium fertilization at different concentrations (0, 75, 150 and 300 kg·ha-1 K2O) on the phenology and thermal demand of the Niagara Rosada grapevine, and to evaluate the development of chemical traits during maturation stage. The length of the main phenological stages was recorded within two production seasons. Total thermal demand was calculated using the degree-day concept. The berries’ titratable acidity and soluble solids contents were determined during maturation. Results indicated that IAC 572 and IAC 766 rootstocks along with potassium fertilization had no influence on the phenological cycle or thermal demand of the Niagara Rosada grapevine. The production cycle lasted 144 to 148 days with thermal demands ranging from 1,465.2 to 1,615.1 degree-days. For better grape quality, i.e., with a balance between soluble solids and acidity levels, it is estimated that the grape harvest is carried out around 21 to 24 days after the veraison.

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    Key words
    table grapes; grafting; chemical characteristics; degrees-day; potassium fertilization

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    INTRODUCTION

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    Niagara Rosada is one of the most grown table grapes in Brazil. This cultivar is widely accepted among producers and consumers due to its agronomic traits, that is, great yield, foxy-flavoured grapes, wide climate adaptation and low production cost (Tecchio et al. 2018Tecchio, M. A., Hernandes, J. L., Pires, E. J. P., Terra, M. M. and Moura, M. F. (2018). Cultivo da videira para mesa, vinho e suco. In: R. Pio (ed.). Cultivo de fruteiras clima temperado em regiões subtropicais e tropicais (2 ed., p. 512-584). Lavras: UFLA.). The production cycle of this cultivar takes about 109 and 123 days during summer season, according to previous studies under tropical conditions (Ribeiro et al. 2009Ribeiro, D. F., Corsato, C. E., Lemos, J. P. and Scarpare Filho, J. A. (2009). Desenvolvimento e exigência térmica da videira ‘Niagara Rosada’, cultivada no norte de Minas Gerais. Revista Brasileira de Fruticultura, 31, 890-895. https://doi.org/10.1590/S0100-29452009000300036
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945200900... +
    ; Tecchio et al. 2011Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    ; Tofanelli et al. 2011Tofanelli, M. B. D., Botelho, R. V., Pires, E. J. P., Vilela, L. A. F. and Ribeiro, D. O. (2011). Phehology of “Niagara Rosada” grapevines grafted on different rootstocks grown on Cerrado (Brazilian savanna) of Goiás State, Brazil. African Journal of Biotechnology, 10, 3387-3392. https://doi.org/10.5897/AJB09.1950
    https://doi.org/10.5897/AJB09.1950... +
    ). On the other hand, the thermal demands ranges from 1,420 to 1,671 degree-days, which is 120 to 160 days under subtropical conditions (Hernandes et al. 2010Hernandes, J. L., Pedro Júnior, M. J., Santos, A. O. and Tecchio, M. A. (2010). Fenologia e produção de cultivares americanas e híbridas de uvas para vinho, em Jundiaí-SP. Revista Brasileira de Fruticultura, 32, 135-142. https://doi.org/10.1590/S0100-29452010005000040
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201000... +
    ; Anzanello et al. 2012Anzanello, R., Souza, P. V. D. and Coelho, P. F. (2012). Fenologia, exigência térmica e produtividade de videiras ‘Niagara Branca’, ‘Niagara Rosada’ e ‘Concord’ submetidas a duas safras por ciclo vegetativo. Revista Brasileira de Fruticultura, 34, 366-376. https://doi.org/10.1590/S0100-29452012000200008
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201200... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ; Bruna and Back 2015Bruna, E. D. and Back, A. J. (2015). Comportamento da cultivar Niágara Rosada enxertada sobre diferentes porta-enxertos no sul de Santa Catarina, Brasil. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 924-933. https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14... +
    ). However, some variables such as rootstocks and climate patterns can influence the length of phenological cycles and thermal demand (Sato et al. 2008Sato, A. J., Silva, B. J., Santos, C. E., Bertolucci, R., Santos, R., Carielo, M., Guiraud, M. C., Fonseca, I. C. B. and Roberto, S. R. (2008). Fenologia e demanda térmica das videiras ‘Isabel’ e ‘Rubea’ sobre diferentes porta-enxertos na Região Norte do Paraná. Semina, 29, 283-292. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v29n2p283
    https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v2... +
    ; Tecchio et al. 2019Tecchio, M. A., Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Moura, M. F., Terra, M. M., Paioli-Pires, E. J. and Leonel, S. (2019). Phenological, physicochemical, and productive characteristics of ‘Vênus’ grapevine onto rootstocks. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 54, e00335. https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab2019.v54.00335
    https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab20... +
    ).

    +

    Several studies have assessed the influence of rootstocks on the phenology and thermal demand of the cv. Niagara Rosada (Tecchio et al. 2011Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    ; Anzanello et al. 2012Anzanello, R., Souza, P. V. D. and Coelho, P. F. (2012). Fenologia, exigência térmica e produtividade de videiras ‘Niagara Branca’, ‘Niagara Rosada’ e ‘Concord’ submetidas a duas safras por ciclo vegetativo. Revista Brasileira de Fruticultura, 34, 366-376. https://doi.org/10.1590/S0100-29452012000200008
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201200... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ; Bruna and Back 2015Bruna, E. D. and Back, A. J. (2015). Comportamento da cultivar Niágara Rosada enxertada sobre diferentes porta-enxertos no sul de Santa Catarina, Brasil. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 924-933. https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14... +
    ). These studies indicated a highly unique outcome with regards to the interaction and affinity between rootstocks and scion, in addition to climate adaptations (Silva et al. 2018Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Pimentel Junior, A., Sánchez, C. A. P. C., Callili, D., Moura, M. F., Leonel, S. and Tecchio, M. A. (2018). Yield performance of new juice grape varieties grafted onto different rootstocks under tropical conditions. Scientia Horticulturae, 241, 194-200. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.06.085
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.0... +
    ; Tecchio et al. 2020Tecchio, M. A., Silva, M. J., Callili, D., Hernandes, J. L. and Moura, M. F. (2020). Yield of white and red grapes, in terms of quality, from hybrids and Vitis labrusca grafted on different rootstocks. Scientia Horticulturae, 259, 108846. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108846
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.1... +
    ). Moreover, specific analyses based on the growing area are required to select the appropriate rootstock.

    +

    Potassium fertilization is a critical component for grapevines. Potassium (K) is the cation with the highest concentration in grape berries (Rogiers et al. 2006Rogiers, S., Greer, D., Hatfield, J., Orchard, B. and Keller, M. (2006). Mineral sinks within ripening grape berries (Vitis vinifera L.). Vitis, 45, 115-123. https://doi.org/10.5073/vitis.2006.45.115-123
    https://doi.org/10.5073/vitis.2006.45.11... +
    ) and, therefore, can influence vine development and grape quality because it plays numerous roles in the physiological processes in plants, including protein and starch synthesis, osmotic control, anion neutralization, enzymatic activation, and assimilate translocation (Wang and Wu 2013Wang, Y. and Wu, W. H. (2013). Potassium transport and signaling in higher plants. Annual Review of Plant Biology, 64, 451-476. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050312-120153
    https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-... +
    ; Ahmad and Maathuis 2014Ahmad, I. and Maathuis, F. J. M. (2014). Cellular and tissue distribution of potassium: physiological relevance, mechanisms and regulation. Journal of Plant Physiology, 171, 708-714. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2013.10.016
    https://doi.org/10.1016/j.jplph.2013.10.... +
    ; Shabala and Pottosin 2014Shabala, S. and Pottosin, I. (2014). Regulation of potassium transport in plants under hostile conditions: implications for abiotic and biotic stress tolerance. Physiologia Plantarum, 151, 257-279. https://doi.org/10.1111/ppl.12165
    https://doi.org/10.1111/ppl.12165... +
    ). Nonetheless, the effectiveness of K fertilization is influenced by several factors, including soil quality, fertilizer formulations and concentrations, treatment interval, climate conditions, scion, and rootstock genotypes (Mpelasoka et al. 2003Mpelasoka, B., Schachtman, D., Treeby, M. and Thomas, M. R. (2003). A review of potassium nutrition in grapevines with special emphasis on berry accumulation. Australian Journal of Grape and Wine Research, 9, 154-168. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003.tb00265.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003... +
    ).

    +

    K fertilization has a direct impact on grapevine outcome, according to Tecchio et al. (2006)Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    and Pushpavathi et al. (2021)Pushpavathi, Y., Satisha, J., Satisha, G. C., and Reddy, M. L. (2021). Influence of potassium fertilization on yield, petiole and soil nutrient status of table grape cv. Sharad seedless. Journal of Plant Nutrition, 45, 2218-2227. https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1889595
    https://doi.org/10.1080/01904167.2021.18... +
    . Some other studies have already demonstrated that K is intrinsically linked to chemical traits of grape must (Fogaça et al. 2007Fogaça, A. O., Daudt, C. E. and Dorneles, F. (2007). Potássio em uvas II – Análise peciolar e sua correlação com o teor de potássio em uvas viníferas. Food Science and Technology, 27, 597-601. https://doi.org/10.1590/S0101-20612007000300026
    https://doi.org/10.1590/S0101-2061200700... +
    ; Walker and Blackmore 2012Walker, R. R. and Blackmore, D. H. (2012). Potassium concentration and pH inter-relationships in grape juice and wine of Chardonnay and Shiraz from a range of rootstocks in different environments. Australian Journal of Grape and Wine Research, 18, 183-192. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2012.00189.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2012... +
    ). So far, no research has assessed the effects of K fertilization on phenological cycle and thermal demands of grapevines.

    +

    It is worth mentioning that the characterization of phenological stages and the measurement of thermal demands are used to identify the climatic potential of a specific region for grapevine production. Furthermore, grape growers will be able to plan harvest dates, agricultural methods, and phytosanitary control, as well as periods when there is a high demand for labour work, if they know the length of each phenological subperiod. Therefore, it is crucial to understand how chemical components in berries change as they ripen, but it is also effective to establish the best time to harvest them, that is, when there is a balance between soluble solids and acidity levels. In viticulture, phenology, temperature demands, and grape maturation development are all essential.

    +

    This study aimed to assess the effects of rootstocks and K concentrations on grapevine phenology and thermal demand, as well as to analyse the quality attributes of the Niagara Rosada grapes produced under subtropical conditions.

    +

    MATERIAL AND METHODS

    +

    The study took place in an experimental vineyard in the city of Botucatu, Sao Paulo, Brazil (at the following GPS coordinates 22°50’S, 48°26’W and at an altitude of 790 m above sea level) across two production seasons (2017 and 2018). According to Köppen’s classification, the climate is Cfa (subtropical with hot summers). From July to December, the experiment’s minimum average temperature was 15.9 °C in 2017 and 15.8 °C in 2018. Also, the maximum average temperatures were 26.1 and 26.3 °C in 2017 and 2018, respectively. The annual precipitation was 729 mm in 2017, while 648 mm in 2018, being the summer the responsible for most of the precipitation (Fig. 1).

    +
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    +
    +Figure 1
    Climate data (temperature and cumulative rainfall) from the experimental site in 2017 and 2018. Botucatu, state of São Paulo, Brazil.
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    +
    +

    In the area, the soil is classified as red latosol (Embrapa 2018[Embrapa] Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. (2018). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Rio de Janeiro: Embrapa Solos.), and the soil chemical analysis was performed prior to the beginning of the experiment (Table 1).

    +
    + +
    +Table 1
    Results of soil analysis performed prior to treatments applications.
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    +
    +

    In September 2013, grapevine nurseries grafted on rootstocks were planted at a spacing of 2 m between rows and 0.8 m between vines (density of 6,250 vines per hectare). The support system consisted of a three-wire espalier suspended at 1, 1.3, and 1.6 m above ground. For irrigation, inverted micro-sprinklers were placed every 2.5 m and 50 cm above the ground. A polyethylene screen with 18% shading was installed to keep birds at bay. Other agricultural and phytosanitary managements were done in accordance with regional agricultural practices.

    +

    Winter pruning and harvesting occurred in the months of July and December, respectively, in 2017 and 2018. One or two buds per spur were retained during winter pruning, and 2.5% hydrogen cyanamide was sprayed to stimulate consistent budburst. To standardize the grapevines, 10 to 12 bearing canes per vine were chosen once sprouting began.

    +

    A 4 × 2-factorial scheme (eight treatments) with four blocks and five vines per plot was used to place 160 plants in randomized blocks, that is, four K concentrations (0, 75, 150, and 300 kg·ha-1 K2O) and two rootstocks (IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas) were used as variables.

    +

    In this study, the chosen scion was cv. Niagara Rosada, a mutant of cv. Niagara Branca that is the product of a cross between the cvs. Concord × Cassady, with 75% Vitis labrusca and 25% Vitis vinifera in their genealogy. Moreover, the rootstocks were obtained by the Agronomic Institute of Campinas (IAC) and were derived from the following crosses: IAC 572 Jales (Vitis caribaea × [Vitis riparia × Vitis rupestris 101-14]) and IAC 766 Campinas (Riparia do Traviú × Vitis caribaea).

    +

    With regards to K concentrations, the grape fertilization guideline of the studied area was considered (Terra et al. 1997Terra, M. M., Tecchio, M. A., Pires, E. J. P. and Teixeira, L. A. J. (1997). Uvas comuns para mesa e vinho. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o estado de São Paulo (2 ed., p. 152-153). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.)), that is, no fertilization (0 kg·ha-1 K2O), half of the recommended dose (75 kg·ha-1 K2O), recommended dose (150 kg·ha-1 K2O), and double the recommended dose (300 kg·ha-1 K2O).

    +

    In accordance to the plot size (8 m2), fertiliser treatments were weighted and applied along 40-cm line in a top-dressing pattern next to the grapevines. In all the production seasons (2017 and 2018), fertilization was divided into two application times within each production season, i.e., half of the dose was delivered one week after production pruning and the remaining amount administered at veraison.

    +

    The phenological stages were assessed through the Coombe’sCoombe, B. G. (1995). Growth stages of the grapevine: adoption of a system for identifying grapevine growth stages. Australian Journal of Grape and Wine Research, 1, 104-110. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.1995.tb00086.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.1995... +
    recommended criteria (1995). The length of each phenological stage was calculated in days after pruning (DAP) by using visual observations. All the subperiods between pruning and budburst, full bloom, setting, veraison, and harvest were measured. The grape harvest was determined via maturity curve, that is, when soluble solids and titratable acidity levels stabilized between two samples.

    +

    To determine the thermal demand in degree-days (DD), the sum of pruning to harvest was computed using the following Winkler’sWinkler, A. J. (1965). Viticultura. Mexico: Compañia Editorial Continental. equation (1965) (Eq. 1):

    +
    +
    + DD = Σ (mean temperature - 10 °C) × days after pruning(1) +
    +
    +

    The grape maturation curves were calculated through the development of the titratable acidity (TA) and soluble solids (SS). TA was obtained by titration with 0.1 N NaOH to the equivalence point of pH of 8.2, which was expressed as a percentage of tartaric acid. The SS was determined using a digital refractometer and direct refractometry of grape must (Model: r2i300, Reichert®, United States of America), and the findings were reported in °Brix.

    +

    Ten bunches per experimental plot were randomly selected and marked at veraison to be monitored from the time of marking until the grapes were fully ripe. The berries were harvested every six days in the 2017 season, at 0, 6, 12, 18, and 24 days after veraison (coinciding with 124, 130, 136, 142 and 148 DAP). In the 2018 season, berry harvests were carried out every seven days, on days 0, 7, 14, 21, and 28 after veraison (coinciding with 116, 123, 130, 137 and 144 DAP).

    +

    Statistical analyses were carried out in the two production seasons of 2017 and 2018. All data was submitted to analysis of variance (two-way ANOVA) to investigate the influence of rootstocks and K concentration along with their interactions. The Tukey’s test compared the means of rootstocks at 5% of probability. A regression analysis was performed to quantify the effects of K concentrations by using the SISVAR® statistical program, version 5.6 (Lavras, MG, Brazil).

    +

    RESULTS AND DISCUSSION

    +

    There was no significant interaction (p > 0.05) in all assessed variables between rootstocks and K concentrations. Subsequently, the variables were examined independently.

    +

    In the first production season, the rootstocks had no effect (p > 0.05) on any phenological stages. In the second cycle, the rootstocks had an influence (p > 0.05) on the setting and veraison, since IAC 766 provided two and three days of precocity, respectively (Table 2).

    +
    + +
    +Table 2
    Phenological stages (DAP) and thermal demands (DD) of Niagara Rosada grapevine grafted on IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas rootstocks in two production seasons*.
    +
    +
    +

    The whole phenological cycle of the cv. Niagara Rosada lasted on average 148 days among rootstocks in the first production cycle and 144.2 days in the second one. Other studies have showed that the length was shorter in cv. Niagara Rosada under tropical conditions, such as 115.8 days under an Aw climate (high temperatures) (Ribeiro et al. 2009Ribeiro, D. F., Corsato, C. E., Lemos, J. P. and Scarpare Filho, J. A. (2009). Desenvolvimento e exigência térmica da videira ‘Niagara Rosada’, cultivada no norte de Minas Gerais. Revista Brasileira de Fruticultura, 31, 890-895. https://doi.org/10.1590/S0100-29452009000300036
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945200900... +
    ); and from 109 to 113 days under Aw climate (Tofanelli et al. 2011Tofanelli, M. B. D., Botelho, R. V., Pires, E. J. P., Vilela, L. A. F. and Ribeiro, D. O. (2011). Phehology of “Niagara Rosada” grapevines grafted on different rootstocks grown on Cerrado (Brazilian savanna) of Goiás State, Brazil. African Journal of Biotechnology, 10, 3387-3392. https://doi.org/10.5897/AJB09.1950
    https://doi.org/10.5897/AJB09.1950... +
    ).

    +

    Although there were no significant differences between rootstocks in this study, previous studies have reported that the IAC 572 and IAC 766 showed different effects on the length of the phenological cycle of cv. Niagara Rosada. Alvarenga et al. (2002)Alvarenga, A. A., Regina, M. de A., Fráguas, J. C., Chalfun, N. N. J. and Silva, A. L. da. (2002). Influência do porta-enxerto sobre o crescimento e produção da cultivar videira Niágara Rosada (Vitis labrusca L. x Vitis vinifera L.), em condições de solo ácido. Ciência e Agrotecnologia, 26, 1459-1464., Tecchio et al. (2011)Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    , and Tecchio et al. (2013)Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    found that the IAC 766 induced higher precocity in the Niagara Rosada grapevine when compared to the IAC 572.

    +

    Through a literature search, it was found an influence of IAC 766 and IAC 572 on the phenology of several types of grapevines, but the findings differed from each other. Nonetheless, Borges et al. (2014)Borges, R. S., Roberto, S. R., Yamashita, F., Assis, A. M. and Yamamoto, L. Y. (2014). Ciclo de produção e demanda térmica de clones da videira ‘Concord’ sobre diferentes porta-enxertos. Revista Brasileira de Fruticultura, 36, 884-891. https://doi.org/10.1590/0100-2945-384/13
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-384/13... +
    reported that IAC 572 promotes an extension of the phenological cycle of cv. Concord. Sato et al. (2008)Sato, A. J., Silva, B. J., Santos, C. E., Bertolucci, R., Santos, R., Carielo, M., Guiraud, M. C., Fonseca, I. C. B. and Roberto, S. R. (2008). Fenologia e demanda térmica das videiras ‘Isabel’ e ‘Rubea’ sobre diferentes porta-enxertos na Região Norte do Paraná. Semina, 29, 283-292. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v29n2p283
    https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v2... +
    observed that IAC 572 increased six days of precocity in cv. Isabel when compared to IAC 766 under subtropical conditions. Besides that, any rootstock affected the entire period of the Rubea phenological cycle in this respective study. The discrepancies between these outcomes are most likely due to factors such as interaction affinity between rootstock and scion, as well as their adaptation to edaphoclimatic conditions, genetic and agronomic characteristics, such as vigour and capacity for solute and nutrient absorption and translocation.

    +

    There was no significant effect of rootstocks on thermal demands in this study, but some authors claim that rootstocks can affect grapevines’ thermal demands (Miele 2019Miele, A. (2019). Rootstock-scion interaction: 6. Phenology, chilling and heat requirements of Cabernet Sauvignon grapevine. Revista Brasileira de Fruticultura, 41, 1-14. https://doi.org/10.1590/0100-29452019446
    https://doi.org/10.1590/0100-29452019446... +
    ; Tecchio et al. 2019Tecchio, M. A., Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Moura, M. F., Terra, M. M., Paioli-Pires, E. J. and Leonel, S. (2019). Phenological, physicochemical, and productive characteristics of ‘Vênus’ grapevine onto rootstocks. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 54, e00335. https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab2019.v54.00335
    https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab20... +
    ). Thus, grapevines required an average of 1,615.1 DD and 1,465.2 DD to complete the first and second production cycles, respectively (Table 2).

    +

    The differences in climate conditions also affect the accumulation in degree-days of grapevines between areas (Pedro Júnior et al. 1993Pedro Júnior, M. J., Sentelhas, P. C., Pommer, C. V., Martins, F. P., Gallo, P. B., Santos, R. R., Bovi, V. and Sabino, J. C. (1993). Caracterização fenológica da videira ‘Niagara Rosada’ em diferentes regiões paulistas. Bragantia, 52, 153-160. https://doi.org/10.1590/S0006-87051993000200007
    https://doi.org/10.1590/S0006-8705199300... +
    ) and seasons (Ahmed et al. 2019Ahmed, S., Roberto, S. R., Shahab, M., Colombo, R. C., Silvestre, J. P., Koyama, R. and Souza, R. T. (2019). Proposal of double-cropping system for ‘BRS Isis’ seedless grape grown in subtropical area. Scientia Horticulturae, 251, 118-126. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.03.022
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.0... +
    ), as shown in this current study. The DD concept is, therefore, predicated on the difference between mean and baseline temperature (10°C), with no development taking place below it (Miranda et al. 2013Miranda, C., Santesteban, L. G. and Royo, J. B. (2013). Evaluation and fitting of models for determining peach phenological stages at a regional scale. Agricultural and Forest Meteorology, 178-179, 129-139. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013.04.016
    https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ). It is worth mentioning that this concept is beneficial for forecasting plant development in various environments, and it is also a valuable indicator for analysing grapevine behaviour in a specific growing area.

    +

    With regards to K fertilization, a significant effect was only observed at veraison in the second production season, when a quadratic polynomial model was adjusted (Table 3).

    +
    + +
    +Table 3
    Phenological stages (DAP) and thermal demands (DD) of Niagara Rosada grapevine subjected to potassium fertilization with different concentrations of K in two production seasons#.
    +
    +
    +

    The K doses had no effect on the other phenological stages and thermal demands of the grapevines, and the average lengths of the phenological periods from pruning to budburst, full bloom, setting, veraison, and harvest were 21.4, 50.2, 55.3, 125.4, and 148 days for the first production season and 27.7, 58.7, 65.3, 117.4, and 144.2 days for the second production cycle, respectively.

    +

    According to Mpelasoka et al. (2003)Mpelasoka, B., Schachtman, D., Treeby, M. and Thomas, M. R. (2003). A review of potassium nutrition in grapevines with special emphasis on berry accumulation. Australian Journal of Grape and Wine Research, 9, 154-168. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003.tb00265.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003... +
    , both biotic and abiotic factors influence K fertilization, including rootstock and scion genotypes, as well as microclimatic conditions and soil features. This study’s non-significant effect of K concentrations is most likely related to soil conditions, as the amount of available K in the soil was higher at the beginning of the experiment, that is, 4.2 mmolc·dm-3 at the depth of 0-20 cm; and it was the average with 2.5 mmolc·dm-3 at the depth of 20-40 cm, according to Raij’sRaij, B. van., Quaggio, J. A., Cantarella, H. and Abreu, C. A. (1997). Interpretação de resultados de análise de solo. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o Estado de São Paulo (2. ed., p. 8-13). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.) criteria (1997) (Table 1). Currently, soils are performing huge quantities of K, exceeding 1.6 mmolc·dm-3. This is due to overfertilization, which is widespread in the grapevine-growing areas of the state of São Paulo (Tecchio et al. 2006Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    ). Therefore, fertilizer is only necessary to keep the amount of K available in the soil constant with a suggested concentration of 150 kg·ha-1 K2O (Terra et al. 1997Terra, M. M., Tecchio, M. A., Pires, E. J. P. and Teixeira, L. A. J. (1997). Uvas comuns para mesa e vinho. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o estado de São Paulo (2 ed., p. 152-153). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.)). Moreover, excess K fertilization can cause an imbalance in calcium and magnesium levels, in addition to having no positive effects on the grapevines and raising the cost of production (Tecchio et al. 2006Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    ; Dalbó et al. 2015Dalbó, M. A., Bettoni, J. C., Gardin, J. P. P. and Basso, C. (2015). Produtividade e qualidade de uvas da cv. Isabel (Vitis labrusca L.) submetidas à adubação potássica. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 789-796. https://doi.org/10.1590/0100-2945-190/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-190/14... +
    ; Pushpavathi et al. 2021Pushpavathi, Y., Satisha, J., Satisha, G. C., and Reddy, M. L. (2021). Influence of potassium fertilization on yield, petiole and soil nutrient status of table grape cv. Sharad seedless. Journal of Plant Nutrition, 45, 2218-2227. https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1889595
    https://doi.org/10.1080/01904167.2021.18... +
    ).

    +

    There was no significant interaction between the chemical variables studied during maturation (p > 0.05). Consequently, the treatments means were calculated as a function of the number of days since veraison. During maturation, changes in soluble solids content and titratable acidity followed the expected pattern, with an increase in soluble solids content and a decrease in titratable acidity, and quadratic regression models for both crops were adjusted accordingly (Fig. 2).

    +
    +
    +
    +Figure 2
    Development of titratable acidity and soluble solids content during the ripening of Niagara Rosada grape grown in subtropical conditions in (a) 2017 and (b) 2018 production seasons.
    +
    +
    +

    In the first production season, TA dropped from 1.33% at veraison to 0.88% during harvest (24 days after veraison), which was the lowest point of the quadratic regression model (Fig. 2a). The minimum point of the equation was obtained 28 days after veraison in the second cycle, when berries presented 0.74% (Fig. 2b), which is comparable to other table grape cultivars produced under subtropical regions of Brazil, such as BRS Vitória (Maia et al. 2016Maia, J. D. G., Ritschel, P. S., Souza, R. T. and Garrido, L. R. (2016). ‘BRS Vitória’ - uva para mesa, sem sementes, de sabor especial e tolerante ao míldio: recomendações agronômicas para a região de Campinas, São Paulo. Embrapa Uva e Vinho. (Comunicado Técnico, 129.)), BRS Ísis (Ahmed et al. 2019Ahmed, S., Roberto, S. R., Shahab, M., Colombo, R. C., Silvestre, J. P., Koyama, R. and Souza, R. T. (2019). Proposal of double-cropping system for ‘BRS Isis’ seedless grape grown in subtropical area. Scientia Horticulturae, 251, 118-126. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.03.022
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.0... +
    ), and BRS Melodia (Koyama et al. 2020Koyama, R., Borges, W. F. S., Colombo, R. C., Hussain, I., Souza, R. T. and Roberto, S. R. (2020). Phenology and yield of the hybrid seedless grape ‘BRS Melodia’ grown in an annual double cropping system in a subtropical area. Horticulturae, 6, 3. https://doi.org/10.3390/horticulturae6010003
    https://doi.org/10.3390/horticulturae601... +
    ).

    +

    The TA of cv. Niagara Rosada is about 60 meq/L, according to Maia and Camargo (2012)Maia, J. D. G. and Camargo, U. A. (2012). O cultivo da videira Niagara no Brasil. Brasília: Embrapa.. However, it was clear that the different climate conditions that occurred throughout each harvest, as shown in Fig. 1, had a major effect on the chemical properties of the grapes (Fig. 2). The reduction in TA during ripening is caused by multiple physiological processes, including dilution of organic acids, increased berry size, synthesis suppression and transformation of organic acids into sugar. Furthermore, temperature, insolation, and rainfall have a huge effect on grape metabolism, which may promote or hinder the genetic potential of the grapes (Ribeiro et al. 2012Ribeiro, T. P., Lima, M. A. C. and Alves, R. E. (2012). Maturação e qualidade de uvas para suco em condições tropicais, nos primeiros ciclos de produção. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 47, 1057-1065. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2012000800005
    https://doi.org/10.1590/S0100-204X201200... +
    ).

    +

    In terms of soluble solids content, it was found that the highest value was reached 24 days after veraison (15.6 °Brix) in the first production cycle. The maximum value of soluble solids was validated 21 days after veraison in the second production cycle, with 17.0 °Brix (Fig. 2). According to Maia and Camargo (2012)Maia, J. D. G. and Camargo, U. A. (2012). O cultivo da videira Niagara no Brasil. Brasília: Embrapa., the Niagara Rosada grape may achieve up to 16.3 °Brix under lower temperature, such as temperate and subtropical conditions. One of the primary features of the maturation development is the accumulation of sugars, which are glucose and fructose in grapes. This is the most significant commercial factor for growers when identifying the appropriate time to harvest. The second production cycle had greater amounts of soluble solids, presumably due to the higher temperature and reduced rainfall in November and December (Fig. 1), which coincided with the end of the ripening season. Heat waves directly boost sugar imports for grape berries (Mori et al. 2007Mori, K., Goto-Yamamoto, N., Kitayama, M. and Hashizume, K. (2007). Loss of anthocyanins in red-wine grape under high temperature. Journal of Experimental Botany, 58, 1935-1945. https://doi.org/10.1093/jxb/erm055
    https://doi.org/10.1093/jxb/erm055... +
    ; Parker et al. 2011Parker, A. K., Garcia de Cortazar-Atauri, I., van Leeuwen, C., and Chuine, I. (2011). General phenological model to characterise the timing of flowering and veraison of Vitis vinifera L. Australian Journal of Grape and Wine Research, 17, 206-216. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2011.00140.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2011... +
    ). Orduña (2010)Orduña, R. M. (2010). Climate change associated effects on grape and wine quality and production. Food Research International, 43, 1844-1855. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.05.001
    https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.0... +
    also stated that sugar contents are greater in fruits under high temperatures. Furthermore, studies showed that high precipitation leads to reduced SS deposition in berries (Ribeiro et al. 2012Ribeiro, T. P., Lima, M. A. C. and Alves, R. E. (2012). Maturação e qualidade de uvas para suco em condições tropicais, nos primeiros ciclos de produção. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 47, 1057-1065. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2012000800005
    https://doi.org/10.1590/S0100-204X201200... +
    ), as happened in this study. This occurs when sugars are diluted in berries because of the increased water absorption.

    +

    It is worth mentioning that the SS content dropped around 25 days after veraison in the second production cycle (Fig. 2b), and some berries showed signs of wilting and deterioration. Therefore, it may be advised that grapes be harvested within 25 days after veraison. Nonetheless, this may vary based on the climate conditions at the production area.

    +

    CONCLUSION

    +

    The Niagara Rosada vine’s full phenological cycle lasted 144 to 148 days, with thermal demands ranging from 1,465.2 to 1,615.1 DD.

    +

    The rootstocks IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas had no effect on the overall length of the phenological cycle or the vines’ thermal demand, indicating that they had similar climate adaptability and affinity with cv. Niagara Rosada.

    +

    K fertilization at varied concentrations had no effect on the phenology or thermal demand of cv. Niagara Rosada, when there was a high amount of K available in the soil.

    +

    The harvest is expected to take place at 21 to 24 days after veraison, i.e., when there is a better balance between soluble solids and acidity levels.

    +
    +
    +

    ACKNOWLEDGMENTS

    +

    We would thank to the Instituto Agronômico de Campinas (IAC) and the Sulfate of Potash Information Board (SOPIB) for their support in the analyses and the product supplying.

    +
    +
    +

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      +
    • +How to cite: Callili, D., Silva, M. J. R., Sanchez, C. A. P. C., Watanabe, C. Y., Macedo, B. M. P., Domingues Neto, F. J., Teixeira, L. A. J. and Tecchio, M. A. (2022). Rootstock and potassium fertilization, in terms of phenology, thermal demand and chemical evolution, of berries on Niagara Rosada grapevine under subtropical conditions. Bragantia, 81, e2022. https://doi.org/10.1590/1678-4499.20210245 +
    • +
    • +

      DATA AVAILABILITY STATEMENT

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      All dataset were generated and analyzed in the current study.
      +
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      FUNDING

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      Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
      + +
      Grant No. 2015/16440-5
      +
      Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
      + +
      Finance Code 001
      +
      Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
      + +
      Grants Nos. 05724/2018-5 and 307571/2019-0
      +
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      14 Mar 2022
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    • +Date of issue
      2022
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    History

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    • +Received
      18 Aug 2021
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    • +Accepted
      25 Nov 2021
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    +Open-access Rootstock and potassium fertilization, in terms of phenology, thermal demand and chemical evolution, of berries on Niagara Rosada grapevine under subtropical conditions +

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    + + + + + + + + +About the authors +
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    ABSTRACT

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    This study aimed to assess the effect of rootstocks (IAC 572 and IAC 766) and potassium fertilization at different concentrations (0, 75, 150 and 300 kg·ha-1 K2O) on the phenology and thermal demand of the Niagara Rosada grapevine, and to evaluate the development of chemical traits during maturation stage. The length of the main phenological stages was recorded within two production seasons. Total thermal demand was calculated using the degree-day concept. The berries’ titratable acidity and soluble solids contents were determined during maturation. Results indicated that IAC 572 and IAC 766 rootstocks along with potassium fertilization had no influence on the phenological cycle or thermal demand of the Niagara Rosada grapevine. The production cycle lasted 144 to 148 days with thermal demands ranging from 1,465.2 to 1,615.1 degree-days. For better grape quality, i.e., with a balance between soluble solids and acidity levels, it is estimated that the grape harvest is carried out around 21 to 24 days after the veraison.

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    Key words
    table grapes; grafting; chemical characteristics; degrees-day; potassium fertilization

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    INTRODUCTION

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    Niagara Rosada is one of the most grown table grapes in Brazil. This cultivar is widely accepted among producers and consumers due to its agronomic traits, that is, great yield, foxy-flavoured grapes, wide climate adaptation and low production cost (Tecchio et al. 2018Tecchio, M. A., Hernandes, J. L., Pires, E. J. P., Terra, M. M. and Moura, M. F. (2018). Cultivo da videira para mesa, vinho e suco. In: R. Pio (ed.). Cultivo de fruteiras clima temperado em regiões subtropicais e tropicais (2 ed., p. 512-584). Lavras: UFLA.). The production cycle of this cultivar takes about 109 and 123 days during summer season, according to previous studies under tropical conditions (Ribeiro et al. 2009Ribeiro, D. F., Corsato, C. E., Lemos, J. P. and Scarpare Filho, J. A. (2009). Desenvolvimento e exigência térmica da videira ‘Niagara Rosada’, cultivada no norte de Minas Gerais. Revista Brasileira de Fruticultura, 31, 890-895. https://doi.org/10.1590/S0100-29452009000300036
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945200900... +
    ; Tecchio et al. 2011Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    ; Tofanelli et al. 2011Tofanelli, M. B. D., Botelho, R. V., Pires, E. J. P., Vilela, L. A. F. and Ribeiro, D. O. (2011). Phehology of “Niagara Rosada” grapevines grafted on different rootstocks grown on Cerrado (Brazilian savanna) of Goiás State, Brazil. African Journal of Biotechnology, 10, 3387-3392. https://doi.org/10.5897/AJB09.1950
    https://doi.org/10.5897/AJB09.1950... +
    ). On the other hand, the thermal demands ranges from 1,420 to 1,671 degree-days, which is 120 to 160 days under subtropical conditions (Hernandes et al. 2010Hernandes, J. L., Pedro Júnior, M. J., Santos, A. O. and Tecchio, M. A. (2010). Fenologia e produção de cultivares americanas e híbridas de uvas para vinho, em Jundiaí-SP. Revista Brasileira de Fruticultura, 32, 135-142. https://doi.org/10.1590/S0100-29452010005000040
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201000... +
    ; Anzanello et al. 2012Anzanello, R., Souza, P. V. D. and Coelho, P. F. (2012). Fenologia, exigência térmica e produtividade de videiras ‘Niagara Branca’, ‘Niagara Rosada’ e ‘Concord’ submetidas a duas safras por ciclo vegetativo. Revista Brasileira de Fruticultura, 34, 366-376. https://doi.org/10.1590/S0100-29452012000200008
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201200... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ; Bruna and Back 2015Bruna, E. D. and Back, A. J. (2015). Comportamento da cultivar Niágara Rosada enxertada sobre diferentes porta-enxertos no sul de Santa Catarina, Brasil. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 924-933. https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14... +
    ). However, some variables such as rootstocks and climate patterns can influence the length of phenological cycles and thermal demand (Sato et al. 2008Sato, A. J., Silva, B. J., Santos, C. E., Bertolucci, R., Santos, R., Carielo, M., Guiraud, M. C., Fonseca, I. C. B. and Roberto, S. R. (2008). Fenologia e demanda térmica das videiras ‘Isabel’ e ‘Rubea’ sobre diferentes porta-enxertos na Região Norte do Paraná. Semina, 29, 283-292. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v29n2p283
    https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v2... +
    ; Tecchio et al. 2019Tecchio, M. A., Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Moura, M. F., Terra, M. M., Paioli-Pires, E. J. and Leonel, S. (2019). Phenological, physicochemical, and productive characteristics of ‘Vênus’ grapevine onto rootstocks. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 54, e00335. https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab2019.v54.00335
    https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab20... +
    ).

    +

    Several studies have assessed the influence of rootstocks on the phenology and thermal demand of the cv. Niagara Rosada (Tecchio et al. 2011Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    ; Anzanello et al. 2012Anzanello, R., Souza, P. V. D. and Coelho, P. F. (2012). Fenologia, exigência térmica e produtividade de videiras ‘Niagara Branca’, ‘Niagara Rosada’ e ‘Concord’ submetidas a duas safras por ciclo vegetativo. Revista Brasileira de Fruticultura, 34, 366-376. https://doi.org/10.1590/S0100-29452012000200008
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201200... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ; Bruna and Back 2015Bruna, E. D. and Back, A. J. (2015). Comportamento da cultivar Niágara Rosada enxertada sobre diferentes porta-enxertos no sul de Santa Catarina, Brasil. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 924-933. https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-245/14... +
    ). These studies indicated a highly unique outcome with regards to the interaction and affinity between rootstocks and scion, in addition to climate adaptations (Silva et al. 2018Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Pimentel Junior, A., Sánchez, C. A. P. C., Callili, D., Moura, M. F., Leonel, S. and Tecchio, M. A. (2018). Yield performance of new juice grape varieties grafted onto different rootstocks under tropical conditions. Scientia Horticulturae, 241, 194-200. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.06.085
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.0... +
    ; Tecchio et al. 2020Tecchio, M. A., Silva, M. J., Callili, D., Hernandes, J. L. and Moura, M. F. (2020). Yield of white and red grapes, in terms of quality, from hybrids and Vitis labrusca grafted on different rootstocks. Scientia Horticulturae, 259, 108846. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108846
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.1... +
    ). Moreover, specific analyses based on the growing area are required to select the appropriate rootstock.

    +

    Potassium fertilization is a critical component for grapevines. Potassium (K) is the cation with the highest concentration in grape berries (Rogiers et al. 2006Rogiers, S., Greer, D., Hatfield, J., Orchard, B. and Keller, M. (2006). Mineral sinks within ripening grape berries (Vitis vinifera L.). Vitis, 45, 115-123. https://doi.org/10.5073/vitis.2006.45.115-123
    https://doi.org/10.5073/vitis.2006.45.11... +
    ) and, therefore, can influence vine development and grape quality because it plays numerous roles in the physiological processes in plants, including protein and starch synthesis, osmotic control, anion neutralization, enzymatic activation, and assimilate translocation (Wang and Wu 2013Wang, Y. and Wu, W. H. (2013). Potassium transport and signaling in higher plants. Annual Review of Plant Biology, 64, 451-476. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050312-120153
    https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-... +
    ; Ahmad and Maathuis 2014Ahmad, I. and Maathuis, F. J. M. (2014). Cellular and tissue distribution of potassium: physiological relevance, mechanisms and regulation. Journal of Plant Physiology, 171, 708-714. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2013.10.016
    https://doi.org/10.1016/j.jplph.2013.10.... +
    ; Shabala and Pottosin 2014Shabala, S. and Pottosin, I. (2014). Regulation of potassium transport in plants under hostile conditions: implications for abiotic and biotic stress tolerance. Physiologia Plantarum, 151, 257-279. https://doi.org/10.1111/ppl.12165
    https://doi.org/10.1111/ppl.12165... +
    ). Nonetheless, the effectiveness of K fertilization is influenced by several factors, including soil quality, fertilizer formulations and concentrations, treatment interval, climate conditions, scion, and rootstock genotypes (Mpelasoka et al. 2003Mpelasoka, B., Schachtman, D., Treeby, M. and Thomas, M. R. (2003). A review of potassium nutrition in grapevines with special emphasis on berry accumulation. Australian Journal of Grape and Wine Research, 9, 154-168. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003.tb00265.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003... +
    ).

    +

    K fertilization has a direct impact on grapevine outcome, according to Tecchio et al. (2006)Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    and Pushpavathi et al. (2021)Pushpavathi, Y., Satisha, J., Satisha, G. C., and Reddy, M. L. (2021). Influence of potassium fertilization on yield, petiole and soil nutrient status of table grape cv. Sharad seedless. Journal of Plant Nutrition, 45, 2218-2227. https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1889595
    https://doi.org/10.1080/01904167.2021.18... +
    . Some other studies have already demonstrated that K is intrinsically linked to chemical traits of grape must (Fogaça et al. 2007Fogaça, A. O., Daudt, C. E. and Dorneles, F. (2007). Potássio em uvas II – Análise peciolar e sua correlação com o teor de potássio em uvas viníferas. Food Science and Technology, 27, 597-601. https://doi.org/10.1590/S0101-20612007000300026
    https://doi.org/10.1590/S0101-2061200700... +
    ; Walker and Blackmore 2012Walker, R. R. and Blackmore, D. H. (2012). Potassium concentration and pH inter-relationships in grape juice and wine of Chardonnay and Shiraz from a range of rootstocks in different environments. Australian Journal of Grape and Wine Research, 18, 183-192. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2012.00189.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2012... +
    ). So far, no research has assessed the effects of K fertilization on phenological cycle and thermal demands of grapevines.

    +

    It is worth mentioning that the characterization of phenological stages and the measurement of thermal demands are used to identify the climatic potential of a specific region for grapevine production. Furthermore, grape growers will be able to plan harvest dates, agricultural methods, and phytosanitary control, as well as periods when there is a high demand for labour work, if they know the length of each phenological subperiod. Therefore, it is crucial to understand how chemical components in berries change as they ripen, but it is also effective to establish the best time to harvest them, that is, when there is a balance between soluble solids and acidity levels. In viticulture, phenology, temperature demands, and grape maturation development are all essential.

    +

    This study aimed to assess the effects of rootstocks and K concentrations on grapevine phenology and thermal demand, as well as to analyse the quality attributes of the Niagara Rosada grapes produced under subtropical conditions.

    +

    MATERIAL AND METHODS

    +

    The study took place in an experimental vineyard in the city of Botucatu, Sao Paulo, Brazil (at the following GPS coordinates 22°50’S, 48°26’W and at an altitude of 790 m above sea level) across two production seasons (2017 and 2018). According to Köppen’s classification, the climate is Cfa (subtropical with hot summers). From July to December, the experiment’s minimum average temperature was 15.9 °C in 2017 and 15.8 °C in 2018. Also, the maximum average temperatures were 26.1 and 26.3 °C in 2017 and 2018, respectively. The annual precipitation was 729 mm in 2017, while 648 mm in 2018, being the summer the responsible for most of the precipitation (Fig. 1).

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    +
    +
    +Figure 1
    Climate data (temperature and cumulative rainfall) from the experimental site in 2017 and 2018. Botucatu, state of São Paulo, Brazil.
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    +
    +

    In the area, the soil is classified as red latosol (Embrapa 2018[Embrapa] Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. (2018). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Rio de Janeiro: Embrapa Solos.), and the soil chemical analysis was performed prior to the beginning of the experiment (Table 1).

    +
    + +
    +Table 1
    Results of soil analysis performed prior to treatments applications.
    +
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    +

    In September 2013, grapevine nurseries grafted on rootstocks were planted at a spacing of 2 m between rows and 0.8 m between vines (density of 6,250 vines per hectare). The support system consisted of a three-wire espalier suspended at 1, 1.3, and 1.6 m above ground. For irrigation, inverted micro-sprinklers were placed every 2.5 m and 50 cm above the ground. A polyethylene screen with 18% shading was installed to keep birds at bay. Other agricultural and phytosanitary managements were done in accordance with regional agricultural practices.

    +

    Winter pruning and harvesting occurred in the months of July and December, respectively, in 2017 and 2018. One or two buds per spur were retained during winter pruning, and 2.5% hydrogen cyanamide was sprayed to stimulate consistent budburst. To standardize the grapevines, 10 to 12 bearing canes per vine were chosen once sprouting began.

    +

    A 4 × 2-factorial scheme (eight treatments) with four blocks and five vines per plot was used to place 160 plants in randomized blocks, that is, four K concentrations (0, 75, 150, and 300 kg·ha-1 K2O) and two rootstocks (IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas) were used as variables.

    +

    In this study, the chosen scion was cv. Niagara Rosada, a mutant of cv. Niagara Branca that is the product of a cross between the cvs. Concord × Cassady, with 75% Vitis labrusca and 25% Vitis vinifera in their genealogy. Moreover, the rootstocks were obtained by the Agronomic Institute of Campinas (IAC) and were derived from the following crosses: IAC 572 Jales (Vitis caribaea × [Vitis riparia × Vitis rupestris 101-14]) and IAC 766 Campinas (Riparia do Traviú × Vitis caribaea).

    +

    With regards to K concentrations, the grape fertilization guideline of the studied area was considered (Terra et al. 1997Terra, M. M., Tecchio, M. A., Pires, E. J. P. and Teixeira, L. A. J. (1997). Uvas comuns para mesa e vinho. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o estado de São Paulo (2 ed., p. 152-153). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.)), that is, no fertilization (0 kg·ha-1 K2O), half of the recommended dose (75 kg·ha-1 K2O), recommended dose (150 kg·ha-1 K2O), and double the recommended dose (300 kg·ha-1 K2O).

    +

    In accordance to the plot size (8 m2), fertiliser treatments were weighted and applied along 40-cm line in a top-dressing pattern next to the grapevines. In all the production seasons (2017 and 2018), fertilization was divided into two application times within each production season, i.e., half of the dose was delivered one week after production pruning and the remaining amount administered at veraison.

    +

    The phenological stages were assessed through the Coombe’sCoombe, B. G. (1995). Growth stages of the grapevine: adoption of a system for identifying grapevine growth stages. Australian Journal of Grape and Wine Research, 1, 104-110. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.1995.tb00086.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.1995... +
    recommended criteria (1995). The length of each phenological stage was calculated in days after pruning (DAP) by using visual observations. All the subperiods between pruning and budburst, full bloom, setting, veraison, and harvest were measured. The grape harvest was determined via maturity curve, that is, when soluble solids and titratable acidity levels stabilized between two samples.

    +

    To determine the thermal demand in degree-days (DD), the sum of pruning to harvest was computed using the following Winkler’sWinkler, A. J. (1965). Viticultura. Mexico: Compañia Editorial Continental. equation (1965) (Eq. 1):

    +
    +
    + DD = Σ (mean temperature - 10 °C) × days after pruning(1) +
    +
    +

    The grape maturation curves were calculated through the development of the titratable acidity (TA) and soluble solids (SS). TA was obtained by titration with 0.1 N NaOH to the equivalence point of pH of 8.2, which was expressed as a percentage of tartaric acid. The SS was determined using a digital refractometer and direct refractometry of grape must (Model: r2i300, Reichert®, United States of America), and the findings were reported in °Brix.

    +

    Ten bunches per experimental plot were randomly selected and marked at veraison to be monitored from the time of marking until the grapes were fully ripe. The berries were harvested every six days in the 2017 season, at 0, 6, 12, 18, and 24 days after veraison (coinciding with 124, 130, 136, 142 and 148 DAP). In the 2018 season, berry harvests were carried out every seven days, on days 0, 7, 14, 21, and 28 after veraison (coinciding with 116, 123, 130, 137 and 144 DAP).

    +

    Statistical analyses were carried out in the two production seasons of 2017 and 2018. All data was submitted to analysis of variance (two-way ANOVA) to investigate the influence of rootstocks and K concentration along with their interactions. The Tukey’s test compared the means of rootstocks at 5% of probability. A regression analysis was performed to quantify the effects of K concentrations by using the SISVAR® statistical program, version 5.6 (Lavras, MG, Brazil).

    +

    RESULTS AND DISCUSSION

    +

    There was no significant interaction (p > 0.05) in all assessed variables between rootstocks and K concentrations. Subsequently, the variables were examined independently.

    +

    In the first production season, the rootstocks had no effect (p > 0.05) on any phenological stages. In the second cycle, the rootstocks had an influence (p > 0.05) on the setting and veraison, since IAC 766 provided two and three days of precocity, respectively (Table 2).

    +
    + +
    +Table 2
    Phenological stages (DAP) and thermal demands (DD) of Niagara Rosada grapevine grafted on IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas rootstocks in two production seasons*.
    +
    +
    +

    The whole phenological cycle of the cv. Niagara Rosada lasted on average 148 days among rootstocks in the first production cycle and 144.2 days in the second one. Other studies have showed that the length was shorter in cv. Niagara Rosada under tropical conditions, such as 115.8 days under an Aw climate (high temperatures) (Ribeiro et al. 2009Ribeiro, D. F., Corsato, C. E., Lemos, J. P. and Scarpare Filho, J. A. (2009). Desenvolvimento e exigência térmica da videira ‘Niagara Rosada’, cultivada no norte de Minas Gerais. Revista Brasileira de Fruticultura, 31, 890-895. https://doi.org/10.1590/S0100-29452009000300036
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945200900... +
    ); and from 109 to 113 days under Aw climate (Tofanelli et al. 2011Tofanelli, M. B. D., Botelho, R. V., Pires, E. J. P., Vilela, L. A. F. and Ribeiro, D. O. (2011). Phehology of “Niagara Rosada” grapevines grafted on different rootstocks grown on Cerrado (Brazilian savanna) of Goiás State, Brazil. African Journal of Biotechnology, 10, 3387-3392. https://doi.org/10.5897/AJB09.1950
    https://doi.org/10.5897/AJB09.1950... +
    ).

    +

    Although there were no significant differences between rootstocks in this study, previous studies have reported that the IAC 572 and IAC 766 showed different effects on the length of the phenological cycle of cv. Niagara Rosada. Alvarenga et al. (2002)Alvarenga, A. A., Regina, M. de A., Fráguas, J. C., Chalfun, N. N. J. and Silva, A. L. da. (2002). Influência do porta-enxerto sobre o crescimento e produção da cultivar videira Niágara Rosada (Vitis labrusca L. x Vitis vinifera L.), em condições de solo ácido. Ciência e Agrotecnologia, 26, 1459-1464., Tecchio et al. (2011)Tecchio, M. A., Terra, M. M., Moura, M. F. and Paioli-Pires, E. J. (2011). Fenologia e acúmulo de graus dia da videira ‘Niagara Rosada’ cultivada ao noroeste do estado de São Paulo. Revista Brasileira de Fruticultura, 33, 248-254. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500030
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201100... +
    , and Tecchio et al. (2013)Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    found that the IAC 766 induced higher precocity in the Niagara Rosada grapevine when compared to the IAC 572.

    +

    Through a literature search, it was found an influence of IAC 766 and IAC 572 on the phenology of several types of grapevines, but the findings differed from each other. Nonetheless, Borges et al. (2014)Borges, R. S., Roberto, S. R., Yamashita, F., Assis, A. M. and Yamamoto, L. Y. (2014). Ciclo de produção e demanda térmica de clones da videira ‘Concord’ sobre diferentes porta-enxertos. Revista Brasileira de Fruticultura, 36, 884-891. https://doi.org/10.1590/0100-2945-384/13
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-384/13... +
    reported that IAC 572 promotes an extension of the phenological cycle of cv. Concord. Sato et al. (2008)Sato, A. J., Silva, B. J., Santos, C. E., Bertolucci, R., Santos, R., Carielo, M., Guiraud, M. C., Fonseca, I. C. B. and Roberto, S. R. (2008). Fenologia e demanda térmica das videiras ‘Isabel’ e ‘Rubea’ sobre diferentes porta-enxertos na Região Norte do Paraná. Semina, 29, 283-292. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v29n2p283
    https://doi.org/10.5433/1679-0359.2008v2... +
    observed that IAC 572 increased six days of precocity in cv. Isabel when compared to IAC 766 under subtropical conditions. Besides that, any rootstock affected the entire period of the Rubea phenological cycle in this respective study. The discrepancies between these outcomes are most likely due to factors such as interaction affinity between rootstock and scion, as well as their adaptation to edaphoclimatic conditions, genetic and agronomic characteristics, such as vigour and capacity for solute and nutrient absorption and translocation.

    +

    There was no significant effect of rootstocks on thermal demands in this study, but some authors claim that rootstocks can affect grapevines’ thermal demands (Miele 2019Miele, A. (2019). Rootstock-scion interaction: 6. Phenology, chilling and heat requirements of Cabernet Sauvignon grapevine. Revista Brasileira de Fruticultura, 41, 1-14. https://doi.org/10.1590/0100-29452019446
    https://doi.org/10.1590/0100-29452019446... +
    ; Tecchio et al. 2019Tecchio, M. A., Silva, M. J. R., Paiva, A. P. M., Moura, M. F., Terra, M. M., Paioli-Pires, E. J. and Leonel, S. (2019). Phenological, physicochemical, and productive characteristics of ‘Vênus’ grapevine onto rootstocks. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 54, e00335. https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab2019.v54.00335
    https://doi.org/10.1590/S1678-3921.pab20... +
    ). Thus, grapevines required an average of 1,615.1 DD and 1,465.2 DD to complete the first and second production cycles, respectively (Table 2).

    +

    The differences in climate conditions also affect the accumulation in degree-days of grapevines between areas (Pedro Júnior et al. 1993Pedro Júnior, M. J., Sentelhas, P. C., Pommer, C. V., Martins, F. P., Gallo, P. B., Santos, R. R., Bovi, V. and Sabino, J. C. (1993). Caracterização fenológica da videira ‘Niagara Rosada’ em diferentes regiões paulistas. Bragantia, 52, 153-160. https://doi.org/10.1590/S0006-87051993000200007
    https://doi.org/10.1590/S0006-8705199300... +
    ) and seasons (Ahmed et al. 2019Ahmed, S., Roberto, S. R., Shahab, M., Colombo, R. C., Silvestre, J. P., Koyama, R. and Souza, R. T. (2019). Proposal of double-cropping system for ‘BRS Isis’ seedless grape grown in subtropical area. Scientia Horticulturae, 251, 118-126. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.03.022
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.0... +
    ), as shown in this current study. The DD concept is, therefore, predicated on the difference between mean and baseline temperature (10°C), with no development taking place below it (Miranda et al. 2013Miranda, C., Santesteban, L. G. and Royo, J. B. (2013). Evaluation and fitting of models for determining peach phenological stages at a regional scale. Agricultural and Forest Meteorology, 178-179, 129-139. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013.04.016
    https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013... +
    ; Tecchio et al. 2013Tecchio, M. A., Moura, M. F., Paioli-Pires, E. J. and Terra, M. M. (2013). Efeito do porta-enxerto e da época de poda na duração das fases fenológicas e no acúmulo de graus-dia pela videira ‘Niagara Rosada’. Revista Brasileira de Fruticultura, 35, 1073-1080. https://doi.org/10.1590/S0100-29452013000400019
    https://doi.org/10.1590/S0100-2945201300... +
    ). It is worth mentioning that this concept is beneficial for forecasting plant development in various environments, and it is also a valuable indicator for analysing grapevine behaviour in a specific growing area.

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    With regards to K fertilization, a significant effect was only observed at veraison in the second production season, when a quadratic polynomial model was adjusted (Table 3).

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    +Table 3
    Phenological stages (DAP) and thermal demands (DD) of Niagara Rosada grapevine subjected to potassium fertilization with different concentrations of K in two production seasons#.
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    The K doses had no effect on the other phenological stages and thermal demands of the grapevines, and the average lengths of the phenological periods from pruning to budburst, full bloom, setting, veraison, and harvest were 21.4, 50.2, 55.3, 125.4, and 148 days for the first production season and 27.7, 58.7, 65.3, 117.4, and 144.2 days for the second production cycle, respectively.

    +

    According to Mpelasoka et al. (2003)Mpelasoka, B., Schachtman, D., Treeby, M. and Thomas, M. R. (2003). A review of potassium nutrition in grapevines with special emphasis on berry accumulation. Australian Journal of Grape and Wine Research, 9, 154-168. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003.tb00265.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2003... +
    , both biotic and abiotic factors influence K fertilization, including rootstock and scion genotypes, as well as microclimatic conditions and soil features. This study’s non-significant effect of K concentrations is most likely related to soil conditions, as the amount of available K in the soil was higher at the beginning of the experiment, that is, 4.2 mmolc·dm-3 at the depth of 0-20 cm; and it was the average with 2.5 mmolc·dm-3 at the depth of 20-40 cm, according to Raij’sRaij, B. van., Quaggio, J. A., Cantarella, H. and Abreu, C. A. (1997). Interpretação de resultados de análise de solo. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o Estado de São Paulo (2. ed., p. 8-13). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.) criteria (1997) (Table 1). Currently, soils are performing huge quantities of K, exceeding 1.6 mmolc·dm-3. This is due to overfertilization, which is widespread in the grapevine-growing areas of the state of São Paulo (Tecchio et al. 2006Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    ). Therefore, fertilizer is only necessary to keep the amount of K available in the soil constant with a suggested concentration of 150 kg·ha-1 K2O (Terra et al. 1997Terra, M. M., Tecchio, M. A., Pires, E. J. P. and Teixeira, L. A. J. (1997). Uvas comuns para mesa e vinho. In: B. van Raij, H. Cantarella, J. A. Quaggio and A. M. C. Furlani (Eds.). Recomendações de adubação e calagem para o estado de São Paulo (2 ed., p. 152-153). Campinas: Instituto Agronômico/Fundação IAC. (Boletim Técnico, 100.)). Moreover, excess K fertilization can cause an imbalance in calcium and magnesium levels, in addition to having no positive effects on the grapevines and raising the cost of production (Tecchio et al. 2006Tecchio, M. A., Pires, E. J. P., Terra, M. M., Grassi Filho, H., Corrêa, J. C. and Ide Vieira, C. R. Y. (2006). Correlação entre a produtividade e os resultados de análise foliar e de solo em vinhedos de Niagara Rosada. Ciência e Agrotecnologia, 30, 1056-1064. https://doi.org/10.1590/S1413-70542006000600002
    https://doi.org/10.1590/S1413-7054200600... +
    ; Dalbó et al. 2015Dalbó, M. A., Bettoni, J. C., Gardin, J. P. P. and Basso, C. (2015). Produtividade e qualidade de uvas da cv. Isabel (Vitis labrusca L.) submetidas à adubação potássica. Revista Brasileira de Fruticultura, 37, 789-796. https://doi.org/10.1590/0100-2945-190/14
    https://doi.org/10.1590/0100-2945-190/14... +
    ; Pushpavathi et al. 2021Pushpavathi, Y., Satisha, J., Satisha, G. C., and Reddy, M. L. (2021). Influence of potassium fertilization on yield, petiole and soil nutrient status of table grape cv. Sharad seedless. Journal of Plant Nutrition, 45, 2218-2227. https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1889595
    https://doi.org/10.1080/01904167.2021.18... +
    ).

    +

    There was no significant interaction between the chemical variables studied during maturation (p > 0.05). Consequently, the treatments means were calculated as a function of the number of days since veraison. During maturation, changes in soluble solids content and titratable acidity followed the expected pattern, with an increase in soluble solids content and a decrease in titratable acidity, and quadratic regression models for both crops were adjusted accordingly (Fig. 2).

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    +Figure 2
    Development of titratable acidity and soluble solids content during the ripening of Niagara Rosada grape grown in subtropical conditions in (a) 2017 and (b) 2018 production seasons.
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    In the first production season, TA dropped from 1.33% at veraison to 0.88% during harvest (24 days after veraison), which was the lowest point of the quadratic regression model (Fig. 2a). The minimum point of the equation was obtained 28 days after veraison in the second cycle, when berries presented 0.74% (Fig. 2b), which is comparable to other table grape cultivars produced under subtropical regions of Brazil, such as BRS Vitória (Maia et al. 2016Maia, J. D. G., Ritschel, P. S., Souza, R. T. and Garrido, L. R. (2016). ‘BRS Vitória’ - uva para mesa, sem sementes, de sabor especial e tolerante ao míldio: recomendações agronômicas para a região de Campinas, São Paulo. Embrapa Uva e Vinho. (Comunicado Técnico, 129.)), BRS Ísis (Ahmed et al. 2019Ahmed, S., Roberto, S. R., Shahab, M., Colombo, R. C., Silvestre, J. P., Koyama, R. and Souza, R. T. (2019). Proposal of double-cropping system for ‘BRS Isis’ seedless grape grown in subtropical area. Scientia Horticulturae, 251, 118-126. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.03.022
    https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.0... +
    ), and BRS Melodia (Koyama et al. 2020Koyama, R., Borges, W. F. S., Colombo, R. C., Hussain, I., Souza, R. T. and Roberto, S. R. (2020). Phenology and yield of the hybrid seedless grape ‘BRS Melodia’ grown in an annual double cropping system in a subtropical area. Horticulturae, 6, 3. https://doi.org/10.3390/horticulturae6010003
    https://doi.org/10.3390/horticulturae601... +
    ).

    +

    The TA of cv. Niagara Rosada is about 60 meq/L, according to Maia and Camargo (2012)Maia, J. D. G. and Camargo, U. A. (2012). O cultivo da videira Niagara no Brasil. Brasília: Embrapa.. However, it was clear that the different climate conditions that occurred throughout each harvest, as shown in Fig. 1, had a major effect on the chemical properties of the grapes (Fig. 2). The reduction in TA during ripening is caused by multiple physiological processes, including dilution of organic acids, increased berry size, synthesis suppression and transformation of organic acids into sugar. Furthermore, temperature, insolation, and rainfall have a huge effect on grape metabolism, which may promote or hinder the genetic potential of the grapes (Ribeiro et al. 2012Ribeiro, T. P., Lima, M. A. C. and Alves, R. E. (2012). Maturação e qualidade de uvas para suco em condições tropicais, nos primeiros ciclos de produção. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 47, 1057-1065. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2012000800005
    https://doi.org/10.1590/S0100-204X201200... +
    ).

    +

    In terms of soluble solids content, it was found that the highest value was reached 24 days after veraison (15.6 °Brix) in the first production cycle. The maximum value of soluble solids was validated 21 days after veraison in the second production cycle, with 17.0 °Brix (Fig. 2). According to Maia and Camargo (2012)Maia, J. D. G. and Camargo, U. A. (2012). O cultivo da videira Niagara no Brasil. Brasília: Embrapa., the Niagara Rosada grape may achieve up to 16.3 °Brix under lower temperature, such as temperate and subtropical conditions. One of the primary features of the maturation development is the accumulation of sugars, which are glucose and fructose in grapes. This is the most significant commercial factor for growers when identifying the appropriate time to harvest. The second production cycle had greater amounts of soluble solids, presumably due to the higher temperature and reduced rainfall in November and December (Fig. 1), which coincided with the end of the ripening season. Heat waves directly boost sugar imports for grape berries (Mori et al. 2007Mori, K., Goto-Yamamoto, N., Kitayama, M. and Hashizume, K. (2007). Loss of anthocyanins in red-wine grape under high temperature. Journal of Experimental Botany, 58, 1935-1945. https://doi.org/10.1093/jxb/erm055
    https://doi.org/10.1093/jxb/erm055... +
    ; Parker et al. 2011Parker, A. K., Garcia de Cortazar-Atauri, I., van Leeuwen, C., and Chuine, I. (2011). General phenological model to characterise the timing of flowering and veraison of Vitis vinifera L. Australian Journal of Grape and Wine Research, 17, 206-216. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2011.00140.x
    https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2011... +
    ). Orduña (2010)Orduña, R. M. (2010). Climate change associated effects on grape and wine quality and production. Food Research International, 43, 1844-1855. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.05.001
    https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.0... +
    also stated that sugar contents are greater in fruits under high temperatures. Furthermore, studies showed that high precipitation leads to reduced SS deposition in berries (Ribeiro et al. 2012Ribeiro, T. P., Lima, M. A. C. and Alves, R. E. (2012). Maturação e qualidade de uvas para suco em condições tropicais, nos primeiros ciclos de produção. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 47, 1057-1065. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2012000800005
    https://doi.org/10.1590/S0100-204X201200... +
    ), as happened in this study. This occurs when sugars are diluted in berries because of the increased water absorption.

    +

    It is worth mentioning that the SS content dropped around 25 days after veraison in the second production cycle (Fig. 2b), and some berries showed signs of wilting and deterioration. Therefore, it may be advised that grapes be harvested within 25 days after veraison. Nonetheless, this may vary based on the climate conditions at the production area.

    +

    CONCLUSION

    +

    The Niagara Rosada vine’s full phenological cycle lasted 144 to 148 days, with thermal demands ranging from 1,465.2 to 1,615.1 DD.

    +

    The rootstocks IAC 572 Jales and IAC 766 Campinas had no effect on the overall length of the phenological cycle or the vines’ thermal demand, indicating that they had similar climate adaptability and affinity with cv. Niagara Rosada.

    +

    K fertilization at varied concentrations had no effect on the phenology or thermal demand of cv. Niagara Rosada, when there was a high amount of K available in the soil.

    +

    The harvest is expected to take place at 21 to 24 days after veraison, i.e., when there is a better balance between soluble solids and acidity levels.

    +
    +
    +

    ACKNOWLEDGMENTS

    +

    We would thank to the Instituto Agronômico de Campinas (IAC) and the Sulfate of Potash Information Board (SOPIB) for their support in the analyses and the product supplying.

    +
    +
    +

    +
      +
    • +How to cite: Callili, D., Silva, M. J. R., Sanchez, C. A. P. C., Watanabe, C. Y., Macedo, B. M. P., Domingues Neto, F. J., Teixeira, L. A. J. and Tecchio, M. A. (2022). Rootstock and potassium fertilization, in terms of phenology, thermal demand and chemical evolution, of berries on Niagara Rosada grapevine under subtropical conditions. Bragantia, 81, e2022. https://doi.org/10.1590/1678-4499.20210245 +
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      DATA AVAILABILITY STATEMENT

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      All dataset were generated and analyzed in the current study.
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      FUNDING

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      Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
      + +
      Grant No. 2015/16440-5
      +
      Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
      + +
      Finance Code 001
      +
      Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
      + +
      Grants Nos. 05724/2018-5 and 307571/2019-0
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    • +Publication in this collection
      14 Mar 2022
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    • +Date of issue
      2022
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    History

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      +
    • +Received
      18 Aug 2021
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    • +Accepted
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    +Análise regional dos resultados do Saresp: uma abordagem com modelos hierárquicos +

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    The local analysis of Saresp results: an approach with hierarchical models

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    + Camila Fernanda Bassetto Sobre o autor +
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    Resumo:

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    O presente estudo investiga os fatores internos e externos à escola, que impactam o desempenho escolar dos alunos. Para tanto, foram utilizadas as notas em matemática, alcançadas no SARESP, pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio das escolas públicas estaduais de São Paulo e as respostas dos questionários aplicados aos pais e às escolas participantes. As escolas foram classificadas em regiões conforme a Diretoria de Ensino a qual pertencem, possibilitando o desenvolvimento de uma análise espacial do desempenho em matemática. Modelos multiníveis foram propostos e as estimativas para os parâmetros foram obtidas via software RStudio. Os resultados mostram que a escolaridade dos pais, a renda familiar e o motivo de o aluno fazer o dever de casa, impactam positivamente o desempenho em matemática. Por outro lado, enquanto a falta de professor prejudica o resultado do aluno, gestores mais experientes têm efeito positivo sobre o desempenho em matemática no SARESP.

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    Palavras-chave:
    Avaliação do rendimento escolar; Proficiência em matemática; Escola pública; SARESP

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    Abstract:

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    This study investigates school-internal and school-external factors that impact on student scholastic performance. Therefore, we used the math performance in SARESP of students in the 3rd grade of high school enrolled in public schools of São Paulo state and their parents' answers to questionnaires administered by participating schools. The schools were classified into regions according to the Board of Education to which they belong, thus enabling a spacial analysis of students’ math performance. Multilevel models were proposed, and the parameters estimates were obtained using RStudio software. Results show that the schooling of parents, family income and the fact that students do their homework positively impact on a student's mathematics performance in SARESP. On the other hand, while the inadequate number of teachers affects student results, more experienced school managers have a positive effect on the performance in mathematics in SARESP.

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    Keywords:
    Evaluation of school performance; Mathematics proficiency; Public school; High school; SARESP

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    Introdução

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    Na avaliação educacional, o desempenho do aluno é considerado a variável indicadora da eficácia deste sistema e é coletado juntamente com informações acerca do contexto escolar e social do indivíduo, as quais tem sido vistas como características de interesse de diversos estudos, tais como Alves e Soares (2008)ALVES, M. T. G.; SOARES, J. F. O efeito das escolas no aprendizado dos alunos: um estudo com dados longitudinais no ensino fundamental. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 527-544, 2008. DOI: https://doi.org/bvc6px.
    https://doi.org/bvc6px... +
    , Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
    https://cutt.ly/2EU5q7t... +
    , Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., entre outros. Ao longo da última década, estudos têm revelado evidências empíricas de que o desempenho escolar dos alunos depende não só das habilidades próprias, mas também de fatores que envolvem características sociais, econômicas, culturais e familiares, como aponta o estudo de Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    . Segundo Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., questões desta natureza devem ser consideradas nas avaliações educacionais, uma vez que as desigualdades sociais têm implicações diretas sobre a educação, sugerindo que o desempenho do aluno deve ser contextualizado.

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    A avaliação educacional tem a finalidade de fornecer elementos para diagnosticar a situação do sistema educacional de determinado local e, concomitantemente, subsidiar políticas e diretrizes municipal, estadual e nacional, visando a contínua melhoria na qualidade da educação. Nos últimos anos, é perceptível o avanço obtido na área educacional considerando os recursos metodológicos disponíveis e os atuais critérios de avaliação, tais como o Sistema Nacional de Avaliação da Educação Básica (SAEB), o Sistema de Avaliação do Rendimento Escolar do Estado de São Paulo (SARESP) e o Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM).

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    Os sistemas de avaliação citados têm revelado um quadro crítico para a educação formal em relação ao desempenho e rendimento escolar do indivíduo. Para obter melhorias na qualidade do ensino e alcançar um sistema educacional eficaz, no qual o aluno aprenda, seja aprovado e conclua a Educação Básica dotado de competências para que seja capaz de armazenar, transformar e aplicar o conhecimento, é necessário que os responsáveis envolvidos nos processos de avaliação educacional entendam, decodifiquem e interpretem, à luz da realidade, os resultados dessas avaliações. Neste sentido, pesquisadores de diversas áreas do conhecimento tem destinado considerável atenção à educação nos últimos anos não somente ao rendimento acadêmico dos alunos, mas também a aspectos humanos, sociais, culturais, éticos e metodológicos.

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    Atualmente, o principal interesse está voltado à identificação de fatores, sejam de natureza humana, social, cultural ou ética, que podem atuar sobre o desempenho escolar, ampliando a realização de estudos com investigações acerca da avaliação do impacto de programas educacionais e análises de determinantes do desempenho escolar, tornando-os cada vez mais frequentes na literatura (ANDRADE; LAROS, 2007ANDRADE, J. M.; LAROS, J. A. Fatores associados ao desempenho escolar: estudo multinível com dados do SAEB/2001. Psicologia: teoria e pesquisa, Brasília, v. 23 n. 1, p. 33-42, 2007. DOI: https://doi.org/b7kspt.
    https://doi.org/b7kspt... +
    ; FERRÃO et al.; 2001FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
    https://cutt.ly/2EU5q7t... +
    ; SOARES, 2003SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    ; SOARES; ALVES, 2003SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003.). O número crescente de pesquisadores interessados nesta área tem proporcionado um avanço na construção de bancos de dados com informações sobre professores, escolas, alunos e desempenho. Concomitantemente, novas ferramentas estatísticas advindas de avanços teóricos e metodológicos têm tornado os trabalhos mais sofisticados. Merece destaque a difusão da estrutura hierárquica para análise de dados educacionais (GELMAN; HILL, 2006GELMAN, A.; HILL, J. Data analysis using regression and multilevel/hierarchical models. New York: Cambridge University Press, 2006.; GOLDSTEIN, 1995GOLDSTEIN, H. Multilevel statistical models. 2. ed. New York: John Wiley, 1995.; RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

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    Buscando contribuir com a literatura no que se refere à investigação de fatores que impactam o desempenho escolar do indivíduo, o presente estudo consiste na utilização de modelos hierárquicos, com dados do SARESP, e apresenta-se estruturado em seções, incluindo esta introdução. A seção dois contém uma breve revisão de literatura com estudos que utilizaram a modelagem hierárquica para identificar fatores atuantes sobre o desempenho educacional. Na seção três, descreve-se o SARESP, incluindo os níveis de proficiência em matemática considerados, e apresenta-se a distribuição dos alunos da rede pública de ensino nas regiões do estado de São Paulo. Os dados considerados neste estudo e os modelos hierárquicos propostos são apresentados na seção quatro. A seção cinco contém os resultados da análise empírica realizada, os quais são também interpretados. Na seção seis, faz-se uma conclusão do presente estudo.

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    Utilização de modelos hierárquicos na avaliação do desempenho educacional

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    Para identificar as variáveis relacionadas ao desempenho escolar, deve-se considerar as estruturas educacionais nas quais os indivíduos estão inseridos, dentre os quais se destacam aqueles relacionados ao ambiente familiar e à disponibilidade e qualidade da infraestrutura e qualidade da escola e seus professores. Neste contexto, como apontam Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. e Goldstein (2001)GOLDSTEIN, H. Modelos de realidade: novas abordagens para a compreensão de processos educacionais. In: FRANCO, C. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 84-99., o desempenho escolar é influenciado por aquilo que o aluno traz consigo, bem como por aquilo que a escola oferece no que se refere ao ensino, infraestrutura e corpo docente. Na mesma direção, Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. afirmam que os fatores que impactam o desempenho cognitivo dos alunos podem ser categorizados em projetos pedagógicos, na estrutura escolar, na família e nas características do próprio aluno. Uma vez que a avaliação educacional proporciona informações que permitem aos educadores identificar práticas que promovem resultados adequados, a mesma é considerada ferramenta útil na melhoria do sistema educacional. Assim, torna-se relevante investigar os fatores que influenciam o desempenho dos alunos com o objetivo de esclarecer o processo de produção das desigualdades educacionais observadas nos resultados das avaliações de larga escala. A identificação destes fatores é de suma importância para a elaboração de políticas públicas que possam melhorar a qualidade da educação brasileira (LAROS; MARCIANO; ANDRADE, 2010LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010.).

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    Uma metodologia estatística que pode ser utilizada é a análise de regressão multinível, na qual a estrutura dos dados populacionais é hierárquica e são vistos em multi-estágios desta população. Indivíduos tendem a viver dentro de estruturas organizacionais (família, escolas, igrejas, cidades, estados, países) e, de acordo com Goldstein (2001)GOLDSTEIN, H. Modelos de realidade: novas abordagens para a compreensão de processos educacionais. In: FRANCO, C. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 84-99., a existência de dados hierarquicamente estruturados não é acidental e nem pode ser ignorada. Modelos que incorporam a estrutura de agrupamento dos dados apresentam vantagens, tais como a obtenção de melhores estimativas para os parâmetros relativos às unidades específicas, pois comportam uma equação para cada nível, fazendo, assim, uso de toda a informação presente na amostra de forma eficiente; permitem o uso de variáveis explicativas mensuradas em cada nível da hierarquia, possibilitando a exploração detalhada por meio da formulação e teste de hipóteses relativas a efeitos entre níveis, do impacto e contribuição de cada nível para a variabilidade da variável resposta; consideram uma partição da variância em componentes, ou seja, decompõem a variância total em proporções associadas a cada nível do modelo (RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

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    Também conhecidos como modelos de regressão multinível, modelos lineares de coeficientes aleatórios ou randômicos, e modelos lineares mistos, a técnica de modelos hierárquicos tem sido utilizada no Brasil, desde o final dos anos 90, para interpretar e analisar os dados das avaliações educacionais em larga escala, como mostram os estudos de Ferrão et al., (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
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    , Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., entre outros. Nos estudos de Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
    https://doi.org/gxtc... +
    , Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008., Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    , Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. e de Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
    https://doi.org/fdkq2x... +
    , os resultados indicaram que os alunos masculinos e negros têm desempenho inferior aos demais. Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. constataram que, enquanto a escolaridade do pai impacta positivamente a proficiência do aluno, o efeito da variável defasagem escolar é negativo. Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
    https://cutt.ly/2EU5q7t... +
    realizaram uma pesquisa utilizando modelos hierárquicos de dois níveis – aluno e escola – aplicados aos dados de proficiência em Matemática, Português, Ciências, Geografia e História, de alunos da 4ª série do Ensino Fundamental obtidas no SAEB de 1999. Os modelos propostos foram ajustados para as cinco regiões geográficas brasileiras. Resultados evidenciaram que a condição socioeconômica do aluno é um fator que influencia fortemente o seu desempenho nas disciplinas citadas, assim como é perceptível que os alunos com atraso escolar têm resultados escolares reduzidos quando comparados àqueles que estão na idade adequada para a série. Alunos negros apresentaram desempenho inferior aos demais em todas as regiões geográficas. Os autores verificaram também que as escolas com melhor infraestrutura, segurança e limpeza têm impacto positivo no desempenho dos estudantes e que alunos em turno integral não tem vantagem quando comparados com aqueles de turno parcial.

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    A partir de dados obtidos por meio do Sistema Mineiro de Avaliação da Educação Pública (SIMAVE), Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    , Soares e Andrade (2006)SOARES, J. F.; ANDRADE, R. J. Nível socioeconômico, qualidade e equidade das escolas de Belo Horizonte. Ensaio: avaliação e políticas públicas em educação, Belo Horizonte, v. 14, n. 50, p. 107-126, 2006., e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    utilizaram a modelagem multinível para investigar os fatores associados ao desempenho escolar dos alunos. Um resultado comum nestes estudos refere-se ao efeito positivo da condição socioeconômica sobre a proficiência do aluno. Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
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    evidenciaram impacto positivo da escolaridade da mãe sobre o desempenho da turma. Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    mostrou que cada ano de defasagem escolar produz uma queda de seis pontos na proficiência, e que o fato de o aluno ser do sexo masculino e ser da raça negra produz quedas de nove e 10 pontos, respectivamente, na proficiência. Enquanto a frequência de faltas do professor e a falta de motivação dos alunos produzem queda na proficiência, professores mais dedicados e com mais disponibilidade refletem melhores desempenhos do alunos. Nas turmas em que os alunos fazem o dever de casa, os rendimentos também são mais altos. As estimações realizadas por Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
    https://doi.org/gxtc... +
    corroboram as conclusões de Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
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    e Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    ao afirmar que a proficiência prévia e o nível socioeconômico proporcionam melhores desempenhos em matemática e língua portuguesa, alunos do gênero masculino estão em desvantagem sobre o gênero feminino, no que se refere ao aprendizado em leitura, e que alunos negros e alunos com defasagem escolar têm proficiência inferior em ambas as disciplinas.

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    Preocupados com as desigualdades raciais no sistema brasileiro de Educação Básica, Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. utilizaram a abordagem multinível em dois níveis – alunos e escolas – para investigar as diferenças nos desempenhos de alunos discriminados por raça. Analisando dados do SAEB de 2001, os autores observaram que a diferença entre brancos e negros cresce com o aumento, tanto no nível socioeconômico do aluno como no da escola, e é maior na rede privada. A comparação do aluno com os colegas, os recursos culturais que dispõe, o fato de gostar de estudar a disciplina e fazer o dever de casa, são variáveis com impacto positivo sobre o desempenho escolar. Por outro lado, o atraso escolar foi identificado como a variável que mais afetou negativamente o desempenho do aluno, resultado semelhante ao de Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172., Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
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    .

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    Assim como feito no estudo de Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004., Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
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    verificaram que o nível socioeconômico, a escolaridade do pai e fazer o dever de casa atuam positivamente sobre o desempenho do aluno em Língua Portuguesa. Por outro lado, o atraso escolar e o fato de o aluno trabalhar tem impacto negativo sobre o resultado alcançado pelo aluno. Similarmente, além da escolaridade da mãe, fazer o dever de casa foi uma variável significativa para explicar o desempenho no estudo de Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008.. A identificação dos fatores que afetam o desempenho dos estudantes foi objeto de estudo também de Laros, Marciano e Marciano (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., os quais propuseram um modelo multinível com dados do SAEB de 2001 e consideraram o modelo empírico, apresentado por Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004., com dois níveis, isto é, aluno e escola. De acordo com resultados, a variável que mais afetou o desempenho escolar dos alunos foi o atraso escolar, seguida do gosto por estudar matemática. A quantidade de faltas e o índice de repetência afetaram negativamente o desempenho educacional.

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    Considerando a intensa discussão sobre o atual cenário da Educação Básica no Brasil, este trabalho busca trazer contribuição para a discussão por meio da implementação de uma abordagem ainda não utilizada, isto é, analisando os resultados do Saresp, conforme as regiões do estado de São Paulo.

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    Níveis regionais de proficiência em matemática no Saresp de 2013

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    É pauta frequente nas escolas a realização de avaliações externas do desempenho educacional dos alunos. O estado de São Paulo, além de participar das avaliações nacionais, promove o Sistema de Avaliação do Rendimento Escolar do Estado de São Paulo – SARESP, proposta pela Secretaria da Educação, o qual assegura a identidade de um processo avaliativo orientado por uma matriz de referência estabelecida de acordo com o Currículo de São Paulo. Os resultados desta avaliação, alcançados ao longo das contínuas edições, têm fornecido informações sobre o aprendizado dos alunos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio, da rede pública e privada de ensino, proporcionando um acompanhamento da evolução do desempenho e dos fatores que influenciam a qualidade do ensino (SÃO PAULO, 2013SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2013 – matemática. São Paulo, 2013.).

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    Com a finalidade de fornecer informações consistentes sobre a situação da escolaridade na rede pública de ensino do estado de São Paulo, capazes de orientar os gestores no monitoramento das políticas voltadas à melhoria da qualidade do ensino, o SARESP passou a vigorar em 1996 e, atualmente, envolve todos os alunos do 3º, 5º, 7º e 9º anos do Ensino Fundamental e da 3ª série do Ensino Médio, contemplando as áreas de Língua Portuguesa, com prova de Leitura e de Redação, Matemática, Ciências e Ciências da Natureza, caracterizadas por Biologia, Física e Química. Participam desta avaliação escolas estaduais e municipais, particulares e também as Escolas Técnicas Estaduais (ETE), administradas pelo Centro Educacional Tecnológico Paula Souza e vinculadas à Secretaria Estadual de Desenvolvimento do estado de São Paulo. A avaliação do desempenho dos alunos está apoiada no Currículo de São Paulo, o qual faz referência aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) e também aos pressupostos teóricos que estão na base da criação do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), na Matriz de Referência para Avaliação e em Metodologias estatísticas para planejamento, coleta e análise dos resultados.

    +

    Para a disciplina de Matemática, as competências estão definidas na Matriz de Referência para Avaliação (SÃO PAULO, 2011SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2011 – matemática. São Paulo, 2011.). A partir das expectativas de aprendizagem quanto ao conteúdo, competências e habilidades, estabelecidas para cada ano/série da disciplina no Currículo de São Paulo, os pontos da escala do SARESP são agrupados em níveis de proficiência. No nível Abaixo do Básico, cuja pontuação é menor que 275, encontram-se alunos que demonstram domínio insuficiente dos conteúdos, competências e habilidades desejáveis para o ano/série em que se encontram. Ao nível Básico está associada uma pontuação igual ou acima de 275 e abaixo de 350 pontos e compreende os alunos que demonstram domínio mínimo dos conteúdos, competências e habilidades, mas possuem estruturas necessárias para interagir com a proposta curricular no ano/série subsequente. No nível Adequado, no qual estão os alunos com domínio pleno do conteúdo, competências e habilidades desejáveis para a série em que se encontram, a pontuação correspondente é igual ou acima de 350 e abaixo de 400 pontos. No nível Avançado estão os alunos que alcançaram pontuação igual ou superior a 400 pontos e que demonstram conhecimentos e domínio dos conteúdos, competências e habilidades acima do requerido na série em que se encontram. Combinados com seus intervalos de pontuação, os níveis de proficiência são classificados em um de três grupos, a saber: Insuficiente, Suficiente e Avançado. Os níveis Básico e Adequado são classificados como Suficientes. De acordo com a pontuação obtida na prova de Matemática, o aluno é classificado em um dos níveis de proficiência, ressaltando que o padrão de desempenho esperado pelo SARESP é o Adequado.

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    A realização do SARESP envolve alunos, pais de alunos, escolas, diretores, coordenadores, professores de disciplinas diversas, aplicadores e fiscais, e utiliza-se de dois instrumentos de avaliação, sendo o primeiro caracterizado pela aplicação de provas em dois dias, e o segundo correspondendo à a aplicação de questionários direcionados a pais e alunos, diretores, professores coordenadores e professores dos anos iniciais do Ensino Fundamental, de Língua Portuguesa, Matemática, Ciências e Ciências da Natureza (SÃO PAULO, 2013SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2013 – matemática. São Paulo, 2013.). É importante considerar fatores individuais e familiares dos alunos, uma vez que os mesmos interferem no seu aprendizado, e também fatores associados à gestão escolar, os quais atuam significativamente sobre o desempenho escolar do aluno, como mostram Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010..

    +

    Para identificar os fatores internos e externos à escola, atuantes na escolarização do indivíduo, foram considerados dados coletados pelo SARESP, na edição de 2013, referentes à nota em Matemática dos alunos da 3ª série do Ensino Médio, matriculados na rede pública estadual de ensino, e também às respostas dos pais dos alunos, dos coordenadores e diretores das escolas participantes da avaliação. Alunos cujos pais e/ou escolas (coordenadores e diretores) não responderam o questionário, foram excluídos da amostra de dados. A classificação da escolas em regiões deu-se conforme a Diretoria de Ensino a qual pertencem, apresentadas no quadro 1.

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    +Quadro 1
    Diretorias de Ensino alocadas às regiões do estado de São Paulo
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    Na edição do SARESP de 2013 foram inscritos 253.845 alunos distribuídos nas escolas estaduais de São Paulo. Após eliminar as respostas vazias e os alunos cujos pais, coordenadores e diretores das escolas, não responderam às questões de interesse para a presente pesquisa, restaram 106.120 alunos. Deste total, 43.564 são da Capital, 18.062 do Centro, 3.542 do Litoral, 6.959 da região NE, 7.026 do NO, 9.095 do N, 8.754 do SE e 9.118 da região SO.

    +

    Depois de agrupar as observações nas regiões do Estado, foram calculados os percentuais de alunos classificados em cada um dos níveis de proficiência em matemática, conforme resultado obtido na avaliação em 2013, os quais são mostrados na tabela 1.

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    +Tabela 1
    Percentual de alunos, por região, nos níveis de proficiência em matemática
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    É possível observar que os maiores percentuais de alunos classificados no pior nível de proficiência, isto é, no Abaixo do Básico, foram registrados nas regiões Capital, Litoral e Sudoeste, de tal forma que, nas duas primeiras, os percentuais foram superiores a 55,5% dos alunos e na terceira foi próxima de 47,5%. Estes alunos alcançaram médias abaixo de 275 pontos, conforme critério estabelecido por este sistema de avaliação, e mostraram domínio insuficiente dos conteúdos, competências e habilidades desejáveis para a série em que se encontram, isto é, são incapazes de lidar com atividades como interpretação, construção de tabelas e gráficos, a partir de dados obtidos em pesquisas por amostras estatísticas.

    +

    Nas demais regiões, a maioria dos alunos classificou-se no nível Básico de proficiência em matemática, com percentuais entre 47,4 (na região Sudeste) e 49,3 (nas regiões Centro e Noroeste), os quais demonstram domínio mínimo dos conteúdos, competências e habilidades, mas que possuem estruturas necessárias para interagir com a proposta curricular no ano/série subsequente. A região Noroeste (NO) abarcou o maior percentual de alunos com notas correspondentes ao intervalo de pontuação do nível Adequado, com quase 9%, seguido pela região Norte, com 7,4%. Os menores valores neste nível de proficiência em matemática foram alcançados pelos alunos matriculados nas escolas públicas pertencentes às regiões Litoral e Capital, cujos percentuais foram, respectivamente, iguais a 3 e 3,8. A tabela 1 mostra ainda que a região Noroeste também registrou o maior percentual de alunos no nível Avançado de proficiência, com um valor próximo de 1%, contemplando, portanto, a maioria dos alunos capazes de identificar, calcular e resolver problemas relacionados com áreas, funções, equações, logaritmos, sistemas lineares, proporcionalidade, referencial cartesiano, contagem, progressões e trigonometria. Nas demais regiões, o percentual de alunos neste nível variou entre 0,2 (Capital, Litoral e Nordeste (NE)) e 0,4 (Norte).

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    Os percentuais de alunos mostrados na tabela 1, explicitam um quadro crítico da Educação Básica ofertada no estado de São Paulo, uma vez que, em nenhuma das regiões se pôde observar a maior parte dos alunos no nível Adequado de proficiência, o qual é o desejado pela avaliação.

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    Dados e modelos hierárquicos

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    Os dados utilizados no presente estudo correspondem às notas da prova de matemática obtidas pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio da rede pública estadual de ensino e as respostas dadas nos questionários aplicados aos pais dos alunos e às escolas participantes do SARESP de 2013. Tais informações foram disponibilizadas pela Coordenadoria de Informação, Monitoramento e Avaliação Educacional (CIMA) da Secretaria Estadual de Educação de São Paulo (SEE/SP). Devido à quantidade de questões dispostas nos questionários do SARESP – 31 de alunos, 31 de pais dos alunos, 108 para coordenadores e 105 para diretores – inicialmente, fez-se uma seleção destacando aquelas consideradas relevantes para a pesquisa em questão, pautandose na literatura sobre a modelagem multinível, identificando as variáveis comumente utilizadas especificamente nos estudos descritos previamente.

    +

    A partir dos estudos citados na seção dois, as questões apresentadas no quadro 2 foram selecionadas para a elaboração dos modelos hierárquicos de dois níveis, contendo variáveis associadas aos alunos – nível 1, e às escolas – nível 2. Tais questões são todas qualitativas e, portanto, fez-se necessário categorizá-las para a realização da modelagem. A categorização utilizada e a codificação (nomenclatura atribuída nos modelos propostos) de cada variável selecionada é mostrada no mesmo quadro.

    +

    Após a categorização das variáveis selecionadas e, ainda, para medir a significância das mesmas sobre o desempenho em matemática, regressões lineares múltiplas foram consideradas para cada uma das regiões. Concomitantemente, utilizou-se o método Step wise como critério de seleção do modelo que mais adequadamente explica os dados analisados.

    +

    Seguindo os passos de modelagem multinível propostos por Hox (2002)HOX, J. Multilevel analysis: techniques and applications. Mahwah: Lawrence Erlbaum, 2002., inicialmente, foi estimado o modelo nulo, o qual exerce papel fundamental no estudo da distribuição da variância total da variável resposta pelos níveis da hierarquia. É por meio do modelo nulo que o efeito da escola sobre a proficiência do aluno é estimado.

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    +Quadro 2
    Questões selecionadas a partir dos questionários do SARESP
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    Supondo que o subscrito i corresponda ao aluno e o subscrito j represente a escola e, considerando a existência de J escolas, j = 1,..., J, cada uma delas com nj alunos, i = 1, ..., nj , tem-se que o modelo nulo pode ser especificado como na expressão (1).

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    + yij=β0j+eijβ0j=γ00+u0j +
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    em que yij é a variável resposta (proficiência em matemática) do i-ésimo aluno na j-ésima escola. Assume-se que eij ~ N(0,σ2) e u0j ~ N(0,τ00), e independência entre o efeito fixo e os efeitos aleatórios, bem como entre os efeitos aleatórios. De acordo com o modelo nulo, a proficiência do aluno i que estuda na escola j é definida pelo intercepto β0j e pelo termo do erro, eij. O intercepto β0j, que representa um efeito específico da escola j sobre a proficiência em matemática do aluno, é dado pela soma de y00 e u0j, os quais indicam, respectivamente, a média global da proficiência em matemática dos alunos da 3ª série do Ensino Médio - portanto, um efeito fixo - e o afastamento da proficiência média em matemática da escola j à média global, y00. Ainda no modelo nulo dado na expressão (1), a primeira linha caracteriza o nível 1, a qual tem associado um termo aleatório representado por eij, cuja variância indica a variabilidade dentro das escolas; a segunda linha é o nível 2, para a qual u0j representa o efeito aleatório, do qual a variância indica a variabilidade entre as escolas. Então, a variância da proficiência em matemática está decomposta na variância entre as escolas (τ00) e dentro (ou intra) escolas (σ2) e, por isso, o modelo com apenas o intercepto aleatório é chamado modelo de componentes da variância. Com as estimações das variâncias dentro das escolas e entre as escolas, pode-se calcular o coeficiente de correlação intra-escolar (ICC), o qual mede a proporção da variância entre as escolas face à variância total da variável resposta, possibilitando medir a magnitude do efeitoescola, isto é, a heterogeneidade dos resultados escolares entre as escolas. O ICC varia de zero a um e é calculado por meio da razão (2) (GOLDSTEIN, 1995GOLDSTEIN, H. Multilevel statistical models. 2. ed. New York: John Wiley, 1995.; RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

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    + ρ=τ00τ00+σ2,0ρ1. +
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    A tabela 2 mostra os valores da correlação intra-classe em cada uma das regiões do Estado, a qual sugere que o maior percentual da variabilidade da proficiência em matemática dos alunos que estão associados à variabilidade das escolas é observado na região NO, onde o ICC foi de quase 9%.

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    +Tabela 2
    Valores do ICC para cada região do Estado
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    Na região Sudeste (SE), foi observado o menor percentual, igual a 6,6%. Os valores mostrados na tabela 2 são baixos comparados àqueles obtidos nos estudos de Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172., Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., respectivamente, iguais a 37%, 26%, 43% e 33%. Embora Lee (2001)LEE, V. E. What are multilevel questions, and how might we explore them with quantitative methods? Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 24, p. 31-68, 2001. afirme que uma correlação intra-classe abaixo de 10% indique que a suposição de independência é válida e, portanto, a análise multinível seria desnecessária, Woltman et al., (2012)WOLTMAN, H.; FELDSTAIN, A.; MACKAY, J. C.; ROCCHI, M. An introduction to hierarchical linear modeling. Tutorials in Quantitative Methods for Psychology, Ottawa, Canada, v. 8, n. 1, p. 52-69, 2012. DOI: https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052.
    https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052... +
    argumenta que, mesmo não existindo um ponto de corte acerca do valor da correlação intra-classe, é válido testar a significância da variabilidade entre as escolas, ou então para valores muito baixos do ICC, a análise multinível pode produzir resultados não muito diferentes daqueles que seriam obtidos se uma análise de regressão fosse utilizada.

    +

    Baixos valores para o ICC tornam conveniente testar a significância da variabilidade entre as escolas, conforme proposto por Bliese (2016)BLIESE, P. Multilevel modeling in R (2.6): a brief introduction to R, the multilevel package and the nlme package. In: R DEVELOPMENT CORE TEAM. An introduction to R. [S. l.: s. n.], 2016. Disponível em: https://cutt.ly/ZEIuKIc. Acesso em: 3 fev. 2017.
    https://cutt.ly/ZEIuKIc... +
    . O autor argumenta que, além de calcular o ICC, é importante determinar a significância da variância τ00 e, para isso, sugere comparar o resultado da Deviance, calculada por –2logverossimilhança, para dois modelos, um contendo o intercepto e o outro sem o intercepto. Uma diferença significativa nos valores da Deviance sugere a existência de variação relevante no intercepto em termos de proficiência em matemática entre as escolas e, portanto, há evidência para considerar o modelo que contém o intercepto. Tal critério sugere como mais adequado o modelo com a menor Deviance (BLIESE, 2016BLIESE, P. Multilevel modeling in R (2.6): a brief introduction to R, the multilevel package and the nlme package. In: R DEVELOPMENT CORE TEAM. An introduction to R. [S. l.: s. n.], 2016. Disponível em: https://cutt.ly/ZEIuKIc. Acesso em: 3 fev. 2017.
    https://cutt.ly/ZEIuKIc... +
    ). Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010. e Woltman et al. (2012)WOLTMAN, H.; FELDSTAIN, A.; MACKAY, J. C.; ROCCHI, M. An introduction to hierarchical linear modeling. Tutorials in Quantitative Methods for Psychology, Ottawa, Canada, v. 8, n. 1, p. 52-69, 2012. DOI: https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052.
    https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052... +
    utilizaram teste semelhante para investigar a existência de variação significativa no intercepto do modelo.

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    Com o intuito de verificar qual dos modelos está mais adequado aos dados utilizados, ou seja, quais variáveis explicam a maior variabilidade contida na proficiência em matemática dos alunos avaliados, uma seleção de modelos foi realizada considerando o Critério de Informação de Akaike (AIC). O passo seguinte é considerar as variáveis significativas associadas à escola (nível 2). Novamente, faz-se uma seleção de modelos utilizando o critério AIC para obter o modelo hierárquico final. Considerando os modelos selecionados em cada região, estimativas foram obtidas via software RStudio, e são apresentadas e interpretadas na seção seguinte.

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    Resultados

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    As estimativas para os parâmetros dos modelos citados na seção anterior são apresentadas na tabela 3, a qual indica também o nível de significância de cada valor obtido. O intercepto indica a média em matemática dos alunos, no SARESP de 2013, quando todas as variáveis forem iguais a zero, evidenciando que na região Litoral foi registrada a média mais alta e na região Sudeste (SE), a mais baixa. De acordo com os níveis de proficiência estabelecidos pelo SARESP, ambas as regiões se classificaram no nível Abaixo do Básico (AB), embora a região Litoral tenha ficado próxima de classificarse no nível Básico (BA), cuja pontuação mínima é 275 pontos. Em todas as regiões, as variáveis associadas à etnia do pai e da mãe desempenharam papel significativo sobre o desempenho em matemática do filho, alcançado na edição de 2013 do SARESP. Os valores mostrados indicam que a cor do pai influenciou o desempenho escolar do filho em todos os anos, no sentido de que, filhos de pais que se declararam brancos, alcançaram notas maiores. Pais e mães que se declararam negros ou de outras etnias (pardos/mulatos, amarelos/orientais ou indígenas) tiveram efeitos negativos sobre a média do filho, uma vez que todas as estimativas obtidas para as variáveis corp0, corp2, corm0 e corm2 foram negativas. Maiores perdas são observadas nas regiões SE e Sudoeste (SO), nas quais os alunos filhos de mães negras tiveram reduções, respectivamente, de 11 e 10,5 pontos na média, comparados aos demais alunos.

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    Uma justificativa para o desempenho mais baixo dos alunos filhos de pais e mães que se declararam negros é pautada, segundo o INEP (2003)INEP. Piora na qualidade do ensino afeta mais estudantes negros. Inep Notícias, Brasília, 14 jul. 2003. Disponível em https://cutt.ly/IEPIiAA. Acesso em: 11 abr. 2021.
    https://cutt.ly/IEPIiAA... +
    , na entrada mais tardia dos negros na economia, devido aos pais com menores níveis de escolaridade.

    +

    Outra explicação para a diferença no desempenho ao comparar alunos brancos e negros, pardos ou outras etnias, de acordo com o INEP (2003)INEP. Piora na qualidade do ensino afeta mais estudantes negros. Inep Notícias, Brasília, 14 jul. 2003. Disponível em https://cutt.ly/IEPIiAA. Acesso em: 11 abr. 2021.
    https://cutt.ly/IEPIiAA... +
    , está associada ao racismo, o qual se faz ainda presente na sociedade brasileira. Atitudes e comportamentos racistas afetam a auto-estima dos alunos e causa prejuízos no desempenho educacional, o que traz, como consequência, um aumento da desigualdade no sistema de ensino.

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    Na Capital, devido ao caráter aleatório da variável que indica a etnia do pai, pode-se afirmar que, sobre a média das escolas, espera-se uma redução de sete pontos na nota do aluno se o pai for negro, e de três pontos se o pai for de outra etnia. Mães que não trabalham influenciaram positivamente o desempenho do aluno nas regiões Capital, Centro e Norte. O mesmo foi observado em relação aos pais apenas na região SE. As estimativas apresentadas na tabela 3 mostram que a escolaridade do pai e da mãe atuou de maneira significativa sobre o desempenho do filho em todas as regiões do estado de São Paulo, evidenciando que mais anos de estudo do pai e da mãe proporcionaram ao aluno melhores resultados no SARESP de 2013. Neste sentido, destacam-se os acréscimos nas médias dos alunos matriculados nas escolas pertencentes à região Nordeste, cujas mães têm nível de instrução correspondente ao Ensino Médio e Ensino Superior, ambos completos ou incompletos, os quais foram próximos de 21 pontos, comparados aos alunos filhos de mães que estudaram até o Ensino Fundamental.

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    +Tabela 3
    Estimativas para os parâmetros dos modelos hierárquicos, por região
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    Fazer a lição de casa também auxilia o aluno a alcançar notas mais altas em matemática. A tabela 3 mostra ainda variâncias significativas associadas às variáveis lic_casa, rendaf1 e escm, nas regiões NE, SE e SO, respectivamente, indicando que o fato de fazer o dever de casa, ter renda familiar acima de R$ 2.126 e mães com mais anos de estudo impactaram de maneiras distintas o desempenho em matemática dos alunos matriculados em diferentes escolas. A variância significativa associada à variável lic_casa1, na região NE, indica que o fato de o aluno fazer o dever de casa impactou, de maneiras distintas, o desempenho em matemática no SARESP de 2013, dos alunos pertencentes a esta região em diferentes escolas.

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    Associadas ao nível 2 (escola), as variáveis significativas para o desempenho do aluno foram aquelas que indicaram se o coordenador exerceu outra atividade remunerada, se a escola possui algum projeto voltado à redução das taxas de abandono e reprovação, se faltaram professores para alguma disciplina, o tipo da principal atividade do diretor, assim como o tempo que atua no cargo. Nas escolas situadas na Capital do Estado, em que o coordenador não tem outras atividades remuneradas e, cujo diretor atua no cargo há mais de 10 anos, contribuíram positivamente para o desempenho do aluno. Por outro lado, escolas com projetos voltados à redução das taxas de abandono e reprovação tiveram impacto negativo sobre as médias em matemática obtidas pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio no SARESP de 2013.

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    Conclusão

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    Embora esteja em vias de desenvolvimento no Brasil, a avaliação educacional em larga escala tem se mostrado importante nas últimas décadas, constituindo-se como ferramenta para auxiliar a identificação de fatores atuantes sobre o desempenho escolar do aluno. Nos últimos 20 anos, aproximadamente, os sistemas de avaliação tiveram, como objetivo prioritário, encontrar mecanismos que oferecessem melhorias, de maneira eficaz e eficiente, na qualidade do ensino ofertado na sociedade. Por sua vez, a avaliação educacional tem a finalidade de fornecer elementos que permitam diagnosticar a situação do sistema de ensino de determinado local e, concomitantemente, subsidiar políticas e diretrizes adequadas no contexto municipal, estadual e nacional, visando a contínua melhoria na qualidade da educação. Como apontam Alves e Soares (2008)ALVES, M. T. G.; SOARES, J. F. O efeito das escolas no aprendizado dos alunos: um estudo com dados longitudinais no ensino fundamental. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 527-544, 2008. DOI: https://doi.org/bvc6px.
    https://doi.org/bvc6px... +
    , os estudos que consideram modelos hierárquicos para dados educacionais, realizados no Brasil, mostraram que existe uma significativa variação entre as escolas, mas que a variabilidade observada entre os alunos é sempre maior. Comparado a países industrializados, a variabilidade existente entre as escolas brasileiras costuma ser maior devido à segmentação no sistema educacional.

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    Considerando as observações agrupadas por regiões do Estado, definidas a partir da Diretoria de Ensino a qual pertence a escola, estimativas foram obtidas por região, utilizando o software RStudio. Para a região denominada Capital, pôdese observar que a etnia, a escolaridade do pai e da mãe e a renda familiar foram significativas para explicar o desempenho do aluno na edição do SARESP de 2013, sugerindo que alunos filhos de pai e mãe brancos, com mais anos de estudo e com renda familiar acima de R$ 2.126 alcançaram médias em matemática superiores aos demais alunos. O efeito de mães que não trabalham (aposentada, desempregada ou em outra situação) sobre o desempenho do filho foi positivo.

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    Associadas às escola, aquelas que possuem projetos voltados à redução da taxa de abandono, tiveram impacto negativo sobre o desempenho do aluno e, aquelas nas quais o diretor atua no cargo há mais de 10 anos, contribuíram positivamente para o resultado do aluno pertencente às escolas da região Capital. Comportamento similar foi observado quando os resultados dos alunos matriculados nas escolas da região Centro do Estado foram analisados. Na região Litoral, a escolaridade da mãe foi a que mais impactou o resultado do aluno no SARESP de 2013. Em relação às variáveis da escola, pouca significância foi observada para explicar o desempenho do aluno. Destacaram-se como relevantes e com impacto positivo sobre o desempenho dos alunos pertencentes à região Nordeste do Estado, a etnia da mãe e a escolaridade do pai e da mãe, evidenciando que filhos de mães declaradas brancas e com pai e mãe com níveis mais altos de instrução tiveram desempenho melhor, quando comparados aos demais alunos. Nesta região, na maior parte do período analisado, as escolas em que ocorre o problema associado à falta de professor para alguma disciplina tiveram impacto negativo sobre o desempenho do aluno e aquelas em que o diretor atua no cargo há mais de 10 anos atuou positivamente. Tiveram efeito positivo também sobre o desempenho em matemática o fato de o aluno não ter defasagem escolar, fazer o dever de casa e não ter trabalhado no Ensino Médio. A variável que indica o tempo que o diretor atua no cargo também foi importante para explicar o desempenho do aluno da região Norte. As estimativas obtidas sugeriram que diretores com mais de 10 anos no cargo contribuíram positivamente para um melhor resultado no SARESP. As variáveis significativas para explicar o desempenho dos alunos das escolas situadas nas regiões Sudeste e Sudoeste do Estado foram similares àquelas identificadas na Capital.

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    Os resultados obtidos nesta pesquisa corroboraram as conclusões de estudos realizados na literatura, obtidas a partir de outras amostras. Andrade e Laros (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008.. Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., Palermo, Silva e Novellino (2014)PALERMO, G. A.; SILVA, D. B. N.; NOVELLINO, M. S. F. Fatores associados ao desempenho escolar: uma análise da proficiência em matemática dos alunos do 5º ano do ensino fundamental da rede municipal do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 31, n. 2, p. 367-394, 2014. DOI: https://doi.org/gxtf.
    https://doi.org/gxtf... +
    , e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
    https://doi.org/fdkq2x... +
    encontraram que as variáveis associadas à defasagem e ao abandono escolar apresentaram efeito negativo sobre a proficiência em matemática do aluno enquanto a escolaridade da mãe e a condição socioeconômica contribuíram positivamente para um resultado melhor. Andrade e Laros (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008. mostraram que a variável que mais afetou negativamente o desempenho escolar dos alunos foi atraso escolar. Os resultados evidenciaram que, a cada aumento de uma unidade na escala de escore padrão de atraso escolar, o desempenho médio dos alunos diminuiu em 10,67 pontos. O fato de o aluno trabalhar também prejudicou seu desempenho. Por outro lado, fazer o dever de casa favorece o aluno a ter um melhor desempenho. Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010. verificaram que, a cada aumento de uma unidade na escala de escore padrão de atraso escolar, o desempenho médio dos alunos diminuiu em 10,10 pontos. Palermo, Silva e Novellino (2014)PALERMO, G. A.; SILVA, D. B. N.; NOVELLINO, M. S. F. Fatores associados ao desempenho escolar: uma análise da proficiência em matemática dos alunos do 5º ano do ensino fundamental da rede municipal do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 31, n. 2, p. 367-394, 2014. DOI: https://doi.org/gxtf.
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    confirmaram que a defasagem escolar diminui o desempenho, de tal forma que os alunos atrasados possuem piores resultados. A defasagem escolar também teve efeito negativo sobre o desempenho do aluno no estudo realizado por Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004.. Em relação à etnia, os resultados do estudo de Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008. e de Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
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    também mostraram que alunos negros e pardos têm desvantagem educacional em relação aos brancos. Assim como encontrado por Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., na presente pesquisa pôde-se observar que as menores diferenças observadas entre as médias em matemática dos alunos brancos e aqueles declarados pardos/mulatos, amarelos/orientais ou indígenas é menor quando comparada com a diferença entre as médias dos alunos brancos e negros.

    +

    Estudos como este buscam obter conhecimento para subsidiar soluções para problemas que são constantes preocupações de todos aqueles que estão envolvidos com o sistema educacional brasileiro. Como apontam Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., a desigualdade observada, no contexto escolar, entre brancos e negros, pardos ou alunos de outras etnias, somente se reduzirá com a implementação de políticas públicas educacionais que busquem, concomitantemente, um equilíbrio entre a eficácia e a equidade na educação e a redução do impacto das questões socioeconômicas do aluno sobre o seu desempenho escolar.

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    Assim, a partir dos resultados alcançados, espera-se ter contribuído com a literatura que aborda a identificação de fatores que impactam o desempenho educacional do aluno e ressaltar a importância de formulação e implementação de políticas públicas voltadas à educação que visem, simultaneamente, melhorar a qualidade do ensino ofertado à sociedade e diminuir o impacto das características socioeconômicas sobre o desempenho do aluno.

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    Referências

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      19 Nov 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      30 Set 2020
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    • +Aceito
      16 Ago 2021
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    +Open-access Análise regional dos resultados do Saresp: uma abordagem com modelos hierárquicos +

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    The local analysis of Saresp results: an approach with hierarchical models

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    + +Sobre o autor +
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    Resumo:

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    O presente estudo investiga os fatores internos e externos à escola, que impactam o desempenho escolar dos alunos. Para tanto, foram utilizadas as notas em matemática, alcançadas no SARESP, pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio das escolas públicas estaduais de São Paulo e as respostas dos questionários aplicados aos pais e às escolas participantes. As escolas foram classificadas em regiões conforme a Diretoria de Ensino a qual pertencem, possibilitando o desenvolvimento de uma análise espacial do desempenho em matemática. Modelos multiníveis foram propostos e as estimativas para os parâmetros foram obtidas via software RStudio. Os resultados mostram que a escolaridade dos pais, a renda familiar e o motivo de o aluno fazer o dever de casa, impactam positivamente o desempenho em matemática. Por outro lado, enquanto a falta de professor prejudica o resultado do aluno, gestores mais experientes têm efeito positivo sobre o desempenho em matemática no SARESP.

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    Palavras-chave:
    Avaliação do rendimento escolar; Proficiência em matemática; Escola pública; SARESP

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    Abstract:

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    This study investigates school-internal and school-external factors that impact on student scholastic performance. Therefore, we used the math performance in SARESP of students in the 3rd grade of high school enrolled in public schools of São Paulo state and their parents' answers to questionnaires administered by participating schools. The schools were classified into regions according to the Board of Education to which they belong, thus enabling a spacial analysis of students’ math performance. Multilevel models were proposed, and the parameters estimates were obtained using RStudio software. Results show that the schooling of parents, family income and the fact that students do their homework positively impact on a student's mathematics performance in SARESP. On the other hand, while the inadequate number of teachers affects student results, more experienced school managers have a positive effect on the performance in mathematics in SARESP.

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    Keywords:
    Evaluation of school performance; Mathematics proficiency; Public school; High school; SARESP

    +
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    Introdução

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    Na avaliação educacional, o desempenho do aluno é considerado a variável indicadora da eficácia deste sistema e é coletado juntamente com informações acerca do contexto escolar e social do indivíduo, as quais tem sido vistas como características de interesse de diversos estudos, tais como Alves e Soares (2008)ALVES, M. T. G.; SOARES, J. F. O efeito das escolas no aprendizado dos alunos: um estudo com dados longitudinais no ensino fundamental. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 527-544, 2008. DOI: https://doi.org/bvc6px.
    https://doi.org/bvc6px... +
    , Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
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    , Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., entre outros. Ao longo da última década, estudos têm revelado evidências empíricas de que o desempenho escolar dos alunos depende não só das habilidades próprias, mas também de fatores que envolvem características sociais, econômicas, culturais e familiares, como aponta o estudo de Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    . Segundo Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., questões desta natureza devem ser consideradas nas avaliações educacionais, uma vez que as desigualdades sociais têm implicações diretas sobre a educação, sugerindo que o desempenho do aluno deve ser contextualizado.

    +

    A avaliação educacional tem a finalidade de fornecer elementos para diagnosticar a situação do sistema educacional de determinado local e, concomitantemente, subsidiar políticas e diretrizes municipal, estadual e nacional, visando a contínua melhoria na qualidade da educação. Nos últimos anos, é perceptível o avanço obtido na área educacional considerando os recursos metodológicos disponíveis e os atuais critérios de avaliação, tais como o Sistema Nacional de Avaliação da Educação Básica (SAEB), o Sistema de Avaliação do Rendimento Escolar do Estado de São Paulo (SARESP) e o Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM).

    +

    Os sistemas de avaliação citados têm revelado um quadro crítico para a educação formal em relação ao desempenho e rendimento escolar do indivíduo. Para obter melhorias na qualidade do ensino e alcançar um sistema educacional eficaz, no qual o aluno aprenda, seja aprovado e conclua a Educação Básica dotado de competências para que seja capaz de armazenar, transformar e aplicar o conhecimento, é necessário que os responsáveis envolvidos nos processos de avaliação educacional entendam, decodifiquem e interpretem, à luz da realidade, os resultados dessas avaliações. Neste sentido, pesquisadores de diversas áreas do conhecimento tem destinado considerável atenção à educação nos últimos anos não somente ao rendimento acadêmico dos alunos, mas também a aspectos humanos, sociais, culturais, éticos e metodológicos.

    +

    Atualmente, o principal interesse está voltado à identificação de fatores, sejam de natureza humana, social, cultural ou ética, que podem atuar sobre o desempenho escolar, ampliando a realização de estudos com investigações acerca da avaliação do impacto de programas educacionais e análises de determinantes do desempenho escolar, tornando-os cada vez mais frequentes na literatura (ANDRADE; LAROS, 2007ANDRADE, J. M.; LAROS, J. A. Fatores associados ao desempenho escolar: estudo multinível com dados do SAEB/2001. Psicologia: teoria e pesquisa, Brasília, v. 23 n. 1, p. 33-42, 2007. DOI: https://doi.org/b7kspt.
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    ; FERRÃO et al.; 2001FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
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    ; SOARES, 2003SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    ; SOARES; ALVES, 2003SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003.). O número crescente de pesquisadores interessados nesta área tem proporcionado um avanço na construção de bancos de dados com informações sobre professores, escolas, alunos e desempenho. Concomitantemente, novas ferramentas estatísticas advindas de avanços teóricos e metodológicos têm tornado os trabalhos mais sofisticados. Merece destaque a difusão da estrutura hierárquica para análise de dados educacionais (GELMAN; HILL, 2006GELMAN, A.; HILL, J. Data analysis using regression and multilevel/hierarchical models. New York: Cambridge University Press, 2006.; GOLDSTEIN, 1995GOLDSTEIN, H. Multilevel statistical models. 2. ed. New York: John Wiley, 1995.; RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

    +

    Buscando contribuir com a literatura no que se refere à investigação de fatores que impactam o desempenho escolar do indivíduo, o presente estudo consiste na utilização de modelos hierárquicos, com dados do SARESP, e apresenta-se estruturado em seções, incluindo esta introdução. A seção dois contém uma breve revisão de literatura com estudos que utilizaram a modelagem hierárquica para identificar fatores atuantes sobre o desempenho educacional. Na seção três, descreve-se o SARESP, incluindo os níveis de proficiência em matemática considerados, e apresenta-se a distribuição dos alunos da rede pública de ensino nas regiões do estado de São Paulo. Os dados considerados neste estudo e os modelos hierárquicos propostos são apresentados na seção quatro. A seção cinco contém os resultados da análise empírica realizada, os quais são também interpretados. Na seção seis, faz-se uma conclusão do presente estudo.

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    Utilização de modelos hierárquicos na avaliação do desempenho educacional

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    Para identificar as variáveis relacionadas ao desempenho escolar, deve-se considerar as estruturas educacionais nas quais os indivíduos estão inseridos, dentre os quais se destacam aqueles relacionados ao ambiente familiar e à disponibilidade e qualidade da infraestrutura e qualidade da escola e seus professores. Neste contexto, como apontam Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. e Goldstein (2001)GOLDSTEIN, H. Modelos de realidade: novas abordagens para a compreensão de processos educacionais. In: FRANCO, C. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 84-99., o desempenho escolar é influenciado por aquilo que o aluno traz consigo, bem como por aquilo que a escola oferece no que se refere ao ensino, infraestrutura e corpo docente. Na mesma direção, Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. afirmam que os fatores que impactam o desempenho cognitivo dos alunos podem ser categorizados em projetos pedagógicos, na estrutura escolar, na família e nas características do próprio aluno. Uma vez que a avaliação educacional proporciona informações que permitem aos educadores identificar práticas que promovem resultados adequados, a mesma é considerada ferramenta útil na melhoria do sistema educacional. Assim, torna-se relevante investigar os fatores que influenciam o desempenho dos alunos com o objetivo de esclarecer o processo de produção das desigualdades educacionais observadas nos resultados das avaliações de larga escala. A identificação destes fatores é de suma importância para a elaboração de políticas públicas que possam melhorar a qualidade da educação brasileira (LAROS; MARCIANO; ANDRADE, 2010LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010.).

    +

    Uma metodologia estatística que pode ser utilizada é a análise de regressão multinível, na qual a estrutura dos dados populacionais é hierárquica e são vistos em multi-estágios desta população. Indivíduos tendem a viver dentro de estruturas organizacionais (família, escolas, igrejas, cidades, estados, países) e, de acordo com Goldstein (2001)GOLDSTEIN, H. Modelos de realidade: novas abordagens para a compreensão de processos educacionais. In: FRANCO, C. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 84-99., a existência de dados hierarquicamente estruturados não é acidental e nem pode ser ignorada. Modelos que incorporam a estrutura de agrupamento dos dados apresentam vantagens, tais como a obtenção de melhores estimativas para os parâmetros relativos às unidades específicas, pois comportam uma equação para cada nível, fazendo, assim, uso de toda a informação presente na amostra de forma eficiente; permitem o uso de variáveis explicativas mensuradas em cada nível da hierarquia, possibilitando a exploração detalhada por meio da formulação e teste de hipóteses relativas a efeitos entre níveis, do impacto e contribuição de cada nível para a variabilidade da variável resposta; consideram uma partição da variância em componentes, ou seja, decompõem a variância total em proporções associadas a cada nível do modelo (RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

    +

    Também conhecidos como modelos de regressão multinível, modelos lineares de coeficientes aleatórios ou randômicos, e modelos lineares mistos, a técnica de modelos hierárquicos tem sido utilizada no Brasil, desde o final dos anos 90, para interpretar e analisar os dados das avaliações educacionais em larga escala, como mostram os estudos de Ferrão et al., (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
    https://cutt.ly/2EU5q7t... +
    , Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., entre outros. Nos estudos de Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
    https://doi.org/gxtc... +
    , Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008., Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    , Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. e de Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
    https://doi.org/fdkq2x... +
    , os resultados indicaram que os alunos masculinos e negros têm desempenho inferior aos demais. Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. constataram que, enquanto a escolaridade do pai impacta positivamente a proficiência do aluno, o efeito da variável defasagem escolar é negativo. Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
    https://cutt.ly/2EU5q7t... +
    realizaram uma pesquisa utilizando modelos hierárquicos de dois níveis – aluno e escola – aplicados aos dados de proficiência em Matemática, Português, Ciências, Geografia e História, de alunos da 4ª série do Ensino Fundamental obtidas no SAEB de 1999. Os modelos propostos foram ajustados para as cinco regiões geográficas brasileiras. Resultados evidenciaram que a condição socioeconômica do aluno é um fator que influencia fortemente o seu desempenho nas disciplinas citadas, assim como é perceptível que os alunos com atraso escolar têm resultados escolares reduzidos quando comparados àqueles que estão na idade adequada para a série. Alunos negros apresentaram desempenho inferior aos demais em todas as regiões geográficas. Os autores verificaram também que as escolas com melhor infraestrutura, segurança e limpeza têm impacto positivo no desempenho dos estudantes e que alunos em turno integral não tem vantagem quando comparados com aqueles de turno parcial.

    +

    A partir de dados obtidos por meio do Sistema Mineiro de Avaliação da Educação Pública (SIMAVE), Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    , Soares e Andrade (2006)SOARES, J. F.; ANDRADE, R. J. Nível socioeconômico, qualidade e equidade das escolas de Belo Horizonte. Ensaio: avaliação e políticas públicas em educação, Belo Horizonte, v. 14, n. 50, p. 107-126, 2006., e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    utilizaram a modelagem multinível para investigar os fatores associados ao desempenho escolar dos alunos. Um resultado comum nestes estudos refere-se ao efeito positivo da condição socioeconômica sobre a proficiência do aluno. Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
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    evidenciaram impacto positivo da escolaridade da mãe sobre o desempenho da turma. Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
    https://doi.org/gxtg... +
    mostrou que cada ano de defasagem escolar produz uma queda de seis pontos na proficiência, e que o fato de o aluno ser do sexo masculino e ser da raça negra produz quedas de nove e 10 pontos, respectivamente, na proficiência. Enquanto a frequência de faltas do professor e a falta de motivação dos alunos produzem queda na proficiência, professores mais dedicados e com mais disponibilidade refletem melhores desempenhos do alunos. Nas turmas em que os alunos fazem o dever de casa, os rendimentos também são mais altos. As estimações realizadas por Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
    https://doi.org/gxtc... +
    corroboram as conclusões de Ferrão et al. (2001)FERRÃO, M. E.; BELTRÃO, K. L.; FERNANDES, C.; SANTOS, D.; SUÁREZ, M.; ANDRADE, A. C. O SAEB – Sistema nacional de avaliação da educação básica: objetivos, características e contribuições na investigação da escola eficaz. Revista Brasileira de Estudos de População, Belo Horizonte, v. 18, n. 1/2, p. 111-130, 2001. Disponível em: https://cutt.ly/2EU5q7t. Acesso em: 20 set. 2021.
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    e Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    ao afirmar que a proficiência prévia e o nível socioeconômico proporcionam melhores desempenhos em matemática e língua portuguesa, alunos do gênero masculino estão em desvantagem sobre o gênero feminino, no que se refere ao aprendizado em leitura, e que alunos negros e alunos com defasagem escolar têm proficiência inferior em ambas as disciplinas.

    +

    Preocupados com as desigualdades raciais no sistema brasileiro de Educação Básica, Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003. utilizaram a abordagem multinível em dois níveis – alunos e escolas – para investigar as diferenças nos desempenhos de alunos discriminados por raça. Analisando dados do SAEB de 2001, os autores observaram que a diferença entre brancos e negros cresce com o aumento, tanto no nível socioeconômico do aluno como no da escola, e é maior na rede privada. A comparação do aluno com os colegas, os recursos culturais que dispõe, o fato de gostar de estudar a disciplina e fazer o dever de casa, são variáveis com impacto positivo sobre o desempenho escolar. Por outro lado, o atraso escolar foi identificado como a variável que mais afetou negativamente o desempenho do aluno, resultado semelhante ao de Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172., Soares (2003)SOARES, T. M. Influência do professor e do ambiente em sala de aula sobre a proficiência alcançada pelos alunos avaliados no Simave-2002. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 28, 2003. DOI: https://doi.org/gxtg.
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    e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
    https://doi.org/fdkq2x... +
    .

    +

    Assim como feito no estudo de Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004., Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
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    verificaram que o nível socioeconômico, a escolaridade do pai e fazer o dever de casa atuam positivamente sobre o desempenho do aluno em Língua Portuguesa. Por outro lado, o atraso escolar e o fato de o aluno trabalhar tem impacto negativo sobre o resultado alcançado pelo aluno. Similarmente, além da escolaridade da mãe, fazer o dever de casa foi uma variável significativa para explicar o desempenho no estudo de Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008.. A identificação dos fatores que afetam o desempenho dos estudantes foi objeto de estudo também de Laros, Marciano e Marciano (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., os quais propuseram um modelo multinível com dados do SAEB de 2001 e consideraram o modelo empírico, apresentado por Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004., com dois níveis, isto é, aluno e escola. De acordo com resultados, a variável que mais afetou o desempenho escolar dos alunos foi o atraso escolar, seguida do gosto por estudar matemática. A quantidade de faltas e o índice de repetência afetaram negativamente o desempenho educacional.

    +

    Considerando a intensa discussão sobre o atual cenário da Educação Básica no Brasil, este trabalho busca trazer contribuição para a discussão por meio da implementação de uma abordagem ainda não utilizada, isto é, analisando os resultados do Saresp, conforme as regiões do estado de São Paulo.

    +

    Níveis regionais de proficiência em matemática no Saresp de 2013

    +

    É pauta frequente nas escolas a realização de avaliações externas do desempenho educacional dos alunos. O estado de São Paulo, além de participar das avaliações nacionais, promove o Sistema de Avaliação do Rendimento Escolar do Estado de São Paulo – SARESP, proposta pela Secretaria da Educação, o qual assegura a identidade de um processo avaliativo orientado por uma matriz de referência estabelecida de acordo com o Currículo de São Paulo. Os resultados desta avaliação, alcançados ao longo das contínuas edições, têm fornecido informações sobre o aprendizado dos alunos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio, da rede pública e privada de ensino, proporcionando um acompanhamento da evolução do desempenho e dos fatores que influenciam a qualidade do ensino (SÃO PAULO, 2013SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2013 – matemática. São Paulo, 2013.).

    +

    Com a finalidade de fornecer informações consistentes sobre a situação da escolaridade na rede pública de ensino do estado de São Paulo, capazes de orientar os gestores no monitoramento das políticas voltadas à melhoria da qualidade do ensino, o SARESP passou a vigorar em 1996 e, atualmente, envolve todos os alunos do 3º, 5º, 7º e 9º anos do Ensino Fundamental e da 3ª série do Ensino Médio, contemplando as áreas de Língua Portuguesa, com prova de Leitura e de Redação, Matemática, Ciências e Ciências da Natureza, caracterizadas por Biologia, Física e Química. Participam desta avaliação escolas estaduais e municipais, particulares e também as Escolas Técnicas Estaduais (ETE), administradas pelo Centro Educacional Tecnológico Paula Souza e vinculadas à Secretaria Estadual de Desenvolvimento do estado de São Paulo. A avaliação do desempenho dos alunos está apoiada no Currículo de São Paulo, o qual faz referência aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) e também aos pressupostos teóricos que estão na base da criação do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), na Matriz de Referência para Avaliação e em Metodologias estatísticas para planejamento, coleta e análise dos resultados.

    +

    Para a disciplina de Matemática, as competências estão definidas na Matriz de Referência para Avaliação (SÃO PAULO, 2011SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2011 – matemática. São Paulo, 2011.). A partir das expectativas de aprendizagem quanto ao conteúdo, competências e habilidades, estabelecidas para cada ano/série da disciplina no Currículo de São Paulo, os pontos da escala do SARESP são agrupados em níveis de proficiência. No nível Abaixo do Básico, cuja pontuação é menor que 275, encontram-se alunos que demonstram domínio insuficiente dos conteúdos, competências e habilidades desejáveis para o ano/série em que se encontram. Ao nível Básico está associada uma pontuação igual ou acima de 275 e abaixo de 350 pontos e compreende os alunos que demonstram domínio mínimo dos conteúdos, competências e habilidades, mas possuem estruturas necessárias para interagir com a proposta curricular no ano/série subsequente. No nível Adequado, no qual estão os alunos com domínio pleno do conteúdo, competências e habilidades desejáveis para a série em que se encontram, a pontuação correspondente é igual ou acima de 350 e abaixo de 400 pontos. No nível Avançado estão os alunos que alcançaram pontuação igual ou superior a 400 pontos e que demonstram conhecimentos e domínio dos conteúdos, competências e habilidades acima do requerido na série em que se encontram. Combinados com seus intervalos de pontuação, os níveis de proficiência são classificados em um de três grupos, a saber: Insuficiente, Suficiente e Avançado. Os níveis Básico e Adequado são classificados como Suficientes. De acordo com a pontuação obtida na prova de Matemática, o aluno é classificado em um dos níveis de proficiência, ressaltando que o padrão de desempenho esperado pelo SARESP é o Adequado.

    +

    A realização do SARESP envolve alunos, pais de alunos, escolas, diretores, coordenadores, professores de disciplinas diversas, aplicadores e fiscais, e utiliza-se de dois instrumentos de avaliação, sendo o primeiro caracterizado pela aplicação de provas em dois dias, e o segundo correspondendo à a aplicação de questionários direcionados a pais e alunos, diretores, professores coordenadores e professores dos anos iniciais do Ensino Fundamental, de Língua Portuguesa, Matemática, Ciências e Ciências da Natureza (SÃO PAULO, 2013SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Relatório pedagógico: SARESP 2013 – matemática. São Paulo, 2013.). É importante considerar fatores individuais e familiares dos alunos, uma vez que os mesmos interferem no seu aprendizado, e também fatores associados à gestão escolar, os quais atuam significativamente sobre o desempenho escolar do aluno, como mostram Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010..

    +

    Para identificar os fatores internos e externos à escola, atuantes na escolarização do indivíduo, foram considerados dados coletados pelo SARESP, na edição de 2013, referentes à nota em Matemática dos alunos da 3ª série do Ensino Médio, matriculados na rede pública estadual de ensino, e também às respostas dos pais dos alunos, dos coordenadores e diretores das escolas participantes da avaliação. Alunos cujos pais e/ou escolas (coordenadores e diretores) não responderam o questionário, foram excluídos da amostra de dados. A classificação da escolas em regiões deu-se conforme a Diretoria de Ensino a qual pertencem, apresentadas no quadro 1.

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    +Quadro 1
    Diretorias de Ensino alocadas às regiões do estado de São Paulo
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    Na edição do SARESP de 2013 foram inscritos 253.845 alunos distribuídos nas escolas estaduais de São Paulo. Após eliminar as respostas vazias e os alunos cujos pais, coordenadores e diretores das escolas, não responderam às questões de interesse para a presente pesquisa, restaram 106.120 alunos. Deste total, 43.564 são da Capital, 18.062 do Centro, 3.542 do Litoral, 6.959 da região NE, 7.026 do NO, 9.095 do N, 8.754 do SE e 9.118 da região SO.

    +

    Depois de agrupar as observações nas regiões do Estado, foram calculados os percentuais de alunos classificados em cada um dos níveis de proficiência em matemática, conforme resultado obtido na avaliação em 2013, os quais são mostrados na tabela 1.

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    +Tabela 1
    Percentual de alunos, por região, nos níveis de proficiência em matemática
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    É possível observar que os maiores percentuais de alunos classificados no pior nível de proficiência, isto é, no Abaixo do Básico, foram registrados nas regiões Capital, Litoral e Sudoeste, de tal forma que, nas duas primeiras, os percentuais foram superiores a 55,5% dos alunos e na terceira foi próxima de 47,5%. Estes alunos alcançaram médias abaixo de 275 pontos, conforme critério estabelecido por este sistema de avaliação, e mostraram domínio insuficiente dos conteúdos, competências e habilidades desejáveis para a série em que se encontram, isto é, são incapazes de lidar com atividades como interpretação, construção de tabelas e gráficos, a partir de dados obtidos em pesquisas por amostras estatísticas.

    +

    Nas demais regiões, a maioria dos alunos classificou-se no nível Básico de proficiência em matemática, com percentuais entre 47,4 (na região Sudeste) e 49,3 (nas regiões Centro e Noroeste), os quais demonstram domínio mínimo dos conteúdos, competências e habilidades, mas que possuem estruturas necessárias para interagir com a proposta curricular no ano/série subsequente. A região Noroeste (NO) abarcou o maior percentual de alunos com notas correspondentes ao intervalo de pontuação do nível Adequado, com quase 9%, seguido pela região Norte, com 7,4%. Os menores valores neste nível de proficiência em matemática foram alcançados pelos alunos matriculados nas escolas públicas pertencentes às regiões Litoral e Capital, cujos percentuais foram, respectivamente, iguais a 3 e 3,8. A tabela 1 mostra ainda que a região Noroeste também registrou o maior percentual de alunos no nível Avançado de proficiência, com um valor próximo de 1%, contemplando, portanto, a maioria dos alunos capazes de identificar, calcular e resolver problemas relacionados com áreas, funções, equações, logaritmos, sistemas lineares, proporcionalidade, referencial cartesiano, contagem, progressões e trigonometria. Nas demais regiões, o percentual de alunos neste nível variou entre 0,2 (Capital, Litoral e Nordeste (NE)) e 0,4 (Norte).

    +

    Os percentuais de alunos mostrados na tabela 1, explicitam um quadro crítico da Educação Básica ofertada no estado de São Paulo, uma vez que, em nenhuma das regiões se pôde observar a maior parte dos alunos no nível Adequado de proficiência, o qual é o desejado pela avaliação.

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    Dados e modelos hierárquicos

    +

    Os dados utilizados no presente estudo correspondem às notas da prova de matemática obtidas pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio da rede pública estadual de ensino e as respostas dadas nos questionários aplicados aos pais dos alunos e às escolas participantes do SARESP de 2013. Tais informações foram disponibilizadas pela Coordenadoria de Informação, Monitoramento e Avaliação Educacional (CIMA) da Secretaria Estadual de Educação de São Paulo (SEE/SP). Devido à quantidade de questões dispostas nos questionários do SARESP – 31 de alunos, 31 de pais dos alunos, 108 para coordenadores e 105 para diretores – inicialmente, fez-se uma seleção destacando aquelas consideradas relevantes para a pesquisa em questão, pautandose na literatura sobre a modelagem multinível, identificando as variáveis comumente utilizadas especificamente nos estudos descritos previamente.

    +

    A partir dos estudos citados na seção dois, as questões apresentadas no quadro 2 foram selecionadas para a elaboração dos modelos hierárquicos de dois níveis, contendo variáveis associadas aos alunos – nível 1, e às escolas – nível 2. Tais questões são todas qualitativas e, portanto, fez-se necessário categorizá-las para a realização da modelagem. A categorização utilizada e a codificação (nomenclatura atribuída nos modelos propostos) de cada variável selecionada é mostrada no mesmo quadro.

    +

    Após a categorização das variáveis selecionadas e, ainda, para medir a significância das mesmas sobre o desempenho em matemática, regressões lineares múltiplas foram consideradas para cada uma das regiões. Concomitantemente, utilizou-se o método Step wise como critério de seleção do modelo que mais adequadamente explica os dados analisados.

    +

    Seguindo os passos de modelagem multinível propostos por Hox (2002)HOX, J. Multilevel analysis: techniques and applications. Mahwah: Lawrence Erlbaum, 2002., inicialmente, foi estimado o modelo nulo, o qual exerce papel fundamental no estudo da distribuição da variância total da variável resposta pelos níveis da hierarquia. É por meio do modelo nulo que o efeito da escola sobre a proficiência do aluno é estimado.

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    +Quadro 2
    Questões selecionadas a partir dos questionários do SARESP
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    Supondo que o subscrito i corresponda ao aluno e o subscrito j represente a escola e, considerando a existência de J escolas, j = 1,..., J, cada uma delas com nj alunos, i = 1, ..., nj , tem-se que o modelo nulo pode ser especificado como na expressão (1).

    +
    +
    + yij=β0j+eijβ0j=γ00+u0j +
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    em que yij é a variável resposta (proficiência em matemática) do i-ésimo aluno na j-ésima escola. Assume-se que eij ~ N(0,σ2) e u0j ~ N(0,τ00), e independência entre o efeito fixo e os efeitos aleatórios, bem como entre os efeitos aleatórios. De acordo com o modelo nulo, a proficiência do aluno i que estuda na escola j é definida pelo intercepto β0j e pelo termo do erro, eij. O intercepto β0j, que representa um efeito específico da escola j sobre a proficiência em matemática do aluno, é dado pela soma de y00 e u0j, os quais indicam, respectivamente, a média global da proficiência em matemática dos alunos da 3ª série do Ensino Médio - portanto, um efeito fixo - e o afastamento da proficiência média em matemática da escola j à média global, y00. Ainda no modelo nulo dado na expressão (1), a primeira linha caracteriza o nível 1, a qual tem associado um termo aleatório representado por eij, cuja variância indica a variabilidade dentro das escolas; a segunda linha é o nível 2, para a qual u0j representa o efeito aleatório, do qual a variância indica a variabilidade entre as escolas. Então, a variância da proficiência em matemática está decomposta na variância entre as escolas (τ00) e dentro (ou intra) escolas (σ2) e, por isso, o modelo com apenas o intercepto aleatório é chamado modelo de componentes da variância. Com as estimações das variâncias dentro das escolas e entre as escolas, pode-se calcular o coeficiente de correlação intra-escolar (ICC), o qual mede a proporção da variância entre as escolas face à variância total da variável resposta, possibilitando medir a magnitude do efeitoescola, isto é, a heterogeneidade dos resultados escolares entre as escolas. O ICC varia de zero a um e é calculado por meio da razão (2) (GOLDSTEIN, 1995GOLDSTEIN, H. Multilevel statistical models. 2. ed. New York: John Wiley, 1995.; RAUDENBUSH; BRYK, 2002RAUDENBUSH, S. W.; BRYK, A. S. Hierarchical linear models: applications and data analysis methods. Thousand Oaks: Sage, 2002.).

    +
    +
    + ρ=τ00τ00+σ2,0ρ1. +
    +
    +

    A tabela 2 mostra os valores da correlação intra-classe em cada uma das regiões do Estado, a qual sugere que o maior percentual da variabilidade da proficiência em matemática dos alunos que estão associados à variabilidade das escolas é observado na região NO, onde o ICC foi de quase 9%.

    +
    + +
    +Tabela 2
    Valores do ICC para cada região do Estado
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    +
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    Na região Sudeste (SE), foi observado o menor percentual, igual a 6,6%. Os valores mostrados na tabela 2 são baixos comparados àqueles obtidos nos estudos de Barbosa e Fernandes (2001)BARBOSA, M. E. F.; FERNANDES, C. A escola brasileira faz diferença?: uma investigação dos efeitos da escola na proficiência em matemática dos alunos da 4ª série. In: CRESO, F. (org.). Avaliação, ciclos e promoção na educação. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 155-172., Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008. e Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., respectivamente, iguais a 37%, 26%, 43% e 33%. Embora Lee (2001)LEE, V. E. What are multilevel questions, and how might we explore them with quantitative methods? Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, n. 24, p. 31-68, 2001. afirme que uma correlação intra-classe abaixo de 10% indique que a suposição de independência é válida e, portanto, a análise multinível seria desnecessária, Woltman et al., (2012)WOLTMAN, H.; FELDSTAIN, A.; MACKAY, J. C.; ROCCHI, M. An introduction to hierarchical linear modeling. Tutorials in Quantitative Methods for Psychology, Ottawa, Canada, v. 8, n. 1, p. 52-69, 2012. DOI: https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052.
    https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052... +
    argumenta que, mesmo não existindo um ponto de corte acerca do valor da correlação intra-classe, é válido testar a significância da variabilidade entre as escolas, ou então para valores muito baixos do ICC, a análise multinível pode produzir resultados não muito diferentes daqueles que seriam obtidos se uma análise de regressão fosse utilizada.

    +

    Baixos valores para o ICC tornam conveniente testar a significância da variabilidade entre as escolas, conforme proposto por Bliese (2016)BLIESE, P. Multilevel modeling in R (2.6): a brief introduction to R, the multilevel package and the nlme package. In: R DEVELOPMENT CORE TEAM. An introduction to R. [S. l.: s. n.], 2016. Disponível em: https://cutt.ly/ZEIuKIc. Acesso em: 3 fev. 2017.
    https://cutt.ly/ZEIuKIc... +
    . O autor argumenta que, além de calcular o ICC, é importante determinar a significância da variância τ00 e, para isso, sugere comparar o resultado da Deviance, calculada por –2logverossimilhança, para dois modelos, um contendo o intercepto e o outro sem o intercepto. Uma diferença significativa nos valores da Deviance sugere a existência de variação relevante no intercepto em termos de proficiência em matemática entre as escolas e, portanto, há evidência para considerar o modelo que contém o intercepto. Tal critério sugere como mais adequado o modelo com a menor Deviance (BLIESE, 2016BLIESE, P. Multilevel modeling in R (2.6): a brief introduction to R, the multilevel package and the nlme package. In: R DEVELOPMENT CORE TEAM. An introduction to R. [S. l.: s. n.], 2016. Disponível em: https://cutt.ly/ZEIuKIc. Acesso em: 3 fev. 2017.
    https://cutt.ly/ZEIuKIc... +
    ). Laros e Marciano (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008., Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010. e Woltman et al. (2012)WOLTMAN, H.; FELDSTAIN, A.; MACKAY, J. C.; ROCCHI, M. An introduction to hierarchical linear modeling. Tutorials in Quantitative Methods for Psychology, Ottawa, Canada, v. 8, n. 1, p. 52-69, 2012. DOI: https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052.
    https://doi.org/10.20982/tqmp.08.1.p052... +
    utilizaram teste semelhante para investigar a existência de variação significativa no intercepto do modelo.

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    Com o intuito de verificar qual dos modelos está mais adequado aos dados utilizados, ou seja, quais variáveis explicam a maior variabilidade contida na proficiência em matemática dos alunos avaliados, uma seleção de modelos foi realizada considerando o Critério de Informação de Akaike (AIC). O passo seguinte é considerar as variáveis significativas associadas à escola (nível 2). Novamente, faz-se uma seleção de modelos utilizando o critério AIC para obter o modelo hierárquico final. Considerando os modelos selecionados em cada região, estimativas foram obtidas via software RStudio, e são apresentadas e interpretadas na seção seguinte.

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    Resultados

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    As estimativas para os parâmetros dos modelos citados na seção anterior são apresentadas na tabela 3, a qual indica também o nível de significância de cada valor obtido. O intercepto indica a média em matemática dos alunos, no SARESP de 2013, quando todas as variáveis forem iguais a zero, evidenciando que na região Litoral foi registrada a média mais alta e na região Sudeste (SE), a mais baixa. De acordo com os níveis de proficiência estabelecidos pelo SARESP, ambas as regiões se classificaram no nível Abaixo do Básico (AB), embora a região Litoral tenha ficado próxima de classificarse no nível Básico (BA), cuja pontuação mínima é 275 pontos. Em todas as regiões, as variáveis associadas à etnia do pai e da mãe desempenharam papel significativo sobre o desempenho em matemática do filho, alcançado na edição de 2013 do SARESP. Os valores mostrados indicam que a cor do pai influenciou o desempenho escolar do filho em todos os anos, no sentido de que, filhos de pais que se declararam brancos, alcançaram notas maiores. Pais e mães que se declararam negros ou de outras etnias (pardos/mulatos, amarelos/orientais ou indígenas) tiveram efeitos negativos sobre a média do filho, uma vez que todas as estimativas obtidas para as variáveis corp0, corp2, corm0 e corm2 foram negativas. Maiores perdas são observadas nas regiões SE e Sudoeste (SO), nas quais os alunos filhos de mães negras tiveram reduções, respectivamente, de 11 e 10,5 pontos na média, comparados aos demais alunos.

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    Uma justificativa para o desempenho mais baixo dos alunos filhos de pais e mães que se declararam negros é pautada, segundo o INEP (2003)INEP. Piora na qualidade do ensino afeta mais estudantes negros. Inep Notícias, Brasília, 14 jul. 2003. Disponível em https://cutt.ly/IEPIiAA. Acesso em: 11 abr. 2021.
    https://cutt.ly/IEPIiAA... +
    , na entrada mais tardia dos negros na economia, devido aos pais com menores níveis de escolaridade.

    +

    Outra explicação para a diferença no desempenho ao comparar alunos brancos e negros, pardos ou outras etnias, de acordo com o INEP (2003)INEP. Piora na qualidade do ensino afeta mais estudantes negros. Inep Notícias, Brasília, 14 jul. 2003. Disponível em https://cutt.ly/IEPIiAA. Acesso em: 11 abr. 2021.
    https://cutt.ly/IEPIiAA... +
    , está associada ao racismo, o qual se faz ainda presente na sociedade brasileira. Atitudes e comportamentos racistas afetam a auto-estima dos alunos e causa prejuízos no desempenho educacional, o que traz, como consequência, um aumento da desigualdade no sistema de ensino.

    +

    Na Capital, devido ao caráter aleatório da variável que indica a etnia do pai, pode-se afirmar que, sobre a média das escolas, espera-se uma redução de sete pontos na nota do aluno se o pai for negro, e de três pontos se o pai for de outra etnia. Mães que não trabalham influenciaram positivamente o desempenho do aluno nas regiões Capital, Centro e Norte. O mesmo foi observado em relação aos pais apenas na região SE. As estimativas apresentadas na tabela 3 mostram que a escolaridade do pai e da mãe atuou de maneira significativa sobre o desempenho do filho em todas as regiões do estado de São Paulo, evidenciando que mais anos de estudo do pai e da mãe proporcionaram ao aluno melhores resultados no SARESP de 2013. Neste sentido, destacam-se os acréscimos nas médias dos alunos matriculados nas escolas pertencentes à região Nordeste, cujas mães têm nível de instrução correspondente ao Ensino Médio e Ensino Superior, ambos completos ou incompletos, os quais foram próximos de 21 pontos, comparados aos alunos filhos de mães que estudaram até o Ensino Fundamental.

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    +Tabela 3
    Estimativas para os parâmetros dos modelos hierárquicos, por região
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    Fazer a lição de casa também auxilia o aluno a alcançar notas mais altas em matemática. A tabela 3 mostra ainda variâncias significativas associadas às variáveis lic_casa, rendaf1 e escm, nas regiões NE, SE e SO, respectivamente, indicando que o fato de fazer o dever de casa, ter renda familiar acima de R$ 2.126 e mães com mais anos de estudo impactaram de maneiras distintas o desempenho em matemática dos alunos matriculados em diferentes escolas. A variância significativa associada à variável lic_casa1, na região NE, indica que o fato de o aluno fazer o dever de casa impactou, de maneiras distintas, o desempenho em matemática no SARESP de 2013, dos alunos pertencentes a esta região em diferentes escolas.

    +

    Associadas ao nível 2 (escola), as variáveis significativas para o desempenho do aluno foram aquelas que indicaram se o coordenador exerceu outra atividade remunerada, se a escola possui algum projeto voltado à redução das taxas de abandono e reprovação, se faltaram professores para alguma disciplina, o tipo da principal atividade do diretor, assim como o tempo que atua no cargo. Nas escolas situadas na Capital do Estado, em que o coordenador não tem outras atividades remuneradas e, cujo diretor atua no cargo há mais de 10 anos, contribuíram positivamente para o desempenho do aluno. Por outro lado, escolas com projetos voltados à redução das taxas de abandono e reprovação tiveram impacto negativo sobre as médias em matemática obtidas pelos alunos da 3ª série do Ensino Médio no SARESP de 2013.

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    Conclusão

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    Embora esteja em vias de desenvolvimento no Brasil, a avaliação educacional em larga escala tem se mostrado importante nas últimas décadas, constituindo-se como ferramenta para auxiliar a identificação de fatores atuantes sobre o desempenho escolar do aluno. Nos últimos 20 anos, aproximadamente, os sistemas de avaliação tiveram, como objetivo prioritário, encontrar mecanismos que oferecessem melhorias, de maneira eficaz e eficiente, na qualidade do ensino ofertado na sociedade. Por sua vez, a avaliação educacional tem a finalidade de fornecer elementos que permitam diagnosticar a situação do sistema de ensino de determinado local e, concomitantemente, subsidiar políticas e diretrizes adequadas no contexto municipal, estadual e nacional, visando a contínua melhoria na qualidade da educação. Como apontam Alves e Soares (2008)ALVES, M. T. G.; SOARES, J. F. O efeito das escolas no aprendizado dos alunos: um estudo com dados longitudinais no ensino fundamental. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 527-544, 2008. DOI: https://doi.org/bvc6px.
    https://doi.org/bvc6px... +
    , os estudos que consideram modelos hierárquicos para dados educacionais, realizados no Brasil, mostraram que existe uma significativa variação entre as escolas, mas que a variabilidade observada entre os alunos é sempre maior. Comparado a países industrializados, a variabilidade existente entre as escolas brasileiras costuma ser maior devido à segmentação no sistema educacional.

    +

    Considerando as observações agrupadas por regiões do Estado, definidas a partir da Diretoria de Ensino a qual pertence a escola, estimativas foram obtidas por região, utilizando o software RStudio. Para a região denominada Capital, pôdese observar que a etnia, a escolaridade do pai e da mãe e a renda familiar foram significativas para explicar o desempenho do aluno na edição do SARESP de 2013, sugerindo que alunos filhos de pai e mãe brancos, com mais anos de estudo e com renda familiar acima de R$ 2.126 alcançaram médias em matemática superiores aos demais alunos. O efeito de mães que não trabalham (aposentada, desempregada ou em outra situação) sobre o desempenho do filho foi positivo.

    +

    Associadas às escola, aquelas que possuem projetos voltados à redução da taxa de abandono, tiveram impacto negativo sobre o desempenho do aluno e, aquelas nas quais o diretor atua no cargo há mais de 10 anos, contribuíram positivamente para o resultado do aluno pertencente às escolas da região Capital. Comportamento similar foi observado quando os resultados dos alunos matriculados nas escolas da região Centro do Estado foram analisados. Na região Litoral, a escolaridade da mãe foi a que mais impactou o resultado do aluno no SARESP de 2013. Em relação às variáveis da escola, pouca significância foi observada para explicar o desempenho do aluno. Destacaram-se como relevantes e com impacto positivo sobre o desempenho dos alunos pertencentes à região Nordeste do Estado, a etnia da mãe e a escolaridade do pai e da mãe, evidenciando que filhos de mães declaradas brancas e com pai e mãe com níveis mais altos de instrução tiveram desempenho melhor, quando comparados aos demais alunos. Nesta região, na maior parte do período analisado, as escolas em que ocorre o problema associado à falta de professor para alguma disciplina tiveram impacto negativo sobre o desempenho do aluno e aquelas em que o diretor atua no cargo há mais de 10 anos atuou positivamente. Tiveram efeito positivo também sobre o desempenho em matemática o fato de o aluno não ter defasagem escolar, fazer o dever de casa e não ter trabalhado no Ensino Médio. A variável que indica o tempo que o diretor atua no cargo também foi importante para explicar o desempenho do aluno da região Norte. As estimativas obtidas sugeriram que diretores com mais de 10 anos no cargo contribuíram positivamente para um melhor resultado no SARESP. As variáveis significativas para explicar o desempenho dos alunos das escolas situadas nas regiões Sudeste e Sudoeste do Estado foram similares àquelas identificadas na Capital.

    +

    Os resultados obtidos nesta pesquisa corroboraram as conclusões de estudos realizados na literatura, obtidas a partir de outras amostras. Andrade e Laros (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008.. Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010., Palermo, Silva e Novellino (2014)PALERMO, G. A.; SILVA, D. B. N.; NOVELLINO, M. S. F. Fatores associados ao desempenho escolar: uma análise da proficiência em matemática dos alunos do 5º ano do ensino fundamental da rede municipal do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 31, n. 2, p. 367-394, 2014. DOI: https://doi.org/gxtf.
    https://doi.org/gxtf... +
    , e Soares e Mendonça (2003)SOARES, T. M.; MENDONÇA, M. C. Construção de um modelo de regressão hierárquico para os dados do Simave-2000. Pesquisa Operacional, Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, p. 421-441, 2003. DOI: https://doi.org/fdkq2x.
    https://doi.org/fdkq2x... +
    encontraram que as variáveis associadas à defasagem e ao abandono escolar apresentaram efeito negativo sobre a proficiência em matemática do aluno enquanto a escolaridade da mãe e a condição socioeconômica contribuíram positivamente para um resultado melhor. Andrade e Laros (2008)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. Análise multinível aplicada aos dados do NELS:88. Estudos em Avaliação Educacional, São Paulo, v. 19, n. 40, p. 263-278, 2008. mostraram que a variável que mais afetou negativamente o desempenho escolar dos alunos foi atraso escolar. Os resultados evidenciaram que, a cada aumento de uma unidade na escala de escore padrão de atraso escolar, o desempenho médio dos alunos diminuiu em 10,67 pontos. O fato de o aluno trabalhar também prejudicou seu desempenho. Por outro lado, fazer o dever de casa favorece o aluno a ter um melhor desempenho. Laros, Marciano e Andrade (2010)LAROS, J. A.; MARCIANO, J. L. P. ; ANDRADE, J. M. Fatores que afetam o desempenho na prova de matemática do SAEB: um estudo multinível. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 9, n. 2, p. 173-186, 2010. verificaram que, a cada aumento de uma unidade na escala de escore padrão de atraso escolar, o desempenho médio dos alunos diminuiu em 10,10 pontos. Palermo, Silva e Novellino (2014)PALERMO, G. A.; SILVA, D. B. N.; NOVELLINO, M. S. F. Fatores associados ao desempenho escolar: uma análise da proficiência em matemática dos alunos do 5º ano do ensino fundamental da rede municipal do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 31, n. 2, p. 367-394, 2014. DOI: https://doi.org/gxtf.
    https://doi.org/gxtf... +
    confirmaram que a defasagem escolar diminui o desempenho, de tal forma que os alunos atrasados possuem piores resultados. A defasagem escolar também teve efeito negativo sobre o desempenho do aluno no estudo realizado por Jesus e Laros (2004)JESUS, G. R.; LAROS, J. A. Eficácia escolar: regressão multinível com dados de avaliação em larga escala. Avaliação Psicológica, Campinas, v. 3, n. 2, p. 93-106, 2004.. Em relação à etnia, os resultados do estudo de Riani e Rios-Neto (2008)RIANI, J. R. L.; RIOS-NETO, E. L. G. Background familiar versus perfil escolar do município: qual possui maior influência no resultado educacional dos alunos brasileiros? Revista Brasileira de Estudos Populacionais, Rio de Janeiro, v. 25, n. 2, p. 251-269, 2008. e de Brooke et al. (2014)BROOKE, N.; FERNANDES, N. S.; MIRANDA, I. P. H.; SOARES, T. M. Modelagem do crescimento da aprendizagem nos anos iniciais com dados longitudinais da pesquisa GERES. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 40, n. 1, p. 77-94, 2014. DOI: https://doi.org/gxtc.
    https://doi.org/gxtc... +
    também mostraram que alunos negros e pardos têm desvantagem educacional em relação aos brancos. Assim como encontrado por Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., na presente pesquisa pôde-se observar que as menores diferenças observadas entre as médias em matemática dos alunos brancos e aqueles declarados pardos/mulatos, amarelos/orientais ou indígenas é menor quando comparada com a diferença entre as médias dos alunos brancos e negros.

    +

    Estudos como este buscam obter conhecimento para subsidiar soluções para problemas que são constantes preocupações de todos aqueles que estão envolvidos com o sistema educacional brasileiro. Como apontam Soares e Alves (2003)SOARES, J. F.; ALVES, M. T. G. Desigualdades raciais no sistema brasileiro de educação básica. Educação e Pesquisa, São Paulo, v. 29, n. 1, p. 147-165, 2003., a desigualdade observada, no contexto escolar, entre brancos e negros, pardos ou alunos de outras etnias, somente se reduzirá com a implementação de políticas públicas educacionais que busquem, concomitantemente, um equilíbrio entre a eficácia e a equidade na educação e a redução do impacto das questões socioeconômicas do aluno sobre o seu desempenho escolar.

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    Assim, a partir dos resultados alcançados, espera-se ter contribuído com a literatura que aborda a identificação de fatores que impactam o desempenho educacional do aluno e ressaltar a importância de formulação e implementação de políticas públicas voltadas à educação que visem, simultaneamente, melhorar a qualidade do ensino ofertado à sociedade e diminuir o impacto das características socioeconômicas sobre o desempenho do aluno.

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    Referências

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      19 Nov 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      30 Set 2020
    • +
    • +Aceito
      16 Ago 2021
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    +Diabetes and COVID-19: What we learned from the two ongoing pandemics +

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    + Maria Teresa da Costa Gonçalves Torquato Gil Cunha De Santis Maria Lucia Zanetti About the authors +
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    The pandemic due to COVID-19, an infection caused by the SARS-CoV-2 coronavirus initiated in Wuhan(China) in 2019, overlapped with a pre-existing pandemic, that of Type2 Diabetes Mellitus(DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). The literature shows that DM2 represents a risk factor for the unfavorable evolution of COVID-19, as well as for contracting the disease, which means greater susceptibility to the virus. It was also shown that diabetic patients with good control presented more favorable evolutions when compared to those not controlled(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ).

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    The UK Prospective Diabetes Study(UKPDS) showed that DM2 control prevents chronic complications(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). In view of COVID-19, new knowledge reiterates the importance of controlling DM2, now focusing on preventing the severe form of an acute infectious disease.

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    DM2 is defined by changes in glucose homeostasis and by a chronic inflammation condition, but it also induces changes in the immune system, making the patient affected by this disease more susceptible to infections, including those caused by viruses such as SARS-CoV-2. DM2 also causes activation of the renin-angiotensin-aldosterone system and endothelial damage, with a consequent increase in the risk of thrombosis. However, COVID-19 is a disease that can cause hyperinflammation and has been associated with an increased risk of occurrence of thromboembolic phenomena, especially pulmonary thromboembolism, more frequently observed in patients with severe pneumonia admitted to intensive care units(ICUs)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). The reasons for the association between DM2 and COVID-19 are as follows: lower functional reserve of organs caused by DM2, which can go unnoticed under normal circumstances, but comes to light as soon as a challenge of such magnitude as COVID-19 arises(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). It is to be noted that the chronic inflammatory disease caused by DM2 is superimposed by the inflammation resulting from COVID-19, which then has its consequences greatly amplified.

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    In addition to the aforementioned aspects, DM2 is associated with other clinical conditions such as obesity, hypertension, coronary artery disease and chronic kidney disease, which are risk factors for the development of the severe form of COVID-19. Acute renal failure has been commonly observed in patients admitted to ICUs, especially in those with DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    COVID-19 has caused significant sequelae, mainly in patients affected by the severe form of this disease, such as those who required mechanical ventilation. Apparently, sequelae are seen more frequently, and in a more severe form, in patients with DM2. The explanation would be linked to the lower functional reserve of the organs, in addition to an acute injury of greater magnitude, possibly caused by hyperinflammation. It remains to be determined whether the group of patients who survived COVID-19 will not have their DM2 condition worsened, as, in fact, seems to be the case. COVID-19 affects the pancreas, which could cause loss of beta cells, with possible worsening of DM2, for example, with the need to administer insulin, or require higher doses of oral antidiabetics. In addition, it does not seem unreasonable to us to assume that the diabetes complications may appear earlier and more severely.

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    In view of the COVID-19 pandemic, the health services initially closed their schedules for routine in-person appointments, recommending that patients with diabetes maintained social isolation, in addition to adopting other protective measures, such as use of masks and of alcohol gel. There was a need to restructure the services, organize schedules and the waiting room, regulate teleconsultation and train health professionals to provide safe care to patients with and without flu symptoms(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). The pandemic has conclusively shown a chronic problem in the health services, that is, the need for multidisciplinary care for patients with diabetes.

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    Given the seasonality of viral diseases, vaccination against influenza was accelerated. Special attention must be given to the vaccination schedule of patients with DM2 for pneumonia(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) and COVID-19 in accordance with the current protocols. It is to be noted that there is still no consensus on the tests to assess the immunization degree in people vaccinated for COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Considering the importance of good blood glucose control for lower susceptibility and better evolution of COVID-19 in people with diabetes, it is fundamental to intensify blood glucose monitoring for both asymptomatic individuals and more rigorously for those with flu symptoms or during an acute decompensation episode(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ) .

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    Healthy eating(avoiding ultra-processed foods, for example) is recommended(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Increasing consumption of industrially unprocessed vegetables, reducing the intake of food products characterized as fastfood and adopting habits such as adequate hydration should be encouraged. There are still no consistent data showing that dietary supplements can contribute to COVID-19 prevention and treatment.

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    Physical activity must be encouraged and adapted to the new context, as it regulates and strengthens the immune system of patients with diabetes, in addition to cardiovascular benefits and stress reduction(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Walking, reducing the time in a sitting position, practicing guided activities(in-person or virtually) outdoors, and adhering to the protocol for COVID-19 prevention can be considered safe measures. Performing lower limb and breathing exercises at home should be encouraged.

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    In relation to the COVID-19 diagnosis, it is important to reinforce the importance of not performing tests without a medical request and not taking medications without the guidance of a health professional; seeking early medical assistance in services structured to treat the disease; keeping prescribed medications to control diabetes; and remembering that therapeutic changes may be necessary.(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Serious situations can require hospitalization, so that management of hospitalized patients with DM2, which was already a challenge before COVID-19, has had its importance intensified. Training of the multidisciplinary team and treatment customization are key aspects for the good evolution of the patient, with or without COVID-19. Adequate insulinization and reassessment of the prescription of oral medications, depending on the severity of the disease, increased this in-hospital challenge.

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    Patients with diabetes can present acute problems that require urgent care, for example, acute myocardial infarction or diabetic ketoacidosis, which must be early diagnosed and treated. It is necessary to advise the population not to be afraid to seek health services in the midst of the pandemic whenever they present symptoms suggestive of the aforementioned complications.

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    Given the complexity of the two pandemics, the patients must follow the health team’s recommendations and care. The messages conveyed by several types of media may not contribute scientific rigor(fake news) and veracity of the necessary information to define appropriate behaviors in the prevention and treatment of diabetes and COVID-19.

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    There are still several questions that could be answered in future studies, such as the consequences of the aggression to the pancreatic islet by COVID-19; whether there will be an increase in the incidence of DM1 and in the prevalence of DM2; and whether the pandemic will impose behavioral changes that favor greater control of chronic diseases such as diabetes.

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    References

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      Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
      » http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001 +
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    • +2
      Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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    • +3
      UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
      +
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    • +4
      Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
      » https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4 +
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    • +5
      American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
      » http://doi.org/10.2337/dc20-S005 +
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    • +6
      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      29 Oct 2021
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    +Open-access Diabetes and COVID-19: What we learned from the two ongoing pandemics +

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    + + + +About the authors +
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    The pandemic due to COVID-19, an infection caused by the SARS-CoV-2 coronavirus initiated in Wuhan(China) in 2019, overlapped with a pre-existing pandemic, that of Type2 Diabetes Mellitus(DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). The literature shows that DM2 represents a risk factor for the unfavorable evolution of COVID-19, as well as for contracting the disease, which means greater susceptibility to the virus. It was also shown that diabetic patients with good control presented more favorable evolutions when compared to those not controlled(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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    ).

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    The UK Prospective Diabetes Study(UKPDS) showed that DM2 control prevents chronic complications(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). In view of COVID-19, new knowledge reiterates the importance of controlling DM2, now focusing on preventing the severe form of an acute infectious disease.

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    DM2 is defined by changes in glucose homeostasis and by a chronic inflammation condition, but it also induces changes in the immune system, making the patient affected by this disease more susceptible to infections, including those caused by viruses such as SARS-CoV-2. DM2 also causes activation of the renin-angiotensin-aldosterone system and endothelial damage, with a consequent increase in the risk of thrombosis. However, COVID-19 is a disease that can cause hyperinflammation and has been associated with an increased risk of occurrence of thromboembolic phenomena, especially pulmonary thromboembolism, more frequently observed in patients with severe pneumonia admitted to intensive care units(ICUs)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). The reasons for the association between DM2 and COVID-19 are as follows: lower functional reserve of organs caused by DM2, which can go unnoticed under normal circumstances, but comes to light as soon as a challenge of such magnitude as COVID-19 arises(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). It is to be noted that the chronic inflammatory disease caused by DM2 is superimposed by the inflammation resulting from COVID-19, which then has its consequences greatly amplified.

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    In addition to the aforementioned aspects, DM2 is associated with other clinical conditions such as obesity, hypertension, coronary artery disease and chronic kidney disease, which are risk factors for the development of the severe form of COVID-19. Acute renal failure has been commonly observed in patients admitted to ICUs, especially in those with DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    COVID-19 has caused significant sequelae, mainly in patients affected by the severe form of this disease, such as those who required mechanical ventilation. Apparently, sequelae are seen more frequently, and in a more severe form, in patients with DM2. The explanation would be linked to the lower functional reserve of the organs, in addition to an acute injury of greater magnitude, possibly caused by hyperinflammation. It remains to be determined whether the group of patients who survived COVID-19 will not have their DM2 condition worsened, as, in fact, seems to be the case. COVID-19 affects the pancreas, which could cause loss of beta cells, with possible worsening of DM2, for example, with the need to administer insulin, or require higher doses of oral antidiabetics. In addition, it does not seem unreasonable to us to assume that the diabetes complications may appear earlier and more severely.

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    In view of the COVID-19 pandemic, the health services initially closed their schedules for routine in-person appointments, recommending that patients with diabetes maintained social isolation, in addition to adopting other protective measures, such as use of masks and of alcohol gel. There was a need to restructure the services, organize schedules and the waiting room, regulate teleconsultation and train health professionals to provide safe care to patients with and without flu symptoms(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). The pandemic has conclusively shown a chronic problem in the health services, that is, the need for multidisciplinary care for patients with diabetes.

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    Given the seasonality of viral diseases, vaccination against influenza was accelerated. Special attention must be given to the vaccination schedule of patients with DM2 for pneumonia(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) and COVID-19 in accordance with the current protocols. It is to be noted that there is still no consensus on the tests to assess the immunization degree in people vaccinated for COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Considering the importance of good blood glucose control for lower susceptibility and better evolution of COVID-19 in people with diabetes, it is fundamental to intensify blood glucose monitoring for both asymptomatic individuals and more rigorously for those with flu symptoms or during an acute decompensation episode(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ) .

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    Healthy eating(avoiding ultra-processed foods, for example) is recommended(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Increasing consumption of industrially unprocessed vegetables, reducing the intake of food products characterized as fastfood and adopting habits such as adequate hydration should be encouraged. There are still no consistent data showing that dietary supplements can contribute to COVID-19 prevention and treatment.

    +

    +

    Physical activity must be encouraged and adapted to the new context, as it regulates and strengthens the immune system of patients with diabetes, in addition to cardiovascular benefits and stress reduction(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Walking, reducing the time in a sitting position, practicing guided activities(in-person or virtually) outdoors, and adhering to the protocol for COVID-19 prevention can be considered safe measures. Performing lower limb and breathing exercises at home should be encouraged.

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    In relation to the COVID-19 diagnosis, it is important to reinforce the importance of not performing tests without a medical request and not taking medications without the guidance of a health professional; seeking early medical assistance in services structured to treat the disease; keeping prescribed medications to control diabetes; and remembering that therapeutic changes may be necessary.(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Serious situations can require hospitalization, so that management of hospitalized patients with DM2, which was already a challenge before COVID-19, has had its importance intensified. Training of the multidisciplinary team and treatment customization are key aspects for the good evolution of the patient, with or without COVID-19. Adequate insulinization and reassessment of the prescription of oral medications, depending on the severity of the disease, increased this in-hospital challenge.

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    Patients with diabetes can present acute problems that require urgent care, for example, acute myocardial infarction or diabetic ketoacidosis, which must be early diagnosed and treated. It is necessary to advise the population not to be afraid to seek health services in the midst of the pandemic whenever they present symptoms suggestive of the aforementioned complications.

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    Given the complexity of the two pandemics, the patients must follow the health team’s recommendations and care. The messages conveyed by several types of media may not contribute scientific rigor(fake news) and veracity of the necessary information to define appropriate behaviors in the prevention and treatment of diabetes and COVID-19.

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    There are still several questions that could be answered in future studies, such as the consequences of the aggression to the pancreatic islet by COVID-19; whether there will be an increase in the incidence of DM1 and in the prevalence of DM2; and whether the pandemic will impose behavioral changes that favor greater control of chronic diseases such as diabetes.

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    References

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      Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
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      American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
      » http://doi.org/10.2337/dc20-S005 +
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      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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      29 Oct 2021
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    +Diabetes y Covid-19: lo que aprendimos de las dos pandemias en curso +

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    + Maria Teresa da Costa Gonçalves Torquato Gil Cunha De Santis Maria Lucia Zanetti Acerca de los autores +
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    La pandemia de COVID-19, una infección causada por el coronavirus SARS-CoV-2, que comenzó en Wuhan (China) en 2019, se superpuso a una pandemia preexistente, la de Diabetes Mellitus tipo 2 (DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). La literatura muestra que la DM2 es un factor de riesgo tanto para la evolución desfavorable del COVID-19, como para contraerlo, lo que significa una mayor susceptibilidad al virus. También se demostró que los pacientes que tenían un buen control de la diabetes tuvieron una evolución más favorable que aquellos que no la controlaban(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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    ).

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    El UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) demostró que el control de la DM2 previene las complicaciones crónicas(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). Ante el COVID-19, hay nuevos conocimientos que reiteran la importancia de controlar la DM2, que ahora se enfocan en la prevención de la forma severa de una enfermedad infecciosa aguda.

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    La DM2 es definida por cambios en la homeostasis de la glucosa y por un cuadro de inflamación crónica, pero también induce cambios en el sistema inmunológico, haciendo que el paciente afectado por esta enfermedad sea más susceptible a infecciones, incluso a las causadas por virus como el SARS-CoV-2. La DM2 también provoca la activación del sistema renina-angiotensina-aldosterona y daño endotelial, con un consecuente aumento del riesgo de trombosis. El COVID-19 es una enfermedad que puede causar hiperinflamación y se ha asociado con un mayor riesgo de aparición de fenómenos tromboembólicos, especialmente tromboembolismo pulmonar, que se observa con mayor frecuencia en pacientes con neumonía grave ingresados en unidades de terapia intensiva (UTI)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Las razones por las cuales la DM2 y el COVID-19 se asocian son: una menor reserva funcional de los órganos provocada por la DM2, que en circunstancias normales puede pasar desapercibida, pero que sale a la luz cuando surge un desafío de la magnitud del COVID-19(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Cabe señalar que la enfermedad inflamatoria crónica causada por la DM2 se superpone a la inflamación resultante del COVID-19, lo que genera que se magnifiquen enormemente sus consecuencias.

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    Además de los aspectos mencionados anteriormente, la DM2 se asocia con otras condiciones clínicas, como obesidad, hipertensión arterial, enfermedad arterial coronaria y enfermedad renal crónica, que son factores de riesgo para el desarrollo de la forma grave de COVID-19. Se ha observado comúnmente insuficiencia renal aguda en pacientes ingresados en la UTI, especialmente en pacientes con DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    El COVID-19 ha causado secuelas importantes, especialmente en pacientes que tenían la forma grave de la enfermedad, como los que requieren ventilación mecánica. Al parecer, las secuelas se observan con mayor frecuencia y de forma más grave en pacientes con DM2. Esto se debería a la menor reserva funcional de los órganos, sumada a una lesión aguda de mayor magnitud, posiblemente provocada por hiperinflamación. Aún no se sabe si la DM2 de los pacientes que sobrevivieron al COVID-19 no se agravó, como, de hecho, parece ser el caso. El COVID-19 afecta al páncreas, lo que podría provocar la pérdida de células beta, con posible agravamiento de la DM2, como, por ejemplo, la necesidad de administrar insulina, o requerir dosis más altas de antidiabéticos orales. Además, no es irracional suponer que las complicaciones de la diabetes pueden aparecer antes y con mayor gravedad.

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    Ante la pandemia de COVID-19, los servicios de salud inicialmente cancelaron sus horarios de atención rutinaria presencial, recomendando que los pacientes con diabetes mantengan el aislamiento social y que adopten otras medidas de protección, como el uso de mascarillas y de alcohol en gel. Era necesario reestructurar los servicios, organizar los horarios y la sala de espera, regular la teleconsulta y capacitar a los profesionales de la salud para brindar una atención segura a los pacientes con y sin síntomas gripales(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). La pandemia ha demostrado fehacientemente un problema crónico en los servicios de salud, es decir, la necesidad de una atención multidisciplinaria para los pacientes con diabetes.

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    Debido a la estacionalidad de las enfermedades virales, se aceleró la vacunación contra la influenza. Se debe prestar especial atención al calendario de vacunación de los pacientes con DM2 contra la neumonía(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) y el COVID-19 según los protocolos vigentes. Cabe destacar que aún no existe un consenso sobre las pruebas para evaluar el grado de inmunización de las personas vacunadas contra el COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Al considerar la importancia de un buen control de la glicemia para que las personas con diabetes tengan una menor susceptibilidad y una mejor evolución del cuadro de COVID-19, es fundamental intensificar el control de la glicemia de las personas asintomáticas y de forma más estricta en los casos de quienes tienen síntomas gripales o padecen descompensación aguda(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Se recomienda una alimentación saludable (sin, por ejemplo, alimentos ultraprocesados)(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Se debe fomentar el aumento del consumo de verduras que no hayan pasado por un proceso de industrialización, la disminución de la ingesta de alimentos catalogados como fast food y la adopción de hábitos como una adecuada hidratación. Todavía no hay datos consistentes que demuestren que los suplementos dietéticos pueden contribuir a la prevención y el tratamiento del COVID-19.

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    Se debe incentivar y adaptar la actividad física al nuevo contexto, ya que regula y fortalece el sistema inmunológico de los pacientes con diabetes, además brinda beneficios cardiovasculares y reduce el estrés(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Caminar, reducir el tiempo que se pasa sentado, practicar actividades guiadas (presenciales o virtuales), al aire libre, y adherir al protocolo de prevención de COVID-19 pueden ser medidas seguras. Hay que estimular al paciente para que realice ejercicios de respiración y para las extremidades inferiores en casa.

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    En cuanto al diagnóstico de COVID-19, es importante enfatizar la importancia de no realizar pruebas sin una solicitud médica y no tomar medicamentos sin la guía de un profesional de la salud; buscar asistencia médica temprana, en servicios estructurados para atender la enfermedad; continuar con los medicamentos recetados para controlar la diabetes y recordar que puede ser necesarios realizar cambios terapéuticos(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Las situaciones graves pueden requerir hospitalización, por ende, el manejo de pacientes hospitalizados con DM2, que ya era un desafío antes del COVID-19, ha cobrado mayor relevancia. La formación del equipo multidisciplinario y la individualización del tratamiento son aspectos clave para la buena evolución del paciente, con o sin COVID-19. La insulinización adecuada y la reevaluación de la prescripción de medicamentos orales, dependiendo de la gravedad de la enfermedad, aumentaron este desafío hospitalario.

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    Los pacientes con diabetes pueden tener problemas agudos que requieran atención urgente, como, un infarto agudo de miocardio o cetoacidosis diabética, que deben diagnosticarse y tratarse tempranamente. Es necesario orientar a la población para que no tenga miedo de acudir al servicio de salud durante la pandemia, siempre que presenten síntomas sugestivos de las complicaciones mencionadas.

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    Dada la complejidad de las dos pandemias, los pacientes deben seguir las recomendaciones y la atención médica del equipo de salud. Los mensajes comunicados a través de diversos medios pueden no tener el rigor científico (fake news) y la veracidad de la información necesaria para definir los comportamientos adecuados para la prevención y el tratamiento de la diabetes y el COVID-19.

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    Aún quedan varias interrogantes que podrían ser respondidas en futuros estudios, como las consecuencias de la agresión al islote pancreático causa por el COVID-19; si habrá un aumento en la incidencia de DM1 y la prevalencia de DM2; si la pandemia impondrá cambios de comportamiento que favorezcan un mayor control de enfermedades crónicas como la diabetes.

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    Referencias bibliográficas

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      Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
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      Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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      UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
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      Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
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      American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
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      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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    Fechas de Publicación

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    + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.es.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.es.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..5728f0079 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.es.3_0.html @@ -0,0 +1,229 @@ + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Diabetes y Covid-19: lo que aprendimos de las dos pandemias en curso +

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    La pandemia de COVID-19, una infección causada por el coronavirus SARS-CoV-2, que comenzó en Wuhan (China) en 2019, se superpuso a una pandemia preexistente, la de Diabetes Mellitus tipo 2 (DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). La literatura muestra que la DM2 es un factor de riesgo tanto para la evolución desfavorable del COVID-19, como para contraerlo, lo que significa una mayor susceptibilidad al virus. También se demostró que los pacientes que tenían un buen control de la diabetes tuvieron una evolución más favorable que aquellos que no la controlaban(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ).

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    El UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) demostró que el control de la DM2 previene las complicaciones crónicas(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). Ante el COVID-19, hay nuevos conocimientos que reiteran la importancia de controlar la DM2, que ahora se enfocan en la prevención de la forma severa de una enfermedad infecciosa aguda.

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    La DM2 es definida por cambios en la homeostasis de la glucosa y por un cuadro de inflamación crónica, pero también induce cambios en el sistema inmunológico, haciendo que el paciente afectado por esta enfermedad sea más susceptible a infecciones, incluso a las causadas por virus como el SARS-CoV-2. La DM2 también provoca la activación del sistema renina-angiotensina-aldosterona y daño endotelial, con un consecuente aumento del riesgo de trombosis. El COVID-19 es una enfermedad que puede causar hiperinflamación y se ha asociado con un mayor riesgo de aparición de fenómenos tromboembólicos, especialmente tromboembolismo pulmonar, que se observa con mayor frecuencia en pacientes con neumonía grave ingresados en unidades de terapia intensiva (UTI)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Las razones por las cuales la DM2 y el COVID-19 se asocian son: una menor reserva funcional de los órganos provocada por la DM2, que en circunstancias normales puede pasar desapercibida, pero que sale a la luz cuando surge un desafío de la magnitud del COVID-19(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Cabe señalar que la enfermedad inflamatoria crónica causada por la DM2 se superpone a la inflamación resultante del COVID-19, lo que genera que se magnifiquen enormemente sus consecuencias.

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    Además de los aspectos mencionados anteriormente, la DM2 se asocia con otras condiciones clínicas, como obesidad, hipertensión arterial, enfermedad arterial coronaria y enfermedad renal crónica, que son factores de riesgo para el desarrollo de la forma grave de COVID-19. Se ha observado comúnmente insuficiencia renal aguda en pacientes ingresados en la UTI, especialmente en pacientes con DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    El COVID-19 ha causado secuelas importantes, especialmente en pacientes que tenían la forma grave de la enfermedad, como los que requieren ventilación mecánica. Al parecer, las secuelas se observan con mayor frecuencia y de forma más grave en pacientes con DM2. Esto se debería a la menor reserva funcional de los órganos, sumada a una lesión aguda de mayor magnitud, posiblemente provocada por hiperinflamación. Aún no se sabe si la DM2 de los pacientes que sobrevivieron al COVID-19 no se agravó, como, de hecho, parece ser el caso. El COVID-19 afecta al páncreas, lo que podría provocar la pérdida de células beta, con posible agravamiento de la DM2, como, por ejemplo, la necesidad de administrar insulina, o requerir dosis más altas de antidiabéticos orales. Además, no es irracional suponer que las complicaciones de la diabetes pueden aparecer antes y con mayor gravedad.

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    Ante la pandemia de COVID-19, los servicios de salud inicialmente cancelaron sus horarios de atención rutinaria presencial, recomendando que los pacientes con diabetes mantengan el aislamiento social y que adopten otras medidas de protección, como el uso de mascarillas y de alcohol en gel. Era necesario reestructurar los servicios, organizar los horarios y la sala de espera, regular la teleconsulta y capacitar a los profesionales de la salud para brindar una atención segura a los pacientes con y sin síntomas gripales(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). La pandemia ha demostrado fehacientemente un problema crónico en los servicios de salud, es decir, la necesidad de una atención multidisciplinaria para los pacientes con diabetes.

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    Debido a la estacionalidad de las enfermedades virales, se aceleró la vacunación contra la influenza. Se debe prestar especial atención al calendario de vacunación de los pacientes con DM2 contra la neumonía(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) y el COVID-19 según los protocolos vigentes. Cabe destacar que aún no existe un consenso sobre las pruebas para evaluar el grado de inmunización de las personas vacunadas contra el COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Al considerar la importancia de un buen control de la glicemia para que las personas con diabetes tengan una menor susceptibilidad y una mejor evolución del cuadro de COVID-19, es fundamental intensificar el control de la glicemia de las personas asintomáticas y de forma más estricta en los casos de quienes tienen síntomas gripales o padecen descompensación aguda(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Se recomienda una alimentación saludable (sin, por ejemplo, alimentos ultraprocesados)(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Se debe fomentar el aumento del consumo de verduras que no hayan pasado por un proceso de industrialización, la disminución de la ingesta de alimentos catalogados como fast food y la adopción de hábitos como una adecuada hidratación. Todavía no hay datos consistentes que demuestren que los suplementos dietéticos pueden contribuir a la prevención y el tratamiento del COVID-19.

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    Se debe incentivar y adaptar la actividad física al nuevo contexto, ya que regula y fortalece el sistema inmunológico de los pacientes con diabetes, además brinda beneficios cardiovasculares y reduce el estrés(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Caminar, reducir el tiempo que se pasa sentado, practicar actividades guiadas (presenciales o virtuales), al aire libre, y adherir al protocolo de prevención de COVID-19 pueden ser medidas seguras. Hay que estimular al paciente para que realice ejercicios de respiración y para las extremidades inferiores en casa.

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    En cuanto al diagnóstico de COVID-19, es importante enfatizar la importancia de no realizar pruebas sin una solicitud médica y no tomar medicamentos sin la guía de un profesional de la salud; buscar asistencia médica temprana, en servicios estructurados para atender la enfermedad; continuar con los medicamentos recetados para controlar la diabetes y recordar que puede ser necesarios realizar cambios terapéuticos(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Las situaciones graves pueden requerir hospitalización, por ende, el manejo de pacientes hospitalizados con DM2, que ya era un desafío antes del COVID-19, ha cobrado mayor relevancia. La formación del equipo multidisciplinario y la individualización del tratamiento son aspectos clave para la buena evolución del paciente, con o sin COVID-19. La insulinización adecuada y la reevaluación de la prescripción de medicamentos orales, dependiendo de la gravedad de la enfermedad, aumentaron este desafío hospitalario.

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    Los pacientes con diabetes pueden tener problemas agudos que requieran atención urgente, como, un infarto agudo de miocardio o cetoacidosis diabética, que deben diagnosticarse y tratarse tempranamente. Es necesario orientar a la población para que no tenga miedo de acudir al servicio de salud durante la pandemia, siempre que presenten síntomas sugestivos de las complicaciones mencionadas.

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    Dada la complejidad de las dos pandemias, los pacientes deben seguir las recomendaciones y la atención médica del equipo de salud. Los mensajes comunicados a través de diversos medios pueden no tener el rigor científico (fake news) y la veracidad de la información necesaria para definir los comportamientos adecuados para la prevención y el tratamiento de la diabetes y el COVID-19.

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    Aún quedan varias interrogantes que podrían ser respondidas en futuros estudios, como las consecuencias de la agresión al islote pancreático causa por el COVID-19; si habrá un aumento en la incidencia de DM1 y la prevalencia de DM2; si la pandemia impondrá cambios de comportamiento que favorezcan un mayor control de enfermedades crónicas como la diabetes.

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    Referencias bibliográficas

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      Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
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      Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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      UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
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      Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
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      American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
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      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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    +Diabetes e Covid-19: o que aprendemos com as duas pandemias em curso +

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    + Maria Teresa da Costa Gonçalves Torquato Gil Cunha De Santis Maria Lucia Zanetti Sobre os autores +
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    A pandemia pela COVID-19, infecção causada pelo coronavírus SARS-CoV-2, iniciada em Wuhan (China), em 2019, se sobrepôs a uma pandemia pré-existente, a do Diabetes Mellitus Tipo 2 (DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). A literatura mostra que o DM2 constitui fator de risco para a evolução desfavorável da COVID-19, assim como para contraí-la, o que significa uma maior susceptibilidade ao vírus. Também foi demonstrado que pacientes com diabetes com bom controle apresentavam evolução mais favorável em relação aos não controlados(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ).

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    O UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) mostrou que o controle do DM2 previne complicações crônicas(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). Diante da COVID-19, novos conhecimentos reiteram a importância do controle do DM2, agora enfocando a prevenção da forma grave de uma doença infecciosa aguda.

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    O DM2 é definido por alterações na homeostase da glicose e por um quadro de inflamação crônica, mas também induz alterações no sistema imune, tornando o paciente acometido por essa doença mais susceptível a infecções, inclusive causada por vírus, como o SARS-CoV-2. O DM2 também provoca ativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona e lesão endotelial, com consequente aumento do risco de trombose. Ora, a COVID-19 é uma doença que pode provocar hiperinflamação e tem sido associada ao risco aumentado de ocorrência de fenômenos tromboembólicos, especialmente o tromboembolismo pulmonar, mais frequentemente observado em pacientes com pneumonia grave, internados em unidades de terapia intensiva (UTI)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). As razões para a associação de DM2 e COVID-19 são: a menor reserva funcional de órgãos provocada pelo DM2, que pode passar despercebida em circunstâncias normais, mas que vem à tona assim que surge um desafio da magnitude da COVID-19(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Cumpre salientar que a doença inflamatória crônica causada pelo DM2 é sobreposta pela inflamação decorrente da COVID-19, que tem então suas consequências grandemente amplificadas.

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    Além dos aspectos mencionados acima, o DM2 está associado a outras condições clínicas, como obesidade, hipertensão arterial, coronariopatia e doença renal crônica, fatores de risco para o desenvolvimento da forma grave da COVID-19. A insuficiência renal aguda tem sido comumente observada em pacientes internados em UTI, especialmente nos pacientes com DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    A COVID-19 tem provocado sequelas significativas, principalmente em pacientes que tiveram a forma grave dessa doença, como aqueles que requereram ventilação mecânica. Aparentemente, as sequelas são observadas com maior frequência, e em forma mais grave, em pacientes com DM2. A explicação seria a menor reserva funcional dos órgãos, além de lesão aguda de maior magnitude, possivelmente provocada pelo hiperinflamação. Resta saber ainda se o grupo de pacientes que sobreviveu à COVID-19 não terá agravado o DM2, como, aliás, parece ser o caso. A COVID-19 acomete o pâncreas, o que poderia causar perda de células beta, com possível agravamento do DM2, por exemplo, com a necessidade de administrar insulina, ou requerer doses mais altas dos antidiabéticos orais. Ademais, não nos parece irrazoável presumir que as complicações do diabetes possam aparecer mais precocemente e de forma mais grave.

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    Frente à pandemia da COVID-19, inicialmente os serviços de saúde fecharam suas agendas para atendimento de rotina presencial, com a recomendação de que pacientes com diabetes mantivessem o isolamento social, além de adotar as outras medidas de proteção, como o uso de máscara e a utilização de álcool gel. Houve a necessidade de reestruturação dos serviços, organização de agendas e sala de espera, regulamentação da teleconsulta e capacitação dos profissionais de saúde para atendimento seguro dos pacientes com e sem sintomas gripais(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). A pandemia mostrou de maneira contundente um problema crônico dos serviços de saúde, ou seja, a necessidade do atendimento multiprofissional aos pacientes com diabetes.

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    Diante da sazonalidade das doenças virais, a vacinação contra a influenza foi acelerada. Atenção especial deve ser dada ao esquema vacinal do paciente com DM2 para pneumonia(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) e COVID-19 de acordo com os protocolos vigentes. Cabe destacar que ainda não há consenso sobre os testes para avaliar o grau de imunização nas pessoas vacinadas para COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Ao considerar a importância do bom controle da glicemia para menor susceptibilidade e melhor evolução da COVID-19, em pessoas com diabetes, intensificar o monitoramento da glicemia tanto dos assintomáticos, e mais rigorosamente daqueles com quadro gripal ou durante um quadro de descompensação aguda é fundamental(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    A alimentação saudável (sem, por exemplo, alimentos ultraprocessados) é recomendada(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Aumentar o consumo de vegetais não processados industrialmente, diminuir a ingestão de alimentos caracterizados como fast food e adotar hábitos como a hidratação adequada devem ser estimulados. Ainda não se dispõem de dados consistentes que mostrem que suplementos alimentares possam contribuir para a prevenção e tratamento da COVID-19.

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    A atividade física deve ser estimulada e adaptada ao novo contexto, pois ela regula e fortalece o sistema imune dos pacientes com diabetes, além dos benefícios cardiovasculares e da redução do estresse(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Caminhar, diminuir o tempo sentado, praticar atividade orientada (presencial ou virtual), ao ar livre e aderir ao protocolo para prevenção de COVID-19 podem constituir medidas seguras. A realização de exercícios de membros inferiores e respiratórios no domicilio deve ser estimulada.

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    Com relação ao diagnóstico da COVID-19, é importante reforçar a importância de não realizar testes sem solicitação médica e não se medicar sem a orientação por profissional da saúde; procurar assistência médica precoce, em serviços estruturados para o atendimento da doença; manter medicamentos prescritos para o controle do diabetes e lembrar que mudanças terapêuticas podem ser necessárias(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Situações graves podem requerer internação hospitalar, de modo que o manejo do paciente hospitalizado com DM2, que já era um desafio antes da COVID-19, teve exacerbada a sua importância. A capacitação da equipe multiprofissional e a individualização do tratamento são aspectos-chave para a boa evolução do paciente, com ou sem COVID-19. A insulinização adequada e a reavaliação da prescrição de medicamentos orais, a depender da gravidade da doença, aumentaram este desafio intra-hospitalar.

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    Pacientes com diabetes podem apresentar problemas agudos que necessitam atendimento de urgência, por exemplo, um infarto agudo do miocárdio ou cetoacidose diabética, que devem ser diagnosticados e tratados precocemente. É necessário orientar a população a não ter receio de procurar serviço de saúde em meio à pandemia sempre que apresentar sintomas sugestivos das complicações mencionadas.

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    Diante da complexidade das duas pandemias, os pacientes devem seguir as recomendações e cuidados da equipe de saúde. As mensagens comunicadas por vários tipos de mídia podem não trazer o rigor científico (fake news) e a veracidade da informação necessária para definir comportamentos adequados na prevenção e tratamento do diabetes e da COVID-19.

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    Restam ainda várias questões, que poderão ser respondidas em estudos futuros, como as consequências da agressão à ilhota pancreática pela COVID-19; se haverá aumento na incidência de DM1 e da prevalência do DM2; se a pandemia imporá mudanças de comportamento que favoreçam maior controle de doenças crônicas como o diabetes.

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    Referências bibliográficas

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      Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
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      Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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      UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
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      Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
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      American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
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      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      29 Out 2021
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      2021
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    + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.pt.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.pt.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..3abaf2cbd --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/alternatives/imagens_fora_de_fig.pt.3_0.html @@ -0,0 +1,228 @@ + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Diabetes e Covid-19: o que aprendemos com as duas pandemias em curso +

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    + + + +Sobre os autores +
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    A pandemia pela COVID-19, infecção causada pelo coronavírus SARS-CoV-2, iniciada em Wuhan (China), em 2019, se sobrepôs a uma pandemia pré-existente, a do Diabetes Mellitus Tipo 2 (DM2)(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    ). A literatura mostra que o DM2 constitui fator de risco para a evolução desfavorável da COVID-19, assim como para contraí-la, o que significa uma maior susceptibilidade ao vírus. Também foi demonstrado que pacientes com diabetes com bom controle apresentavam evolução mais favorável em relação aos não controlados(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +
    -22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
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    ).

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    O UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) mostrou que o controle do DM2 previne complicações crônicas(33 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53). Diante da COVID-19, novos conhecimentos reiteram a importância do controle do DM2, agora enfocando a prevenção da forma grave de uma doença infecciosa aguda.

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    O DM2 é definido por alterações na homeostase da glicose e por um quadro de inflamação crônica, mas também induz alterações no sistema imune, tornando o paciente acometido por essa doença mais susceptível a infecções, inclusive causada por vírus, como o SARS-CoV-2. O DM2 também provoca ativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona e lesão endotelial, com consequente aumento do risco de trombose. Ora, a COVID-19 é uma doença que pode provocar hiperinflamação e tem sido associada ao risco aumentado de ocorrência de fenômenos tromboembólicos, especialmente o tromboembolismo pulmonar, mais frequentemente observado em pacientes com pneumonia grave, internados em unidades de terapia intensiva (UTI)(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). As razões para a associação de DM2 e COVID-19 são: a menor reserva funcional de órgãos provocada pelo DM2, que pode passar despercebida em circunstâncias normais, mas que vem à tona assim que surge um desafio da magnitude da COVID-19(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ). Cumpre salientar que a doença inflamatória crônica causada pelo DM2 é sobreposta pela inflamação decorrente da COVID-19, que tem então suas consequências grandemente amplificadas.

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    Além dos aspectos mencionados acima, o DM2 está associado a outras condições clínicas, como obesidade, hipertensão arterial, coronariopatia e doença renal crônica, fatores de risco para o desenvolvimento da forma grave da COVID-19. A insuficiência renal aguda tem sido comumente observada em pacientes internados em UTI, especialmente nos pacientes com DM2(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    A COVID-19 tem provocado sequelas significativas, principalmente em pacientes que tiveram a forma grave dessa doença, como aqueles que requereram ventilação mecânica. Aparentemente, as sequelas são observadas com maior frequência, e em forma mais grave, em pacientes com DM2. A explicação seria a menor reserva funcional dos órgãos, além de lesão aguda de maior magnitude, possivelmente provocada pelo hiperinflamação. Resta saber ainda se o grupo de pacientes que sobreviveu à COVID-19 não terá agravado o DM2, como, aliás, parece ser o caso. A COVID-19 acomete o pâncreas, o que poderia causar perda de células beta, com possível agravamento do DM2, por exemplo, com a necessidade de administrar insulina, ou requerer doses mais altas dos antidiabéticos orais. Ademais, não nos parece irrazoável presumir que as complicações do diabetes possam aparecer mais precocemente e de forma mais grave.

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    Frente à pandemia da COVID-19, inicialmente os serviços de saúde fecharam suas agendas para atendimento de rotina presencial, com a recomendação de que pacientes com diabetes mantivessem o isolamento social, além de adotar as outras medidas de proteção, como o uso de máscara e a utilização de álcool gel. Houve a necessidade de reestruturação dos serviços, organização de agendas e sala de espera, regulamentação da teleconsulta e capacitação dos profissionais de saúde para atendimento seguro dos pacientes com e sem sintomas gripais(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). A pandemia mostrou de maneira contundente um problema crônico dos serviços de saúde, ou seja, a necessidade do atendimento multiprofissional aos pacientes com diabetes.

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    Diante da sazonalidade das doenças virais, a vacinação contra a influenza foi acelerada. Atenção especial deve ser dada ao esquema vacinal do paciente com DM2 para pneumonia(55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ) e COVID-19 de acordo com os protocolos vigentes. Cabe destacar que ainda não há consenso sobre os testes para avaliar o grau de imunização nas pessoas vacinadas para COVID-19(66 Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
    https://sbim.org.br/images/files/notas-t... +
    ).

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    Ao considerar a importância do bom controle da glicemia para menor susceptibilidade e melhor evolução da COVID-19, em pessoas com diabetes, intensificar o monitoramento da glicemia tanto dos assintomáticos, e mais rigorosamente daqueles com quadro gripal ou durante um quadro de descompensação aguda é fundamental(11 Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
    http://doi.org/10.21877/2448-3877.202000... +

    2 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53
    -44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    A alimentação saudável (sem, por exemplo, alimentos ultraprocessados) é recomendada(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +

    3 UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998;352:837-53

    4 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    -55 American Diabetes Association. 5. Facilitating Behavior Change and well-being to improve health outcomes. Standards of Medical Care in Diabetes - 2020. Diabetes Care. 2021, 44(suppl.1):S53-S72. doi: http://doi.org/10.2337/dc20-S005
    http://doi.org/10.2337/dc20-S005... +
    ). Aumentar o consumo de vegetais não processados industrialmente, diminuir a ingestão de alimentos caracterizados como fast food e adotar hábitos como a hidratação adequada devem ser estimulados. Ainda não se dispõem de dados consistentes que mostrem que suplementos alimentares possam contribuir para a prevenção e tratamento da COVID-19.

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    A atividade física deve ser estimulada e adaptada ao novo contexto, pois ela regula e fortalece o sistema imune dos pacientes com diabetes, além dos benefícios cardiovasculares e da redução do estresse(22 Rahmani-Kukia N, Abbasi A. Physiological and Immunological Causes of the Susceptibility of Chronic Inflammatory Patients to COVID-19. Infection: Focus on Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:576412. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412
    http://doi.org/10.3389/fendo.2021.576412... +
    ). Caminhar, diminuir o tempo sentado, praticar atividade orientada (presencial ou virtual), ao ar livre e aderir ao protocolo para prevenção de COVID-19 podem constituir medidas seguras. A realização de exercícios de membros inferiores e respiratórios no domicilio deve ser estimulada.

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    Com relação ao diagnóstico da COVID-19, é importante reforçar a importância de não realizar testes sem solicitação médica e não se medicar sem a orientação por profissional da saúde; procurar assistência médica precoce, em serviços estruturados para o atendimento da doença; manter medicamentos prescritos para o controle do diabetes e lembrar que mudanças terapêuticas podem ser necessárias(44 Lim S, Bae JH, Kwon, HS, Nauck MA. COVID-19 and diabetes mellitus: from pathophysiology to clinical management. Nat Rev Endocrinol. 2021;17:11-30 https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435-4
    https://doi.org/10.1038/s41574-020-00435... +
    ).

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    Situações graves podem requerer internação hospitalar, de modo que o manejo do paciente hospitalizado com DM2, que já era um desafio antes da COVID-19, teve exacerbada a sua importância. A capacitação da equipe multiprofissional e a individualização do tratamento são aspectos-chave para a boa evolução do paciente, com ou sem COVID-19. A insulinização adequada e a reavaliação da prescrição de medicamentos orais, a depender da gravidade da doença, aumentaram este desafio intra-hospitalar.

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    Pacientes com diabetes podem apresentar problemas agudos que necessitam atendimento de urgência, por exemplo, um infarto agudo do miocárdio ou cetoacidose diabética, que devem ser diagnosticados e tratados precocemente. É necessário orientar a população a não ter receio de procurar serviço de saúde em meio à pandemia sempre que apresentar sintomas sugestivos das complicações mencionadas.

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    Diante da complexidade das duas pandemias, os pacientes devem seguir as recomendações e cuidados da equipe de saúde. As mensagens comunicadas por vários tipos de mídia podem não trazer o rigor científico (fake news) e a veracidade da informação necessária para definir comportamentos adequados na prevenção e tratamento do diabetes e da COVID-19.

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    Restam ainda várias questões, que poderão ser respondidas em estudos futuros, como as consequências da agressão à ilhota pancreática pela COVID-19; se haverá aumento na incidência de DM1 e da prevalência do DM2; se a pandemia imporá mudanças de comportamento que favoreçam maior controle de doenças crônicas como o diabetes.

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    Referências bibliográficas

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    • +1
      Anghebem MI, Rego FGM, Picheth G. COVID-19 and Diabetes: two distinct pandemics and their relationship. Rev Bras Anal Clin. 2020;52(2):154-9. doi: http://doi.org/10.21877/2448-3877.20200001
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      Levi M, Levi JE. Nota Técnica SBIm: SBIm não recomenda a realização de sorologia para avaliar resposta imunológica às vacinas COVID-19 [Internet]. 26 mar 2021 [Acesso 8 jun 2021]. Disponível em: https://sbim.org.br/images/files/notas-tecnicas/nota-tecnica-sbim-sorologia-pos-vacinacao-210326.pdf
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      29 Out 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    +Modelos de polímeros utilizando o Hamiltoniano de tight-binding +

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    Polymer models using the tight-binding Hamiltonian

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    + Diogo Rikio Miyazaki Natalia Pereira Menezes Ariane Aparecida de Lima Armando Heilmann Fernando Zanella E. Burkarter A. A. Mariano Fabiano Thomazi C. A. Dartora Sobre os autores +
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    Resumos

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    O modelo de tight-binding é um dos pilares da Física da Matéria Condensada, permitindo descrever de forma bastante simples uma ampla gama de fenômenos de interesse, como por exemplo a estrutura de bandas dos materiais e o transporte eletrônico. Nesse trabalho, o Hamiltoniano de tight-binding, escrito em linguagem de segunda quantização, é utilizado na modelagem das densidades de estados de energia em polímeros orgânicos. O procedimento de segunda quantização permite obter as expressões para a determinação dos parâmetros de hopping de forma natural. No âmbito do modelo de tight-binding são analisadas a cadeia atômica infinita e as moléculas do benzeno, do ciclopentadieno e do tiofeno.

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    Palavras-chave:
    Tight-binding; polímeros; hopping; segunda quantização

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    The tight-binding model is a cornerstone of Condensed Matter Physics, describing in a simple way a wide range of phenomena, such as the band structure of materials and the electronic transport. In this paper, the referred model, written in the language of second quantization, is used to describe the density of states in organic polymers. Using the second quantization method the expressions for the hopping parameters emerge quite naturally. The infinite atomic chain, the benzene, cyclopentadiene and tyophene molecules are analyzed within the tight-binding model.

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    Keywords
    Tight-binding; polymers; hopping; second quantization

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    1. Introdução

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    Polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de uma unidade básica denominada monômero. Tipicamente, os materiais poliméricos possuem em sua estrutura o carbono ou o silício. Aqueles que são originários da química do carbono são conhecidos como polímeros orgânicos [1[1] W. Callister Jr. e D.G. Rethwisch, Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais: Abordagem Integrada (LTC, Rio de Janeiro, 2014)., 2[2] J.D. Shackelford, Ciência dos Materiais (Pearson, São Paulo, 2008), 6a ed.]. Dentre os os polímeros inorgânicos os silicones, cuja unidade de repetição envolve o SiO, são os mais comuns. Já como exemplos de polímeros à base do carbono podemos citar o DNA, a polianilina, o politiofeno e o polietileno. Materiais poliméricos orgânicos apresentam amplo espectro de propriedades físico-químicas, o que torna possível um vasto leque de aplicações tecnológicas. Por exemplo, do ponto de vista mecânico existem tanto polímeros rígidos quanto flexíveis e elásticos [1[1] W. Callister Jr. e D.G. Rethwisch, Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais: Abordagem Integrada (LTC, Rio de Janeiro, 2014).]. Do ponto de vista de condutividade elétrica, há desde os polímeros isolantes, atualmente empregados como isoladores nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, passando pelos semicondutores e condutores [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977)., 4[4] C.K. Chiang, C.R. Finche, Y.W. Park, A.J. Heeger, H. Shirakawa, E.J. Lois, S.C. Gau e A.G. MacDiarmid, Phys. Rev. Lett. 39 , 1098 (1977)., 5[5] N.S. Sariciftci, L. Smilowitz, A.J. Heeger e F. Wuld, Science 258 , 1474 (1992)., 6[6] A.J. Heeger, S. Kivelson, J.R. Schrieffer e W.-P. Su, Rev. Mod. Phys. 60 , 781 (1988).], com aplicações na eletrônica orgânica e na fabricação de dispositivos fotovoltaicos [7[7] M. Pope, H.P. Kallmann e P. Magnante, J. Chem. Phys. 38 , 2042 (1963)., 8[8] J.J.M. Halls, Photoconductive properties of conjugated polymers . Doctoral Thesis, University of Cambridge, Cambridge (1997)., 9[9] B.R. Weinberger, M.Akhtar e S.C. Gau, Synthetic Metals 4 , 187 (1982)., 10[10] A.A. Lima, N.P.Menezes, S. Santos, B. Amorim, F. Thomazi, F. Zanella, A. Heilmann, E. Burkarter e C.A. Dartora, Revista Brasileira de Ensino de Física 42 , e20190191 (2020)., 11[11] F. Thomazi, M. Souza, C.K. Saul, G.A. Viana, F.C. Marques, R. Silvestre, M. Brehm, C.E.B. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 10 , 877 (2014)., 12[12] F. Thomazi, C.K. Saul, C. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 12 , 611 (2016)., 13[13] L.B. Schneider, F. Thomazi, E. Burkarter, C.E.B. Marino, C.K. Saul, A.S. Ito e C.A. Dartora, Current Nanoscience 14 , 403 (2018).].

    +

    No presente trabalho será dada maior ênfase aos polímeros conjugados, de maior relevância para a área da eletrônica. Seu estudo rendeu o Prêmio Nobel de Química no ano de 2000 para Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa e Alan J. Heeger [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977).]. Os polímeros conjugados são caracterizados pela alternância entre ligações simples e duplas, denominadas de sigma (σ) e pi (π), respectivamente. As ligações π favorecem a condução de eletricidade, sendo desejáveis em aplicações como a optoeletrônica e a fotovoltaica [14[14] Z. Qiu, B.A.G. Hammer e K. Müllen, Progress in Polymer Science 100 , 101179 (2020).].

    +

    A compreensão mais detalhada do comportamento desses polímeros requer o entendimento mais aprofundado da estrutura eletrônica do carbono e suas hibridizações. Ressalta-se que os elementos sempre presentes nas cadeias conjugadas são o carbono e o hidrogênio. A configuração eletrônica do elemento carbono no seu estado fundamental é 1s22s22p2, havendo 4 elétrons na camada de valência, de número atômico principal n=2. O processo de hibridização dos orbitais 2s e 2p do carbono favorece a formação das ligações químicas. No caso do carbono ocorrem três tipos de hibridização dos orbitais atômicos, a saber: i) sp, onde um orbital 2p mistura-se ao orbital 2s; ii) sp2, na qual dois dos orbitais p misturam-se com o orbital 2s; e iii) sp3, em que todos os orbitais do tipo 2p participam da mistura com o orbital 2s [15[15] C.A. Dartora, M.J. Saldaña Jimenez e F. Zanella, Revista Brasileira de Ensino de Física 37 , 3301 (2015)., 16[16] M. Alonso e E.J. Finn, Física (Editora Escolar, São Paulo, 2012).]. Enquanto na hibridização do sp3 ocorrem as ligações do tipo σ, bastante localizadas, na hibridização sp2, em que o orbital 2pz não se superpõe ao orbital 2s, ocorre a formação das ligações duplas ou do tipo π.

    +

    Considerando-se as formas alotrópicas cristalinas do carbono, o diamante tem comportamento elétrico isolante devido ao fato de ocorrer a hibridização sp3 em sua estrutura, enquanto que o grafite tem comportamento condutor de eletricidade como consequência da hibridização sp2. Os polímeros conjugados são caracterizados pela ocorrência da hibridização sp2. Enquanto as ligações σ proporcionadas pelos orbitais hibridizados vão moldar a forma da estrutura formada, devido às ligações altamente direcionais, as ligações duplas provenientes dos orbitais 2pz irão concorrer de maneira decisiva para as propriedades de transporte de carga elétrica nesses polímeros [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977)., 14[14] Z. Qiu, B.A.G. Hammer e K. Müllen, Progress in Polymer Science 100 , 101179 (2020).].

    +

    O objetivo principal deste trabalho é apresentar de forma didática os modelos de polímeros conjugados a partir do Hamiltoniano de tight-binding . Esse Hamiltoniano é um dos pilares da Física da Matéria Condensada, permitindo descrever de forma simples uma ampla gama de fenômenos de interesse, como por exemplo a estrutura de bandas dos materiais e o transporte eletrônico. Aqui o Hamiltoniano de tight-binding será escrito em linguagem de segunda quantização. Com o emprego dos métodos da segunda quantização as expressões matemáticas para a determinação dos parâmetros de hopping do modelo surgem de forma natural.

    +

    O presente trabalho está estruturado da seguinte maneira: Na próxima Seção será apresentado o Hamiltoniano de tight-binding em segunda quantização, para férmions não-relativísticos. Expressões gerais para o cálculo dos parâmetros de hopping no modelo de tight-binding serão apresentadas. Na Seção 3 será estudado o caso de interação entre primeiros vizinhos em uma cadeia de átomos infinitamente longa. Na Seção 4 serão abordadas alguns monômeros de interesse na obtenção de polímeros conjugados. O problema de hibridização e formação das ligações σ e π será discutido em maiores detalhes. Finalmente, na Seção 5 serão apresentadas as considerações finais e conclusões.

    +

    2. O Modelo de Tight-Binding em Segunda Quantização

    +

    A literatura acerca da segunda quantização, ou teoria quântica dos campos, é vasta e com abordagens distintas, por isso aqui recomendamos ao leitor os livros-texto de Greiner/Reinhardt [17[17] W. Greiner e J. Reinhardt, Field Quantization (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1996).] e de Kittel [18[18] C. Kittel, Quantum Theory of Solids (John Wiley & Sons, New York, 1987), 2a ed.], sendo que este último enfatiza as aplicações em Física do Estado Sólido. Como ponto de partida, considere o caso das partículas não-relativísticas em primeira quantização. Essa situação é de grande utilidade pois na matéria ordinária os elétrons, prótons e nêutrons podem ser tratados em boa aproximação como férmions não-relativísticos. A função de ondas ψ(r,t) descrevendo a amplitude de probabilidade de encontrar uma partícula em torno da posição r no instante de tempo t deve satisfazer a equação de Schrödinger:

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    +
    + (1) + iψt=-22m2ψ+Uψ. +
    +
    +

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    Nessa situação, o Hamiltoniano de uma partícula é dado por H(r,p=-i)=p2/(2m)+U, sendo U(r) é um termo de energia potencial independente do tempo.

    +

    A substituição de uma solução do tipo ψ(r,t)=ϕ((r))e-iEt/ na equação de movimento (1) leva ao problema de autovalor Hϕ=Eϕ. O conjunto das soluções do problema do autovalor, satisfazendo as condições de contorno impostas pelo Hamiltoniano e pela interpretação probabilística da Mecânica Quantica, formará uma base completa de funções, permitindo expandir o campo ψ na forma que segue:

    +

    +

    +
    + (2) + ψ(r,t)=ncnϕn(r)e-iEnt/, +
    +
    +

    +

    onde cn são coeficientes complexos, o índice n corresponde a um conjunto de números quânticos associados à n-ésima função ϕn(r). A condição de ortonormalidade é escrita da seguinte forma:

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    +

    +
    + (3) + d3rϕm(r)ϕn(r)=δmn={1sem=n0semn. +
    +
    +

    +

    De acordo com o procedimento de segunda quantização, deve-se converter a função de ondas ψ(r,t) em um operador de campo fermiônico, alterando o status dos coeficientes complexos cn da expansão, na forma que segue:

    +

    +

    +
    + (4) + ψ^(r,t)=nc^nϕn(r)e-iEnt/, +
    +
    +
    +
    + (5) + ψ^(r,t)=nc^nϕn(r)eiEnt/, +
    +
    +

    +

    onde c^n é o operador de aniquilação de um férmion no estado quântico n, e o transposto conjugado c^n é o operador de criação de um férmion nesse mesmo estado. Esses operadores atuam em um espaço conhecido como espaço de Fock, cujos estados quânticos são auto-estados de número de partículas. Essa representação é também conhecida como representação de número. Os operadores de criação e aniquilação de férmions satisfazem uma álgebra anti-comutativa, introduzida originalmente por Pascual Jordan e conhecida como álgebra fermiônica, mostrada a seguir:

    +

    +

    +
    + (6) + {c^i,c^j}=δij, +
    +
    +
    +
    + (7) + {c^i,c^j}={c^i,c^j}=0, +
    +
    +
    +
    + (8) + n^i=c^ic^i, +
    +
    +
    +
    + (9) + c^i|0=|1i, +
    +
    +
    +
    + (10) + c^i|1j=δij|0, +
    +
    +
    +
    + (11) + n^i|n1,n2,ni,=ni|n1,n2,ni,, +
    +
    +

    +

    onde ni=0 ou 1, {A^,B^}=A^B^+B^A^ é o anti-comutador entre os operadores A^ e B^, |n1,n2,ni, é um estado com n1 partículas no estado 1, n2 partículas no estado 2 e assim sucessivamente. O operador n^i=c^ic^i é o operador que conta o número de partículas no i-ésimo estado quântico disponível, sendo denominado operador de número. Define-se o vácuo dos férmions, |0, como o estado no qual não há partículas, de tal forma que

    +

    +

    +
    + (12) + c^j|0=0, +
    +
    +

    +

    pois não é possível aniquilar uma partícula do estado que já não possui nenhuma. Por outro lado, a equação (7) implica que (ci)2=0, ou seja, não é possível adicionar mais do que uma partícula em um dado estado físico. Observe que:

    +

    +

    +
    + (13) + c^i|1i=c^ic^i|0i=(c^i)2|0i=0, +
    +
    +

    +

    onde |1i=c^i|0i corresponde ao estado de número com uma única partícula no estado quântico indexado por i. Portanto, o princípio de exclusão de Pauli é uma consequência direta da própria álgebra fermiônica.

    +

    Indo mais adiante, em segunda quantização a média de um operador A^, obtida através da expressão A^(t)=d3rψ(r,t)A^ψ(r,t), é convertida em um operador que age sobre os estados de número (ou superposições destes) no espaço de Fock, uma vez que o próprio campo ψ(r,t) é agora um operador.

    +

    Enquanto na primeira quantização a interpretação probabilística requer que d3rψ(r,t)ψ(r,t)=1, em segunda quantização essa integral corresponde ao operador de número total de partículas, N^, conforme segue:

    +

    +

    +
    + (14) + N^=d3rψ^(r,t)ψ^(r,t)=d3rmc^mϕm(r)eiEmt/nc^nϕn(r)eiEnt/=mnei(EmEn)t/c^mc^nd3rϕm(r)ϕn(r)=mnei(EmEn)t/c^mc^nδmn=ncnc^n. +
    +
    +

    +

    Observe que N^=ncnc^n é de fato o operador de número total, pois ao atuar sobre um estado de número produz como autovalor a somatória do número de partículas do sistema.

    +

    O próximo passo é converter a média do Hamiltoniano de uma partícula,

    +

    +

    +
    + (15) + H=d3rψ(r,t)H(r,-i)ψ(r,t), +
    +
    +

    +

    no operador Hamiltoniano em segunda quantização, que permite descrever o problema de muitas partículas, ao invés de uma única. Considere a expansão dos operadores de campo ψ^(r,t) em termos de autofunções de energia, ou seja, H(r,-i)ϕn(r)=Enϕn(r). Desse modo:

    +

    +

    +
    + (16) + H^=d3rψ^(r,t)H(r,i)ψ^(r,t)=d3rmc^mϕm(r)eiEmt/H(r,i)×nc^nϕn(r)eiEnt/=mnei(EmEn)t/c^mc^nEnd3rϕm(r)ϕn(r)=mnEnei(EmEn)t/c^mc^nδmn=nEncnc^n. +
    +
    +

    +

    O caso das partículas livres, quando a energia potencial é nula, U=0, é de especial interesse, permitindo satisfazer a equação de Schrödinger através de ondas planas uniformes, de forma que, omitindo o spin, tem-se ϕk=(2π)-3/2eikr. Os autovalores de energia associados são dados por E(k)=2k2/(2m), e o Hamiltoniano em segunda quantização toma a forma seguinte:

    +

    +

    +
    + (17) + H^=k,σ=,2k22mck,σc^k,σ. +
    +
    +

    +

    A inclusão de interações entre partículas de um mesmo tipo, como por exemplo as interações de repulsão coulombiana entre elétrons, faz-se através do chamado ordenamento normal dos operadores de campo, no qual todos os operadores de criação devem aparecer à esquerda dos operadores de aniquilação associados àquele campo. Por exemplo, em uma interação entre pares de partículas idênticas situadas nas posições r1 e r2, cuja energia potencial de interação tem a forma U2(r1,r2), a versão em segunda quantização será escrita da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (18) + U^2=12!d3r1d3r2ψ^(r1)ψ^(r2)U2(r1,r2)ψ^(r2)ψ^(r1). +
    +
    +

    +

    Observe atentamente a ordem em que aparecem as variáveis r1 e r2 nos argumentos dos operadores de campo. De forma geral, para interações entre n-tuplas de partículas tem-se:

    +

    +

    +
    + (19) + U^n=1n!d3r1d3r2d3rnψ^(r1)ψ^(r2)ψ^(rn)×Un(r1,r2,,rn)ψ^(rn)ψ^(r2)ψ^(r1). +
    +
    +

    +

    Desse modo, o termo representando a interação de pares de partículas no Hamiltoniano em segunda quantização tem a forma forma geral U^2=ijklUijklcicjckcl. Por uma questão de simplicidade, todavia, no presente trabalho termos envolvendo essas interações serão desconsiderados.

    +

    É importante mencionar que nem sempre são conhecidos os auto-estados de energia do Hamiltoniano completo. Nesse cenário emprega-se na expansão dos campos uma base completa conhecida, proveniente da solução de um Hamiltoniano mais simples. A dependência temporal é incorporada aos operadores de criação e aniquilação e tem-se:

    +

    +

    +
    + (20) + H^=d3rψ^(r,t)H(r,i)ψ^(r,t)=d3rmc^m(t)ϕm(r)H(r,i)nc^n(t)ϕn(r)=mnc^m(t)c^n(t)d3rϕm(r)H(r,i)ϕn(r)=mntmnc^m(t)c^n(t), +
    +
    +

    +

    onde os coeficientes tmn são definidos da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (21) + tmn=d3rϕm(r)H(r,-i)ϕn(r). +
    +
    +

    +

    Os elementos diagonais tmm=Em são conhecidos como auto-energias associadas às funções ϕm(r). Já para mn, os coeficientes tmn são denominados parâmetros de salto ou de hopping, e representam uma energia de transição entre os estados m e n.

    +

    Deixa-se como exercício para o leitor demonstrar, utilizando a equação de movimento de Heisenberg para um operador A^,

    +

    +

    +
    + (22) + idA^dt=[A^,H^]=A^H^-H^A^, +
    +
    +

    +

    que os operadores de aniquilação devem satisfazer a seguinte equação de movimento:

    +

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    +
    + (23) + idc^mdt=ntmnc^n. +
    +
    +

    +

    O modelo de tight-binding é uma aproximação em que as funções de base utilizadas na expansão dos operadores de campo são funções de onda localizadas em torno de cada sítio da rede atômica, e tipicamente envolvem orbitais atômicos, ou superposições de orbitais atômicos, sendo muito útil no cálculo da estrutura de bandas de energia de um sólido. Nas próximas duas seções o modelo de tight-binding será utilizado para descrever cadeias atômicas infinitamente longas e alguns monômeros de interesse para as cadeias poliméricas conjugadas.

    +

    Para finalizar a presente seção, cabe destacar que os orbitais atômicos provenientes de átomos vizinhos não são necessariamente ortogonais entre si, mas é possível encontrar um conjunto ortonormalizado, utilizando o método de Gram-Schmidt, por exemplo. Considerando um conjunto de orbitais atômicos {|1,|2|n,} em que |n é proveniente do n-ésimo átomo da rede, não ortogonais entre si, é possível obter um novo conjunto:

    +

    +

    +
    + (24) + |1=|1,|2=|2(1|2)|1,|3=|3(1|3)|1(2|3)|2,|n=|nn < n(n|n)|n. +
    +
    +

    +

    Estão omitidos nas equações acima os fatores de renormalização dos estados a cada passo. Um método semelhante para obter novas funções ortogonalizadas é denominado de ortogonalização de Löwdin, e os orbitais assim obtidos possuem contribuições de átomos distantes [19[19] J.C. Slater e G.F. Koster, Physical Review 94 , 1498 (1954).]. De modo análogo, em cristais é possível utilizar um conjunto de funções ortogonais conhecido como funções de Wannier, que são localizadas em torno dos sítios atômicos, para construir o modelo de tight-binding .

    +

    Entretanto, a superposição dos orbitais provenientes de átomos vizinhos na rede é usualmente pequena, ou seja:

    +

    +

    +
    + (25) + d3rϕn(r)ϕm(r-a)0, +
    +
    +

    +

    sendo a da rede um vetor conectando o átomo na posição r com um de seus primeiros vizinhos, ϕm e ϕn são orbitais atômicos, com conjuntos de números quânticos m e n, respectivamente. Nessa situação, a etapa de ortogonalização de Gram-Schmidt não se faz necessária na primeira aproximação, e considera-se que o conjunto de todos os orbitais atômicos localizados em torno de seus respectivos átomos forma uma base completa. Note ainda que orbitais atômicos do tipo hidrogenóide tem uma dependência na forma f(r)e-αr com relação à distância, significando que decaem exponencialmente com o aumento da distância em relação à sua origem.

    +

    3. A Cadeia Infinitamente Longa e Bandas de Energia

    +

    Uma cadeia monoatômica em uma dimensão espacial é ilustrada na Figura1, podendo representar uma macromolécula linear, como por exemplo o poliacetileno. O comprimento L de uma macromolécula polimérica linear é dado aproximadamente por L=(N-1)a, sendo N o número de átomos de carbono na cadeia e a a distância entre eles, assumindo que esta seja constante. Nesse caso o valor de a é conhecido como parâmetro de rede. Um modelo de brinquedo (toy model ) para uma macromolécula em que N>>1 é obtido fazendo o limite N.

    +
    + +
    +Figura 1:
    Cadeia monoatômica em uma dimensão espacial, podendo representar um polímero linear, como por exemplo o poliacetileno.
    +
    +
    +

    Por uma questão de simplicidade, assuma uma base ortonormalizada formada considerando um único orbital relevante por átomo da rede unidimensional infinita. Em primeira aproximação, admite-se que os parâmetros tmn são não negligenciáveis apenas entre primeiros vizinhos, ou seja, tmn=E0δmn+tδm,n±1. Tanto a equação (21) quanto o requerimento de hermiticidade do Hamiltoniano implicam que tmn=tnm*. Sem perda de generalidade no que segue, assuma que t=t*, ou seja, o parâmetro de hopping é puramente real, dado por:

    +

    +

    +
    + (26) + t=d3rϕ(r)H(r,-i)ϕ(r-ax^)E0d3rϕ(r)ϕ(r-ax^). +
    +
    +

    +

    Note que a cadeia está orientada ao longo da direção x^ e que os orbitais ϕ(r) são considerados puramente reais. Claramente t envolve a superposição entre orbitais provenientes de átomos vizinhos na cadeia.

    +

    Desse modo, o Hamiltoniano (20) pode ser escrito explicitamente da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (27) + H^=jE0n^j+tj(c^j+1c^j+c^jc^j+1). +
    +
    +

    +

    A interpretação desse Hamiltoniano é bastante simples, sendo que o primeiro termo E0n^j corresponde à energia E0 de um elétron ocupando o orbital no sítio j-ésimo da rede. Já o termo tc^j+1c^j representa uma energia cinética proveniente de um elétron saltando do orbital inicialmente ocupado no j-ésimo sítio para o orbital do sítio j+1, que deve estar inicialmente desocupado. O termo tc^jc^j+1 corresponde ao movimento no sentido contrário ao do caso anterior.

    +

    Para diagonalizar o Hamiltoniano (27) é conveniente expressar os operadores de criação e aniquilação em termos de uma série de Fourier, na forma que segue:

    +

    +

    +
    + (28) + c^j=1Nkc^keikrj, +
    +
    +
    +
    + (29) + c^j=1Nkc^ke-ikrj, +
    +
    +
    +
    + (30) + δk,k=1Nje±i(k-k)rj, +
    +
    +

    +

    onde N é o número total de sítios na rede (podendo ser levado ao limite N), k é um vetor de onda no espaço recíproco a r, rj é o vetor de posição do j-ésimo átomo na rede. A equação (30) é a representação da função delta de Kronecker. Para obter os resultados de uma rede unidimensional deve-se adotar k=(k,0,0) e rj=(xj,0,0), de tal forma que krj=kxj. O leitor é desafiado a demonstrar que, fazendo as substituições de (28) e (29) em (27) e fazendo uso de (30), obtém-se como resultado:

    +

    +

    +
    + (31) + H^=k[E0+2tcos(ka)]c^kc^k. +
    +
    +

    +

    Observe que na representação de posição o Hamiltoniano não é diagonal, mas fazendo uso da periodicidade da rede, torna-se diagonal no espaço recíproco, produzindo um espectro de energia E(k)=E0+2tcos(ka). No limite em que N, k assume valores no continuum, sendo o intervalo -πkaπ (para o caso unidimenional) conhecido como primeira zona de Brillouin no espaço k. Forma-se assim uma banda de energias permitidas, com ponto médio em E0 e largura de banda 4|t|. Portanto, quanto maior o valor do parâmetro de hopping mais larga é a banda de energia.

    +

    A generalização óbvia para esse modelo simples consiste em considerar mais de um orbital por sítio, dando origem a várias bandas de energia. No caso unidimensional o espectro de energia na n-ésima banda, proveniente do n-ésimo orbital atômico considerado, terá a forma En(k)=E0n+2tncos(ka). Quanto maior o valor de E0n, correspondendo a um orbital mais externo, mais estendida é a função de onda no espaço real, ocasionando maior superposição entre os orbitais dos primeiros vizinhos na integral de hopping e consequentemente maior será o valor do parâmetro de hopping tn. Para o caso de uma cadeia linear, as bandas oriundas dos orbitais de maior energia tem maior largura de banda. Essas últimas afirmações podem ser entendidas adotando-se um cenário simplista, em que um átomo da rede corresponde a um poço de potencial simétrico e finito em uma dimensão espacial. Nesse caso, para obter os orbitais ϕn(x) deve-se resolver a equação de Schrödinger 1D,

    +

    +

    +
    + (32) + (-22md2dx2+U(x))ϕ(x)=Eϕ(x), +
    +
    +

    +

    onde a energia potencial é dada por:

    +

    +

    +
    + (33) + U(x)={0,se|x|<d/2,U0,se|x|>d/2, +
    +
    +

    +

    sendo U0>0. As soluções confinadas (ou ligadas) são aquelas para as quais as autoenergias satisfazem a condição E<U0, de tal modo que ϕ(|x|)0. Isso se deve ao fato de que nas regiões em que |x|>d/2 a solução ϕ(x) tem a forma ϕ(x)exp(-α|x|), sendo α=2m(U0-E)/2. Nesse caso, é fácil ver que quanto maior a energia E associada à função ϕ(x), menor a diferença U0-E e menor o valor da constante α, produzindo um orbital mais estendido no espaço.

    +

    A expansão de En(k) em séries de Taylor nas vizinhanças do ponto ka=0 resulta em En(k)=E0n+2tn-tna2k2 e tem-se uma relação de dispersão parabólica em torno de E0n+2tn. Sabendo-se que a massa efetiva é calculada como m*=2/(2E(k)/k2), tem-se:

    +

    +

    +
    + (34) + m*=-22tna2. +
    +
    +

    +

    Se tn>0, a massa efetiva é negativa e o ponto E0n+2tn corresponde ao máximo daquela banda. Nesse caso, ao invés de considerar um elétron de carga negativa e massa negativa, reinterpreta-se a ausência do elétron de massa efetiva negativa e carga negativa em torno desse ponto como uma partícula de massa positiva e carga elétrica positiva, conhecida como lacuna ou buraco. Por outro lado, para tn<0 o ponto E0n+2tn=E0n-2|tn| corresponderá ao mínimo da banda e presença de uma partícula de massa positiva e carga negativa é naturalmente interpretada como um elétron. Uma conclusão importante nesse contexto é que quanto maior o valor do módulo do parâmetro de hopping, menor será a massa efetiva da partícula associada, o que afeta a mobilidade eletrônica do portador de carga, dada por

    +

    +

    +
    + (35) + μe=eτ|m*|, +
    +
    +

    +

    sendo e o módulo da carga eletrônica e τ o tempo associado ao livre caminho médio. Em semicondutores, tipicamente os elétrons na banda de condução têm maior mobilidade do que as lacunas na banda de valência, o que grosseiramente pode ser entendido considerando-se o fato de que o parâmetro de hopping associado às bandas de maior energia têm maior valor absoluto, levando a uma menor massa efetiva.

    +

    4. Monômeros de Interesse na Obtenção de Polímeros Conjugados

    +

    Como mencionado anteriormente, os polímeros conjugados são aqueles em que ocorre a alternância das ligações σ e π entre os átomos de carbono da cadeia polimérica, sendo a ligação do tipo π a principal responsável por conferir propriedades fotofísicas e de condutividade elétrica comparáveis à de semicondutores inorgânicos ou de alguns metais. Uma boa revisão pode ser encontrada nas notas da aula magna do Prêmio Nobel de Química do ano de 2000 [20[20] A. Heeger, Semiconducting and Metallic Polymers: The Fourth Generation of Polymeric Materials, disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/heeger/lecture/, acessado em 01/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    , 21[21] A.G. MacDiarmid, “Synthetic Metals”: A Novel Role for Organic Polymers, disponível: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/macdiarmid/lecture/, acessado em 02/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    , 22[22] H. Shirakawa, The Discovery of Polyacetylene Film: The Dawning of an Era of Conducting Polymers, disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/shirakawa/lecture/, acessado em 01/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    ].

    +

    Na obtenção de polímeros conjugados, podem ser citados como monômeros de interesse o acetileno e algumas moléculas cíclicas, como o benzeno, que envolve o ciclo aromático de átomos de carbono apenas, bem como o tiofeno, o furano e o pirrol, em que o heteroátomo na cadeia cíclica é o enxofre, o oxigênio e o nitrogênio, respectivamente. A Figura2 ilustra os monômeros cíclicos aqui mencionando enquanto que algumas das cadeias poliméricas conjugadas que podem ser obtidas estão ilustradas na Figura3.

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    +Figura 2:
    Alguns monômeros cíclicos relevantes na obtenção de cadeias poliméricas conjugadas.
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    + +
    +Figura 3:
    Algumas cadeias poliméricas conjugadas.
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    +
    +

    Com o intuito de melhor entender o problema dos polímeros conjugados, considere um orbital atômico, cuja expressão é dada por:

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    +
    + (36) + ψnlms(r,θ,φ)=r,θ,φ|nmls=Rnl(r)Ylm(θ,φ)χs, +
    +
    +

    +

    sendo n=1,2,3 o número quântico principal, l=0,1..n-1 o número quântico de momento angular orbital, m=l,=l+1,,l-1,l o número quântico magnético e s=, o número quântico de spin, (r,θ,φ) refere-se às coordenadas espaciais no sistema esférico, Rnl(r) é uma função com dependência radial, que controla a probabilidade de encontrar um elétron na distância r a partir do núcleo atômico, Ylm(θ,φ) são as funções harmônicas esféricas e χs é um espinor de Pauli. É sabido que a média do operador de posição r de um elétron será tanto maior quanto maior o valor de n, significando maior afastamento em relação ao núcleo atômico, e portanto menor energia de ligação. Na notação da Química o número quântico l=0,1,2,3.. é representado pelas letras s,p,d,f, respectivamente.

    +

    Sendo o carbono o principal elemento das cadeias poliméricas conjugadas, e considerando-se que os orbitais 2s e 2p desse elemento têm energias semelhantes, para a formação de ligações químicas mais estáveis ocorre a formação de orbitais atômicos híbridos, em que os orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz, ilustrados na Figura4 se misturam. As expressões matemáticas para a dependência angular dos orbitais 2s e 2p do carbono são dadas abaixo11O número quântico de spin será omitido nas expressões para os orbitais 2⁢s, 2⁢px, 2⁢py e 2⁢pz e nas que se seguirão. Cada um deles é duplamente degenerado devido ao spin eletrônico, que pode assumir as projeções ↑ ou ↓, significando que caberia um total de 8 elétrons na camada n=2.:

    +
    + +
    +Figura 4:
    Dependência angular da densidade de probabilidade associada aos orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz.
    +
    +
    +

    +

    +
    + (37) + θ,φ|2s=Y00(θ,φ)=14π, +
    +
    +
    +
    + (38) + θ,φ|2px=-12[Y1+1(θ,φ)+Y1-1(θ,φ)]=34πsinθcosφ, +
    +
    +
    +
    + (39) + θ,φ|2py=i2[Y1+1(θ,φ)-Y1-1(θ,φ)]=34πsinθsinφ, +
    +
    +
    +
    + (40) + θ,φ|2pz=Y10(θ,φ)=34πcosθ, +
    +
    +

    +

    No processo de hibridização, os novos orbitais atômicos originados da superposição serão necessariamente ortonormais no espaço de Hilbert. Das três possibilidades hibridização para o carbono, denominadas sp, sp2 e sp3, as mais relevantes são as duas últimas. A hibridização sp2 se dá através da superposição entre o orbital 2s e os orbitais 2px, 2py, formando assim três novos orbitais:

    +

    +

    +
    + (41) + |ψ1=13(|s+|px+|py), +
    +
    +
    +
    + (42) + |ψ2=16(|s+|px-2|py), +
    +
    +
    +
    + (43) + |ψ3=12(|s-|px). +
    +
    +

    +

    Estes são ortogonais no espaço de Hilbert, mas as direções de máxima propabilidade formam um ângulo de 120 entre si para esses orbitais no espaço real, enquanto o orbital pz não se mistura aos demais, sendo orientado espacialmente num eixo ortogonal ao plano formado pelos orbitais sp2. Essa situação é ilustrada na Figura5-A. Já a hibridização sp3 leva a uma superposição entre o orbital 2s e todos os orbitais do tipo 2p:

    +
    + +
    +Figura 5:
    Dependência angular da densidade de probabilidade associada aos orbitais híbridos do tipo (A) sp2 e (B) sp3.
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    +

    +

    +
    + (44) + |ψ1=12(|s+|px+|py+|pz), +
    +
    +
    +
    + (45) + |ψ2=12(|s+|px-|py-|pz), +
    +
    +
    +
    + (46) + |ψ3=12(|s-|px-|py+|pz), +
    +
    +
    +
    + (47) + |ψ4=12(|s-|px+|py-|pz). +
    +
    +

    +

    Esses novos orbitais adquirem simetria tetraédrica, em que o ângulo formado pelas direções de máxima probabilidade desses orbitais é de aproximadamente 109, o que é mostrado na Figura5-B.

    +

    Deve-se à superposição de orbitais hibridizados sp2 de átomos de carbono vizinhos a formação dos orbitais moleculares do tipo σ, enquanto orbitais moleculares do tipo π somente podem ocorrer pela superposição dos orbitais pz em átomos de carbono vizinhos, sendo que ambos devem estar hibridizados na forma sp2. A hibridização do tipo sp3 somente permite a formação de ligações do tipo σ.

    +

    Tendo em vista que em polímeros conjugados devem ocorrer ligações do tipo π, a hibridização sp2 se faz presente. Considere, por simplicidade, a molécula de etileno C2H4, em que a ligação química entre apenas dois átomos de carbono se dá através da hibridização sp2, permitindo assim a ocorrência de uma ligação dupla entre os átomos de carbono, sendo uma dessas do tipo σ e a outra do tipo π. Considerando apenas os efeitos da interação de Coulomb entre um elétron de valência e dois átomos de carbono situados nas posições R1 e R2, o Hamiltoniano de uma partícula pode ser expressado da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (48) + H^e=p22m-Zefe24πε0(1|r-R1|+1|r-R2|), +
    +
    +

    +

    onde p=-i e r são os operadores de momento linear e posição do elétron, respectivamente, e é o módulo da carga do elétron, m a sua massa e ε0 é a permissividade dielétrica do vácuo, Zef4 é o número atômico efetivo percebido pelos os elétrons de valência, já que a camada completa 1s2 blinda parcialmente a carga do núcleo. Considerando que os orbitais atômicos hibridizados provenientes de cada átomo formam uma base completa, conforme discutido na Seção anterior, é possível calcular diretamente os elementos de matriz α|H^|β para os orbitais do tipo sp2 e pz, de tal modo que, utilizando as definições a seguir:

    +

    +

    +
    + (49) + Eσ=sp2,R1|H^e|sp2,R1=sp2,R2|H^|sp2,R2, +
    +
    +
    +
    + (50) + Δσ=sp2,R1|H^e|sp2,R2, +
    +
    +
    +
    + (51) + Eπ=pz,R1|H^e|pz,R1=pz,R2|H^|pz,R2, +
    +
    +
    +
    + (52) + Δπ=pz,R1|H^e|pz,R2, +
    +
    +

    +

    pode-se colocar o Hamiltoniano na forma matricial:

    +

    +

    +
    + (53) + H^=(EσΔσ00Δσ*Eσ0000EπΔπ00Δπ*Eπ). +
    +
    +

    +

    Observe que |sp2,Rj é um orbital do tipo sp2 e |pz,Rj é um orbital do tipo pz, centrados no átomo de carbono j=1,2, e ainda sp2,Ri|H^e|pz,Rj0 para quaisquer escolhas i,j=1,2, tendo em vista que orbitais sp2 são ortogonais a orbitais pz. Um cálculo explícito nos mostra que EσEπ=E0, correspondendo às energias aproximadas do elétron em um orbital de átomo de carbono isolado, enquanto que as energias de interação satisfazem a condição |Δσ|>|Δπ|, devido ao fato de que os orbitais sp2 que dão origem à ligação σ formarão um orbital molecular muito mais localizado do que o orbital molecular do tipo π, originado pela superposição dos orbitais atômicos do tipo pz. É fácil diagonalizar (53), que tem a forma diagonal por blocos. Os autovalores de energia são:

    +

    +

    +
    + (54) + Eσ+=E0+|Δσ|, +
    +
    +
    +
    + (55) + Eσ-=E0-|Δσ|, +
    +
    +
    +
    + (56) + Eπ+=E0+|Δπ|, +
    +
    +
    +
    + (57) + Eπ-=E0-|Δπ|, +
    +
    +

    +

    onde o sinal -(+) corresponde a um orbital de menor(maior) energia e denominado de ligante(anti-ligante). Denotam-se convencionalmente os orbitais ligantes por σ e π, com energias Eσ- e Eπ-, respectivamente, enquanto que os antiligantes são simbolizados por σ* e π*, com energias Eσ+ e Eπ+, respectivamente. Tendo em vista que |Δσ|>|Δπ|, pode-se concluir que a separação energética entre os orbitais σ e σ* será maior que aquela entre os orbitais π e π*.

    +
    + +
    +Figura 6:
    Esquema de energias dos orbitais ligantes e antiligantes na molécula de etileno.
    +
    +
    +

    Os níveis de energia resultantes dos orbitais ligantes e anti-ligantes na molécula de etileno são ilustrados esquematicamente na Figura6. Observe que originalmente há 8 orbitais por átomo de carbono, sendo 6 do tipo sp2 e 2 do tipo pz, já considerada a duplicidade do spin, mas somente a metade desses níveis está ocupada em cada átomo, pelo fato de que o carbono possui apenas 4 elétrons de valência. Na formação da molécula, 4 orbitais do tipo sp2 orientados de modo a formar ângulos de 120 com a linha que une os dois átomos de carbono estão envolvidos em ligações bastante localizadas com os átomos de hidrogênio da molécula. Sendo assim, do total de 4 elétrons de valência de um átomo de carbono, 2 estão envolvidos em ligações com átomos de hidrogênio, e outros 2 serão compartilhados com o outro átomo de carbono. Por conservação do número de graus de liberdade, ao formar a ligação química, 4 orbitais moleculares serão resultantes da superposição entre 2 orbitais do tipo sp2 de cada átomo, considerando-se a duplicidade do spin, esses sendo orientados ao longo da linha que une os átomos de carbono, e 4 orbitais moleculares resultantes da superposição entre 2 orbitais pz proveinentes de cada átomo. Como resultado final, 2 orbitais moleculares corresponderão aos orbitais ligantes do tipo σ, 2 aos orbitais ligantes π, 2 aos orbitais anti-ligantes do tipo σ* e 2 aos orbitais anti-ligantes π*, havendo um total de 4 elétrons compartilhados entre os dois átomos de carbono. Desse modo, todos os orbitais ligantes σ e π estarão preenchidos, enquanto que os orbitais anti-ligantes estarão desocupados. Na formação de uma cadeia polimérica de N átomos os níveis discretos correspondentes aos orbitais σ, σ*, π e π* passam a se desdobrar em N novos níveis, formando bandas de energia contínuas no limite de N, denominadas bandas σ, σ*, π e π*. O nível de Fermi para esse sistema ficará localizado no ponto médio entre as energias Eπ+ e Eπ-. Novamente, por conta da condição |Δσ|>|Δπ|, os níveis de energia da banda σ estarão mais abaixo do nível de Fermi do que os níveis de energia da banda π, e os níveis de energia da banda σ* estarão mais acima do nível de Fermi do que os níveis de energia da banda π*. Portanto os processos de transporte e de fotocondutividade em baixas energias serão governados pelas bandas π e π*.

    +

    No estudo de semicondutores orgânicos, denominam-se HOMO22 do inglês highest occupied molecular orbital e LUMO33do inglês lowest unoccupied molecular orbital o estado de mais alta energia ocupado por um elétron e o estado de mais baixa energia que não esteja ocupado, respectivamente. De maneira usual, o bandgap do material é definido como a diferença de energia entre o LUMO e o HOMO.

    +

    Agora pretende-se analisar a molécula de benzeno, o ciclo conjugado mais estável, sendo constituído de 6 átomos de carbono e 6 átomos de hidrogênio, conforme ilustrado Figura7.

    +
    + +
    +Figura 7:
    A molécula de benzeno: Note que as ligações σ, que se devem aos orbitais sp2 são direcionais, manténdo os elétrons fortemente localizados entre os átomos que formam a ligação. Já a ligação π deve-se a orbitais pz perpendiculares ao plano mostrado. Nesse caso, os elétrons nesses orbitais podem saltar de um átomo para outro, fazendo as ligações duplas se moverem, com energia de transição proporcional ao parâmetro de hopping t=Δπ.
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    +

    A ligação entre os átomos de carbono que dá a forma a essa molécula ocorre por meio de interações σ no plano que contém todos os átomos de carbono e de hidrogênio. Essas ligações devem-se aos orbitais hibridizados sp2 do carbono. Como esses formam um ângulo de 120 entre si, os átomos serão arranjados na forma de um hexágono. Os orbitais 1s dos átomos de hidrogênio se misturam a orbitais do tipo sp2 do carbono. Ao todo nas ligações σ estarão compartilhados 3 elétrons por átomo de carbono e 1 elétrons por átomo do hidrogênio, totalizando assim 24 elétrons. Restam ainda 6 elétrons provenientes dos átomos de carbono, que ocupam orbitais do tipo pz e que serão misturados para formar ligações π. Uma vez que os orbitais pz são perpendiculares ao plano da molécula, é equiprovável, por exemplo, para um elétron do átomo 1 na rede ser compartilhado com o átomo 2 ou com o átomo 6 (vide Figura7), e essa ligação π flutua, originando assim uma nuvem. As propriedades de condutividade elétrica e absorção óptica são fortemente influenciadas por essas ligações. Para fins do cálculo que segue, serão levados em conta somente esses orbitais, e o parâmetro de hopping t=Δπ pode ser calculado a partir da expressão (52). Em segunda quantização, o Hamiltoniano da molécula para os orbitais pz tem a seguinte forma:

    +

    +

    +
    + (58) + H^=s=,j=16[E0c^jsc^js+t(c^j+1,sc^js+c^j,sc^j+1,s)], +
    +
    +

    +

    com a identificação c7s=c1s. Note que nesse modelo simplificado, considera-se nula a possibilidade de mudança do número quântico de spin quando ocorre o salto de um átomo para outro, e também está sendo negligenciada a interação repulsiva de Coulomb, quando dois desses elétrons estão no mesmo átomo. A forma mais simples de incluir um termo repulsivo se dá adicionando ao Hamiltoniano a expressão Ujn^jn^j, sendo U a energia de Coulomb associada, levando ao conhecido modelo de Hubbard. Nesse caso, note que há um custo energético U para manter dois elétrons de spins contrários no mesmo sítio.

    +

    A solução desse problema levando em conta os 6 elétrons simultaneamente tem como base estados da forma j=16|nj,nj, com as condições de que njs=0,1 indicando que o estado no j-ésimo átomo com spin s está vazio ou ocupado, e que o número total de elétrons satisfaz jsnjs=6. Esse problema torna-se exponencialmente complexo com o aumento do número de graus de liberdade, por exemplo, número total de elétrons e de orbitais atômicos disponíveis.

    +

    Para um melhor entendimento da natureza do problema, considere como exemplo apenas 2 elétrons, mas que podem ser colocados em 4 orbitais distintos, indexados por a,b,c,d, já considerando o spin. Suponha que um estado na base de número seja escrito na forma |na,nb,nc,nd, com nj=0,1 e jnj=2. Nesse caso, a lista de possibilidades é a seguinte: {|1100,|1010,|1001,|0110,|0101,|0011}, totalizando 6 estados. Isso significa que a representação matricial do Hamiltoniano a ser diagonalizado terá dimensão 6×6. De forma geral, a dimensão do problema será dada pela combinação Cn,p=n!/[p!(n-p)!] de n estados disponíveis, que podem ser ocupados por p elétrons. Na molécula de benzeno, para os orbitais pz teríamos 12 estados disponíveis, já incluindo o spin, para preencher com 6 elétrons, o que resulta em uma dimensão do Hamiltoniano de 924 na base de número.

    +

    Portanto, uma simplificação se faz necessária na solução desse tipo de problema, consistindo em considerar o cenário com apenas um elétron, que pode ser colocado em qualquer um dos estados disponíveis, e uma vez diagonalizado o Hamiltoniano resultante nessa base de um único elétron, faz-se o preenchimento dos níveis de acordo com o princípio de exclusão de Pauli, sempre indo do menor para o maior nível de energia, até que se esgote o número total de elétrons. No caso da molécula de benzeno esse número é 6.

    +

    Para colocar o Hamiltoniano de tight-binding (58) na forma matricial, tendo em vista que o spin nesse problema representa apenas um fator de multiplicidade, pode-se omitir esse grau de liberdade e então calcular os elementos de matriz de H^ na base {|1=|100000,|2=|010000,,|6=|000001}, onde |n significa que o elétron está localizado no orbital pz do n-ésimo átomo. Considerando-se que m|n=δmn e que c^j+1c^j|n=δjn|j+1, pode-se obter:

    +

    +

    +
    + (59) + Hmn=m|H^|n=m|j=16[E0n^j+t(c^j+1c^j+c^jc^j+1)]|n=Eπδmn+tδm,n+1+tδm,n-1. +
    +
    +

    +

    Explicitamente em forma matricial o Hamiltoniano toma a seguinte forma:

    +

    +

    +
    + (60) + H^=(E0t000ttE0t0000tE0t0000tE0t0000tE0tt000tE0). +
    +
    +

    +

    Lembre que m,n devem ser varridos de 1 a 6, e que 7 deve ser identificado com 1, por conta da ciclicidade da molécula. Os autovalores de (60) correspondendo às energias dos orbitais moleculares π, são dados por E1=E0-2t e E2=E3=E0-t, enquanto que para os níveis π* têm-se E4=E5=E0+t e E6=E0+2t. Lembre que todos esses níveis são duplamente degenerados devido ao spin, produzindo 12 orbitais moleculares distintos. Os 6 orbitais ligantes π vão contribuir para formação de uma densidade de estados semelhante à banda de valência de um semicondutor, enquanto que os 6 orbitais antiligantes π* vão contribuir para a formação de uma densidade de estados similar a uma banda de condução. Uma vez que existem 6 elétrons disponíveis, todos os orbitais π estarão preenchidos e todos os orbitais π* estarão vazios. O bandgap no presente caso, correspondendo à distância entre o HOMO e o LUMO tem valor de Eg=E4-E3=2t.

    +

    De maneira fenomenológica, é possível montar diretamente a matriz que representa o Hamiltoniano de tight-binding para um elétron, supondo conhecidos os vínculos entre os átomos primeiros vizinhos, e se for o caso, também segundos vizinhos. Como exercício, considere uma outra molécula cíclica de fundamental importância para o ramo dos polímeros conjugados, o tiofeno (C4H4S), ilustrado na Figura8. Este monômero é essencial na síntese do P3HT, que é utilizado em estudos com células solares orgânicas [11[11] F. Thomazi, M. Souza, C.K. Saul, G.A. Viana, F.C. Marques, R. Silvestre, M. Brehm, C.E.B. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 10 , 877 (2014).].

    +
    + +
    +Figura 8:
    A molécula de tiofeno: um dos átomos de carbono no ciclo é trocado pelo enxofre, cujo índice de sítio é n=1. Esse átomo tem um nível diferente de energia no orbital que participa das ligações com os orbitais pz do carbono, bem como o parâmetro de salto para um elétron entre os átomos de enxofre e carbono tem valor t<t.
    +
    +
    +

    Para construir o Hamiltoniano de tight-binding dessa molécula, considerando apenas interações com primeiros vizinhos e orbitais do tipo π, pode-se observar na Figura8, que o heteroátomo na estrutura, aqui o enxofre, está indexado por n=1, enquanto o carbono ocupa os sítios n=2,3,4,5. Átomos de hidrogênio presentes, que participam em ligações do tipo σ e não são relevantes para o que segue e foram omitidos na Figura8. Naturalmente, considerando a energia dos orbitais pz do carbono como referência, a energia associada a um elétron ocupando o orbital do enxofre tem valor ΔE. A probabilidade de salto do elétron no enxofre, para um dos carbonos vizinhos, nas posições 1 e 5 é mensurada pelo parâmetro de hopping tt. Nesse caso, o elemento de matriz que conecta um elétron no sítio 5 ao sítio 1, denotado H15, terá valor t. O salto no sentido inverso é dado por H51=H15*. Aqui vamos admitir por simplicidade que t e t são reais. Como outro exemplo, os elementos H34 e H43 da matriz Hamiltoniana devem representar a energia de salto entre os sítios 3 e 4, ocupados por átomos de carbono no presente caso. Realizando a análise de todos os vínculos, obtém-se o Hamiltoniano do tiofeno para um elétron:

    +

    +

    +
    + (61) + H^C4H4S=(ΔEt00tt0t000t0t000t0tt00t0). +
    +
    +

    +

    Sabe-se ainda que o parâmetro de hopping da ligação C-S satisfaz a condição t<t, sendo t o hopping nas ligações C-C. Para fins de comparação, considere uma molécula cíclica muito similar ao tiofeno, composta apenas de átomos de carbono no ciclo, denominada ciclopentadieno (C5H6), cujo Hamiltoniano é dado abaixo:

    +

    +

    +
    + (62) + H^C5H6=(0t00tt0t000t0t000t0tt00t0). +
    +
    +

    +

    A análise desse caso relativamente simples permite compreender, dentre outras coisas, o efeito de uma impureza substitucional, nesse caso o enxofre, que é colocado no lugar de um átomo de carbono. O cálculo da densidade de estados, D(E), pode ser feito utilizando-se o método da função de Green retardada G^R(E), através das equações abaixo [18[18] C. Kittel, Quantum Theory of Solids (John Wiley & Sons, New York, 1987), 2a ed., 23[23] H.N. Nazareno, Mecânica Estatística e Funções de Green (UnB, Brasília, 2010), 2a ed.]:

    +

    +

    +
    + (63) + G^R(E)=[(E+iη)1-H^]-1, +
    +
    +
    +
    + (64) + D(E)=-1πIm[Tr(G^R(E))], +
    +
    +

    +

    onde 1 é a matriz identidade com a dimensão de H^, Im denota a parte imaginária e Tr denota o traço de matriz. Idealmente, deve-se tomar o limite η0+. Todavia, para fins de cálculo numérico é necessário considerar um valor finito para o parâmetro η. E isso não é necessariamente uma limitação muito importante, já que na prática, esse parâmetro pode ser usado para descrever efeitos de relaxação dos níveis de energia.

    +

    Para fins de comparação, as densidades de estados das moléculas ciclopentadieno e tiofeno são ilustradas na Figura9. Os valores utilizados, normalizados em relação ao parâmetro de hopping da ligação C-C, foram os seguintes: t/t=0,9, η/t=0,02 e ΔE/t=-0.1. Naturalmente, a molécula de ciclopentadieno tem uma simetria maior do que o tiofeno. A quebra de simetria é realizada pela substituição de um átomo de carbono por um de enxofre. É sabido que situações mais simétricas favorecem a degenerescência dos níveis de energia. Na Figura9-A pode-se perceber que para o ciclopendadieno há dois níveis de energia duplamente degenerados, sem considerar ainda o spin, em E/t=0,6 e E/t=-1,6, admitidos aqui como os orbitais LUMO e HOMO, respectivamente, produzindo um bandgapEg/t=2,2. Há ainda um nível de energia superior localizado em E/t=2, não degenerado, a menos daquela devida ao spin. O grau de degenerescência de cada nível pode ser inferido a partir das amplitudes das densidades de estados. Para a molécula de tiofeno a densidade de estados está mostrada na Figura9-B. Note que aqueles níveis de energia degenerados no ciclopentadieno se separam, e além da remoção da degenerescência ocorre uma redução do bandgap para Eg/t=2,0. A lição que se pode tirar desse exemplo é que a introdução de impurezas substitucionais remove pelo menos algumas degenerescências no espectro de H^ e ainda altera o bandgap de energia.

    +
    + +
    +Figura 9:
    Densidades de estados para as moléculas de (A) ciclopentadieno e (B) tiofeno. Note que, dada a similaridade estrutural das duas moléculas, os níveis de energia estão localizados em valores próximos. No entanto, a substituição de um átomo de carbono pelo enxofre remove degenerescências e reduz o valor do bandgap .
    +
    +
    +

    Finalizando esta presente Seção, considere cadeias poliméricas lineares, como o poliacetileno, cujo estudo pode ser realizado utilizando um Hamiltoniano de tight-binding com possibilidade de salto entre primeiros vizinhos, cuja forma matricial para o problema de um elétron é a seguinte:

    +

    +

    +
    + (65) + H^=(E1-t1200-t12*E2t23000-t23*E3-t34000-t34*E4-tN-1,N-tN-1,N*EN), +
    +
    +

    +

    onde N é o número de átomos da cadeia, Ej é a energia do orbital atômico relevante no j-ésimo átomo da cadeia e tj,j+1 é o parâmetro de hopping entre os átomos localizados nos sítios j e j+1, j=1,2N. No caso em que todos os átomos da cadeia são idênticos e não há defeitos deve-se assumir que tj,j+1=t e Ej=E0 para qualquer j. A inclusão de defeitos e impurezas se dá através da modificação de alguns valores de energia e de parâmetro de hopping no Hamiltoniano, correspondentes aos sítios onde ocorrem. No caso mais simples da uma cadeia polimérica linear de N átomos de carbono, o Hamiltoniano (65) pode ser escrito explicitamente:

    +

    +

    +
    + (66) + H^=(E0t000tE0t000tE0t000tE0t000tE0)N×N, +
    +
    +

    +

    sendo um caso particular de matriz de Toeplitz [24[24] R.M. Gray, Foundations and Trends in Communications and Information Theory 2 , 155 (2006).], cujos autovalores são dados por:

    +

    +

    +
    + (67) + E(k)=E0+2tcos(kπN+1),k=1,2N. +
    +
    +

    +

    Tomando-se o limite N o espectro de energias tende ao continuum e a largura total da banda de energia terá valor 4t, inexistindo um gap, reproduzindo o resultado obtido na Seção 3 do presente trabalho. Todavia, para N finito e com o preenchimento de níveis até a metade, haverá uma diferença de energia entre o LUMO e o HOMO que dependerá do comprimento da cadeia, aqui representado pelo número total de átomos.

    +

    As densidades de estados para cadeias lineares contendo N=4,8 e 16 átomos de carbono, calculadas através das equações (63) e (64), são mostradas na Figura10. O que fica evidente é a diminuição do gap entre o LUMO e o HOMO com o aumento de N. Quando o valor do número de átomos N na cadeia polimérica conjugada é grande, formam-se estruturas de bandas similares aos dos semicondutores inorgânicos (Si,Ge, etc). Os valores do bandgap, medidos pela separação entre o HOMO e o LUMO, assumem valores tipicamente entre 1.5 a 3.5 eV, sendo determinantes nas propriedades eletro-ópticas dessas cadeias.

    +
    + +
    +Figura 10:
    Densidades de estados obtidas através da função de Green retardada para cadeias lineares contendo A) N=4, B) N=8 e C) N=16 átomos de carbono, evidenciando a diminuição do gap com o aumento de N.
    +
    +
    +

    Tendo em vista que um material polimérico orgânico é tipicamente obtido da condensação de um conjunto de cadeias poliméricas lineares cujos comprimentos são variáveis, existirá uma estatística associada ao níveis de energia dos orbitais HOMO e LUMO. Uma boa aproximação é considerar distribuições gaussianas em torno dos níveis médios do HOMO e do LUMO. Além disso, podem ocorrer níveis de energia dentro do gap, que são evidências da presença de defeitos, como quebras, impurezas substitucionais, enovelamentos e isomerizações nas cadeias. A dispersão estatística em relação ao comprimento das cadeias poliméricas afeta propriedades de transporte de carga elétrica,como a mobilidade dos portadores de carga, por exemplo.

    +

    5. Conclusão

    +

    No presente trabalho foi apresentado o procedimento geral de segunda quantização, especializado para a obtenção dos modelos de tight-binding, que constituem um dos pilares da Física da Matéria Condensada. A conversão das funções de ondas descrevendo a amplitude de probabilidade dos elétrons na primera quantização em operadores de campo é realizada através de uma álgebra fermiônica, que foi discutida brevemente. Primeiramente, o método geral foi empregado no estudo de um modelo de brinquedo para uma macromolécula polimérica linear muito longa, através da aproximação de cadeia atômica unidimensional infinita. A diagonalização do Hamiltoniano de tight-binding nesse caso leva à formação de uma banda de energia, cuja largura depende do diretamente do parâmetro de salto. Adicionalmente, foi possível prever, com base no comportamento do parâmetro de hopping, que a mobilidade de elétrons na banda de condução tende a ser maior do que a mobilidade das lacunas na banda de valência. Na sequência, alguns monômeros de relevância na área de polímeros orgânicos conjugados foram analisados, dentre eles o benzeno e o tiofeno. O método de tight-binding permitiu determinar os níveis de energia HOMO e LUMO do benzeno e, indo um pouco adiante, as densidades de estados do tiofeno e do ciclopentadieno, bem como discutir aspectos gerais associados à estrutura dos níveis de energia de cadeias poliméricas.

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    +
    +

    Agradecimentos

    +

    O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.

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    Referênces

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    • +
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    +

    +
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    • +1
      O número quântico de spin será omitido nas expressões para os orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz e nas que se seguirão. Cada um deles é duplamente degenerado devido ao spin eletrônico, que pode assumir as projeções ou , significando que caberia um total de 8 elétrons na camada n=2.
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    • +
    • +2
      do inglês highest occupied molecular orbital +
      +
    • +
    • +3
      do inglês lowest unoccupied molecular orbital +
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    • +
    +
    +
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    Datas de Publicação

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      +
    • +Publicação nesta coleção
      05 Jan 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      21 Set 2021
    • +
    • +Revisado
      05 Nov 2021
    • +
    • +Aceito
      26 Nov 2021
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/arquivo.pt.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/arquivo.pt.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..e6582fb04 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/arquivo.pt.3_0.html @@ -0,0 +1,2235 @@ + + + + + + + + + + + + + +
    +
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    +Open-access Modelos de polímeros utilizando o Hamiltoniano de tight-binding +

    +

    Polymer models using the tight-binding Hamiltonian

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    + + + + + + + + + +Sobre os autores +
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    Resumos

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    O modelo de tight-binding é um dos pilares da Física da Matéria Condensada, permitindo descrever de forma bastante simples uma ampla gama de fenômenos de interesse, como por exemplo a estrutura de bandas dos materiais e o transporte eletrônico. Nesse trabalho, o Hamiltoniano de tight-binding, escrito em linguagem de segunda quantização, é utilizado na modelagem das densidades de estados de energia em polímeros orgânicos. O procedimento de segunda quantização permite obter as expressões para a determinação dos parâmetros de hopping de forma natural. No âmbito do modelo de tight-binding são analisadas a cadeia atômica infinita e as moléculas do benzeno, do ciclopentadieno e do tiofeno.

    +

    Palavras-chave:
    Tight-binding; polímeros; hopping; segunda quantização

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    The tight-binding model is a cornerstone of Condensed Matter Physics, describing in a simple way a wide range of phenomena, such as the band structure of materials and the electronic transport. In this paper, the referred model, written in the language of second quantization, is used to describe the density of states in organic polymers. Using the second quantization method the expressions for the hopping parameters emerge quite naturally. The infinite atomic chain, the benzene, cyclopentadiene and tyophene molecules are analyzed within the tight-binding model.

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    Keywords
    Tight-binding; polymers; hopping; second quantization

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    1. Introdução

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    Polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de uma unidade básica denominada monômero. Tipicamente, os materiais poliméricos possuem em sua estrutura o carbono ou o silício. Aqueles que são originários da química do carbono são conhecidos como polímeros orgânicos [1[1] W. Callister Jr. e D.G. Rethwisch, Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais: Abordagem Integrada (LTC, Rio de Janeiro, 2014)., 2[2] J.D. Shackelford, Ciência dos Materiais (Pearson, São Paulo, 2008), 6a ed.]. Dentre os os polímeros inorgânicos os silicones, cuja unidade de repetição envolve o SiO, são os mais comuns. Já como exemplos de polímeros à base do carbono podemos citar o DNA, a polianilina, o politiofeno e o polietileno. Materiais poliméricos orgânicos apresentam amplo espectro de propriedades físico-químicas, o que torna possível um vasto leque de aplicações tecnológicas. Por exemplo, do ponto de vista mecânico existem tanto polímeros rígidos quanto flexíveis e elásticos [1[1] W. Callister Jr. e D.G. Rethwisch, Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais: Abordagem Integrada (LTC, Rio de Janeiro, 2014).]. Do ponto de vista de condutividade elétrica, há desde os polímeros isolantes, atualmente empregados como isoladores nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, passando pelos semicondutores e condutores [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977)., 4[4] C.K. Chiang, C.R. Finche, Y.W. Park, A.J. Heeger, H. Shirakawa, E.J. Lois, S.C. Gau e A.G. MacDiarmid, Phys. Rev. Lett. 39 , 1098 (1977)., 5[5] N.S. Sariciftci, L. Smilowitz, A.J. Heeger e F. Wuld, Science 258 , 1474 (1992)., 6[6] A.J. Heeger, S. Kivelson, J.R. Schrieffer e W.-P. Su, Rev. Mod. Phys. 60 , 781 (1988).], com aplicações na eletrônica orgânica e na fabricação de dispositivos fotovoltaicos [7[7] M. Pope, H.P. Kallmann e P. Magnante, J. Chem. Phys. 38 , 2042 (1963)., 8[8] J.J.M. Halls, Photoconductive properties of conjugated polymers . Doctoral Thesis, University of Cambridge, Cambridge (1997)., 9[9] B.R. Weinberger, M.Akhtar e S.C. Gau, Synthetic Metals 4 , 187 (1982)., 10[10] A.A. Lima, N.P.Menezes, S. Santos, B. Amorim, F. Thomazi, F. Zanella, A. Heilmann, E. Burkarter e C.A. Dartora, Revista Brasileira de Ensino de Física 42 , e20190191 (2020)., 11[11] F. Thomazi, M. Souza, C.K. Saul, G.A. Viana, F.C. Marques, R. Silvestre, M. Brehm, C.E.B. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 10 , 877 (2014)., 12[12] F. Thomazi, C.K. Saul, C. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 12 , 611 (2016)., 13[13] L.B. Schneider, F. Thomazi, E. Burkarter, C.E.B. Marino, C.K. Saul, A.S. Ito e C.A. Dartora, Current Nanoscience 14 , 403 (2018).].

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    No presente trabalho será dada maior ênfase aos polímeros conjugados, de maior relevância para a área da eletrônica. Seu estudo rendeu o Prêmio Nobel de Química no ano de 2000 para Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa e Alan J. Heeger [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977).]. Os polímeros conjugados são caracterizados pela alternância entre ligações simples e duplas, denominadas de sigma (σ) e pi (π), respectivamente. As ligações π favorecem a condução de eletricidade, sendo desejáveis em aplicações como a optoeletrônica e a fotovoltaica [14[14] Z. Qiu, B.A.G. Hammer e K. Müllen, Progress in Polymer Science 100 , 101179 (2020).].

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    A compreensão mais detalhada do comportamento desses polímeros requer o entendimento mais aprofundado da estrutura eletrônica do carbono e suas hibridizações. Ressalta-se que os elementos sempre presentes nas cadeias conjugadas são o carbono e o hidrogênio. A configuração eletrônica do elemento carbono no seu estado fundamental é 1s22s22p2, havendo 4 elétrons na camada de valência, de número atômico principal n=2. O processo de hibridização dos orbitais 2s e 2p do carbono favorece a formação das ligações químicas. No caso do carbono ocorrem três tipos de hibridização dos orbitais atômicos, a saber: i) sp, onde um orbital 2p mistura-se ao orbital 2s; ii) sp2, na qual dois dos orbitais p misturam-se com o orbital 2s; e iii) sp3, em que todos os orbitais do tipo 2p participam da mistura com o orbital 2s [15[15] C.A. Dartora, M.J. Saldaña Jimenez e F. Zanella, Revista Brasileira de Ensino de Física 37 , 3301 (2015)., 16[16] M. Alonso e E.J. Finn, Física (Editora Escolar, São Paulo, 2012).]. Enquanto na hibridização do sp3 ocorrem as ligações do tipo σ, bastante localizadas, na hibridização sp2, em que o orbital 2pz não se superpõe ao orbital 2s, ocorre a formação das ligações duplas ou do tipo π.

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    Considerando-se as formas alotrópicas cristalinas do carbono, o diamante tem comportamento elétrico isolante devido ao fato de ocorrer a hibridização sp3 em sua estrutura, enquanto que o grafite tem comportamento condutor de eletricidade como consequência da hibridização sp2. Os polímeros conjugados são caracterizados pela ocorrência da hibridização sp2. Enquanto as ligações σ proporcionadas pelos orbitais hibridizados vão moldar a forma da estrutura formada, devido às ligações altamente direcionais, as ligações duplas provenientes dos orbitais 2pz irão concorrer de maneira decisiva para as propriedades de transporte de carga elétrica nesses polímeros [3[3] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang e A.J. Heeger, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 16 , 578 (1977)., 14[14] Z. Qiu, B.A.G. Hammer e K. Müllen, Progress in Polymer Science 100 , 101179 (2020).].

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    O objetivo principal deste trabalho é apresentar de forma didática os modelos de polímeros conjugados a partir do Hamiltoniano de tight-binding . Esse Hamiltoniano é um dos pilares da Física da Matéria Condensada, permitindo descrever de forma simples uma ampla gama de fenômenos de interesse, como por exemplo a estrutura de bandas dos materiais e o transporte eletrônico. Aqui o Hamiltoniano de tight-binding será escrito em linguagem de segunda quantização. Com o emprego dos métodos da segunda quantização as expressões matemáticas para a determinação dos parâmetros de hopping do modelo surgem de forma natural.

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    O presente trabalho está estruturado da seguinte maneira: Na próxima Seção será apresentado o Hamiltoniano de tight-binding em segunda quantização, para férmions não-relativísticos. Expressões gerais para o cálculo dos parâmetros de hopping no modelo de tight-binding serão apresentadas. Na Seção 3 será estudado o caso de interação entre primeiros vizinhos em uma cadeia de átomos infinitamente longa. Na Seção 4 serão abordadas alguns monômeros de interesse na obtenção de polímeros conjugados. O problema de hibridização e formação das ligações σ e π será discutido em maiores detalhes. Finalmente, na Seção 5 serão apresentadas as considerações finais e conclusões.

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    2. O Modelo de Tight-Binding em Segunda Quantização

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    A literatura acerca da segunda quantização, ou teoria quântica dos campos, é vasta e com abordagens distintas, por isso aqui recomendamos ao leitor os livros-texto de Greiner/Reinhardt [17[17] W. Greiner e J. Reinhardt, Field Quantization (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1996).] e de Kittel [18[18] C. Kittel, Quantum Theory of Solids (John Wiley & Sons, New York, 1987), 2a ed.], sendo que este último enfatiza as aplicações em Física do Estado Sólido. Como ponto de partida, considere o caso das partículas não-relativísticas em primeira quantização. Essa situação é de grande utilidade pois na matéria ordinária os elétrons, prótons e nêutrons podem ser tratados em boa aproximação como férmions não-relativísticos. A função de ondas ψ(r,t) descrevendo a amplitude de probabilidade de encontrar uma partícula em torno da posição r no instante de tempo t deve satisfazer a equação de Schrödinger:

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    + (1) + iψt=-22m2ψ+Uψ. +
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    +

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    Nessa situação, o Hamiltoniano de uma partícula é dado por H(r,p=-i)=p2/(2m)+U, sendo U(r) é um termo de energia potencial independente do tempo.

    +

    A substituição de uma solução do tipo ψ(r,t)=ϕ((r))e-iEt/ na equação de movimento (1) leva ao problema de autovalor Hϕ=Eϕ. O conjunto das soluções do problema do autovalor, satisfazendo as condições de contorno impostas pelo Hamiltoniano e pela interpretação probabilística da Mecânica Quantica, formará uma base completa de funções, permitindo expandir o campo ψ na forma que segue:

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    +

    +
    + (2) + ψ(r,t)=ncnϕn(r)e-iEnt/, +
    +
    +

    +

    onde cn são coeficientes complexos, o índice n corresponde a um conjunto de números quânticos associados à n-ésima função ϕn(r). A condição de ortonormalidade é escrita da seguinte forma:

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    +
    + (3) + d3rϕm(r)ϕn(r)=δmn={1sem=n0semn. +
    +
    +

    +

    De acordo com o procedimento de segunda quantização, deve-se converter a função de ondas ψ(r,t) em um operador de campo fermiônico, alterando o status dos coeficientes complexos cn da expansão, na forma que segue:

    +

    +

    +
    + (4) + ψ^(r,t)=nc^nϕn(r)e-iEnt/, +
    +
    +
    +
    + (5) + ψ^(r,t)=nc^nϕn(r)eiEnt/, +
    +
    +

    +

    onde c^n é o operador de aniquilação de um férmion no estado quântico n, e o transposto conjugado c^n é o operador de criação de um férmion nesse mesmo estado. Esses operadores atuam em um espaço conhecido como espaço de Fock, cujos estados quânticos são auto-estados de número de partículas. Essa representação é também conhecida como representação de número. Os operadores de criação e aniquilação de férmions satisfazem uma álgebra anti-comutativa, introduzida originalmente por Pascual Jordan e conhecida como álgebra fermiônica, mostrada a seguir:

    +

    +

    +
    + (6) + {c^i,c^j}=δij, +
    +
    +
    +
    + (7) + {c^i,c^j}={c^i,c^j}=0, +
    +
    +
    +
    + (8) + n^i=c^ic^i, +
    +
    +
    +
    + (9) + c^i|0=|1i, +
    +
    +
    +
    + (10) + c^i|1j=δij|0, +
    +
    +
    +
    + (11) + n^i|n1,n2,ni,=ni|n1,n2,ni,, +
    +
    +

    +

    onde ni=0 ou 1, {A^,B^}=A^B^+B^A^ é o anti-comutador entre os operadores A^ e B^, |n1,n2,ni, é um estado com n1 partículas no estado 1, n2 partículas no estado 2 e assim sucessivamente. O operador n^i=c^ic^i é o operador que conta o número de partículas no i-ésimo estado quântico disponível, sendo denominado operador de número. Define-se o vácuo dos férmions, |0, como o estado no qual não há partículas, de tal forma que

    +

    +

    +
    + (12) + c^j|0=0, +
    +
    +

    +

    pois não é possível aniquilar uma partícula do estado que já não possui nenhuma. Por outro lado, a equação (7) implica que (ci)2=0, ou seja, não é possível adicionar mais do que uma partícula em um dado estado físico. Observe que:

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    +

    +
    + (13) + c^i|1i=c^ic^i|0i=(c^i)2|0i=0, +
    +
    +

    +

    onde |1i=c^i|0i corresponde ao estado de número com uma única partícula no estado quântico indexado por i. Portanto, o princípio de exclusão de Pauli é uma consequência direta da própria álgebra fermiônica.

    +

    Indo mais adiante, em segunda quantização a média de um operador A^, obtida através da expressão A^(t)=d3rψ(r,t)A^ψ(r,t), é convertida em um operador que age sobre os estados de número (ou superposições destes) no espaço de Fock, uma vez que o próprio campo ψ(r,t) é agora um operador.

    +

    Enquanto na primeira quantização a interpretação probabilística requer que d3rψ(r,t)ψ(r,t)=1, em segunda quantização essa integral corresponde ao operador de número total de partículas, N^, conforme segue:

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    +
    + (14) + N^=d3rψ^(r,t)ψ^(r,t)=d3rmc^mϕm(r)eiEmt/nc^nϕn(r)eiEnt/=mnei(EmEn)t/c^mc^nd3rϕm(r)ϕn(r)=mnei(EmEn)t/c^mc^nδmn=ncnc^n. +
    +
    +

    +

    Observe que N^=ncnc^n é de fato o operador de número total, pois ao atuar sobre um estado de número produz como autovalor a somatória do número de partículas do sistema.

    +

    O próximo passo é converter a média do Hamiltoniano de uma partícula,

    +

    +

    +
    + (15) + H=d3rψ(r,t)H(r,-i)ψ(r,t), +
    +
    +

    +

    no operador Hamiltoniano em segunda quantização, que permite descrever o problema de muitas partículas, ao invés de uma única. Considere a expansão dos operadores de campo ψ^(r,t) em termos de autofunções de energia, ou seja, H(r,-i)ϕn(r)=Enϕn(r). Desse modo:

    +

    +

    +
    + (16) + H^=d3rψ^(r,t)H(r,i)ψ^(r,t)=d3rmc^mϕm(r)eiEmt/H(r,i)×nc^nϕn(r)eiEnt/=mnei(EmEn)t/c^mc^nEnd3rϕm(r)ϕn(r)=mnEnei(EmEn)t/c^mc^nδmn=nEncnc^n. +
    +
    +

    +

    O caso das partículas livres, quando a energia potencial é nula, U=0, é de especial interesse, permitindo satisfazer a equação de Schrödinger através de ondas planas uniformes, de forma que, omitindo o spin, tem-se ϕk=(2π)-3/2eikr. Os autovalores de energia associados são dados por E(k)=2k2/(2m), e o Hamiltoniano em segunda quantização toma a forma seguinte:

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    +
    + (17) + H^=k,σ=,2k22mck,σc^k,σ. +
    +
    +

    +

    A inclusão de interações entre partículas de um mesmo tipo, como por exemplo as interações de repulsão coulombiana entre elétrons, faz-se através do chamado ordenamento normal dos operadores de campo, no qual todos os operadores de criação devem aparecer à esquerda dos operadores de aniquilação associados àquele campo. Por exemplo, em uma interação entre pares de partículas idênticas situadas nas posições r1 e r2, cuja energia potencial de interação tem a forma U2(r1,r2), a versão em segunda quantização será escrita da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (18) + U^2=12!d3r1d3r2ψ^(r1)ψ^(r2)U2(r1,r2)ψ^(r2)ψ^(r1). +
    +
    +

    +

    Observe atentamente a ordem em que aparecem as variáveis r1 e r2 nos argumentos dos operadores de campo. De forma geral, para interações entre n-tuplas de partículas tem-se:

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    +
    + (19) + U^n=1n!d3r1d3r2d3rnψ^(r1)ψ^(r2)ψ^(rn)×Un(r1,r2,,rn)ψ^(rn)ψ^(r2)ψ^(r1). +
    +
    +

    +

    Desse modo, o termo representando a interação de pares de partículas no Hamiltoniano em segunda quantização tem a forma forma geral U^2=ijklUijklcicjckcl. Por uma questão de simplicidade, todavia, no presente trabalho termos envolvendo essas interações serão desconsiderados.

    +

    É importante mencionar que nem sempre são conhecidos os auto-estados de energia do Hamiltoniano completo. Nesse cenário emprega-se na expansão dos campos uma base completa conhecida, proveniente da solução de um Hamiltoniano mais simples. A dependência temporal é incorporada aos operadores de criação e aniquilação e tem-se:

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    +
    + (20) + H^=d3rψ^(r,t)H(r,i)ψ^(r,t)=d3rmc^m(t)ϕm(r)H(r,i)nc^n(t)ϕn(r)=mnc^m(t)c^n(t)d3rϕm(r)H(r,i)ϕn(r)=mntmnc^m(t)c^n(t), +
    +
    +

    +

    onde os coeficientes tmn são definidos da seguinte maneira:

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    +

    +
    + (21) + tmn=d3rϕm(r)H(r,-i)ϕn(r). +
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    +

    +

    Os elementos diagonais tmm=Em são conhecidos como auto-energias associadas às funções ϕm(r). Já para mn, os coeficientes tmn são denominados parâmetros de salto ou de hopping, e representam uma energia de transição entre os estados m e n.

    +

    Deixa-se como exercício para o leitor demonstrar, utilizando a equação de movimento de Heisenberg para um operador A^,

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    + (22) + idA^dt=[A^,H^]=A^H^-H^A^, +
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    que os operadores de aniquilação devem satisfazer a seguinte equação de movimento:

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    + (23) + idc^mdt=ntmnc^n. +
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    +

    +

    O modelo de tight-binding é uma aproximação em que as funções de base utilizadas na expansão dos operadores de campo são funções de onda localizadas em torno de cada sítio da rede atômica, e tipicamente envolvem orbitais atômicos, ou superposições de orbitais atômicos, sendo muito útil no cálculo da estrutura de bandas de energia de um sólido. Nas próximas duas seções o modelo de tight-binding será utilizado para descrever cadeias atômicas infinitamente longas e alguns monômeros de interesse para as cadeias poliméricas conjugadas.

    +

    Para finalizar a presente seção, cabe destacar que os orbitais atômicos provenientes de átomos vizinhos não são necessariamente ortogonais entre si, mas é possível encontrar um conjunto ortonormalizado, utilizando o método de Gram-Schmidt, por exemplo. Considerando um conjunto de orbitais atômicos {|1,|2|n,} em que |n é proveniente do n-ésimo átomo da rede, não ortogonais entre si, é possível obter um novo conjunto:

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    + (24) + |1=|1,|2=|2(1|2)|1,|3=|3(1|3)|1(2|3)|2,|n=|nn < n(n|n)|n. +
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    Estão omitidos nas equações acima os fatores de renormalização dos estados a cada passo. Um método semelhante para obter novas funções ortogonalizadas é denominado de ortogonalização de Löwdin, e os orbitais assim obtidos possuem contribuições de átomos distantes [19[19] J.C. Slater e G.F. Koster, Physical Review 94 , 1498 (1954).]. De modo análogo, em cristais é possível utilizar um conjunto de funções ortogonais conhecido como funções de Wannier, que são localizadas em torno dos sítios atômicos, para construir o modelo de tight-binding .

    +

    Entretanto, a superposição dos orbitais provenientes de átomos vizinhos na rede é usualmente pequena, ou seja:

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    + (25) + d3rϕn(r)ϕm(r-a)0, +
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    sendo a da rede um vetor conectando o átomo na posição r com um de seus primeiros vizinhos, ϕm e ϕn são orbitais atômicos, com conjuntos de números quânticos m e n, respectivamente. Nessa situação, a etapa de ortogonalização de Gram-Schmidt não se faz necessária na primeira aproximação, e considera-se que o conjunto de todos os orbitais atômicos localizados em torno de seus respectivos átomos forma uma base completa. Note ainda que orbitais atômicos do tipo hidrogenóide tem uma dependência na forma f(r)e-αr com relação à distância, significando que decaem exponencialmente com o aumento da distância em relação à sua origem.

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    3. A Cadeia Infinitamente Longa e Bandas de Energia

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    Uma cadeia monoatômica em uma dimensão espacial é ilustrada na Figura1, podendo representar uma macromolécula linear, como por exemplo o poliacetileno. O comprimento L de uma macromolécula polimérica linear é dado aproximadamente por L=(N-1)a, sendo N o número de átomos de carbono na cadeia e a a distância entre eles, assumindo que esta seja constante. Nesse caso o valor de a é conhecido como parâmetro de rede. Um modelo de brinquedo (toy model ) para uma macromolécula em que N>>1 é obtido fazendo o limite N.

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    +Figura 1:
    Cadeia monoatômica em uma dimensão espacial, podendo representar um polímero linear, como por exemplo o poliacetileno.
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    Por uma questão de simplicidade, assuma uma base ortonormalizada formada considerando um único orbital relevante por átomo da rede unidimensional infinita. Em primeira aproximação, admite-se que os parâmetros tmn são não negligenciáveis apenas entre primeiros vizinhos, ou seja, tmn=E0δmn+tδm,n±1. Tanto a equação (21) quanto o requerimento de hermiticidade do Hamiltoniano implicam que tmn=tnm*. Sem perda de generalidade no que segue, assuma que t=t*, ou seja, o parâmetro de hopping é puramente real, dado por:

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    + (26) + t=d3rϕ(r)H(r,-i)ϕ(r-ax^)E0d3rϕ(r)ϕ(r-ax^). +
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    Note que a cadeia está orientada ao longo da direção x^ e que os orbitais ϕ(r) são considerados puramente reais. Claramente t envolve a superposição entre orbitais provenientes de átomos vizinhos na cadeia.

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    Desse modo, o Hamiltoniano (20) pode ser escrito explicitamente da seguinte maneira:

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    + (27) + H^=jE0n^j+tj(c^j+1c^j+c^jc^j+1). +
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    A interpretação desse Hamiltoniano é bastante simples, sendo que o primeiro termo E0n^j corresponde à energia E0 de um elétron ocupando o orbital no sítio j-ésimo da rede. Já o termo tc^j+1c^j representa uma energia cinética proveniente de um elétron saltando do orbital inicialmente ocupado no j-ésimo sítio para o orbital do sítio j+1, que deve estar inicialmente desocupado. O termo tc^jc^j+1 corresponde ao movimento no sentido contrário ao do caso anterior.

    +

    Para diagonalizar o Hamiltoniano (27) é conveniente expressar os operadores de criação e aniquilação em termos de uma série de Fourier, na forma que segue:

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    + (28) + c^j=1Nkc^keikrj, +
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    + (29) + c^j=1Nkc^ke-ikrj, +
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    +
    + (30) + δk,k=1Nje±i(k-k)rj, +
    +
    +

    +

    onde N é o número total de sítios na rede (podendo ser levado ao limite N), k é um vetor de onda no espaço recíproco a r, rj é o vetor de posição do j-ésimo átomo na rede. A equação (30) é a representação da função delta de Kronecker. Para obter os resultados de uma rede unidimensional deve-se adotar k=(k,0,0) e rj=(xj,0,0), de tal forma que krj=kxj. O leitor é desafiado a demonstrar que, fazendo as substituições de (28) e (29) em (27) e fazendo uso de (30), obtém-se como resultado:

    +

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    +
    + (31) + H^=k[E0+2tcos(ka)]c^kc^k. +
    +
    +

    +

    Observe que na representação de posição o Hamiltoniano não é diagonal, mas fazendo uso da periodicidade da rede, torna-se diagonal no espaço recíproco, produzindo um espectro de energia E(k)=E0+2tcos(ka). No limite em que N, k assume valores no continuum, sendo o intervalo -πkaπ (para o caso unidimenional) conhecido como primeira zona de Brillouin no espaço k. Forma-se assim uma banda de energias permitidas, com ponto médio em E0 e largura de banda 4|t|. Portanto, quanto maior o valor do parâmetro de hopping mais larga é a banda de energia.

    +

    A generalização óbvia para esse modelo simples consiste em considerar mais de um orbital por sítio, dando origem a várias bandas de energia. No caso unidimensional o espectro de energia na n-ésima banda, proveniente do n-ésimo orbital atômico considerado, terá a forma En(k)=E0n+2tncos(ka). Quanto maior o valor de E0n, correspondendo a um orbital mais externo, mais estendida é a função de onda no espaço real, ocasionando maior superposição entre os orbitais dos primeiros vizinhos na integral de hopping e consequentemente maior será o valor do parâmetro de hopping tn. Para o caso de uma cadeia linear, as bandas oriundas dos orbitais de maior energia tem maior largura de banda. Essas últimas afirmações podem ser entendidas adotando-se um cenário simplista, em que um átomo da rede corresponde a um poço de potencial simétrico e finito em uma dimensão espacial. Nesse caso, para obter os orbitais ϕn(x) deve-se resolver a equação de Schrödinger 1D,

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    +
    + (32) + (-22md2dx2+U(x))ϕ(x)=Eϕ(x), +
    +
    +

    +

    onde a energia potencial é dada por:

    +

    +

    +
    + (33) + U(x)={0,se|x|<d/2,U0,se|x|>d/2, +
    +
    +

    +

    sendo U0>0. As soluções confinadas (ou ligadas) são aquelas para as quais as autoenergias satisfazem a condição E<U0, de tal modo que ϕ(|x|)0. Isso se deve ao fato de que nas regiões em que |x|>d/2 a solução ϕ(x) tem a forma ϕ(x)exp(-α|x|), sendo α=2m(U0-E)/2. Nesse caso, é fácil ver que quanto maior a energia E associada à função ϕ(x), menor a diferença U0-E e menor o valor da constante α, produzindo um orbital mais estendido no espaço.

    +

    A expansão de En(k) em séries de Taylor nas vizinhanças do ponto ka=0 resulta em En(k)=E0n+2tn-tna2k2 e tem-se uma relação de dispersão parabólica em torno de E0n+2tn. Sabendo-se que a massa efetiva é calculada como m*=2/(2E(k)/k2), tem-se:

    +

    +

    +
    + (34) + m*=-22tna2. +
    +
    +

    +

    Se tn>0, a massa efetiva é negativa e o ponto E0n+2tn corresponde ao máximo daquela banda. Nesse caso, ao invés de considerar um elétron de carga negativa e massa negativa, reinterpreta-se a ausência do elétron de massa efetiva negativa e carga negativa em torno desse ponto como uma partícula de massa positiva e carga elétrica positiva, conhecida como lacuna ou buraco. Por outro lado, para tn<0 o ponto E0n+2tn=E0n-2|tn| corresponderá ao mínimo da banda e presença de uma partícula de massa positiva e carga negativa é naturalmente interpretada como um elétron. Uma conclusão importante nesse contexto é que quanto maior o valor do módulo do parâmetro de hopping, menor será a massa efetiva da partícula associada, o que afeta a mobilidade eletrônica do portador de carga, dada por

    +

    +

    +
    + (35) + μe=eτ|m*|, +
    +
    +

    +

    sendo e o módulo da carga eletrônica e τ o tempo associado ao livre caminho médio. Em semicondutores, tipicamente os elétrons na banda de condução têm maior mobilidade do que as lacunas na banda de valência, o que grosseiramente pode ser entendido considerando-se o fato de que o parâmetro de hopping associado às bandas de maior energia têm maior valor absoluto, levando a uma menor massa efetiva.

    +

    4. Monômeros de Interesse na Obtenção de Polímeros Conjugados

    +

    Como mencionado anteriormente, os polímeros conjugados são aqueles em que ocorre a alternância das ligações σ e π entre os átomos de carbono da cadeia polimérica, sendo a ligação do tipo π a principal responsável por conferir propriedades fotofísicas e de condutividade elétrica comparáveis à de semicondutores inorgânicos ou de alguns metais. Uma boa revisão pode ser encontrada nas notas da aula magna do Prêmio Nobel de Química do ano de 2000 [20[20] A. Heeger, Semiconducting and Metallic Polymers: The Fourth Generation of Polymeric Materials, disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/heeger/lecture/, acessado em 01/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    , 21[21] A.G. MacDiarmid, “Synthetic Metals”: A Novel Role for Organic Polymers, disponível: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/macdiarmid/lecture/, acessado em 02/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    , 22[22] H. Shirakawa, The Discovery of Polyacetylene Film: The Dawning of an Era of Conducting Polymers, disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2000/shirakawa/lecture/, acessado em 01/07/2021.
    https://www.nobelprize.org/prizes/chemis... +
    ].

    +

    Na obtenção de polímeros conjugados, podem ser citados como monômeros de interesse o acetileno e algumas moléculas cíclicas, como o benzeno, que envolve o ciclo aromático de átomos de carbono apenas, bem como o tiofeno, o furano e o pirrol, em que o heteroátomo na cadeia cíclica é o enxofre, o oxigênio e o nitrogênio, respectivamente. A Figura2 ilustra os monômeros cíclicos aqui mencionando enquanto que algumas das cadeias poliméricas conjugadas que podem ser obtidas estão ilustradas na Figura3.

    +
    + +
    +Figura 2:
    Alguns monômeros cíclicos relevantes na obtenção de cadeias poliméricas conjugadas.
    +
    +
    +
    + +
    +Figura 3:
    Algumas cadeias poliméricas conjugadas.
    +
    +
    +

    Com o intuito de melhor entender o problema dos polímeros conjugados, considere um orbital atômico, cuja expressão é dada por:

    +

    +

    +
    + (36) + ψnlms(r,θ,φ)=r,θ,φ|nmls=Rnl(r)Ylm(θ,φ)χs, +
    +
    +

    +

    sendo n=1,2,3 o número quântico principal, l=0,1..n-1 o número quântico de momento angular orbital, m=l,=l+1,,l-1,l o número quântico magnético e s=, o número quântico de spin, (r,θ,φ) refere-se às coordenadas espaciais no sistema esférico, Rnl(r) é uma função com dependência radial, que controla a probabilidade de encontrar um elétron na distância r a partir do núcleo atômico, Ylm(θ,φ) são as funções harmônicas esféricas e χs é um espinor de Pauli. É sabido que a média do operador de posição r de um elétron será tanto maior quanto maior o valor de n, significando maior afastamento em relação ao núcleo atômico, e portanto menor energia de ligação. Na notação da Química o número quântico l=0,1,2,3.. é representado pelas letras s,p,d,f, respectivamente.

    +

    Sendo o carbono o principal elemento das cadeias poliméricas conjugadas, e considerando-se que os orbitais 2s e 2p desse elemento têm energias semelhantes, para a formação de ligações químicas mais estáveis ocorre a formação de orbitais atômicos híbridos, em que os orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz, ilustrados na Figura4 se misturam. As expressões matemáticas para a dependência angular dos orbitais 2s e 2p do carbono são dadas abaixo11O número quântico de spin será omitido nas expressões para os orbitais 2⁢s, 2⁢px, 2⁢py e 2⁢pz e nas que se seguirão. Cada um deles é duplamente degenerado devido ao spin eletrônico, que pode assumir as projeções ↑ ou ↓, significando que caberia um total de 8 elétrons na camada n=2.:

    +
    + +
    +Figura 4:
    Dependência angular da densidade de probabilidade associada aos orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz.
    +
    +
    +

    +

    +
    + (37) + θ,φ|2s=Y00(θ,φ)=14π, +
    +
    +
    +
    + (38) + θ,φ|2px=-12[Y1+1(θ,φ)+Y1-1(θ,φ)]=34πsinθcosφ, +
    +
    +
    +
    + (39) + θ,φ|2py=i2[Y1+1(θ,φ)-Y1-1(θ,φ)]=34πsinθsinφ, +
    +
    +
    +
    + (40) + θ,φ|2pz=Y10(θ,φ)=34πcosθ, +
    +
    +

    +

    No processo de hibridização, os novos orbitais atômicos originados da superposição serão necessariamente ortonormais no espaço de Hilbert. Das três possibilidades hibridização para o carbono, denominadas sp, sp2 e sp3, as mais relevantes são as duas últimas. A hibridização sp2 se dá através da superposição entre o orbital 2s e os orbitais 2px, 2py, formando assim três novos orbitais:

    +

    +

    +
    + (41) + |ψ1=13(|s+|px+|py), +
    +
    +
    +
    + (42) + |ψ2=16(|s+|px-2|py), +
    +
    +
    +
    + (43) + |ψ3=12(|s-|px). +
    +
    +

    +

    Estes são ortogonais no espaço de Hilbert, mas as direções de máxima propabilidade formam um ângulo de 120 entre si para esses orbitais no espaço real, enquanto o orbital pz não se mistura aos demais, sendo orientado espacialmente num eixo ortogonal ao plano formado pelos orbitais sp2. Essa situação é ilustrada na Figura5-A. Já a hibridização sp3 leva a uma superposição entre o orbital 2s e todos os orbitais do tipo 2p:

    +
    + +
    +Figura 5:
    Dependência angular da densidade de probabilidade associada aos orbitais híbridos do tipo (A) sp2 e (B) sp3.
    +
    +
    +

    +

    +
    + (44) + |ψ1=12(|s+|px+|py+|pz), +
    +
    +
    +
    + (45) + |ψ2=12(|s+|px-|py-|pz), +
    +
    +
    +
    + (46) + |ψ3=12(|s-|px-|py+|pz), +
    +
    +
    +
    + (47) + |ψ4=12(|s-|px+|py-|pz). +
    +
    +

    +

    Esses novos orbitais adquirem simetria tetraédrica, em que o ângulo formado pelas direções de máxima probabilidade desses orbitais é de aproximadamente 109, o que é mostrado na Figura5-B.

    +

    Deve-se à superposição de orbitais hibridizados sp2 de átomos de carbono vizinhos a formação dos orbitais moleculares do tipo σ, enquanto orbitais moleculares do tipo π somente podem ocorrer pela superposição dos orbitais pz em átomos de carbono vizinhos, sendo que ambos devem estar hibridizados na forma sp2. A hibridização do tipo sp3 somente permite a formação de ligações do tipo σ.

    +

    Tendo em vista que em polímeros conjugados devem ocorrer ligações do tipo π, a hibridização sp2 se faz presente. Considere, por simplicidade, a molécula de etileno C2H4, em que a ligação química entre apenas dois átomos de carbono se dá através da hibridização sp2, permitindo assim a ocorrência de uma ligação dupla entre os átomos de carbono, sendo uma dessas do tipo σ e a outra do tipo π. Considerando apenas os efeitos da interação de Coulomb entre um elétron de valência e dois átomos de carbono situados nas posições R1 e R2, o Hamiltoniano de uma partícula pode ser expressado da seguinte maneira:

    +

    +

    +
    + (48) + H^e=p22m-Zefe24πε0(1|r-R1|+1|r-R2|), +
    +
    +

    +

    onde p=-i e r são os operadores de momento linear e posição do elétron, respectivamente, e é o módulo da carga do elétron, m a sua massa e ε0 é a permissividade dielétrica do vácuo, Zef4 é o número atômico efetivo percebido pelos os elétrons de valência, já que a camada completa 1s2 blinda parcialmente a carga do núcleo. Considerando que os orbitais atômicos hibridizados provenientes de cada átomo formam uma base completa, conforme discutido na Seção anterior, é possível calcular diretamente os elementos de matriz α|H^|β para os orbitais do tipo sp2 e pz, de tal modo que, utilizando as definições a seguir:

    +

    +

    +
    + (49) + Eσ=sp2,R1|H^e|sp2,R1=sp2,R2|H^|sp2,R2, +
    +
    +
    +
    + (50) + Δσ=sp2,R1|H^e|sp2,R2, +
    +
    +
    +
    + (51) + Eπ=pz,R1|H^e|pz,R1=pz,R2|H^|pz,R2, +
    +
    +
    +
    + (52) + Δπ=pz,R1|H^e|pz,R2, +
    +
    +

    +

    pode-se colocar o Hamiltoniano na forma matricial:

    +

    +

    +
    + (53) + H^=(EσΔσ00Δσ*Eσ0000EπΔπ00Δπ*Eπ). +
    +
    +

    +

    Observe que |sp2,Rj é um orbital do tipo sp2 e |pz,Rj é um orbital do tipo pz, centrados no átomo de carbono j=1,2, e ainda sp2,Ri|H^e|pz,Rj0 para quaisquer escolhas i,j=1,2, tendo em vista que orbitais sp2 são ortogonais a orbitais pz. Um cálculo explícito nos mostra que EσEπ=E0, correspondendo às energias aproximadas do elétron em um orbital de átomo de carbono isolado, enquanto que as energias de interação satisfazem a condição |Δσ|>|Δπ|, devido ao fato de que os orbitais sp2 que dão origem à ligação σ formarão um orbital molecular muito mais localizado do que o orbital molecular do tipo π, originado pela superposição dos orbitais atômicos do tipo pz. É fácil diagonalizar (53), que tem a forma diagonal por blocos. Os autovalores de energia são:

    +

    +

    +
    + (54) + Eσ+=E0+|Δσ|, +
    +
    +
    +
    + (55) + Eσ-=E0-|Δσ|, +
    +
    +
    +
    + (56) + Eπ+=E0+|Δπ|, +
    +
    +
    +
    + (57) + Eπ-=E0-|Δπ|, +
    +
    +

    +

    onde o sinal -(+) corresponde a um orbital de menor(maior) energia e denominado de ligante(anti-ligante). Denotam-se convencionalmente os orbitais ligantes por σ e π, com energias Eσ- e Eπ-, respectivamente, enquanto que os antiligantes são simbolizados por σ* e π*, com energias Eσ+ e Eπ+, respectivamente. Tendo em vista que |Δσ|>|Δπ|, pode-se concluir que a separação energética entre os orbitais σ e σ* será maior que aquela entre os orbitais π e π*.

    +
    + +
    +Figura 6:
    Esquema de energias dos orbitais ligantes e antiligantes na molécula de etileno.
    +
    +
    +

    Os níveis de energia resultantes dos orbitais ligantes e anti-ligantes na molécula de etileno são ilustrados esquematicamente na Figura6. Observe que originalmente há 8 orbitais por átomo de carbono, sendo 6 do tipo sp2 e 2 do tipo pz, já considerada a duplicidade do spin, mas somente a metade desses níveis está ocupada em cada átomo, pelo fato de que o carbono possui apenas 4 elétrons de valência. Na formação da molécula, 4 orbitais do tipo sp2 orientados de modo a formar ângulos de 120 com a linha que une os dois átomos de carbono estão envolvidos em ligações bastante localizadas com os átomos de hidrogênio da molécula. Sendo assim, do total de 4 elétrons de valência de um átomo de carbono, 2 estão envolvidos em ligações com átomos de hidrogênio, e outros 2 serão compartilhados com o outro átomo de carbono. Por conservação do número de graus de liberdade, ao formar a ligação química, 4 orbitais moleculares serão resultantes da superposição entre 2 orbitais do tipo sp2 de cada átomo, considerando-se a duplicidade do spin, esses sendo orientados ao longo da linha que une os átomos de carbono, e 4 orbitais moleculares resultantes da superposição entre 2 orbitais pz proveinentes de cada átomo. Como resultado final, 2 orbitais moleculares corresponderão aos orbitais ligantes do tipo σ, 2 aos orbitais ligantes π, 2 aos orbitais anti-ligantes do tipo σ* e 2 aos orbitais anti-ligantes π*, havendo um total de 4 elétrons compartilhados entre os dois átomos de carbono. Desse modo, todos os orbitais ligantes σ e π estarão preenchidos, enquanto que os orbitais anti-ligantes estarão desocupados. Na formação de uma cadeia polimérica de N átomos os níveis discretos correspondentes aos orbitais σ, σ*, π e π* passam a se desdobrar em N novos níveis, formando bandas de energia contínuas no limite de N, denominadas bandas σ, σ*, π e π*. O nível de Fermi para esse sistema ficará localizado no ponto médio entre as energias Eπ+ e Eπ-. Novamente, por conta da condição |Δσ|>|Δπ|, os níveis de energia da banda σ estarão mais abaixo do nível de Fermi do que os níveis de energia da banda π, e os níveis de energia da banda σ* estarão mais acima do nível de Fermi do que os níveis de energia da banda π*. Portanto os processos de transporte e de fotocondutividade em baixas energias serão governados pelas bandas π e π*.

    +

    No estudo de semicondutores orgânicos, denominam-se HOMO22 do inglês highest occupied molecular orbital e LUMO33do inglês lowest unoccupied molecular orbital o estado de mais alta energia ocupado por um elétron e o estado de mais baixa energia que não esteja ocupado, respectivamente. De maneira usual, o bandgap do material é definido como a diferença de energia entre o LUMO e o HOMO.

    +

    Agora pretende-se analisar a molécula de benzeno, o ciclo conjugado mais estável, sendo constituído de 6 átomos de carbono e 6 átomos de hidrogênio, conforme ilustrado Figura7.

    +
    + +
    +Figura 7:
    A molécula de benzeno: Note que as ligações σ, que se devem aos orbitais sp2 são direcionais, manténdo os elétrons fortemente localizados entre os átomos que formam a ligação. Já a ligação π deve-se a orbitais pz perpendiculares ao plano mostrado. Nesse caso, os elétrons nesses orbitais podem saltar de um átomo para outro, fazendo as ligações duplas se moverem, com energia de transição proporcional ao parâmetro de hopping t=Δπ.
    +
    +
    +

    A ligação entre os átomos de carbono que dá a forma a essa molécula ocorre por meio de interações σ no plano que contém todos os átomos de carbono e de hidrogênio. Essas ligações devem-se aos orbitais hibridizados sp2 do carbono. Como esses formam um ângulo de 120 entre si, os átomos serão arranjados na forma de um hexágono. Os orbitais 1s dos átomos de hidrogênio se misturam a orbitais do tipo sp2 do carbono. Ao todo nas ligações σ estarão compartilhados 3 elétrons por átomo de carbono e 1 elétrons por átomo do hidrogênio, totalizando assim 24 elétrons. Restam ainda 6 elétrons provenientes dos átomos de carbono, que ocupam orbitais do tipo pz e que serão misturados para formar ligações π. Uma vez que os orbitais pz são perpendiculares ao plano da molécula, é equiprovável, por exemplo, para um elétron do átomo 1 na rede ser compartilhado com o átomo 2 ou com o átomo 6 (vide Figura7), e essa ligação π flutua, originando assim uma nuvem. As propriedades de condutividade elétrica e absorção óptica são fortemente influenciadas por essas ligações. Para fins do cálculo que segue, serão levados em conta somente esses orbitais, e o parâmetro de hopping t=Δπ pode ser calculado a partir da expressão (52). Em segunda quantização, o Hamiltoniano da molécula para os orbitais pz tem a seguinte forma:

    +

    +

    +
    + (58) + H^=s=,j=16[E0c^jsc^js+t(c^j+1,sc^js+c^j,sc^j+1,s)], +
    +
    +

    +

    com a identificação c7s=c1s. Note que nesse modelo simplificado, considera-se nula a possibilidade de mudança do número quântico de spin quando ocorre o salto de um átomo para outro, e também está sendo negligenciada a interação repulsiva de Coulomb, quando dois desses elétrons estão no mesmo átomo. A forma mais simples de incluir um termo repulsivo se dá adicionando ao Hamiltoniano a expressão Ujn^jn^j, sendo U a energia de Coulomb associada, levando ao conhecido modelo de Hubbard. Nesse caso, note que há um custo energético U para manter dois elétrons de spins contrários no mesmo sítio.

    +

    A solução desse problema levando em conta os 6 elétrons simultaneamente tem como base estados da forma j=16|nj,nj, com as condições de que njs=0,1 indicando que o estado no j-ésimo átomo com spin s está vazio ou ocupado, e que o número total de elétrons satisfaz jsnjs=6. Esse problema torna-se exponencialmente complexo com o aumento do número de graus de liberdade, por exemplo, número total de elétrons e de orbitais atômicos disponíveis.

    +

    Para um melhor entendimento da natureza do problema, considere como exemplo apenas 2 elétrons, mas que podem ser colocados em 4 orbitais distintos, indexados por a,b,c,d, já considerando o spin. Suponha que um estado na base de número seja escrito na forma |na,nb,nc,nd, com nj=0,1 e jnj=2. Nesse caso, a lista de possibilidades é a seguinte: {|1100,|1010,|1001,|0110,|0101,|0011}, totalizando 6 estados. Isso significa que a representação matricial do Hamiltoniano a ser diagonalizado terá dimensão 6×6. De forma geral, a dimensão do problema será dada pela combinação Cn,p=n!/[p!(n-p)!] de n estados disponíveis, que podem ser ocupados por p elétrons. Na molécula de benzeno, para os orbitais pz teríamos 12 estados disponíveis, já incluindo o spin, para preencher com 6 elétrons, o que resulta em uma dimensão do Hamiltoniano de 924 na base de número.

    +

    Portanto, uma simplificação se faz necessária na solução desse tipo de problema, consistindo em considerar o cenário com apenas um elétron, que pode ser colocado em qualquer um dos estados disponíveis, e uma vez diagonalizado o Hamiltoniano resultante nessa base de um único elétron, faz-se o preenchimento dos níveis de acordo com o princípio de exclusão de Pauli, sempre indo do menor para o maior nível de energia, até que se esgote o número total de elétrons. No caso da molécula de benzeno esse número é 6.

    +

    Para colocar o Hamiltoniano de tight-binding (58) na forma matricial, tendo em vista que o spin nesse problema representa apenas um fator de multiplicidade, pode-se omitir esse grau de liberdade e então calcular os elementos de matriz de H^ na base {|1=|100000,|2=|010000,,|6=|000001}, onde |n significa que o elétron está localizado no orbital pz do n-ésimo átomo. Considerando-se que m|n=δmn e que c^j+1c^j|n=δjn|j+1, pode-se obter:

    +

    +

    +
    + (59) + Hmn=m|H^|n=m|j=16[E0n^j+t(c^j+1c^j+c^jc^j+1)]|n=Eπδmn+tδm,n+1+tδm,n-1. +
    +
    +

    +

    Explicitamente em forma matricial o Hamiltoniano toma a seguinte forma:

    +

    +

    +
    + (60) + H^=(E0t000ttE0t0000tE0t0000tE0t0000tE0tt000tE0). +
    +
    +

    +

    Lembre que m,n devem ser varridos de 1 a 6, e que 7 deve ser identificado com 1, por conta da ciclicidade da molécula. Os autovalores de (60) correspondendo às energias dos orbitais moleculares π, são dados por E1=E0-2t e E2=E3=E0-t, enquanto que para os níveis π* têm-se E4=E5=E0+t e E6=E0+2t. Lembre que todos esses níveis são duplamente degenerados devido ao spin, produzindo 12 orbitais moleculares distintos. Os 6 orbitais ligantes π vão contribuir para formação de uma densidade de estados semelhante à banda de valência de um semicondutor, enquanto que os 6 orbitais antiligantes π* vão contribuir para a formação de uma densidade de estados similar a uma banda de condução. Uma vez que existem 6 elétrons disponíveis, todos os orbitais π estarão preenchidos e todos os orbitais π* estarão vazios. O bandgap no presente caso, correspondendo à distância entre o HOMO e o LUMO tem valor de Eg=E4-E3=2t.

    +

    De maneira fenomenológica, é possível montar diretamente a matriz que representa o Hamiltoniano de tight-binding para um elétron, supondo conhecidos os vínculos entre os átomos primeiros vizinhos, e se for o caso, também segundos vizinhos. Como exercício, considere uma outra molécula cíclica de fundamental importância para o ramo dos polímeros conjugados, o tiofeno (C4H4S), ilustrado na Figura8. Este monômero é essencial na síntese do P3HT, que é utilizado em estudos com células solares orgânicas [11[11] F. Thomazi, M. Souza, C.K. Saul, G.A. Viana, F.C. Marques, R. Silvestre, M. Brehm, C.E.B. Marino, E. Burkarter e C.A. Dartora, Current Nanoscience 10 , 877 (2014).].

    +
    + +
    +Figura 8:
    A molécula de tiofeno: um dos átomos de carbono no ciclo é trocado pelo enxofre, cujo índice de sítio é n=1. Esse átomo tem um nível diferente de energia no orbital que participa das ligações com os orbitais pz do carbono, bem como o parâmetro de salto para um elétron entre os átomos de enxofre e carbono tem valor t<t.
    +
    +
    +

    Para construir o Hamiltoniano de tight-binding dessa molécula, considerando apenas interações com primeiros vizinhos e orbitais do tipo π, pode-se observar na Figura8, que o heteroátomo na estrutura, aqui o enxofre, está indexado por n=1, enquanto o carbono ocupa os sítios n=2,3,4,5. Átomos de hidrogênio presentes, que participam em ligações do tipo σ e não são relevantes para o que segue e foram omitidos na Figura8. Naturalmente, considerando a energia dos orbitais pz do carbono como referência, a energia associada a um elétron ocupando o orbital do enxofre tem valor ΔE. A probabilidade de salto do elétron no enxofre, para um dos carbonos vizinhos, nas posições 1 e 5 é mensurada pelo parâmetro de hopping tt. Nesse caso, o elemento de matriz que conecta um elétron no sítio 5 ao sítio 1, denotado H15, terá valor t. O salto no sentido inverso é dado por H51=H15*. Aqui vamos admitir por simplicidade que t e t são reais. Como outro exemplo, os elementos H34 e H43 da matriz Hamiltoniana devem representar a energia de salto entre os sítios 3 e 4, ocupados por átomos de carbono no presente caso. Realizando a análise de todos os vínculos, obtém-se o Hamiltoniano do tiofeno para um elétron:

    +

    +

    +
    + (61) + H^C4H4S=(ΔEt00tt0t000t0t000t0tt00t0). +
    +
    +

    +

    Sabe-se ainda que o parâmetro de hopping da ligação C-S satisfaz a condição t<t, sendo t o hopping nas ligações C-C. Para fins de comparação, considere uma molécula cíclica muito similar ao tiofeno, composta apenas de átomos de carbono no ciclo, denominada ciclopentadieno (C5H6), cujo Hamiltoniano é dado abaixo:

    +

    +

    +
    + (62) + H^C5H6=(0t00tt0t000t0t000t0tt00t0). +
    +
    +

    +

    A análise desse caso relativamente simples permite compreender, dentre outras coisas, o efeito de uma impureza substitucional, nesse caso o enxofre, que é colocado no lugar de um átomo de carbono. O cálculo da densidade de estados, D(E), pode ser feito utilizando-se o método da função de Green retardada G^R(E), através das equações abaixo [18[18] C. Kittel, Quantum Theory of Solids (John Wiley & Sons, New York, 1987), 2a ed., 23[23] H.N. Nazareno, Mecânica Estatística e Funções de Green (UnB, Brasília, 2010), 2a ed.]:

    +

    +

    +
    + (63) + G^R(E)=[(E+iη)1-H^]-1, +
    +
    +
    +
    + (64) + D(E)=-1πIm[Tr(G^R(E))], +
    +
    +

    +

    onde 1 é a matriz identidade com a dimensão de H^, Im denota a parte imaginária e Tr denota o traço de matriz. Idealmente, deve-se tomar o limite η0+. Todavia, para fins de cálculo numérico é necessário considerar um valor finito para o parâmetro η. E isso não é necessariamente uma limitação muito importante, já que na prática, esse parâmetro pode ser usado para descrever efeitos de relaxação dos níveis de energia.

    +

    Para fins de comparação, as densidades de estados das moléculas ciclopentadieno e tiofeno são ilustradas na Figura9. Os valores utilizados, normalizados em relação ao parâmetro de hopping da ligação C-C, foram os seguintes: t/t=0,9, η/t=0,02 e ΔE/t=-0.1. Naturalmente, a molécula de ciclopentadieno tem uma simetria maior do que o tiofeno. A quebra de simetria é realizada pela substituição de um átomo de carbono por um de enxofre. É sabido que situações mais simétricas favorecem a degenerescência dos níveis de energia. Na Figura9-A pode-se perceber que para o ciclopendadieno há dois níveis de energia duplamente degenerados, sem considerar ainda o spin, em E/t=0,6 e E/t=-1,6, admitidos aqui como os orbitais LUMO e HOMO, respectivamente, produzindo um bandgapEg/t=2,2. Há ainda um nível de energia superior localizado em E/t=2, não degenerado, a menos daquela devida ao spin. O grau de degenerescência de cada nível pode ser inferido a partir das amplitudes das densidades de estados. Para a molécula de tiofeno a densidade de estados está mostrada na Figura9-B. Note que aqueles níveis de energia degenerados no ciclopentadieno se separam, e além da remoção da degenerescência ocorre uma redução do bandgap para Eg/t=2,0. A lição que se pode tirar desse exemplo é que a introdução de impurezas substitucionais remove pelo menos algumas degenerescências no espectro de H^ e ainda altera o bandgap de energia.

    +
    + +
    +Figura 9:
    Densidades de estados para as moléculas de (A) ciclopentadieno e (B) tiofeno. Note que, dada a similaridade estrutural das duas moléculas, os níveis de energia estão localizados em valores próximos. No entanto, a substituição de um átomo de carbono pelo enxofre remove degenerescências e reduz o valor do bandgap .
    +
    +
    +

    Finalizando esta presente Seção, considere cadeias poliméricas lineares, como o poliacetileno, cujo estudo pode ser realizado utilizando um Hamiltoniano de tight-binding com possibilidade de salto entre primeiros vizinhos, cuja forma matricial para o problema de um elétron é a seguinte:

    +

    +

    +
    + (65) + H^=(E1-t1200-t12*E2t23000-t23*E3-t34000-t34*E4-tN-1,N-tN-1,N*EN), +
    +
    +

    +

    onde N é o número de átomos da cadeia, Ej é a energia do orbital atômico relevante no j-ésimo átomo da cadeia e tj,j+1 é o parâmetro de hopping entre os átomos localizados nos sítios j e j+1, j=1,2N. No caso em que todos os átomos da cadeia são idênticos e não há defeitos deve-se assumir que tj,j+1=t e Ej=E0 para qualquer j. A inclusão de defeitos e impurezas se dá através da modificação de alguns valores de energia e de parâmetro de hopping no Hamiltoniano, correspondentes aos sítios onde ocorrem. No caso mais simples da uma cadeia polimérica linear de N átomos de carbono, o Hamiltoniano (65) pode ser escrito explicitamente:

    +

    +

    +
    + (66) + H^=(E0t000tE0t000tE0t000tE0t000tE0)N×N, +
    +
    +

    +

    sendo um caso particular de matriz de Toeplitz [24[24] R.M. Gray, Foundations and Trends in Communications and Information Theory 2 , 155 (2006).], cujos autovalores são dados por:

    +

    +

    +
    + (67) + E(k)=E0+2tcos(kπN+1),k=1,2N. +
    +
    +

    +

    Tomando-se o limite N o espectro de energias tende ao continuum e a largura total da banda de energia terá valor 4t, inexistindo um gap, reproduzindo o resultado obtido na Seção 3 do presente trabalho. Todavia, para N finito e com o preenchimento de níveis até a metade, haverá uma diferença de energia entre o LUMO e o HOMO que dependerá do comprimento da cadeia, aqui representado pelo número total de átomos.

    +

    As densidades de estados para cadeias lineares contendo N=4,8 e 16 átomos de carbono, calculadas através das equações (63) e (64), são mostradas na Figura10. O que fica evidente é a diminuição do gap entre o LUMO e o HOMO com o aumento de N. Quando o valor do número de átomos N na cadeia polimérica conjugada é grande, formam-se estruturas de bandas similares aos dos semicondutores inorgânicos (Si,Ge, etc). Os valores do bandgap, medidos pela separação entre o HOMO e o LUMO, assumem valores tipicamente entre 1.5 a 3.5 eV, sendo determinantes nas propriedades eletro-ópticas dessas cadeias.

    +
    + +
    +Figura 10:
    Densidades de estados obtidas através da função de Green retardada para cadeias lineares contendo A) N=4, B) N=8 e C) N=16 átomos de carbono, evidenciando a diminuição do gap com o aumento de N.
    +
    +
    +

    Tendo em vista que um material polimérico orgânico é tipicamente obtido da condensação de um conjunto de cadeias poliméricas lineares cujos comprimentos são variáveis, existirá uma estatística associada ao níveis de energia dos orbitais HOMO e LUMO. Uma boa aproximação é considerar distribuições gaussianas em torno dos níveis médios do HOMO e do LUMO. Além disso, podem ocorrer níveis de energia dentro do gap, que são evidências da presença de defeitos, como quebras, impurezas substitucionais, enovelamentos e isomerizações nas cadeias. A dispersão estatística em relação ao comprimento das cadeias poliméricas afeta propriedades de transporte de carga elétrica,como a mobilidade dos portadores de carga, por exemplo.

    +

    5. Conclusão

    +

    No presente trabalho foi apresentado o procedimento geral de segunda quantização, especializado para a obtenção dos modelos de tight-binding, que constituem um dos pilares da Física da Matéria Condensada. A conversão das funções de ondas descrevendo a amplitude de probabilidade dos elétrons na primera quantização em operadores de campo é realizada através de uma álgebra fermiônica, que foi discutida brevemente. Primeiramente, o método geral foi empregado no estudo de um modelo de brinquedo para uma macromolécula polimérica linear muito longa, através da aproximação de cadeia atômica unidimensional infinita. A diagonalização do Hamiltoniano de tight-binding nesse caso leva à formação de uma banda de energia, cuja largura depende do diretamente do parâmetro de salto. Adicionalmente, foi possível prever, com base no comportamento do parâmetro de hopping, que a mobilidade de elétrons na banda de condução tende a ser maior do que a mobilidade das lacunas na banda de valência. Na sequência, alguns monômeros de relevância na área de polímeros orgânicos conjugados foram analisados, dentre eles o benzeno e o tiofeno. O método de tight-binding permitiu determinar os níveis de energia HOMO e LUMO do benzeno e, indo um pouco adiante, as densidades de estados do tiofeno e do ciclopentadieno, bem como discutir aspectos gerais associados à estrutura dos níveis de energia de cadeias poliméricas.

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    Agradecimentos

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    O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.

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    Referênces

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    • +1
      O número quântico de spin será omitido nas expressões para os orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz e nas que se seguirão. Cada um deles é duplamente degenerado devido ao spin eletrônico, que pode assumir as projeções ou , significando que caberia um total de 8 elétrons na camada n=2.
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      do inglês highest occupied molecular orbital +
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      do inglês lowest unoccupied molecular orbital +
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      05 Jan 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      21 Set 2021
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    • +Revisado
      05 Nov 2021
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    • +Aceito
      26 Nov 2021
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    +Desenvolvimento de uma Microbalança de Cristal de Quartzo – MCQ experimental como ferramenta para o ensino de física moderna +

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    Development of an Experimental Quartz Crystal Microbalance – MCQ as a tool for teaching modern physics

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    + Gilson Tavares de Lima Poliana Guerino Marson Helcileia Dias Santos Sobre os autores +
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    Resumos

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    Neste artigo descrevemos a construção e funcionamento de um MCQ experimental de baixo custo para demonstrar o uso de sensores quartzo para análises micro gravimétricas em meio líquido. Para isso, foi utilizado a plataforma Arduino micro® para controlar o interfaceamento com o computador, bem como um frequencímetro para excitação do sensor. Uma interface gráfica gratuita para computadores foi utilizada a fim de controlar o experimento e exibir os dados obtidos em tempo real. Também foram apresentados aplicações do modelo experimental e análises das capacidades de detecção.

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    Palavras-chave:
    Microbalança de Cristal de Quartzo; Gravimetria; Ferramentas de Ensino

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    In this article we describe the construction and operation of a low-cost experimental MCQ to demonstrate the use of quartz sensors for micro gravimetric analysis in liquid medium. For this, the Arduino micro® platform was used to control the interface with the computer, as well as a frequency meter for sensor excitation. A free graphic interface for computers was used to control the experiment and display the data obtained in real time. Applications of the experimental model and analysis of detection capabilities were also presented.

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    Keywords
    Quartz Crystal Microbalance; Gravimetry; Teaching Tools

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    1. Introdução

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    As técnicas de ensino têm focado mais seus esforços na prática do uso do conhecimento, com o uso de abordagens direcionadas para a resolução de problemas do que no simples uso da informação. Estas abordagens são definidas como Ensino Baseado na Resolução de Problemas (PBL – Problem Based Learning) [1W.R.S. Silva, D.P. Souza e S. Rodrigues-Moura, Rev. Pesqui. Qual. 7, 428 (2019).]. Estas técnicas de ensino são mais adequadas para acompanhar a rapidez do desenvolvimento tecnológico, que exige inclusive uma rápida adaptação do processo de ensino-aprendizagem. A experimentação tem um papel vital para as ensino de ciências aplicadas, quando discutimos ciências como engenharias, química, biotecnologia entre outras não se trata apenas do conhecimento teórico, lógico-matemático, hipóteses e equações, mas também de dados, gráficos, tabelas que descrevem um comportamento natural que devem ser oriundos de um processo de experimentação para então, darmos a oportunidade do aluno estabelecer conexão entre os dados da experimentação e a teoria, formando conhecimento integral e com significado [2A.M.P. Carvalho e L.H. Sasseron, Ensino em Re-Vista 22, 249 (2015).].

    +

    Um outro ponto a ser considerado é em relação à capacidade e usos didáticos dos instrumentos, é que estes equipamentos não excedam muito o exigido na aplicação a qual estão destinados [3D.R. Shonnard, D.T. Allen, N. Nguyen, S.W. Austin e R. Hesketh, Environ. Sci. Technol. 37, 5453 (2003).]. Este conceito é de difícil aplicação no ensino, uma vez que a exigência neste nível é geralmente menor que aquela capaz de ser fornecida pelos equipamentos comerciais. Uma forte tendência nas últimas décadas é a miniaturização de dispositivos analíticos, principalmente nas áreas de Mecatrônica e Engenharia Química.

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    O aperfeiçoamento dessas áreas, fortemente influenciado pelos avanços da área de microeletrônica, permitiu o surgimento dos MEMS (Micro-electromechanicalSystems – Microssistemas Eletromecânicos) onde sistemas mecânicos e sistemas eletrônicos foram integrados [4S.E. Lyshevski, Mems and Nems. Mems and Nems (CRC Press, Boca Raton, 2018), p. 61.]. Há uma outra forte tendência mundial para o desenvolvimento de equipamentos analíticos chamados de “equipamentos verdes” [5K. Qian, F. Zhai e Q. Meng, em: Proceedings of the 2019 3rd International Conference on Education, Management Science and Economics (Singapura, 2019).], que possuem como características baixo impacto ambiental, tanto no seu processo produtivo quanto no seu uso, eficiência energética e baixa toxicidade de reagentes são características necessárias neste tipo de desenvolvimento. Estas técnicas são conhecidas como tecnologias limpas [6T.S. Schmidt e J. Huenteler, Glob. Environ. Chang. 38, 8 (2016).].

    +

    A área de química teve uma grande evolução, onde a miniaturização permite a obtenção ou manipulação de amostras em volume muito pequeno, tanto na fase pré quanto na analítica. Nesta última, os Microssistemas de Análise Total (μTAS – Micro Total Analysis System) são fortemente aplicados por se tratar de sistemas miniaturizados, permitem análises em tempo curto, utilizando poucos recursos e volumes muito pequenos, da ordem de microlitros [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019).].

    +

    Tanto o MEMS quanto o μTAS estão intimamente ligados ao desenvolvimento de novas tecnologias possíveis para o ensino de ciências, química e engenharia e suas ramificações [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019)., 8D.E.W. Patabadige, S. Jia, J. Sibbitts, J. Sadeghi, K. Sellens e C.T. Culbertson, Anal. Chem. 88, 320 (2015).].

    +

    Santos e colaboradores propuseram um sistema microeletrônico capaz de realizar análises em vários eletrodos de filmes finos [9L.C. Santos, F.P. Beraldo, L.F. Hernandez, R.A.M. Carvalho e M.L.P. Silva, Rev. Bras. Apl. Vácuo 25, 75 (2008).].

    +

    Microssistemas eletrônicos também foram desenvolvidos para uso no ensino e aplicados no ensino de biociências e engenharia [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019).]. Seguindo os conceitos de baixo custo, miniaturização e tecnologia limpa a Microbalança de Cristal de Quartzo (MCQ) se apresenta como uma boa alternativa para o desenvolvimento de material de ensino e com possibilidade de uso também em pesquisa básica. A MCQ é um instrumento de análise gravimétrica extremamente sensível que pode medir as alterações de massa nas escalas de micrograma (μg) e nanograma (ng) por unidade de área, normalmente milímetro quadrado (mm2) [10M. Pohanka, Materials (Basel) 11, 448 (2018).].

    +

    O quartzo é um material piezoelétrico – materiais que respondem a deformação física produzindo diferença de potencial elétrico (DDP) ou o contrário - que pode, de acordo com a tecnologia de produção oscilar em uma frequência definida [11M. Hussain, F. Rupp, H.P. Wendel e F.K., TrAC – Trends in Analytical Chemistry 102, 194 (2018).]. A frequência de oscilação definida no processo produtivo pode ser alterada pela adição ou remoção de pequenas quantidades de massa na superfície do eletrodo, geralmente de metal. Essa variação na frequência (Δf) pode ser medida com hardware e software adequados e em tempo real, para obter informações úteis sobre interações ou reações moleculares que ocorrem na superfície do eletrodo ou diretamente do cristal, como crescimento de filme, oxidação, corrosão, interação antígeno anticorpo etc.

    +

    A estrutura simples dos osciladores MCQ e o desenvolvimento da técnica de sistema micro eletromecânico de quartzo (MEMQ) tornaram possível ao longo do tempo desenvolver arranjos miniaturizados de sensores osciladores com frequências muito estáveis [12M. Michalzik, R. Wilke e S. Büttgenbach, Sensors and Actuators, B: Chemical 111–112, 410 (2005)., 13M. Pohanka, O. Pavliš e P. Skládal, Talanta 71, 981 (2007).].

    +

    Recentemente, a construção e análise de um MEMQ genérico e a aplicação de um sistema miniaturizado portátil baseado em injeção em câmara de fluxo foram descritos [14C.L. Liang, S.W. Lee e K.L. Lin, Thin Solid Films 636, 164 (2017).].

    +

    A MCQ proposta por Liang foi composta de uma microsseringa injetora de amostras desenhada sob medida e um software de monitoramento de frequência.

    +

    Ademais, foram relatados progressos na construção de um oscilador de frequência para aplicações reais e uma câmara de reação em fluxo, de simples construção e operação. Com base nas propriedades do quartzo, MEMQ’s e os μTAS, este estudo tem como objetivo o desenvolvimento de um equipamento de análise gravimétrica de baixo custo, para uso no ensino nas áreas de ciências, engenharia, química, bioquímica e biotecnologia ou mesmo como ferramenta para pesquisa básica. Levando-se em conta o alto investimento requerido para implantação deste tipo de equipamento no ensino, qualquer tentativa de redução de investimento é relevante.

    +

    Com a intenção de construir um modelo prototificado de MCQ de baixo custo que favoreça o desenvolvimento e aplicação de práticas experimentais de ensino voltada para análise gravimétrica, foi aplicado um modelo de pesquisa experimental, com base em prova de fundamentos e conceitos da tecnologia em questão. O design e construção do protótipo foi realizado nos laboratórios de física o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Tocantins, Campus Araguaína – IFTO. As análises de funcionalidade ocorreram no laboratório de Ciências da Universidade Federal do Tocantins UFT – Escola de Medicina Veterinária e Zootecnia, Campus Araguaína.

    +

    2. Materiais e Métodos

    +

    O sistema MCQ tem vários modos de operação o mais comum (Figura 1) consiste em um cristal de quartzo com eletrodos metálicos montados firmemente ligados nas laterais superior e inferior, um suporte para prender o cristal e possibilitar conexão elétrica, frequencímetro que excita o cristal até sua frequência de ressonância, um controlador eletrônico e computador/monitor que lê a mudança de frequência e armazena os parâmetros do processo.

    +
    + +
    +Figura 1:
    Configuração operacional típico da MCQ.
    +
    +
    +

    Os eletrodos na parte superior e inferior do cristal geralmente têm a forma de um círculo ligado a uma trilha. Essa forma de eletrodo permite que a MCQ oscile apenas na área onde os eletrodos são aderidos [15V.E. Bottom, em: Thirty Fifth Annual Frequency Control Symposium (Philadelphia, 2008).].

    +

    2.1. Arduíno micro

    +

    O Arduino Micro (Figura 2) é um hardware de código aberto [16D.A. Mellis, M. Banzi, D. Cuartielles e T. Igoe, Arduino: An open electronic prototyping platform, disponível em: http://web.media.mit.edu/mellis/arduino-chi2007-mellis-banzi-cuartielles-igoe.pdf, acessado em 14/11/2019.
    http://web.media.mit.edu/mellis/arduino-... +
    ] usado para elaboração de protótipos de programação de eletrônicos. A placa de circuito e software [17Y.A. Badamasi, em:Proceedings of the 11th International Conference on Electronics, Computer and Computation (ICECCO) (Abuja, 2014).] usa a linguagem C++ simplificada para programação [18P.C. Minns, Programming For the PC the MAC and the Arduino Microcontroller System, disponível em: http://nrl.northumbria.ac.uk/15136/, acessado em 14/11/2019.
    http://nrl.northumbria.ac.uk/15136/... +
    ]. O Arduino Micro é muito usado como plataforma de integração e interfaceamento, entre outras qualidades devido a interface do usuário ter configuração amigável e de fácil utilização.

    +
    + +
    +Figura 2:
    Arduíno Micro [21N. Robert, Introduction to Arduino Leonardo – The Engineering Projects. Engineering Project, disponível em: https://www.theengineeringprojects.com/2018/09/introduction-to-arduino-micro.html, acessado em 15/06/2021.
    https://www.theengineeringprojects.com/2... +
    ].
    +
    +
    +

    É uma placa de circuito com um processador que pode ser programado para executar uma variedade de tarefas. É possível enviar informações do programa de computador para a plataforma para que este se ligue ao circuito ou máquina específica para executar um comando particular, ou controlar processos eletrônicos bem como leitura de sensores diversos tanto de entrada quanto de saída de dados [19M. Margolis, Arduino Cookbook (O’Reilly Media, Massachusetts, 2011).].

    +

    Diferente da maioria dos programas e placas de circuito [20J. Boxall, Arduino Worskhop: A hands-on introduction with 65 Projects (No Starch Press, California, 2013).], não possui um hardware específico para carregar um novo código ou programa na placa, é necessário usar apenas um cabo USB do inglês (Universal Serial Bus) para carregar um novo código. Os códigos de programa são mais fáceis de desenvolver tornando a programação mais simplificada.

    +

    2.2. Softwares utilizados

    +

    Dois softwares são necessários para desenvolvimento e operação da MCQ e ambos são de código aberto, são eles: o Arduíno IDE (Integrated Development Environment) e OpenQCM®. O IDE é um aplicativo multiplataforma desenvolvido em linguagem de programação Java. É usado para desenvolver e fazer upload de Scripts de programação em placas compatíveis com Arduino.

    +

    O Arduino IDE suporta as linguagens C e C + ⁣ + , neste caso as regras de estruturação do código são diferentes. O Arduino IDE fornece uma biblioteca de software de projeto, que disponibiliza muitos procedimentos comuns de entrada e saída de dados. O código desenvolvido ou baixado pelo usuário requer apenas duas funções básicas para iniciar, o sketch e o loop principal do programa.

    +

    A versão do IDE utilizado para upload do firmwere da MCQ foi a 1.8.10 de 13 de setembro de 2019, o repositório utilizado é o github.com/Arduino, as licenças de uso são LGPL (Lesser General Public License) ou GPL (General Public License). O segundo software necessário para desenvolvimento da MCQ foi o OpenQCM® o projeto do software aproveita os recursos embarcados do NetBean s para criar GUI (Graphic User interface) interface gráfica de usuário (Figura 3). O aplicativo usa as bibliotecas Java de terceiros como: Ardulink [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ], uma biblioteca de código aberto para controle e comunicação com placas Arduino, entre elas o Arduíno Micro utilizada nesse projeto. O Ardulink também fornece componentes Java Swing [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ] prontos, capazes de se comunicar com a placa para leitura serial dos dados de frequência e temperatura do cristal de quartzo.

    +
    + +
    +Figura 3:
    GUI (Graphic User Interface) interface gráfica do usuário OpenQCM®.
    +
    +
    +

    Para exibição dos dados foi utilizado a JFreeChar t [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ] que é uma biblioteca Java de código aberto para plotagem gráfica de dados, essa biblioteca permite a exibição de gráficos em tempo real com leituras de frequência e temperatura. Para que os dados sejam plotados em tempo real e sejam confiáveis, utiliza-se a CommonsMath [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ], uma biblioteca de matemática. Os dados de frequência e temperatura podem ser salvas em um arquivo de texto no formato ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Depois que o arquivo de dados gerado é selecionado, o software anexa os novos dados ao arquivo. O arquivo de dados é formatado da seguinte forma: data (MM/dd/aa) hora (hh: mm: ss) frequência e temperatura [23https://openqcm.com/openqcm, acessado em 14/11/ 2019.
    https://openqcm.com/openqcm... +
    ].

    +

    2.3. Cristal oscilador de Quartzo

    +

    Na MCQ proposta utilizou-se cristais de osciladores de quartzo com corte AT esse tipo de cristal é laminado do bloco original com um ângulo de 35° em relação ao eixo Z, são os mais utilizados por terem um baixíssimo coeficiente de dependência da temperatura [24H. Varela, M. Malta e R.M. Torresi, Quim. Nova 23, 664 (2000).], com frequência de oscilação em forma de cisalhamento de 10 MHz colocado entre dois eletrodos de ouro para conexão elétrica. A superfície do cristal de quartzo é plana e polida, ainda necessária limpeza prévia para o uso. A adesão do eletrodo de ouro a superfície é aprimorada usando um substrato de Titânio (Ti). A Sensibilidade nominal do sensor é de 4,42×10−9 g Hz−1 cm−2, a relação entre frequência e estabilidade térmica é de ± 20 kHz a 23°C com densidade de 0,0026497 Kg/m3 a 25°C [23https://openqcm.com/openqcm, acessado em 14/11/ 2019.
    https://openqcm.com/openqcm... +
    ].

    +

    A espessura de quartzo é de ∼160 μm com diâmetro total de 13,9 mm, já o eletrodo tem diâmetro 6 mm revestido com Ouro (Au) a espessura do eletrodo é de ∼200 nm (Figura 4) a conexão elétrica se dá pelos eletrodos móveis da câmara de reação da MCQ proposta. O cristal usa conexões tipo HC-48/U. Os dados de área e densidade do eletrodo são úteis para quantificação da massa medida sobre o eletrodo, no entanto esses dados não foram medidos no trabalho.

    +
    + +
    +Figura 4:
    Cristais osciladores de quartzo.
    +
    +
    +

    2.4. Estrutura de proteção dos componentes eletrônicos

    +

    Para a construção da estrutura de proteção da MCQ foi utilizado placas de acrílico de 3, 2, e 1 mm de espessura. As placas que compõem o case foram usinados com serra elétrica, as peças de acrílico que constituem a estrutura permanente foram unidas com adesivo líquido tipo cianoacrilato. A juntas móveis foram possíveis com uso de parafusos de 1,5 mm de espessura e 3 mm de comprimento. A estrutura de proteção foi construída para proteção do frequencímetro e do controlador Arduíno, as medidas do case estão ilustradas na Figura 5. Há duas entradas, uma tipo micro USB para alimentação elétrica e saída de dados para o computador e outra tipo RJ-45, esta liga o sensor da câmara de reação diretamente ao frequencímetro.

    +
    + +
    +Figura 5:
    Estrutura de proteção dos componentes eletrônicos.
    +
    +
    +

    Na imagem também é possível observar o Arduíno micro conectado ao frequencímetro. Todas as partes do desenho de execução do projeto da MCQ foram modeladas com o software SketchUp Make 2017®.

    +

    2.5. Câmara de reação

    +

    A câmara de reação (Figura 6) foi construída com uma variedade maior de materiais em relação a estrutura de proteção, isso por conta da especificidade de seu uso, além dos materiais comuns ao case foram utilizados anéis de silicone (3, 5) para vedação das reações em meio líquido, tubos de 1mm de entrada e saída de reagentes (7, 8), eletrodos de latão de 1 mm × 0,5 mm para contato elétrico com sensor (2), placa de fenolite com camada única de cobre para construção de circuito elétrico, imãs de neodímio de 6 mm de diâmetro por 3 mm de altura (6).

    +
    + +
    +Figura 6:
    Câmara de reação.
    +
    +
    +

    A Figura 7 mostra a câmara de reação tipo fechada já montada. Este modelo exige a colocação de tubos conectados em bomba peristáltica ou bomba tipo seringa para sucção dos reagentes. A conexão do topo, seja no modo aberto ou fechado é possível com uso de imãs neodímio que também oferece vedação por compressão.

    +
    + +
    +Figura 7:
    Câmara de reação tipo fechada parcialmente montada.
    +
    +
    +

    2.6. Operação da MCQ

    +

    Para operação da Microbalança é necessário garantir boa montagem da câmara de reação, a estanqueidade das substâncias permite confiança nas medições, também é necessário seguir a ordem correta dos componentes a serem montados. A Figura 8 apresenta uma visão geral da MCQ em perspectiva explodida. A sequência adequada de montagem da câmara de reação é ilustrada nas fotos a seguir. É necessário delicadeza na montagem das partes para não incorrer em quebra do cristal ou contaminação na superfície, após limpeza dos componentes para montagem da câmara de reação.

    +
    + +
    +Figura 8:
    Visão geral da MCQ, (a) botão de acionamento dos eletrodos móveis, (b) eletrodos móveis, (c) silicone de vedação, (d) cristal MCQ, (e) Anel de vedação, (f) imã de neodímio, (g) saída de reagente, (h) entrada de reagentes, (i) câmara de reação aberta, (j) conector RJ-45.
    +
    +
    +

    Antes da colocação do silicone de vedação os eletrodos móveis (Figura 8b) devem ser rebaixados girando o botão de acionamento (Figura 8a) no sentido horário. É importante perceber no momento da montagem do cristal, se este está alinhado na câmara de reação conforme Figura 8d, esse cuidado previne que os contatos do eletrodo móvel e o eletrodo do cristal seja mal feito, diferente disso as reações no quartzo não serão lidas pelo frequencímetro ou haverá muita instabilidade na leitura.

    +

    Os tubos de entrada e saída devem ser montados na parte superior da câmara de reação antes da colocação sobre o sensor para evitar danos no mesmo (Figura 9e). Outro ponto crítico é a colocação deste último componente (Figura 9f) isso porque os imãs de neodímio podem comprimir o sensor de forma abrupta e resultar em danos e mau funcionamento do aparelho. Finalmente conecta-se a seringa para sucção de reagentes (Figura 9g). Aqui cabe outra ressalva, como em todos os aparelhos MCQ que operam em fluxo com câmara fechada, é imprescindível que os reagentes nunca sejam injetados sobre o cristal. Isso porque a forte elevação de pressão provoca variação excessiva na leitura das frequências, outro ponto é que a estanqueidade da câmara fica prejudicada, e isso pode resultar em extravasamento de líquidos nos componentes elétricos. Quando os líquidos são sugados cria-se um vácuo no interior que extraem possíveis bolhas formadas entre o cristal e o anel de vedação, esse vácuo também diminui a possibilidade de formação de bolhas sobre o cristal bem como possibilita que as soluções entrem em contato com toda a área do cristal. A formação de bolhas diminui consideravelmente a capacidade analítica.

    +
    + +
    +Figura 9:
    Fotografia da MCQ – Ordem de montagem da câmara de reação: (a) silicone de vedação, (b) instalação do sensor MCQ, (c) anel de vedação, (d) visão superior – alinhamento do sensor na câmara, (e) Tubos de entrada e saída de reagentes, (f) instalação da parte superior da câmara tipo fechada, (g) instalação de seringa.
    +
    +
    +

    3. Resultados e Discussão

    +

    3.1. Análise de custo da construção da MCQ

    +

    A execução do projeto da MCQ apresentou um custo muito inferior comparado com equipamentos de mercado, alcançando assim um dos seus principais objetivos que era o baixo custo de produção. Na Tabela 1 são estratificados os principais custos com componentes para que seja feita uma unidade do equipamento. Não foi possível totalizar os custos indiretos deste projeto como tempo, deslocamento de pessoal para pesquisa e aquisição de materiais, gastos com sistemas de informação, eletricidade internet, telefone etc.

    +
    + +
    +Tabela 1:
    Estratificação dos custos de montagem de uma unidade da MCQ.
    +
    +
    +

    Os custos dos componentes totalizaram, R$ 726,65. Vale destacar que, nesse valor, não estão inclusos custo de alguns materiais e serviços que foram reciclados de componentes eletrônicos ou doados com fornecedores envolvidos com a proposta do projeto.

    +

    Quando comparado com o modelo de referência mais barato disponível no mercado a QCM 10M Quartz Crystal Microbalance do fornecedor Gamry Instruments que custa R$ 20.827,92 em valor atual [25M. Coolbaugh, Final Report: Electrochemical Workstation for Research on Chemical Surface Modifications and Characterization of Novel Conductive Polymers, Johnson C. Smith University Charlotte United States, Charlotte (2015).] observa-se que o valor é aproximadamente 28 vezes menor. Cabe ressaltar também que essa diferença é importante quando se observa o propósito do equipamento proposto, já citado ainda introdução desse estudo.

    +

    3.2. Estudo da capacidade de análise em meio líquido

    +

    Para a verificação da Microbalança de cristal de quartzo utilizou-se água pura, de acordo com a teoria baseada na (Equação (1)) de Kanazawa – Gordon [26K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Acta 175, 99 (1985).] essa equação expressa a variação de frequência de um cristal de quartzo em contato com um líquido em termos de parâmetros físicos do fluido e do quartzo. A relação é:

    +

    Equação 1: Equação de Kanazawa – Gordon.

    +
    +
    + (1) + Δf=-f032(ηLρLπμQρQ)12 +
    +
    +

    Onde:

    +

    f0 = frequência de vibração nominal do cristal seco

    +

    ηL = viscosidade absoluta do cristal de quartzo

    +

    ρL = densidade do líquido

    +

    μQ = módulo de cisalhamento do cristal de quartzo

    +

    ρQ = densidade do cristal de quartzo

    +

    De modo mais simples, a variação no padrão de ressonância de um cristal de quartzo em meio líquido depende do produto da densidade-viscosidade do líquido estudado. A equação acima é dependente das seguintes características: (i) o cristal de quartzo é um sólido, mas com propriedades elásticas, há dissipação e energia na estrutura do cristal bem como na estrutura da câmara (ii) o líquido é newtoniano, o que significa que é um líquido puramente viscoso; (iii) o líquido – se assemelha a uma camada infinita, assim a penetração da onda de cisalhamento é muitas vezes menor que a espessura do líquido.

    +

    Água pura foi injetada na câmara de reação da MCQ usando uma bomba de seringa. O volume da câmara de medição é de aproximadamente 28 μL. Os parâmetros físicos do fluido e do quartzo são:

    +

    +

    +
    + f010Mhz + ηL=1.002×10-2gcm-1s-1(T=20) + ρL=0.9982gcm-3(T=2-20) + μQ=2.947×1011gcm-1s-2 + ρQ=2.648gcm-3 +
    +
    +

    +

    Ainda de acordo com a equação de Kanazawa – Gordon, a variação de frequência do ar para a água destilada é Δf = 2020 Hz [27K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Anal. Chem. 57, 1770 (1985).].

    +

    A mudança de frequência causada pela injeção de água pura na câmara de reação foi medida usando o seguinte procedimento: A MCQ foi conectada via porta USB e aguardou-se o tempo de estabilização de temperatura e frequência estacionária. Após 30 minutos a frequência inicial da MCQ foi medida e registrada durante um intervalo de mais 30 minutos.

    +

    A frequência inicial corresponde ao cristal de quartzo em contato com o ar. Após a medição da frequência de contato com ar, água MiliQ foi injetada na câmara usando bomba tipo seringa. Um novo período estacionário de 30 minutos foi aguardado, as leituras da MCQ foram registradas. A frequência final corresponde ao cristal de quartzo em contato com água.

    +

    O resultado da frequência do cristal na mudança do ar para água é calculado como a diferença da frequência final no ar (Δf0) menos a frequência final na água (Δf1), como mostrado na Figura 10.

    +
    + +
    +Figura 10:
    Gráfico da variação de frequência na mudança de interface ar-água para confirmação da equação de Kanazawa – Gordon.
    +
    +
    +

    Os resultados dos testes demostram Δf0 = 10015849.4 Hz e Δf1 = 10013830.3 Hz mostraram uma boa concordância entre a mudança de frequência medida pela MCQ na mudança da interface do ar para a água pura, a determinação matemática da equação de Kanazawa Gordon também foi confirmada.

    +

    A equação prevê uma variação na frequência de ressonância na ordem de 2020 Hz. O resultado calculado no teste é de Δffinal = 2018.9 Hz, a diferença para o valor teórico ideal é de ± 1,1 Hz para um cristal de quartzo de 10 MHz na mudança da interface ar para a água pura à temperatura de 20°C. Cabe ressaltar que os valores de Δf0 e Δf1 são valores médios calculados a partir das frequências estáveis após aproximadamente 30 minutos. A partir das características de sensibilidade sensor utilizado, controle da temperatura, e pureza da água chegou a esse grau de similaridade com o valor teórico.

    +

    O teste e os resultados aqui relatados mostraram a sensibilidade do equipamento proposto para operação em meio líquido, a diferença encontrada neste teste não é obstáculo suficiente para alcançar um dos objetivos propostos uma vez que se optou por hardware e software de baixo custo em que se esperava possíveis divergências entre valores teóricos e valores medidos.

    +

    3.3. Estudo da capacidade de análise gravimétrica em meio líquido

    +

    Para este estudo foram preparadas três soluções com diferentes concentrações de sacarose 7,5%, 15% e 30% peso/volume (p/v). Uma bomba tipo seringa foi utilizada para injetar as diferentes concentrações na câmara de reação. As soluções foram bombeadas até observação de que a câmara estava totalmente preenchida com a nova solução. Em seguida, a variação de frequência foi aferida em estado estacionário. A medição de frequência foi realizada sempre no equilíbrio de condições estáticas dos líquidos, a câmara de reação foi lavada com água destilada entre injeções das soluções. De fato, o que foi medido nesse experimento foram as variações de frequência causadas por mudança de massa devido ao processo de alteração de densidade e viscosidade da amostra líquida. Essas duas características não são dissociáveis, por isso é necessário lavar a câmara de reação antes de cada nova injeção. Desta forma, é possível medir e comparar a mudança de frequência causada por soluções com diferentes concentrações de sólidos dissolvidos. A variação de frequência da MCQ durante todo o teste com diferentes concentrações de sacarose é mostrada na Figura 11.

    +
    + +
    +Figura 11:
    Gráfico da variação de frequência da MCQ causado por injeções sucessivas de água e sacarose em diferentes concentrações 7,5, 15 e 30% p/v.
    +
    +
    +

    A maior variação no sinal de frequência, indicada pelos picos no gráfico, é causada principalmente pela variação abrupta de pressão na superfície do cristal de quartzo devido a injeção das amostras. Mas, essa variação é transitória e não é considerada. É importante notar que o processo de regeneração do sensor não foi medido após as injeções sucessivas. No entanto, a estabilidade do sinal referente a leitura da água (Δfa´gua) serve como parâmetro branco ou “0” para cálculo diferencial com as diferentes concentrações. Na Tabela 2 é mostrada a frequência medida na MCQ para as três concentrações, a diminuição de frequência em relação a água pura também foi medida.

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    + +
    +Tabela 2:
    Variação de frequência medida nas diferentes concentrações de sacarose.
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    +
    +

    Este resultado mostra que equipamento proposto responde a variações de concentração de soluto. No entanto para elaboração do teste de ajuste linear e outras provas estatísticas fez-se necessário aumentar o número de análises. A MCQ foi submetida a solução de glicose em água que variaram de 1,6 a 90 mg/mL. Os valores de frequência estáveis para cada concentração são mostrados na Tabela 3.

    +
    + +
    +Tabela 3:
    Frequências estáveis de diferentes concentrações de solução de glicose.
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    +

    Para a verificação da adequação do modelo, os dados foram submetidos a Análise de Covariância – ANOVA. A Tabela 4 mostra os resultados desse tratamento.

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    +Tabela 4:
    Análise de Covariância – ANOVA.
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    +
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    A regressão linear simples (Figura 12) mostra que a variação da concentração de glicose nas soluções prevê a variação da frequência medida na MCQ [F (1, 16) = 382.487, p < 0,001; R2 = 0,959].

    +
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    +Figura 12:
    Gráfico do ajuste linear da concentração de glicose e variação da frequência.
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    +

    4. Considerações finais

    +

    Este estudo teve como objetivo principal a implementação de um protótipo de Microbalança de Cristal de Quartzo de baixo custo capaz de realizar análises micro gravimétricas. Para tanto, foi desenvolvido um protótipo funcional a partir de materiais de fácil acesso que detecta a variação de massa de solutos dissolvidos em eletrodo/cristal específico, processa e transmite sinais para um software, que mostra essas interações em tempo real e armazena os dados. Esta pesquisa possibilitou a aplicação e o uso de técnicas de projeto e construção de dispositivos micro eletromecânicos destinados a implementação e desenvolvimento de ferramenta de ensino capaz de aproximar do ambiente de ensino técnicas de análises micrométricas. A utilização de solutos diluídos com diversas variações de concentração mostrou-se eficaz como ferramenta de validação dos testes micrométricos de massa. A escolha do Arduíno micro® como dispositivo controlador do frequencímetro foi essencial para se chegar à solução final. Com o uso desse controlador, foi possível evitar o investimento de tempo e recursos no desenvolvimento de dispositivo capaz de comunicação de dados rápida e estável com o computador. Outra funcionalidade adquirida pelo uso Arduíno foi a capacidade de ajuste simplificado da comunicação com computador, alimentação de todo o sistema via porta USB, dispensado o desenvolvimento de sistema para esse fim, a disponibilidade de ampla biblioteca de scripts de forma gratuita, linguagem de programação fácil e software intuitivo. Esses foram exemplos práticos de como essa placa de prototipagem contribuiu no desenvolvimento do protótipo. permitindo abordagem corretiva dos mecanismos de ajuste sempre que necessário, melhorando a performance e a qualidade dos resultados. Contudo, a montagem do cristal nos eletrodos da MCQ ainda necessita de uma série de passos e cuidados para um selamento perfeito da câmara de reação. Em um trabalho futuro, poderão ser realizados testes com um sistema de selamento mais ágil e seguro. É necessário aplicação de novos testes com outros equipamentos existentes, a fim de verificar a acurácia com os resultados de outros trabalhos relacionados as proposições deste. Quanto à funcionalidade do sistema proposto, foram detectadas algumas limitações, como por exemplo, alta sensibilidade a variações na rede elétrica, assim a estabilidade ótima do sistema só foi atingida com uso notebooks ou desktops desligados da rede elétrica. A conexão em rede sem uso de algum tipo de estabilizador pode vir a prejudicar desempenho do equipamento. Esta tecnologia muito atrativa e relativamente simples para pesquisa e desenvolvimento de instrumentos didáticos para ensino de física e ciências, pode ser muito útil para aproximar a teoria da análise microgravimétrica com prática dentro do universo acadêmico. As técnicas microanalíticas estão disponíveis a muito tempo e com nível de sofisticação altíssimo assim como o investimento para sua aquisição. No entanto, ainda falta no mercado instrumentos voltados para o ensino que ofereçam a oportunidade de contato com essas tecnologias, para que se possa, ainda nos primeiros anos de uma graduação, ou mesmo no ensino básico ou tecnológico pensar em sua implementação, seja dos protocolos de uso ou da tecnologia em si. A solução proposta, neste estudo, se mostrou bastante viável, considerando a propósito e o acerto das análises durante o desenvolvimento. A maior parte dos testes realizados obtiveram resultados satisfatórios, salvo algumas limitações já discutidas. Espera-se que o conceito da MCQ não mais seja associado a algo intangível. Como proposta de melhorias futuras, destacam-se: sofisticação do design, simplificação no processo de montagem do cristal, miniaturização dos sistemas eletrônicos, implementação de um sistema de detecção de energia dissipada que aumentaria significativamente a qualidade da análise.

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    • H. Varela, M. Malta e R.M. Torresi, Quim. Nova 23, 664 (2000).
    • +
    • M. Coolbaugh, Final Report: Electrochemical Workstation for Research on Chemical Surface Modifications and Characterization of Novel Conductive Polymers, Johnson C. Smith University Charlotte United States, Charlotte (2015).
    • +
    • K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Acta 175, 99 (1985).
    • +
    • K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Anal. Chem. 57, 1770 (1985).
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      27 Out 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      21 Abr 2021
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    • +Revisado
      15 Jun 2021
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    • +Aceito
      26 Jul 2021
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/tabelas.pt.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/tabelas.pt.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..ba0316559 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/dot_in_id/tabelas.pt.3_0.html @@ -0,0 +1,1198 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Desenvolvimento de uma Microbalança de Cristal de Quartzo – MCQ experimental como ferramenta para o ensino de física moderna +

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    Development of an Experimental Quartz Crystal Microbalance – MCQ as a tool for teaching modern physics

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    + + + +Sobre os autores +
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    Resumos

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    Neste artigo descrevemos a construção e funcionamento de um MCQ experimental de baixo custo para demonstrar o uso de sensores quartzo para análises micro gravimétricas em meio líquido. Para isso, foi utilizado a plataforma Arduino micro® para controlar o interfaceamento com o computador, bem como um frequencímetro para excitação do sensor. Uma interface gráfica gratuita para computadores foi utilizada a fim de controlar o experimento e exibir os dados obtidos em tempo real. Também foram apresentados aplicações do modelo experimental e análises das capacidades de detecção.

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    Palavras-chave:
    Microbalança de Cristal de Quartzo; Gravimetria; Ferramentas de Ensino

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    In this article we describe the construction and operation of a low-cost experimental MCQ to demonstrate the use of quartz sensors for micro gravimetric analysis in liquid medium. For this, the Arduino micro® platform was used to control the interface with the computer, as well as a frequency meter for sensor excitation. A free graphic interface for computers was used to control the experiment and display the data obtained in real time. Applications of the experimental model and analysis of detection capabilities were also presented.

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    Keywords
    Quartz Crystal Microbalance; Gravimetry; Teaching Tools

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    1. Introdução

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    As técnicas de ensino têm focado mais seus esforços na prática do uso do conhecimento, com o uso de abordagens direcionadas para a resolução de problemas do que no simples uso da informação. Estas abordagens são definidas como Ensino Baseado na Resolução de Problemas (PBL – Problem Based Learning) [1W.R.S. Silva, D.P. Souza e S. Rodrigues-Moura, Rev. Pesqui. Qual. 7, 428 (2019).]. Estas técnicas de ensino são mais adequadas para acompanhar a rapidez do desenvolvimento tecnológico, que exige inclusive uma rápida adaptação do processo de ensino-aprendizagem. A experimentação tem um papel vital para as ensino de ciências aplicadas, quando discutimos ciências como engenharias, química, biotecnologia entre outras não se trata apenas do conhecimento teórico, lógico-matemático, hipóteses e equações, mas também de dados, gráficos, tabelas que descrevem um comportamento natural que devem ser oriundos de um processo de experimentação para então, darmos a oportunidade do aluno estabelecer conexão entre os dados da experimentação e a teoria, formando conhecimento integral e com significado [2A.M.P. Carvalho e L.H. Sasseron, Ensino em Re-Vista 22, 249 (2015).].

    +

    Um outro ponto a ser considerado é em relação à capacidade e usos didáticos dos instrumentos, é que estes equipamentos não excedam muito o exigido na aplicação a qual estão destinados [3D.R. Shonnard, D.T. Allen, N. Nguyen, S.W. Austin e R. Hesketh, Environ. Sci. Technol. 37, 5453 (2003).]. Este conceito é de difícil aplicação no ensino, uma vez que a exigência neste nível é geralmente menor que aquela capaz de ser fornecida pelos equipamentos comerciais. Uma forte tendência nas últimas décadas é a miniaturização de dispositivos analíticos, principalmente nas áreas de Mecatrônica e Engenharia Química.

    +

    O aperfeiçoamento dessas áreas, fortemente influenciado pelos avanços da área de microeletrônica, permitiu o surgimento dos MEMS (Micro-electromechanicalSystems – Microssistemas Eletromecânicos) onde sistemas mecânicos e sistemas eletrônicos foram integrados [4S.E. Lyshevski, Mems and Nems. Mems and Nems (CRC Press, Boca Raton, 2018), p. 61.]. Há uma outra forte tendência mundial para o desenvolvimento de equipamentos analíticos chamados de “equipamentos verdes” [5K. Qian, F. Zhai e Q. Meng, em: Proceedings of the 2019 3rd International Conference on Education, Management Science and Economics (Singapura, 2019).], que possuem como características baixo impacto ambiental, tanto no seu processo produtivo quanto no seu uso, eficiência energética e baixa toxicidade de reagentes são características necessárias neste tipo de desenvolvimento. Estas técnicas são conhecidas como tecnologias limpas [6T.S. Schmidt e J. Huenteler, Glob. Environ. Chang. 38, 8 (2016).].

    +

    A área de química teve uma grande evolução, onde a miniaturização permite a obtenção ou manipulação de amostras em volume muito pequeno, tanto na fase pré quanto na analítica. Nesta última, os Microssistemas de Análise Total (μTAS – Micro Total Analysis System) são fortemente aplicados por se tratar de sistemas miniaturizados, permitem análises em tempo curto, utilizando poucos recursos e volumes muito pequenos, da ordem de microlitros [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019).].

    +

    Tanto o MEMS quanto o μTAS estão intimamente ligados ao desenvolvimento de novas tecnologias possíveis para o ensino de ciências, química e engenharia e suas ramificações [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019)., 8D.E.W. Patabadige, S. Jia, J. Sibbitts, J. Sadeghi, K. Sellens e C.T. Culbertson, Anal. Chem. 88, 320 (2015).].

    +

    Santos e colaboradores propuseram um sistema microeletrônico capaz de realizar análises em vários eletrodos de filmes finos [9L.C. Santos, F.P. Beraldo, L.F. Hernandez, R.A.M. Carvalho e M.L.P. Silva, Rev. Bras. Apl. Vácuo 25, 75 (2008).].

    +

    Microssistemas eletrônicos também foram desenvolvidos para uso no ensino e aplicados no ensino de biociências e engenharia [7Y.S. Kurniawan, Biomed J Sci & Tech Res 12, 9442 (2019).]. Seguindo os conceitos de baixo custo, miniaturização e tecnologia limpa a Microbalança de Cristal de Quartzo (MCQ) se apresenta como uma boa alternativa para o desenvolvimento de material de ensino e com possibilidade de uso também em pesquisa básica. A MCQ é um instrumento de análise gravimétrica extremamente sensível que pode medir as alterações de massa nas escalas de micrograma (μg) e nanograma (ng) por unidade de área, normalmente milímetro quadrado (mm2) [10M. Pohanka, Materials (Basel) 11, 448 (2018).].

    +

    O quartzo é um material piezoelétrico – materiais que respondem a deformação física produzindo diferença de potencial elétrico (DDP) ou o contrário - que pode, de acordo com a tecnologia de produção oscilar em uma frequência definida [11M. Hussain, F. Rupp, H.P. Wendel e F.K., TrAC – Trends in Analytical Chemistry 102, 194 (2018).]. A frequência de oscilação definida no processo produtivo pode ser alterada pela adição ou remoção de pequenas quantidades de massa na superfície do eletrodo, geralmente de metal. Essa variação na frequência (Δf) pode ser medida com hardware e software adequados e em tempo real, para obter informações úteis sobre interações ou reações moleculares que ocorrem na superfície do eletrodo ou diretamente do cristal, como crescimento de filme, oxidação, corrosão, interação antígeno anticorpo etc.

    +

    A estrutura simples dos osciladores MCQ e o desenvolvimento da técnica de sistema micro eletromecânico de quartzo (MEMQ) tornaram possível ao longo do tempo desenvolver arranjos miniaturizados de sensores osciladores com frequências muito estáveis [12M. Michalzik, R. Wilke e S. Büttgenbach, Sensors and Actuators, B: Chemical 111–112, 410 (2005)., 13M. Pohanka, O. Pavliš e P. Skládal, Talanta 71, 981 (2007).].

    +

    Recentemente, a construção e análise de um MEMQ genérico e a aplicação de um sistema miniaturizado portátil baseado em injeção em câmara de fluxo foram descritos [14C.L. Liang, S.W. Lee e K.L. Lin, Thin Solid Films 636, 164 (2017).].

    +

    A MCQ proposta por Liang foi composta de uma microsseringa injetora de amostras desenhada sob medida e um software de monitoramento de frequência.

    +

    Ademais, foram relatados progressos na construção de um oscilador de frequência para aplicações reais e uma câmara de reação em fluxo, de simples construção e operação. Com base nas propriedades do quartzo, MEMQ’s e os μTAS, este estudo tem como objetivo o desenvolvimento de um equipamento de análise gravimétrica de baixo custo, para uso no ensino nas áreas de ciências, engenharia, química, bioquímica e biotecnologia ou mesmo como ferramenta para pesquisa básica. Levando-se em conta o alto investimento requerido para implantação deste tipo de equipamento no ensino, qualquer tentativa de redução de investimento é relevante.

    +

    Com a intenção de construir um modelo prototificado de MCQ de baixo custo que favoreça o desenvolvimento e aplicação de práticas experimentais de ensino voltada para análise gravimétrica, foi aplicado um modelo de pesquisa experimental, com base em prova de fundamentos e conceitos da tecnologia em questão. O design e construção do protótipo foi realizado nos laboratórios de física o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Tocantins, Campus Araguaína – IFTO. As análises de funcionalidade ocorreram no laboratório de Ciências da Universidade Federal do Tocantins UFT – Escola de Medicina Veterinária e Zootecnia, Campus Araguaína.

    +

    2. Materiais e Métodos

    +

    O sistema MCQ tem vários modos de operação o mais comum (Figura 1) consiste em um cristal de quartzo com eletrodos metálicos montados firmemente ligados nas laterais superior e inferior, um suporte para prender o cristal e possibilitar conexão elétrica, frequencímetro que excita o cristal até sua frequência de ressonância, um controlador eletrônico e computador/monitor que lê a mudança de frequência e armazena os parâmetros do processo.

    +
    + +
    +Figura 1:
    Configuração operacional típico da MCQ.
    +
    +
    +

    Os eletrodos na parte superior e inferior do cristal geralmente têm a forma de um círculo ligado a uma trilha. Essa forma de eletrodo permite que a MCQ oscile apenas na área onde os eletrodos são aderidos [15V.E. Bottom, em: Thirty Fifth Annual Frequency Control Symposium (Philadelphia, 2008).].

    +

    2.1. Arduíno micro

    +

    O Arduino Micro (Figura 2) é um hardware de código aberto [16D.A. Mellis, M. Banzi, D. Cuartielles e T. Igoe, Arduino: An open electronic prototyping platform, disponível em: http://web.media.mit.edu/mellis/arduino-chi2007-mellis-banzi-cuartielles-igoe.pdf, acessado em 14/11/2019.
    http://web.media.mit.edu/mellis/arduino-... +
    ] usado para elaboração de protótipos de programação de eletrônicos. A placa de circuito e software [17Y.A. Badamasi, em:Proceedings of the 11th International Conference on Electronics, Computer and Computation (ICECCO) (Abuja, 2014).] usa a linguagem C++ simplificada para programação [18P.C. Minns, Programming For the PC the MAC and the Arduino Microcontroller System, disponível em: http://nrl.northumbria.ac.uk/15136/, acessado em 14/11/2019.
    http://nrl.northumbria.ac.uk/15136/... +
    ]. O Arduino Micro é muito usado como plataforma de integração e interfaceamento, entre outras qualidades devido a interface do usuário ter configuração amigável e de fácil utilização.

    +
    + +
    +Figura 2:
    Arduíno Micro [21N. Robert, Introduction to Arduino Leonardo – The Engineering Projects. Engineering Project, disponível em: https://www.theengineeringprojects.com/2018/09/introduction-to-arduino-micro.html, acessado em 15/06/2021.
    https://www.theengineeringprojects.com/2... +
    ].
    +
    +
    +

    É uma placa de circuito com um processador que pode ser programado para executar uma variedade de tarefas. É possível enviar informações do programa de computador para a plataforma para que este se ligue ao circuito ou máquina específica para executar um comando particular, ou controlar processos eletrônicos bem como leitura de sensores diversos tanto de entrada quanto de saída de dados [19M. Margolis, Arduino Cookbook (O’Reilly Media, Massachusetts, 2011).].

    +

    Diferente da maioria dos programas e placas de circuito [20J. Boxall, Arduino Worskhop: A hands-on introduction with 65 Projects (No Starch Press, California, 2013).], não possui um hardware específico para carregar um novo código ou programa na placa, é necessário usar apenas um cabo USB do inglês (Universal Serial Bus) para carregar um novo código. Os códigos de programa são mais fáceis de desenvolver tornando a programação mais simplificada.

    +

    2.2. Softwares utilizados

    +

    Dois softwares são necessários para desenvolvimento e operação da MCQ e ambos são de código aberto, são eles: o Arduíno IDE (Integrated Development Environment) e OpenQCM®. O IDE é um aplicativo multiplataforma desenvolvido em linguagem de programação Java. É usado para desenvolver e fazer upload de Scripts de programação em placas compatíveis com Arduino.

    +

    O Arduino IDE suporta as linguagens C e C + ⁣ + , neste caso as regras de estruturação do código são diferentes. O Arduino IDE fornece uma biblioteca de software de projeto, que disponibiliza muitos procedimentos comuns de entrada e saída de dados. O código desenvolvido ou baixado pelo usuário requer apenas duas funções básicas para iniciar, o sketch e o loop principal do programa.

    +

    A versão do IDE utilizado para upload do firmwere da MCQ foi a 1.8.10 de 13 de setembro de 2019, o repositório utilizado é o github.com/Arduino, as licenças de uso são LGPL (Lesser General Public License) ou GPL (General Public License). O segundo software necessário para desenvolvimento da MCQ foi o OpenQCM® o projeto do software aproveita os recursos embarcados do NetBean s para criar GUI (Graphic User interface) interface gráfica de usuário (Figura 3). O aplicativo usa as bibliotecas Java de terceiros como: Ardulink [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ], uma biblioteca de código aberto para controle e comunicação com placas Arduino, entre elas o Arduíno Micro utilizada nesse projeto. O Ardulink também fornece componentes Java Swing [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ] prontos, capazes de se comunicar com a placa para leitura serial dos dados de frequência e temperatura do cristal de quartzo.

    +
    + +
    +Figura 3:
    GUI (Graphic User Interface) interface gráfica do usuário OpenQCM®.
    +
    +
    +

    Para exibição dos dados foi utilizado a JFreeChar t [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ] que é uma biblioteca Java de código aberto para plotagem gráfica de dados, essa biblioteca permite a exibição de gráficos em tempo real com leituras de frequência e temperatura. Para que os dados sejam plotados em tempo real e sejam confiáveis, utiliza-se a CommonsMath [22GitHub: Where the world builds software (2008), https://github.com/collections, acessado em: 09/08/2019
    https://github.com/collections... +
    ], uma biblioteca de matemática. Os dados de frequência e temperatura podem ser salvas em um arquivo de texto no formato ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Depois que o arquivo de dados gerado é selecionado, o software anexa os novos dados ao arquivo. O arquivo de dados é formatado da seguinte forma: data (MM/dd/aa) hora (hh: mm: ss) frequência e temperatura [23https://openqcm.com/openqcm, acessado em 14/11/ 2019.
    https://openqcm.com/openqcm... +
    ].

    +

    2.3. Cristal oscilador de Quartzo

    +

    Na MCQ proposta utilizou-se cristais de osciladores de quartzo com corte AT esse tipo de cristal é laminado do bloco original com um ângulo de 35° em relação ao eixo Z, são os mais utilizados por terem um baixíssimo coeficiente de dependência da temperatura [24H. Varela, M. Malta e R.M. Torresi, Quim. Nova 23, 664 (2000).], com frequência de oscilação em forma de cisalhamento de 10 MHz colocado entre dois eletrodos de ouro para conexão elétrica. A superfície do cristal de quartzo é plana e polida, ainda necessária limpeza prévia para o uso. A adesão do eletrodo de ouro a superfície é aprimorada usando um substrato de Titânio (Ti). A Sensibilidade nominal do sensor é de 4,42×10−9 g Hz−1 cm−2, a relação entre frequência e estabilidade térmica é de ± 20 kHz a 23°C com densidade de 0,0026497 Kg/m3 a 25°C [23https://openqcm.com/openqcm, acessado em 14/11/ 2019.
    https://openqcm.com/openqcm... +
    ].

    +

    A espessura de quartzo é de ∼160 μm com diâmetro total de 13,9 mm, já o eletrodo tem diâmetro 6 mm revestido com Ouro (Au) a espessura do eletrodo é de ∼200 nm (Figura 4) a conexão elétrica se dá pelos eletrodos móveis da câmara de reação da MCQ proposta. O cristal usa conexões tipo HC-48/U. Os dados de área e densidade do eletrodo são úteis para quantificação da massa medida sobre o eletrodo, no entanto esses dados não foram medidos no trabalho.

    +
    + +
    +Figura 4:
    Cristais osciladores de quartzo.
    +
    +
    +

    2.4. Estrutura de proteção dos componentes eletrônicos

    +

    Para a construção da estrutura de proteção da MCQ foi utilizado placas de acrílico de 3, 2, e 1 mm de espessura. As placas que compõem o case foram usinados com serra elétrica, as peças de acrílico que constituem a estrutura permanente foram unidas com adesivo líquido tipo cianoacrilato. A juntas móveis foram possíveis com uso de parafusos de 1,5 mm de espessura e 3 mm de comprimento. A estrutura de proteção foi construída para proteção do frequencímetro e do controlador Arduíno, as medidas do case estão ilustradas na Figura 5. Há duas entradas, uma tipo micro USB para alimentação elétrica e saída de dados para o computador e outra tipo RJ-45, esta liga o sensor da câmara de reação diretamente ao frequencímetro.

    +
    + +
    +Figura 5:
    Estrutura de proteção dos componentes eletrônicos.
    +
    +
    +

    Na imagem também é possível observar o Arduíno micro conectado ao frequencímetro. Todas as partes do desenho de execução do projeto da MCQ foram modeladas com o software SketchUp Make 2017®.

    +

    2.5. Câmara de reação

    +

    A câmara de reação (Figura 6) foi construída com uma variedade maior de materiais em relação a estrutura de proteção, isso por conta da especificidade de seu uso, além dos materiais comuns ao case foram utilizados anéis de silicone (3, 5) para vedação das reações em meio líquido, tubos de 1mm de entrada e saída de reagentes (7, 8), eletrodos de latão de 1 mm × 0,5 mm para contato elétrico com sensor (2), placa de fenolite com camada única de cobre para construção de circuito elétrico, imãs de neodímio de 6 mm de diâmetro por 3 mm de altura (6).

    +
    + +
    +Figura 6:
    Câmara de reação.
    +
    +
    +

    A Figura 7 mostra a câmara de reação tipo fechada já montada. Este modelo exige a colocação de tubos conectados em bomba peristáltica ou bomba tipo seringa para sucção dos reagentes. A conexão do topo, seja no modo aberto ou fechado é possível com uso de imãs neodímio que também oferece vedação por compressão.

    +
    + +
    +Figura 7:
    Câmara de reação tipo fechada parcialmente montada.
    +
    +
    +

    2.6. Operação da MCQ

    +

    Para operação da Microbalança é necessário garantir boa montagem da câmara de reação, a estanqueidade das substâncias permite confiança nas medições, também é necessário seguir a ordem correta dos componentes a serem montados. A Figura 8 apresenta uma visão geral da MCQ em perspectiva explodida. A sequência adequada de montagem da câmara de reação é ilustrada nas fotos a seguir. É necessário delicadeza na montagem das partes para não incorrer em quebra do cristal ou contaminação na superfície, após limpeza dos componentes para montagem da câmara de reação.

    +
    + +
    +Figura 8:
    Visão geral da MCQ, (a) botão de acionamento dos eletrodos móveis, (b) eletrodos móveis, (c) silicone de vedação, (d) cristal MCQ, (e) Anel de vedação, (f) imã de neodímio, (g) saída de reagente, (h) entrada de reagentes, (i) câmara de reação aberta, (j) conector RJ-45.
    +
    +
    +

    Antes da colocação do silicone de vedação os eletrodos móveis (Figura 8b) devem ser rebaixados girando o botão de acionamento (Figura 8a) no sentido horário. É importante perceber no momento da montagem do cristal, se este está alinhado na câmara de reação conforme Figura 8d, esse cuidado previne que os contatos do eletrodo móvel e o eletrodo do cristal seja mal feito, diferente disso as reações no quartzo não serão lidas pelo frequencímetro ou haverá muita instabilidade na leitura.

    +

    Os tubos de entrada e saída devem ser montados na parte superior da câmara de reação antes da colocação sobre o sensor para evitar danos no mesmo (Figura 9e). Outro ponto crítico é a colocação deste último componente (Figura 9f) isso porque os imãs de neodímio podem comprimir o sensor de forma abrupta e resultar em danos e mau funcionamento do aparelho. Finalmente conecta-se a seringa para sucção de reagentes (Figura 9g). Aqui cabe outra ressalva, como em todos os aparelhos MCQ que operam em fluxo com câmara fechada, é imprescindível que os reagentes nunca sejam injetados sobre o cristal. Isso porque a forte elevação de pressão provoca variação excessiva na leitura das frequências, outro ponto é que a estanqueidade da câmara fica prejudicada, e isso pode resultar em extravasamento de líquidos nos componentes elétricos. Quando os líquidos são sugados cria-se um vácuo no interior que extraem possíveis bolhas formadas entre o cristal e o anel de vedação, esse vácuo também diminui a possibilidade de formação de bolhas sobre o cristal bem como possibilita que as soluções entrem em contato com toda a área do cristal. A formação de bolhas diminui consideravelmente a capacidade analítica.

    +
    + +
    +Figura 9:
    Fotografia da MCQ – Ordem de montagem da câmara de reação: (a) silicone de vedação, (b) instalação do sensor MCQ, (c) anel de vedação, (d) visão superior – alinhamento do sensor na câmara, (e) Tubos de entrada e saída de reagentes, (f) instalação da parte superior da câmara tipo fechada, (g) instalação de seringa.
    +
    +
    +

    3. Resultados e Discussão

    +

    3.1. Análise de custo da construção da MCQ

    +

    A execução do projeto da MCQ apresentou um custo muito inferior comparado com equipamentos de mercado, alcançando assim um dos seus principais objetivos que era o baixo custo de produção. Na Tabela 1 são estratificados os principais custos com componentes para que seja feita uma unidade do equipamento. Não foi possível totalizar os custos indiretos deste projeto como tempo, deslocamento de pessoal para pesquisa e aquisição de materiais, gastos com sistemas de informação, eletricidade internet, telefone etc.

    +
    + +
    +Tabela 1:
    Estratificação dos custos de montagem de uma unidade da MCQ.
    +
    +
    +

    Os custos dos componentes totalizaram, R$ 726,65. Vale destacar que, nesse valor, não estão inclusos custo de alguns materiais e serviços que foram reciclados de componentes eletrônicos ou doados com fornecedores envolvidos com a proposta do projeto.

    +

    Quando comparado com o modelo de referência mais barato disponível no mercado a QCM 10M Quartz Crystal Microbalance do fornecedor Gamry Instruments que custa R$ 20.827,92 em valor atual [25M. Coolbaugh, Final Report: Electrochemical Workstation for Research on Chemical Surface Modifications and Characterization of Novel Conductive Polymers, Johnson C. Smith University Charlotte United States, Charlotte (2015).] observa-se que o valor é aproximadamente 28 vezes menor. Cabe ressaltar também que essa diferença é importante quando se observa o propósito do equipamento proposto, já citado ainda introdução desse estudo.

    +

    3.2. Estudo da capacidade de análise em meio líquido

    +

    Para a verificação da Microbalança de cristal de quartzo utilizou-se água pura, de acordo com a teoria baseada na (Equação (1)) de Kanazawa – Gordon [26K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Acta 175, 99 (1985).] essa equação expressa a variação de frequência de um cristal de quartzo em contato com um líquido em termos de parâmetros físicos do fluido e do quartzo. A relação é:

    +

    Equação 1: Equação de Kanazawa – Gordon.

    +
    +
    + (1) + Δf=-f032(ηLρLπμQρQ)12 +
    +
    +

    Onde:

    +

    f0 = frequência de vibração nominal do cristal seco

    +

    ηL = viscosidade absoluta do cristal de quartzo

    +

    ρL = densidade do líquido

    +

    μQ = módulo de cisalhamento do cristal de quartzo

    +

    ρQ = densidade do cristal de quartzo

    +

    De modo mais simples, a variação no padrão de ressonância de um cristal de quartzo em meio líquido depende do produto da densidade-viscosidade do líquido estudado. A equação acima é dependente das seguintes características: (i) o cristal de quartzo é um sólido, mas com propriedades elásticas, há dissipação e energia na estrutura do cristal bem como na estrutura da câmara (ii) o líquido é newtoniano, o que significa que é um líquido puramente viscoso; (iii) o líquido – se assemelha a uma camada infinita, assim a penetração da onda de cisalhamento é muitas vezes menor que a espessura do líquido.

    +

    Água pura foi injetada na câmara de reação da MCQ usando uma bomba de seringa. O volume da câmara de medição é de aproximadamente 28 μL. Os parâmetros físicos do fluido e do quartzo são:

    +

    +

    +
    + f010Mhz + ηL=1.002×10-2gcm-1s-1(T=20) + ρL=0.9982gcm-3(T=2-20) + μQ=2.947×1011gcm-1s-2 + ρQ=2.648gcm-3 +
    +
    +

    +

    Ainda de acordo com a equação de Kanazawa – Gordon, a variação de frequência do ar para a água destilada é Δf = 2020 Hz [27K.K. Kanazawa e J.G. Gordon, Anal. Chem. 57, 1770 (1985).].

    +

    A mudança de frequência causada pela injeção de água pura na câmara de reação foi medida usando o seguinte procedimento: A MCQ foi conectada via porta USB e aguardou-se o tempo de estabilização de temperatura e frequência estacionária. Após 30 minutos a frequência inicial da MCQ foi medida e registrada durante um intervalo de mais 30 minutos.

    +

    A frequência inicial corresponde ao cristal de quartzo em contato com o ar. Após a medição da frequência de contato com ar, água MiliQ foi injetada na câmara usando bomba tipo seringa. Um novo período estacionário de 30 minutos foi aguardado, as leituras da MCQ foram registradas. A frequência final corresponde ao cristal de quartzo em contato com água.

    +

    O resultado da frequência do cristal na mudança do ar para água é calculado como a diferença da frequência final no ar (Δf0) menos a frequência final na água (Δf1), como mostrado na Figura 10.

    +
    + +
    +Figura 10:
    Gráfico da variação de frequência na mudança de interface ar-água para confirmação da equação de Kanazawa – Gordon.
    +
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    +

    Os resultados dos testes demostram Δf0 = 10015849.4 Hz e Δf1 = 10013830.3 Hz mostraram uma boa concordância entre a mudança de frequência medida pela MCQ na mudança da interface do ar para a água pura, a determinação matemática da equação de Kanazawa Gordon também foi confirmada.

    +

    A equação prevê uma variação na frequência de ressonância na ordem de 2020 Hz. O resultado calculado no teste é de Δffinal = 2018.9 Hz, a diferença para o valor teórico ideal é de ± 1,1 Hz para um cristal de quartzo de 10 MHz na mudança da interface ar para a água pura à temperatura de 20°C. Cabe ressaltar que os valores de Δf0 e Δf1 são valores médios calculados a partir das frequências estáveis após aproximadamente 30 minutos. A partir das características de sensibilidade sensor utilizado, controle da temperatura, e pureza da água chegou a esse grau de similaridade com o valor teórico.

    +

    O teste e os resultados aqui relatados mostraram a sensibilidade do equipamento proposto para operação em meio líquido, a diferença encontrada neste teste não é obstáculo suficiente para alcançar um dos objetivos propostos uma vez que se optou por hardware e software de baixo custo em que se esperava possíveis divergências entre valores teóricos e valores medidos.

    +

    3.3. Estudo da capacidade de análise gravimétrica em meio líquido

    +

    Para este estudo foram preparadas três soluções com diferentes concentrações de sacarose 7,5%, 15% e 30% peso/volume (p/v). Uma bomba tipo seringa foi utilizada para injetar as diferentes concentrações na câmara de reação. As soluções foram bombeadas até observação de que a câmara estava totalmente preenchida com a nova solução. Em seguida, a variação de frequência foi aferida em estado estacionário. A medição de frequência foi realizada sempre no equilíbrio de condições estáticas dos líquidos, a câmara de reação foi lavada com água destilada entre injeções das soluções. De fato, o que foi medido nesse experimento foram as variações de frequência causadas por mudança de massa devido ao processo de alteração de densidade e viscosidade da amostra líquida. Essas duas características não são dissociáveis, por isso é necessário lavar a câmara de reação antes de cada nova injeção. Desta forma, é possível medir e comparar a mudança de frequência causada por soluções com diferentes concentrações de sólidos dissolvidos. A variação de frequência da MCQ durante todo o teste com diferentes concentrações de sacarose é mostrada na Figura 11.

    +
    + +
    +Figura 11:
    Gráfico da variação de frequência da MCQ causado por injeções sucessivas de água e sacarose em diferentes concentrações 7,5, 15 e 30% p/v.
    +
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    +

    A maior variação no sinal de frequência, indicada pelos picos no gráfico, é causada principalmente pela variação abrupta de pressão na superfície do cristal de quartzo devido a injeção das amostras. Mas, essa variação é transitória e não é considerada. É importante notar que o processo de regeneração do sensor não foi medido após as injeções sucessivas. No entanto, a estabilidade do sinal referente a leitura da água (Δfa´gua) serve como parâmetro branco ou “0” para cálculo diferencial com as diferentes concentrações. Na Tabela 2 é mostrada a frequência medida na MCQ para as três concentrações, a diminuição de frequência em relação a água pura também foi medida.

    +
    + +
    +Tabela 2:
    Variação de frequência medida nas diferentes concentrações de sacarose.
    +
    +
    +

    Este resultado mostra que equipamento proposto responde a variações de concentração de soluto. No entanto para elaboração do teste de ajuste linear e outras provas estatísticas fez-se necessário aumentar o número de análises. A MCQ foi submetida a solução de glicose em água que variaram de 1,6 a 90 mg/mL. Os valores de frequência estáveis para cada concentração são mostrados na Tabela 3.

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    + +
    +Tabela 3:
    Frequências estáveis de diferentes concentrações de solução de glicose.
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    Para a verificação da adequação do modelo, os dados foram submetidos a Análise de Covariância – ANOVA. A Tabela 4 mostra os resultados desse tratamento.

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    +Tabela 4:
    Análise de Covariância – ANOVA.
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    +

    A regressão linear simples (Figura 12) mostra que a variação da concentração de glicose nas soluções prevê a variação da frequência medida na MCQ [F (1, 16) = 382.487, p < 0,001; R2 = 0,959].

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    +Figura 12:
    Gráfico do ajuste linear da concentração de glicose e variação da frequência.
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    +

    4. Considerações finais

    +

    Este estudo teve como objetivo principal a implementação de um protótipo de Microbalança de Cristal de Quartzo de baixo custo capaz de realizar análises micro gravimétricas. Para tanto, foi desenvolvido um protótipo funcional a partir de materiais de fácil acesso que detecta a variação de massa de solutos dissolvidos em eletrodo/cristal específico, processa e transmite sinais para um software, que mostra essas interações em tempo real e armazena os dados. Esta pesquisa possibilitou a aplicação e o uso de técnicas de projeto e construção de dispositivos micro eletromecânicos destinados a implementação e desenvolvimento de ferramenta de ensino capaz de aproximar do ambiente de ensino técnicas de análises micrométricas. A utilização de solutos diluídos com diversas variações de concentração mostrou-se eficaz como ferramenta de validação dos testes micrométricos de massa. A escolha do Arduíno micro® como dispositivo controlador do frequencímetro foi essencial para se chegar à solução final. Com o uso desse controlador, foi possível evitar o investimento de tempo e recursos no desenvolvimento de dispositivo capaz de comunicação de dados rápida e estável com o computador. Outra funcionalidade adquirida pelo uso Arduíno foi a capacidade de ajuste simplificado da comunicação com computador, alimentação de todo o sistema via porta USB, dispensado o desenvolvimento de sistema para esse fim, a disponibilidade de ampla biblioteca de scripts de forma gratuita, linguagem de programação fácil e software intuitivo. Esses foram exemplos práticos de como essa placa de prototipagem contribuiu no desenvolvimento do protótipo. permitindo abordagem corretiva dos mecanismos de ajuste sempre que necessário, melhorando a performance e a qualidade dos resultados. Contudo, a montagem do cristal nos eletrodos da MCQ ainda necessita de uma série de passos e cuidados para um selamento perfeito da câmara de reação. Em um trabalho futuro, poderão ser realizados testes com um sistema de selamento mais ágil e seguro. É necessário aplicação de novos testes com outros equipamentos existentes, a fim de verificar a acurácia com os resultados de outros trabalhos relacionados as proposições deste. Quanto à funcionalidade do sistema proposto, foram detectadas algumas limitações, como por exemplo, alta sensibilidade a variações na rede elétrica, assim a estabilidade ótima do sistema só foi atingida com uso notebooks ou desktops desligados da rede elétrica. A conexão em rede sem uso de algum tipo de estabilizador pode vir a prejudicar desempenho do equipamento. Esta tecnologia muito atrativa e relativamente simples para pesquisa e desenvolvimento de instrumentos didáticos para ensino de física e ciências, pode ser muito útil para aproximar a teoria da análise microgravimétrica com prática dentro do universo acadêmico. As técnicas microanalíticas estão disponíveis a muito tempo e com nível de sofisticação altíssimo assim como o investimento para sua aquisição. No entanto, ainda falta no mercado instrumentos voltados para o ensino que ofereçam a oportunidade de contato com essas tecnologias, para que se possa, ainda nos primeiros anos de uma graduação, ou mesmo no ensino básico ou tecnológico pensar em sua implementação, seja dos protocolos de uso ou da tecnologia em si. A solução proposta, neste estudo, se mostrou bastante viável, considerando a propósito e o acerto das análises durante o desenvolvimento. A maior parte dos testes realizados obtiveram resultados satisfatórios, salvo algumas limitações já discutidas. Espera-se que o conceito da MCQ não mais seja associado a algo intangível. Como proposta de melhorias futuras, destacam-se: sofisticação do design, simplificação no processo de montagem do cristal, miniaturização dos sistemas eletrônicos, implementação de um sistema de detecção de energia dissipada que aumentaria significativamente a qualidade da análise.

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    Referênces

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      27 Out 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      21 Abr 2021
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    • +Revisado
      15 Jun 2021
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    • +Aceito
      26 Jul 2021
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    +Prospecção química, atividade antioxidante, anticolinesterásica e antifúngica de extratos etanólicos de espécies de Senna Mill. (Fabaceae) +

    +

    Chemical prospecting and antioxidant, anticholinesterase and antifungal activity of ethanol extracts from Senna Mill. species. (Fabaceae)

    + +
    + Andréa Maria Neves Selene Maia de Morais Hélcio Silva dos Santos Marcílio Matos Ferreira Ricardo Carneiro Vera Cruz Elnatan Bezerra de Souza Lúcia Betânia da Silva Andrade Raquel Oliveira dos Santos Fontenelle Sobre os autores +
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    +

    RESUMO

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    O objetivo deste trabalho foi avaliar o perfil químico, teor de fenóis totais e as atividades antioxidante, antiacetilcolinesterásica e antifúngica dos extratos etanólicos das folhas (EEF) e do caule (EEC) de cinco espécies de Senna, bem como avaliar a correlação entre o conteúdo de fenóis totais com a atividade sequestradora do radical livre DPPH e com a inibição da enzima acetilcolinesterase AChEI. No teste fitoquímico, evidenciou-se a presença de metabólitos secundários em todos os extratos. Os EEF e EEC de Senna trachypus, destacaram-se por apresentar os maiores valores de fenóis totais. Os EEF e EEC de S. trachypus mostraram a melhor ação sobre a enzima acetilcolinesterase. Todas as espécies apresentaram atividade antioxidante, em especial o EEF de S. trachypus. Foi observado correlação forte para as variáveis fenóis totais e atividade antioxidante (r = -0,71), muito forte para fenóis totais e antiacetilcolinesterase (r = -0,84) e atividade moderada para atividade antioxidante e antiacetilcolinesterase (0,43). Apenas os extratos de S. trachypus apresentaram atividade contra todos os dermatófitos, quando comparado às demais espécies. A espécie S. trachypus foi considerada a planta mais promissora para estudos subsequentes, a fim de encontrar compostos com ações farmacológicas.

    +

    Palavras-chave:
    acetilcolinesterase; dermatófitos; fitoquímica; produtos naturais; radicais livres

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    ABSTRACT

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    The objective of this work was to evaluate the chemical profile, total phenol content and the antioxidant, antiacetylcholinesterase and antifungal activities of ethanol extracts from leaves (EEF) and stem (EEC) of five species of Senna, as well as to evaluate the correlation between the content of total phenols with the DPPH free radical scavenging activity and with the inhibition of the acetylcholinesterase AChEI enzyme. The phytochemical test showed the presence of secondary metabolites in all extracts. The EEF and EEC of Senna trachypus, stood out for presenting the highest values of total phenols. S. trachypus EEF and EEC showed the best action on the acetylcholinesterase enzyme. All species showed antioxidant activity, especially the EEF from S. trachypus. A strong correlation was observed for the variables total phenols and antioxidant activity (r = -0.71), very strong for total phenols and anti-acetylcholinesterase (r = -0.84) and moderate activity for antioxidant and anti-acetylcholinesterase activity (r = 0.43). Only S. trachypus extracts showed activity against all dermatophytes, when compared to the other species. The species S. trachypus was considered the most promising plant for further studies, in order to find compounds with pharmacological actions.

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    Keywords:
    acetylcholinesterase; dermatophytes; phytochemistry; natural products; free radicals

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    Introdução

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    Senna Mill. é um gênero monofilético com distribuição pantropical e ampla variedade morfológica (Pellerin et al. 2019Pellerin, R.J., Waminal, N.E. & Kim, H.H. 2019. FISH mapping of rDNA and telomeric repeats in 10 Senna species. Horticulture, Environment, and Biotechnology 60: 253-260.). Possuindo aproximadamente 300 espécies, das quais 200 nas Américas, este gênero é o segundo maior da família Fabaceae (Queiroz 2009Queiroz, L.P. 2009. Leguminosas da Caatinga. Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana, 467 p., Kim et al. 2018Kim, M.S., Lee, D.Y., Sung, S.H. & Jeon, W.K. 2018. Anti-cholinesterase activities of hydrolysable tannins and polyhydroxytriterpenoid derivatives from Terminalia chebula Retz. fruit. Fruit Rec Nat Prod 12: 284-289., Souza & Silva 2016Souza, A.O. & Silva, M.J. 2016. Senna (Leguminosae, Caesalpinioideae) na Floresta Nacional de Silvânia, Goiás, Brasil. Rodriguésia 67: 773-784. ). O gênero é representado no Brasil por 79 espécies, onde 29 são endêmicas, sendo a região Nordeste a que apresenta a maior riqueza de espécies com 53 registros (BFG 2018BFG. 2018. Brazilian Flora 2020: Innovation and collaboration to meet Target 1 of the Global Strategy for Plant Conservation (GSPC). Rodriguésia 1513-1527. ).

    +

    Trata-se de um gênero muito expressivo na flora do semiárido, alcançando destaque no Domínio Fitogeográfico da Caatinga, onde são catalogadas 42 espécies (Souza & Bortoluzzi 2015Souza, V.C.; Bortoluzzi, R.L.C. 2015. Senna in Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. ). As espécies de Senna são geralmente arbustos ou arvoretas, raramente ervas ou subarbustos anuais. Entre as suas características diagnósticas estão os nectários extraflorais convexos, interfoliolares, flores vistosas, com pétalas amarelo-brilhantes, anteras amarelas, rígidas, com deiscência abrindo por poros ou fendas, ausência de bractéolas no pedicelo, frutos deiscentes plano-compressos ou indeiscentes e cilíndricos (Queiroz 2009Queiroz, L.P. 2009. Leguminosas da Caatinga. Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana, 467 p.).

    +

    As espécies de Senna têm diversas aplicações medicinais e são eficazes no tratamento para uma série de doenças, como malária, micose, dengue, eczema, hepatite e dermatite, sendo também indicadas como anti-hipertensivo, vermífugo, laxante, abortivo e antitussígeno (Macedo et al. 2016Macedo, E.M., Alan, J.G., & Silva, M.G.V. 2016. Quimiodiversidade e propriedades biofarmacológicas de espécies de Senna nativas do Nordeste do Brasil. Revista Virtual de Química 8: 169-195., Bieski et al. 2015Bieski, I.G.C., Leonti, M., Arnason, J.T., Ferrier, J., Rapinski, M., Violante, I.M.P., Balogun,S.O., Pereira, J.F.C.A., Figueiredo, R.D.C.F., Lopes, C.R.A.S., Silva, D.R.D., Pacini, A., Albuquerque, U.P. & Martins, D.T.D.O. 2015. Ethnobotanical study of medicinal plants by population of valley of Juruena region, legal amazon, Mato Grosso, Brazil. Journal of Ethnopharmacology 173: 383-423., Kabir et al. 2014Kabir, M.H., Hasan, N., Rahman, M.M., Rahman, M.A., Khan, J.A., Hoque, N.T., Bhuiyan, M.R.Q., Mou, S.M.; Jahan, R. & Rahmatullah, M. 2014. A survey of medicinal plants used by the Deb barma clan of the Tripura tribe of Moulvibazar district, Bangladesh. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine 10: 1-19.). Além de suas aplicações farmacológicas, estudos têm revelado que espécies pertencentes a este gênero possuem, em sua composição, uma vasta diversidade de princípios bioativos que estão associadas a diferentes atividades biológicas. Neste sentido, podemos citar como exemplo as atividades antioxidantes, antitumoral, antibacterianas, antifúngicas e anti-inflamatórias (Neves et al. 2017Neves, A.M., Costa, O.S., Coutinho, M.G.S., Souza, E.B., Santos, H.S., Silva, M.G.V. & Fontenelle, R.O.S. 2017. Caracterização química e o potencial antimicrobiano de espécies do gênero Senna Mill (Fabaceae). Rev. Virtual Quim 9: 2506-2538.).

    +

    As plantas são fontes alternativas promissoras de substâncias de interesse biológico e farmacológico, já que podem produzir, a partir de seu metabolismo secundário, uma enorme diversidade de substâncias, dentre estas, os compostos fenólicos. Alguns estudos têm revelado que os compostos fenólicos são responsáveis por várias atividades biológicas, incluindo atividade antifúngica. Esta atividade pode ser direta nos micro-organismos, ou sobre outros fatores necessários para a expressão da virulência ou patogenicidade (Rodrigues et al. 2019Rodrigues, F.C., Dos Santos, A.T.L., Machado, A.J.T., Bezerra, C.F., de Freitas, T.S., Coutinho, H.D.M., Morais-Braga, M.F.B., Bezerra, J.W.A., Duarte, A.E., Kamdem, J.P., Boligon, A.A., Campos, M.M.A., Barros, L.M. 2019. Chemical composition and anti-Candida potencial of the extracts of Tarenaya spinosa (Jacq.) Raf.(Cleomaceae). Comparative immunology, microbiology and infectious diseases 64: 14-19.).

    +

    Os compostos fenólicos estão entre os metabólitos secundários mais estudados, notadamente por possuírem grande potencial para atividades antioxidantes, atuando na redução do risco de algumas doenças agudas e crônicas relacionadas ao estado redox do corpo humano, ocasionadas pelos radicais livres. Estas moléculas apresentam uma alta capacidade reativa, sendo consideradas perigosas para os organismos vivos, causando doenças prejudiciais, incluindo doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer (DA). Atualmente, uma das teorias mais aceitas na abordagem padrão no tratamento sintomático dessa demência é a “hipótese colinérgica”. Portanto, os inibidores da enzima acetilcolinesterase (AChEI) preservam os níveis de acetilcolina, melhorando a eficiência da transmissão colinérgica (Bardakci et al. 2019Bardakci, H., CeleP, E., Gözet, T., Kan, Y. & Kirmizibekmez, H. 2019. Phytochemical characterization and antioxidant activities of the fruit extracts of several Crataegus taxa. South African Journal of Botany 124: 5-13. , Lim et al. 2019Lim, S., Choi, A.H., Kwon, M., Joung, E.J., Shin, T., Lee, S.G., Kim, NG. & Kim, H. R. 2019. Evaluation of antioxidant activities of various solvent extract from Sargassum serratifolium and its major antioxidant components. Food Chemistry 278: 178-184.; Neagu et al. 2016Neagu, E., Radu, G.L., Albu, C., & Paun, G. 2016. Antioxidant activity, acetylcholinesterase and tyrosinase inhibitory potential of Pulmonaria officinalis and Centarium umbellatum extracts. Saudi Journal of Biological Sciences, 3: 578-585.).

    +

    Por este motivo, a utilização de dietas ricas ou enriquecidas com antioxidantes podem prevenir, ou pelo menos amenizar, a deterioração orgânica por um excessivo estresse oxidativo. Além disso, o crescimento sobre a investigação científica envolvendo os efeitos antioxidantes de extratos brutos, frações purificadas, ou mesmo de compostos isolados, onde estão classificados os compostos fenólicos, são demonstrados em muitos estudos (Penido et al. 2017Penido, A.B., De Morais, S.M., Ribeiro, A.B., Alves, D.R., Rodrigues, A.L.M., dos Santos, L.H. & de Menezes, J.E.S.A. 2017. Medicinal plants from northeastern Brazil against Alzheimer’s disease. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2017: 1-7. , Morais et al. 2013Morais, S.M., Lima, K.S.B., Siqueira, S.M.C., Cavalcanti, E.S.B., Souza, M.S.T., Menezes, J.E.S.A., Trevisan, M.T.S. 2013. Correlação entre as atividades antiradical, antiacetilcolinesterase e teor de fenóis totais de extratos de plantas medicinais de farmácias vivas. Revista Brasileira de Plantas Medicinais 15: 575-582. ).

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    Desta forma, investigar a atividade antifúngica e anticolinesterásica de extratos de espécies de Senna, analisando o seu potencial antioxidante, o seu teor de fenóis totais e o seu perfil fitoquímico, são maneiras de promover tanto o conhecimento acerca dessas espécies, como também potencializar o descobrimento de novos fitofármacos para o combate de inúmeras enfermidades. Assim, este trabalho avaliou o perfil fitoquímico, o teor de fenóis totais e as atividades antioxidante, anticolinesterásica e antifúngica dos extratos etanólicos de S. alata (L.) Roxb., S. obtusifolia (L.) H.S.Irwin & Barneby, S. occidentalis (L.) Link, S. siamea (Lam.) H.S.Irwin & Barneby e S. trachypus (Benth.) H.S.Irwin & Barneby, e a correlação entre o teor de fenóis totais e as atividades antioxidante e anticolinesterásica.

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    Materiais e métodos

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    Material vegetal e preparação dos extratos - Foram selecionadas para este estudo cinco espécies de Senna, sendo uma exótica naturalizada e quatro nativas, das quais uma é endêmica do Brasil, ocorrendo no Cerrado e na Caatinga (BFG 2018BFG. 2018. Brazilian Flora 2020: Innovation and collaboration to meet Target 1 of the Global Strategy for Plant Conservation (GSPC). Rodriguésia 1513-1527. ) (Tabela 1). As folhas e caules de Senna spp. foram coletados em diferentes locais da região Noroeste do Ceará. A identificação botânica das espécies foi realizada no Herbário Francisco José de Abreu Matos da Universidade Estadual Vale do Acaraú (HUVA), pelo professor Dr. Elnatan Bezerra de Souza. Para o preparo dos extratos, 200g das folhas e caule secos de cada espécie de um mesmo indivíduo foram triturados e imersos durante 10 dias em 500 mL de etanol e, na sequência o extrato foi filtrado e concentrado em um evaporador rotativo a (60°C) durante 2 h. Após este processo, foi mantido em banho-maria (40°C) até a eliminação total do solvente, obtendo-se o extrato etanólico das folhas (EEF) e extrato etanólico do caule (EEC) (Matos 2009Matos, F.J.A. 2009. Introdução à Fitoquímica Experimental. 3 ed. Fortaleza: UFC. 150p.).

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    +Tabela 1.
    Identificação das espécies de Senna Mill. (Fabaceae) coletadas em diferentes locais da região noroeste do Estado do Ceará. *Exótica, **Endêmica do Brasil. Fonte: Herbário Francisco José de Abreu Matos (HUVA).
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    Triagem fitoquímica - Os extratos etanólicos foram submetidos a triagem fitoquímica, tomando como referência a metodologia descrita por Matos (2009Matos, F.J.A. 2009. Introdução à Fitoquímica Experimental. 3 ed. Fortaleza: UFC. 150p.). Através deste ensaio preliminar, foi possível verificar as principais classes de metabólitos secundários por meio de reações químicas que resultaram no aparecimento de coloração e/ou precipitado, característico para cada classe de substância. Os ensaios foram conduzidos para as seguintes classes de substâncias: fenóis, taninos, flavonoides, saponinas, esteroides, triterpenoides e alcaloides. Todos os testes foram realizados em triplicata procedimentais.

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    Determinação do teor de fenóis totais - O teor de fenóis totais nos extratos etanólicos foi determinado pelo método espectrofotométrico de Folin-Ciocateau, utilizando ácido gálico como padrão de referência (Kim et al. 2006Kim, K.H., Tsao, R., Yang, R. & Cui, S.W. 2006. Phenolic acid profiles and antioxidant activities of wheat bran extracts and the effect of hydrolysis conditions. Food Chemistry 95: 466-473.). Em cada tubo adicionou-se 0,2 mL de cada extrato nas concentrações (0,62; 0,31 e 0,15 mg mL-1) com 1 mL do reagente Folin-Ciocalteau agitado por 2 minutos e adicionado 0,8 mL de carbonato de sódio (Na2CO3) 7,5% (m/v). Para o tubo controle foi utilizado 1 mL do reagente Folin- Ciocalteau com 0,8 mL de Na2CO3 e 0,2 mL de etanol, em triplicata. Os tubos foram deixados em banho-maria a 37 ̊C por 30 minutos na ausência de luz. Logo em seguida, foi realizado a leitura dos tubos em comprimento de onda de 765 nm. O teor de fenóis foi calculado e expresso em mg de equivalente de ácido gálico por grama de extrato (EAG.g-1), com base numa curva padrão preparada com ácido gálico. Todos os testes foram realizados em triplicata.

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    Atividade antioxidante - A atividade antioxidante dos extratos foi determinada pelo método de redução do radical 2,2’-difenil-1-picril-hidrazil (DPPH), segundo a metodologia modificada por Brand-Williams et al. (1995Brand-Williams, W., Cuvelier, M.E. & Berset, C.L.W.T. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Science and Technology 1: 25-30.), Sanchez-Moreno et al. (1998Sánchez‐Moreno, C., Larrauri, J.A. & Saura‐Calixto, F. 1998. A procedure to measure the antiradical efficiency of polyphenols. Journal of the Science of Food and Agriculture 76: 270-276.). Foram preparadas soluções etanólicas das amostras nas concentrações de 5,0; 2,5; 1,25; 0,62; 0,31 e 0,15 mg mL-1. Foram utilizados 100 µL dos extratos com 2,4 mL de DPPH (0,04 mg mL-1). Para o tubo controle foram utilizados 100 µL de etanol com 2,4 mL de DPPH em triplicata. O meio reacional ficou por 30 minutos na ausência da luz, e posteriormente foi realizada a leitura em comprimento de onda 515 nm. A atividade sequestradora do radical DPPH pelos extratos nas diferentes concentrações foi calculada pela expressão do índice de varredura em porcentagem (IV%): IV% = (Abs DPPH - Abs Amostra / Abs DPPH) x 100. A concentração efetiva para inibir 50% do radical livre DPPH (CE50) foi obtida com auxílio do Software Excel 2019, onde, a partir dos valores das concentrações finais da amostra e o índice de varredura (IV%), foram originados gráficos de dispersão cujas equações das retas foram utilizadas para se obter os valores da média e desvio padrão. Para fins de comparação, foi construída uma curva de calibração com diferentes porcentagens do flavonoide quercetina, que apresenta elevada atividade antioxidante em radical livre DPPH.

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    Avaliação da atividade anticolinesterásica in vitro - O ensaio para verificação da inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE) dos extratos foi realizado de acordo com a metodologia descrita por Ellman et al. (1961Ellman, G.L., Courtney, K.D., Andres Jr, V. & Featherstone, R.M. 1961. A new and rapid colorimetric determination of acetylcholinesterase activity. Biochemical Pharmacology: 7: 88-95.). Em placas estéreis de 96 poços, foram adicionados 25 µL de iodeto de acetiltiocolina (15 mM), 125 µL de 5,5’-ditiobis-[2-nitrobenzóico] na solução Tris/HCL (50 nM, pH 8, com 0,1 M de NaCL e 0,02 M de MgCL2 .6H2O. (3 mM, DTNB ou reagente de Ellman)), 50 µL da solução Tris/HCL (50 nM, pH 8, com 0,1% de albumina sérica bovina (BSA) e 25 µL dos extratos de Senna spp. na concentraçao de 0,2 mg.mL-1 em tampão Tris/HCL (50 mM, pH 8) de 0,2 mg.mL-1 (Rhee et al. 2001Rhee, I.K., van de Meent, M., Ingkaninan, K. & Verpoorte, R. 2001. Screening for acetylcholinesterase inhibitors from Amaryllidaceae using silica gel thin-layer chromatography in combination with bioactivity staining. Journal of Chromatography A 915: 217-223., Trevisan et al. 2003Trevisan, M.T.S., Macedo, F.V.V., Meent, M.V.D., Rhee, I.K. & Verpoorte, R. 2003. Seleção de plantas com atividade anticolinesterase para tratamento da doença de Alzheimer. Química Nova 26: 301-304.).

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    A absorbância foi aferida a 405 nm durante 30 segundos. Em seguida, foram adicionados 25 µL da enzima acetilcolinesterase (0,25 U.mL-1) e a absorbância foi aferida por minuto até o total de 25 minutos de incubação da enzima. Como padrão negativo foram utilizadas todas as soluções, excetuando-se a amostra. O padrão utilizado como controle positivo foi a fisostigmina (0,22 mg.mL-1.) e todas as amostras foram analisadas em triplicata. A atividade anticolinesterásica dos extratos vegetais foi determinada de acordo com os valores de CI50 (Concentração inibitória capaz de inibir 50% da enzima acetilcolinesterase) como: alta potência (CI50 < 20 μg. mL-1); potência moderada (20 < CI50 < 200 μg.mL-1) e baixa potência (200 < CI50 < 1000 μg.mL-1) (Santos et al. 2018Santos, G.H.F., Amaral, A. & Da Silva, E.B. 2018. Antibacterial activity of irradiated extracts of Anacardium occidentale L. on multiresistant strains of Staphylococcus aureus. Applied Radiation and Isotopes 140: 327-332.).

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    Ensaio antifúngico in vitro - No ensaio para verificação da concentração inibitória mínima (CIM) dos EE das espécies de Senna, foram utilizadas cepas de Trichophyton rubrum obtidas a partir da micoteca da Universidade Federal de Pernambuco e do Centro Especializado de Micologia Médica (CEMM) da Universidade Federal do Ceará. Para este ensaio foi utilizado o método de microdiluição em caldo, de acordo com a metodologia descrita por (Neves et al. 2019Neves, A.M., Silva, H.S., Souza, E.B., Fontenelle, R.O.S., Silva, A.C.S., Morais, S.M. 2019. Perfil fitoquímico e avaliação da atividade antifúngica da fração hexânica de Mitracarpus baturitensis (Rubiaceae). Essentia 20: 96-101. ) com as normas do protocolo Clinical Laboratory Standards Insitute do documento M38-A (CLSI M38-A2, 2008Clinical and Laboratory Standards Institute. 2008. Reference Method for Broth Dilution Antifungal Susceptibility Testing of Filamentous Fungi (Approved Standard Document M38. CLSI), vol. M38-A2, Second ed. Clinical and Laboratory Standards Institute, Wayne, PA.). Em placas de 96 poços estéreis, foram adicionados 100 µL de meio RPMI em todos os poços e 10 mg mL-1 dos extratos de Senna spp. foi acrescentado a todos os poços da primeira coluna e, em sequência foram efetuadas as diluições seriadas. Finalmente, 100 µL do inóculo foi adicionado aos poços da placa. Como controle foi utilizado o Cetoconazol (Sigma, Chemical Co., USA). Para as análises de susceptibilidade, os extratos etanólicos foram testados em concentrações variando de 0,002 a 2,5 mg mL-1. As placas foram cobertas com parafilme e incubadas a 37 °C e a leitura visual foi realizada após cinco dias para T. rubrum. Procedimento realizado em duplicata. A CIM é definida como a menor concentração do extrato capaz de inibir 100% do crescimento fúngico visível (Fontenelle et al. 2007Fontenelle, R.O.S., Morais, S.M., Brito, E.H.S., Kerntopf, M.R., Brilhante, R.S.N., Cordeiro, R.A., Tomé, A.R., Queiroz, M.G.R., Nascimento, N.R.F. & Sidrim, J.J.C. 2007. Chemical composition, toxicological aspects and antifungal activity of essential oil from Lippia sidoides Cham. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 59: 934-940. ). A concentração fungicida mínima (CFM) foi determinada por subcultura de 100 μL da solução de poços sem turbidez no meio Ágar Dextrose de Batata, a 28 °C. (Fontenelle et al. 2008Fontenelle, R.O.S., Morais, S.M., Brito, E.H.S., Brilhante, R.S.N., Cordeiro, R.A., Nascimento, N.R.F., Kerntopf, M.R., Sidrim, J.J.C. & Rocha, M.F.G. 2008. Antifungal activity of essential oils of Croton species from the Brazilian caatinga biome. Journal of Applied Microbiology 104: 1383-1390.).

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    Análise estatística - Todas as determinações foram realizadas em triplicata e todos os resultados foram apresentados como média ± desvio-padrão (DP). Foram realizadas análises de variância (ANOVA) com duas repetições e o Teste Tukey, ao nível de significância de 5%, usando programa Graph Pad Prism® v5.01 (GraphPadSoftware, San Diego, CA, E.U.A.). As diferenças entre as médias foram consideradas significativas quando o valor obtido para "p" foi menor que 0,05 (p < 0,05).

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    Para análises da correlação entre os dados, foi utilizado o coeficiente de correlação de Pearson no software Microsoft Excel 2019, a qual mede o grau da correlação linear entre duas variáveis quantitativas. A intensidade dessa correlação é dada pelo “r”, que é um índice adimensional com valores situados entre -1,0 e 1,0. Quando o valor de r estiver entre 0,00-0,19 a correlação é muito fraca; entre 0,20-0,39 é fraca; 0,40-0,59 é uma correlação moderada; entre 0,60-0,79 é forte e finalmente entre 0,80-1,0 diz-se que é uma correlação muito forte (Mukaka 2012Mukaka, M.M. 2012. Statistics corner: A guide to appropriate use of correlation coefficient in medical research. Malawi Med J. 24:69-71.).

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    Resultados e discussãoTabela 3 +

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    Os fito-constituintes ou fitoquímicos são compostos químicos que desempenham importantes funções nas plantas. A triagem fitoquímica em materiais vegetais é geralmente o ponto de partida para o isolamento e purificação de compostos naturais com bioatividade (Omoregie & Oikeh 2015Omoregie, E.S. & Oikeh, E.I. 2015. Comparative studies on the phytochemical composition, phenolic content and antioxidant activities of methanol leaf extracts of Spondias mombin and Polyathia longifolia. Jordan Journal of Biological Sciences 147: 1-5.). A triagem fitoquímica preliminar revelou a presença de fenóis, taninos, flavonoides e esteroides para todos os extratos estudados (Tabela 2). Entretanto, a presença de saponinas foi constatada apenas no EEF e EEC de S. alata e no EEF de S. trachypus. Já os alcaloides foram encontrados exclusivamente no EEF de S. alata e nenhuma das espécies apresentou triterpenoides.

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    +Tablela 2
    Triagem fitoquímica do EEF e do EEC de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Presente: + Ausente: - EEF: Extrato etanólico da folha. EEC: Extrato etanólico do caule.
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    Os metabólitos detectados nas espécies estudadas são consistentes com os metabólitos descritos na literatura para o gênero Senna, conhecido por apresentar flavonoides, alcaloides, taninos, esteroides e saponinas em sua composição (Onyegeme-Okerenta et al. 2017Onyegeme-Okerenta, B.M., Nwosu, T. & Wegwu, M.O. 2017. Proximate and phytochemical composition of leaf extract of Senna alata (L) Roxb. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry 6: 320-326., Ishaku et al. 2016Ishaku, G.A., Arabo, A.A., Bassey, E.E., Uwem, A.A.U.M. & Godwin, E.U. 2016. Physicochemical characterization and antibacterial activity of Senna occidentalis Linn. Journal of Chemistryand Chemical Sciences 6: 9-18. , Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202., Sudi et al. 2011Sudi, I.Y., Ksgbiya, D.M., Muluh, E.K. & Clement, A. 2011. Nutritional and phytochemical screening of Senna obtusifolia indigenous to Mubi, Nigeria. Advances in Applied Science Research 2: 432-437., Bukar et al. 2009Bukar, A., Mukhtar, M. & HASSAN, A. 2009. Phytochemical screening and antibacterial activity of leaf extracts of Senna siamea (Lam) on Pseudomonas aeruginosa. Bayero Journal of Pure and Applied Sciences 1: 139-142. ). É possível perceber que na análise de prospecção química dos extratos houve uma variação de metabólitos secundários. Este fato pode estar atribuído a vários fatores, entre eles estão as diferentes condições ambientais, tais como clima, radiação solar, nutrição mineral, sazonalidade, ritmo circadiano, temperatura, disponibilidade hídrica, e também os tipos de solvente e a metodologia empregada no processo de extração, que podem interferir consideravelmente no conteúdo de praticamente todas as classes de metabólitos secundários (Gomes et al. 2016Gomes, E.M.C., Pena, R.D.C.M. & da Silva, S.S.S.M. 2016. Composição fitoquímica e ação fungicida de extratos brutos de Cinnamomum zeylanicum sobre Quambalaria eucalypti. Biota Amazônia. 6: 54-58., Bezerra et al. 2013Bezerra, A.S., Nörnberg, J.L., Lima, F.O., Rosa, M.B.D. & Carvalho, L.M.D. 2013. Parâmetros climáticos e variação de compostos fenólicos em cevada. Ciência Rural 9: 1546-1552., Gobbo-Neto & Lopes 2007Gobbo-Neto, L. & Lopes, N.P. 2007. Plantas medicinais: Fatores de influência no conteúdo de metabólitos secundários. Química Nova 30: 374-381.).

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    Os teores de fenóis totais apresentaram diferenças significativas entre os extratos etanólicos das diferentes partes e espécies vegetais estudadas (Tabela 3). O conteúdo de fenóis totais para os EEF variou de 32,60 ± 0,53 a 184,8 ± 5,09 EAG/g, enquanto que para o EEC foram de 30,03± 1,00 a 191,3 ± 0,47 EAG/g. Os maiores níveis de fenóis totais foram detectados na espécie S. trachypus. Os dados da literatura sobre o conteúdo de compostos fenólicos obtidos a partir do extrato aquoso, etanólico e acetona da raiz de S. alata, apresentaram uma concentração de fenóis de 46,3, 78,21 e 21,42 mg EAG/g, respectivamente, e de flavonoides de 26,17, 39,29 e 9,65 mg de equivalente de quercetina por grama de extrato (EQ/g), respectivamente (Ita & Ndukwe 2017Ita, B.N., & Ndukwe, G.I. Antioxidant activity of Senna alata root extracts. 2017. J Nat Prod Resour 3: 94-96. ). Já o extrato etanólico preparado a partir das folhas de S. obtusifolia por Ali et al. (2019Ali, I., Yisa, J. & Jacob, J.O. 2019. Corrosion inhibitory potential of ethanol extract of Senna obtusifolia on Mild Steel in 5M HCl. Journal of Chemical Society of Nigeria 44: 187-198. ), apresentou um teor de fenóis e de flavonoides de 14,39 mg/g e 2,85 mg/g, respectivamente, demonstrando possuir teor de compostos fenólicos inferior ao das mostras de S. obtusifolia encontradas no presente estudo. Além disso, o conteúdo de polifenóis encontrado no extrato etanólico e nas frações obtidas a partir das folhas de S. occidentalis por Yakubu et al. (2018Yakubu, O.E., Otitoju, O., Imarenezor, E.P.K., Tatah, S.V. & Habibu, B. 2018. Fractionation and determination of antioxidant activities, of the Leaves of Senna Occidentalis ethanol extract. Pharmacology, 6: 26-30.) variou de 139 mg/mL a 206 mg/mL e de flavonoides de 104 a 142 mg/mL. Já para os extratos preparados a partir das folhas e casca do caule de S. siamea revelaram um teor de fenóis totais de 10,21 ± 0,25 g/g e 24,77 ± 0,15 g/g, respectivamente. Por outro lado, o teor de flavonoides foi de 0,08 ± 0,01 g/g para as folhagens, e de 0,04 ± 0,01 g/g para a casca do caule (Kwada & Tella 2009Kwada, A.D. & Tella, I.O. 2009. Determination of infochemicals and the phytochemical screening of the foliage and stem-bark of Senna siamea (lam.) in Yola, Adamawa State. Journal of Medicinal Plants Research 3: 630-640.). Para os extratos etanólicos das folhas e raízes de S. trachypus o teor de fenóis totais encontrado foi de 322,09 ± 2,83 EAG/g e de 1277,34 ± 79,54 EAG/g, respectivamente (Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202.).Senna.

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    +Table 3.
    Teor de fenóis totais, atividade antioxidante e inibição da enzima acetilcolinesterase de espécies de Senna Mill. (Fabaceae).
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    Os resultados da atividade antioxidante dos extratos de Senna spp. mostraram que os valores de CE50 para o EEF variaram de 0,63 ± 0,01 a 8,20 ± 0,07 µg/mL, sendo o EEF de S. trachypus o que apresentou menor CE50 com atividade antirradicalar superior ao da quercetina e, portanto, maior potencial antioxidante (Villano et al. 2007Villano, D., Fernandez-Pachón, M.S., Moya, M.L., Troncoso, A.M. & García-Parrilla, M.C. 2007. Radical scavenging ability of polyphenolic compounds towards DPPH free radical. Talanta, 71: 230-235. ). Já para o EEC os valores de CE50 variaram de 0,83 ± 0,01 a 11,19 ± 0,15 µg/mL (Tabela 3). Foi observado que o EEC de S. siamea apresentou capacidade antirradicalar próximo à quercetina. Semelhantes aos nossos resultados, estudos anteriores revelaram que as espécies de S. alata, S. obtusifolia, S. occidentalis, S. siamea e S. trachypus, apresentaram potencial antioxidante e que esta atividade está atribuída à presença de compostos fenólicos (Coelho et al. 2017Coelho, E.M.P., Barbosa, M.C., Mito, M.S., Mantovanelli, G.C., Oliveira, R.S., & Ishii-Iwamoto, E.L. 2017. The activity of the antioxidant defense system of the weed species Senna obtusifolia L. and its resistance to allelochemical stress. Journal of Chemical Ecology 7: 725-738., Ita & Ndukwe 2017Ita, B.N., & Ndukwe, G.I. Antioxidant activity of Senna alata root extracts. 2017. J Nat Prod Resour 3: 94-96. , Barnaby et al. 2016Barnaby, A.G., Reid, R. & Warren, D. 2016. Antioxidant activity, total phenolics and fatty acid profile of Delonix regia, Cassia fistula, Spathodea campanulata, Senna siamea and Tibouchina granulosa. J Anal Pharm Res 3: 00056., Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6., Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202.).

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    Os resultados obtidos na análise de inibição da enzima acetilcolinesterase foram comparados ao do alcaloide fisostigmina que foi o primeiro inibidor descoberto. Os experimentos de inibição da enzima acetilcolinesterase in vitro para as espécies de Senna produziram apenas resultados com potência moderada (Tabela 3). Relatos confirmam a atividade antiacetilcolinesterásica de vários taninos isolados do fruto Terminalia chebula Retz., (Combretaceae) que exibiram um efeito de inibição contra a enzima acetilcolinesterase in vitro (Kim et al. 2018Kim, M.S., Lee, D.Y., Sung, S.H. & Jeon, W.K. 2018. Anti-cholinesterase activities of hydrolysable tannins and polyhydroxytriterpenoid derivatives from Terminalia chebula Retz. fruit. Fruit Rec Nat Prod 12: 284-289.). Outros compostos, como saponinas, alcaloides e compostos fenólicos, também são relatados na literatura como inibidores da enzima acetilcolinesterase (Paiva et al. 2021Paiva, J.R., Queiroz, S.A.S., Pereira, R.D.C.A., Ribeiro, P.R.V., Alves, F.E.G., Silva, L.M.A., Zocolo, G.J., Brito, E.S., Alves, D.R., Morais, S.M., Tavares, J., Pinto, F.C.L., Andrade, G.M., Pessoa, O.D.L., & Canuto, K.M. 2021. Chemical composition and anticholinesterase activity of cultivated bulbs from Hippeastrum elegans, a potential tropical source of bioactive alkaloids. Phytochemistry Letters 43: 27-34., Kozachok et al. 2020Kozachok, S., Pecio, Ł., Orhan, I.E., Deniz, F.S.S., Marchyshyn, S., & Oleszek, W. 2020. Reinvestigation of Herniaria glabra L. saponins and their biological activity. Phytochemistry 169: 112162., Adedayo et al. 2015Adedayo, B.C., Oboh, G., Oyeleye, S.I., Ejakpovi, I.I., Boligon, A.A., & Athayde, M.L. 2015. Blanching alters the phenolic constituents and in vitro antioxidant and anticholinesterases properties of fireweed (Crassocephalum crepidioides). Journal of Taibah University Medical Sciences 10: 419-426.). Estas classes de compostos foram detectadas na triagem fitoquímica, embora provavelmente as concentrações nos extratos eram muito baixas para dar resultados satisfatórios no ensaio. Os extratos foliares e do caule de S. trachypus apresentaram os valores mais satisfatórios de inibição da enzima acetilcolinesterase, indicando que o isolamento de metabólitos pode levar a potenciais agentes antiacetilcolinesterásicos. Na literatura, não foram encontrados estudos do potencial anticolinesterásico paras as espécies de Senna referenciadas, sendo este o primeiro relato de estudo de atividade de inibição para esta enzima.

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    Para os extratos de Senna spp., foi observada forte correlação negativa entre os valores de fenóis totais e CE50 (r = - 0,71), mostrando que quanto maior os teores de fenóis totais, menor a CE50 e, consequentemente, maior o potencial antioxidante, uma vez que a CE50 está inversamente relacionada à capacidade antioxidante de um composto (Villano et al. 2007Villano, D., Fernandez-Pachón, M.S., Moya, M.L., Troncoso, A.M. & García-Parrilla, M.C. 2007. Radical scavenging ability of polyphenolic compounds towards DPPH free radical. Talanta, 71: 230-235. ). Dentre os extratos analisados podemos observar na figura 1 o EEF de S. trachypus.

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    +Figura 1.
    Correlação entre o teor de fenóis totais e CE50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Na correlação da atividade de inibição da enzima acetilcolinesterase, representada pelo CI50 com teor de fenóis totais, observou-se uma correlação muito forte (r = -0,84) entre estas duas variáveis, evidenciando que ambas são inversamente proporcionais entre si, ou seja, à medida que o teor de fenóis totais aumenta o valor de CI50 diminui, como pode ser observado para o EEF de S. occidentalis (Figura 2). Isso demonstra que os compostos fenólicos podem ser determinantes nessa atividade, de modo que alguns estudos evidenciaram que flavonoides e outros compostos fenólicos possuem atividade anticolinesterásica (Amessis-Ouchemoukh et al. 2014Amessis-Ouchemoukh, N., Madani, K., Falé, P.L., Serralheiro, M.L., Araújo, M.E.M. 2014. Antioxidant capacity and phenolic contents of some Mediterranean medicinal plants and their potential role in the inhibition of cyclooxygenase-1 and acetylcholinesterase activities. Industrial Crops and Products, 53: 6-15.).

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    +Figura 2.
    Correlação entre o teor de fenóis totais e CI50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Houve uma correlação moderada (r = 0,43) entre a CI50 e a CE50. Analisando a figura 3, é possível perceber que o EEF e EEC de S. alata e EEF de S. obtusifolia se destacam no gráfico, o que sugere uma grande capacidade dos antioxidantes, como os compostos fenólicos, presentes nos extratos analisados, de atuarem não só através da inibição da acetilcolinesterase (AChEI) mas também por mecanismos de redução de radicais livres.

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    +Figura 3.
    Correlação entre CI50 e a CE50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Os extratos etanólicos das folhas e caule de S. alata, S. obtusifolia, S. occidentalis e S. siamea, apresentaram efeito inibitório contra algumas cepas de T. rubrum. A maioria dos extratos foram eficazes em diferentes concentrações, com CIM que variaram de 0,07 mg/mL à 2,5 mg/mL e CFM de 0,15 a 5,0 mg/mL contra a grande maioria das cepas fúngicas testadas. Dentre os extratos testados, os de S. trachypus foram eficazes contra todas as cepas de T. rubrum com CIM que variaram de 0,31 a 0,62 mg/mL e o CFM de 0,62 a 1,25 mg/mL, para ambos os extratos (Tabela 4). A presença de compostos fitoquímicos tem sido associada às atividades antimicrobianas da maioria dos materiais vegetais. Algumas classes de metabólitos foram identificadas nesse estudo e podem ser associadas à atividade antimicrobiana (Santos et al. 2018Santos, T.C.D., Gomes, T.M., Pinto, B.A.S., Camara, A.L. & Paes, A.M.D.A. 2018. Naturally occurring acetylcholinesterase inhibitors and their potential use for Alzheimer's disease therapy. Frontiers in Pharmacology 9: 1192., Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6.).

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    +Tabela 4.
    Concentração Inibitória Mínima (CIM) e Concentração Fungicida Mínima (CFM) de extratos etanólicos (EEs) de espécies de Senna Mill. (Fabaceae) frente às espécies de Trichophyton rubrum. LABIMIC: Laboratório de Microbiologia; EEF: Extrato etanólico da folha; EEC: Extrato etanólico do caule; NI: Não inibiu.
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    Estudos anteriores realizados com o extrato etanólico da casca do caule de S. alata contra fungos dermatofíticos, entre eles espécies de Trychophyton, revelou um CIM de 5,0 mg/mL para todos os dermatófitos testados (Sule et al. 2011Sule, W.F., Okonko, I.O., Omo-Ogun, S., Nwanze, J.C., Ojezele, M.O., Ojezele, O.J., Alli, J.A., Soyemi, E.T. & Olaonipekun, T.O. 2011. Phytochemical properties and in-vitro antifungal activity of Senna alata Linn. crude stem bark extract. Journal of Medicinal Plants Research, 5: 176-183.). A capacidade antifúngica de extratos de diferentes polaridades preparados a partir das folhas de S. obtusifolia apresentaram um CIM que variou de 500 a 2000 µg/mL contra diferentes espécies de fungos filamentosos (Doughari et al. 2008Doughari, J.H., El-mahmood, A.M. & Tyoyina, I. 2008. Antimicrobial activity of leaf extracts of Senna obtusifolia (L). African Journal of Pharmacy and Pharmacology 2: 7-13.). Os resultados obtidos de extratos foliares de polaridades diferentes de S. occidentalis revelaram que o extrato metanólico mostrou maior atividade antifúngica entre os demais extratos testados, em uma concentração inibitória mínima de 25 mg/mL (Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6.). Testes utilizando extratos preparados com solventes de diferentes polaridades a partir das folhas de S. siamea apresentaram CIM que variaram de 0,032 a 0,128 mg/mL contra o fungo Cryptococcus gattii (Nnadi et al. 2019Nnadi, N.E., Anukam, N.C., Ayika, P.D., Rotdung, K., Gokum, S.S., Ayanbimpe, G.M., Nvau, J. & Enweani, I. 2019. The in Vitro antifungal activity of some Nigeria medicinal plants against Cryptococcus gattii. IOSR Journal of Pharmacy 9: 16-24. ). Na literatura, não foram encontrados estudos do potencial antifúngico para a espécie de S. trachypus, sendo este o primeiro registro de atividade antifúngica para a referida espécie.

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    Pesquisas têm revelado que o potencial antifúngico de extratos vegetais está intimamente relacionado, entre outros fatores, com as suas variações quantitativas de compostos fenólicos, dentre eles os flavonoides. Nosso estudo confirmou que as espécies estudadas possuem propriedades antifúngicas, e que seus efeitos sobre os dermatófitos fundamentam-se em seus teores de compostos fenólicos encontrados, e os demais outros metabólitos secundários aqui não estudados. Os efeitos antifúngicos atribuídos aos compostos fenólicos podem resultar na ruptura da membrana celular, ou ainda, inibir a divisão celular e o desenvolvimento das hifas por meio de genes específicos, além de interferir nas vias metabólicas e/ou induzir a apoptose por perturbar a homeostase redox (Lagrouh et al. 2017Lagrouh, F., Dakka, N. & Bakri, Y. 2017.The antifungal activity of Moroccan plants and the mechanism of action of secondary metabolites from plants. Journal de Mycologie Medicale 27: 303-311., Mohamed et al. 2017Mohamed, M.S., Saleh, A.M., Abdel-Farid, I.B. & El-Naggar, S.A. 2017. Growth, hydrolases and ultrastructure of Fusarium oxysporum as affected by phenolic rich extracts from several xerophytic plants. Pesticide Biochemistry and Physiology 141: 57-64. ).

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    Foram detectados, nos EEF e EEC das espécies de Senna, a presença de metabólitos secundários, alto teor de fenóis totais e capacidade antioxidante para todas as espécies, em especial S. trachypus. Para a atividade anticolinesterase apenas a espécie de S. trachypus manifestou uma melhor ação inibitória. Nas condições experimentais utilizadas, evidenciou-se atividade antifúngica das espécies frente a maioria dos dermatófitos testados, em especial os extratos de S. trachypus. Foi observada também correlação forte, muito forte e moderada entre as variáveis fenóis totais e atividade antioxidante, fenóis totais e antiacetilcolinesterase e atividade antioxidante e antiacetilcolinesterase, respectivamente. Os resultados apontam que S. trachypus, espécie endêmica da Caatinga, é a mais promissora entre todas as plantas estudadas, representando uma fonte potencial para a obtenção de compostos químicos úteis para estudos clínicos e farmacológicos, visando o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos naturais.

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    Agradecimentos

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    Os autores agradecem a Universidade Estadual do Ceará (UECE) e a Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA) pelo apoio técnico, e a Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP) pelo apoio financeiro concedido (processos PBI3-0139-00252.01.00/18; BP4-0172-00170.01.00/20).

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      21 Fev 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      14 Out 2020
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    • +Aceito
      03 Dez 2021
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    +Open-access Prospecção química, atividade antioxidante, anticolinesterásica e antifúngica de extratos etanólicos de espécies de Senna Mill. (Fabaceae) +

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    Chemical prospecting and antioxidant, anticholinesterase and antifungal activity of ethanol extracts from Senna Mill. species. (Fabaceae)

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    + + + + + + + + +Sobre os autores +
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    RESUMO

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    O objetivo deste trabalho foi avaliar o perfil químico, teor de fenóis totais e as atividades antioxidante, antiacetilcolinesterásica e antifúngica dos extratos etanólicos das folhas (EEF) e do caule (EEC) de cinco espécies de Senna, bem como avaliar a correlação entre o conteúdo de fenóis totais com a atividade sequestradora do radical livre DPPH e com a inibição da enzima acetilcolinesterase AChEI. No teste fitoquímico, evidenciou-se a presença de metabólitos secundários em todos os extratos. Os EEF e EEC de Senna trachypus, destacaram-se por apresentar os maiores valores de fenóis totais. Os EEF e EEC de S. trachypus mostraram a melhor ação sobre a enzima acetilcolinesterase. Todas as espécies apresentaram atividade antioxidante, em especial o EEF de S. trachypus. Foi observado correlação forte para as variáveis fenóis totais e atividade antioxidante (r = -0,71), muito forte para fenóis totais e antiacetilcolinesterase (r = -0,84) e atividade moderada para atividade antioxidante e antiacetilcolinesterase (0,43). Apenas os extratos de S. trachypus apresentaram atividade contra todos os dermatófitos, quando comparado às demais espécies. A espécie S. trachypus foi considerada a planta mais promissora para estudos subsequentes, a fim de encontrar compostos com ações farmacológicas.

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    Palavras-chave:
    acetilcolinesterase; dermatófitos; fitoquímica; produtos naturais; radicais livres

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    ABSTRACT

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    The objective of this work was to evaluate the chemical profile, total phenol content and the antioxidant, antiacetylcholinesterase and antifungal activities of ethanol extracts from leaves (EEF) and stem (EEC) of five species of Senna, as well as to evaluate the correlation between the content of total phenols with the DPPH free radical scavenging activity and with the inhibition of the acetylcholinesterase AChEI enzyme. The phytochemical test showed the presence of secondary metabolites in all extracts. The EEF and EEC of Senna trachypus, stood out for presenting the highest values of total phenols. S. trachypus EEF and EEC showed the best action on the acetylcholinesterase enzyme. All species showed antioxidant activity, especially the EEF from S. trachypus. A strong correlation was observed for the variables total phenols and antioxidant activity (r = -0.71), very strong for total phenols and anti-acetylcholinesterase (r = -0.84) and moderate activity for antioxidant and anti-acetylcholinesterase activity (r = 0.43). Only S. trachypus extracts showed activity against all dermatophytes, when compared to the other species. The species S. trachypus was considered the most promising plant for further studies, in order to find compounds with pharmacological actions.

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    Keywords:
    acetylcholinesterase; dermatophytes; phytochemistry; natural products; free radicals

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    Introdução

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    Senna Mill. é um gênero monofilético com distribuição pantropical e ampla variedade morfológica (Pellerin et al. 2019Pellerin, R.J., Waminal, N.E. & Kim, H.H. 2019. FISH mapping of rDNA and telomeric repeats in 10 Senna species. Horticulture, Environment, and Biotechnology 60: 253-260.). Possuindo aproximadamente 300 espécies, das quais 200 nas Américas, este gênero é o segundo maior da família Fabaceae (Queiroz 2009Queiroz, L.P. 2009. Leguminosas da Caatinga. Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana, 467 p., Kim et al. 2018Kim, M.S., Lee, D.Y., Sung, S.H. & Jeon, W.K. 2018. Anti-cholinesterase activities of hydrolysable tannins and polyhydroxytriterpenoid derivatives from Terminalia chebula Retz. fruit. Fruit Rec Nat Prod 12: 284-289., Souza & Silva 2016Souza, A.O. & Silva, M.J. 2016. Senna (Leguminosae, Caesalpinioideae) na Floresta Nacional de Silvânia, Goiás, Brasil. Rodriguésia 67: 773-784. ). O gênero é representado no Brasil por 79 espécies, onde 29 são endêmicas, sendo a região Nordeste a que apresenta a maior riqueza de espécies com 53 registros (BFG 2018BFG. 2018. Brazilian Flora 2020: Innovation and collaboration to meet Target 1 of the Global Strategy for Plant Conservation (GSPC). Rodriguésia 1513-1527. ).

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    Trata-se de um gênero muito expressivo na flora do semiárido, alcançando destaque no Domínio Fitogeográfico da Caatinga, onde são catalogadas 42 espécies (Souza & Bortoluzzi 2015Souza, V.C.; Bortoluzzi, R.L.C. 2015. Senna in Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. ). As espécies de Senna são geralmente arbustos ou arvoretas, raramente ervas ou subarbustos anuais. Entre as suas características diagnósticas estão os nectários extraflorais convexos, interfoliolares, flores vistosas, com pétalas amarelo-brilhantes, anteras amarelas, rígidas, com deiscência abrindo por poros ou fendas, ausência de bractéolas no pedicelo, frutos deiscentes plano-compressos ou indeiscentes e cilíndricos (Queiroz 2009Queiroz, L.P. 2009. Leguminosas da Caatinga. Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana, 467 p.).

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    As espécies de Senna têm diversas aplicações medicinais e são eficazes no tratamento para uma série de doenças, como malária, micose, dengue, eczema, hepatite e dermatite, sendo também indicadas como anti-hipertensivo, vermífugo, laxante, abortivo e antitussígeno (Macedo et al. 2016Macedo, E.M., Alan, J.G., & Silva, M.G.V. 2016. Quimiodiversidade e propriedades biofarmacológicas de espécies de Senna nativas do Nordeste do Brasil. Revista Virtual de Química 8: 169-195., Bieski et al. 2015Bieski, I.G.C., Leonti, M., Arnason, J.T., Ferrier, J., Rapinski, M., Violante, I.M.P., Balogun,S.O., Pereira, J.F.C.A., Figueiredo, R.D.C.F., Lopes, C.R.A.S., Silva, D.R.D., Pacini, A., Albuquerque, U.P. & Martins, D.T.D.O. 2015. Ethnobotanical study of medicinal plants by population of valley of Juruena region, legal amazon, Mato Grosso, Brazil. Journal of Ethnopharmacology 173: 383-423., Kabir et al. 2014Kabir, M.H., Hasan, N., Rahman, M.M., Rahman, M.A., Khan, J.A., Hoque, N.T., Bhuiyan, M.R.Q., Mou, S.M.; Jahan, R. & Rahmatullah, M. 2014. A survey of medicinal plants used by the Deb barma clan of the Tripura tribe of Moulvibazar district, Bangladesh. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine 10: 1-19.). Além de suas aplicações farmacológicas, estudos têm revelado que espécies pertencentes a este gênero possuem, em sua composição, uma vasta diversidade de princípios bioativos que estão associadas a diferentes atividades biológicas. Neste sentido, podemos citar como exemplo as atividades antioxidantes, antitumoral, antibacterianas, antifúngicas e anti-inflamatórias (Neves et al. 2017Neves, A.M., Costa, O.S., Coutinho, M.G.S., Souza, E.B., Santos, H.S., Silva, M.G.V. & Fontenelle, R.O.S. 2017. Caracterização química e o potencial antimicrobiano de espécies do gênero Senna Mill (Fabaceae). Rev. Virtual Quim 9: 2506-2538.).

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    As plantas são fontes alternativas promissoras de substâncias de interesse biológico e farmacológico, já que podem produzir, a partir de seu metabolismo secundário, uma enorme diversidade de substâncias, dentre estas, os compostos fenólicos. Alguns estudos têm revelado que os compostos fenólicos são responsáveis por várias atividades biológicas, incluindo atividade antifúngica. Esta atividade pode ser direta nos micro-organismos, ou sobre outros fatores necessários para a expressão da virulência ou patogenicidade (Rodrigues et al. 2019Rodrigues, F.C., Dos Santos, A.T.L., Machado, A.J.T., Bezerra, C.F., de Freitas, T.S., Coutinho, H.D.M., Morais-Braga, M.F.B., Bezerra, J.W.A., Duarte, A.E., Kamdem, J.P., Boligon, A.A., Campos, M.M.A., Barros, L.M. 2019. Chemical composition and anti-Candida potencial of the extracts of Tarenaya spinosa (Jacq.) Raf.(Cleomaceae). Comparative immunology, microbiology and infectious diseases 64: 14-19.).

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    Os compostos fenólicos estão entre os metabólitos secundários mais estudados, notadamente por possuírem grande potencial para atividades antioxidantes, atuando na redução do risco de algumas doenças agudas e crônicas relacionadas ao estado redox do corpo humano, ocasionadas pelos radicais livres. Estas moléculas apresentam uma alta capacidade reativa, sendo consideradas perigosas para os organismos vivos, causando doenças prejudiciais, incluindo doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer (DA). Atualmente, uma das teorias mais aceitas na abordagem padrão no tratamento sintomático dessa demência é a “hipótese colinérgica”. Portanto, os inibidores da enzima acetilcolinesterase (AChEI) preservam os níveis de acetilcolina, melhorando a eficiência da transmissão colinérgica (Bardakci et al. 2019Bardakci, H., CeleP, E., Gözet, T., Kan, Y. & Kirmizibekmez, H. 2019. Phytochemical characterization and antioxidant activities of the fruit extracts of several Crataegus taxa. South African Journal of Botany 124: 5-13. , Lim et al. 2019Lim, S., Choi, A.H., Kwon, M., Joung, E.J., Shin, T., Lee, S.G., Kim, NG. & Kim, H. R. 2019. Evaluation of antioxidant activities of various solvent extract from Sargassum serratifolium and its major antioxidant components. Food Chemistry 278: 178-184.; Neagu et al. 2016Neagu, E., Radu, G.L., Albu, C., & Paun, G. 2016. Antioxidant activity, acetylcholinesterase and tyrosinase inhibitory potential of Pulmonaria officinalis and Centarium umbellatum extracts. Saudi Journal of Biological Sciences, 3: 578-585.).

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    Por este motivo, a utilização de dietas ricas ou enriquecidas com antioxidantes podem prevenir, ou pelo menos amenizar, a deterioração orgânica por um excessivo estresse oxidativo. Além disso, o crescimento sobre a investigação científica envolvendo os efeitos antioxidantes de extratos brutos, frações purificadas, ou mesmo de compostos isolados, onde estão classificados os compostos fenólicos, são demonstrados em muitos estudos (Penido et al. 2017Penido, A.B., De Morais, S.M., Ribeiro, A.B., Alves, D.R., Rodrigues, A.L.M., dos Santos, L.H. & de Menezes, J.E.S.A. 2017. Medicinal plants from northeastern Brazil against Alzheimer’s disease. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2017: 1-7. , Morais et al. 2013Morais, S.M., Lima, K.S.B., Siqueira, S.M.C., Cavalcanti, E.S.B., Souza, M.S.T., Menezes, J.E.S.A., Trevisan, M.T.S. 2013. Correlação entre as atividades antiradical, antiacetilcolinesterase e teor de fenóis totais de extratos de plantas medicinais de farmácias vivas. Revista Brasileira de Plantas Medicinais 15: 575-582. ).

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    Desta forma, investigar a atividade antifúngica e anticolinesterásica de extratos de espécies de Senna, analisando o seu potencial antioxidante, o seu teor de fenóis totais e o seu perfil fitoquímico, são maneiras de promover tanto o conhecimento acerca dessas espécies, como também potencializar o descobrimento de novos fitofármacos para o combate de inúmeras enfermidades. Assim, este trabalho avaliou o perfil fitoquímico, o teor de fenóis totais e as atividades antioxidante, anticolinesterásica e antifúngica dos extratos etanólicos de S. alata (L.) Roxb., S. obtusifolia (L.) H.S.Irwin & Barneby, S. occidentalis (L.) Link, S. siamea (Lam.) H.S.Irwin & Barneby e S. trachypus (Benth.) H.S.Irwin & Barneby, e a correlação entre o teor de fenóis totais e as atividades antioxidante e anticolinesterásica.

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    Materiais e métodos

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    Material vegetal e preparação dos extratos - Foram selecionadas para este estudo cinco espécies de Senna, sendo uma exótica naturalizada e quatro nativas, das quais uma é endêmica do Brasil, ocorrendo no Cerrado e na Caatinga (BFG 2018BFG. 2018. Brazilian Flora 2020: Innovation and collaboration to meet Target 1 of the Global Strategy for Plant Conservation (GSPC). Rodriguésia 1513-1527. ) (Tabela 1). As folhas e caules de Senna spp. foram coletados em diferentes locais da região Noroeste do Ceará. A identificação botânica das espécies foi realizada no Herbário Francisco José de Abreu Matos da Universidade Estadual Vale do Acaraú (HUVA), pelo professor Dr. Elnatan Bezerra de Souza. Para o preparo dos extratos, 200g das folhas e caule secos de cada espécie de um mesmo indivíduo foram triturados e imersos durante 10 dias em 500 mL de etanol e, na sequência o extrato foi filtrado e concentrado em um evaporador rotativo a (60°C) durante 2 h. Após este processo, foi mantido em banho-maria (40°C) até a eliminação total do solvente, obtendo-se o extrato etanólico das folhas (EEF) e extrato etanólico do caule (EEC) (Matos 2009Matos, F.J.A. 2009. Introdução à Fitoquímica Experimental. 3 ed. Fortaleza: UFC. 150p.).

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    +Tabela 1.
    Identificação das espécies de Senna Mill. (Fabaceae) coletadas em diferentes locais da região noroeste do Estado do Ceará. *Exótica, **Endêmica do Brasil. Fonte: Herbário Francisco José de Abreu Matos (HUVA).
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    Triagem fitoquímica - Os extratos etanólicos foram submetidos a triagem fitoquímica, tomando como referência a metodologia descrita por Matos (2009Matos, F.J.A. 2009. Introdução à Fitoquímica Experimental. 3 ed. Fortaleza: UFC. 150p.). Através deste ensaio preliminar, foi possível verificar as principais classes de metabólitos secundários por meio de reações químicas que resultaram no aparecimento de coloração e/ou precipitado, característico para cada classe de substância. Os ensaios foram conduzidos para as seguintes classes de substâncias: fenóis, taninos, flavonoides, saponinas, esteroides, triterpenoides e alcaloides. Todos os testes foram realizados em triplicata procedimentais.

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    Determinação do teor de fenóis totais - O teor de fenóis totais nos extratos etanólicos foi determinado pelo método espectrofotométrico de Folin-Ciocateau, utilizando ácido gálico como padrão de referência (Kim et al. 2006Kim, K.H., Tsao, R., Yang, R. & Cui, S.W. 2006. Phenolic acid profiles and antioxidant activities of wheat bran extracts and the effect of hydrolysis conditions. Food Chemistry 95: 466-473.). Em cada tubo adicionou-se 0,2 mL de cada extrato nas concentrações (0,62; 0,31 e 0,15 mg mL-1) com 1 mL do reagente Folin-Ciocalteau agitado por 2 minutos e adicionado 0,8 mL de carbonato de sódio (Na2CO3) 7,5% (m/v). Para o tubo controle foi utilizado 1 mL do reagente Folin- Ciocalteau com 0,8 mL de Na2CO3 e 0,2 mL de etanol, em triplicata. Os tubos foram deixados em banho-maria a 37 ̊C por 30 minutos na ausência de luz. Logo em seguida, foi realizado a leitura dos tubos em comprimento de onda de 765 nm. O teor de fenóis foi calculado e expresso em mg de equivalente de ácido gálico por grama de extrato (EAG.g-1), com base numa curva padrão preparada com ácido gálico. Todos os testes foram realizados em triplicata.

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    Atividade antioxidante - A atividade antioxidante dos extratos foi determinada pelo método de redução do radical 2,2’-difenil-1-picril-hidrazil (DPPH), segundo a metodologia modificada por Brand-Williams et al. (1995Brand-Williams, W., Cuvelier, M.E. & Berset, C.L.W.T. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Science and Technology 1: 25-30.), Sanchez-Moreno et al. (1998Sánchez‐Moreno, C., Larrauri, J.A. & Saura‐Calixto, F. 1998. A procedure to measure the antiradical efficiency of polyphenols. Journal of the Science of Food and Agriculture 76: 270-276.). Foram preparadas soluções etanólicas das amostras nas concentrações de 5,0; 2,5; 1,25; 0,62; 0,31 e 0,15 mg mL-1. Foram utilizados 100 µL dos extratos com 2,4 mL de DPPH (0,04 mg mL-1). Para o tubo controle foram utilizados 100 µL de etanol com 2,4 mL de DPPH em triplicata. O meio reacional ficou por 30 minutos na ausência da luz, e posteriormente foi realizada a leitura em comprimento de onda 515 nm. A atividade sequestradora do radical DPPH pelos extratos nas diferentes concentrações foi calculada pela expressão do índice de varredura em porcentagem (IV%): IV% = (Abs DPPH - Abs Amostra / Abs DPPH) x 100. A concentração efetiva para inibir 50% do radical livre DPPH (CE50) foi obtida com auxílio do Software Excel 2019, onde, a partir dos valores das concentrações finais da amostra e o índice de varredura (IV%), foram originados gráficos de dispersão cujas equações das retas foram utilizadas para se obter os valores da média e desvio padrão. Para fins de comparação, foi construída uma curva de calibração com diferentes porcentagens do flavonoide quercetina, que apresenta elevada atividade antioxidante em radical livre DPPH.

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    Avaliação da atividade anticolinesterásica in vitro - O ensaio para verificação da inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE) dos extratos foi realizado de acordo com a metodologia descrita por Ellman et al. (1961Ellman, G.L., Courtney, K.D., Andres Jr, V. & Featherstone, R.M. 1961. A new and rapid colorimetric determination of acetylcholinesterase activity. Biochemical Pharmacology: 7: 88-95.). Em placas estéreis de 96 poços, foram adicionados 25 µL de iodeto de acetiltiocolina (15 mM), 125 µL de 5,5’-ditiobis-[2-nitrobenzóico] na solução Tris/HCL (50 nM, pH 8, com 0,1 M de NaCL e 0,02 M de MgCL2 .6H2O. (3 mM, DTNB ou reagente de Ellman)), 50 µL da solução Tris/HCL (50 nM, pH 8, com 0,1% de albumina sérica bovina (BSA) e 25 µL dos extratos de Senna spp. na concentraçao de 0,2 mg.mL-1 em tampão Tris/HCL (50 mM, pH 8) de 0,2 mg.mL-1 (Rhee et al. 2001Rhee, I.K., van de Meent, M., Ingkaninan, K. & Verpoorte, R. 2001. Screening for acetylcholinesterase inhibitors from Amaryllidaceae using silica gel thin-layer chromatography in combination with bioactivity staining. Journal of Chromatography A 915: 217-223., Trevisan et al. 2003Trevisan, M.T.S., Macedo, F.V.V., Meent, M.V.D., Rhee, I.K. & Verpoorte, R. 2003. Seleção de plantas com atividade anticolinesterase para tratamento da doença de Alzheimer. Química Nova 26: 301-304.).

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    A absorbância foi aferida a 405 nm durante 30 segundos. Em seguida, foram adicionados 25 µL da enzima acetilcolinesterase (0,25 U.mL-1) e a absorbância foi aferida por minuto até o total de 25 minutos de incubação da enzima. Como padrão negativo foram utilizadas todas as soluções, excetuando-se a amostra. O padrão utilizado como controle positivo foi a fisostigmina (0,22 mg.mL-1.) e todas as amostras foram analisadas em triplicata. A atividade anticolinesterásica dos extratos vegetais foi determinada de acordo com os valores de CI50 (Concentração inibitória capaz de inibir 50% da enzima acetilcolinesterase) como: alta potência (CI50 < 20 μg. mL-1); potência moderada (20 < CI50 < 200 μg.mL-1) e baixa potência (200 < CI50 < 1000 μg.mL-1) (Santos et al. 2018Santos, G.H.F., Amaral, A. & Da Silva, E.B. 2018. Antibacterial activity of irradiated extracts of Anacardium occidentale L. on multiresistant strains of Staphylococcus aureus. Applied Radiation and Isotopes 140: 327-332.).

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    Ensaio antifúngico in vitro - No ensaio para verificação da concentração inibitória mínima (CIM) dos EE das espécies de Senna, foram utilizadas cepas de Trichophyton rubrum obtidas a partir da micoteca da Universidade Federal de Pernambuco e do Centro Especializado de Micologia Médica (CEMM) da Universidade Federal do Ceará. Para este ensaio foi utilizado o método de microdiluição em caldo, de acordo com a metodologia descrita por (Neves et al. 2019Neves, A.M., Silva, H.S., Souza, E.B., Fontenelle, R.O.S., Silva, A.C.S., Morais, S.M. 2019. Perfil fitoquímico e avaliação da atividade antifúngica da fração hexânica de Mitracarpus baturitensis (Rubiaceae). Essentia 20: 96-101. ) com as normas do protocolo Clinical Laboratory Standards Insitute do documento M38-A (CLSI M38-A2, 2008Clinical and Laboratory Standards Institute. 2008. Reference Method for Broth Dilution Antifungal Susceptibility Testing of Filamentous Fungi (Approved Standard Document M38. CLSI), vol. M38-A2, Second ed. Clinical and Laboratory Standards Institute, Wayne, PA.). Em placas de 96 poços estéreis, foram adicionados 100 µL de meio RPMI em todos os poços e 10 mg mL-1 dos extratos de Senna spp. foi acrescentado a todos os poços da primeira coluna e, em sequência foram efetuadas as diluições seriadas. Finalmente, 100 µL do inóculo foi adicionado aos poços da placa. Como controle foi utilizado o Cetoconazol (Sigma, Chemical Co., USA). Para as análises de susceptibilidade, os extratos etanólicos foram testados em concentrações variando de 0,002 a 2,5 mg mL-1. As placas foram cobertas com parafilme e incubadas a 37 °C e a leitura visual foi realizada após cinco dias para T. rubrum. Procedimento realizado em duplicata. A CIM é definida como a menor concentração do extrato capaz de inibir 100% do crescimento fúngico visível (Fontenelle et al. 2007Fontenelle, R.O.S., Morais, S.M., Brito, E.H.S., Kerntopf, M.R., Brilhante, R.S.N., Cordeiro, R.A., Tomé, A.R., Queiroz, M.G.R., Nascimento, N.R.F. & Sidrim, J.J.C. 2007. Chemical composition, toxicological aspects and antifungal activity of essential oil from Lippia sidoides Cham. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 59: 934-940. ). A concentração fungicida mínima (CFM) foi determinada por subcultura de 100 μL da solução de poços sem turbidez no meio Ágar Dextrose de Batata, a 28 °C. (Fontenelle et al. 2008Fontenelle, R.O.S., Morais, S.M., Brito, E.H.S., Brilhante, R.S.N., Cordeiro, R.A., Nascimento, N.R.F., Kerntopf, M.R., Sidrim, J.J.C. & Rocha, M.F.G. 2008. Antifungal activity of essential oils of Croton species from the Brazilian caatinga biome. Journal of Applied Microbiology 104: 1383-1390.).

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    Análise estatística - Todas as determinações foram realizadas em triplicata e todos os resultados foram apresentados como média ± desvio-padrão (DP). Foram realizadas análises de variância (ANOVA) com duas repetições e o Teste Tukey, ao nível de significância de 5%, usando programa Graph Pad Prism® v5.01 (GraphPadSoftware, San Diego, CA, E.U.A.). As diferenças entre as médias foram consideradas significativas quando o valor obtido para "p" foi menor que 0,05 (p < 0,05).

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    Para análises da correlação entre os dados, foi utilizado o coeficiente de correlação de Pearson no software Microsoft Excel 2019, a qual mede o grau da correlação linear entre duas variáveis quantitativas. A intensidade dessa correlação é dada pelo “r”, que é um índice adimensional com valores situados entre -1,0 e 1,0. Quando o valor de r estiver entre 0,00-0,19 a correlação é muito fraca; entre 0,20-0,39 é fraca; 0,40-0,59 é uma correlação moderada; entre 0,60-0,79 é forte e finalmente entre 0,80-1,0 diz-se que é uma correlação muito forte (Mukaka 2012Mukaka, M.M. 2012. Statistics corner: A guide to appropriate use of correlation coefficient in medical research. Malawi Med J. 24:69-71.).

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    Resultados e discussãoTabela 3 +

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    Os fito-constituintes ou fitoquímicos são compostos químicos que desempenham importantes funções nas plantas. A triagem fitoquímica em materiais vegetais é geralmente o ponto de partida para o isolamento e purificação de compostos naturais com bioatividade (Omoregie & Oikeh 2015Omoregie, E.S. & Oikeh, E.I. 2015. Comparative studies on the phytochemical composition, phenolic content and antioxidant activities of methanol leaf extracts of Spondias mombin and Polyathia longifolia. Jordan Journal of Biological Sciences 147: 1-5.). A triagem fitoquímica preliminar revelou a presença de fenóis, taninos, flavonoides e esteroides para todos os extratos estudados (Tabela 2). Entretanto, a presença de saponinas foi constatada apenas no EEF e EEC de S. alata e no EEF de S. trachypus. Já os alcaloides foram encontrados exclusivamente no EEF de S. alata e nenhuma das espécies apresentou triterpenoides.

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    +Tablela 2
    Triagem fitoquímica do EEF e do EEC de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Presente: + Ausente: - EEF: Extrato etanólico da folha. EEC: Extrato etanólico do caule.
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    Os metabólitos detectados nas espécies estudadas são consistentes com os metabólitos descritos na literatura para o gênero Senna, conhecido por apresentar flavonoides, alcaloides, taninos, esteroides e saponinas em sua composição (Onyegeme-Okerenta et al. 2017Onyegeme-Okerenta, B.M., Nwosu, T. & Wegwu, M.O. 2017. Proximate and phytochemical composition of leaf extract of Senna alata (L) Roxb. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry 6: 320-326., Ishaku et al. 2016Ishaku, G.A., Arabo, A.A., Bassey, E.E., Uwem, A.A.U.M. & Godwin, E.U. 2016. Physicochemical characterization and antibacterial activity of Senna occidentalis Linn. Journal of Chemistryand Chemical Sciences 6: 9-18. , Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202., Sudi et al. 2011Sudi, I.Y., Ksgbiya, D.M., Muluh, E.K. & Clement, A. 2011. Nutritional and phytochemical screening of Senna obtusifolia indigenous to Mubi, Nigeria. Advances in Applied Science Research 2: 432-437., Bukar et al. 2009Bukar, A., Mukhtar, M. & HASSAN, A. 2009. Phytochemical screening and antibacterial activity of leaf extracts of Senna siamea (Lam) on Pseudomonas aeruginosa. Bayero Journal of Pure and Applied Sciences 1: 139-142. ). É possível perceber que na análise de prospecção química dos extratos houve uma variação de metabólitos secundários. Este fato pode estar atribuído a vários fatores, entre eles estão as diferentes condições ambientais, tais como clima, radiação solar, nutrição mineral, sazonalidade, ritmo circadiano, temperatura, disponibilidade hídrica, e também os tipos de solvente e a metodologia empregada no processo de extração, que podem interferir consideravelmente no conteúdo de praticamente todas as classes de metabólitos secundários (Gomes et al. 2016Gomes, E.M.C., Pena, R.D.C.M. & da Silva, S.S.S.M. 2016. Composição fitoquímica e ação fungicida de extratos brutos de Cinnamomum zeylanicum sobre Quambalaria eucalypti. Biota Amazônia. 6: 54-58., Bezerra et al. 2013Bezerra, A.S., Nörnberg, J.L., Lima, F.O., Rosa, M.B.D. & Carvalho, L.M.D. 2013. Parâmetros climáticos e variação de compostos fenólicos em cevada. Ciência Rural 9: 1546-1552., Gobbo-Neto & Lopes 2007Gobbo-Neto, L. & Lopes, N.P. 2007. Plantas medicinais: Fatores de influência no conteúdo de metabólitos secundários. Química Nova 30: 374-381.).

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    Os teores de fenóis totais apresentaram diferenças significativas entre os extratos etanólicos das diferentes partes e espécies vegetais estudadas (Tabela 3). O conteúdo de fenóis totais para os EEF variou de 32,60 ± 0,53 a 184,8 ± 5,09 EAG/g, enquanto que para o EEC foram de 30,03± 1,00 a 191,3 ± 0,47 EAG/g. Os maiores níveis de fenóis totais foram detectados na espécie S. trachypus. Os dados da literatura sobre o conteúdo de compostos fenólicos obtidos a partir do extrato aquoso, etanólico e acetona da raiz de S. alata, apresentaram uma concentração de fenóis de 46,3, 78,21 e 21,42 mg EAG/g, respectivamente, e de flavonoides de 26,17, 39,29 e 9,65 mg de equivalente de quercetina por grama de extrato (EQ/g), respectivamente (Ita & Ndukwe 2017Ita, B.N., & Ndukwe, G.I. Antioxidant activity of Senna alata root extracts. 2017. J Nat Prod Resour 3: 94-96. ). Já o extrato etanólico preparado a partir das folhas de S. obtusifolia por Ali et al. (2019Ali, I., Yisa, J. & Jacob, J.O. 2019. Corrosion inhibitory potential of ethanol extract of Senna obtusifolia on Mild Steel in 5M HCl. Journal of Chemical Society of Nigeria 44: 187-198. ), apresentou um teor de fenóis e de flavonoides de 14,39 mg/g e 2,85 mg/g, respectivamente, demonstrando possuir teor de compostos fenólicos inferior ao das mostras de S. obtusifolia encontradas no presente estudo. Além disso, o conteúdo de polifenóis encontrado no extrato etanólico e nas frações obtidas a partir das folhas de S. occidentalis por Yakubu et al. (2018Yakubu, O.E., Otitoju, O., Imarenezor, E.P.K., Tatah, S.V. & Habibu, B. 2018. Fractionation and determination of antioxidant activities, of the Leaves of Senna Occidentalis ethanol extract. Pharmacology, 6: 26-30.) variou de 139 mg/mL a 206 mg/mL e de flavonoides de 104 a 142 mg/mL. Já para os extratos preparados a partir das folhas e casca do caule de S. siamea revelaram um teor de fenóis totais de 10,21 ± 0,25 g/g e 24,77 ± 0,15 g/g, respectivamente. Por outro lado, o teor de flavonoides foi de 0,08 ± 0,01 g/g para as folhagens, e de 0,04 ± 0,01 g/g para a casca do caule (Kwada & Tella 2009Kwada, A.D. & Tella, I.O. 2009. Determination of infochemicals and the phytochemical screening of the foliage and stem-bark of Senna siamea (lam.) in Yola, Adamawa State. Journal of Medicinal Plants Research 3: 630-640.). Para os extratos etanólicos das folhas e raízes de S. trachypus o teor de fenóis totais encontrado foi de 322,09 ± 2,83 EAG/g e de 1277,34 ± 79,54 EAG/g, respectivamente (Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202.).Senna.

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    +Table 3.
    Teor de fenóis totais, atividade antioxidante e inibição da enzima acetilcolinesterase de espécies de Senna Mill. (Fabaceae).
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    Os resultados da atividade antioxidante dos extratos de Senna spp. mostraram que os valores de CE50 para o EEF variaram de 0,63 ± 0,01 a 8,20 ± 0,07 µg/mL, sendo o EEF de S. trachypus o que apresentou menor CE50 com atividade antirradicalar superior ao da quercetina e, portanto, maior potencial antioxidante (Villano et al. 2007Villano, D., Fernandez-Pachón, M.S., Moya, M.L., Troncoso, A.M. & García-Parrilla, M.C. 2007. Radical scavenging ability of polyphenolic compounds towards DPPH free radical. Talanta, 71: 230-235. ). Já para o EEC os valores de CE50 variaram de 0,83 ± 0,01 a 11,19 ± 0,15 µg/mL (Tabela 3). Foi observado que o EEC de S. siamea apresentou capacidade antirradicalar próximo à quercetina. Semelhantes aos nossos resultados, estudos anteriores revelaram que as espécies de S. alata, S. obtusifolia, S. occidentalis, S. siamea e S. trachypus, apresentaram potencial antioxidante e que esta atividade está atribuída à presença de compostos fenólicos (Coelho et al. 2017Coelho, E.M.P., Barbosa, M.C., Mito, M.S., Mantovanelli, G.C., Oliveira, R.S., & Ishii-Iwamoto, E.L. 2017. The activity of the antioxidant defense system of the weed species Senna obtusifolia L. and its resistance to allelochemical stress. Journal of Chemical Ecology 7: 725-738., Ita & Ndukwe 2017Ita, B.N., & Ndukwe, G.I. Antioxidant activity of Senna alata root extracts. 2017. J Nat Prod Resour 3: 94-96. , Barnaby et al. 2016Barnaby, A.G., Reid, R. & Warren, D. 2016. Antioxidant activity, total phenolics and fatty acid profile of Delonix regia, Cassia fistula, Spathodea campanulata, Senna siamea and Tibouchina granulosa. J Anal Pharm Res 3: 00056., Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6., Silva et al. 2014Silva, G.A., Monteiro, J.A., Ferreira, E.B., Fernandes, M.I.B., Pessoa, C.; Sampaio, C.G. & Silva, M.G.V. 2014. Total phenolic content, antioxidant and anticancer activities of four species of Senna Mill. From northeast Brazil. Int. J. Pharm. Pharm. Sci 6: 199-202.).

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    Os resultados obtidos na análise de inibição da enzima acetilcolinesterase foram comparados ao do alcaloide fisostigmina que foi o primeiro inibidor descoberto. Os experimentos de inibição da enzima acetilcolinesterase in vitro para as espécies de Senna produziram apenas resultados com potência moderada (Tabela 3). Relatos confirmam a atividade antiacetilcolinesterásica de vários taninos isolados do fruto Terminalia chebula Retz., (Combretaceae) que exibiram um efeito de inibição contra a enzima acetilcolinesterase in vitro (Kim et al. 2018Kim, M.S., Lee, D.Y., Sung, S.H. & Jeon, W.K. 2018. Anti-cholinesterase activities of hydrolysable tannins and polyhydroxytriterpenoid derivatives from Terminalia chebula Retz. fruit. Fruit Rec Nat Prod 12: 284-289.). Outros compostos, como saponinas, alcaloides e compostos fenólicos, também são relatados na literatura como inibidores da enzima acetilcolinesterase (Paiva et al. 2021Paiva, J.R., Queiroz, S.A.S., Pereira, R.D.C.A., Ribeiro, P.R.V., Alves, F.E.G., Silva, L.M.A., Zocolo, G.J., Brito, E.S., Alves, D.R., Morais, S.M., Tavares, J., Pinto, F.C.L., Andrade, G.M., Pessoa, O.D.L., & Canuto, K.M. 2021. Chemical composition and anticholinesterase activity of cultivated bulbs from Hippeastrum elegans, a potential tropical source of bioactive alkaloids. Phytochemistry Letters 43: 27-34., Kozachok et al. 2020Kozachok, S., Pecio, Ł., Orhan, I.E., Deniz, F.S.S., Marchyshyn, S., & Oleszek, W. 2020. Reinvestigation of Herniaria glabra L. saponins and their biological activity. Phytochemistry 169: 112162., Adedayo et al. 2015Adedayo, B.C., Oboh, G., Oyeleye, S.I., Ejakpovi, I.I., Boligon, A.A., & Athayde, M.L. 2015. Blanching alters the phenolic constituents and in vitro antioxidant and anticholinesterases properties of fireweed (Crassocephalum crepidioides). Journal of Taibah University Medical Sciences 10: 419-426.). Estas classes de compostos foram detectadas na triagem fitoquímica, embora provavelmente as concentrações nos extratos eram muito baixas para dar resultados satisfatórios no ensaio. Os extratos foliares e do caule de S. trachypus apresentaram os valores mais satisfatórios de inibição da enzima acetilcolinesterase, indicando que o isolamento de metabólitos pode levar a potenciais agentes antiacetilcolinesterásicos. Na literatura, não foram encontrados estudos do potencial anticolinesterásico paras as espécies de Senna referenciadas, sendo este o primeiro relato de estudo de atividade de inibição para esta enzima.

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    Para os extratos de Senna spp., foi observada forte correlação negativa entre os valores de fenóis totais e CE50 (r = - 0,71), mostrando que quanto maior os teores de fenóis totais, menor a CE50 e, consequentemente, maior o potencial antioxidante, uma vez que a CE50 está inversamente relacionada à capacidade antioxidante de um composto (Villano et al. 2007Villano, D., Fernandez-Pachón, M.S., Moya, M.L., Troncoso, A.M. & García-Parrilla, M.C. 2007. Radical scavenging ability of polyphenolic compounds towards DPPH free radical. Talanta, 71: 230-235. ). Dentre os extratos analisados podemos observar na figura 1 o EEF de S. trachypus.

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    +Figura 1.
    Correlação entre o teor de fenóis totais e CE50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Na correlação da atividade de inibição da enzima acetilcolinesterase, representada pelo CI50 com teor de fenóis totais, observou-se uma correlação muito forte (r = -0,84) entre estas duas variáveis, evidenciando que ambas são inversamente proporcionais entre si, ou seja, à medida que o teor de fenóis totais aumenta o valor de CI50 diminui, como pode ser observado para o EEF de S. occidentalis (Figura 2). Isso demonstra que os compostos fenólicos podem ser determinantes nessa atividade, de modo que alguns estudos evidenciaram que flavonoides e outros compostos fenólicos possuem atividade anticolinesterásica (Amessis-Ouchemoukh et al. 2014Amessis-Ouchemoukh, N., Madani, K., Falé, P.L., Serralheiro, M.L., Araújo, M.E.M. 2014. Antioxidant capacity and phenolic contents of some Mediterranean medicinal plants and their potential role in the inhibition of cyclooxygenase-1 and acetylcholinesterase activities. Industrial Crops and Products, 53: 6-15.).

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    +Figura 2.
    Correlação entre o teor de fenóis totais e CI50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Houve uma correlação moderada (r = 0,43) entre a CI50 e a CE50. Analisando a figura 3, é possível perceber que o EEF e EEC de S. alata e EEF de S. obtusifolia se destacam no gráfico, o que sugere uma grande capacidade dos antioxidantes, como os compostos fenólicos, presentes nos extratos analisados, de atuarem não só através da inibição da acetilcolinesterase (AChEI) mas também por mecanismos de redução de radicais livres.

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    +Figura 3.
    Correlação entre CI50 e a CE50 de espécies de Senna Mill. (Fabaceae). Símbolos cheios: folhas. Símbolos vazados: caule.
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    Os extratos etanólicos das folhas e caule de S. alata, S. obtusifolia, S. occidentalis e S. siamea, apresentaram efeito inibitório contra algumas cepas de T. rubrum. A maioria dos extratos foram eficazes em diferentes concentrações, com CIM que variaram de 0,07 mg/mL à 2,5 mg/mL e CFM de 0,15 a 5,0 mg/mL contra a grande maioria das cepas fúngicas testadas. Dentre os extratos testados, os de S. trachypus foram eficazes contra todas as cepas de T. rubrum com CIM que variaram de 0,31 a 0,62 mg/mL e o CFM de 0,62 a 1,25 mg/mL, para ambos os extratos (Tabela 4). A presença de compostos fitoquímicos tem sido associada às atividades antimicrobianas da maioria dos materiais vegetais. Algumas classes de metabólitos foram identificadas nesse estudo e podem ser associadas à atividade antimicrobiana (Santos et al. 2018Santos, T.C.D., Gomes, T.M., Pinto, B.A.S., Camara, A.L. & Paes, A.M.D.A. 2018. Naturally occurring acetylcholinesterase inhibitors and their potential use for Alzheimer's disease therapy. Frontiers in Pharmacology 9: 1192., Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6.).

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    +Tabela 4.
    Concentração Inibitória Mínima (CIM) e Concentração Fungicida Mínima (CFM) de extratos etanólicos (EEs) de espécies de Senna Mill. (Fabaceae) frente às espécies de Trichophyton rubrum. LABIMIC: Laboratório de Microbiologia; EEF: Extrato etanólico da folha; EEC: Extrato etanólico do caule; NI: Não inibiu.
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    Estudos anteriores realizados com o extrato etanólico da casca do caule de S. alata contra fungos dermatofíticos, entre eles espécies de Trychophyton, revelou um CIM de 5,0 mg/mL para todos os dermatófitos testados (Sule et al. 2011Sule, W.F., Okonko, I.O., Omo-Ogun, S., Nwanze, J.C., Ojezele, M.O., Ojezele, O.J., Alli, J.A., Soyemi, E.T. & Olaonipekun, T.O. 2011. Phytochemical properties and in-vitro antifungal activity of Senna alata Linn. crude stem bark extract. Journal of Medicinal Plants Research, 5: 176-183.). A capacidade antifúngica de extratos de diferentes polaridades preparados a partir das folhas de S. obtusifolia apresentaram um CIM que variou de 500 a 2000 µg/mL contra diferentes espécies de fungos filamentosos (Doughari et al. 2008Doughari, J.H., El-mahmood, A.M. & Tyoyina, I. 2008. Antimicrobial activity of leaf extracts of Senna obtusifolia (L). African Journal of Pharmacy and Pharmacology 2: 7-13.). Os resultados obtidos de extratos foliares de polaridades diferentes de S. occidentalis revelaram que o extrato metanólico mostrou maior atividade antifúngica entre os demais extratos testados, em uma concentração inibitória mínima de 25 mg/mL (Odeja et al. 2015Odeja, O., Obi, G., Ogwuche, C.E., Elemike, E.E. & Oderinlo, Y. 2015. Phytochemical Screening, Antioxidant and Antimicrobial activities of Senna occidentalis (L.) leaves Extract. Clinical Phytoscience 1: 1-6.). Testes utilizando extratos preparados com solventes de diferentes polaridades a partir das folhas de S. siamea apresentaram CIM que variaram de 0,032 a 0,128 mg/mL contra o fungo Cryptococcus gattii (Nnadi et al. 2019Nnadi, N.E., Anukam, N.C., Ayika, P.D., Rotdung, K., Gokum, S.S., Ayanbimpe, G.M., Nvau, J. & Enweani, I. 2019. The in Vitro antifungal activity of some Nigeria medicinal plants against Cryptococcus gattii. IOSR Journal of Pharmacy 9: 16-24. ). Na literatura, não foram encontrados estudos do potencial antifúngico para a espécie de S. trachypus, sendo este o primeiro registro de atividade antifúngica para a referida espécie.

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    Pesquisas têm revelado que o potencial antifúngico de extratos vegetais está intimamente relacionado, entre outros fatores, com as suas variações quantitativas de compostos fenólicos, dentre eles os flavonoides. Nosso estudo confirmou que as espécies estudadas possuem propriedades antifúngicas, e que seus efeitos sobre os dermatófitos fundamentam-se em seus teores de compostos fenólicos encontrados, e os demais outros metabólitos secundários aqui não estudados. Os efeitos antifúngicos atribuídos aos compostos fenólicos podem resultar na ruptura da membrana celular, ou ainda, inibir a divisão celular e o desenvolvimento das hifas por meio de genes específicos, além de interferir nas vias metabólicas e/ou induzir a apoptose por perturbar a homeostase redox (Lagrouh et al. 2017Lagrouh, F., Dakka, N. & Bakri, Y. 2017.The antifungal activity of Moroccan plants and the mechanism of action of secondary metabolites from plants. Journal de Mycologie Medicale 27: 303-311., Mohamed et al. 2017Mohamed, M.S., Saleh, A.M., Abdel-Farid, I.B. & El-Naggar, S.A. 2017. Growth, hydrolases and ultrastructure of Fusarium oxysporum as affected by phenolic rich extracts from several xerophytic plants. Pesticide Biochemistry and Physiology 141: 57-64. ).

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    Foram detectados, nos EEF e EEC das espécies de Senna, a presença de metabólitos secundários, alto teor de fenóis totais e capacidade antioxidante para todas as espécies, em especial S. trachypus. Para a atividade anticolinesterase apenas a espécie de S. trachypus manifestou uma melhor ação inibitória. Nas condições experimentais utilizadas, evidenciou-se atividade antifúngica das espécies frente a maioria dos dermatófitos testados, em especial os extratos de S. trachypus. Foi observada também correlação forte, muito forte e moderada entre as variáveis fenóis totais e atividade antioxidante, fenóis totais e antiacetilcolinesterase e atividade antioxidante e antiacetilcolinesterase, respectivamente. Os resultados apontam que S. trachypus, espécie endêmica da Caatinga, é a mais promissora entre todas as plantas estudadas, representando uma fonte potencial para a obtenção de compostos químicos úteis para estudos clínicos e farmacológicos, visando o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos naturais.

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    Agradecimentos

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    Os autores agradecem a Universidade Estadual do Ceará (UECE) e a Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA) pelo apoio técnico, e a Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP) pelo apoio financeiro concedido (processos PBI3-0139-00252.01.00/18; BP4-0172-00170.01.00/20).

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    Literatura citada

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      21 Fev 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      14 Out 2020
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    • +Aceito
      03 Dez 2021
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    +Lipase-Mediated Dynamic Kinetic Resolution of 1-Phenylethanol Using Niobium Salts as Racemization Agents +

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    + Vanessa M. Higa Willian S. Rocha Mirela Inês de Sairre Álvaro T. Omori About the authors +
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    Abstract

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    In this work, a racemization method of (S)-1-phenylethanol by niobium salts was developed. Among the salts available, the niobium phosphate hydrate (NbOPO4.nH2O) reduced the enantiomeric excess (ee) of the chiral alcohol from 95 to 0% after 24 h at 60 ºC in toluene. This new racemization agent was combined with a lipase (CALB) in order to achieve a chemoenzymatic dynamic kinetic resolution (DKR). Experiments demonstrated that the DKR process is feasible and the corresponding (R)-1-phenylethyl acetate was obtained with 92% conversion and 85% ee.

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    Keywords:
    niobium; dynamic kinetic resolution; biocatalysis; racemization agent

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    Introduction

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    Enantiomerically enriched alcohols are important building blocks in the synthesis of several chiral biologically active compounds for pharmaceuticals, agrochemicals, food products.11 Calcaterra, A.; D’Acquarica, I.; J. Pharm. Biomed. Anal. 2018, 147, 323; Jeschke, P.; Pest Manage. Sci. 2018, 74, 2389. In the literature, the chromatographic separation of racemates,22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. the chemo- and biocatalytic stereoselective reduction from ketones33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. and the kinetic resolution (KR)44 Pellissier, H.; Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 1613. of secondary alcohols are examples of methodologies that have been explored for their preparation.

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    Among the biocatalytic methods to obtain such chiral secondary alcohols, the enzymatic KR is one of the most used methods.55 Verho, O.; Bäckvall, J.-E.; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3996. From a synthetic point of view, the factors that make the resolution quite attractive are the availability of enzymes (hydrolases), the possibility of reaction in organic media and the high rates of selectivity and activity towards a wide range of substrates. The kinetic resolution of racemic secondary alcohols in organic media is promoted through an enzyme-catalyzed enantioselective acylation of one enantiomer of the racemic mixture in the presence of an acyl donor.66 Chen, B.; Souza, F. Z. R.; RSC Adv. 2019, 9, 2102.

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    Lipases are the most used biocatalysts in this transesterification reaction.77 Gotor-Fernández, V.; Brieva, R.; Gotor, V.; J. Mol. Catal. B: Enzym. 2006, 40, 111.,88 Carvalho, A. C. L. M.; Fonseca, T. S.; de Mattos, M. C.; de Oliveira, M. D. F.; de Lemos, T. L. G.; Molinari, F.; Romano, D.; Serra, I.; Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 29682. The ester formed is optically active which can be hydrolyzed to the enantiopure alcohol. However, the main disadvantage of kinetic resolution is the maximum conversion of 50% since one of the enantiomers is reacted more quickly than the other. In order to circumvent the yield issue, the addition of a racemization agent in the resolution is an attractive method. This process is called dynamic kinetic resolution (DKR) and combines the enzyme-catalyzed kinetic resolution (KR) with the in situ racemization, providing the product as a single enantiomer in up to 100% yield (Scheme 1).99 de Miranda, A. S.; Miranda, L. S. M.; de Souza, R. O. M. A.; Biotechnol. Adv. 2015, 33, 372.

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    + + Scheme 1 +
    Dynamic kinetic resolution.
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    The racemization agents have the function of racemize the chiral unreacted reagent and are extensively investigated.22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. In the review article by Verho and Bäckvall,55 Verho, O.; Bäckvall, J.-E.; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3996. there are examples of metal complexes of Pd, Rh, Ir, Ru and V that have already been tested on various secondary alcohols. Metal salts have also shown the ability to racemize chiral alcohols. VOSO4, for example, has been used successfully in combination with the enzyme CALB in the DKR of some secondary alcohols.1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104. According to the authors, the racemization mechanism using vanadium salts is through the formation of benzyl carbocation, differently from the catalytic cycle of oxidation and reduction (e.g., the Shvo catalyst).33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. A disadvantage of most commercial racemization agents is their high cost, making their availability difficult. The Shvo catalyst,1111 Conley, B. L.; Pennington-Boggio, M. K.; Boz, E.; Williams, T. J.; Chem. Rev. 2010, 110, 2294. for example, is one of the most well-known catalysts used in racemization reactions, it costs around R$ 4.106,00 per 500 milligrams.1212 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/668281?lang=pt®ion=BR, accessed in March 2021.
    https://www.sigmaaldrich.com/catalog/pro... +
    In addition, many of these racemization catalysts need strong basic conditions or high heating to be activated, which can be considered a difficulty to be faced, considering that these conditions can inhibit enzymatic activity.22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. In the case of VOSO4, dynamic kinetic resolution was only possible with the use of long chain esters as a transesterification agent and at relatively high temperatures (80 °C).33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. Despite several reports in literature on DKR, there are still challenges to overcome in this field such as compatibility of racemization agents with enzymes and environmental issues, high cost and the harsh conditions which can be harmful to enzymes.

    +

    A metal that has aroused local interest is niobium, since Brazil has 98% of the world’s reserve of this metal.1313 Alves, A. R.; Coutinho, A. R.; Mater. Res. 2015, 18, 106. The niobium compounds have several applications in various organic reactions and therefore should not be overlooked.1414 Lacerda, V.; dos Santos, D. A.; da Silva, L. C.; Greco, S. J.; dos Santos, R. B.; Aldrichimica Acta 2012, 45, 19; Satoh, Y.; Obora, Y.; Eur. J. Org. Chem. 2015, 5041. The most commonly used niobium compound as efficient Lewis acid is niobium pentachloride (NbCl5). A variety of applications of NbCl5 in organic synthesis have been reported, for example, in Diels-Alder reactions, multicomponent reactions (MCR), one-pot reactions, among others.1515 Rodrigues, S. M. M.; Previdi, D.; Baviera, G. S.; Matias, A. A.; Donate, P. M.; Synthesis 2019, 51, 4498.,1616 Arpini, B. H.; Bartolomeu, A. A.; Andrade, C. K. Z.; Silva-Filho, L. C.; Lacerda, V.; Curr. Org. Synth. 2015, 12, 570. Furthermore, the niobium oxide salts (NbOX) are also interesting for synthetic purposes. For instance, niobium pentoxide (Nb2O5) is considered a useful catalyst for oxidation and dehydration reactions, rearrangements and photocatalysis.1616 Arpini, B. H.; Bartolomeu, A. A.; Andrade, C. K. Z.; Silva-Filho, L. C.; Lacerda, V.; Curr. Org. Synth. 2015, 12, 570. Niobium phosphate (NbOPO4) catalyzes esterification reactions,1717 Rade, L. L.; Lemos, C. O. T.; Barrozo, M. A. S.; Ribas, R. M.; Monteiro, R. S.; Hori, C. E.; Renewable Energy 2019, 131, 348. the synthesis of quinoline derivatives1818 Jin, J.; Guidi, S.; Abada, Z.; Amara, Z.; Selva, M.; George, M. W.; Poliakoff, M.; Green Chem. 2017, 19, 2439. and lactic acid.1919 Wang, X.; Song, Y.; Huang, C.; Wang, B.; Sustainable Energy Fuels 2018, 2, 1530. The use of ammonium niobium oxalate is more recent and has proved to be an efficient catalyst for the synthesis of 2-arylbenzothiazoles and 3-aryl-2H-benzo[b] [1,4]benzoxazin-2-ones,2020 Penteado, F.; Vieira, M. M.; Perin, G.; Alves, D.; Jacob, R. G.; Santi, C.; Lenardão, E. J.; Green Chem. 2016, 18, 6675. as well as for the synthesis of 3-arylquinoxalin-2(1H)-ones.2121 Ebersol, C.; Rocha, N.; Penteado, F.; Silva, M. S.; Hartwig, D.; Lenardão, E. J.; Jacob, R. G.; Green Chem. 2019, 21, 6154.

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    In a comparative way, still regarding the use of vanadium salts as a racemization agent, we believe that the use of niobium salts could play the same role. According to the literature, there are similarities in terms of oxophilicity2222 Kepp, K. P.; Inorg. Chem. 2016, 55, 9461. and acidity (already mentioned use as Lewis acid). Also, there are precedents that the mechanism of formation of benzyl carbocation seen with vanadium salts, could happen with niobium salts. Yadav et al.2323 Yadav, J. S.; Bhunia, D. C.; Krishna, K. V.; Srihari, P.; Tetrahedron Lett. 2007, 48, 8306. reported the nucleophilic substitution reactions of benzylic alcohols catalyzed by NbCl5, probably by a carbocation mechanism. To the best of our knowledge, there is no report on the use of these Nb compounds in the racemization process in DKR. Thus, this work reports the dynamic kinetic resolution of secondary alcohols using niobium catalyst as a racemization agent.

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    Experimental

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    General

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    Solvents were purchased from Synth (reagent grade, Diadema, Brazil) and used without further purification. Lipase B (CALB) from Candida antarctica lipase (Novozym-435) was purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, USA). Niobium salts (NbOPO4.nH2O, Nb2O5.nH2O, NbCl5 and NH4[NbO(C2O4)(H2O)x].nH2O) was gently donated by Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) (Araxá, Brazil) through Prof Mirela Inês de Sairre (UFABC-CCNH). Mixing and heating of Falcon and glass tubes were made in a Thermomixer® (Eppendorf, Hamburg, Germany). Analytical thin-layer chromatography (TLC) was performed with aluminum-backed silica plates coated with a 0.25 mm thickness of silica gel 60 F254 (Merck, Darmstadt, Germany), exposure to vanillin or potassium permanganate solution and heating. Column chromatography separations were followed using 35-70 mm (240-400 mesh) silica gel purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, USA). Chiral gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID) analyses were recorded on a 450-GC (Varian, Palo Alto, USA) with a Chiralsil-Dex CB β-cyclodextrin (25 m × 0.25 mm) column using H2 as the carrier gas. Analysis method for chiral GC to determine the enantiomeric excess (ee) values of 1-phenylethanol was adopted from the literature, and the respective retention times are in agreement with the expected results described by Costa and Omori.2424 Costa, M. R.; Omori, A. T.; Food Technol. Biotechnol. 2017, 55, 231. The enantiomeric excess of 1-phenylethanol was calculated according to equation: E1E2/E1+E2×100, where E1 and E2 are the amount of enantiomers as determined by chiral GC analyses.

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    Synthesis of (rac)-1-phenylethanol

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    Synthesis of 1-phenylethanol for GC standard was prepared by reduction of the corresponding acetophenone with sodium borohydride in methanol. To a stirred solution of acetophenone (13.9 mmol, 1.67 g) in methanol (50 mL) at 0 °C, sodium borohydride (13.9 mmol, 529 mg) was added portion wise. After 20 min, the solvent was removed under reduced pressure and the crude product was suspended in ethyl acetate (100 mL). The organic phase was then washed (3 × 50 mL) with saturated solution of ammonium chloride. The organic phase was dried with anhydrous Na2SO4, filtered and concentrated under reduced pressure. After GC analysis, the product was applied without further purification.

    +

    Enzymatic kinetic resolution of 1-phenylethanol2525 Omori, A. T.; Assis, L. F.; Andrade, L. H.; Comasseto, J. V.; Porto, A. L. M.; Tetrahedron: Asymmetry 2007, 18, 1048. +

    +

    To a solution of racemic 1-phenylethanol (1) (13.5 mmol, 1.642 g) in hexane (80 mL), CALB lipase (250 mg) was added followed by a dropwise addition of vinyl acetate (27 mmol, 2.35 mL). The reaction was kept under orbital stirring at 180 rpm for 4 h. After filtration, the organic phase was concentrated under reduced pressure. The crude product was purified by column chromatography using hexane/ethyl acetate (9:1) as eluent. (R)-1-Phenylethyl acetate (2)(959 mg, isolated yield: 43%) (S)-1-phenylethanol (679 mg, isolated yield: 41%).

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    General procedure for racemization of (S)-1-phenylethanol

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    The corresponding niobium salt (50 mg) (Tables 1 to 4) was added in a 15 mL Falcon tube containing alcohol (S)-1-phenylethanol (0.24 mmol) dissolved in 6 mL of an appropriate solvent. The reaction was kept under stirring and heating for the time indicated (Tables 1 to 4). 100 μL aliquots for GC analysis were collected after 3, 6 and 24 h of reaction and diluted with 100 μL ethyl acetate in a 1.5 mL microtube. Chromatograms from chiral GC analysis were used to calculate conversion and enantiomeric excess (ee) values.

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    +Table 1
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using Nb saltsa
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    +Table 2
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) varying the quantity of NbOPO4.nH2Oa
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    +Table 3
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using NbOPO4.nH2O, in different temperaturesa
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    +Table 4
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using NbOPO4.nH2O, in different solventsa
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    General procedure for DKR reaction

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    In a 15 mL glass tube with screw top cap, the lipase (10 mg) and the niobium salt (50 mg) were inserted into the tube separated by thin cotton layers. At the end, a solution of racemic 1-phenylethanol (0.24 mmol, 30 mg) in toluene (6 mL) was added followed by vinyl acetate (1 mmol, 86 mg). The tube was closed and the reaction was stirred at 700 rpm at 60 °C. Aliquots were collected after the time indicated in the Tables 5 and 6. Chromatograms from chiral GC analysis were used to calculate conversion and ee values.

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    + +
    +Table 5
    Chromatographic yields of DKR reaction with both catalysts separated in two glass flasksa
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    +Table 6
    Chromatographic yields of DKR reaction with both catalysts separated by thin cotton layer in a single bottom glass flaska
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    Results and Discussion

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    Racemization reaction

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    Initially, we focused on the optimization of conditions for the racemization of chiral 1-phenylethanol. For this purpose, four available niobium salts were screened for their activity with compound 1 in toluene at 60 °C. The enantiomeric excesses of 1 were measured after 3 and 24 h, and the results are summarized in Table 1.

    +

    Among all Nb salts examined, NbOPO4.nH2O showed the highest activity for the racemization of (S)-1-phenylethanol, giving 0% ee in 24 h of reaction (Table 1, entry 2). Possible byproduct formation was observed in the reaction using NbCl5. In this case, GC analysis after 24 h did not indicate the presence of starting material (entry 4). NbCl5 hydrolyzes rapidly in contact with moisture, releasing HCl in the medium which may have contributed to possible 1-phenylethanol dehydration and styrene formation.2626 Bertero, N. M.; Trasarti, A. F.; Apesteguía, C. R.; Marchi, A. J.; Appl. Catal., A 2013, 458, 28. This screening result corroborates with the higher catalytic activity of niobium phosphates observed by Bassan et al.2727 Bassan, I. A. L.; Nascimento, D. R.; Gil, R. A. S. S.; Silva, M. I. P.; Moreira, C. R.; Gonzalez, W. A.; Faro Jr., A. C.; Onfroy, T.; Latchter, E. R.; Fuel Process. Technol. 2013, 106, 619. The authors also pointed that niobium phosphate presents higher concentration of Brønsted acid sites than the niobium oxide. The niobium oxide phosphate hydrate (NbOPO4.nH2O) was then selected for further investigation.

    +

    Next, the effect of catalyst amount was evaluated in the racemization of (S)-1-phenylethanol catalyzed by niobium phosphate. Catalyst loadings from 10 to 200 mg were selected and the results were presented in Table 2.

    +

    A small decrease of ee was observed when 10 mg of niobium phosphate was used (Table 2, entry 1) even after 24 h of reaction, indicating the necessity of higher quantities. The amount of 50 mg of niobium phosphate was chosen for further experiments. Besides the high activity with 100 mg of catalyst (entry 3), the reaction mixture presented a slurry aspect which could also compromise the DKR setup. Also, above the amount of 50 mg, we noticed the formation of a byproduct after 24 h of reaction (entries 3 to 5). In order to detect possible interferences in the reaction, we observed later that this byproduct is generated from the plastic Falcon tube in contact with warm toluene. Indeed, further tests with glass tubes indicated that there is no formation of this byproduct.

    +

    Next step was to evaluate the ideal temperature for the racemization. In this case, the reaction was conducted at 20, 40 and 60 °C. The results are summarized in Table 3.

    +

    The enantiomeric excess of the reaction at 60 °C (entry 3) was smaller than the reactions at 20 and 40 °C (entries 1 and 2). As expected, the heating affects the reaction kinetics and thus the temperature at 60 °C was preferred for subsequent reactions. Reactions above 60 °C were not conducted for safety issues since the solvent used is volatile and to avoid energy waste. Besides, very high temperatures can compromise the efficiency of the lipases to be tested in DKR.

    +

    In a recent report by Milagre and co-workers,2828 Almeida, L. A.; Marcondes, T. H.; Milagre, C. D. F.; Milagre, H. M. S.; ChemCatChem 2020, 12, 2849. the VOSO4 catalyzed racemization of (S)-1-phenylethanol is faster at 80 °C but a byproduct formation was also observed. They concluded that decreasing the temperature resulted in better selectivity.

    +

    The effect of the solvent was also evaluated in the racemization of (S)-1. Using the optimized conditions (60 °C, 50 mg of NbOPO4.nH2O), five common solvents for DKR were tested (Table 4).

    +

    The control reaction (entry 1) gave undesired high values of ee. We attribute this lower performance due to lower reaction scale (less than 5 μL of starting material was used). Differently from toluene, the other solvents tested in this screening gave poor results. In the case of tetrahydrofuran (THF) and diethyl ether, we faced difficulties to maintain the solvent at 60 °C. Besides, based on the inertness with dioxane, we believe the oxygenated solvents are not suitable due to the oxyphilic character of niobium. Thus, we chose toluene not only because of the high boiling point but also because it provided the best performance of the deracemization reaction.

    +

    DKR reaction

    +

    With the optimized racemization conditions in hands, the next step was to provide a suitable setup for DKR using niobium phosphate as a racemization catalyst. CALB (Novozym-435) was the lipase of choice because of the high reproducibility and the vast literature applying this enzyme for resolution of 1-phenylethanol.2929 Enantioselective acylation of 1-phenylethanol with vinyl acetate in the presence of CALB is considered a model reaction for alcohol resolution, see de los Ríos, A. P.; van Ranjwijk, F.; Sheldon, R. A.; Green Chem. 2012, 14, 1584; Mittersteiner, M.; Machado, T. M.; de Jesus, P. C.; Brondani, P. B.; Scharf, D. R.; Wendhausen Jr., R.; J. Braz. Chem. Soc. 2017, 28, 1185. Initial attempts for DKR reaction were carried out mixing all reagents (rac-1-phenylethanol, CALB, niobium phosphate, vinyl acetate and toluene) in a glass tube. In this case, only traces of the desired acetate were observed even after 6 h of reaction.

    +

    To verify a possible inhibition of the biocatalyst by the niobium salt, another experiment was carried out with the lipase and NbOPO4 in different glass flask and the reaction medium (supernatant) was transferred from time to time from one flask to another. The results are summarized in Table 5.

    +

    According to the Table 5, it is evident that the combination of both reactions (racemization and kinetic resolution) is feasible and the niobium salt is reusable. However, due to the long reaction time for racemization, it was necessary 74 h to achieve the desired chiral acetate (R)-2 in 92% of conversion and 83% ee (entry 14). This long reaction time is associated to the fact both reactions occurred separately. Nevertheless, similarly to Wuyts et al.1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104. and Milagre and co-workers2828 Almeida, L. A.; Marcondes, T. H.; Milagre, C. D. F.; Milagre, H. M. S.; ChemCatChem 2020, 12, 2849. reports, this result shows a direct evidence for the necessity to physically separate the lipase and the niobium oxide phosphate hydrate.

    +

    In order to decrease the reaction time and simultaneously maintain the separation of the catalysts, a different setup was necessary. Attempts to use an inner glass tube filled with one of the catalysts capped with cotton caused leak issues. Thus, a setup similar to a fixed bed system developed by Souza and co-workers3030 Miranda, A. S.; Silva, M. V. M.; Dias, F. C.; Souza, S. P.; Leão, R. A. C.; Souza, R. O. M. A.; React. Chem. Eng. 2017, 2, 375. was adapted. In this case, both the CALB and the NbOPO4 were added separated by thin cotton layers at the bottom of a single reaction tube. The results are summarized in Table 6. Two different flasks were prepared, flasks A and B, which the sequence of the CALB and NbOPO4 were alternated.

    +

    Considering the first 4 h of reaction, the flask B produced more (R)-1-phenylethyl acetate (2) than flask A. However, after 6 h the conversion to compound 2 is higher in flask A. Since the enzymatic resolution is faster than the racemization, we presume when the lipase is in the upper layer, the enzymatic resolution prevails since the enantiomeric excess of the 1-phenylethanol is relatively higher during the reaction. On the other hand, when the niobium salt is in the upper layer, the enantiomeric excess of the starting material is maintained relatively low all over the reaction.

    +

    After 24 h, we obtained the same result to the last setup (92% conversion and 85% ee). Both flasks furnished the desired acetate in excellent value of conversion and good enantiomeric excess. Nonetheless, the flask A was considered a better setup because we could isolate 25 mg of crude product after solvent removal, while for flask B, we obtained only 5 mg.

    +

    In comparison to the DKR reactions published using VOSO4,1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104.,2727 Bassan, I. A. L.; Nascimento, D. R.; Gil, R. A. S. S.; Silva, M. I. P.; Moreira, C. R.; Gonzalez, W. A.; Faro Jr., A. C.; Onfroy, T.; Latchter, E. R.; Fuel Process. Technol. 2013, 106, 619. this long time (24 h) presented in this work would suggests a drawback. However, the use of NbOPO4 as racemizing reagent gave better values of conversion and ee with vinyl acetate as acyl donor.

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    Conclusions

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    In conclusion, this new intriguing reactivity of niobium phosphate reinforces the strategic importance of continuing to investigate this important metal, considered almost exclusive in the Brazilian territory. Similar reactivity with vanadium in racemization of (S)-1-phenylethanol was observed. More studies regarding the substrate tolerance, benzyl cation mechanism, acyl donor influence and scalability are ongoing in our research group.

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      + Supplementary Information +
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      Supplementary information (chromatograms from chiral GC analysis) is available free of charge at http://jbcs.sbq.org.br as PDF file.
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    Acknowledgments

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    We express our gratitude to FAPESP (grant ID is 2017/18007-2) for financial support.

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    References

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      » https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/668281?lang=pt®ion=BR +
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    • +27
      Bassan, I. A. L.; Nascimento, D. R.; Gil, R. A. S. S.; Silva, M. I. P.; Moreira, C. R.; Gonzalez, W. A.; Faro Jr., A. C.; Onfroy, T.; Latchter, E. R.; Fuel Process. Technol. 2013, 106, 619.
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    • +28
      Almeida, L. A.; Marcondes, T. H.; Milagre, C. D. F.; Milagre, H. M. S.; ChemCatChem 2020, 12, 2849.
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    • +29
      Enantioselective acylation of 1-phenylethanol with vinyl acetate in the presence of CALB is considered a model reaction for alcohol resolution, see de los Ríos, A. P.; van Ranjwijk, F.; Sheldon, R. A.; Green Chem. 2012, 14, 1584; Mittersteiner, M.; Machado, T. M.; de Jesus, P. C.; Brondani, P. B.; Scharf, D. R.; Wendhausen Jr., R.; J. Braz. Chem. Soc. 2017, 28, 1185.
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    • +30
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      01 Oct 2021
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    • +Date of issue
      Oct 2021
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    History

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    • +Received
      11 Apr 2021
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    • +Accepted
      14 June 2021
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/image_in_table/img_in_table.en.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/image_in_table/img_in_table.en.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..bd792e4ab --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/image_in_table/img_in_table.en.3_0.html @@ -0,0 +1,1092 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Lipase-Mediated Dynamic Kinetic Resolution of 1-Phenylethanol Using Niobium Salts as Racemization Agents +

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    + + + + +About the authors +
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    Abstract

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    In this work, a racemization method of (S)-1-phenylethanol by niobium salts was developed. Among the salts available, the niobium phosphate hydrate (NbOPO4.nH2O) reduced the enantiomeric excess (ee) of the chiral alcohol from 95 to 0% after 24 h at 60 ºC in toluene. This new racemization agent was combined with a lipase (CALB) in order to achieve a chemoenzymatic dynamic kinetic resolution (DKR). Experiments demonstrated that the DKR process is feasible and the corresponding (R)-1-phenylethyl acetate was obtained with 92% conversion and 85% ee.

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    Keywords:
    niobium; dynamic kinetic resolution; biocatalysis; racemization agent

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    Introduction

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    Enantiomerically enriched alcohols are important building blocks in the synthesis of several chiral biologically active compounds for pharmaceuticals, agrochemicals, food products.11 Calcaterra, A.; D’Acquarica, I.; J. Pharm. Biomed. Anal. 2018, 147, 323; Jeschke, P.; Pest Manage. Sci. 2018, 74, 2389. In the literature, the chromatographic separation of racemates,22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. the chemo- and biocatalytic stereoselective reduction from ketones33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. and the kinetic resolution (KR)44 Pellissier, H.; Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 1613. of secondary alcohols are examples of methodologies that have been explored for their preparation.

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    Among the biocatalytic methods to obtain such chiral secondary alcohols, the enzymatic KR is one of the most used methods.55 Verho, O.; Bäckvall, J.-E.; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3996. From a synthetic point of view, the factors that make the resolution quite attractive are the availability of enzymes (hydrolases), the possibility of reaction in organic media and the high rates of selectivity and activity towards a wide range of substrates. The kinetic resolution of racemic secondary alcohols in organic media is promoted through an enzyme-catalyzed enantioselective acylation of one enantiomer of the racemic mixture in the presence of an acyl donor.66 Chen, B.; Souza, F. Z. R.; RSC Adv. 2019, 9, 2102.

    +

    Lipases are the most used biocatalysts in this transesterification reaction.77 Gotor-Fernández, V.; Brieva, R.; Gotor, V.; J. Mol. Catal. B: Enzym. 2006, 40, 111.,88 Carvalho, A. C. L. M.; Fonseca, T. S.; de Mattos, M. C.; de Oliveira, M. D. F.; de Lemos, T. L. G.; Molinari, F.; Romano, D.; Serra, I.; Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 29682. The ester formed is optically active which can be hydrolyzed to the enantiopure alcohol. However, the main disadvantage of kinetic resolution is the maximum conversion of 50% since one of the enantiomers is reacted more quickly than the other. In order to circumvent the yield issue, the addition of a racemization agent in the resolution is an attractive method. This process is called dynamic kinetic resolution (DKR) and combines the enzyme-catalyzed kinetic resolution (KR) with the in situ racemization, providing the product as a single enantiomer in up to 100% yield (Scheme 1).99 de Miranda, A. S.; Miranda, L. S. M.; de Souza, R. O. M. A.; Biotechnol. Adv. 2015, 33, 372.

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    + + Scheme 1 +
    Dynamic kinetic resolution.
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    The racemization agents have the function of racemize the chiral unreacted reagent and are extensively investigated.22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. In the review article by Verho and Bäckvall,55 Verho, O.; Bäckvall, J.-E.; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3996. there are examples of metal complexes of Pd, Rh, Ir, Ru and V that have already been tested on various secondary alcohols. Metal salts have also shown the ability to racemize chiral alcohols. VOSO4, for example, has been used successfully in combination with the enzyme CALB in the DKR of some secondary alcohols.1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104. According to the authors, the racemization mechanism using vanadium salts is through the formation of benzyl carbocation, differently from the catalytic cycle of oxidation and reduction (e.g., the Shvo catalyst).33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. A disadvantage of most commercial racemization agents is their high cost, making their availability difficult. The Shvo catalyst,1111 Conley, B. L.; Pennington-Boggio, M. K.; Boz, E.; Williams, T. J.; Chem. Rev. 2010, 110, 2294. for example, is one of the most well-known catalysts used in racemization reactions, it costs around R$ 4.106,00 per 500 milligrams.1212 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/668281?lang=pt®ion=BR, accessed in March 2021.
    https://www.sigmaaldrich.com/catalog/pro... +
    In addition, many of these racemization catalysts need strong basic conditions or high heating to be activated, which can be considered a difficulty to be faced, considering that these conditions can inhibit enzymatic activity.22 Shen, J.; Okamoto, Y.; Chem. Rev. 2016, 116, 1094. In the case of VOSO4, dynamic kinetic resolution was only possible with the use of long chain esters as a transesterification agent and at relatively high temperatures (80 °C).33 Ni, Y.; Xu, J.-H.; Biotechnol. Adv. 2012, 30, 1279. Despite several reports in literature on DKR, there are still challenges to overcome in this field such as compatibility of racemization agents with enzymes and environmental issues, high cost and the harsh conditions which can be harmful to enzymes.

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    A metal that has aroused local interest is niobium, since Brazil has 98% of the world’s reserve of this metal.1313 Alves, A. R.; Coutinho, A. R.; Mater. Res. 2015, 18, 106. The niobium compounds have several applications in various organic reactions and therefore should not be overlooked.1414 Lacerda, V.; dos Santos, D. A.; da Silva, L. C.; Greco, S. J.; dos Santos, R. B.; Aldrichimica Acta 2012, 45, 19; Satoh, Y.; Obora, Y.; Eur. J. Org. Chem. 2015, 5041. The most commonly used niobium compound as efficient Lewis acid is niobium pentachloride (NbCl5). A variety of applications of NbCl5 in organic synthesis have been reported, for example, in Diels-Alder reactions, multicomponent reactions (MCR), one-pot reactions, among others.1515 Rodrigues, S. M. M.; Previdi, D.; Baviera, G. S.; Matias, A. A.; Donate, P. M.; Synthesis 2019, 51, 4498.,1616 Arpini, B. H.; Bartolomeu, A. A.; Andrade, C. K. Z.; Silva-Filho, L. C.; Lacerda, V.; Curr. Org. Synth. 2015, 12, 570. Furthermore, the niobium oxide salts (NbOX) are also interesting for synthetic purposes. For instance, niobium pentoxide (Nb2O5) is considered a useful catalyst for oxidation and dehydration reactions, rearrangements and photocatalysis.1616 Arpini, B. H.; Bartolomeu, A. A.; Andrade, C. K. Z.; Silva-Filho, L. C.; Lacerda, V.; Curr. Org. Synth. 2015, 12, 570. Niobium phosphate (NbOPO4) catalyzes esterification reactions,1717 Rade, L. L.; Lemos, C. O. T.; Barrozo, M. A. S.; Ribas, R. M.; Monteiro, R. S.; Hori, C. E.; Renewable Energy 2019, 131, 348. the synthesis of quinoline derivatives1818 Jin, J.; Guidi, S.; Abada, Z.; Amara, Z.; Selva, M.; George, M. W.; Poliakoff, M.; Green Chem. 2017, 19, 2439. and lactic acid.1919 Wang, X.; Song, Y.; Huang, C.; Wang, B.; Sustainable Energy Fuels 2018, 2, 1530. The use of ammonium niobium oxalate is more recent and has proved to be an efficient catalyst for the synthesis of 2-arylbenzothiazoles and 3-aryl-2H-benzo[b] [1,4]benzoxazin-2-ones,2020 Penteado, F.; Vieira, M. M.; Perin, G.; Alves, D.; Jacob, R. G.; Santi, C.; Lenardão, E. J.; Green Chem. 2016, 18, 6675. as well as for the synthesis of 3-arylquinoxalin-2(1H)-ones.2121 Ebersol, C.; Rocha, N.; Penteado, F.; Silva, M. S.; Hartwig, D.; Lenardão, E. J.; Jacob, R. G.; Green Chem. 2019, 21, 6154.

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    In a comparative way, still regarding the use of vanadium salts as a racemization agent, we believe that the use of niobium salts could play the same role. According to the literature, there are similarities in terms of oxophilicity2222 Kepp, K. P.; Inorg. Chem. 2016, 55, 9461. and acidity (already mentioned use as Lewis acid). Also, there are precedents that the mechanism of formation of benzyl carbocation seen with vanadium salts, could happen with niobium salts. Yadav et al.2323 Yadav, J. S.; Bhunia, D. C.; Krishna, K. V.; Srihari, P.; Tetrahedron Lett. 2007, 48, 8306. reported the nucleophilic substitution reactions of benzylic alcohols catalyzed by NbCl5, probably by a carbocation mechanism. To the best of our knowledge, there is no report on the use of these Nb compounds in the racemization process in DKR. Thus, this work reports the dynamic kinetic resolution of secondary alcohols using niobium catalyst as a racemization agent.

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    Experimental

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    General

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    Solvents were purchased from Synth (reagent grade, Diadema, Brazil) and used without further purification. Lipase B (CALB) from Candida antarctica lipase (Novozym-435) was purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, USA). Niobium salts (NbOPO4.nH2O, Nb2O5.nH2O, NbCl5 and NH4[NbO(C2O4)(H2O)x].nH2O) was gently donated by Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) (Araxá, Brazil) through Prof Mirela Inês de Sairre (UFABC-CCNH). Mixing and heating of Falcon and glass tubes were made in a Thermomixer® (Eppendorf, Hamburg, Germany). Analytical thin-layer chromatography (TLC) was performed with aluminum-backed silica plates coated with a 0.25 mm thickness of silica gel 60 F254 (Merck, Darmstadt, Germany), exposure to vanillin or potassium permanganate solution and heating. Column chromatography separations were followed using 35-70 mm (240-400 mesh) silica gel purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, USA). Chiral gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID) analyses were recorded on a 450-GC (Varian, Palo Alto, USA) with a Chiralsil-Dex CB β-cyclodextrin (25 m × 0.25 mm) column using H2 as the carrier gas. Analysis method for chiral GC to determine the enantiomeric excess (ee) values of 1-phenylethanol was adopted from the literature, and the respective retention times are in agreement with the expected results described by Costa and Omori.2424 Costa, M. R.; Omori, A. T.; Food Technol. Biotechnol. 2017, 55, 231. The enantiomeric excess of 1-phenylethanol was calculated according to equation: E1E2/E1+E2×100, where E1 and E2 are the amount of enantiomers as determined by chiral GC analyses.

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    Synthesis of (rac)-1-phenylethanol

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    Synthesis of 1-phenylethanol for GC standard was prepared by reduction of the corresponding acetophenone with sodium borohydride in methanol. To a stirred solution of acetophenone (13.9 mmol, 1.67 g) in methanol (50 mL) at 0 °C, sodium borohydride (13.9 mmol, 529 mg) was added portion wise. After 20 min, the solvent was removed under reduced pressure and the crude product was suspended in ethyl acetate (100 mL). The organic phase was then washed (3 × 50 mL) with saturated solution of ammonium chloride. The organic phase was dried with anhydrous Na2SO4, filtered and concentrated under reduced pressure. After GC analysis, the product was applied without further purification.

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    Enzymatic kinetic resolution of 1-phenylethanol2525 Omori, A. T.; Assis, L. F.; Andrade, L. H.; Comasseto, J. V.; Porto, A. L. M.; Tetrahedron: Asymmetry 2007, 18, 1048. +

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    To a solution of racemic 1-phenylethanol (1) (13.5 mmol, 1.642 g) in hexane (80 mL), CALB lipase (250 mg) was added followed by a dropwise addition of vinyl acetate (27 mmol, 2.35 mL). The reaction was kept under orbital stirring at 180 rpm for 4 h. After filtration, the organic phase was concentrated under reduced pressure. The crude product was purified by column chromatography using hexane/ethyl acetate (9:1) as eluent. (R)-1-Phenylethyl acetate (2)(959 mg, isolated yield: 43%) (S)-1-phenylethanol (679 mg, isolated yield: 41%).

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    General procedure for racemization of (S)-1-phenylethanol

    +

    The corresponding niobium salt (50 mg) (Tables 1 to 4) was added in a 15 mL Falcon tube containing alcohol (S)-1-phenylethanol (0.24 mmol) dissolved in 6 mL of an appropriate solvent. The reaction was kept under stirring and heating for the time indicated (Tables 1 to 4). 100 μL aliquots for GC analysis were collected after 3, 6 and 24 h of reaction and diluted with 100 μL ethyl acetate in a 1.5 mL microtube. Chromatograms from chiral GC analysis were used to calculate conversion and enantiomeric excess (ee) values.

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    +Table 1
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using Nb saltsa
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    +Table 2
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) varying the quantity of NbOPO4.nH2Oa
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    +Table 3
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using NbOPO4.nH2O, in different temperaturesa
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    +Table 4
    Racemization of (S)-1-phenylethanol (1) using NbOPO4.nH2O, in different solventsa
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    General procedure for DKR reaction

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    In a 15 mL glass tube with screw top cap, the lipase (10 mg) and the niobium salt (50 mg) were inserted into the tube separated by thin cotton layers. At the end, a solution of racemic 1-phenylethanol (0.24 mmol, 30 mg) in toluene (6 mL) was added followed by vinyl acetate (1 mmol, 86 mg). The tube was closed and the reaction was stirred at 700 rpm at 60 °C. Aliquots were collected after the time indicated in the Tables 5 and 6. Chromatograms from chiral GC analysis were used to calculate conversion and ee values.

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    +Table 5
    Chromatographic yields of DKR reaction with both catalysts separated in two glass flasksa
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    +Table 6
    Chromatographic yields of DKR reaction with both catalysts separated by thin cotton layer in a single bottom glass flaska
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    Results and Discussion

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    Racemization reaction

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    Initially, we focused on the optimization of conditions for the racemization of chiral 1-phenylethanol. For this purpose, four available niobium salts were screened for their activity with compound 1 in toluene at 60 °C. The enantiomeric excesses of 1 were measured after 3 and 24 h, and the results are summarized in Table 1.

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    Among all Nb salts examined, NbOPO4.nH2O showed the highest activity for the racemization of (S)-1-phenylethanol, giving 0% ee in 24 h of reaction (Table 1, entry 2). Possible byproduct formation was observed in the reaction using NbCl5. In this case, GC analysis after 24 h did not indicate the presence of starting material (entry 4). NbCl5 hydrolyzes rapidly in contact with moisture, releasing HCl in the medium which may have contributed to possible 1-phenylethanol dehydration and styrene formation.2626 Bertero, N. M.; Trasarti, A. F.; Apesteguía, C. R.; Marchi, A. J.; Appl. Catal., A 2013, 458, 28. This screening result corroborates with the higher catalytic activity of niobium phosphates observed by Bassan et al.2727 Bassan, I. A. L.; Nascimento, D. R.; Gil, R. A. S. S.; Silva, M. I. P.; Moreira, C. R.; Gonzalez, W. A.; Faro Jr., A. C.; Onfroy, T.; Latchter, E. R.; Fuel Process. Technol. 2013, 106, 619. The authors also pointed that niobium phosphate presents higher concentration of Brønsted acid sites than the niobium oxide. The niobium oxide phosphate hydrate (NbOPO4.nH2O) was then selected for further investigation.

    +

    Next, the effect of catalyst amount was evaluated in the racemization of (S)-1-phenylethanol catalyzed by niobium phosphate. Catalyst loadings from 10 to 200 mg were selected and the results were presented in Table 2.

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    A small decrease of ee was observed when 10 mg of niobium phosphate was used (Table 2, entry 1) even after 24 h of reaction, indicating the necessity of higher quantities. The amount of 50 mg of niobium phosphate was chosen for further experiments. Besides the high activity with 100 mg of catalyst (entry 3), the reaction mixture presented a slurry aspect which could also compromise the DKR setup. Also, above the amount of 50 mg, we noticed the formation of a byproduct after 24 h of reaction (entries 3 to 5). In order to detect possible interferences in the reaction, we observed later that this byproduct is generated from the plastic Falcon tube in contact with warm toluene. Indeed, further tests with glass tubes indicated that there is no formation of this byproduct.

    +

    Next step was to evaluate the ideal temperature for the racemization. In this case, the reaction was conducted at 20, 40 and 60 °C. The results are summarized in Table 3.

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    The enantiomeric excess of the reaction at 60 °C (entry 3) was smaller than the reactions at 20 and 40 °C (entries 1 and 2). As expected, the heating affects the reaction kinetics and thus the temperature at 60 °C was preferred for subsequent reactions. Reactions above 60 °C were not conducted for safety issues since the solvent used is volatile and to avoid energy waste. Besides, very high temperatures can compromise the efficiency of the lipases to be tested in DKR.

    +

    In a recent report by Milagre and co-workers,2828 Almeida, L. A.; Marcondes, T. H.; Milagre, C. D. F.; Milagre, H. M. S.; ChemCatChem 2020, 12, 2849. the VOSO4 catalyzed racemization of (S)-1-phenylethanol is faster at 80 °C but a byproduct formation was also observed. They concluded that decreasing the temperature resulted in better selectivity.

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    The effect of the solvent was also evaluated in the racemization of (S)-1. Using the optimized conditions (60 °C, 50 mg of NbOPO4.nH2O), five common solvents for DKR were tested (Table 4).

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    The control reaction (entry 1) gave undesired high values of ee. We attribute this lower performance due to lower reaction scale (less than 5 μL of starting material was used). Differently from toluene, the other solvents tested in this screening gave poor results. In the case of tetrahydrofuran (THF) and diethyl ether, we faced difficulties to maintain the solvent at 60 °C. Besides, based on the inertness with dioxane, we believe the oxygenated solvents are not suitable due to the oxyphilic character of niobium. Thus, we chose toluene not only because of the high boiling point but also because it provided the best performance of the deracemization reaction.

    +

    DKR reaction

    +

    With the optimized racemization conditions in hands, the next step was to provide a suitable setup for DKR using niobium phosphate as a racemization catalyst. CALB (Novozym-435) was the lipase of choice because of the high reproducibility and the vast literature applying this enzyme for resolution of 1-phenylethanol.2929 Enantioselective acylation of 1-phenylethanol with vinyl acetate in the presence of CALB is considered a model reaction for alcohol resolution, see de los Ríos, A. P.; van Ranjwijk, F.; Sheldon, R. A.; Green Chem. 2012, 14, 1584; Mittersteiner, M.; Machado, T. M.; de Jesus, P. C.; Brondani, P. B.; Scharf, D. R.; Wendhausen Jr., R.; J. Braz. Chem. Soc. 2017, 28, 1185. Initial attempts for DKR reaction were carried out mixing all reagents (rac-1-phenylethanol, CALB, niobium phosphate, vinyl acetate and toluene) in a glass tube. In this case, only traces of the desired acetate were observed even after 6 h of reaction.

    +

    To verify a possible inhibition of the biocatalyst by the niobium salt, another experiment was carried out with the lipase and NbOPO4 in different glass flask and the reaction medium (supernatant) was transferred from time to time from one flask to another. The results are summarized in Table 5.

    +

    According to the Table 5, it is evident that the combination of both reactions (racemization and kinetic resolution) is feasible and the niobium salt is reusable. However, due to the long reaction time for racemization, it was necessary 74 h to achieve the desired chiral acetate (R)-2 in 92% of conversion and 83% ee (entry 14). This long reaction time is associated to the fact both reactions occurred separately. Nevertheless, similarly to Wuyts et al.1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104. and Milagre and co-workers2828 Almeida, L. A.; Marcondes, T. H.; Milagre, C. D. F.; Milagre, H. M. S.; ChemCatChem 2020, 12, 2849. reports, this result shows a direct evidence for the necessity to physically separate the lipase and the niobium oxide phosphate hydrate.

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    In order to decrease the reaction time and simultaneously maintain the separation of the catalysts, a different setup was necessary. Attempts to use an inner glass tube filled with one of the catalysts capped with cotton caused leak issues. Thus, a setup similar to a fixed bed system developed by Souza and co-workers3030 Miranda, A. S.; Silva, M. V. M.; Dias, F. C.; Souza, S. P.; Leão, R. A. C.; Souza, R. O. M. A.; React. Chem. Eng. 2017, 2, 375. was adapted. In this case, both the CALB and the NbOPO4 were added separated by thin cotton layers at the bottom of a single reaction tube. The results are summarized in Table 6. Two different flasks were prepared, flasks A and B, which the sequence of the CALB and NbOPO4 were alternated.

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    Considering the first 4 h of reaction, the flask B produced more (R)-1-phenylethyl acetate (2) than flask A. However, after 6 h the conversion to compound 2 is higher in flask A. Since the enzymatic resolution is faster than the racemization, we presume when the lipase is in the upper layer, the enzymatic resolution prevails since the enantiomeric excess of the 1-phenylethanol is relatively higher during the reaction. On the other hand, when the niobium salt is in the upper layer, the enantiomeric excess of the starting material is maintained relatively low all over the reaction.

    +

    After 24 h, we obtained the same result to the last setup (92% conversion and 85% ee). Both flasks furnished the desired acetate in excellent value of conversion and good enantiomeric excess. Nonetheless, the flask A was considered a better setup because we could isolate 25 mg of crude product after solvent removal, while for flask B, we obtained only 5 mg.

    +

    In comparison to the DKR reactions published using VOSO4,1010 Wuyts, S.; Wahlen, J.; Jacobs, P. A.; de Vos, D. E.; Green Chem. 2007, 9, 1104.,2727 Bassan, I. A. L.; Nascimento, D. R.; Gil, R. A. S. S.; Silva, M. I. P.; Moreira, C. R.; Gonzalez, W. A.; Faro Jr., A. C.; Onfroy, T.; Latchter, E. R.; Fuel Process. Technol. 2013, 106, 619. this long time (24 h) presented in this work would suggests a drawback. However, the use of NbOPO4 as racemizing reagent gave better values of conversion and ee with vinyl acetate as acyl donor.

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    Conclusions

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    In conclusion, this new intriguing reactivity of niobium phosphate reinforces the strategic importance of continuing to investigate this important metal, considered almost exclusive in the Brazilian territory. Similar reactivity with vanadium in racemization of (S)-1-phenylethanol was observed. More studies regarding the substrate tolerance, benzyl cation mechanism, acyl donor influence and scalability are ongoing in our research group.

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      + Supplementary Information +
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      Supplementary information (chromatograms from chiral GC analysis) is available free of charge at http://jbcs.sbq.org.br as PDF file.
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    Acknowledgments

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    We express our gratitude to FAPESP (grant ID is 2017/18007-2) for financial support.

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    References

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    • +29
      Enantioselective acylation of 1-phenylethanol with vinyl acetate in the presence of CALB is considered a model reaction for alcohol resolution, see de los Ríos, A. P.; van Ranjwijk, F.; Sheldon, R. A.; Green Chem. 2012, 14, 1584; Mittersteiner, M.; Machado, T. M.; de Jesus, P. C.; Brondani, P. B.; Scharf, D. R.; Wendhausen Jr., R.; J. Braz. Chem. Soc. 2017, 28, 1185.
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    • +30
      Miranda, A. S.; Silva, M. V. M.; Dias, F. C.; Souza, S. P.; Leão, R. A. C.; Souza, R. O. M. A.; React. Chem. Eng. 2017, 2, 375.
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      01 Oct 2021
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    • +Date of issue
      Oct 2021
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    History

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    • +Received
      11 Apr 2021
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    • +Accepted
      14 June 2021
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    + + + + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.2_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.2_0.html new file mode 100644 index 000000000..907bbf752 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.2_0.html @@ -0,0 +1,1016 @@ + + + + + + + + + + + +
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    +Impactos do Programa Bolsa Família no mercado de trabalho e na renda dos trabalhadores rurais +

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    Impacts of Bolsa Família program in the labor market and income of rural workers

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    + Rayssa Alexandre Costa Edward Martins Costa Francisca Zilania Mariano Daniella Medeiros Cavalcanti Sobre os autores +
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    Resumo:

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    O presente estudo avalia os efeitos do Programa Bolsa Família (PBF) no mercado de trabalho das famílias pobres que residem em áreas rurais do Brasil. Para a análise, foi utilizado o Censo Demográfico (2010) e duas metodologias: Balanceamento por Entropia e Efeito Quantílico de Tratamento (EQT), que verificam o efeito médio e ao longo da distribuição, respectivamente. Visando melhorar o equilíbrio entre o grupo de tratados e controle foi aplicado o algoritmo CEM, desenvolvido por Iacus, King e Porro (2009). Dessa forma, combinou-se o CEM com o balanceamento por entropia para determinar o Efeito Médio de Tratamento sobre os Tratados (ATT). Como resultado, observou-se que no Brasil e regiões as horas trabalhadas dos beneficiários são menores que a dos não beneficiários, assim como a renda do trabalho. Quanto aos efeitos na distribuição, para a maioria dos quantis o efeito é nulo, entretanto, em alguns quantis, os beneficiários possuem menos horas trabalhadas que os não beneficiários. Portanto, os resultados na média indicaram um possível “efeito desincentivo” do programa sobre as horas trabalhadas, ocasionando uma redução na renda das famílias proveniente do trabalho. Por outro lado, na análise por quantis não se pode afirmar o mesmo, visto que os resultados dos efeitos nas horas trabalhadas foram distintos.

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    Palavras-Chave:
    Programa Bolsa Família; entropia; Efeito Quantílico de Tratamento; mercado de trabalho.

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    + Abstract: +

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    This study evaluates the effects of the Bolsa Família Program (PBF) in the labor market of poor families living in rural areas of Brazil. For the analysis, we used the Census (2010) and two methodologies: Balancing Entropy Quantílico and treatment effect (EQT), checking the average effect and throughout the distribution, respectively. To improve the balance between the treated group and control was applied CEM algorithm developed by Iacus, King, and Porro (2009). Thus, combined with the CEM balancing entropy to determine the Average Treatment Effect on Treaties (ATT). As a result, it was observed that in Brazil and regions, the working hours of the beneficiaries is lower than that of non-beneficiaries, as well as labor income. The effects on distribution, for most quantile the effect is null, however, in some quantile, beneficiaries have fewer working hours than non beneficiaries. Therefore, the results in the average indicated a possible "disincentive effect" of the program on the hours worked, causing a decrease in household income from work. On the other hand, the analysis by quantile can not say the same, as the results of the effects on hours worked were different.

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    + Keywords: +
    Bolsa Família Program; Entropy; Quantílico Treatment Effect; Label Market.

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    1 Introdução

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    O meio rural vem passando por diversas transformações nas últimas décadas, entre elas está a adoção do modelo de modernização do setor agrícola, ocorrida em meados da década de 1960, com a introdução de meios de produção mais avançados e de políticas públicas destinadas a este setor. Consequentemente esse período marcou o início de um novo modelo econômico no país por meio da mudança do chamado modelo de substituição de importações pela modernização do setor agrário e formação do Complexo Agroindustrial (Teixeira, 2005TEIXEIRA, J. C. Modernização da agricultura no Brasil: impactos econômicos, sociais e ambientais. Revista Eletrônica da Associação dos Geógrafos Brasileiros - Seção Três Lagoas, v. 2, n. 2, 2005.).

    +

    De acordo com Ferreira et al. (2006FERREIRA, M. de O. et al.Especialização produtiva e mudança estrutural da agropecuária cearense. Teoria e Evidência Econômica, Passo Fundo, v. 14, n. 26, p. 91-111, maio 2006.), embora tenha havido uma mudança produtiva na agropecuária brasileira, essa mudança se deu de forma desigual entre as regiões do país. Goodman, Sorj e Wilkison (1985GOODMAN, D.; SORJ, B.; WILKISON, J. Agroindústria, políticas públicas e estruturas rurais: análise recentes sobre a agricultura brasileira. Revista de Economia Política, v. 5 n.4, p.31-35, 1985.apudNascimento et al., 2008NASCIMENTO, C. A. et al. A Qualidade do emprego rural fluminense nos anos recentes (2002 e 2006). Congresso da Sociedade Brasileira de Economia e Sociologia RuraL, 46, 2008, Rio Branco . Anais... Rio Branco, 2008. Disponível em: <Disponível em: http://www.sober.org.br + > Acesso em: 05 mai. 2015.
    http://www.sober.org.br... +
    ), destacam que os médios e grandes produtores foram os mais beneficiados, principalmente aqueles que se direcionavam para a produção de produtos de exportação e/ou ligados às agroindústrias, em especial os do Centro-Sul do país. Conforme Teixeira (2005TEIXEIRA, J. C. Modernização da agricultura no Brasil: impactos econômicos, sociais e ambientais. Revista Eletrônica da Associação dos Geógrafos Brasileiros - Seção Três Lagoas, v. 2, n. 2, 2005.), os produtores das pequenas propriedades não foram incluídos nesse processo de modernização devido aos altos custos de produção. Assim, alguns pequenos produtores (principalmente aqueles que praticavam agricultura de subsistência) abandonaram as atividades agrícolas, deixando o campo e migrando para os centros urbanos.

    +

    Já na década de 1990, a abertura comercial brasileira foi implementada pelo governo Collor, na qual foi eliminada a maior parte das barreiras não-tarifárias e reduziu gradativamente o nível e o grau de proteção da indústria local (Averbug, 1999AVERBUG, A. A Economia Brasileira nos anos 90: abertura e integração comercial na década de 90. Rio de Janeiro: BNDES, 1999.). Com isso, a entrada de produtos agrícolas similares aos nacionais foi permitida, aumentando a concorrência no mercado interno (Carvalho; Marinho, 2003CARVALHO, R.; MARINHO, E. L. L. Transformações Estruturais, Variações na Eficiência Técnica e Produtividade Total dos Fatores no Setor Agrícola dos Países Sul-Americanos - 1970 a 2000. ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 31., 2003. Anais... Porto Seguro, ANPEC, 2003. ). Aliada à abertura comercial, outras mudanças sofridas no período foram responsáveis pela diminuição da oferta de empregos no setor agrícola, como a redução de incentivos do governo, a sobrevalorização do câmbio e a queda do preço dos produtos agrícolas (Santos et al, 2010SANTOS, G. C. et al.Mercado de trabalho e rendimento no meio rural brasileiro. Economia Aplicada, Ribeirão Preto, v. 14, n. 3, p. 355-379, set. 2010.).

    +

    Todos esses desdobramentos ampliaram ainda mais as disparidades de renda no meio rural. Incapazes de competir com a grande indústria rural, os pequenos produtores que escolheram continuar no campo, passaram a buscar outras formas de sobrevivência além da produção para o autoconsumo, assim, conforme Santos et al. (2010SANTOS, G. C. et al.Mercado de trabalho e rendimento no meio rural brasileiro. Economia Aplicada, Ribeirão Preto, v. 14, n. 3, p. 355-379, set. 2010.), atividades não agrícolas, como artesanato, cultivo de flores, ecoturismo, prestação de serviços e comércio, viraram fontes de renda, viabilizando a permanência nas áreas rurais.

    +

    Diante disso, o meio rural apresenta uma grande distorção em relação à área urbana quanto a alguns indicadores, como menor rendimento médio familiar e maior percentual de famílias pobres e extremamente pobres (IBGE, 2015IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Banco de Dados Agregados. Sistema IBGE de Recuperação Automática - SIDRA. Disponível em:Disponível em:http://www.ibge.gov.br + Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ibge.gov.br... +
    ). Na tentativa de reverter ou amenizar esse quadro, algumas estratégias vêm sendo empregadas na esperança de fortalecer e promover o segmento rural, como políticas de crédito e programas de transferências de renda, em especial, o Programa Bolsa Família (PBF).11 Instituído pela Medida Provisória nº 132, de 20 de outubro 2003. Oficializado pela Lei nº 10.836, de 09 de janeiro de 2004, e Decreto nº 5.209, de 17 de setembro de 2004. +

    +

    O PBF é um programa de transferência direta de renda condicionada e foi criado pelo Governo Federal com o objetivo de, no curto prazo, aliviar a situação de pobreza e promover segurança alimentar e nutricional das famílias que se encontram em posição de vulnerabilidade social em todo o país, impondo condicionalidades nas áreas da educação, saúde e assistência social.

    +

    As maiores críticas e questionamentos são a respeito de um possível efeito negativo que o programa possui sobre o mercado de trabalho, o chamado “efeito desincentivo” (Costa et al., 2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ) ao trabalho. Segundo Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.), esse efeito, também conhecido como efeito-renda, trata da redução da oferta de trabalho dos membros adultos das famílias beneficiadas em vista das transferências monetárias recebidas por estes. Ou seja, existe um tipo de recompensa pela perda salarial por meio da transferência de renda repassada às famílias, assim, a renda familiar não é comprometida.

    +

    Alguns trabalhos empíricos foram realizados com o objetivo de mostrar possíveis impactos do Programa Bolsa Família no mercado de trabalho, a exemplo de Ferro e Nicollela (2007FERRO, A. R.; NICOLLELA, A. C. The impact of conditional cash transfers programs on household working decision in Brazil. São Paulo, 2007. Disponível em: <Disponível em: http://www.iza.org/conference_files/worldb2007/ferro_a3468.pdf + >. Acesso em: 9 março 2015.
    http://www.iza.org/conference_files/worl... +
    ), Teixeira (2008TEIXEIRA, C. G. Análise do Impacto do Programa Bolsa Família na oferta de trabalho dos homens e das mulheres. PNUD/IPC, 2008. Disponível em:<Disponível em:http://www.ipc-undp.org/publications/mds/27P.pdf + >. Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ipc-undp.org/publications/mds... +
    ), Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.) e Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ).

    +

    Ferro e Nicollela (2007FERRO, A. R.; NICOLLELA, A. C. The impact of conditional cash transfers programs on household working decision in Brazil. São Paulo, 2007. Disponível em: <Disponível em: http://www.iza.org/conference_files/worldb2007/ferro_a3468.pdf + >. Acesso em: 9 março 2015.
    http://www.iza.org/conference_files/worl... +
    ) analisaram o efeito das transferências de renda condicionadas quanto à taxa de participação e as horas trabalhadas dos adultos nas áreas urbanas e rurais, com base nos dados da PNAD do ano de 2003. Os efeitos encontrados foram positivos e significativos apenas para homens e mulheres residentes em áreas urbanas e negativo para mulheres residentes em áreas rurais.

    +

    Teixeira (2008TEIXEIRA, C. G. Análise do Impacto do Programa Bolsa Família na oferta de trabalho dos homens e das mulheres. PNUD/IPC, 2008. Disponível em:<Disponível em:http://www.ipc-undp.org/publications/mds/27P.pdf + >. Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ipc-undp.org/publications/mds... +
    ) estima o efeito do PBF na oferta de trabalho em atividades formais e informais de homens e mulheres beneficiários do programa, com dados da PNAD 2006. O cálculo é feito por meio do efeito médio do tratamento (Average Treatment Effect on the Treated - ATT) e a análise gráfica do efeito local do programa (Average Local Effect - ALE). Os resultados apontam que o PBF tem efeito negativo na oferta de trabalho das mulheres. Por sua vez, na oferta de trabalho dos homens, o efeito é negativo para os que trabalham por conta própria e nulo para os que trabalham no mercado formal.

    +

    Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.) investigou o impacto do PBF sobre a oferta de trabalho das mães beneficiadas. Foram utilizados dados da Pesquisa Nacional por Amostra Domiciliar (PNAD), referentes ao ano de 2004, e o método do Propensity score Matching (PSM) para assim fazer um confractual e encontrar mães que não foram beneficiadas pelo programa comparáveis às mães que foram. Os resultados encontrados evidenciam um pequeno efeito-renda negativo, mas que não é suficiente para gerar um efeito-desincentivo ao trabalho. Entretanto, também foi observado um efeito positivo que se sobrepõe ao efeito negativo, a autora explica que isso pode decorrer devido a uma maior disponibilidade de tempo das mães para trabalhar, visto que as crianças e jovens têm um aumento da frequência escolar e assim reduzem sua oferta de trabalho.

    +

    Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ) fizeram uma análise do impacto do PBF na renda e nas horas de trabalho das famílias pobres em todas as regiões brasileiras. Para a análise, foram utilizados dados do Censo (2010) do IBGEIBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Censo Demográfico de 2010. Rio de Janeiro. Disponível em: http://www.ibge.gov.br. Vários acessos.
    http://www.ibge.gov.br... +
    e o método do Efeito Quantílico do Tratamento (EQT), em especial o estimador proposto por Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.). Os resultados mostraram que em grupos específicos de famílias beneficiadas houveram menos horas trabalhadas e uma menor renda do trabalho quando comparado às famílias não beneficiadas. No tocante às regiões, os resultados foram distintos, tendo as regiões Nordeste e Norte efeitos negativos no mercado de trabalho, enquanto os resultados para as demais regiões foram mais homogêneos. Também foi possível observar efeitos para o Brasil urbano e Brasil rural, no qual os impactos foram diferentes, com efeitos neutros, positivos e negativos para os dois casos, entretanto o efeito desincentivo ao trabalho foi mais forte no Brasil rural do que no urbano, especialmente nos quantis mais elevados. Os autores indicam que parte dessas diferenças observadas pode ter ligação com o dinamismo econômico específico de cada região.

    +

    Diante do exposto, surgem alguns questionamentos: o Programa Bolsa Família gera “efeito-desincentivo” ao trabalho nas famílias beneficiadas pelo programa situadas nas áreas rurais? Caso provoque, esse impacto é observado em todos os estratos de renda e nas horas trabalhadas?

    +

    Bem como Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), este estudo fará uso da metodologia de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.), entretanto, cabe destacar que os autores verificam os efeitos do Programa Bolsa Família no meio rural do Brasil como um todo, porém, neste artigo, será analisado o meio rural das regiões do Brasil. Além disso, o presente trabalho capta o efeito médio de tratamento sobre os tratados por meio da combinação das metodologias CEM (2009) e Balanceamento por Entropia (2011). Dessa forma, a contribuição deste trabalho para a literatura se apresenta, principalmente, por mensurar o efeito do programa, especificamente para as áreas rurais das regiões brasileiras, na média e em toda a distribuição, permitindo verificar os estratos de renda e as horas de trabalho semanais, nos quais o efeito é mais expressivo.

    +

    Este artigo está estruturado em quatro seções, incluindo esta introdução. A metodologia será apresentada na segunda seção. Os resultados podem ser observados na seção três. E, por último, as considerações finais do trabalho serão apresentadas na seção quatro.

    +

    2 Metodologia e base de dados

    +

    2.1 Modelos Econométricos

    +

    2.1.1 Algoritmo CEM

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    Um problema associado aos métodos de matching baseados no propensity score é o seu fraco desempenho em encontrar grupos de comparação equilibrados. De fato, o alvo principal dos métodos de matching consiste em eliminar observações de modo a obter um melhor equilíbrio comparativo entre grupos tratados e o grupo de controle (Blackwell et al., 2009BLACKWELL, M.; IACUS, S.; KING, G.; PORRO, G. CEM: Coarsened exact matching in Stata. The Stata Journal. v. 9, n. 4, p. 524-546, 2009.).

    +

    Para tentar contornar esses problemas, Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    ) desenvolveram o algoritmo Coarsened Exact Matching (CEM), o qual não exige nenhuma hipótese sobre o processo de geração de dados (DGP), com exceção da ignorabilidade. Além disso, tal método garante que os desiquilíbrios entre os grupos de tratados e de controle pós o matching não sejam maiores que um limite previamente selecionado.

    +

    Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    , 2011IACUS, S; KING, G; PORRO, G. Causal Inference without Balance Checking: Coarsened Exact Matching. Political Analysis , 2011.) mostraram por meio de simulações de um grande número de DGPs que CEM possui propriedades estatísticas superiores aos métodos tradicionais, como menor desiquilíbrio entre grupos pós matching, menor dependência do modelo, dentre outros. Além disso, o CEM permite a melhora da análise de outros métodos, como o próprio PSM e a Entropia, por exemplo. Diversos autores têm aplicado esse método na literatura em muitas áreas, tais como, Aroca et al. (2014AROCA, P.; BRIDA, J. G.; VOLO, S. Tourism statistics: correcting data inadequacy using coarsened exact matching. Working Paper. School of Economics and Management at the Free University of Bozen, 2014.) e Schurer et al. (2015SCHURER, S. et al.The Medical Care Costs of Mood Disorders: A Coarsened Exact Matching Approach, IZA Discussion Papers, 2015.).

    +

    O algoritmo do CEM segue os seguintes passos:

    +
    +
      +
    1. Dado as covariadas X, é realizado uma cópia de X, denominada X*;

    2. +
    3. X* é “engrossado” (coarsened) ou de acordo com cortes amostrais previamente selecionados ou utilizando um método automático desenvolvido por Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
      http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
      );

    4. +
    5. Cria-se um estrato por unidade de observação de X* e se coloca cada observação no estrato;

    6. +
    7. Relaciona o estrato com os dados originais, X, e elimina-se as observações do estrato que não contém ao menos um tratado ou uma unidade de controle.

    8. +
    +
    +

    Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    ) desenvolvem uma medida de desequilíbrio global, dada pela estatística L1, em que esta é baseada na diferença entre histogramas multidimensionais de todas as covariadas de pré-tratamento nos grupos de tratados e controles e pode ser representada por: \(${{\mathcal{L}}_{1}}\left( f,g \right)=\frac{1}{2}\underset{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}{\mathop \sum }\,\left| {{f}_{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}}-{{g}_{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}} \right| \). O equilíbrio perfeito global é encontrado por L1=0, e valores elevados para L1 indicam grandes desequilíbrios entre os grupos, com valor máximo de L1 = 1, no qual indica completa separação. Denote as frequências relativas dos dados pareados por fm e gm, então uma boa solução para o pareamento produzirá uma redução na estatística L1, ou seja, \( {{\mathcal{L}}_{1}}\left( {{f}^{m}},~{{g}^{m}} \right)\le {{\mathcal{L}}_{1}}\left( f,g \right) \).

    +

    Neste trabalho não será utilizado o CEM para a comparação direta entre grupos de tratados e de controle, mas sim, para melhorar o desempenho de outro método ao escolher mais adequadamente, com menos desequilíbrio, as observações a serem pareadas.

    +

    2.1.2 Entropia

    +

    Hainmueller (2012HAINMUELLER J. Entropy Balancing for Causal Effects: A Multivariate Reweighting Method to Produce Balanced Samples in Observational Studies. Political Analysis, v. 20 n. 1, p. 25-46, 2012.) desenvolveu um método multivariado que permite ponderar um conjunto de dados, tais que, as distribuições das variáveis nas observações reponderadas satisfaçam um conjunto de condições especiais de momentos, de forma que exista equilíbrio exato sobre o primeiro, segundo, e possivelmente maiores momentos das distribuições de variáveis independentes nos grupos de tratamento e controle. Esse método permite que o pesquisador especifique um nível de equilíbrio desejável para as covariadas usando um conjunto de condições associadas aos momentos da distribuição.

    +

    Considere uma amostra com n1, observações pertencentes ao grupo dos tratados, e n0 unidades de controle, os quais foram selecionados aleatoriamente de uma população de tamanho N1 e N0 respectivamente \( {{n}_{1}}\le {{N}_{1}}~e~{{n}_{0}}\le {{N}_{0}}~ \). Seja \( {{D}_{i}}\in \left\{ 1,0 \right\} \) uma variável de tratamento binária, em que irá assumir o valor igual a 1 se a unidade i pertencer ao tratamento e 0 se pertencer ao grupo de controle. Seja X uma matriz que contém as observações de J variáveis exógenas de pré-tratamento; Xij corresponde o valor da j-ésima covariada da unidade i, tais que, Xi = (Xi1,Xi2,...,Xij), refere-se ao vetor de características da unidade i, e Xj refere-se ao vetor coluna com j-th covariada. A densidade das covariadas nas populações de tratamento e controle são dadas por \( {{f}_{X|D=1}}~e~{{f}_{X|D=0}} \) respectivamente. O resultado potencial Yi(Di) corresponde ao par de resultados para a unidade i dadas as condições de tratado e controle, assim, o resultado observado é dado por Y=Y1D+1-DY(0) +

    +

    O Efeito Médio Tratamento sobre os Tratados (EMTT) é dado por τ=EY1D=1-E[Y(0)|D=1]. A primeira esperança pode ser diretamente identificada do grupo de tratados, mas a segunda corresponde ao contrafactual, o qual não é observado. Assumindo seleção nos observáveis, \( Y\left( 0 \right)\bot D|X \), e sobreposição, Pr(D=1|X=x) menor que 1 para todo x no suporte de \( ~{{f}_{X|D=1}} \) o EMTT é identificado como:

    +

    +

    +
    + τ=EYD-EYX=x,D=0fX|D=1(x)dx + (1) +
    +
    +

    +

    Para estimar o último termo da equação 1, a distribuição da covariável no grupo de controle necessita ser ajustada para torná-la semelhante à distribuição no grupo de tratamento, tal que o indicador de tratamento D se torne mais perto de ser ortogonal em relação às covariáveis. Uma variedade de métodos de pré-processamento de dados, tais como pareamento pelo vizinho mais próximo, cem, escore de propensão têm sido propostos para reduzir o desequilíbrio na distribuição de variáveis independentes. Uma vez que as distribuições de variáveis independentes são ajustadas, métodos de análise padrão, tais como a regressão, podem ser posteriormente utilizados para estimar o tratamento com menor erro e modelo de dependência (Imbens, 2004IMBENS, G. W. Nonparametric Estimation of Average Treatment Effects under Exogeneity: A Review. Review of Economics and Statistics, v. 86 n. 1, p. 4-29, 2004.; Rubin, 2006RUBIN, D. B. Matched Sampling for Causal Effects. Cambridge: Cambridge University Press. 2006.; Ho et al., 2007HO, DE; IMAI, K.; KING, G.; STUART, E. A. Matching as Nonparametric Preprocessing for Reducing Model Dependence in Parametric Causal Inference. Political Analysis , v. 15 n. 3, p. 199, 2007.; Iacus et al., 2011IACUS, S; KING, G; PORRO, G. Causal Inference without Balance Checking: Coarsened Exact Matching. Political Analysis , 2011.; Sekhon, 2009SEKHON, J. S. Opiates for the Matches: Matching Methods for Causal Inference. Annual Review of Political Science, v. 12, p. 487-508, 2009.).

    +

    Considere o caso mais simples no qual o efeito tratamento nos dados pré-processados é estimado usando a diferença nos resultados médios entre os grupos de tratados e controle ajustado. Um método de pré-processamento popular é usar escore de propensão ponderado (Hirano; Imbens; Ridder, 2003HIRANO, K.; IMBENS, G.; RIDDER, G. Efficient Estimation of Average Treatment Effects Using the Estimated Propensity Score. Econometrica , v. 71 n. 4, p. 1161-1189, 2003.), em que a média contrafactual é estimada como:

    +

    +

    +
    + \[E\widehat{Y\left( 0 \right)|D=1}=\frac{\mathop{\sum }_{\{i|D=0\}}{{Y}_{i}}{{d}_{i}}}{\mathop{\sum }_{\{i|D=0\}}{{d}_{i}}}\] + (2) +
    +
    +

    +

    Em que as unidades de controle recebem um peso dado por \( {{d}_{i}}=\frac{\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right)}{1-\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right)}.\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right) \) na equação 2 é o escore de propensão, o qual é comumente estimado por meio de uma regressão probit ou logit. Se este modelo estiver corretamente especificado, então o peso estimado di vai assegurar que a distribuição do covariável das unidades de controle reponderadas irá corresponder à distribuição no grupo de tratamento. No entanto, na prática, essa abordagem muitas vezes não consegue equilibrar conjuntamente todas as covariáveis.

    +

    O balanceamento por entropia generaliza a abordagem de ponderação do escore de propensão ao estimar os pesos diretamente de um conjunto de restrições de equilíbrio que exploram o conhecimento do pesquisador sobre os momentos de amostra. Considere 𝑤_𝑖 o peso do balanceamento por entropia escolhido para cada unidade de controle, os quais foram encontrados pelo seguinte esquema de reponderação que minimiza a distância métrica de entropia:

    +

    +

    +
    + \[\underset{{{w}_{i}}}{\mathop{\min }}\,H\left( w \right)=\underset{\{i|D=0\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}\text{log}({{w}_{i}}/{{q}_{i}})\] + (3) +
    +
    +

    +

    Sujeito às restrições de equilíbrio e normalização

    +

    +

    +
    + \[\underset{\left\{ i\text{ }\!\!|\!\!\text{ }D=0 \right\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}{{c}_{ri}}\left( {{X}_{i}} \right)={{m}_{r}}\] + (4) +
    +
    +

    +

    Com r E 1, ..., R

    +

    +

    +
    + \[\underset{\left\{ i\text{ }\!\!|\!\!\text{ }D=0 \right\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}=1\] + (5) +
    +
    +

    +

    +

    +
    + \[{{w}_{i}}\ge 0\] + (6) +
    +
    +

    +

    para todo i, tal que D = 0

    +

    Onde \( {{q}_{i}}=\frac{1}{{{n}_{0}}} \) é um peso base e cri(Xi) = mr descreve um conjunto de R restrições impostas aos momentos das covariadas no grupo de controle reponderados. Inicialmente, escolhe-se a covariada que será incluída na reponderação. Para cada covariada, especifica-se um conjunto de restrições de balanceamento (Eq. 04) para equiparar os momentos das distribuições das covariadas entre os grupos de tratamento e controles reponderados. As restrições de momentos podem ser a média (primeiro momento), a variância (segundo momento), e a assimentria (terceiro momento). Uma restrição típica do balanceamento é formulada de tal forma que mr contenha o momento de uma covariada específica Xj para o grupo de tratamento e a função de momento para o grupo de controle é especificada como :\( {{c}_{ri}}\left( {{X}_{ij}} \right)=X_{ij}^{r}~ou~{{c}_{ri}}\left( {{X}_{ij}} \right)={{\left( {{X}_{ij}}-{{\mu }_{j}} \right)}^{r}} \) com média \( {{\mu }_{i}} \) +

    +

    Dessa forma, o balanceamento por entropia procura, para um conjunto de unidades, pesos W = (wi,...wn0)', no qual minimiza a equação (3), distância de entropia entre W e o vetor base de pesos Q=(qi,...,qn0)', sujeita às restrições de balanceamento na equação (4), restrição de normalização (equação 5), e restrição de não-negatividade (Equação 6).

    +

    Segundo Hainmueller (2012HAINMUELLER J. Entropy Balancing for Causal Effects: A Multivariate Reweighting Method to Produce Balanced Samples in Observational Studies. Political Analysis, v. 20 n. 1, p. 25-46, 2012.), o método da entropia pode ser combinado com outros métodos de pareamento, tais como, CEM e PEP, visando, assim, equilibrar com maior robustez as covariadas. Nesse caso, o autor sugere aplicar inicialmente o CEM, para desconsiderar as unidades de tratados e controles desequilibradas, e em seguida fazer a ponderação via entropia. Dessa forma, este trabalho irá seguir esse procedimento, minimizando os desequilíbrios entre os grupos de tratados e controle.

    +

    2.1.3 Efeito quantílico de tratamento - Modelo de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.)

    +

    O modelo de efeito quantílico de tratamento exógeno e não condicional proposto por Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) será utilizado para obter o efeito do PBF nas áreas rurais. Isso porque uma família pode ou não pertencer ao programa devido a fatores aleatórios, dada uma restrição de renda e características observáveis, portanto, o tratamento utilizado deve ser exógeno. E não condicional deve-se ao fato de muitas famílias serem elegíveis ao programa, mas que não são selecionadas devido aos recursos direcionados ao programa serem limitados, dessa forma, a participação ou não condicional das famílias é feita de forma aleatória.

    +

    Neste estudo, o tratamento diz respeito a receber ou não o benefício do PBF, portanto os beneficiários do PBF fazem parte do grupo de tratamento e os não beneficiários do grupo de controle. Visto isso, o modelo de EQT de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) é definido a seguir.

    +

    Seja T a variável que indica o tratamento para um indivíduo i, que assume valores de 0 e 1. Se Ti=1 o indivíduo assume a forma de tratado e se Ti=0, de não tratado. Seja Yi a variável de resposta desse evento, ou seja, os resultados potenciais de receber ou não o tratamento, dessa forma, se Yi(1) o indivíduo recebe o tratamento e se Yi(0), não recebe o tratamento. Então, define-se o resultado observado como:

    +

    +

    +
    + \[{{Y}_{i}}=~{{Y}_{i}}\left( 1 \right)-~{{T}_{i}}+~{{Y}_{i}}\left( 0 \right)-~\left( 1-{{T}_{i}} \right)\] + (7) +
    +
    +

    +

    Diante disso, definindo τ como um número real em [0,1] o efeito quantílico de tratamento (EQT) é dado por:

    +

    +

    +
    + \[{{q}_{t}}~=~{{q}_{1,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}-~{{q}_{0,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\] + (8) +
    +
    +

    +

    onde \( {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\equiv in{{f}_{q}}\Pr \left[ Y\left( j \right)\le ~{{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}} \right]\ge \text{ }\!\!\tau\!\!\text{ },\text{ }\!\!~\!\!\text{ j}=0,1 \) +

    +

    A expressão acima mostra que o EQT é a diferença entre os valores do quantil τ das funções de distribuição cumulativas da variável resposta referentes ao grupo de tratamento e o de controle, para um dado quantil. Para estimar o EQT é necessário seguir duas etapas: em primeiro lugar, estima-se o escore de propensão e posteriormente calcula-se a diferença entre tratados e não tratados. Os estimadores do escore de propensão são definidos como a probabilidade condicional de receber um tratamento, dado por características de pré-tratamento observáveis:

    +

    +

    +
    + \[p\left( X \right)=\Pr \left( T=1\text{ }\!\!|\!\!\text{ }X=x \right)\] + (9) +
    +
    +

    +

    A utilização do escore de propensão requer que sejam adotadas três hipóteses: independência condicional, suporte comum e quantis bem definidos e únicos. A hipótese de independência condicional implica que os valores de Yi independem da aplicação do tratamento, condicionada a um determinado conjunto de variáveis X observáveis:

    +

    +

    +
    + Hipótese 1: + \[{{Y}_{i}}\left( 1 \right),~{{Y}_{i}}\left( 0 \right)~\bot {{T}_{i}}|{{X}_{i}}$ \] +
    +
    +

    +

    Já a hipótese de suporte comum garante que as observações de tratamento têm observações de comparação "nas proximidades" na distribuição de escore de propensão, ou em outros termos:

    +

    Para algum

    +

    +

    +
    + Hipótese 2: + \[c > 0, c < p(x) < 1 – c\] +
    +
    +

    +

    Hipótese 3: Para j=0,1, Y(j) é uma variável aleatória contínua com suporte em R, no qual há um conjunto não vazio de Y1 e Y1, de tal forma que \( {{Y}_{i}}=\{\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\in ~\left( 0,1 \right);\text{ }\!\!~\!\!\text{ Pr}\left[ Y\left( j \right)\le {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\text{ }\!\!~\!\!\text{ c} \right]\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\left\langle \text{Pr}\left[ Y\left( j \right)\le {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}+\text{ }\!\!~\!\!\text{ c} \right],~\forall ~c~\in R,c \right\rangle 0~ \). Essa hipótese que mostra que os quantis são bem definidos e únicos.

    +

    Cabe mencionar que diferentemente da metodologia exposta na subseção anterior, a metodologia de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) não faz o pareamento (matching) dos escores de propensão, e a estimação do escore de propensão é feita por meio de um modelo logit global. Dessa forma, o estimador de EQT é dado por \( \overset{\hat{\ }}{\mathop{q}}\,t=~{{\hat{q}}_{1,~\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}-{{\hat{q}}_{0,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}} \) em que:

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{q}}_{j,~\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\equiv \arg mi{{n}_{q}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathop \sum }}\,{{\hat{w}}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}~.~{{\rho }_{\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\left( {{Y}_{i}}-~q \right)\] + (10) +
    +
    +

    +

    De tal forma que os quantis podem ser estimados mediante a minimização de uma soma da função check 𝜌 (.), assim como foi proposto por Koenker e Basset (1978BASSET, Gilbert; KOENKER, R. Regression quantiles. Econometrica, v. 46, n. 1, p. 33-50, 1978) apud Cavalcanti (2013CAVALCANTI, D. M. Avaliação dos Impactos do Programa Bolsa Família na Renda, Educação e no Mercado de Trabalho das Famílias Pobres do Brasil. Dissertação. (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de Pós-Graduação em Economia, Centro de Ciências Sociais Aplicadas. 2013.). Os pesos de cada uma das observações, wi, é dada pela seguinte expressão:

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{w}}_{1,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}}=\frac{{{T}_{i}}}{N.\hat{p}\left( {{X}_{i}} \right)}\] + (11) +
    +
    +

    +

    e

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{w}}_{o,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}}=~\frac{1-{{T}_{i}}}{N.\left( 1-\hat{p} \right)\left( {{X}_{i}} \right)}\] +
    +
    +

    +

    2.2 Grupos de tratamento e controle

    +

    A avaliação do impacto do Bolsa Família no mercado de trabalho será realizada por meio da comparação dos resultados de dois grupos, tratamento, o qual considera as famílias que atendem aos critérios de elegibilidade e são beneficiárias do programa; grupo de controle, composto pelas famílias que atendem aos critérios de elegibilidade, mas que não são beneficiárias, pois não foram selecionadas por algum motivo.

    +

    2.3 Base de dados e variáveis do modelo

    +

    Os dados utilizados neste trabalho foram retirados do Censo Demográfico realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGEIBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios de 2013. Rio de Janeiro. Disponível em: http://www.ibge.gov.br. Vários acessos.
    http://www.ibge.gov.br... +
    ) para o ano de 2010.22 Visto que foi o último censo divulgado. +

    +

    Seguindo Costal et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), os impactos dos Programa Bolsa Família no mercado de trabalho serão avaliados utilizando duas variáveis de resultado: horas trabalhadas do chefe familiar, pois, pretende-se analisar se o programa reduz ou não as horas trabalhadas dos chefes beneficiários, verificando se realmente há um efeito desincentivo ao trabalho devido ao repasse monetário; e renda do trabalho per capita, que busca verificar se a renda das famílias oriunda do trabalho está aumentando ou reduzindo por possíveis efeitos negativos, de desincentivo ao trabalho, do programa.

    +

    Para fazer uma comparação dos resultados dos grupos de tratamento e de controle, é necessário que os dois grupos sejam bastante homogêneos entre eles. Assim, com o intuito de garantir que o modelo capte o efeito do programa, fez-se necessário controlar características observáveis do grupo familiar e do domicílio. Para tanto, o CadÚnico foi utilizado como referência para verificar quais são as variáveis registradas nesse sistema que são pertinentes para a determinação do recebimento do programa.

    +

    O grupo de covariadas é dividido em quatro categorias, como mostra o quadro 1 abaixo.

    +
    +
    + +
    +Quadro1:
    Covariadas utilizadas para o matching
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    3 Resultados

    +

    3.1 Estatísticas descritivas

    +

    A distribuição dos domicílios rurais pobres elegíveis para o Programa Bolsa Família pode ser observada na Tabela 1. Os dados amostrais denotam um total de 430.227 unidades domiciliares, e, quando ponderados pelo peso, os dados do Universo mostram que os números de domicílios correspondem a 2.742.705.

    +

    No Brasil, o percentual de famílias beneficiadas pelo PBF no meio rural equivale a 59,60% do total de famílias elegíveis. Quando a análise é feita por regiões, percebe-se que o Nordeste é responsável pela maior quantidade de famílias beneficiadas, tanto em termos absolutos quanto relativos, com cerca de 68,68% da amostra de 261.500 domicílios e representando 72,03% do total dos beneficiários do país. Em seguida, destacam-se as regiões Norte e Sudeste, que participam com 12,98% e 8,93%, respectivamente, no total de beneficiários no Brasil, mas só contemplam 46,20% (Norte) e 46,94% (Sudeste) das famílias elegíveis em suas regiões. Já as regiões Sul e Centro-Oeste possuem participações menos expressivas, representando 4,02% e 2,03% dos beneficiários no país e com menos de 40% de suas populações recebendo benefícios.

    +
    +
    + +
    +Tabela 1:
    Estatísticas descritivas - Brasil e Regiões - Rural - 2010
    +
    +
    +
    +

    Analisando as estatísticas descritivas das variáveis utilizadas para mensurar o impacto do Bolsa Família no mercado de trabalho33 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. constata-se que as horas trabalhadas dos chefes familiares e a renda do trabalho per capita nas regiões Nordeste e Norte, tanto dos beneficiários como dos não beneficiários do programa, ficam abaixo da média do Brasil e das demais regiões. Além disso, é possível perceber uma grande disparidade entre a renda do trabalho per capita dos beneficiários e não beneficiários.

    +

    No Brasil, as famílias que são beneficiadas pelo PBF recebem R$37,41 a menos que as famílias não beneficiadas. Regionalmente, essas disparidades são mais expressivas nas regiões Centro-Oeste (R$37,62), Norte (R$35,41) e Nordeste (R$34,01). É interessante observar que, embora os beneficiários possuam uma menor renda do trabalho se comparados aos não beneficiários, a proporção da população beneficiária que trabalha é superior a não beneficiária em quase todas as regiões, à exceção da região Sul (em que as proporções são iguais). Isto é, as ocupações dos beneficiários devem ter baixas remunerações.

    +

    As famílias que recebem o programa têm em média três filhos, por outro lado, as famílias não beneficiadas têm em média 2 filhos. Outro fator relevante é o baixo nível de instrução dos chefes familiares: a grande maioria apenas sabe ler ou somente possui o grau primário. Essa baixa escolaridade dificulta o processo de qualificação e a conquista de melhores postos de trabalho. Além disso, apesar de uma grande parcela de chefes familiares estar ocupada, somente um pequeno percentual possui carteira de trabalho assinada, ou seja, uma elevada quantidade de trabalhadores deve estar no mercado informal, trabalhando por conta própria ou para o seu próprio sustento. As regiões Sudeste, Centro-Oeste e Sul possuem relativamente mais trabalhadores com carteira assinada - tanto para beneficiários do programa quanto para os não beneficiários - do que as regiões Nordeste e Norte, estas últimas ainda ficam abaixo da média brasileira.

    +

    As demais características do chefe domiciliar, dos componentes familiares e do domicílio são bastante semelhantes para todas as regiões, porém algumas características do domicílio para a região Norte estão abaixo das demais regiões, a exemplo do percentual de residências com água encanada, coleta de lixo, saneamento e eletricidade.

    +

    3.2 Resultados do balanceamento

    +

    3.2.1 Impacto do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar

    +

    Conforme Hainmueller e Xu (2013HAINMUELLER J.; XU, Y. Ebalance: A Stata Package for Entropy Balancing. Journal of Statistical Software. v. 54, n.7. 2013), pode-se combinar o CEM com a Entropia. Assim, foi realizado o balanceamento pelo método CEM e posteriormente o balanceamento por entropia, a fim de permitir que o grupo de tratados e controle fosse o mais semelhante possível. A tabela 2 abaixo mostra os resultados do desequilíbrio global44 O desequilíbrio global é dado pela estatística L1, sendo determinado na diferença entre o histograma L1 multidimensional de todas as covariáveis de pré-tratamento do grupo tratado e do grupo de controle. Quanto mais próximo for L1=0, mais balanceados estarão os dois grupos, quanto mais próximo for L1=1, mais separados são os tratados e controle. entre as covariáveis do grupo de tratados e controle, antes e após a aplicação do algoritmo CEM, bem como as observações para os pareados e não pareados após o balanceamento.

    +

    Ao comparar os resultados de desequilíbrio (estatística L1 antes do balanceamento; estatística L1 após o balanceamento), observa-se, na Tabela 2, que para as horas trabalhadas houve uma redução dessa medida entre as covariáveis dos dois grupos, tanto para o Brasil como para as regiões, demonstrando que a aplicação desse algoritmo proporcionou um melhor equilíbrio entre tratados e controle. Para o Brasil, a amostra, a partir desse método, passou a conter 19.860 tratados e 18.444 controles comparáveis. Nota-se ainda que ao aplicar o CEM o balanceamento melhorou, mas ainda existem diferenças entre os dois grupos. Portanto, faz-se necessária a aplicação do balanceamento por entropia para dar mais robustez à análise.

    +
    +
    + +
    +Tabela 2:
    Balanceamento CEM - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
    +
    +

    Com relação ao balanceamento por Entropia, a Tabela 3 abaixo mostra que, para o Brasil Rural, o comportamento da média, variância e assimetria da distribuição antes e após o procedimento de balanceamento eram distintos entre os grupos analisados.

    +
    +
    + +
    +Tabela 3:
    Balanceamento por Entropia Covariadas das Horas Trabalhadas - Brasil Rural
    +
    +
    +
    +

    Verificando as covariadas, percebe-se que antes do ajustamento à média, a variância e assimetria entre o grupo dos tratados e controles eram diferentes. Após o balanceamento, houve o ajustamento dessas estatísticas para todas as covariadas inseridas, ou seja, o balanceamento está perfeitamente ajustado para os três primeiros momentos da distribuição das variáveis independentes. Ademais, os resultados para as regiões rurais indicaram resultados similares ao encontrado para o Brasil. A região Centro-Oeste foi a única em que os resultados não foram perfeitamente ajustados, entretanto, são valores muito próximos.55 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. +

    +

    Posteriormente ao pareamento por entropia, foi possível calcular o efeito médio do tratamento sobre os tratados (ATT) do Bolsa Família nas horas trabalhadas, que pode ser visto na Tabela 4 abaixo. Os resultados mostram que o impacto do PBF nas horas trabalhadas do chefe familiar, no Brasil, foi em média de -2,65, ou seja, os beneficiários do programa possuem menos horas trabalhadas do que os não beneficiários. O mesmo é observado para todas as regiões, sendo o maior impacto verificado nas regiões Centro-Oeste, Sudeste e Sul, no qual os beneficiários possuem 6,04, 3,13 e 1,80, respectivamente, a menos de horas trabalhadas se comparados às famílias que não recebem o repasse monetário.

    +
    +
    + +
    +Tabela 4:
    Impacto do PBF nas horas trabalhadas do chefe familiar - Brasil e Regiões - Rural.
    +
    +
    +
    +

    Menor impacto foi observado na região Nordeste, cujo efeito foi de -1,14, porém, este não foi significativo para a região Norte. Vale ressaltar que 2010 foi um ano de seca no Nordeste e que mais de 50% dos beneficiários são agricultores. Assim pode ser que neste ano o repasse monetário do programa tenha ajudado a atender apenas às necessidades fundamentais dos beneficiários, sem que tenha havido grandes incentivos para uma maior redução das horas trabalhadas.

    +

    Embora os resultados das horas trabalhadas entre os beneficiários e o grupo de controle tenham mostrado que as Regiões Centro-Oeste, Sudeste e Sul são aquelas que apresentam o maior “efeito desincentivo” médio, elas têm em média mais horas trabalhadas que as demais regiões. Por outro lado, o Norte e o Nordeste apresentaram o menor “efeito desincentivo” e são responsáveis pelo maior número de beneficiários do Programa Bolsa Família no Brasil, como visto na Tabela 1, denotando que apesar de serem regiões com mais beneficiários e com problemas estruturais, o efeito desincentivo é menor quando comparado ao Brasil e demais regiões. Isso, provavelmente, decorre do benefício do PBF não permitir que os trabalhadores de regiões mais pobres como as regiões Norte e Nordeste, prescindam do trabalho, não gerando alto desincentivo ao trabalho. Quanto à região Centro-Oeste, uma possível explicação para a grande diferença entre os dois grupos talvez seja o tamanho da amostra para essa região.

    +

    3.2.2 Impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita

    +

    Seguindo os procedimentos realizados para a análise anterior, estimaram-se as medidas de desequilíbrio global, no qual a Tabela 5 abaixo apresenta estatística L1 = 0,8626 antes do balanceamento, e estatística L1 = 0,6547 após o balanceamento para o caso do Brasil Rural. Observa-se que para a renda do trabalho houve uma redução dessa medida entre as covariáveis dos tratados e controles, demonstrando que a aplicação do CEM como ocorrido na análise anterior melhorou o equilíbrio entre os grupos. Então, a amostra após o procedimento passou a conter 35.372 tratados e 49.664 controles, comparáveis. Além disso, percebe-se que antes do balanceamento o número de tratados era muito superior ao número de controles, o que poderia gerar um desequilíbrio no suporte comum. Para todas as regiões, a estatística L1 também apresentava valores altos antes do balanceamento, já após a aplicação do CEM houve uma melhora no equilíbrio entre os grupos.

    +
    +
    + +
    +Tabela 5:
    Balanceamento CEM - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
    +
    +

    Assim como na análise das horas trabalhadas, os resultados do balanceamento por Entropia para a renda do trabalho, Tabela 6, mostram que para o Brasil Rural, a média, variância e assimetria da distribuição antes e após a entropia eram diferentes entre os grupos analisados. Ressalta-se que o mesmo acontece para as regiões.66 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. +

    +

    Após o balanceamento pela entropia no Brasil rural, utilizando os três primeiros momentos da distribuição das variáveis independentes, houve o ajustamento dessas estatísticas para todas as covariadas analisadas, ou seja, o balanceamento está perfeitamente ajustado.

    +

    Por exemplo, a covariada idade do chefe da família, antes do ajustamento tinha como média (38,04), variância (100,00) e assimetria (0,3443) para o grupo dos tratados, para o grupo de controle tinha-se média (37,09), variância (139,10) e assimetria (0,2780) do grupo de controle. Após o balanceamento, houve o ajustamento dessas estatísticas para a covariada em questão, sendo que tanto para o grupo de tratados quanto para o grupo de controle a média (38,04), variância (100,00) e assimetria (0,3443) passaram a ser as mesmas. Quanto aos resultados para as regiões rurais, os resultados foram similares ao encontrado para o Brasil.

    +
    +
    + +
    +Tabela 6:
    Balanceamento por Entropia Covariadas da Renda do Trabalho per capita - Brasil Rural
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    A Tabela 7 mostra o Efeito Médio do Tratamento sobre os Tratados (ATT) para o Brasil e Regiões Rurais. Por meio dela, percebe-se que, em média, as famílias beneficiadas pelo programa no Brasil possuem renda do trabalho per capita inferior às famílias elegíveis não beneficiárias, chegando a uma diferença de R$22,05. Nas regiões, essa diferença é maior na região Sul (-R$19,46), enquanto a região Norte (-R$15,27) é responsável pela menor diferença, seguida do Sudeste (-R$16,73) e Centro-Oeste (-R$16,74).

    +

    Portanto, pode-se verificar que no Brasil e Regiões os beneficiários do Bolsa Família possuem renda do trabalho inferior per capita quando comparados com aqueles elegíveis que não participam do programa, sendo que, para as regiões, o maior e o menor impacto ocorreu nas Região Sul e Norte, respectivamente.

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    +Tabela 7:
    Impacto do PBF na renda do trabalho per capita do chefe familiar - Brasil e Regiões - Rural
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    3.3 Resultados para o Modelo de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.)

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    3.3.1 Impacto do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar

    +

    Os efeitos do Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar para as regiões, na distribuição, são apresentados na Tabela 8. Para os quantis, os resultados apresentam efeitos distintos. Pode-se perceber que no primeiro quantil, em que a quantidade de horas trabalhadas é de 2 horas semanais (para o Nordeste, Norte, Sudeste e Centro-Oeste) e 3 horas semanais (para o Sul), não existe “efeito desincentivo” ao trabalho para os trabalhadores. A não existência desse efeito persiste nos primeiros quantis para a região Nordeste e Norte. Já na região Norte, é possível perceber efeitos negativos mais fortes nos quantis mais elevados e um pequeno impacto positivo entre os quantis 0,1 e 0,25.

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    A região Centro-Oeste tem a maior redução (12 horas) na jornada de trabalho, mais precisamente para os indivíduos que trabalham 80 horas semanais. Para as regiões Sudeste e Sul, destacam-se efeitos negativos entre os quantis 0,1 e 0,25. Ademais, a região Centro-Oeste é a que possui maiores efeitos desincentivo ao trabalho, enquanto a região Norte é responsável pelos menores efeitos.

    +

    Para aqueles que trabalham 40 horas semanais, tanto para o Brasil quanto para as regiões, não existem efeitos significativos, com exceção da região Centro-Oeste, em que parte dos beneficiários que se encontram nessa faixa chegam a ofertar até 4 horas a menos com relação aos que não são beneficiários. Tais resultados seguem os encontrados por Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), os quais consideraram para o Brasil urbano e rural.

    +

    Destacam-se alguns efeitos encontrados: 1) efeitos neutros, não significantes, para os quantis em que são poucas as horas trabalhadas do chefe familiar e para os que trabalham 40 horas semanais nas regiões, com exceção da Centro-Oeste. 2) efeitos negativos para os que trabalham acima de 40 horas semanais em todas as regiões, excetuando-se os quantis com efeito nulo, neste caso, o recebimento do benefício pode implicar na busca da aproximação do montante de horas previsto pela CLT, qual seja, reduzindo o excesso de trabalho para 40 horas. 3) Efeitos positivos entre os quantis 0,1 e 0,25 da região Norte, no qual as famílias beneficiadas encontram incentivos para aumentar a quantidade de horas trabalhadas.

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    + +
    +Tabela 8:
    Impacto do PBF nas horas trabalhadas dos chefes familiares - Brasil e Regiões - Rural
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    3.3.2 Impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita

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    A Tabela 9 retrata o impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita. Por meio dela, percebe-se que, à exceção do primeiro quantil da região Nordeste, a renda dos beneficiários do PBF, se comparada aos não beneficiários, é menor ao longo de toda a distribuição para todas as regiões do país.

    +

    Com relação às regiões Nordeste e Norte, os maiores impactos em termos monetários são observados da mediana pra cima, chegando a receber até R$22,75 (Nordeste) e R$23,33 (Norte) a menos que as famílias elegíveis não beneficiadas. Já nas regiões Sudeste, Centro-Oeste e Sul, a redução na renda é maior no quantil 0,75 (assim como para o Brasil), correspondendo a uma diminuição de R$23,00, R$25,50 e R$25,00, respectivamente.

    +

    Tratando-se do impacto percentual no quantil, os efeitos negativos são mais encontrados nas regiões Sul e Centro-Oeste, nas quais os chefes domiciliares beneficiados recebem 35,0% (quantil 0,1) e 34,3% (quantil 0,01), respectivamente, a menos que os não beneficiados.

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    +Tabela 9:
    Impacto do PBF na Renda do trabalho per capita - Brasil e Regiões - Rural
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    (³)***Estatisticamente significante a 1%; **Estatisticamente significante a 5%; *Estatisticamente significante a 10%.

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    Fonte: Elaborado pelos autores, com base nas estimações

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    Logo, embora haja uma menor renda oriunda do trabalho dos beneficiários se comparada a dos não beneficiários, não se pode afirmar que essa diferença seja atribuída exclusivamente ao efeito desincentivo ao trabalho, visto que foram observados distintos efeitos na distribuição. Ademais, a redução de horas trabalhadas no caso de altos quantis pode não ser somente causada pelo efeito desincentivo, mas também por um aumento no poder de barganha do trabalhador em abrir mão de jornadas excessivas de trabalho para ter uma compensação de renda por meio do PBF.

    +

    4 Considerações finais

    +

    Este trabalhou procurou avaliar possíveis efeitos do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar e na renda do trabalho per capita dos indivíduos que se situam em áreas rurais, contribuindo com a literatura em vista dos poucos estudos existentes que buscam avaliar o impacto do programa no mercado de trabalho destas áreas.

    +

    A análise foi feita utilizando dados do Censo Demográfico de 2010, sendo utilizado três metodologias: CEM (2009), Entropia (2011) e EQT (2007). O primeiro e segundo métodos buscam deixar o suporte comum entre o grupo de tratados e controle homogêneo, além disso, a Entropia também encontra efeito médio de tratamento sobre os tratados. A principal diferença entre esses métodos reside no fato de que a Entropia analisa o efeito médio nas variáveis, enquanto o EQT avalia o efeito ao longo da distribuição.

    +

    Considerando os efeitos médios, foi possível observar em todas as regiões e no Brasil como um todo resultados negativos sobre as horas trabalhadas e sobre a renda do trabalho dos beneficiários do programa comparados às famílias que são elegíveis, mas não são beneficiadas. Assim, constatou-se um efeito desincentivo para o Brasil e Regiões, sendo este efeito de maior impacto na região Centro Oeste, enquanto o menor impacto foi registrado na região Nordeste. Ademais, o Nordeste é a região com a maior quantidade de beneficiários do programa no Brasil, no entanto, esta região é a que oferta menos horas trabalhadas em média no país, enquanto a região Sul é a que oferta mais, logo, para os beneficiários que se encontram na região Nordeste, uma maior redução das horas trabalhadas poderia implicar em uma perda monetária mais significativa em comparação com beneficiários da região Sul.

    +

    Quanto aos efeitos na distribuição, foram verificados três tipos de efeitos nas horas trabalhadas do chefe familiar: 1) efeitos neutros nos quantis em que as horas trabalhadas equivalem a no máximo 3 horas para todas as regiões, bem como nos quantis em que as horas trabalhadas são de 40 horas, com exceção da região Centro-Oeste e em outros quantis pontuais. 2) Efeitos negativos, especialmente, onde as horas trabalhadas são superiores a 40 horas, talvez explicada pelo aumento do poder de barganha do trabalhador de abrir mão de jornadas excessivas de trabalho. 3) Efeitos positivos entre os quantis 0,1 e 0,25 da região Norte. Ressalta-se ainda que os maiores e menores efeitos desincentivo ao trabalho foram observados na região Centro-Oeste e Norte, respectivamente. Para a renda do trabalho, os efeitos na distribuição foram negativos, exceto para o primeiro quantil da região Nordeste, ou seja, os beneficiários possuem menor renda do trabalho do que os não beneficiários.

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    Os resultados não necessariamente implicam que essa menor renda do trabalho per capita dos beneficiários é consequência da redução de horas trabalhadas do chefe familiar, visto que os efeitos negativos nas horas trabalhadas foram em poucos quantis, enquanto na renda foi ao longo de todos os quantis analisados. Diante disso, devem existir outros fatores que tenham impacto no mercado de trabalho que não foram identificados nos resultados aqui obtidos, como, por exemplo, os postos de trabalho ocupados pelos indivíduos e o diferente dinamismo econômico de cada região rural do país.

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    Referências

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      Instituído pela Medida Provisória nº 132, de 20 de outubro 2003. Oficializado pela Lei nº 10.836, de 09 de janeiro de 2004, e Decreto nº 5.209, de 17 de setembro de 2004.
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      Visto que foi o último censo divulgado.
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      Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email.
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      O desequilíbrio global é dado pela estatística L1, sendo determinado na diferença entre o histograma L1 multidimensional de todas as covariáveis de pré-tratamento do grupo tratado e do grupo de controle. Quanto mais próximo for L1=0, mais balanceados estarão os dois grupos, quanto mais próximo for L1=1, mais separados são os tratados e controle.
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      Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email.
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      Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email.
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      May-Aug 2018
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    Histórico

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    • +Recebido
      07 Mar 2016
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    • +Aceito
      16 Jan 2017
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..e22b60d8a --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/7f8rqRq4vSnJ7B738VKMKqF.pt.3_0.html @@ -0,0 +1,1059 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Impactos do Programa Bolsa Família no mercado de trabalho e na renda dos trabalhadores rurais +

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    Impacts of Bolsa Família program in the labor market and income of rural workers

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    + + + + +Sobre os autores +
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    Resumo:

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    O presente estudo avalia os efeitos do Programa Bolsa Família (PBF) no mercado de trabalho das famílias pobres que residem em áreas rurais do Brasil. Para a análise, foi utilizado o Censo Demográfico (2010) e duas metodologias: Balanceamento por Entropia e Efeito Quantílico de Tratamento (EQT), que verificam o efeito médio e ao longo da distribuição, respectivamente. Visando melhorar o equilíbrio entre o grupo de tratados e controle foi aplicado o algoritmo CEM, desenvolvido por Iacus, King e Porro (2009). Dessa forma, combinou-se o CEM com o balanceamento por entropia para determinar o Efeito Médio de Tratamento sobre os Tratados (ATT). Como resultado, observou-se que no Brasil e regiões as horas trabalhadas dos beneficiários são menores que a dos não beneficiários, assim como a renda do trabalho. Quanto aos efeitos na distribuição, para a maioria dos quantis o efeito é nulo, entretanto, em alguns quantis, os beneficiários possuem menos horas trabalhadas que os não beneficiários. Portanto, os resultados na média indicaram um possível “efeito desincentivo” do programa sobre as horas trabalhadas, ocasionando uma redução na renda das famílias proveniente do trabalho. Por outro lado, na análise por quantis não se pode afirmar o mesmo, visto que os resultados dos efeitos nas horas trabalhadas foram distintos.

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    Palavras-Chave:
    Programa Bolsa Família; entropia; Efeito Quantílico de Tratamento; mercado de trabalho.

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    + Abstract: +

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    This study evaluates the effects of the Bolsa Família Program (PBF) in the labor market of poor families living in rural areas of Brazil. For the analysis, we used the Census (2010) and two methodologies: Balancing Entropy Quantílico and treatment effect (EQT), checking the average effect and throughout the distribution, respectively. To improve the balance between the treated group and control was applied CEM algorithm developed by Iacus, King, and Porro (2009). Thus, combined with the CEM balancing entropy to determine the Average Treatment Effect on Treaties (ATT). As a result, it was observed that in Brazil and regions, the working hours of the beneficiaries is lower than that of non-beneficiaries, as well as labor income. The effects on distribution, for most quantile the effect is null, however, in some quantile, beneficiaries have fewer working hours than non beneficiaries. Therefore, the results in the average indicated a possible "disincentive effect" of the program on the hours worked, causing a decrease in household income from work. On the other hand, the analysis by quantile can not say the same, as the results of the effects on hours worked were different.

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    + Keywords: +
    Bolsa Família Program; Entropy; Quantílico Treatment Effect; Label Market.

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    1 Introdução

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    O meio rural vem passando por diversas transformações nas últimas décadas, entre elas está a adoção do modelo de modernização do setor agrícola, ocorrida em meados da década de 1960, com a introdução de meios de produção mais avançados e de políticas públicas destinadas a este setor. Consequentemente esse período marcou o início de um novo modelo econômico no país por meio da mudança do chamado modelo de substituição de importações pela modernização do setor agrário e formação do Complexo Agroindustrial (Teixeira, 2005TEIXEIRA, J. C. Modernização da agricultura no Brasil: impactos econômicos, sociais e ambientais. Revista Eletrônica da Associação dos Geógrafos Brasileiros - Seção Três Lagoas, v. 2, n. 2, 2005.).

    +

    De acordo com Ferreira et al. (2006FERREIRA, M. de O. et al.Especialização produtiva e mudança estrutural da agropecuária cearense. Teoria e Evidência Econômica, Passo Fundo, v. 14, n. 26, p. 91-111, maio 2006.), embora tenha havido uma mudança produtiva na agropecuária brasileira, essa mudança se deu de forma desigual entre as regiões do país. Goodman, Sorj e Wilkison (1985GOODMAN, D.; SORJ, B.; WILKISON, J. Agroindústria, políticas públicas e estruturas rurais: análise recentes sobre a agricultura brasileira. Revista de Economia Política, v. 5 n.4, p.31-35, 1985.apudNascimento et al., 2008NASCIMENTO, C. A. et al. A Qualidade do emprego rural fluminense nos anos recentes (2002 e 2006). Congresso da Sociedade Brasileira de Economia e Sociologia RuraL, 46, 2008, Rio Branco . Anais... Rio Branco, 2008. Disponível em: <Disponível em: http://www.sober.org.br + > Acesso em: 05 mai. 2015.
    http://www.sober.org.br... +
    ), destacam que os médios e grandes produtores foram os mais beneficiados, principalmente aqueles que se direcionavam para a produção de produtos de exportação e/ou ligados às agroindústrias, em especial os do Centro-Sul do país. Conforme Teixeira (2005TEIXEIRA, J. C. Modernização da agricultura no Brasil: impactos econômicos, sociais e ambientais. Revista Eletrônica da Associação dos Geógrafos Brasileiros - Seção Três Lagoas, v. 2, n. 2, 2005.), os produtores das pequenas propriedades não foram incluídos nesse processo de modernização devido aos altos custos de produção. Assim, alguns pequenos produtores (principalmente aqueles que praticavam agricultura de subsistência) abandonaram as atividades agrícolas, deixando o campo e migrando para os centros urbanos.

    +

    Já na década de 1990, a abertura comercial brasileira foi implementada pelo governo Collor, na qual foi eliminada a maior parte das barreiras não-tarifárias e reduziu gradativamente o nível e o grau de proteção da indústria local (Averbug, 1999AVERBUG, A. A Economia Brasileira nos anos 90: abertura e integração comercial na década de 90. Rio de Janeiro: BNDES, 1999.). Com isso, a entrada de produtos agrícolas similares aos nacionais foi permitida, aumentando a concorrência no mercado interno (Carvalho; Marinho, 2003CARVALHO, R.; MARINHO, E. L. L. Transformações Estruturais, Variações na Eficiência Técnica e Produtividade Total dos Fatores no Setor Agrícola dos Países Sul-Americanos - 1970 a 2000. ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 31., 2003. Anais... Porto Seguro, ANPEC, 2003. ). Aliada à abertura comercial, outras mudanças sofridas no período foram responsáveis pela diminuição da oferta de empregos no setor agrícola, como a redução de incentivos do governo, a sobrevalorização do câmbio e a queda do preço dos produtos agrícolas (Santos et al, 2010SANTOS, G. C. et al.Mercado de trabalho e rendimento no meio rural brasileiro. Economia Aplicada, Ribeirão Preto, v. 14, n. 3, p. 355-379, set. 2010.).

    +

    Todos esses desdobramentos ampliaram ainda mais as disparidades de renda no meio rural. Incapazes de competir com a grande indústria rural, os pequenos produtores que escolheram continuar no campo, passaram a buscar outras formas de sobrevivência além da produção para o autoconsumo, assim, conforme Santos et al. (2010SANTOS, G. C. et al.Mercado de trabalho e rendimento no meio rural brasileiro. Economia Aplicada, Ribeirão Preto, v. 14, n. 3, p. 355-379, set. 2010.), atividades não agrícolas, como artesanato, cultivo de flores, ecoturismo, prestação de serviços e comércio, viraram fontes de renda, viabilizando a permanência nas áreas rurais.

    +

    Diante disso, o meio rural apresenta uma grande distorção em relação à área urbana quanto a alguns indicadores, como menor rendimento médio familiar e maior percentual de famílias pobres e extremamente pobres (IBGE, 2015IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Banco de Dados Agregados. Sistema IBGE de Recuperação Automática - SIDRA. Disponível em:Disponível em:http://www.ibge.gov.br + Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ibge.gov.br... +
    ). Na tentativa de reverter ou amenizar esse quadro, algumas estratégias vêm sendo empregadas na esperança de fortalecer e promover o segmento rural, como políticas de crédito e programas de transferências de renda, em especial, o Programa Bolsa Família (PBF).11 Instituído pela Medida Provisória nº 132, de 20 de outubro 2003. Oficializado pela Lei nº 10.836, de 09 de janeiro de 2004, e Decreto nº 5.209, de 17 de setembro de 2004. +

    +

    O PBF é um programa de transferência direta de renda condicionada e foi criado pelo Governo Federal com o objetivo de, no curto prazo, aliviar a situação de pobreza e promover segurança alimentar e nutricional das famílias que se encontram em posição de vulnerabilidade social em todo o país, impondo condicionalidades nas áreas da educação, saúde e assistência social.

    +

    As maiores críticas e questionamentos são a respeito de um possível efeito negativo que o programa possui sobre o mercado de trabalho, o chamado “efeito desincentivo” (Costa et al., 2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ) ao trabalho. Segundo Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.), esse efeito, também conhecido como efeito-renda, trata da redução da oferta de trabalho dos membros adultos das famílias beneficiadas em vista das transferências monetárias recebidas por estes. Ou seja, existe um tipo de recompensa pela perda salarial por meio da transferência de renda repassada às famílias, assim, a renda familiar não é comprometida.

    +

    Alguns trabalhos empíricos foram realizados com o objetivo de mostrar possíveis impactos do Programa Bolsa Família no mercado de trabalho, a exemplo de Ferro e Nicollela (2007FERRO, A. R.; NICOLLELA, A. C. The impact of conditional cash transfers programs on household working decision in Brazil. São Paulo, 2007. Disponível em: <Disponível em: http://www.iza.org/conference_files/worldb2007/ferro_a3468.pdf + >. Acesso em: 9 março 2015.
    http://www.iza.org/conference_files/worl... +
    ), Teixeira (2008TEIXEIRA, C. G. Análise do Impacto do Programa Bolsa Família na oferta de trabalho dos homens e das mulheres. PNUD/IPC, 2008. Disponível em:<Disponível em:http://www.ipc-undp.org/publications/mds/27P.pdf + >. Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ipc-undp.org/publications/mds... +
    ), Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.) e Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ).

    +

    Ferro e Nicollela (2007FERRO, A. R.; NICOLLELA, A. C. The impact of conditional cash transfers programs on household working decision in Brazil. São Paulo, 2007. Disponível em: <Disponível em: http://www.iza.org/conference_files/worldb2007/ferro_a3468.pdf + >. Acesso em: 9 março 2015.
    http://www.iza.org/conference_files/worl... +
    ) analisaram o efeito das transferências de renda condicionadas quanto à taxa de participação e as horas trabalhadas dos adultos nas áreas urbanas e rurais, com base nos dados da PNAD do ano de 2003. Os efeitos encontrados foram positivos e significativos apenas para homens e mulheres residentes em áreas urbanas e negativo para mulheres residentes em áreas rurais.

    +

    Teixeira (2008TEIXEIRA, C. G. Análise do Impacto do Programa Bolsa Família na oferta de trabalho dos homens e das mulheres. PNUD/IPC, 2008. Disponível em:<Disponível em:http://www.ipc-undp.org/publications/mds/27P.pdf + >. Acesso em: 20 abr. 2015.
    http://www.ipc-undp.org/publications/mds... +
    ) estima o efeito do PBF na oferta de trabalho em atividades formais e informais de homens e mulheres beneficiários do programa, com dados da PNAD 2006. O cálculo é feito por meio do efeito médio do tratamento (Average Treatment Effect on the Treated - ATT) e a análise gráfica do efeito local do programa (Average Local Effect - ALE). Os resultados apontam que o PBF tem efeito negativo na oferta de trabalho das mulheres. Por sua vez, na oferta de trabalho dos homens, o efeito é negativo para os que trabalham por conta própria e nulo para os que trabalham no mercado formal.

    +

    Tavares (2008TAVARES, P. A. Efeito do Programa Bolsa Família sobre a oferta de trabalho das mães. XIII Seminário sobre Economia Mineira - Economia, História, Demografia e Políticas Públicas. Diamantina, MG, 2008.) investigou o impacto do PBF sobre a oferta de trabalho das mães beneficiadas. Foram utilizados dados da Pesquisa Nacional por Amostra Domiciliar (PNAD), referentes ao ano de 2004, e o método do Propensity score Matching (PSM) para assim fazer um confractual e encontrar mães que não foram beneficiadas pelo programa comparáveis às mães que foram. Os resultados encontrados evidenciam um pequeno efeito-renda negativo, mas que não é suficiente para gerar um efeito-desincentivo ao trabalho. Entretanto, também foi observado um efeito positivo que se sobrepõe ao efeito negativo, a autora explica que isso pode decorrer devido a uma maior disponibilidade de tempo das mães para trabalhar, visto que as crianças e jovens têm um aumento da frequência escolar e assim reduzem sua oferta de trabalho.

    +

    Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ) fizeram uma análise do impacto do PBF na renda e nas horas de trabalho das famílias pobres em todas as regiões brasileiras. Para a análise, foram utilizados dados do Censo (2010) do IBGEIBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Censo Demográfico de 2010. Rio de Janeiro. Disponível em: http://www.ibge.gov.br. Vários acessos.
    http://www.ibge.gov.br... +
    e o método do Efeito Quantílico do Tratamento (EQT), em especial o estimador proposto por Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.). Os resultados mostraram que em grupos específicos de famílias beneficiadas houveram menos horas trabalhadas e uma menor renda do trabalho quando comparado às famílias não beneficiadas. No tocante às regiões, os resultados foram distintos, tendo as regiões Nordeste e Norte efeitos negativos no mercado de trabalho, enquanto os resultados para as demais regiões foram mais homogêneos. Também foi possível observar efeitos para o Brasil urbano e Brasil rural, no qual os impactos foram diferentes, com efeitos neutros, positivos e negativos para os dois casos, entretanto o efeito desincentivo ao trabalho foi mais forte no Brasil rural do que no urbano, especialmente nos quantis mais elevados. Os autores indicam que parte dessas diferenças observadas pode ter ligação com o dinamismo econômico específico de cada região.

    +

    Diante do exposto, surgem alguns questionamentos: o Programa Bolsa Família gera “efeito-desincentivo” ao trabalho nas famílias beneficiadas pelo programa situadas nas áreas rurais? Caso provoque, esse impacto é observado em todos os estratos de renda e nas horas trabalhadas?

    +

    Bem como Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), este estudo fará uso da metodologia de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.), entretanto, cabe destacar que os autores verificam os efeitos do Programa Bolsa Família no meio rural do Brasil como um todo, porém, neste artigo, será analisado o meio rural das regiões do Brasil. Além disso, o presente trabalho capta o efeito médio de tratamento sobre os tratados por meio da combinação das metodologias CEM (2009) e Balanceamento por Entropia (2011). Dessa forma, a contribuição deste trabalho para a literatura se apresenta, principalmente, por mensurar o efeito do programa, especificamente para as áreas rurais das regiões brasileiras, na média e em toda a distribuição, permitindo verificar os estratos de renda e as horas de trabalho semanais, nos quais o efeito é mais expressivo.

    +

    Este artigo está estruturado em quatro seções, incluindo esta introdução. A metodologia será apresentada na segunda seção. Os resultados podem ser observados na seção três. E, por último, as considerações finais do trabalho serão apresentadas na seção quatro.

    +

    2 Metodologia e base de dados

    +

    2.1 Modelos Econométricos

    +
    2.1.1 Algoritmo CEM
    +

    Um problema associado aos métodos de matching baseados no propensity score é o seu fraco desempenho em encontrar grupos de comparação equilibrados. De fato, o alvo principal dos métodos de matching consiste em eliminar observações de modo a obter um melhor equilíbrio comparativo entre grupos tratados e o grupo de controle (Blackwell et al., 2009BLACKWELL, M.; IACUS, S.; KING, G.; PORRO, G. CEM: Coarsened exact matching in Stata. The Stata Journal. v. 9, n. 4, p. 524-546, 2009.).

    +

    Para tentar contornar esses problemas, Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    ) desenvolveram o algoritmo Coarsened Exact Matching (CEM), o qual não exige nenhuma hipótese sobre o processo de geração de dados (DGP), com exceção da ignorabilidade. Além disso, tal método garante que os desiquilíbrios entre os grupos de tratados e de controle pós o matching não sejam maiores que um limite previamente selecionado.

    +

    Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    , 2011IACUS, S; KING, G; PORRO, G. Causal Inference without Balance Checking: Coarsened Exact Matching. Political Analysis , 2011.) mostraram por meio de simulações de um grande número de DGPs que CEM possui propriedades estatísticas superiores aos métodos tradicionais, como menor desiquilíbrio entre grupos pós matching, menor dependência do modelo, dentre outros. Além disso, o CEM permite a melhora da análise de outros métodos, como o próprio PSM e a Entropia, por exemplo. Diversos autores têm aplicado esse método na literatura em muitas áreas, tais como, Aroca et al. (2014AROCA, P.; BRIDA, J. G.; VOLO, S. Tourism statistics: correcting data inadequacy using coarsened exact matching. Working Paper. School of Economics and Management at the Free University of Bozen, 2014.) e Schurer et al. (2015SCHURER, S. et al.The Medical Care Costs of Mood Disorders: A Coarsened Exact Matching Approach, IZA Discussion Papers, 2015.).

    +

    O algoritmo do CEM segue os seguintes passos:

    +
    +
      +
    1. Dado as covariadas X, é realizado uma cópia de X, denominada X*;

    2. +
    3. X* é “engrossado” (coarsened) ou de acordo com cortes amostrais previamente selecionados ou utilizando um método automático desenvolvido por Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
      http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
      );

    4. +
    5. Cria-se um estrato por unidade de observação de X* e se coloca cada observação no estrato;

    6. +
    7. Relaciona o estrato com os dados originais, X, e elimina-se as observações do estrato que não contém ao menos um tratado ou uma unidade de controle.

    8. +
    +
    +

    Iacus, King e Porro (2009IACUS, S. M.; KING, G; PORRO, G. Matching for causal inference without balance checking. 2009. Disponível em: <Disponível em: http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf + >. Acesso em: 27 Maio 2016.
    http://gking.harvard.edu/files/cem.pdf... +
    ) desenvolvem uma medida de desequilíbrio global, dada pela estatística L1, em que esta é baseada na diferença entre histogramas multidimensionais de todas as covariadas de pré-tratamento nos grupos de tratados e controles e pode ser representada por: \(${{\mathcal{L}}_{1}}\left( f,g \right)=\frac{1}{2}\underset{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}{\mathop \sum }\,\left| {{f}_{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}}-{{g}_{{{l}_{1}}\ldots {{l}_{k}}}} \right| \). O equilíbrio perfeito global é encontrado por L1=0, e valores elevados para L1 indicam grandes desequilíbrios entre os grupos, com valor máximo de L1 = 1, no qual indica completa separação. Denote as frequências relativas dos dados pareados por fm e gm, então uma boa solução para o pareamento produzirá uma redução na estatística L1, ou seja, \( {{\mathcal{L}}_{1}}\left( {{f}^{m}},~{{g}^{m}} \right)\le {{\mathcal{L}}_{1}}\left( f,g \right) \).

    +

    Neste trabalho não será utilizado o CEM para a comparação direta entre grupos de tratados e de controle, mas sim, para melhorar o desempenho de outro método ao escolher mais adequadamente, com menos desequilíbrio, as observações a serem pareadas.

    +
    2.1.2 Entropia
    +

    Hainmueller (2012HAINMUELLER J. Entropy Balancing for Causal Effects: A Multivariate Reweighting Method to Produce Balanced Samples in Observational Studies. Political Analysis, v. 20 n. 1, p. 25-46, 2012.) desenvolveu um método multivariado que permite ponderar um conjunto de dados, tais que, as distribuições das variáveis nas observações reponderadas satisfaçam um conjunto de condições especiais de momentos, de forma que exista equilíbrio exato sobre o primeiro, segundo, e possivelmente maiores momentos das distribuições de variáveis independentes nos grupos de tratamento e controle. Esse método permite que o pesquisador especifique um nível de equilíbrio desejável para as covariadas usando um conjunto de condições associadas aos momentos da distribuição.

    +

    Considere uma amostra com n1, observações pertencentes ao grupo dos tratados, e n0 unidades de controle, os quais foram selecionados aleatoriamente de uma população de tamanho N1 e N0 respectivamente \( {{n}_{1}}\le {{N}_{1}}~e~{{n}_{0}}\le {{N}_{0}}~ \). Seja \( {{D}_{i}}\in \left\{ 1,0 \right\} \) uma variável de tratamento binária, em que irá assumir o valor igual a 1 se a unidade i pertencer ao tratamento e 0 se pertencer ao grupo de controle. Seja X uma matriz que contém as observações de J variáveis exógenas de pré-tratamento; Xij corresponde o valor da j-ésima covariada da unidade i, tais que, Xi = (Xi1,Xi2,...,Xij), refere-se ao vetor de características da unidade i, e Xj refere-se ao vetor coluna com j-th covariada. A densidade das covariadas nas populações de tratamento e controle são dadas por \( {{f}_{X|D=1}}~e~{{f}_{X|D=0}} \) respectivamente. O resultado potencial Yi(Di) corresponde ao par de resultados para a unidade i dadas as condições de tratado e controle, assim, o resultado observado é dado por Y=Y1D+1-DY(0) +

    +

    O Efeito Médio Tratamento sobre os Tratados (EMTT) é dado por τ=EY1D=1-E[Y(0)|D=1]. A primeira esperança pode ser diretamente identificada do grupo de tratados, mas a segunda corresponde ao contrafactual, o qual não é observado. Assumindo seleção nos observáveis, \( Y\left( 0 \right)\bot D|X \), e sobreposição, Pr(D=1|X=x) menor que 1 para todo x no suporte de \( ~{{f}_{X|D=1}} \) o EMTT é identificado como:

    +

    +

    +
    + τ=EYD-EYX=x,D=0fX|D=1(x)dx + (1) +
    +
    +

    +

    Para estimar o último termo da equação 1, a distribuição da covariável no grupo de controle necessita ser ajustada para torná-la semelhante à distribuição no grupo de tratamento, tal que o indicador de tratamento D se torne mais perto de ser ortogonal em relação às covariáveis. Uma variedade de métodos de pré-processamento de dados, tais como pareamento pelo vizinho mais próximo, cem, escore de propensão têm sido propostos para reduzir o desequilíbrio na distribuição de variáveis independentes. Uma vez que as distribuições de variáveis independentes são ajustadas, métodos de análise padrão, tais como a regressão, podem ser posteriormente utilizados para estimar o tratamento com menor erro e modelo de dependência (Imbens, 2004IMBENS, G. W. Nonparametric Estimation of Average Treatment Effects under Exogeneity: A Review. Review of Economics and Statistics, v. 86 n. 1, p. 4-29, 2004.; Rubin, 2006RUBIN, D. B. Matched Sampling for Causal Effects. Cambridge: Cambridge University Press. 2006.; Ho et al., 2007HO, DE; IMAI, K.; KING, G.; STUART, E. A. Matching as Nonparametric Preprocessing for Reducing Model Dependence in Parametric Causal Inference. Political Analysis , v. 15 n. 3, p. 199, 2007.; Iacus et al., 2011IACUS, S; KING, G; PORRO, G. Causal Inference without Balance Checking: Coarsened Exact Matching. Political Analysis , 2011.; Sekhon, 2009SEKHON, J. S. Opiates for the Matches: Matching Methods for Causal Inference. Annual Review of Political Science, v. 12, p. 487-508, 2009.).

    +

    Considere o caso mais simples no qual o efeito tratamento nos dados pré-processados é estimado usando a diferença nos resultados médios entre os grupos de tratados e controle ajustado. Um método de pré-processamento popular é usar escore de propensão ponderado (Hirano; Imbens; Ridder, 2003HIRANO, K.; IMBENS, G.; RIDDER, G. Efficient Estimation of Average Treatment Effects Using the Estimated Propensity Score. Econometrica , v. 71 n. 4, p. 1161-1189, 2003.), em que a média contrafactual é estimada como:

    +

    +

    +
    + \[E\widehat{Y\left( 0 \right)|D=1}=\frac{\mathop{\sum }_{\{i|D=0\}}{{Y}_{i}}{{d}_{i}}}{\mathop{\sum }_{\{i|D=0\}}{{d}_{i}}}\] + (2) +
    +
    +

    +

    Em que as unidades de controle recebem um peso dado por \( {{d}_{i}}=\frac{\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right)}{1-\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right)}.\hat{p}\left( {{x}_{i}} \right) \) na equação 2 é o escore de propensão, o qual é comumente estimado por meio de uma regressão probit ou logit. Se este modelo estiver corretamente especificado, então o peso estimado di vai assegurar que a distribuição do covariável das unidades de controle reponderadas irá corresponder à distribuição no grupo de tratamento. No entanto, na prática, essa abordagem muitas vezes não consegue equilibrar conjuntamente todas as covariáveis.

    +

    O balanceamento por entropia generaliza a abordagem de ponderação do escore de propensão ao estimar os pesos diretamente de um conjunto de restrições de equilíbrio que exploram o conhecimento do pesquisador sobre os momentos de amostra. Considere 𝑤_𝑖 o peso do balanceamento por entropia escolhido para cada unidade de controle, os quais foram encontrados pelo seguinte esquema de reponderação que minimiza a distância métrica de entropia:

    +

    +

    +
    + \[\underset{{{w}_{i}}}{\mathop{\min }}\,H\left( w \right)=\underset{\{i|D=0\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}\text{log}({{w}_{i}}/{{q}_{i}})\] + (3) +
    +
    +

    +

    Sujeito às restrições de equilíbrio e normalização

    +

    +

    +
    + \[\underset{\left\{ i\text{ }\!\!|\!\!\text{ }D=0 \right\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}{{c}_{ri}}\left( {{X}_{i}} \right)={{m}_{r}}\] + (4) +
    +
    +

    +

    Com r E 1, ..., R

    +

    +

    +
    + \[\underset{\left\{ i\text{ }\!\!|\!\!\text{ }D=0 \right\}}{\mathop \sum }\,{{w}_{i}}=1\] + (5) +
    +
    +

    +

    +

    +
    + \[{{w}_{i}}\ge 0\] + (6) +
    +
    +

    +

    para todo i, tal que D = 0

    +

    Onde \( {{q}_{i}}=\frac{1}{{{n}_{0}}} \) é um peso base e cri(Xi) = mr descreve um conjunto de R restrições impostas aos momentos das covariadas no grupo de controle reponderados. Inicialmente, escolhe-se a covariada que será incluída na reponderação. Para cada covariada, especifica-se um conjunto de restrições de balanceamento (Eq. 04) para equiparar os momentos das distribuições das covariadas entre os grupos de tratamento e controles reponderados. As restrições de momentos podem ser a média (primeiro momento), a variância (segundo momento), e a assimentria (terceiro momento). Uma restrição típica do balanceamento é formulada de tal forma que mr contenha o momento de uma covariada específica Xj para o grupo de tratamento e a função de momento para o grupo de controle é especificada como :\( {{c}_{ri}}\left( {{X}_{ij}} \right)=X_{ij}^{r}~ou~{{c}_{ri}}\left( {{X}_{ij}} \right)={{\left( {{X}_{ij}}-{{\mu }_{j}} \right)}^{r}} \) com média \( {{\mu }_{i}} \) +

    +

    Dessa forma, o balanceamento por entropia procura, para um conjunto de unidades, pesos W = (wi,...wn0)', no qual minimiza a equação (3), distância de entropia entre W e o vetor base de pesos Q=(qi,...,qn0)', sujeita às restrições de balanceamento na equação (4), restrição de normalização (equação 5), e restrição de não-negatividade (Equação 6).

    +

    Segundo Hainmueller (2012HAINMUELLER J. Entropy Balancing for Causal Effects: A Multivariate Reweighting Method to Produce Balanced Samples in Observational Studies. Political Analysis, v. 20 n. 1, p. 25-46, 2012.), o método da entropia pode ser combinado com outros métodos de pareamento, tais como, CEM e PEP, visando, assim, equilibrar com maior robustez as covariadas. Nesse caso, o autor sugere aplicar inicialmente o CEM, para desconsiderar as unidades de tratados e controles desequilibradas, e em seguida fazer a ponderação via entropia. Dessa forma, este trabalho irá seguir esse procedimento, minimizando os desequilíbrios entre os grupos de tratados e controle.

    +
    2.1.3 Efeito quantílico de tratamento - Modelo de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.)
    +

    O modelo de efeito quantílico de tratamento exógeno e não condicional proposto por Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) será utilizado para obter o efeito do PBF nas áreas rurais. Isso porque uma família pode ou não pertencer ao programa devido a fatores aleatórios, dada uma restrição de renda e características observáveis, portanto, o tratamento utilizado deve ser exógeno. E não condicional deve-se ao fato de muitas famílias serem elegíveis ao programa, mas que não são selecionadas devido aos recursos direcionados ao programa serem limitados, dessa forma, a participação ou não condicional das famílias é feita de forma aleatória.

    +

    Neste estudo, o tratamento diz respeito a receber ou não o benefício do PBF, portanto os beneficiários do PBF fazem parte do grupo de tratamento e os não beneficiários do grupo de controle. Visto isso, o modelo de EQT de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) é definido a seguir.

    +

    Seja T a variável que indica o tratamento para um indivíduo i, que assume valores de 0 e 1. Se Ti=1 o indivíduo assume a forma de tratado e se Ti=0, de não tratado. Seja Yi a variável de resposta desse evento, ou seja, os resultados potenciais de receber ou não o tratamento, dessa forma, se Yi(1) o indivíduo recebe o tratamento e se Yi(0), não recebe o tratamento. Então, define-se o resultado observado como:

    +

    +

    +
    + \[{{Y}_{i}}=~{{Y}_{i}}\left( 1 \right)-~{{T}_{i}}+~{{Y}_{i}}\left( 0 \right)-~\left( 1-{{T}_{i}} \right)\] + (7) +
    +
    +

    +

    Diante disso, definindo τ como um número real em [0,1] o efeito quantílico de tratamento (EQT) é dado por:

    +

    +

    +
    + \[{{q}_{t}}~=~{{q}_{1,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}-~{{q}_{0,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\] + (8) +
    +
    +

    +

    onde \( {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\equiv in{{f}_{q}}\Pr \left[ Y\left( j \right)\le ~{{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}} \right]\ge \text{ }\!\!\tau\!\!\text{ },\text{ }\!\!~\!\!\text{ j}=0,1 \) +

    +

    A expressão acima mostra que o EQT é a diferença entre os valores do quantil τ das funções de distribuição cumulativas da variável resposta referentes ao grupo de tratamento e o de controle, para um dado quantil. Para estimar o EQT é necessário seguir duas etapas: em primeiro lugar, estima-se o escore de propensão e posteriormente calcula-se a diferença entre tratados e não tratados. Os estimadores do escore de propensão são definidos como a probabilidade condicional de receber um tratamento, dado por características de pré-tratamento observáveis:

    +

    +

    +
    + \[p\left( X \right)=\Pr \left( T=1\text{ }\!\!|\!\!\text{ }X=x \right)\] + (9) +
    +
    +

    +

    A utilização do escore de propensão requer que sejam adotadas três hipóteses: independência condicional, suporte comum e quantis bem definidos e únicos. A hipótese de independência condicional implica que os valores de Yi independem da aplicação do tratamento, condicionada a um determinado conjunto de variáveis X observáveis:

    +

    +

    +
    + Hipótese 1: + \[{{Y}_{i}}\left( 1 \right),~{{Y}_{i}}\left( 0 \right)~\bot {{T}_{i}}|{{X}_{i}}$ \] +
    +
    +

    +

    Já a hipótese de suporte comum garante que as observações de tratamento têm observações de comparação "nas proximidades" na distribuição de escore de propensão, ou em outros termos:

    +

    Para algum

    +

    +

    +
    + Hipótese 2: + \[c > 0, c < p(x) < 1 – c\] +
    +
    +

    +

    Hipótese 3: Para j=0,1, Y(j) é uma variável aleatória contínua com suporte em R, no qual há um conjunto não vazio de Y1 e Y1, de tal forma que \( {{Y}_{i}}=\{\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\in ~\left( 0,1 \right);\text{ }\!\!~\!\!\text{ Pr}\left[ Y\left( j \right)\le {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\text{ }\!\!~\!\!\text{ c} \right]\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\left\langle \text{Pr}\left[ Y\left( j \right)\le {{q}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}+\text{ }\!\!~\!\!\text{ c} \right],~\forall ~c~\in R,c \right\rangle 0~ \). Essa hipótese que mostra que os quantis são bem definidos e únicos.

    +

    Cabe mencionar que diferentemente da metodologia exposta na subseção anterior, a metodologia de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.) não faz o pareamento (matching) dos escores de propensão, e a estimação do escore de propensão é feita por meio de um modelo logit global. Dessa forma, o estimador de EQT é dado por \( \overset{\hat{\ }}{\mathop{q}}\,t=~{{\hat{q}}_{1,~\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}-{{\hat{q}}_{0,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}} \) em que:

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{q}}_{j,~\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\equiv \arg mi{{n}_{q}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathop \sum }}\,{{\hat{w}}_{j,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}~.~{{\rho }_{\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }}}\left( {{Y}_{i}}-~q \right)\] + (10) +
    +
    +

    +

    De tal forma que os quantis podem ser estimados mediante a minimização de uma soma da função check 𝜌 (.), assim como foi proposto por Koenker e Basset (1978BASSET, Gilbert; KOENKER, R. Regression quantiles. Econometrica, v. 46, n. 1, p. 33-50, 1978) apud Cavalcanti (2013CAVALCANTI, D. M. Avaliação dos Impactos do Programa Bolsa Família na Renda, Educação e no Mercado de Trabalho das Famílias Pobres do Brasil. Dissertação. (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de Pós-Graduação em Economia, Centro de Ciências Sociais Aplicadas. 2013.). Os pesos de cada uma das observações, wi, é dada pela seguinte expressão:

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{w}}_{1,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}}=\frac{{{T}_{i}}}{N.\hat{p}\left( {{X}_{i}} \right)}\] + (11) +
    +
    +

    +

    e

    +

    +

    +
    + \[{{\hat{w}}_{o,\text{ }\!\!\tau\!\!\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}}=~\frac{1-{{T}_{i}}}{N.\left( 1-\hat{p} \right)\left( {{X}_{i}} \right)}\] +
    +
    +

    +

    2.2 Grupos de tratamento e controle

    +

    A avaliação do impacto do Bolsa Família no mercado de trabalho será realizada por meio da comparação dos resultados de dois grupos, tratamento, o qual considera as famílias que atendem aos critérios de elegibilidade e são beneficiárias do programa; grupo de controle, composto pelas famílias que atendem aos critérios de elegibilidade, mas que não são beneficiárias, pois não foram selecionadas por algum motivo.

    +

    2.3 Base de dados e variáveis do modelo

    +

    Os dados utilizados neste trabalho foram retirados do Censo Demográfico realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGEIBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios de 2013. Rio de Janeiro. Disponível em: http://www.ibge.gov.br. Vários acessos.
    http://www.ibge.gov.br... +
    ) para o ano de 2010.22 Visto que foi o último censo divulgado. +

    +

    Seguindo Costal et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), os impactos dos Programa Bolsa Família no mercado de trabalho serão avaliados utilizando duas variáveis de resultado: horas trabalhadas do chefe familiar, pois, pretende-se analisar se o programa reduz ou não as horas trabalhadas dos chefes beneficiários, verificando se realmente há um efeito desincentivo ao trabalho devido ao repasse monetário; e renda do trabalho per capita, que busca verificar se a renda das famílias oriunda do trabalho está aumentando ou reduzindo por possíveis efeitos negativos, de desincentivo ao trabalho, do programa.

    +

    Para fazer uma comparação dos resultados dos grupos de tratamento e de controle, é necessário que os dois grupos sejam bastante homogêneos entre eles. Assim, com o intuito de garantir que o modelo capte o efeito do programa, fez-se necessário controlar características observáveis do grupo familiar e do domicílio. Para tanto, o CadÚnico foi utilizado como referência para verificar quais são as variáveis registradas nesse sistema que são pertinentes para a determinação do recebimento do programa.

    +

    O grupo de covariadas é dividido em quatro categorias, como mostra o quadro 1 abaixo.

    +
    +
    + +
    +Quadro1:
    Covariadas utilizadas para o matching
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    3 Resultados

    +

    3.1 Estatísticas descritivas

    +

    A distribuição dos domicílios rurais pobres elegíveis para o Programa Bolsa Família pode ser observada na Tabela 1. Os dados amostrais denotam um total de 430.227 unidades domiciliares, e, quando ponderados pelo peso, os dados do Universo mostram que os números de domicílios correspondem a 2.742.705.

    +

    No Brasil, o percentual de famílias beneficiadas pelo PBF no meio rural equivale a 59,60% do total de famílias elegíveis. Quando a análise é feita por regiões, percebe-se que o Nordeste é responsável pela maior quantidade de famílias beneficiadas, tanto em termos absolutos quanto relativos, com cerca de 68,68% da amostra de 261.500 domicílios e representando 72,03% do total dos beneficiários do país. Em seguida, destacam-se as regiões Norte e Sudeste, que participam com 12,98% e 8,93%, respectivamente, no total de beneficiários no Brasil, mas só contemplam 46,20% (Norte) e 46,94% (Sudeste) das famílias elegíveis em suas regiões. Já as regiões Sul e Centro-Oeste possuem participações menos expressivas, representando 4,02% e 2,03% dos beneficiários no país e com menos de 40% de suas populações recebendo benefícios.

    +
    +
    + +
    +Tabela 1:
    Estatísticas descritivas - Brasil e Regiões - Rural - 2010
    +
    +
    +
    +

    Analisando as estatísticas descritivas das variáveis utilizadas para mensurar o impacto do Bolsa Família no mercado de trabalho33 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. constata-se que as horas trabalhadas dos chefes familiares e a renda do trabalho per capita nas regiões Nordeste e Norte, tanto dos beneficiários como dos não beneficiários do programa, ficam abaixo da média do Brasil e das demais regiões. Além disso, é possível perceber uma grande disparidade entre a renda do trabalho per capita dos beneficiários e não beneficiários.

    +

    No Brasil, as famílias que são beneficiadas pelo PBF recebem R$37,41 a menos que as famílias não beneficiadas. Regionalmente, essas disparidades são mais expressivas nas regiões Centro-Oeste (R$37,62), Norte (R$35,41) e Nordeste (R$34,01). É interessante observar que, embora os beneficiários possuam uma menor renda do trabalho se comparados aos não beneficiários, a proporção da população beneficiária que trabalha é superior a não beneficiária em quase todas as regiões, à exceção da região Sul (em que as proporções são iguais). Isto é, as ocupações dos beneficiários devem ter baixas remunerações.

    +

    As famílias que recebem o programa têm em média três filhos, por outro lado, as famílias não beneficiadas têm em média 2 filhos. Outro fator relevante é o baixo nível de instrução dos chefes familiares: a grande maioria apenas sabe ler ou somente possui o grau primário. Essa baixa escolaridade dificulta o processo de qualificação e a conquista de melhores postos de trabalho. Além disso, apesar de uma grande parcela de chefes familiares estar ocupada, somente um pequeno percentual possui carteira de trabalho assinada, ou seja, uma elevada quantidade de trabalhadores deve estar no mercado informal, trabalhando por conta própria ou para o seu próprio sustento. As regiões Sudeste, Centro-Oeste e Sul possuem relativamente mais trabalhadores com carteira assinada - tanto para beneficiários do programa quanto para os não beneficiários - do que as regiões Nordeste e Norte, estas últimas ainda ficam abaixo da média brasileira.

    +

    As demais características do chefe domiciliar, dos componentes familiares e do domicílio são bastante semelhantes para todas as regiões, porém algumas características do domicílio para a região Norte estão abaixo das demais regiões, a exemplo do percentual de residências com água encanada, coleta de lixo, saneamento e eletricidade.

    +

    3.2 Resultados do balanceamento

    +
    3.2.1 Impacto do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar
    +

    Conforme Hainmueller e Xu (2013HAINMUELLER J.; XU, Y. Ebalance: A Stata Package for Entropy Balancing. Journal of Statistical Software. v. 54, n.7. 2013), pode-se combinar o CEM com a Entropia. Assim, foi realizado o balanceamento pelo método CEM e posteriormente o balanceamento por entropia, a fim de permitir que o grupo de tratados e controle fosse o mais semelhante possível. A tabela 2 abaixo mostra os resultados do desequilíbrio global44 O desequilíbrio global é dado pela estatística L1, sendo determinado na diferença entre o histograma L1 multidimensional de todas as covariáveis de pré-tratamento do grupo tratado e do grupo de controle. Quanto mais próximo for L1=0, mais balanceados estarão os dois grupos, quanto mais próximo for L1=1, mais separados são os tratados e controle. entre as covariáveis do grupo de tratados e controle, antes e após a aplicação do algoritmo CEM, bem como as observações para os pareados e não pareados após o balanceamento.

    +

    Ao comparar os resultados de desequilíbrio (estatística L1 antes do balanceamento; estatística L1 após o balanceamento), observa-se, na Tabela 2, que para as horas trabalhadas houve uma redução dessa medida entre as covariáveis dos dois grupos, tanto para o Brasil como para as regiões, demonstrando que a aplicação desse algoritmo proporcionou um melhor equilíbrio entre tratados e controle. Para o Brasil, a amostra, a partir desse método, passou a conter 19.860 tratados e 18.444 controles comparáveis. Nota-se ainda que ao aplicar o CEM o balanceamento melhorou, mas ainda existem diferenças entre os dois grupos. Portanto, faz-se necessária a aplicação do balanceamento por entropia para dar mais robustez à análise.

    +
    +
    + +
    +Tabela 2:
    Balanceamento CEM - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
    +
    +

    Com relação ao balanceamento por Entropia, a Tabela 3 abaixo mostra que, para o Brasil Rural, o comportamento da média, variância e assimetria da distribuição antes e após o procedimento de balanceamento eram distintos entre os grupos analisados.

    +
    +
    + +
    +Tabela 3:
    Balanceamento por Entropia Covariadas das Horas Trabalhadas - Brasil Rural
    +
    +
    +
    +

    Verificando as covariadas, percebe-se que antes do ajustamento à média, a variância e assimetria entre o grupo dos tratados e controles eram diferentes. Após o balanceamento, houve o ajustamento dessas estatísticas para todas as covariadas inseridas, ou seja, o balanceamento está perfeitamente ajustado para os três primeiros momentos da distribuição das variáveis independentes. Ademais, os resultados para as regiões rurais indicaram resultados similares ao encontrado para o Brasil. A região Centro-Oeste foi a única em que os resultados não foram perfeitamente ajustados, entretanto, são valores muito próximos.55 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. +

    +

    Posteriormente ao pareamento por entropia, foi possível calcular o efeito médio do tratamento sobre os tratados (ATT) do Bolsa Família nas horas trabalhadas, que pode ser visto na Tabela 4 abaixo. Os resultados mostram que o impacto do PBF nas horas trabalhadas do chefe familiar, no Brasil, foi em média de -2,65, ou seja, os beneficiários do programa possuem menos horas trabalhadas do que os não beneficiários. O mesmo é observado para todas as regiões, sendo o maior impacto verificado nas regiões Centro-Oeste, Sudeste e Sul, no qual os beneficiários possuem 6,04, 3,13 e 1,80, respectivamente, a menos de horas trabalhadas se comparados às famílias que não recebem o repasse monetário.

    +
    +
    + +
    +Tabela 4:
    Impacto do PBF nas horas trabalhadas do chefe familiar - Brasil e Regiões - Rural.
    +
    +
    +
    +

    Menor impacto foi observado na região Nordeste, cujo efeito foi de -1,14, porém, este não foi significativo para a região Norte. Vale ressaltar que 2010 foi um ano de seca no Nordeste e que mais de 50% dos beneficiários são agricultores. Assim pode ser que neste ano o repasse monetário do programa tenha ajudado a atender apenas às necessidades fundamentais dos beneficiários, sem que tenha havido grandes incentivos para uma maior redução das horas trabalhadas.

    +

    Embora os resultados das horas trabalhadas entre os beneficiários e o grupo de controle tenham mostrado que as Regiões Centro-Oeste, Sudeste e Sul são aquelas que apresentam o maior “efeito desincentivo” médio, elas têm em média mais horas trabalhadas que as demais regiões. Por outro lado, o Norte e o Nordeste apresentaram o menor “efeito desincentivo” e são responsáveis pelo maior número de beneficiários do Programa Bolsa Família no Brasil, como visto na Tabela 1, denotando que apesar de serem regiões com mais beneficiários e com problemas estruturais, o efeito desincentivo é menor quando comparado ao Brasil e demais regiões. Isso, provavelmente, decorre do benefício do PBF não permitir que os trabalhadores de regiões mais pobres como as regiões Norte e Nordeste, prescindam do trabalho, não gerando alto desincentivo ao trabalho. Quanto à região Centro-Oeste, uma possível explicação para a grande diferença entre os dois grupos talvez seja o tamanho da amostra para essa região.

    +
    3.2.2 Impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita
    +

    Seguindo os procedimentos realizados para a análise anterior, estimaram-se as medidas de desequilíbrio global, no qual a Tabela 5 abaixo apresenta estatística L1 = 0,8626 antes do balanceamento, e estatística L1 = 0,6547 após o balanceamento para o caso do Brasil Rural. Observa-se que para a renda do trabalho houve uma redução dessa medida entre as covariáveis dos tratados e controles, demonstrando que a aplicação do CEM como ocorrido na análise anterior melhorou o equilíbrio entre os grupos. Então, a amostra após o procedimento passou a conter 35.372 tratados e 49.664 controles, comparáveis. Além disso, percebe-se que antes do balanceamento o número de tratados era muito superior ao número de controles, o que poderia gerar um desequilíbrio no suporte comum. Para todas as regiões, a estatística L1 também apresentava valores altos antes do balanceamento, já após a aplicação do CEM houve uma melhora no equilíbrio entre os grupos.

    +
    +
    + +
    +Tabela 5:
    Balanceamento CEM - Brasil e Regiões - Rural
    +
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    +
    +

    Assim como na análise das horas trabalhadas, os resultados do balanceamento por Entropia para a renda do trabalho, Tabela 6, mostram que para o Brasil Rural, a média, variância e assimetria da distribuição antes e após a entropia eram diferentes entre os grupos analisados. Ressalta-se que o mesmo acontece para as regiões.66 Tais resultados podem ser requisitados aos autores por email. +

    +

    Após o balanceamento pela entropia no Brasil rural, utilizando os três primeiros momentos da distribuição das variáveis independentes, houve o ajustamento dessas estatísticas para todas as covariadas analisadas, ou seja, o balanceamento está perfeitamente ajustado.

    +

    Por exemplo, a covariada idade do chefe da família, antes do ajustamento tinha como média (38,04), variância (100,00) e assimetria (0,3443) para o grupo dos tratados, para o grupo de controle tinha-se média (37,09), variância (139,10) e assimetria (0,2780) do grupo de controle. Após o balanceamento, houve o ajustamento dessas estatísticas para a covariada em questão, sendo que tanto para o grupo de tratados quanto para o grupo de controle a média (38,04), variância (100,00) e assimetria (0,3443) passaram a ser as mesmas. Quanto aos resultados para as regiões rurais, os resultados foram similares ao encontrado para o Brasil.

    +
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    + +
    +Tabela 6:
    Balanceamento por Entropia Covariadas da Renda do Trabalho per capita - Brasil Rural
    +
    +
    +
    +

    A Tabela 7 mostra o Efeito Médio do Tratamento sobre os Tratados (ATT) para o Brasil e Regiões Rurais. Por meio dela, percebe-se que, em média, as famílias beneficiadas pelo programa no Brasil possuem renda do trabalho per capita inferior às famílias elegíveis não beneficiárias, chegando a uma diferença de R$22,05. Nas regiões, essa diferença é maior na região Sul (-R$19,46), enquanto a região Norte (-R$15,27) é responsável pela menor diferença, seguida do Sudeste (-R$16,73) e Centro-Oeste (-R$16,74).

    +

    Portanto, pode-se verificar que no Brasil e Regiões os beneficiários do Bolsa Família possuem renda do trabalho inferior per capita quando comparados com aqueles elegíveis que não participam do programa, sendo que, para as regiões, o maior e o menor impacto ocorreu nas Região Sul e Norte, respectivamente.

    +
    +
    + +
    +Tabela 7:
    Impacto do PBF na renda do trabalho per capita do chefe familiar - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
    +
    +

    3.3 Resultados para o Modelo de Firpo (2007FIRPO, Sérgio. Efficient Semiparametric Estimation of Quantile Treatment Effects. Econométrica, v. 75, n. 1, 2007.)

    +
    3.3.1 Impacto do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar
    +

    Os efeitos do Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar para as regiões, na distribuição, são apresentados na Tabela 8. Para os quantis, os resultados apresentam efeitos distintos. Pode-se perceber que no primeiro quantil, em que a quantidade de horas trabalhadas é de 2 horas semanais (para o Nordeste, Norte, Sudeste e Centro-Oeste) e 3 horas semanais (para o Sul), não existe “efeito desincentivo” ao trabalho para os trabalhadores. A não existência desse efeito persiste nos primeiros quantis para a região Nordeste e Norte. Já na região Norte, é possível perceber efeitos negativos mais fortes nos quantis mais elevados e um pequeno impacto positivo entre os quantis 0,1 e 0,25.

    +

    A região Centro-Oeste tem a maior redução (12 horas) na jornada de trabalho, mais precisamente para os indivíduos que trabalham 80 horas semanais. Para as regiões Sudeste e Sul, destacam-se efeitos negativos entre os quantis 0,1 e 0,25. Ademais, a região Centro-Oeste é a que possui maiores efeitos desincentivo ao trabalho, enquanto a região Norte é responsável pelos menores efeitos.

    +

    Para aqueles que trabalham 40 horas semanais, tanto para o Brasil quanto para as regiões, não existem efeitos significativos, com exceção da região Centro-Oeste, em que parte dos beneficiários que se encontram nessa faixa chegam a ofertar até 4 horas a menos com relação aos que não são beneficiários. Tais resultados seguem os encontrados por Costa et al. (2014COSTA, E. M.; CAVALCANTI, D. M.; SILVA, J. L. M. da; SAMPAIO, R. M. B. Impactos Regionais do Programa Bolsa Família: uma análise sobre o Mercado de Trabalho das Famílias Pobres. ANPEC: XLII ENCONTRO NACIONAL DE ECONOMIA, 2014 . Disponível em: < Disponível em: http://www.anpec.org.br/encontro/2014/submissao/files_I/i13-dc0aad69d0a6580ef400e1ea2c1accc7.pdf + > Acesso em: 20 abr. 2015. 2014
    http://www.anpec.org.br/encontro/2014/su... +
    ), os quais consideraram para o Brasil urbano e rural.

    +

    Destacam-se alguns efeitos encontrados: 1) efeitos neutros, não significantes, para os quantis em que são poucas as horas trabalhadas do chefe familiar e para os que trabalham 40 horas semanais nas regiões, com exceção da Centro-Oeste. 2) efeitos negativos para os que trabalham acima de 40 horas semanais em todas as regiões, excetuando-se os quantis com efeito nulo, neste caso, o recebimento do benefício pode implicar na busca da aproximação do montante de horas previsto pela CLT, qual seja, reduzindo o excesso de trabalho para 40 horas. 3) Efeitos positivos entre os quantis 0,1 e 0,25 da região Norte, no qual as famílias beneficiadas encontram incentivos para aumentar a quantidade de horas trabalhadas.

    +
    +
    + +
    +Tabela 8:
    Impacto do PBF nas horas trabalhadas dos chefes familiares - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
    +
    +
    3.3.2 Impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita
    +

    A Tabela 9 retrata o impacto do Programa Bolsa Família na renda do trabalho per capita. Por meio dela, percebe-se que, à exceção do primeiro quantil da região Nordeste, a renda dos beneficiários do PBF, se comparada aos não beneficiários, é menor ao longo de toda a distribuição para todas as regiões do país.

    +

    Com relação às regiões Nordeste e Norte, os maiores impactos em termos monetários são observados da mediana pra cima, chegando a receber até R$22,75 (Nordeste) e R$23,33 (Norte) a menos que as famílias elegíveis não beneficiadas. Já nas regiões Sudeste, Centro-Oeste e Sul, a redução na renda é maior no quantil 0,75 (assim como para o Brasil), correspondendo a uma diminuição de R$23,00, R$25,50 e R$25,00, respectivamente.

    +

    Tratando-se do impacto percentual no quantil, os efeitos negativos são mais encontrados nas regiões Sul e Centro-Oeste, nas quais os chefes domiciliares beneficiados recebem 35,0% (quantil 0,1) e 34,3% (quantil 0,01), respectivamente, a menos que os não beneficiados.

    +
    +
    + +
    +Tabela 9:
    Impacto do PBF na Renda do trabalho per capita - Brasil e Regiões - Rural
    +
    +
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    +

    (³)***Estatisticamente significante a 1%; **Estatisticamente significante a 5%; *Estatisticamente significante a 10%.

    +

    Fonte: Elaborado pelos autores, com base nas estimações

    +

    Logo, embora haja uma menor renda oriunda do trabalho dos beneficiários se comparada a dos não beneficiários, não se pode afirmar que essa diferença seja atribuída exclusivamente ao efeito desincentivo ao trabalho, visto que foram observados distintos efeitos na distribuição. Ademais, a redução de horas trabalhadas no caso de altos quantis pode não ser somente causada pelo efeito desincentivo, mas também por um aumento no poder de barganha do trabalhador em abrir mão de jornadas excessivas de trabalho para ter uma compensação de renda por meio do PBF.

    +

    4 Considerações finais

    +

    Este trabalhou procurou avaliar possíveis efeitos do Programa Bolsa Família nas horas trabalhadas do chefe familiar e na renda do trabalho per capita dos indivíduos que se situam em áreas rurais, contribuindo com a literatura em vista dos poucos estudos existentes que buscam avaliar o impacto do programa no mercado de trabalho destas áreas.

    +

    A análise foi feita utilizando dados do Censo Demográfico de 2010, sendo utilizado três metodologias: CEM (2009), Entropia (2011) e EQT (2007). O primeiro e segundo métodos buscam deixar o suporte comum entre o grupo de tratados e controle homogêneo, além disso, a Entropia também encontra efeito médio de tratamento sobre os tratados. A principal diferença entre esses métodos reside no fato de que a Entropia analisa o efeito médio nas variáveis, enquanto o EQT avalia o efeito ao longo da distribuição.

    +

    Considerando os efeitos médios, foi possível observar em todas as regiões e no Brasil como um todo resultados negativos sobre as horas trabalhadas e sobre a renda do trabalho dos beneficiários do programa comparados às famílias que são elegíveis, mas não são beneficiadas. Assim, constatou-se um efeito desincentivo para o Brasil e Regiões, sendo este efeito de maior impacto na região Centro Oeste, enquanto o menor impacto foi registrado na região Nordeste. Ademais, o Nordeste é a região com a maior quantidade de beneficiários do programa no Brasil, no entanto, esta região é a que oferta menos horas trabalhadas em média no país, enquanto a região Sul é a que oferta mais, logo, para os beneficiários que se encontram na região Nordeste, uma maior redução das horas trabalhadas poderia implicar em uma perda monetária mais significativa em comparação com beneficiários da região Sul.

    +

    Quanto aos efeitos na distribuição, foram verificados três tipos de efeitos nas horas trabalhadas do chefe familiar: 1) efeitos neutros nos quantis em que as horas trabalhadas equivalem a no máximo 3 horas para todas as regiões, bem como nos quantis em que as horas trabalhadas são de 40 horas, com exceção da região Centro-Oeste e em outros quantis pontuais. 2) Efeitos negativos, especialmente, onde as horas trabalhadas são superiores a 40 horas, talvez explicada pelo aumento do poder de barganha do trabalhador de abrir mão de jornadas excessivas de trabalho. 3) Efeitos positivos entre os quantis 0,1 e 0,25 da região Norte. Ressalta-se ainda que os maiores e menores efeitos desincentivo ao trabalho foram observados na região Centro-Oeste e Norte, respectivamente. Para a renda do trabalho, os efeitos na distribuição foram negativos, exceto para o primeiro quantil da região Nordeste, ou seja, os beneficiários possuem menor renda do trabalho do que os não beneficiários.

    +

    Os resultados não necessariamente implicam que essa menor renda do trabalho per capita dos beneficiários é consequência da redução de horas trabalhadas do chefe familiar, visto que os efeitos negativos nas horas trabalhadas foram em poucos quantis, enquanto na renda foi ao longo de todos os quantis analisados. Diante disso, devem existir outros fatores que tenham impacto no mercado de trabalho que não foram identificados nos resultados aqui obtidos, como, por exemplo, os postos de trabalho ocupados pelos indivíduos e o diferente dinamismo econômico de cada região rural do país.

    +
    +
    +

    Referências

    +
      +
    • AROCA, P.; BRIDA, J. G.; VOLO, S. Tourism statistics: correcting data inadequacy using coarsened exact matching. Working Paper. School of Economics and Management at the Free University of Bozen, 2014.
    • +
    • AVERBUG, A. A Economia Brasileira nos anos 90: abertura e integração comercial na década de 90. Rio de Janeiro: BNDES, 1999.
    • +
    • BASSET, Gilbert; KOENKER, R. Regression quantiles. Econometrica, v. 46, n. 1, p. 33-50, 1978
    • +
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      Instituído pela Medida Provisória nº 132, de 20 de outubro 2003. Oficializado pela Lei nº 10.836, de 09 de janeiro de 2004, e Decreto nº 5.209, de 17 de setembro de 2004.
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      Visto que foi o último censo divulgado.
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      O desequilíbrio global é dado pela estatística L1, sendo determinado na diferença entre o histograma L1 multidimensional de todas as covariáveis de pré-tratamento do grupo tratado e do grupo de controle. Quanto mais próximo for L1=0, mais balanceados estarão os dois grupos, quanto mais próximo for L1=1, mais separados são os tratados e controle.
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      May-Aug 2018
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    Histórico

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    • +Recebido
      07 Mar 2016
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    • +Aceito
      16 Jan 2017
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    +The impact of asset specificity on farmland inheritance willingness: Evidence from apple growers in China +

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    O impacto da especificidade dos ativos na herança de terras agrícolas: evidências de produtores de maçã na China

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    + Qiangqiang Zhang Xixi Wu Nazir Muhammad Abdullahi Yue Wang Xuexi Huo About the authors +
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    ABSTRACT:

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    Based on detailed household survey of apple farmers in Shandong and Shaanxi, this article used a binary logistic regression model to examine the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational succession arrangements of apple orchard. The results showed that the farmers’ intergenerational willingness of younger generation to succeed them is generally weak. The specificity of human capital, physical assets, land assets and geographic location significantly impacted on farmers’ intergenerational succession of family-operated apple orchard. Especially, the production technology level of apple planting decision-makers, the value of orchard facilities and machinery owned by apple growers, orchard topography, orchard fertility, government support, and the length of village hardened roads have significantly positive impacts on farmers’ willingness. The education achievement of apple planting decision-makers, orchard irrigation area, and the number of village apple disasters negatively impacted farmers’ willingness. Therefore, technical training should be intensified to effectively increase the human capital of farmers, infrastructure construction should be strengthened to improve apple production conditions, and professional farmers’ operations should be supported to develop moderate-scale operations.

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    Key words:
    asset specificity; succession planning; apple orchard; logistic model; China

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    RESUMO:

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    Com base em uma pesquisa domiciliar detalhada de produtores de maçã em Shandong e Shaanxi, este artigo usou um modelo de regressão logística binária para examinar o impacto da especificidade dos ativos nos arranjos de sucessão intergeracional dos produtores de pomar de maçã. Os resultados mostram que a disposição intergeracional dos agricultores da geração mais jovem para sucedê-los é geralmente fraca. A especificidade do capital humano, ativos físicos, ativos de terra e localização geográfica impactaram significativamente na sucessão intergeracional dos agricultores de pomar de maçã administrado por famílias. Especialmente, o nível de tecnologia de produção dos tomadores de decisão de plantio de maçã, o valor das instalações de pomar e maquinários de propriedade dos produtores, topografia do pomar, fertilidade do pomar, apoio do governo e a extensão das estradas da aldeia têm impactos significativamente positivos na vontade dos agricultores. As conquistas educacionais dos tomadores de decisão de plantio de maçã, a área de irrigação do pomar e o número de desastres de maçã nas aldeias impactam negativamente a vontade dos agricultores. Portanto, o treinamento técnico deve ser intensificado para aumentar efetivamente o capital humano dos agricultores, a construção da infraestrutura deve ser reforçada para melhorar as condições de produção de maçã e as operações dos agricultores profissionais devem ser apoiadas para desenvolver operações em escala moderada.

    +

    Palavras-chave:
    especificidade de ativos; planejamento de sucessão; pomar de macieiras; modelo logístico; China

    +
    +
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    INTRODUCTION:

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    China is the world’s largest apple producer. The United States Department of Agriculture (USDA) estimated that China’s fresh apple output accounted for 53.20% of the world total in 2020 (USDA, 2021USDA Foreign Agricultural Service. Fresh apples, grapes, and pears: World markets and trade. Washington, D.C. 2021. Available from: <Available from: https://www.fas.usda.gov/data/fresh-apples-grapes-and-pears-world-markets-and-trade >. Accessed: Aug. 24, 2021.
    https://www.fas.usda.gov/data/fresh-appl... +
    ), China’s apple industry has become an important part of the national fruit industry, which is also the primary agricultural development industry and the main source of income for farmers in apple producing areas (ZHANG et al.,2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; MA et al., 2018MA, W. et al. Agricultural cooperative membership and technical efficiency of apple farmers in China: An analysis accounting for selectivity bias. Food Policy, v.81, p.122-132, 2018. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.10.009 >, Accessed: Jul. 30, 2019. doi: 10.1016/j.foodpol.2018.10.009.
    https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.1... +
    ; WANG et al., 2016WANG, N. et al. Towards sustainable intensification of apple production in China - Yield gaps and nutrient use efficiency in apple farming systems. Journal of Integrative Agriculture, v.15, n.4, p. 716-725, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61099-1 >, Accessed: Jul. 30, 2021. doi: 10.1016/S2095-3119(15)61099-1.
    https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61... +
    ). However, with the advancement of urbanization in apple-producing areas, a large number of young rural laborers gradually break away from agricultural operations and turn to non-agricultural industries, which accelerates the aging of apple labor force (QIAO & HUO, 2017QIAO, Z. et al. 2017. Impact of agricultural labor aging on farmland use efficiency. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.16, n.5, p.61-73, Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI & FAN, 2013LI, M. et al. Analysis of farmers’ quality and grain willingness in major grain producing areas: Based on the survey of 457 farmers in 6 major grain producing provinces. Chinese Rural Economy, n.6, p.27-37, 2013. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201306005&DbName=CJFQ2013 >. Accessed: Nov. 19, 2014. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the dual population development trend of aging agricultural population and transferring rural labor force in apple-producing areas, the problem of “who will plant apples in the future” is highlighted. Because the Chinese government implements the agricultural management system characterized by the household contract responsibility system, apple production is still dominated by farmers’ household management (WANG & LI, 2020WANG, J. et al. Effect mechanism of rural population aging on agricultural production. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.19, n.2, p.60-73, 2020. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA202002007&DbName=CJFQ2020 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the realistic background that farmers’ farmland circulation ratio is low in the main apple producing areas (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), farmers’ and their descendants’ apple management willingness will have an important impact on sustainable apple production. Therefore, a comprehensive and in-depth understanding of farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard is of great significance to analyze the future development situation of apple industry in apple-producing areas, coordinate the relationship between urbanization and apple industry development, and enhance the sustainable development ability of apple.

    +

    Most scholars focus on the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural or grain management from academic research point of view. For example, ZHU et al. (2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) applied the intergenerational transmission theory to the intergenerational transmission analysis of farmers’ rice management, and they reported that the individual characteristics, family characteristics, regional characteristics, policy support and management characteristics of farmers are the main factors affecting the intergenerational transmission of farmers’ rice management. NING & NING (2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) and NIE & ZHONG (2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) believe that non-agricultural employment and individual life cycle have a significant impact on farmers’ willingness to operate agriculture and intergenerational transmission. Some scholars have tried to analyze the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management from the perspective of policies and systems and reported that the cultivation of agricultural successors and the support of public policies are helpful to enhance the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management (LEONARD et al., 2017LEONARD, B. et al. Policy drivers of farm succession and inheritance. Land Use Policy, v.61, p.147-159, 2017. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.09.006 >. Accessed: Nov. 19, 2017. doi: 10.1016/j.landusepol.2016.09.006.
    https://doi.org/10.1016/j.landusepol.201... +
    ; SUESS-REYES & FUETSCH, 2016SUESS-REYES, J. et al. The future of family farming: A literature review on innovative, sustainable and succession-oriented strategies. Journal of Rural Studies, 47, p.117-140, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.07.008 >. Accessed: Jan. 29, 2017. doi: 10.1016/j.jrurstud.2016.07.008.
    https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.... +
    ). The new rural social endowment insurance system has a significant role in promoting the intergenerational transmission behavior of farmers’ agricultural management (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Also, KONG et al. (2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) reported that grassland resources and labor are the main factors affecting the intergenerational transmission willingness of herdsmen’s grassland animal husbandry management. Some scholars began to pay attention to the intergenerational transmission of apple management, such as ZHANG & HUO (2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ) confirmed the endowment of human resources within apple household is the key factor that determined the intergenerational transmission of apple management.

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    Overall, the existing literature has studied the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management and its influencing factors from different perspectives, which provides the theoretical and methodological basis for this study. However, there are still some shortcomings, which are as follows: the existing studies mainly focus on the intergenerational transmission willingness in the broad concept of agriculture, and the analysis of specific crop types only focuses on annual crops, such as grain, but lacks the investigation of perennial crops, such as apples. The existing studies neglected the influence of crop attribute differences on farmers’ intergenerational transmission willingness in agricultural management. Specifically, unlike annual crops, apple production and management have special attributes: first, because of the perennial crops’ characteristics, it usually takes 3~5 years for apple trees to bear fruit after planting, and the orchard investment in the early stage of bearing fruit is all special assets. At the same time, a large number of special machinery and facilities need to be invested in apple production, so apple production has high asset specificity. Second, due to the low mechanization degree of apple production at present, most of the apple production links still rely on labor, which leads to the low degree of farmers’ concurrent employment, and the household income of farmers mainly comes from apple production, so apple growers are typically specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG & HUO, 2015FENG, X.; HUO, X. Total factor productivity of apple industry in China considering non-point source pollution and its spatial concentration analysis. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), v.31, n.18, p.204-211, 2015. Available from: <Available from: http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/nygcxb201518029 >. Accessed: Apr. 19, 2018. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.18.029.
    http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/n... +
    ). In the process of specialized apple production for a long time, farmers have gradually formed strong specificity of human capital, land assets, physical assets and geographical location (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). If farmers adjust the production structure of agricultural products and transfer agricultural assets, they will face high sunk costs. In order to reduce this sunk cost, farmers who are rational people will tend to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. Therefore, apple production’s asset specificity and specialization have a “locking effect” on farmers’ apple management. Neglecting the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission will limit the understanding of intergenerational transmission behavior.

    +

    Based on factors mentioned above, this study tried to answer the following two questions using the detailed household survey data of 1012 apple growers in Shandong and Shaanxi province in China: First, what is the mechanism of the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farm? Second, what is the influence direction and intensity of different types of assets specific to apple orchards on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farms?

    +

    + Theoretical analysis +

    +

    The succession of farmers’ apple orchard farm is a unique form of family wealth transfer. As a pathway of wealth accumulation, apple business includes land and its contract and management rights, buildings and other facilities, orchard machinery and other equipment, knowledge related to family apple business, human capital, etc., which can be passed on to the next generation through wealth transfer (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, this study defined the succession pathway of apple orchard as farmers’ willingness to pass on the orchard, its facilities, machinery and equipment, apple management-related knowledge, and human capital to the next generation under the apple family management mode.

    +

    Williamson, a new institutional economist, put forward the concept of “asset specificity” when studying the organizational governance structure and vertical integration, which describes the allocation of assets. Asset specificity refers to the degree to which specific assets are reconfigured for other alternative purposes by other users without causing damage to the production value of assets (WILLIAMSON, 1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ). The natural attributes of apple orchard and the specialization of apple production enhance its asset specificity, making apple growers face high sunk costs when they switch to other crops or engage in non-agricultural industries. With the improvement of the specialization level of apple production, this sunk cost will continue to increase, resulting in the reduction of the expected net income of farmers’ agricultural production structure adjustment or non-agricultural production activities (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and farmers based on rational motives will prefer to continue to engage in the apple business. Hence the asset specificity brought by high investment in a perennial crop and specialized production characteristics of apples will prompt farmers to continue to manage apples and pass them on from generation to generation.

    +

    WILLIAMSON (1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ) believes that asset specificity includes six categories: site specificity, physical asset specificity, human capital specificity, brand asset, special asset and temporary asset specificity. On this basis, combined with the actual situation of apple production, this study divided the asset specificity related to apple production into four categories: human capital, physical asset, land asset and geographical location (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and expounds all kinds of assets as follows.

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    + Human capital +

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    In the long-term apple management process, farmers learn or accumulate knowledge and experience related to apple production through a combination of technical training and “learning by doing”. In order to improve apple production efficiency, yield and quality, and gradually form a strongly based on human capital, which also increases the opportunity cost and difficulty of farmers in adjusting agricultural production structure or engaging in other industries (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Human capital reflects farmers’ agricultural management ability, which can generally be measured by indicators, such as farmers’ farming experience, years of engaging in certain agricultural products production, and the average annual time spent on agricultural production (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In this paper, the schooling years, years of apple operation and apple production technology level of apple planting decision-makers in farmers’ families were selected to represent human capital. Among them, the schooling years of apple planting decision-makers are the basis of their human capital (LI, 2009LI, K. The effects of farmland used specificity and the uncertainty of transactions on the transaction costs of farmland transfer. Management World, 3, p.92-98, 2009. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=GLSJ200903012&DbName=CJFQ2009 >. Accessed: Nov. 19, 2010. doi: 10.19744/j.cnki.11-1235/f.2009.03.011.
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    ), and the years of apple operation and apple production technology level reflect their apple production experience (LIN et al., 2016). The longer the schooling years and years of apple operation, the higher the apple production technology level, the richer their accumulated apple production experience and professional knowledge, the less likely it is to switch to other crops or change careers, the more willing it is for apple growers to intergenerational transmission of apple orchard. Therefore, this study assumed that human capital specificity will positively affect farmers’ willingness to transmit apple orchard to their descendants.

    +

    + Physical assets +

    +

    The specificity of infrastructure assets is the physical assets formed by farmers’ sustained investment in apple production in order to improve apple production efficiency, which usually includes investment in agricultural production attached to orchards (such as drip irrigation or sprinkler irrigation facilities, water pits or pools, storage houses and other equipment and buildings fixed on the apple orchard farms) and investment in production tools or equipment (such as rotary tiller, mist sprayer, fertilizer ditcher and lawnmower.) matching with the scale of apple operation. There is no separability between these physical assets and apple orchards, which is only applicable to some apple production links. It is not easy to use them for other purposes, or they will significantly depreciate when used for other purposes (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
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    ). Farmers’ investment usually expresses physical assets’ specificity in orchard facilities, machinery and equipment. Therefore, the “lock-in effect” caused by higher specific physical assets makes farmers continue to engage in the apple orchard and pass it on to their descendants. The specificity of physical assets is usually expressed by farmers’ investment in orchard facilities, machinery and equipment (CHEN & LUO, 2017CHEN, J.; LUO, M. Asset specificity, uncertainty and rice planting mode selection. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition), v.16, n.5, p.86-97, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705008&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Mar. 18, 2020. ISSN:1672-0202.
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    ). The higher the value of apple production-specific physical assets owned by farmers, the higher the sunk costs they face, and greater incentive to secure next generation in farming. Therefore, this study assumes that physical assets specificity can enhance the intergenerational transmission willingness to succeed their parents’ apple orchard.

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    + Land asset +

    +

    The specificity of land assets is mainly reflected in the topographic conditions of orchards, soil fertility and irrigation conditions, which directly affect the operating income of the orchards (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
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    ) and affects the farmers’ willingness to succeed the apple orchard to the next generation. Orchards with better terrain conditions, soil fertility, and irrigation conditions offered greatly likelihood of operating income and encourage farmers to continue to operate apple orchard and pass it on to their descendants. Simultaneously, the natural properties of perennial apple crops will further strengthen the specificity of land assets. The larger the apple planting area, the less likely it is for farmers to replant apples to other crops in the short term (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). In order to reduce the expected loss of income, farmers are more inclined to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. In this study, land asset specificity was characterized by orchard topography, orchard fertility, orchard irrigation area and apple planting area, and it is expected that land asset specificity will have a positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + Geographical location +

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    Geographical location specificity reflects the natural specificity property of agricultural land location, which is embodied in climatic conditions, regional policies and traffic conditions (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
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    ). Due to apples’ natural attributes, their growth is strictly restricted by climatic and geographical conditions, such as light, rainfall, temperature and altitude, and this dependence on time and space conditions is the embodiment of geographical location specificity. Suppose apples are replanted to other crops in the apple eugenics area. In that case, they will lose the formed location advantages and face higher conversion costs (XIANG & CHEN, 2005XIANG, G. et al. Asset specificity and risk aversion in adjustment of agricultural production structure. Issues in Agricultural Economy , 3, p.49-52, 2005. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200503009&DbName=CJFQ2005 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), encouraging farmers in the apple eugenics area to maintain apple management and pass it on to their descendants. In this study, the times of apple disaster, the government support and the length of hardened roads in the village where farmers live are selected to represent the geographical location assets. These three indicators respectively reflect the suitability of climatic conditions for apple growth, the importance attached by the state or local government to the development of apple industry and the convenience of transportation in the village where farmers live (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The fewer the number of apple disasters, the greater the government support, and the more convenient transportation in the village, the more beneficial it is to apple production and apple growers’ income, thus enhancing farmers’ enthusiasm for apple management intergenerational transmission willingness.

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    MATERIALS AND METHODS:

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    + Data sources +

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    The data used in this study comes from the detailed household survey of apple farmers conducted by the Industrial Economics Research Office of the National Modern Apple Industry Technology System in China from July to August 2019. The sampling process is as follows: first, the sample area was determined to be the dominant area of Bohai Bay and Loess Plateau by typical sampling method; Second, according to the method of combining stratified sampling (county→township→village) and random sampling, and the principle of determining the large sample size n in statistics , this study assumed the coefficient of reliability α is 0.05, uα=u0.05=1.96, the coefficient of variation ν is 0.2, and the sampling estimation accuracy P c is 0.8, and determined the number of sample counties n is 8; Third, 2~5 sample townships were randomly selected from each county, 6~8 sample villages were randomly selected from each sample township, and about 20 apple growers were randomly selected from each sample village. A face-to-face questionnaire survey was conducted among the apple production decision-makers in farmers’ families. In this survey, A total of 1057 questionnaires were collected from 51 villages in 29 townships, and 51 valid village-level questionnaires and 1012 valid farmer questionnaires were obtained (Table 1) after removing some missing questionnaires, with an effective rate of 95.74%.

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    +Table 1
    Sample distribution.
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    According to theoretical analysis, the variables selected in this study, their meanings and characteristics are shown in table 2. It should be noted that, concerning the measurement of intergenerational succession planning of agricultural management, the existing research mainly focused on the agricultural management willingness of parents, less on the agricultural management willingness of descendants, and only on the agricultural management willingness of parents or their descendants. Admittedly, the intergenerational transmission of family agricultural management involves both parents and their descendants’ behavior decision. Only when the intergenerational transmission willingness of parents and that of their descendants are consistent can the intergenerational transmission of apple orchard be implemented smoothly. Therefore, in this study, the following sentences were used to characterize the intergenerational transmission willingness of apple orchard of sample farmers. “Do you want your children to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “parental willingness”) (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) and “Do your children want to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “descendant willingness”) (WANG & WANG, 2018WANG, S. et al. Impact factors on farmers’ willingness and time point of intergenerational succession in agricultural management: Based on evidence of threshold regression model. Agricultural Economics and Management, n.4, p.48-58, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. ISSN: 1674-9189.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). When both questions answer “yes” at the same time, it is considered that the intergenerational transmission willingness of apple orchard will be “1”, otherwise, it will be “0”.

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    +Table 2
    Meaning of variables and its statistical characteristics.
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    Table 2 shows that only 189 households were willing to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “willing farmers”), accounting for 18.68% of the total sample size, and the proportion of households unwilling to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “unwilling farmers”) was as high as 82.32%, which indicated that farmers’ willingness to carry on the intergenerational transmission of apple orchard was generally weak, and apple business is facing the dilemma of “intergenerational transmission discontinuity”. In order to preliminarily identify the relationship between asset specificity and farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, this study used SPSS 20.0 software to test the asset specificity of willing farmers and unwilling farmers with independent-samples T-test (Table 2). It is found that in terms of human capital specificity, the years of schooling and planting of apple planting decision makers of willing farmers were significantly lower than those of unwilling farmers. Regarding the specificity of physical assets, the input value of orchard machinery and equipment of willing farmers was 27.15 thousand yuan on average, which was 5.99 thousand yuan higher than that of unwilling farmers. In terms of land asset specificity, the orchard topography and orchard fertility of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. Still, the orchard irrigation area of unwilling farmers was considerably. In terms of geographical specificity, the government support and hardened road length of villages where willing farmers live were significantly higher than those of unwilling farmers, while the number of apples affected by disasters in villages where unwilling farmers live was significantly higher than that of willing farmers. The preliminarily results showed a correlation between asset specificity and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. It is necessary to test whether the correlation between them is inevitable by using econometric models.

    +

    In addition, this study also selected the family characteristics and village characteristics of farmers as control variables, among which, the family characteristics variables included the number of apple laborers, proportion of apple income and the evaluation of apple benefits (ZHU et al., 2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The village characteristics included the proportion of non-agricultural laborers in the village and the comparison of apple prices between villages (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). According to the statistical results, in terms of family characteristics, the number of apple laborers and the evaluation of apple benefits of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. At the same time, the average proportion of apple income of both types of farmers to total household income is higher than 50%, indicating that most apple growers belong to specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI et al., 2019Li, X. et al. Effects of farmland registration and confirmation on the choice of farmers’ livelihood strategy: Evidence from apple growers. Resources Science, v.41, n.10, p.1923-1934, 2019. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201910014&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In terms of village characteristics, the evaluation of apple price by willing farmers was significantly higher than that by unwilling farmers, while the proportion of non-agricultural labor in unwilling farmers’ villages was significantly higher than that of willing farmers. The above results showed that there is a correlation between the number of apple laborers in farmers’ families, the evaluation of apple benefits, the proportion of non-agricultural laborers in villages and the difference of apple prices among villages and farmers’ willingness to transmit apple orchard between generations.

    +

    + Model setting +

    +

    As the explained variable, intergenerational transmission willingness is a discrete binary variable, this study chose a binary logistic regression model to analyze the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard. The specific model was as follows:

    +

    Pi=Fα+m=111βmCm+n=15γnXn=11+e-α+m=111βmCm+n=15γnXn (1)

    +

    The linear expression of logistic regression model was obtained by logarithmic transformation of formula (1):

    +

    y=LnPiy=1C,X1-Piy=1C,X=α+m=111βmCm+n=15γnXn+ε (2)

    +

    In formulas (1) and (2), y is interpreted variables, indicating whether farmers are willing to choose intergenerational transmission of apple orchard, Piy=1C,X indicates that the conditional probability function of i th sample farmer is willing to choose the intergenerational transmission of apple orchard, and C m is core explanatory variables, indicating asset specificity variables and including human capital specificity, physical asset specificity, land asset specificity and geographical location specificity, X n indicates control variables that affect farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard, including family characteristics and village characteristics. α is intercept term, β m and γ n represent regression coefficient, ɛ is random error term.

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    RESULTS AND DISCUSSION:

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    This study used the variance inflation factor (VIF) to test multicollinearity of all explanatory variables before regression estimation to avoid the interference of the multicollinearity problem on regression results. The results showed that the maximum value of VIF was 1.81, and the average value of VIF was 1.27, both of which were less than 10, indicating that there is no multicollinearity problem among explanatory variables. In this study, Stata 15.0 software was used for binary logistic regression, and the estimated results of the model were shown in table 3. In addition, in order to test the robustness of binary logistic regression results, this study also conducted binary probit regression, and the maximum likelihood ratios of the two models were significant at the statistical level of 1%, indicating that the goodness of fit of these two models were good. The sign and significance of the explanatory variables regression coefficients of these two models were consistent, which showed that the binary logistic regression results were robust.

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    +Table 3
    Regression results of the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.
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    + The impact of human capital specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The effect of schooling years of apple planting decision-makers on farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard was significant at a 1% statistical level, and its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 1.16% for each additional unit of schooling years of apple planting decision-makers, which indicated that the longer the schooling years of apple planting decision-makers, the weaker the intergenerational transmission willingness. The possible reason is that with the increase of their schooling years, their accumulated human capital stock and social resources increase, and the opportunities to engage in other operations will also increase, which can also provide more non-agricultural employment opportunities for their children. Human capital education is the catalyst for the non-agriculturalization of agricultural labor (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; NIE & ZHONG, 2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the schooling years of apple planting decision-makers had a significantly negative impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple planting.

    +

    At the statistical level of 10%, the technical level of decision makers in apple planting had a significantly positive impact on farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the technical level of decision-makers in apple planting increased by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will increase by 2.46%, which showed that apple planting decision-makers with higher level of apple production technology prefer intergenerational transmission of apple orchard. The possible reason is that the higher the apple production technology level of apple planting decision-makers, the richer their accumulated knowledge and experience of apple production, which will also become the root of path dependence that hinders their career change and development (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, apple planting decision-makers with higher level of apple production technology had greater incentive to secure next generation in farming apple orchard.

    +

    + The impact of physical assets specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The impact of the original value of orchard machinery and equipment owned by farmers on their intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%, and its coefficient was positive, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the logarithm of the original value of orchard machinery and equipment increased by one unit. The occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.02%, indicating that the higher the value of machinery and equipment invested by farmers in orchards, the stronger their intergenerational transmission willingness of apples will be. The possible reasons are as follows: orchard machinery and equipment have strong specificity. The higher the total value of orchard machinery and equipment owned by farmers, the higher the specificity of physical assets, which will increase the difficulty and threshold for physical asset holders to withdraw, and reduce the incentive to withdraw, thus inhibiting them from adjusting the agricultural planting structure and changing the direction of production and operation (WANG et al., 2019WANG, Y. et al. Asset specificity, risk aversion and agricultural machinery households’ production and management. Finance and Trade Research , v.30, n.11, p.39-47, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201911004&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2019.11.004.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the value of orchard machinery and equipment owned by farmers will strengthen the “locking effect” and intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The impact of land asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    Orchard topography and orchard fertility had a significantly positive impact on farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard at the statistical level of 1% and 10% respectively, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, under the control of other variables, orchard topography and orchard fertility increase by one unit respectively, and farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.13% and 2.18% respectively. The results demonstrated that farmers with better orchard topography and orchard fertility had a strong willingness to transfer apple orchard to their descendants, which may be due to the influence of climate change. The apple eugenic areas in China move to high altitude areas, and the trend of apple production layout “moving westward and expanding northward” is obvious (ZHANG et al., 2021ZHANG, Q. et al. The Evolutionary Characteristics of Apple Production Layout in China from 1978 to 2016. Ciência Rural, v.51, n.6, p.1-13, 2021. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200688 >, Accessed: Aug. 19, 2021. doi: 10.1590/0103-8478cr20200688.
    https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200... +
    ; ZHANG et al., 2018ZHANG, C. et al. Analysis on the layout of China’s apple production transition. Economic Geography, v.38, n.8, p.141-151, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=JJDL201808018&DbName=DKFX2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. doi: 10.15957/j.cnki.jjdl.2018.08.018.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The improvement of apple quality and benefit brought by the location advantage of orchards located in non-plain areas encourages farmers to manage apple orchards and transmit them from generation to generation. Soil quality is the basis of apple production, and one of the key factors affecting apple output (ZHANG & HUO, 2019ZHANG, L. et al. Land scale and farmland quality conservation behavior of farmers: An analysis based on 771 apple growers. Agricultural Economics and Management , n.6, p.48-61, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201906006&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. ISSN:1674-9189.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Because apple growth has great demand for soil nutrients in orchards, orchards with better fertility can provide necessary nutrients for apple growth, which is conducive to improving apple yield and quality, thereby increasing apple income and enhancing farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

    +

    The influence of orchard irrigation area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%. Its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 0.85%, indicating that the larger the orchard irrigation area, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that in recent years, affected by the continuous dry weather, the demand for water for agricultural production is large, and most orchards are located in high-altitude areas, and water resources are seriously scarce. Farmers are obviously restricted by water resources. The larger the irrigation area of their orchards, the higher the irrigation cost (FENG et al., 2016FENG, X. et al. Empirical study on the adaptability behavior of specialized farmers’ climate change under water resources constraints: A case study of 663 apple growers in Shaanxi Province. Journal of Agrotechnical Economics, n.9, p.18-27, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJS201609002&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Mar. 19, 2018. doi: 10.13246/j.cnki.jae.2016.09.002.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The actual investigation reported that the average cost of orchard irrigation for farmers was 1220.19 yuan, accounting for 12.16% of the total cost. Although better orchard irrigation conditions provide objective conditions for farmers to irrigate, higher irrigation costs will still squeeze the profit space of apples, and inhibit farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

    +

    The influence of apple planting area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard failed the significance test, and the coefficient was negative, which was inconsistent with the theoretical hypothesis and T-test results. This indicated that farmers with large apple planting area had weak intergenerational transmission willingness of apple orchard, which may be due to the dual characteristics of labor-intensive and technology-intensive, and large-scale apple management required higher apple planting technology and management level. However, the actual investigation reported that although the parents of farmers with large apple planting area tend to pass on apple orchard from generation to generation, 80.26% of the farmers’ children go out for employment or engage in non-agricultural industries for a long time. Only 21.84% of the farmers’ children go home to help their parents when the orchard is busy. Long-term separation from apple production increases the technical and management threshold for farmers’ children to inherit large-scale apple orchard, resulting in only 19.17% of farmers’ children willing to inherit their parents’ orchards.

    +

    + The influence of geographical location specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The impact of the number of apple disasters in the village on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 5%. Its coefficient was negative, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, when the number of apple disasters in the village increases by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple management will decrease by 3.52%. This indicated that the more apple disasters in the village, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that the more apples are affected, the greater the apple production costs, income loss and management risks borne by farmers in villages, which will inhibit farmers’ willingness to transmit apple orchards from generation to generation (ZHANG & HUO, 2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ).

    +

    Both government support and village hardened road length had a significantly positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard at the statistical level of 5%, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results, So, farmers in villages with strong government support and long village hardened road have strong intergenerational transmission willingness of apple orchard, possibly because the government’s support for village apple production will guide and encourage farmers’ decision-making behavior of apple management. The stronger the government support, the more policy dividends, such as apple subsidies, technical support and information services enjoyed by villages, which was conducive to mobilizing farmers’ enthusiasm for apple business and intergenerational succession planning (LIU et al., 2012LIU, Z. et al. Analysis of rice cropping decision-making in a double-cropping rice area of Southern China. Resources Science, v.34, n.12, p.2234-2241, 2012. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201212005&DbName=CJFQ2012 >. Accessed: Jan. 19, 2013. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). The greater distance of hardened roads in the village, the more complete its transportation facilities may be, and the more convenient it is for farmers to obtain information on apple production and market, purchase agricultural materials and sell products (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). This is conducive to reducing apple production costs, improving product value, expanding the profit space of apple operation, and thus enhancing farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The influence of control variables on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The influence of the number of apple laborers and the ratio of apple income on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 1% and 10%, respectively. Their coefficients were both positive, indicating that the larger the number of apple laborers and the higher the proportion of apple income in farmers’ families, the stronger their intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that farmers with a large number of apple laborers and a high proportion of apple income have a higher degree of dependence on apple business, and at the same time, their apple production is highly specialized, and their household livelihood mainly depends on apples.

    +

    CONCLUSION:

    +

    Based on the detailed household survey of family-owned apple orchards from Shandong and Shaanxi province in China, this study examined the impact of asset specificity on farmers’ willingness to succeed apple orchard. The results showed that: first, only 18.68% of the sample farmers were willing to transmit apple orchard from generation to generation, and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was generally weak. Second, the specificity of human capital, physical assets, land assets and geographical location significantly impacted farmers’ intergenerational succession planning of apple orchard. Specifically, the higher the level of apple production technology, the greater the value of orchard facilities and machinery, the better the orchard terrain and fertility, the more the government support for apple production in villages, and the greater distance of hardened roads in villages, the stronger the intergenerational transmission willingness of farmers’ apple orchard. The greater period of schooling in apple planting decision makers in farmers’ families, the larger the irrigated area of orchards and the more affected by apple disasters in villages, the weaker farmers’ willingness to succeed apple orchard to next generation. The above findings made up for the deficiency that the existing research paid less attention to asset specificity when examining intergenerational transmission of agricultural management, and expanded the understanding of intergenerational transmission behavior of perennial crop.

    +

    The policy implications of this study are as follows:

    +

    First, we should strengthen technical training to effectively improve farmers’ human capital. Under the realistic background that the education level of apple labor force is mainly junior high school and below, attention should be paid to training apple production technology to improve farmers’ apple management ability.

    +

    Second, we should strengthen infrastructure construction and focus on improving apple production conditions. On the one hand, it is necessary to strengthen the infrastructure construction of village roads, agricultural water conservancy, disaster prevention and disaster relief equipment in apple producing areas to reduce the operating costs and risks of diseases to apples. On the other hand, we should increase policy support to apple growers, and mobilize and enhance their enthusiasm for apple business and their willingness to transmit from generation to generation.

    +

    Third, we should support professional farmers’ management and pay attention to developing moderate scale management. It is necessary to encourage and support the cultivation and development of professional farmers and develop moderate scale operation by promoting the transfer of land to professional farmers with a good endowment of apple production factors, so as to enhance the efficiency and benefit of apple production.

    +

    Because the data used in this study are cross-sectional data, most of the respondents were the head of the household and the main apple operator in the household, and most of the next generation worked outside the home, it is difficult to get their opinions during the survey period. This study only used the current owner’s perspective to present the willingness of the next generation to take over the apple farm, and suffers from a lack of direct investigation on the willingness of the next generation. Thus, providing some insights concerning the willingness of the next generation and its factors may evolve in the future.

    +
    +
    +

    ACKNOWLEDGEMENTS

    +

    We are thankful for the financial support of the China Agriculture Research System (CARS-28) and the National Natural Science Foundation of China (71573211).

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    +

    REFERENCES

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    • CR-2021-0155.R1
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    +

    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      27 Apr 2022
    • +
    • +Date of issue
      2022
    • +
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    History

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      +
    • +Received
      25 Feb 2021
    • +
    • +Accepted
      02 Dec 2021
    • +
    • +Reviewed
      07 Mar 2022
    • +
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..a02b586f8 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.3_0.html @@ -0,0 +1,998 @@ + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access The impact of asset specificity on farmland inheritance willingness: Evidence from apple growers in China +

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    O impacto da especificidade dos ativos na herança de terras agrícolas: evidências de produtores de maçã na China

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    + + + + + +About the authors +
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    ABSTRACT:

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    Based on detailed household survey of apple farmers in Shandong and Shaanxi, this article used a binary logistic regression model to examine the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational succession arrangements of apple orchard. The results showed that the farmers’ intergenerational willingness of younger generation to succeed them is generally weak. The specificity of human capital, physical assets, land assets and geographic location significantly impacted on farmers’ intergenerational succession of family-operated apple orchard. Especially, the production technology level of apple planting decision-makers, the value of orchard facilities and machinery owned by apple growers, orchard topography, orchard fertility, government support, and the length of village hardened roads have significantly positive impacts on farmers’ willingness. The education achievement of apple planting decision-makers, orchard irrigation area, and the number of village apple disasters negatively impacted farmers’ willingness. Therefore, technical training should be intensified to effectively increase the human capital of farmers, infrastructure construction should be strengthened to improve apple production conditions, and professional farmers’ operations should be supported to develop moderate-scale operations.

    +

    Key words:
    asset specificity; succession planning; apple orchard; logistic model; China

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    RESUMO:

    +

    Com base em uma pesquisa domiciliar detalhada de produtores de maçã em Shandong e Shaanxi, este artigo usou um modelo de regressão logística binária para examinar o impacto da especificidade dos ativos nos arranjos de sucessão intergeracional dos produtores de pomar de maçã. Os resultados mostram que a disposição intergeracional dos agricultores da geração mais jovem para sucedê-los é geralmente fraca. A especificidade do capital humano, ativos físicos, ativos de terra e localização geográfica impactaram significativamente na sucessão intergeracional dos agricultores de pomar de maçã administrado por famílias. Especialmente, o nível de tecnologia de produção dos tomadores de decisão de plantio de maçã, o valor das instalações de pomar e maquinários de propriedade dos produtores, topografia do pomar, fertilidade do pomar, apoio do governo e a extensão das estradas da aldeia têm impactos significativamente positivos na vontade dos agricultores. As conquistas educacionais dos tomadores de decisão de plantio de maçã, a área de irrigação do pomar e o número de desastres de maçã nas aldeias impactam negativamente a vontade dos agricultores. Portanto, o treinamento técnico deve ser intensificado para aumentar efetivamente o capital humano dos agricultores, a construção da infraestrutura deve ser reforçada para melhorar as condições de produção de maçã e as operações dos agricultores profissionais devem ser apoiadas para desenvolver operações em escala moderada.

    +

    Palavras-chave:
    especificidade de ativos; planejamento de sucessão; pomar de macieiras; modelo logístico; China

    +
    +
    +

    INTRODUCTION:

    +

    China is the world’s largest apple producer. The United States Department of Agriculture (USDA) estimated that China’s fresh apple output accounted for 53.20% of the world total in 2020 (USDA, 2021USDA Foreign Agricultural Service. Fresh apples, grapes, and pears: World markets and trade. Washington, D.C. 2021. Available from: <Available from: https://www.fas.usda.gov/data/fresh-apples-grapes-and-pears-world-markets-and-trade >. Accessed: Aug. 24, 2021.
    https://www.fas.usda.gov/data/fresh-appl... +
    ), China’s apple industry has become an important part of the national fruit industry, which is also the primary agricultural development industry and the main source of income for farmers in apple producing areas (ZHANG et al.,2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; MA et al., 2018MA, W. et al. Agricultural cooperative membership and technical efficiency of apple farmers in China: An analysis accounting for selectivity bias. Food Policy, v.81, p.122-132, 2018. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.10.009 >, Accessed: Jul. 30, 2019. doi: 10.1016/j.foodpol.2018.10.009.
    https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.1... +
    ; WANG et al., 2016WANG, N. et al. Towards sustainable intensification of apple production in China - Yield gaps and nutrient use efficiency in apple farming systems. Journal of Integrative Agriculture, v.15, n.4, p. 716-725, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61099-1 >, Accessed: Jul. 30, 2021. doi: 10.1016/S2095-3119(15)61099-1.
    https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61... +
    ). However, with the advancement of urbanization in apple-producing areas, a large number of young rural laborers gradually break away from agricultural operations and turn to non-agricultural industries, which accelerates the aging of apple labor force (QIAO & HUO, 2017QIAO, Z. et al. 2017. Impact of agricultural labor aging on farmland use efficiency. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.16, n.5, p.61-73, Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI & FAN, 2013LI, M. et al. Analysis of farmers’ quality and grain willingness in major grain producing areas: Based on the survey of 457 farmers in 6 major grain producing provinces. Chinese Rural Economy, n.6, p.27-37, 2013. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201306005&DbName=CJFQ2013 >. Accessed: Nov. 19, 2014. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the dual population development trend of aging agricultural population and transferring rural labor force in apple-producing areas, the problem of “who will plant apples in the future” is highlighted. Because the Chinese government implements the agricultural management system characterized by the household contract responsibility system, apple production is still dominated by farmers’ household management (WANG & LI, 2020WANG, J. et al. Effect mechanism of rural population aging on agricultural production. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.19, n.2, p.60-73, 2020. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA202002007&DbName=CJFQ2020 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the realistic background that farmers’ farmland circulation ratio is low in the main apple producing areas (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), farmers’ and their descendants’ apple management willingness will have an important impact on sustainable apple production. Therefore, a comprehensive and in-depth understanding of farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard is of great significance to analyze the future development situation of apple industry in apple-producing areas, coordinate the relationship between urbanization and apple industry development, and enhance the sustainable development ability of apple.

    +

    Most scholars focus on the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural or grain management from academic research point of view. For example, ZHU et al. (2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) applied the intergenerational transmission theory to the intergenerational transmission analysis of farmers’ rice management, and they reported that the individual characteristics, family characteristics, regional characteristics, policy support and management characteristics of farmers are the main factors affecting the intergenerational transmission of farmers’ rice management. NING & NING (2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) and NIE & ZHONG (2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) believe that non-agricultural employment and individual life cycle have a significant impact on farmers’ willingness to operate agriculture and intergenerational transmission. Some scholars have tried to analyze the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management from the perspective of policies and systems and reported that the cultivation of agricultural successors and the support of public policies are helpful to enhance the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management (LEONARD et al., 2017LEONARD, B. et al. Policy drivers of farm succession and inheritance. Land Use Policy, v.61, p.147-159, 2017. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.09.006 >. Accessed: Nov. 19, 2017. doi: 10.1016/j.landusepol.2016.09.006.
    https://doi.org/10.1016/j.landusepol.201... +
    ; SUESS-REYES & FUETSCH, 2016SUESS-REYES, J. et al. The future of family farming: A literature review on innovative, sustainable and succession-oriented strategies. Journal of Rural Studies, 47, p.117-140, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.07.008 >. Accessed: Jan. 29, 2017. doi: 10.1016/j.jrurstud.2016.07.008.
    https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.... +
    ). The new rural social endowment insurance system has a significant role in promoting the intergenerational transmission behavior of farmers’ agricultural management (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Also, KONG et al. (2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) reported that grassland resources and labor are the main factors affecting the intergenerational transmission willingness of herdsmen’s grassland animal husbandry management. Some scholars began to pay attention to the intergenerational transmission of apple management, such as ZHANG & HUO (2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ) confirmed the endowment of human resources within apple household is the key factor that determined the intergenerational transmission of apple management.

    +

    Overall, the existing literature has studied the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management and its influencing factors from different perspectives, which provides the theoretical and methodological basis for this study. However, there are still some shortcomings, which are as follows: the existing studies mainly focus on the intergenerational transmission willingness in the broad concept of agriculture, and the analysis of specific crop types only focuses on annual crops, such as grain, but lacks the investigation of perennial crops, such as apples. The existing studies neglected the influence of crop attribute differences on farmers’ intergenerational transmission willingness in agricultural management. Specifically, unlike annual crops, apple production and management have special attributes: first, because of the perennial crops’ characteristics, it usually takes 3~5 years for apple trees to bear fruit after planting, and the orchard investment in the early stage of bearing fruit is all special assets. At the same time, a large number of special machinery and facilities need to be invested in apple production, so apple production has high asset specificity. Second, due to the low mechanization degree of apple production at present, most of the apple production links still rely on labor, which leads to the low degree of farmers’ concurrent employment, and the household income of farmers mainly comes from apple production, so apple growers are typically specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG & HUO, 2015FENG, X.; HUO, X. Total factor productivity of apple industry in China considering non-point source pollution and its spatial concentration analysis. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), v.31, n.18, p.204-211, 2015. Available from: <Available from: http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/nygcxb201518029 >. Accessed: Apr. 19, 2018. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.18.029.
    http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/n... +
    ). In the process of specialized apple production for a long time, farmers have gradually formed strong specificity of human capital, land assets, physical assets and geographical location (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). If farmers adjust the production structure of agricultural products and transfer agricultural assets, they will face high sunk costs. In order to reduce this sunk cost, farmers who are rational people will tend to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. Therefore, apple production’s asset specificity and specialization have a “locking effect” on farmers’ apple management. Neglecting the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission will limit the understanding of intergenerational transmission behavior.

    +

    Based on factors mentioned above, this study tried to answer the following two questions using the detailed household survey data of 1012 apple growers in Shandong and Shaanxi province in China: First, what is the mechanism of the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farm? Second, what is the influence direction and intensity of different types of assets specific to apple orchards on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farms?

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    + Theoretical analysis +

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    The succession of farmers’ apple orchard farm is a unique form of family wealth transfer. As a pathway of wealth accumulation, apple business includes land and its contract and management rights, buildings and other facilities, orchard machinery and other equipment, knowledge related to family apple business, human capital, etc., which can be passed on to the next generation through wealth transfer (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, this study defined the succession pathway of apple orchard as farmers’ willingness to pass on the orchard, its facilities, machinery and equipment, apple management-related knowledge, and human capital to the next generation under the apple family management mode.

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    Williamson, a new institutional economist, put forward the concept of “asset specificity” when studying the organizational governance structure and vertical integration, which describes the allocation of assets. Asset specificity refers to the degree to which specific assets are reconfigured for other alternative purposes by other users without causing damage to the production value of assets (WILLIAMSON, 1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ). The natural attributes of apple orchard and the specialization of apple production enhance its asset specificity, making apple growers face high sunk costs when they switch to other crops or engage in non-agricultural industries. With the improvement of the specialization level of apple production, this sunk cost will continue to increase, resulting in the reduction of the expected net income of farmers’ agricultural production structure adjustment or non-agricultural production activities (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and farmers based on rational motives will prefer to continue to engage in the apple business. Hence the asset specificity brought by high investment in a perennial crop and specialized production characteristics of apples will prompt farmers to continue to manage apples and pass them on from generation to generation.

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    WILLIAMSON (1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ) believes that asset specificity includes six categories: site specificity, physical asset specificity, human capital specificity, brand asset, special asset and temporary asset specificity. On this basis, combined with the actual situation of apple production, this study divided the asset specificity related to apple production into four categories: human capital, physical asset, land asset and geographical location (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and expounds all kinds of assets as follows.

    +

    + Human capital +

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    In the long-term apple management process, farmers learn or accumulate knowledge and experience related to apple production through a combination of technical training and “learning by doing”. In order to improve apple production efficiency, yield and quality, and gradually form a strongly based on human capital, which also increases the opportunity cost and difficulty of farmers in adjusting agricultural production structure or engaging in other industries (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Human capital reflects farmers’ agricultural management ability, which can generally be measured by indicators, such as farmers’ farming experience, years of engaging in certain agricultural products production, and the average annual time spent on agricultural production (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In this paper, the schooling years, years of apple operation and apple production technology level of apple planting decision-makers in farmers’ families were selected to represent human capital. Among them, the schooling years of apple planting decision-makers are the basis of their human capital (LI, 2009LI, K. The effects of farmland used specificity and the uncertainty of transactions on the transaction costs of farmland transfer. Management World, 3, p.92-98, 2009. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=GLSJ200903012&DbName=CJFQ2009 >. Accessed: Nov. 19, 2010. doi: 10.19744/j.cnki.11-1235/f.2009.03.011.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and the years of apple operation and apple production technology level reflect their apple production experience (LIN et al., 2016). The longer the schooling years and years of apple operation, the higher the apple production technology level, the richer their accumulated apple production experience and professional knowledge, the less likely it is to switch to other crops or change careers, the more willing it is for apple growers to intergenerational transmission of apple orchard. Therefore, this study assumed that human capital specificity will positively affect farmers’ willingness to transmit apple orchard to their descendants.

    +

    + Physical assets +

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    The specificity of infrastructure assets is the physical assets formed by farmers’ sustained investment in apple production in order to improve apple production efficiency, which usually includes investment in agricultural production attached to orchards (such as drip irrigation or sprinkler irrigation facilities, water pits or pools, storage houses and other equipment and buildings fixed on the apple orchard farms) and investment in production tools or equipment (such as rotary tiller, mist sprayer, fertilizer ditcher and lawnmower.) matching with the scale of apple operation. There is no separability between these physical assets and apple orchards, which is only applicable to some apple production links. It is not easy to use them for other purposes, or they will significantly depreciate when used for other purposes (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). Farmers’ investment usually expresses physical assets’ specificity in orchard facilities, machinery and equipment. Therefore, the “lock-in effect” caused by higher specific physical assets makes farmers continue to engage in the apple orchard and pass it on to their descendants. The specificity of physical assets is usually expressed by farmers’ investment in orchard facilities, machinery and equipment (CHEN & LUO, 2017CHEN, J.; LUO, M. Asset specificity, uncertainty and rice planting mode selection. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition), v.16, n.5, p.86-97, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705008&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Mar. 18, 2020. ISSN:1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The higher the value of apple production-specific physical assets owned by farmers, the higher the sunk costs they face, and greater incentive to secure next generation in farming. Therefore, this study assumes that physical assets specificity can enhance the intergenerational transmission willingness to succeed their parents’ apple orchard.

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    + Land asset +

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    The specificity of land assets is mainly reflected in the topographic conditions of orchards, soil fertility and irrigation conditions, which directly affect the operating income of the orchards (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ) and affects the farmers’ willingness to succeed the apple orchard to the next generation. Orchards with better terrain conditions, soil fertility, and irrigation conditions offered greatly likelihood of operating income and encourage farmers to continue to operate apple orchard and pass it on to their descendants. Simultaneously, the natural properties of perennial apple crops will further strengthen the specificity of land assets. The larger the apple planting area, the less likely it is for farmers to replant apples to other crops in the short term (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). In order to reduce the expected loss of income, farmers are more inclined to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. In this study, land asset specificity was characterized by orchard topography, orchard fertility, orchard irrigation area and apple planting area, and it is expected that land asset specificity will have a positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + Geographical location +

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    Geographical location specificity reflects the natural specificity property of agricultural land location, which is embodied in climatic conditions, regional policies and traffic conditions (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). Due to apples’ natural attributes, their growth is strictly restricted by climatic and geographical conditions, such as light, rainfall, temperature and altitude, and this dependence on time and space conditions is the embodiment of geographical location specificity. Suppose apples are replanted to other crops in the apple eugenics area. In that case, they will lose the formed location advantages and face higher conversion costs (XIANG & CHEN, 2005XIANG, G. et al. Asset specificity and risk aversion in adjustment of agricultural production structure. Issues in Agricultural Economy , 3, p.49-52, 2005. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200503009&DbName=CJFQ2005 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), encouraging farmers in the apple eugenics area to maintain apple management and pass it on to their descendants. In this study, the times of apple disaster, the government support and the length of hardened roads in the village where farmers live are selected to represent the geographical location assets. These three indicators respectively reflect the suitability of climatic conditions for apple growth, the importance attached by the state or local government to the development of apple industry and the convenience of transportation in the village where farmers live (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The fewer the number of apple disasters, the greater the government support, and the more convenient transportation in the village, the more beneficial it is to apple production and apple growers’ income, thus enhancing farmers’ enthusiasm for apple management intergenerational transmission willingness.

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    MATERIALS AND METHODS:

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    + Data sources +

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    The data used in this study comes from the detailed household survey of apple farmers conducted by the Industrial Economics Research Office of the National Modern Apple Industry Technology System in China from July to August 2019. The sampling process is as follows: first, the sample area was determined to be the dominant area of Bohai Bay and Loess Plateau by typical sampling method; Second, according to the method of combining stratified sampling (county→township→village) and random sampling, and the principle of determining the large sample size n in statistics , this study assumed the coefficient of reliability α is 0.05, uα=u0.05=1.96, the coefficient of variation ν is 0.2, and the sampling estimation accuracy P c is 0.8, and determined the number of sample counties n is 8; Third, 2~5 sample townships were randomly selected from each county, 6~8 sample villages were randomly selected from each sample township, and about 20 apple growers were randomly selected from each sample village. A face-to-face questionnaire survey was conducted among the apple production decision-makers in farmers’ families. In this survey, A total of 1057 questionnaires were collected from 51 villages in 29 townships, and 51 valid village-level questionnaires and 1012 valid farmer questionnaires were obtained (Table 1) after removing some missing questionnaires, with an effective rate of 95.74%.

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    +Table 1
    Sample distribution.
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    According to theoretical analysis, the variables selected in this study, their meanings and characteristics are shown in table 2. It should be noted that, concerning the measurement of intergenerational succession planning of agricultural management, the existing research mainly focused on the agricultural management willingness of parents, less on the agricultural management willingness of descendants, and only on the agricultural management willingness of parents or their descendants. Admittedly, the intergenerational transmission of family agricultural management involves both parents and their descendants’ behavior decision. Only when the intergenerational transmission willingness of parents and that of their descendants are consistent can the intergenerational transmission of apple orchard be implemented smoothly. Therefore, in this study, the following sentences were used to characterize the intergenerational transmission willingness of apple orchard of sample farmers. “Do you want your children to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “parental willingness”) (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) and “Do your children want to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “descendant willingness”) (WANG & WANG, 2018WANG, S. et al. Impact factors on farmers’ willingness and time point of intergenerational succession in agricultural management: Based on evidence of threshold regression model. Agricultural Economics and Management, n.4, p.48-58, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. ISSN: 1674-9189.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). When both questions answer “yes” at the same time, it is considered that the intergenerational transmission willingness of apple orchard will be “1”, otherwise, it will be “0”.

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    +Table 2
    Meaning of variables and its statistical characteristics.
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    Table 2 shows that only 189 households were willing to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “willing farmers”), accounting for 18.68% of the total sample size, and the proportion of households unwilling to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “unwilling farmers”) was as high as 82.32%, which indicated that farmers’ willingness to carry on the intergenerational transmission of apple orchard was generally weak, and apple business is facing the dilemma of “intergenerational transmission discontinuity”. In order to preliminarily identify the relationship between asset specificity and farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, this study used SPSS 20.0 software to test the asset specificity of willing farmers and unwilling farmers with independent-samples T-test (Table 2). It is found that in terms of human capital specificity, the years of schooling and planting of apple planting decision makers of willing farmers were significantly lower than those of unwilling farmers. Regarding the specificity of physical assets, the input value of orchard machinery and equipment of willing farmers was 27.15 thousand yuan on average, which was 5.99 thousand yuan higher than that of unwilling farmers. In terms of land asset specificity, the orchard topography and orchard fertility of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. Still, the orchard irrigation area of unwilling farmers was considerably. In terms of geographical specificity, the government support and hardened road length of villages where willing farmers live were significantly higher than those of unwilling farmers, while the number of apples affected by disasters in villages where unwilling farmers live was significantly higher than that of willing farmers. The preliminarily results showed a correlation between asset specificity and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. It is necessary to test whether the correlation between them is inevitable by using econometric models.

    +

    In addition, this study also selected the family characteristics and village characteristics of farmers as control variables, among which, the family characteristics variables included the number of apple laborers, proportion of apple income and the evaluation of apple benefits (ZHU et al., 2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The village characteristics included the proportion of non-agricultural laborers in the village and the comparison of apple prices between villages (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). According to the statistical results, in terms of family characteristics, the number of apple laborers and the evaluation of apple benefits of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. At the same time, the average proportion of apple income of both types of farmers to total household income is higher than 50%, indicating that most apple growers belong to specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI et al., 2019Li, X. et al. Effects of farmland registration and confirmation on the choice of farmers’ livelihood strategy: Evidence from apple growers. Resources Science, v.41, n.10, p.1923-1934, 2019. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201910014&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In terms of village characteristics, the evaluation of apple price by willing farmers was significantly higher than that by unwilling farmers, while the proportion of non-agricultural labor in unwilling farmers’ villages was significantly higher than that of willing farmers. The above results showed that there is a correlation between the number of apple laborers in farmers’ families, the evaluation of apple benefits, the proportion of non-agricultural laborers in villages and the difference of apple prices among villages and farmers’ willingness to transmit apple orchard between generations.

    +

    + Model setting +

    +

    As the explained variable, intergenerational transmission willingness is a discrete binary variable, this study chose a binary logistic regression model to analyze the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard. The specific model was as follows:

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    Pi=Fα+m=111βmCm+n=15γnXn=11+e-α+m=111βmCm+n=15γnXn (1)

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    The linear expression of logistic regression model was obtained by logarithmic transformation of formula (1):

    +

    y=LnPiy=1C,X1-Piy=1C,X=α+m=111βmCm+n=15γnXn+ε (2)

    +

    In formulas (1) and (2), y is interpreted variables, indicating whether farmers are willing to choose intergenerational transmission of apple orchard, Piy=1C,X indicates that the conditional probability function of i th sample farmer is willing to choose the intergenerational transmission of apple orchard, and C m is core explanatory variables, indicating asset specificity variables and including human capital specificity, physical asset specificity, land asset specificity and geographical location specificity, X n indicates control variables that affect farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard, including family characteristics and village characteristics. α is intercept term, β m and γ n represent regression coefficient, ɛ is random error term.

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    RESULTS AND DISCUSSION:

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    This study used the variance inflation factor (VIF) to test multicollinearity of all explanatory variables before regression estimation to avoid the interference of the multicollinearity problem on regression results. The results showed that the maximum value of VIF was 1.81, and the average value of VIF was 1.27, both of which were less than 10, indicating that there is no multicollinearity problem among explanatory variables. In this study, Stata 15.0 software was used for binary logistic regression, and the estimated results of the model were shown in table 3. In addition, in order to test the robustness of binary logistic regression results, this study also conducted binary probit regression, and the maximum likelihood ratios of the two models were significant at the statistical level of 1%, indicating that the goodness of fit of these two models were good. The sign and significance of the explanatory variables regression coefficients of these two models were consistent, which showed that the binary logistic regression results were robust.

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    +Table 3
    Regression results of the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.
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    + The impact of human capital specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The effect of schooling years of apple planting decision-makers on farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard was significant at a 1% statistical level, and its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 1.16% for each additional unit of schooling years of apple planting decision-makers, which indicated that the longer the schooling years of apple planting decision-makers, the weaker the intergenerational transmission willingness. The possible reason is that with the increase of their schooling years, their accumulated human capital stock and social resources increase, and the opportunities to engage in other operations will also increase, which can also provide more non-agricultural employment opportunities for their children. Human capital education is the catalyst for the non-agriculturalization of agricultural labor (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; NIE & ZHONG, 2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the schooling years of apple planting decision-makers had a significantly negative impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple planting.

    +

    At the statistical level of 10%, the technical level of decision makers in apple planting had a significantly positive impact on farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the technical level of decision-makers in apple planting increased by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will increase by 2.46%, which showed that apple planting decision-makers with higher level of apple production technology prefer intergenerational transmission of apple orchard. The possible reason is that the higher the apple production technology level of apple planting decision-makers, the richer their accumulated knowledge and experience of apple production, which will also become the root of path dependence that hinders their career change and development (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, apple planting decision-makers with higher level of apple production technology had greater incentive to secure next generation in farming apple orchard.

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    + The impact of physical assets specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The impact of the original value of orchard machinery and equipment owned by farmers on their intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%, and its coefficient was positive, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the logarithm of the original value of orchard machinery and equipment increased by one unit. The occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.02%, indicating that the higher the value of machinery and equipment invested by farmers in orchards, the stronger their intergenerational transmission willingness of apples will be. The possible reasons are as follows: orchard machinery and equipment have strong specificity. The higher the total value of orchard machinery and equipment owned by farmers, the higher the specificity of physical assets, which will increase the difficulty and threshold for physical asset holders to withdraw, and reduce the incentive to withdraw, thus inhibiting them from adjusting the agricultural planting structure and changing the direction of production and operation (WANG et al., 2019WANG, Y. et al. Asset specificity, risk aversion and agricultural machinery households’ production and management. Finance and Trade Research , v.30, n.11, p.39-47, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201911004&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2019.11.004.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the value of orchard machinery and equipment owned by farmers will strengthen the “locking effect” and intergenerational transmission willingness of apple orchard.

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    + The impact of land asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    Orchard topography and orchard fertility had a significantly positive impact on farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard at the statistical level of 1% and 10% respectively, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, under the control of other variables, orchard topography and orchard fertility increase by one unit respectively, and farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.13% and 2.18% respectively. The results demonstrated that farmers with better orchard topography and orchard fertility had a strong willingness to transfer apple orchard to their descendants, which may be due to the influence of climate change. The apple eugenic areas in China move to high altitude areas, and the trend of apple production layout “moving westward and expanding northward” is obvious (ZHANG et al., 2021ZHANG, Q. et al. The Evolutionary Characteristics of Apple Production Layout in China from 1978 to 2016. Ciência Rural, v.51, n.6, p.1-13, 2021. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200688 >, Accessed: Aug. 19, 2021. doi: 10.1590/0103-8478cr20200688.
    https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200... +
    ; ZHANG et al., 2018ZHANG, C. et al. Analysis on the layout of China’s apple production transition. Economic Geography, v.38, n.8, p.141-151, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=JJDL201808018&DbName=DKFX2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. doi: 10.15957/j.cnki.jjdl.2018.08.018.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The improvement of apple quality and benefit brought by the location advantage of orchards located in non-plain areas encourages farmers to manage apple orchards and transmit them from generation to generation. Soil quality is the basis of apple production, and one of the key factors affecting apple output (ZHANG & HUO, 2019ZHANG, L. et al. Land scale and farmland quality conservation behavior of farmers: An analysis based on 771 apple growers. Agricultural Economics and Management , n.6, p.48-61, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201906006&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. ISSN:1674-9189.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Because apple growth has great demand for soil nutrients in orchards, orchards with better fertility can provide necessary nutrients for apple growth, which is conducive to improving apple yield and quality, thereby increasing apple income and enhancing farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

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    The influence of orchard irrigation area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%. Its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 0.85%, indicating that the larger the orchard irrigation area, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that in recent years, affected by the continuous dry weather, the demand for water for agricultural production is large, and most orchards are located in high-altitude areas, and water resources are seriously scarce. Farmers are obviously restricted by water resources. The larger the irrigation area of their orchards, the higher the irrigation cost (FENG et al., 2016FENG, X. et al. Empirical study on the adaptability behavior of specialized farmers’ climate change under water resources constraints: A case study of 663 apple growers in Shaanxi Province. Journal of Agrotechnical Economics, n.9, p.18-27, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJS201609002&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Mar. 19, 2018. doi: 10.13246/j.cnki.jae.2016.09.002.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The actual investigation reported that the average cost of orchard irrigation for farmers was 1220.19 yuan, accounting for 12.16% of the total cost. Although better orchard irrigation conditions provide objective conditions for farmers to irrigate, higher irrigation costs will still squeeze the profit space of apples, and inhibit farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

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    The influence of apple planting area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard failed the significance test, and the coefficient was negative, which was inconsistent with the theoretical hypothesis and T-test results. This indicated that farmers with large apple planting area had weak intergenerational transmission willingness of apple orchard, which may be due to the dual characteristics of labor-intensive and technology-intensive, and large-scale apple management required higher apple planting technology and management level. However, the actual investigation reported that although the parents of farmers with large apple planting area tend to pass on apple orchard from generation to generation, 80.26% of the farmers’ children go out for employment or engage in non-agricultural industries for a long time. Only 21.84% of the farmers’ children go home to help their parents when the orchard is busy. Long-term separation from apple production increases the technical and management threshold for farmers’ children to inherit large-scale apple orchard, resulting in only 19.17% of farmers’ children willing to inherit their parents’ orchards.

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    + The influence of geographical location specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The impact of the number of apple disasters in the village on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 5%. Its coefficient was negative, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, when the number of apple disasters in the village increases by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple management will decrease by 3.52%. This indicated that the more apple disasters in the village, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that the more apples are affected, the greater the apple production costs, income loss and management risks borne by farmers in villages, which will inhibit farmers’ willingness to transmit apple orchards from generation to generation (ZHANG & HUO, 2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ).

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    Both government support and village hardened road length had a significantly positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard at the statistical level of 5%, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results, So, farmers in villages with strong government support and long village hardened road have strong intergenerational transmission willingness of apple orchard, possibly because the government’s support for village apple production will guide and encourage farmers’ decision-making behavior of apple management. The stronger the government support, the more policy dividends, such as apple subsidies, technical support and information services enjoyed by villages, which was conducive to mobilizing farmers’ enthusiasm for apple business and intergenerational succession planning (LIU et al., 2012LIU, Z. et al. Analysis of rice cropping decision-making in a double-cropping rice area of Southern China. Resources Science, v.34, n.12, p.2234-2241, 2012. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201212005&DbName=CJFQ2012 >. Accessed: Jan. 19, 2013. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). The greater distance of hardened roads in the village, the more complete its transportation facilities may be, and the more convenient it is for farmers to obtain information on apple production and market, purchase agricultural materials and sell products (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). This is conducive to reducing apple production costs, improving product value, expanding the profit space of apple operation, and thus enhancing farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The influence of control variables on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The influence of the number of apple laborers and the ratio of apple income on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 1% and 10%, respectively. Their coefficients were both positive, indicating that the larger the number of apple laborers and the higher the proportion of apple income in farmers’ families, the stronger their intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that farmers with a large number of apple laborers and a high proportion of apple income have a higher degree of dependence on apple business, and at the same time, their apple production is highly specialized, and their household livelihood mainly depends on apples.

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    CONCLUSION:

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    Based on the detailed household survey of family-owned apple orchards from Shandong and Shaanxi province in China, this study examined the impact of asset specificity on farmers’ willingness to succeed apple orchard. The results showed that: first, only 18.68% of the sample farmers were willing to transmit apple orchard from generation to generation, and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was generally weak. Second, the specificity of human capital, physical assets, land assets and geographical location significantly impacted farmers’ intergenerational succession planning of apple orchard. Specifically, the higher the level of apple production technology, the greater the value of orchard facilities and machinery, the better the orchard terrain and fertility, the more the government support for apple production in villages, and the greater distance of hardened roads in villages, the stronger the intergenerational transmission willingness of farmers’ apple orchard. The greater period of schooling in apple planting decision makers in farmers’ families, the larger the irrigated area of orchards and the more affected by apple disasters in villages, the weaker farmers’ willingness to succeed apple orchard to next generation. The above findings made up for the deficiency that the existing research paid less attention to asset specificity when examining intergenerational transmission of agricultural management, and expanded the understanding of intergenerational transmission behavior of perennial crop.

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    The policy implications of this study are as follows:

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    First, we should strengthen technical training to effectively improve farmers’ human capital. Under the realistic background that the education level of apple labor force is mainly junior high school and below, attention should be paid to training apple production technology to improve farmers’ apple management ability.

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    Second, we should strengthen infrastructure construction and focus on improving apple production conditions. On the one hand, it is necessary to strengthen the infrastructure construction of village roads, agricultural water conservancy, disaster prevention and disaster relief equipment in apple producing areas to reduce the operating costs and risks of diseases to apples. On the other hand, we should increase policy support to apple growers, and mobilize and enhance their enthusiasm for apple business and their willingness to transmit from generation to generation.

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    Third, we should support professional farmers’ management and pay attention to developing moderate scale management. It is necessary to encourage and support the cultivation and development of professional farmers and develop moderate scale operation by promoting the transfer of land to professional farmers with a good endowment of apple production factors, so as to enhance the efficiency and benefit of apple production.

    +

    Because the data used in this study are cross-sectional data, most of the respondents were the head of the household and the main apple operator in the household, and most of the next generation worked outside the home, it is difficult to get their opinions during the survey period. This study only used the current owner’s perspective to present the willingness of the next generation to take over the apple farm, and suffers from a lack of direct investigation on the willingness of the next generation. Thus, providing some insights concerning the willingness of the next generation and its factors may evolve in the future.

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    ACKNOWLEDGEMENTS

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    We are thankful for the financial support of the China Agriculture Research System (CARS-28) and the National Natural Science Foundation of China (71573211).

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    REFERENCES

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    • CR-2021-0155.R1
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      27 Apr 2022
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    • +Date of issue
      2022
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    History

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    • +Received
      25 Feb 2021
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    • +Accepted
      02 Dec 2021
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    • +Reviewed
      07 Mar 2022
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    + + + + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.html new file mode 100644 index 000000000..bee30fca4 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.en.html @@ -0,0 +1,973 @@ + + + + + + + + + + + +
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    + +

    +The impact of asset specificity on farmland inheritance willingness: Evidence from apple growers in China +

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    O impacto da especificidade dos ativos na herança de terras agrícolas: evidências de produtores de maçã na China

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    + Qiangqiang Zhang Xixi Wu Nazir Muhammad Abdullahi Yue Wang Xuexi Huo About the authors +
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    ABSTRACT:

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    Based on detailed household survey of apple farmers in Shandong and Shaanxi, this article used a binary logistic regression model to examine the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational succession arrangements of apple orchard. The results showed that the farmers’ intergenerational willingness of younger generation to succeed them is generally weak. The specificity of human capital, physical assets, land assets and geographic location significantly impacted on farmers’ intergenerational succession of family-operated apple orchard. Especially, the production technology level of apple planting decision-makers, the value of orchard facilities and machinery owned by apple growers, orchard topography, orchard fertility, government support, and the length of village hardened roads have significantly positive impacts on farmers’ willingness. The education achievement of apple planting decision-makers, orchard irrigation area, and the number of village apple disasters negatively impacted farmers’ willingness. Therefore, technical training should be intensified to effectively increase the human capital of farmers, infrastructure construction should be strengthened to improve apple production conditions, and professional farmers’ operations should be supported to develop moderate-scale operations.

    +

    Key words:
    asset specificity; succession planning; apple orchard; logistic model; China

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    +
    +

    RESUMO:

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    Com base em uma pesquisa domiciliar detalhada de produtores de maçã em Shandong e Shaanxi, este artigo usou um modelo de regressão logística binária para examinar o impacto da especificidade dos ativos nos arranjos de sucessão intergeracional dos produtores de pomar de maçã. Os resultados mostram que a disposição intergeracional dos agricultores da geração mais jovem para sucedê-los é geralmente fraca. A especificidade do capital humano, ativos físicos, ativos de terra e localização geográfica impactaram significativamente na sucessão intergeracional dos agricultores de pomar de maçã administrado por famílias. Especialmente, o nível de tecnologia de produção dos tomadores de decisão de plantio de maçã, o valor das instalações de pomar e maquinários de propriedade dos produtores, topografia do pomar, fertilidade do pomar, apoio do governo e a extensão das estradas da aldeia têm impactos significativamente positivos na vontade dos agricultores. As conquistas educacionais dos tomadores de decisão de plantio de maçã, a área de irrigação do pomar e o número de desastres de maçã nas aldeias impactam negativamente a vontade dos agricultores. Portanto, o treinamento técnico deve ser intensificado para aumentar efetivamente o capital humano dos agricultores, a construção da infraestrutura deve ser reforçada para melhorar as condições de produção de maçã e as operações dos agricultores profissionais devem ser apoiadas para desenvolver operações em escala moderada.

    +

    Palavras-chave:
    especificidade de ativos; planejamento de sucessão; pomar de macieiras; modelo logístico; China

    +
    +
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    INTRODUCTION:

    +

    China is the world’s largest apple producer. The United States Department of Agriculture (USDA) estimated that China’s fresh apple output accounted for 53.20% of the world total in 2020 (USDA, 2021USDA Foreign Agricultural Service. Fresh apples, grapes, and pears: World markets and trade. Washington, D.C. 2021. Available from: <Available from: https://www.fas.usda.gov/data/fresh-apples-grapes-and-pears-world-markets-and-trade >. Accessed: Aug. 24, 2021.
    https://www.fas.usda.gov/data/fresh-appl... +
    ), China’s apple industry has become an important part of the national fruit industry, which is also the primary agricultural development industry and the main source of income for farmers in apple producing areas (ZHANG et al.,2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; MA et al., 2018MA, W. et al. Agricultural cooperative membership and technical efficiency of apple farmers in China: An analysis accounting for selectivity bias. Food Policy, v.81, p.122-132, 2018. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.10.009 >, Accessed: Jul. 30, 2019. doi: 10.1016/j.foodpol.2018.10.009.
    https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2018.1... +
    ; WANG et al., 2016WANG, N. et al. Towards sustainable intensification of apple production in China - Yield gaps and nutrient use efficiency in apple farming systems. Journal of Integrative Agriculture, v.15, n.4, p. 716-725, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61099-1 >, Accessed: Jul. 30, 2021. doi: 10.1016/S2095-3119(15)61099-1.
    https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61... +
    ). However, with the advancement of urbanization in apple-producing areas, a large number of young rural laborers gradually break away from agricultural operations and turn to non-agricultural industries, which accelerates the aging of apple labor force (QIAO & HUO, 2017QIAO, Z. et al. 2017. Impact of agricultural labor aging on farmland use efficiency. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.16, n.5, p.61-73, Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI & FAN, 2013LI, M. et al. Analysis of farmers’ quality and grain willingness in major grain producing areas: Based on the survey of 457 farmers in 6 major grain producing provinces. Chinese Rural Economy, n.6, p.27-37, 2013. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201306005&DbName=CJFQ2013 >. Accessed: Nov. 19, 2014. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the dual population development trend of aging agricultural population and transferring rural labor force in apple-producing areas, the problem of “who will plant apples in the future” is highlighted. Because the Chinese government implements the agricultural management system characterized by the household contract responsibility system, apple production is still dominated by farmers’ household management (WANG & LI, 2020WANG, J. et al. Effect mechanism of rural population aging on agricultural production. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.19, n.2, p.60-73, 2020. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA202002007&DbName=CJFQ2020 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Under the realistic background that farmers’ farmland circulation ratio is low in the main apple producing areas (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), farmers’ and their descendants’ apple management willingness will have an important impact on sustainable apple production. Therefore, a comprehensive and in-depth understanding of farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard is of great significance to analyze the future development situation of apple industry in apple-producing areas, coordinate the relationship between urbanization and apple industry development, and enhance the sustainable development ability of apple.

    +

    Most scholars focus on the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural or grain management from academic research point of view. For example, ZHU et al. (2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) applied the intergenerational transmission theory to the intergenerational transmission analysis of farmers’ rice management, and they reported that the individual characteristics, family characteristics, regional characteristics, policy support and management characteristics of farmers are the main factors affecting the intergenerational transmission of farmers’ rice management. NING & NING (2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) and NIE & ZHONG (2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) believe that non-agricultural employment and individual life cycle have a significant impact on farmers’ willingness to operate agriculture and intergenerational transmission. Some scholars have tried to analyze the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management from the perspective of policies and systems and reported that the cultivation of agricultural successors and the support of public policies are helpful to enhance the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management (LEONARD et al., 2017LEONARD, B. et al. Policy drivers of farm succession and inheritance. Land Use Policy, v.61, p.147-159, 2017. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.09.006 >. Accessed: Nov. 19, 2017. doi: 10.1016/j.landusepol.2016.09.006.
    https://doi.org/10.1016/j.landusepol.201... +
    ; SUESS-REYES & FUETSCH, 2016SUESS-REYES, J. et al. The future of family farming: A literature review on innovative, sustainable and succession-oriented strategies. Journal of Rural Studies, 47, p.117-140, 2016. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.07.008 >. Accessed: Jan. 29, 2017. doi: 10.1016/j.jrurstud.2016.07.008.
    https://doi.org/10.1016/j.jrurstud.2016.... +
    ). The new rural social endowment insurance system has a significant role in promoting the intergenerational transmission behavior of farmers’ agricultural management (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Also, KONG et al. (2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ) reported that grassland resources and labor are the main factors affecting the intergenerational transmission willingness of herdsmen’s grassland animal husbandry management. Some scholars began to pay attention to the intergenerational transmission of apple management, such as ZHANG & HUO (2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ) confirmed the endowment of human resources within apple household is the key factor that determined the intergenerational transmission of apple management.

    +

    Overall, the existing literature has studied the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management and its influencing factors from different perspectives, which provides the theoretical and methodological basis for this study. However, there are still some shortcomings, which are as follows: the existing studies mainly focus on the intergenerational transmission willingness in the broad concept of agriculture, and the analysis of specific crop types only focuses on annual crops, such as grain, but lacks the investigation of perennial crops, such as apples. The existing studies neglected the influence of crop attribute differences on farmers’ intergenerational transmission willingness in agricultural management. Specifically, unlike annual crops, apple production and management have special attributes: first, because of the perennial crops’ characteristics, it usually takes 3~5 years for apple trees to bear fruit after planting, and the orchard investment in the early stage of bearing fruit is all special assets. At the same time, a large number of special machinery and facilities need to be invested in apple production, so apple production has high asset specificity. Second, due to the low mechanization degree of apple production at present, most of the apple production links still rely on labor, which leads to the low degree of farmers’ concurrent employment, and the household income of farmers mainly comes from apple production, so apple growers are typically specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG & HUO, 2015FENG, X.; HUO, X. Total factor productivity of apple industry in China considering non-point source pollution and its spatial concentration analysis. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), v.31, n.18, p.204-211, 2015. Available from: <Available from: http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/nygcxb201518029 >. Accessed: Apr. 19, 2018. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.18.029.
    http://d.wanfangdata.com.cn/periodical/n... +
    ). In the process of specialized apple production for a long time, farmers have gradually formed strong specificity of human capital, land assets, physical assets and geographical location (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). If farmers adjust the production structure of agricultural products and transfer agricultural assets, they will face high sunk costs. In order to reduce this sunk cost, farmers who are rational people will tend to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. Therefore, apple production’s asset specificity and specialization have a “locking effect” on farmers’ apple management. Neglecting the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission will limit the understanding of intergenerational transmission behavior.

    +

    Based on factors mentioned above, this study tried to answer the following two questions using the detailed household survey data of 1012 apple growers in Shandong and Shaanxi province in China: First, what is the mechanism of the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farm? Second, what is the influence direction and intensity of different types of assets specific to apple orchards on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farms?

    +

    + Theoretical analysis +

    +

    The succession of farmers’ apple orchard farm is a unique form of family wealth transfer. As a pathway of wealth accumulation, apple business includes land and its contract and management rights, buildings and other facilities, orchard machinery and other equipment, knowledge related to family apple business, human capital, etc., which can be passed on to the next generation through wealth transfer (ZHOU & WENG, 2017ZHOU, L. et al. Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, this study defined the succession pathway of apple orchard as farmers’ willingness to pass on the orchard, its facilities, machinery and equipment, apple management-related knowledge, and human capital to the next generation under the apple family management mode.

    +

    Williamson, a new institutional economist, put forward the concept of “asset specificity” when studying the organizational governance structure and vertical integration, which describes the allocation of assets. Asset specificity refers to the degree to which specific assets are reconfigured for other alternative purposes by other users without causing damage to the production value of assets (WILLIAMSON, 1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ). The natural attributes of apple orchard and the specialization of apple production enhance its asset specificity, making apple growers face high sunk costs when they switch to other crops or engage in non-agricultural industries. With the improvement of the specialization level of apple production, this sunk cost will continue to increase, resulting in the reduction of the expected net income of farmers’ agricultural production structure adjustment or non-agricultural production activities (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and farmers based on rational motives will prefer to continue to engage in the apple business. Hence the asset specificity brought by high investment in a perennial crop and specialized production characteristics of apples will prompt farmers to continue to manage apples and pass them on from generation to generation.

    +

    WILLIAMSON (1996WILLIAMSON, O. E. The Mechanism of Governance. Oxford University Press: New York, USA. 1996. Available from: <Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-mechanisms-of-governance-9780195078244?lang=en&cc=cn >. Accessed: Jan. 19, 2012. ISBN:9780195078244.
    https://global.oup.com/academic/product/... +
    ) believes that asset specificity includes six categories: site specificity, physical asset specificity, human capital specificity, brand asset, special asset and temporary asset specificity. On this basis, combined with the actual situation of apple production, this study divided the asset specificity related to apple production into four categories: human capital, physical asset, land asset and geographical location (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and expounds all kinds of assets as follows.

    +

    + Human capital +

    +

    In the long-term apple management process, farmers learn or accumulate knowledge and experience related to apple production through a combination of technical training and “learning by doing”. In order to improve apple production efficiency, yield and quality, and gradually form a strongly based on human capital, which also increases the opportunity cost and difficulty of farmers in adjusting agricultural production structure or engaging in other industries (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Human capital reflects farmers’ agricultural management ability, which can generally be measured by indicators, such as farmers’ farming experience, years of engaging in certain agricultural products production, and the average annual time spent on agricultural production (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In this paper, the schooling years, years of apple operation and apple production technology level of apple planting decision-makers in farmers’ families were selected to represent human capital. Among them, the schooling years of apple planting decision-makers are the basis of their human capital (LI, 2009LI, K. The effects of farmland used specificity and the uncertainty of transactions on the transaction costs of farmland transfer. Management World, 3, p.92-98, 2009. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=GLSJ200903012&DbName=CJFQ2009 >. Accessed: Nov. 19, 2010. doi: 10.19744/j.cnki.11-1235/f.2009.03.011.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ), and the years of apple operation and apple production technology level reflect their apple production experience (LIN et al., 2016). The longer the schooling years and years of apple operation, the higher the apple production technology level, the richer their accumulated apple production experience and professional knowledge, the less likely it is to switch to other crops or change careers, the more willing it is for apple growers to intergenerational transmission of apple orchard. Therefore, this study assumed that human capital specificity will positively affect farmers’ willingness to transmit apple orchard to their descendants.

    +

    + Physical assets +

    +

    The specificity of infrastructure assets is the physical assets formed by farmers’ sustained investment in apple production in order to improve apple production efficiency, which usually includes investment in agricultural production attached to orchards (such as drip irrigation or sprinkler irrigation facilities, water pits or pools, storage houses and other equipment and buildings fixed on the apple orchard farms) and investment in production tools or equipment (such as rotary tiller, mist sprayer, fertilizer ditcher and lawnmower.) matching with the scale of apple operation. There is no separability between these physical assets and apple orchards, which is only applicable to some apple production links. It is not easy to use them for other purposes, or they will significantly depreciate when used for other purposes (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). Farmers’ investment usually expresses physical assets’ specificity in orchard facilities, machinery and equipment. Therefore, the “lock-in effect” caused by higher specific physical assets makes farmers continue to engage in the apple orchard and pass it on to their descendants. The specificity of physical assets is usually expressed by farmers’ investment in orchard facilities, machinery and equipment (CHEN & LUO, 2017CHEN, J.; LUO, M. Asset specificity, uncertainty and rice planting mode selection. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition), v.16, n.5, p.86-97, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201705008&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Mar. 18, 2020. ISSN:1672-0202.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The higher the value of apple production-specific physical assets owned by farmers, the higher the sunk costs they face, and greater incentive to secure next generation in farming. Therefore, this study assumes that physical assets specificity can enhance the intergenerational transmission willingness to succeed their parents’ apple orchard.

    +

    + Land asset +

    +

    The specificity of land assets is mainly reflected in the topographic conditions of orchards, soil fertility and irrigation conditions, which directly affect the operating income of the orchards (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
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    ) and affects the farmers’ willingness to succeed the apple orchard to the next generation. Orchards with better terrain conditions, soil fertility, and irrigation conditions offered greatly likelihood of operating income and encourage farmers to continue to operate apple orchard and pass it on to their descendants. Simultaneously, the natural properties of perennial apple crops will further strengthen the specificity of land assets. The larger the apple planting area, the less likely it is for farmers to replant apples to other crops in the short term (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
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    ). In order to reduce the expected loss of income, farmers are more inclined to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. In this study, land asset specificity was characterized by orchard topography, orchard fertility, orchard irrigation area and apple planting area, and it is expected that land asset specificity will have a positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + Geographical location +

    +

    Geographical location specificity reflects the natural specificity property of agricultural land location, which is embodied in climatic conditions, regional policies and traffic conditions (LIN et al., 2016LIN, W. et al. The effect of asset specificity on farmland transfer after land registration and certification. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition) , v.15, n.6, p.1-9, 2016. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HNNA201606001&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN:1672-0202.
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    ). Due to apples’ natural attributes, their growth is strictly restricted by climatic and geographical conditions, such as light, rainfall, temperature and altitude, and this dependence on time and space conditions is the embodiment of geographical location specificity. Suppose apples are replanted to other crops in the apple eugenics area. In that case, they will lose the formed location advantages and face higher conversion costs (XIANG & CHEN, 2005XIANG, G. et al. Asset specificity and risk aversion in adjustment of agricultural production structure. Issues in Agricultural Economy , 3, p.49-52, 2005. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200503009&DbName=CJFQ2005 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
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    ), encouraging farmers in the apple eugenics area to maintain apple management and pass it on to their descendants. In this study, the times of apple disaster, the government support and the length of hardened roads in the village where farmers live are selected to represent the geographical location assets. These three indicators respectively reflect the suitability of climatic conditions for apple growth, the importance attached by the state or local government to the development of apple industry and the convenience of transportation in the village where farmers live (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
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    ). The fewer the number of apple disasters, the greater the government support, and the more convenient transportation in the village, the more beneficial it is to apple production and apple growers’ income, thus enhancing farmers’ enthusiasm for apple management intergenerational transmission willingness.

    +

    MATERIALS AND METHODS:

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    + Data sources +

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    The data used in this study comes from the detailed household survey of apple farmers conducted by the Industrial Economics Research Office of the National Modern Apple Industry Technology System in China from July to August 2019. The sampling process is as follows: first, the sample area was determined to be the dominant area of Bohai Bay and Loess Plateau by typical sampling method; Second, according to the method of combining stratified sampling (county→township→village) and random sampling, and the principle of determining the large sample size n in statistics , this study assumed the coefficient of reliability α is 0.05, uα=u0.05=1.96, the coefficient of variation ν is 0.2, and the sampling estimation accuracy P c is 0.8, and determined the number of sample counties n is 8; Third, 2~5 sample townships were randomly selected from each county, 6~8 sample villages were randomly selected from each sample township, and about 20 apple growers were randomly selected from each sample village. A face-to-face questionnaire survey was conducted among the apple production decision-makers in farmers’ families. In this survey, A total of 1057 questionnaires were collected from 51 villages in 29 townships, and 51 valid village-level questionnaires and 1012 valid farmer questionnaires were obtained (Table 1) after removing some missing questionnaires, with an effective rate of 95.74%.

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    +Table 1
    Sample distribution.
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    According to theoretical analysis, the variables selected in this study, their meanings and characteristics are shown in table 2. It should be noted that, concerning the measurement of intergenerational succession planning of agricultural management, the existing research mainly focused on the agricultural management willingness of parents, less on the agricultural management willingness of descendants, and only on the agricultural management willingness of parents or their descendants. Admittedly, the intergenerational transmission of family agricultural management involves both parents and their descendants’ behavior decision. Only when the intergenerational transmission willingness of parents and that of their descendants are consistent can the intergenerational transmission of apple orchard be implemented smoothly. Therefore, in this study, the following sentences were used to characterize the intergenerational transmission willingness of apple orchard of sample farmers. “Do you want your children to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “parental willingness”) (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
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    ) and “Do your children want to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “descendant willingness”) (WANG & WANG, 2018WANG, S. et al. Impact factors on farmers’ willingness and time point of intergenerational succession in agricultural management: Based on evidence of threshold regression model. Agricultural Economics and Management, n.4, p.48-58, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. ISSN: 1674-9189.
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    ). When both questions answer “yes” at the same time, it is considered that the intergenerational transmission willingness of apple orchard will be “1”, otherwise, it will be “0”.

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    +Table 2
    Meaning of variables and its statistical characteristics.
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    Table 2 shows that only 189 households were willing to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “willing farmers”), accounting for 18.68% of the total sample size, and the proportion of households unwilling to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “unwilling farmers”) was as high as 82.32%, which indicated that farmers’ willingness to carry on the intergenerational transmission of apple orchard was generally weak, and apple business is facing the dilemma of “intergenerational transmission discontinuity”. In order to preliminarily identify the relationship between asset specificity and farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, this study used SPSS 20.0 software to test the asset specificity of willing farmers and unwilling farmers with independent-samples T-test (Table 2). It is found that in terms of human capital specificity, the years of schooling and planting of apple planting decision makers of willing farmers were significantly lower than those of unwilling farmers. Regarding the specificity of physical assets, the input value of orchard machinery and equipment of willing farmers was 27.15 thousand yuan on average, which was 5.99 thousand yuan higher than that of unwilling farmers. In terms of land asset specificity, the orchard topography and orchard fertility of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. Still, the orchard irrigation area of unwilling farmers was considerably. In terms of geographical specificity, the government support and hardened road length of villages where willing farmers live were significantly higher than those of unwilling farmers, while the number of apples affected by disasters in villages where unwilling farmers live was significantly higher than that of willing farmers. The preliminarily results showed a correlation between asset specificity and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. It is necessary to test whether the correlation between them is inevitable by using econometric models.

    +

    In addition, this study also selected the family characteristics and village characteristics of farmers as control variables, among which, the family characteristics variables included the number of apple laborers, proportion of apple income and the evaluation of apple benefits (ZHU et al., 2010ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The village characteristics included the proportion of non-agricultural laborers in the village and the comparison of apple prices between villages (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). According to the statistical results, in terms of family characteristics, the number of apple laborers and the evaluation of apple benefits of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. At the same time, the average proportion of apple income of both types of farmers to total household income is higher than 50%, indicating that most apple growers belong to specialized farmers (HOU & HUO, 2016HOU, J. et al. Empirical analysis of land lease market economic effect: The micro evidence from apple growers. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition), v.16, n.2, p.93-104, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; LI et al., 2019Li, X. et al. Effects of farmland registration and confirmation on the choice of farmers’ livelihood strategy: Evidence from apple growers. Resources Science, v.41, n.10, p.1923-1934, 2019. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201910014&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Nov. 19, 2020. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). In terms of village characteristics, the evaluation of apple price by willing farmers was significantly higher than that by unwilling farmers, while the proportion of non-agricultural labor in unwilling farmers’ villages was significantly higher than that of willing farmers. The above results showed that there is a correlation between the number of apple laborers in farmers’ families, the evaluation of apple benefits, the proportion of non-agricultural laborers in villages and the difference of apple prices among villages and farmers’ willingness to transmit apple orchard between generations.

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    + Model setting +

    +

    As the explained variable, intergenerational transmission willingness is a discrete binary variable, this study chose a binary logistic regression model to analyze the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard. The specific model was as follows:

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    Pi=Fα+m=111βmCm+n=15γnXn=11+e-α+m=111βmCm+n=15γnXn (1)

    +

    The linear expression of logistic regression model was obtained by logarithmic transformation of formula (1):

    +

    y=LnPiy=1C,X1-Piy=1C,X=α+m=111βmCm+n=15γnXn+ε (2)

    +

    In formulas (1) and (2), y is interpreted variables, indicating whether farmers are willing to choose intergenerational transmission of apple orchard, Piy=1C,X indicates that the conditional probability function of i th sample farmer is willing to choose the intergenerational transmission of apple orchard, and C m is core explanatory variables, indicating asset specificity variables and including human capital specificity, physical asset specificity, land asset specificity and geographical location specificity, X n indicates control variables that affect farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard, including family characteristics and village characteristics. α is intercept term, β m and γ n represent regression coefficient, ɛ is random error term.

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    RESULTS AND DISCUSSION:

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    This study used the variance inflation factor (VIF) to test multicollinearity of all explanatory variables before regression estimation to avoid the interference of the multicollinearity problem on regression results. The results showed that the maximum value of VIF was 1.81, and the average value of VIF was 1.27, both of which were less than 10, indicating that there is no multicollinearity problem among explanatory variables. In this study, Stata 15.0 software was used for binary logistic regression, and the estimated results of the model were shown in table 3. In addition, in order to test the robustness of binary logistic regression results, this study also conducted binary probit regression, and the maximum likelihood ratios of the two models were significant at the statistical level of 1%, indicating that the goodness of fit of these two models were good. The sign and significance of the explanatory variables regression coefficients of these two models were consistent, which showed that the binary logistic regression results were robust.

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    +Table 3
    Regression results of the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.
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    + The impact of human capital specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The effect of schooling years of apple planting decision-makers on farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard was significant at a 1% statistical level, and its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 1.16% for each additional unit of schooling years of apple planting decision-makers, which indicated that the longer the schooling years of apple planting decision-makers, the weaker the intergenerational transmission willingness. The possible reason is that with the increase of their schooling years, their accumulated human capital stock and social resources increase, and the opportunities to engage in other operations will also increase, which can also provide more non-agricultural employment opportunities for their children. Human capital education is the catalyst for the non-agriculturalization of agricultural labor (NING & NING, 2016NING, Z. et al. Effects of location and non- agricultural employment on Chinese family farm succession: On left-behind farmers in Shaanxi Province. Finance and Trade Research, v.27, n.2, p.75-84, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201602011&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Jan. 19, 2017. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2016.02.009.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; NIE & ZHONG, 2017NIE, J. et al. The marketnization of labor force, individual life: Cycle and the willingness of farmers in land management. Journal of Nanjing Agricultural University (Social Sciences Edition) , v.17, n.1, p.71-79, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJNS201701009&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. ISSN:1671-7465.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the schooling years of apple planting decision-makers had a significantly negative impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple planting.

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    At the statistical level of 10%, the technical level of decision makers in apple planting had a significantly positive impact on farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the technical level of decision-makers in apple planting increased by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will increase by 2.46%, which showed that apple planting decision-makers with higher level of apple production technology prefer intergenerational transmission of apple orchard. The possible reason is that the higher the apple production technology level of apple planting decision-makers, the richer their accumulated knowledge and experience of apple production, which will also become the root of path dependence that hinders their career change and development (LUO et al., 2008LUO, B. et al. Asset specificity, specialized production and the market risk of the peasant-household. Issues in Agricultural Economy, n.7, p.10-15, 2008. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NJWT200807001&DbName=CJFQ2008 >. Accessed: Jan. 19, 2010. ISSN: 1000-6389.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ; FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, apple planting decision-makers with higher level of apple production technology had greater incentive to secure next generation in farming apple orchard.

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    + The impact of physical assets specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    The impact of the original value of orchard machinery and equipment owned by farmers on their intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%, and its coefficient was positive, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the logarithm of the original value of orchard machinery and equipment increased by one unit. The occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.02%, indicating that the higher the value of machinery and equipment invested by farmers in orchards, the stronger their intergenerational transmission willingness of apples will be. The possible reasons are as follows: orchard machinery and equipment have strong specificity. The higher the total value of orchard machinery and equipment owned by farmers, the higher the specificity of physical assets, which will increase the difficulty and threshold for physical asset holders to withdraw, and reduce the incentive to withdraw, thus inhibiting them from adjusting the agricultural planting structure and changing the direction of production and operation (WANG et al., 2019WANG, Y. et al. Asset specificity, risk aversion and agricultural machinery households’ production and management. Finance and Trade Research , v.30, n.11, p.39-47, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CMYJ201911004&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. doi: 10.19337/j.cnki.34-1093/f.2019.11.004.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Therefore, the value of orchard machinery and equipment owned by farmers will strengthen the “locking effect” and intergenerational transmission willingness of apple orchard.

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    + The impact of land asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

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    Orchard topography and orchard fertility had a significantly positive impact on farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard at the statistical level of 1% and 10% respectively, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, under the control of other variables, orchard topography and orchard fertility increase by one unit respectively, and farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.13% and 2.18% respectively. The results demonstrated that farmers with better orchard topography and orchard fertility had a strong willingness to transfer apple orchard to their descendants, which may be due to the influence of climate change. The apple eugenic areas in China move to high altitude areas, and the trend of apple production layout “moving westward and expanding northward” is obvious (ZHANG et al., 2021ZHANG, Q. et al. The Evolutionary Characteristics of Apple Production Layout in China from 1978 to 2016. Ciência Rural, v.51, n.6, p.1-13, 2021. Available from: <Available from: https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200688 >, Accessed: Aug. 19, 2021. doi: 10.1590/0103-8478cr20200688.
    https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200... +
    ; ZHANG et al., 2018ZHANG, C. et al. Analysis on the layout of China’s apple production transition. Economic Geography, v.38, n.8, p.141-151, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=JJDL201808018&DbName=DKFX2018 >. Accessed: Jan. 19, 2019. doi: 10.15957/j.cnki.jjdl.2018.08.018.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The improvement of apple quality and benefit brought by the location advantage of orchards located in non-plain areas encourages farmers to manage apple orchards and transmit them from generation to generation. Soil quality is the basis of apple production, and one of the key factors affecting apple output (ZHANG & HUO, 2019ZHANG, L. et al. Land scale and farmland quality conservation behavior of farmers: An analysis based on 771 apple growers. Agricultural Economics and Management , n.6, p.48-61, 2019. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJG201906006&DbName=CJFQ2019 >. Accessed: Jan. 19, 2020. ISSN:1674-9189.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). Because apple growth has great demand for soil nutrients in orchards, orchards with better fertility can provide necessary nutrients for apple growth, which is conducive to improving apple yield and quality, thereby increasing apple income and enhancing farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

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    The influence of orchard irrigation area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%. Its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 0.85%, indicating that the larger the orchard irrigation area, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that in recent years, affected by the continuous dry weather, the demand for water for agricultural production is large, and most orchards are located in high-altitude areas, and water resources are seriously scarce. Farmers are obviously restricted by water resources. The larger the irrigation area of their orchards, the higher the irrigation cost (FENG et al., 2016FENG, X. et al. Empirical study on the adaptability behavior of specialized farmers’ climate change under water resources constraints: A case study of 663 apple growers in Shaanxi Province. Journal of Agrotechnical Economics, n.9, p.18-27, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=NYJS201609002&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Mar. 19, 2018. doi: 10.13246/j.cnki.jae.2016.09.002.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). The actual investigation reported that the average cost of orchard irrigation for farmers was 1220.19 yuan, accounting for 12.16% of the total cost. Although better orchard irrigation conditions provide objective conditions for farmers to irrigate, higher irrigation costs will still squeeze the profit space of apples, and inhibit farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

    +

    The influence of apple planting area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard failed the significance test, and the coefficient was negative, which was inconsistent with the theoretical hypothesis and T-test results. This indicated that farmers with large apple planting area had weak intergenerational transmission willingness of apple orchard, which may be due to the dual characteristics of labor-intensive and technology-intensive, and large-scale apple management required higher apple planting technology and management level. However, the actual investigation reported that although the parents of farmers with large apple planting area tend to pass on apple orchard from generation to generation, 80.26% of the farmers’ children go out for employment or engage in non-agricultural industries for a long time. Only 21.84% of the farmers’ children go home to help their parents when the orchard is busy. Long-term separation from apple production increases the technical and management threshold for farmers’ children to inherit large-scale apple orchard, resulting in only 19.17% of farmers’ children willing to inherit their parents’ orchards.

    +

    + The influence of geographical location specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The impact of the number of apple disasters in the village on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 5%. Its coefficient was negative, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, when the number of apple disasters in the village increases by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple management will decrease by 3.52%. This indicated that the more apple disasters in the village, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that the more apples are affected, the greater the apple production costs, income loss and management risks borne by farmers in villages, which will inhibit farmers’ willingness to transmit apple orchards from generation to generation (ZHANG & HUO, 2021ZHANG, Q.; HUO, X. Intergenerational transmission of willingness of apple management for apple growers in Shandong and Shaanxi. Journal of Arid Land Resources and Environment, v.35, n.3, p.52-57, 2021. Available from: <Available from: https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIhG8C46NmWw7YpEsKMypi3 qVj28LEUDxQXHYyS3fbyEOrIfBzA aHzJa2T6uOFg7um7_kaZUpr17_qWtuyJa1_ o_WoJHI&uniplatform=NZKPT >. Accessed: Feb. 19, 2021. doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2021.068.
    https://t.cnki.net/kcms/ detail?v=3uoqIh... +
    ; KONG et al., 2016KONG, D. et al. Analysis on the willingness and influence factors of herdsmen’s grassland animal husbandry management intergenerational transmission: Based on the survey of 34 Gacha in Inner Mongolia. China Rural Survey , n.1, p.75-85, 2016. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201601008&DbName=CJFQ2016 >. Accessed: Nov. 19, 2017. ISSN: 1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ).

    +

    Both government support and village hardened road length had a significantly positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard at the statistical level of 5%, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results, So, farmers in villages with strong government support and long village hardened road have strong intergenerational transmission willingness of apple orchard, possibly because the government’s support for village apple production will guide and encourage farmers’ decision-making behavior of apple management. The stronger the government support, the more policy dividends, such as apple subsidies, technical support and information services enjoyed by villages, which was conducive to mobilizing farmers’ enthusiasm for apple business and intergenerational succession planning (LIU et al., 2012LIU, Z. et al. Analysis of rice cropping decision-making in a double-cropping rice area of Southern China. Resources Science, v.34, n.12, p.2234-2241, 2012. Available from: <Available from: https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZRZY201212005&DbName=CJFQ2012 >. Accessed: Jan. 19, 2013. ISSN: 1007-7588.
    https://kns8.cnki.net/kcms/detail/detail... +
    ). The greater distance of hardened roads in the village, the more complete its transportation facilities may be, and the more convenient it is for farmers to obtain information on apple production and market, purchase agricultural materials and sell products (FENG et al., 2018FENG, X. et al. The impacts of asset specificity on specialized farmers’ adaptation to climate change: Evidence from apple farmers in Shaanxi Province. China Rural Survey, n.4, p.74-85, 2018. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNCG201804006&DbName=CJFQ2018 >. Accessed: Nov. 19, 2018. ISSN:1006-4583.
    https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.... +
    ). This is conducive to reducing apple production costs, improving product value, expanding the profit space of apple operation, and thus enhancing farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The influence of control variables on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The influence of the number of apple laborers and the ratio of apple income on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 1% and 10%, respectively. Their coefficients were both positive, indicating that the larger the number of apple laborers and the higher the proportion of apple income in farmers’ families, the stronger their intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that farmers with a large number of apple laborers and a high proportion of apple income have a higher degree of dependence on apple business, and at the same time, their apple production is highly specialized, and their household livelihood mainly depends on apples.

    +

    CONCLUSION:

    +

    Based on the detailed household survey of family-owned apple orchards from Shandong and Shaanxi province in China, this study examined the impact of asset specificity on farmers’ willingness to succeed apple orchard. The results showed that: first, only 18.68% of the sample farmers were willing to transmit apple orchard from generation to generation, and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was generally weak. Second, the specificity of human capital, physical assets, land assets and geographical location significantly impacted farmers’ intergenerational succession planning of apple orchard. Specifically, the higher the level of apple production technology, the greater the value of orchard facilities and machinery, the better the orchard terrain and fertility, the more the government support for apple production in villages, and the greater distance of hardened roads in villages, the stronger the intergenerational transmission willingness of farmers’ apple orchard. The greater period of schooling in apple planting decision makers in farmers’ families, the larger the irrigated area of orchards and the more affected by apple disasters in villages, the weaker farmers’ willingness to succeed apple orchard to next generation. The above findings made up for the deficiency that the existing research paid less attention to asset specificity when examining intergenerational transmission of agricultural management, and expanded the understanding of intergenerational transmission behavior of perennial crop.

    +

    The policy implications of this study are as follows:

    +

    First, we should strengthen technical training to effectively improve farmers’ human capital. Under the realistic background that the education level of apple labor force is mainly junior high school and below, attention should be paid to training apple production technology to improve farmers’ apple management ability.

    +

    Second, we should strengthen infrastructure construction and focus on improving apple production conditions. On the one hand, it is necessary to strengthen the infrastructure construction of village roads, agricultural water conservancy, disaster prevention and disaster relief equipment in apple producing areas to reduce the operating costs and risks of diseases to apples. On the other hand, we should increase policy support to apple growers, and mobilize and enhance their enthusiasm for apple business and their willingness to transmit from generation to generation.

    +

    Third, we should support professional farmers’ management and pay attention to developing moderate scale management. It is necessary to encourage and support the cultivation and development of professional farmers and develop moderate scale operation by promoting the transfer of land to professional farmers with a good endowment of apple production factors, so as to enhance the efficiency and benefit of apple production.

    +

    Because the data used in this study are cross-sectional data, most of the respondents were the head of the household and the main apple operator in the household, and most of the next generation worked outside the home, it is difficult to get their opinions during the survey period. This study only used the current owner’s perspective to present the willingness of the next generation to take over the apple farm, and suffers from a lack of direct investigation on the willingness of the next generation. Thus, providing some insights concerning the willingness of the next generation and its factors may evolve in the future.

    +
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    ACKNOWLEDGEMENTS

    +

    We are thankful for the financial support of the China Agriculture Research System (CARS-28) and the National Natural Science Foundation of China (71573211).

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    REFERENCES

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    • CR-2021-0155.R1
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      27 Apr 2022
    • +
    • +Date of issue
      2022
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    +
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    History

    +
      +
    • +Received
      25 Feb 2021
    • +
    • +Accepted
      02 Dec 2021
    • +
    • +Reviewed
      07 Mar 2022
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.xml b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.xml new file mode 100644 index 000000000..1c4810135 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH.xml @@ -0,0 +1,1485 @@ + + +
    + + + cr + + Ciência Rural + Cienc. Rural + + 0103-8478 + 1678-4596 + + Universidade Federal de Santa Maria + + + + RkTvvWFPL3PKgx6cy8PhHsH + S0103-84782022001100951 + 10.1590/0103-8478cr20210155 + 00951 + + + AGRIBUSINESS + + + + The impact of asset specificity on farmland inheritance willingness: Evidence from apple growers in China + + O impacto da especificidade dos ativos na herança de terras agrícolas: evidências de produtores de maçã na China + + + + + 0000-0002-5270-9957 + + Zhang + Qiangqiang + + + 1 + + + + 0000-0001-9081-0645 + + Wu + Xixi + + + 2 + + + + 0000-0003-2149-0638 + + Abdullahi + Nazir Muhammad + + + 2 + + + + 0000-0002-6254-2513 + + Wang + Yue + + + 2 + + + + 0000-0002-8263-9101 + + Huo + Xuexi + + + 2 + + + * + + + + + + China Center for Agricultural Policy, School of Advanced Agricultural Sciences, Peking University, 100871, Beijing, China. + China Center for Agricultural Policy + School of Advanced Agricultural Sciences + Peking University + + 100871 + Beijing + + China + + + + College of Economics and Management, Northwest A&F University, Yangling 712100, China.. + College of Economics and Management + Northwest A&F University + + Yangling + 712100 + + China + + + E-mail: xuexihuo@nwsuaf.edu.cn. *Corresponding author + +

    Editors: Leandro Souza da Silva (0000-0002-1636-6643)

    +

    Raquel Breitenbach (0000-0002-9431-3766)

    +
    + + +

    The authors declare no conflict of interest.

    +
    + + +

    Conceptualization: Qiangqiang Zhang, Xixi Wu and Xuexi Huo. Data acquisition: Qiangqiang Zhang, Xixi Wu and Yue Wang. Design of methodology and data analysis: Qiangqiang Zhang and Xixi Wu. Writing-original draft preparation: Qiangqiang Zhang, Xixi Wu and Nazir Muhammad Abdullahi. Writing-review and editing: Qiangqiang Zhang, Xixi Wu, Nazir Muhammad Abdullahi, Yue Wang and Xuexi Huo. Supervision and project administration: Xuexi Huo. All authors critically revised the manuscript and approved of the final version.

    +
    +
    + + 27 + 04 + 2022 + + + 2022 + + 52 + 11 + e20210155 + + + 25 + 02 + 2021 + + + 02 + 12 + 2021 + + + 07 + 03 + 2022 + + + + + This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License + + + + ABSTRACT: +

    Based on detailed household survey of apple farmers in Shandong and Shaanxi, this article used a binary logistic regression model to examine the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational succession arrangements of apple orchard. The results showed that the farmers’ intergenerational willingness of younger generation to succeed them is generally weak. The specificity of human capital, physical assets, land assets and geographic location significantly impacted on farmers’ intergenerational succession of family-operated apple orchard. Especially, the production technology level of apple planting decision-makers, the value of orchard facilities and machinery owned by apple growers, orchard topography, orchard fertility, government support, and the length of village hardened roads have significantly positive impacts on farmers’ willingness. The education achievement of apple planting decision-makers, orchard irrigation area, and the number of village apple disasters negatively impacted farmers’ willingness. Therefore, technical training should be intensified to effectively increase the human capital of farmers, infrastructure construction should be strengthened to improve apple production conditions, and professional farmers’ operations should be supported to develop moderate-scale operations.

    +
    + + RESUMO: +

    Com base em uma pesquisa domiciliar detalhada de produtores de maçã em Shandong e Shaanxi, este artigo usou um modelo de regressão logística binária para examinar o impacto da especificidade dos ativos nos arranjos de sucessão intergeracional dos produtores de pomar de maçã. Os resultados mostram que a disposição intergeracional dos agricultores da geração mais jovem para sucedê-los é geralmente fraca. A especificidade do capital humano, ativos físicos, ativos de terra e localização geográfica impactaram significativamente na sucessão intergeracional dos agricultores de pomar de maçã administrado por famílias. Especialmente, o nível de tecnologia de produção dos tomadores de decisão de plantio de maçã, o valor das instalações de pomar e maquinários de propriedade dos produtores, topografia do pomar, fertilidade do pomar, apoio do governo e a extensão das estradas da aldeia têm impactos significativamente positivos na vontade dos agricultores. As conquistas educacionais dos tomadores de decisão de plantio de maçã, a área de irrigação do pomar e o número de desastres de maçã nas aldeias impactam negativamente a vontade dos agricultores. Portanto, o treinamento técnico deve ser intensificado para aumentar efetivamente o capital humano dos agricultores, a construção da infraestrutura deve ser reforçada para melhorar as condições de produção de maçã e as operações dos agricultores profissionais devem ser apoiadas para desenvolver operações em escala moderada.

    +
    + + Key words: + asset specificity + succession planning + apple orchard + logistic model + China + + + Palavras-chave: + especificidade de ativos + planejamento de sucessão + pomar de macieiras + modelo logístico + China + + + + China Agriculture Research System (CARS-28 + National Natural Science Foundation of China + 71573211 + + + + + + + + +
    +
    + + + INTRODUCTION: +

    China is the world’s largest apple producer. The United States Department of Agriculture (USDA) estimated that China’s fresh apple output accounted for 53.20% of the world total in 2020 (USDA, 2021), China’s apple industry has become an important part of the national fruit industry, which is also the primary agricultural development industry and the main source of income for farmers in apple producing areas (ZHANG et al.,2021; MA et al., 2018; WANG et al., 2016). However, with the advancement of urbanization in apple-producing areas, a large number of young rural laborers gradually break away from agricultural operations and turn to non-agricultural industries, which accelerates the aging of apple labor force (QIAO & HUO, 2017; LI & FAN, 2013). Under the dual population development trend of aging agricultural population and transferring rural labor force in apple-producing areas, the problem of “who will plant apples in the future” is highlighted. Because the Chinese government implements the agricultural management system characterized by the household contract responsibility system, apple production is still dominated by farmers’ household management (WANG & LI, 2020). Under the realistic background that farmers’ farmland circulation ratio is low in the main apple producing areas (HOU & HUO, 2016), farmers’ and their descendants’ apple management willingness will have an important impact on sustainable apple production. Therefore, a comprehensive and in-depth understanding of farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard is of great significance to analyze the future development situation of apple industry in apple-producing areas, coordinate the relationship between urbanization and apple industry development, and enhance the sustainable development ability of apple.

    +

    Most scholars focus on the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural or grain management from academic research point of view. For example, ZHU et al. (2010) applied the intergenerational transmission theory to the intergenerational transmission analysis of farmers’ rice management, and they reported that the individual characteristics, family characteristics, regional characteristics, policy support and management characteristics of farmers are the main factors affecting the intergenerational transmission of farmers’ rice management. NING & NING (2016) and NIE & ZHONG (2017) believe that non-agricultural employment and individual life cycle have a significant impact on farmers’ willingness to operate agriculture and intergenerational transmission. Some scholars have tried to analyze the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management from the perspective of policies and systems and reported that the cultivation of agricultural successors and the support of public policies are helpful to enhance the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management (LEONARD et al., 2017; SUESS-REYES & FUETSCH, 2016). The new rural social endowment insurance system has a significant role in promoting the intergenerational transmission behavior of farmers’ agricultural management (ZHOU & WENG, 2017). Also, KONG et al. (2016) reported that grassland resources and labor are the main factors affecting the intergenerational transmission willingness of herdsmen’s grassland animal husbandry management. Some scholars began to pay attention to the intergenerational transmission of apple management, such as ZHANG & HUO (2021) confirmed the endowment of human resources within apple household is the key factor that determined the intergenerational transmission of apple management.

    +

    Overall, the existing literature has studied the intergenerational transmission willingness of farmers’ agricultural management and its influencing factors from different perspectives, which provides the theoretical and methodological basis for this study. However, there are still some shortcomings, which are as follows: the existing studies mainly focus on the intergenerational transmission willingness in the broad concept of agriculture, and the analysis of specific crop types only focuses on annual crops, such as grain, but lacks the investigation of perennial crops, such as apples. The existing studies neglected the influence of crop attribute differences on farmers’ intergenerational transmission willingness in agricultural management. Specifically, unlike annual crops, apple production and management have special attributes: first, because of the perennial crops’ characteristics, it usually takes 3~5 years for apple trees to bear fruit after planting, and the orchard investment in the early stage of bearing fruit is all special assets. At the same time, a large number of special machinery and facilities need to be invested in apple production, so apple production has high asset specificity. Second, due to the low mechanization degree of apple production at present, most of the apple production links still rely on labor, which leads to the low degree of farmers’ concurrent employment, and the household income of farmers mainly comes from apple production, so apple growers are typically specialized farmers (HOU & HUO, 2016; FENG & HUO, 2015). In the process of specialized apple production for a long time, farmers have gradually formed strong specificity of human capital, land assets, physical assets and geographical location (LUO et al., 2008). If farmers adjust the production structure of agricultural products and transfer agricultural assets, they will face high sunk costs. In order to reduce this sunk cost, farmers who are rational people will tend to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. Therefore, apple production’s asset specificity and specialization have a “locking effect” on farmers’ apple management. Neglecting the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission will limit the understanding of intergenerational transmission behavior.

    +

    Based on factors mentioned above, this study tried to answer the following two questions using the detailed household survey data of 1012 apple growers in Shandong and Shaanxi province in China: First, what is the mechanism of the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farm? Second, what is the influence direction and intensity of different types of assets specific to apple orchards on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard farms?

    +

    + Theoretical analysis +

    +

    The succession of farmers’ apple orchard farm is a unique form of family wealth transfer. As a pathway of wealth accumulation, apple business includes land and its contract and management rights, buildings and other facilities, orchard machinery and other equipment, knowledge related to family apple business, human capital, etc., which can be passed on to the next generation through wealth transfer (ZHOU & WENG, 2017). Therefore, this study defined the succession pathway of apple orchard as farmers’ willingness to pass on the orchard, its facilities, machinery and equipment, apple management-related knowledge, and human capital to the next generation under the apple family management mode.

    +

    Williamson, a new institutional economist, put forward the concept of “asset specificity” when studying the organizational governance structure and vertical integration, which describes the allocation of assets. Asset specificity refers to the degree to which specific assets are reconfigured for other alternative purposes by other users without causing damage to the production value of assets (WILLIAMSON, 1996). The natural attributes of apple orchard and the specialization of apple production enhance its asset specificity, making apple growers face high sunk costs when they switch to other crops or engage in non-agricultural industries. With the improvement of the specialization level of apple production, this sunk cost will continue to increase, resulting in the reduction of the expected net income of farmers’ agricultural production structure adjustment or non-agricultural production activities (FENG et al., 2018), and farmers based on rational motives will prefer to continue to engage in the apple business. Hence the asset specificity brought by high investment in a perennial crop and specialized production characteristics of apples will prompt farmers to continue to manage apples and pass them on from generation to generation.

    +

    WILLIAMSON (1996) believes that asset specificity includes six categories: site specificity, physical asset specificity, human capital specificity, brand asset, special asset and temporary asset specificity. On this basis, combined with the actual situation of apple production, this study divided the asset specificity related to apple production into four categories: human capital, physical asset, land asset and geographical location (FENG et al., 2018), and expounds all kinds of assets as follows.

    +

    + Human capital +

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    In the long-term apple management process, farmers learn or accumulate knowledge and experience related to apple production through a combination of technical training and “learning by doing”. In order to improve apple production efficiency, yield and quality, and gradually form a strongly based on human capital, which also increases the opportunity cost and difficulty of farmers in adjusting agricultural production structure or engaging in other industries (LUO et al., 2008; FENG et al., 2018). Human capital reflects farmers’ agricultural management ability, which can generally be measured by indicators, such as farmers’ farming experience, years of engaging in certain agricultural products production, and the average annual time spent on agricultural production (LIN et al., 2016). In this paper, the schooling years, years of apple operation and apple production technology level of apple planting decision-makers in farmers’ families were selected to represent human capital. Among them, the schooling years of apple planting decision-makers are the basis of their human capital (LI, 2009), and the years of apple operation and apple production technology level reflect their apple production experience (LIN et al., 2016). The longer the schooling years and years of apple operation, the higher the apple production technology level, the richer their accumulated apple production experience and professional knowledge, the less likely it is to switch to other crops or change careers, the more willing it is for apple growers to intergenerational transmission of apple orchard. Therefore, this study assumed that human capital specificity will positively affect farmers’ willingness to transmit apple orchard to their descendants.

    +

    + Physical assets +

    +

    The specificity of infrastructure assets is the physical assets formed by farmers’ sustained investment in apple production in order to improve apple production efficiency, which usually includes investment in agricultural production attached to orchards (such as drip irrigation or sprinkler irrigation facilities, water pits or pools, storage houses and other equipment and buildings fixed on the apple orchard farms) and investment in production tools or equipment (such as rotary tiller, mist sprayer, fertilizer ditcher and lawnmower.) matching with the scale of apple operation. There is no separability between these physical assets and apple orchards, which is only applicable to some apple production links. It is not easy to use them for other purposes, or they will significantly depreciate when used for other purposes (LIN et al., 2016). Farmers’ investment usually expresses physical assets’ specificity in orchard facilities, machinery and equipment. Therefore, the “lock-in effect” caused by higher specific physical assets makes farmers continue to engage in the apple orchard and pass it on to their descendants. The specificity of physical assets is usually expressed by farmers’ investment in orchard facilities, machinery and equipment (CHEN & LUO, 2017). The higher the value of apple production-specific physical assets owned by farmers, the higher the sunk costs they face, and greater incentive to secure next generation in farming. Therefore, this study assumes that physical assets specificity can enhance the intergenerational transmission willingness to succeed their parents’ apple orchard.

    +

    + Land asset +

    +

    The specificity of land assets is mainly reflected in the topographic conditions of orchards, soil fertility and irrigation conditions, which directly affect the operating income of the orchards (LIN et al., 2016) and affects the farmers’ willingness to succeed the apple orchard to the next generation. Orchards with better terrain conditions, soil fertility, and irrigation conditions offered greatly likelihood of operating income and encourage farmers to continue to operate apple orchard and pass it on to their descendants. Simultaneously, the natural properties of perennial apple crops will further strengthen the specificity of land assets. The larger the apple planting area, the less likely it is for farmers to replant apples to other crops in the short term (FENG et al., 2018). In order to reduce the expected loss of income, farmers are more inclined to continue to engage in apple business and pass it on to their descendants. In this study, land asset specificity was characterized by orchard topography, orchard fertility, orchard irrigation area and apple planting area, and it is expected that land asset specificity will have a positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + Geographical location +

    +

    Geographical location specificity reflects the natural specificity property of agricultural land location, which is embodied in climatic conditions, regional policies and traffic conditions (LIN et al., 2016). Due to apples’ natural attributes, their growth is strictly restricted by climatic and geographical conditions, such as light, rainfall, temperature and altitude, and this dependence on time and space conditions is the embodiment of geographical location specificity. Suppose apples are replanted to other crops in the apple eugenics area. In that case, they will lose the formed location advantages and face higher conversion costs (XIANG & CHEN, 2005), encouraging farmers in the apple eugenics area to maintain apple management and pass it on to their descendants. In this study, the times of apple disaster, the government support and the length of hardened roads in the village where farmers live are selected to represent the geographical location assets. These three indicators respectively reflect the suitability of climatic conditions for apple growth, the importance attached by the state or local government to the development of apple industry and the convenience of transportation in the village where farmers live (FENG et al., 2018). The fewer the number of apple disasters, the greater the government support, and the more convenient transportation in the village, the more beneficial it is to apple production and apple growers’ income, thus enhancing farmers’ enthusiasm for apple management intergenerational transmission willingness.

    +
    + + MATERIALS AND METHODS: +

    + Data sources +

    +

    The data used in this study comes from the detailed household survey of apple farmers conducted by the Industrial Economics Research Office of the National Modern Apple Industry Technology System in China from July to August 2019. The sampling process is as follows: first, the sample area was determined to be the dominant area of Bohai Bay and Loess Plateau by typical sampling method; Second, according to the method of combining stratified sampling (county→township→village) and random sampling, and the principle of determining the large sample size n in statistics , this study assumed the coefficient of reliability α is 0.05, uα=u0.05=1.96, the coefficient of variation ν is 0.2, and the sampling estimation accuracy P c is 0.8, and determined the number of sample counties n is 8; Third, 2~5 sample townships were randomly selected from each county, 6~8 sample villages were randomly selected from each sample township, and about 20 apple growers were randomly selected from each sample village. A face-to-face questionnaire survey was conducted among the apple production decision-makers in farmers’ families. In this survey, A total of 1057 questionnaires were collected from 51 villages in 29 townships, and 51 valid village-level questionnaires and 1012 valid farmer questionnaires were obtained (Table 1) after removing some missing questionnaires, with an effective rate of 95.74%.

    +

    + + + + Sample distribution. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Producing area---------------------The Bohai Bay-----------------------------------------The Loess Plateau--------------------Total
    Province-----------------------Shandong------------------------ ---------------------------Shaanxi-------------------------- 2
    City-----------Yantai--------- -----------Linyi--------- YulinYan’anWeinanXianyang6
    CountyPenglaiLaizhouYishuiMengyinMizhiZhidanPuchengLiquan8
    Township4332534529
    Village6667686651
    Sample size1221291301161271181401301012
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    +

    According to theoretical analysis, the variables selected in this study, their meanings and characteristics are shown in table 2. It should be noted that, concerning the measurement of intergenerational succession planning of agricultural management, the existing research mainly focused on the agricultural management willingness of parents, less on the agricultural management willingness of descendants, and only on the agricultural management willingness of parents or their descendants. Admittedly, the intergenerational transmission of family agricultural management involves both parents and their descendants’ behavior decision. Only when the intergenerational transmission willingness of parents and that of their descendants are consistent can the intergenerational transmission of apple orchard be implemented smoothly. Therefore, in this study, the following sentences were used to characterize the intergenerational transmission willingness of apple orchard of sample farmers. “Do you want your children to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “parental willingness”) (NING & NING, 2016) and “Do your children want to inherit your apple orchard?” (hereinafter referred to as “descendant willingness”) (WANG & WANG, 2018). When both questions answer “yes” at the same time, it is considered that the intergenerational transmission willingness of apple orchard will be “1”, otherwise, it will be “0”.

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    + + + + Meaning of variables and its statistical characteristics. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Variable nameVariable meaning and assignmentWilling farmers(N=189)Unwilling farmers(N=823)Mean difference
    MeanwStd. Dev.MeanuStd. Dev.
    Intergenerational succession willingness (ISW)Parental willingness*descendant willingness, yes = 1; no = 00.190.39---
    ---------------------------------------------------------------------Human capital specificity (HCS)------------------------------------------------------------------
    EducationSchooling years of apple planting decision makers (years)5.583.487.123.14-1.54***
    ExperienceYears of apple planting decision makers engaged in apple business (years)16.1911.8619.239.96-3.04***
    TechnologyThe apple production technology level of apple planting decision makers: very low = 1; low = 2; general = 3; higher = 4; very high =53.210.843.130.820.08
    ---------------------------------------------------------------------Physical assets specificity (PAS)------------------------------------------------------------------
    EquipmentSum of original values of orchard machinery and equipment owned by farmers in 2018 (thousand yuan)27.15178.8821.1637.015.99
    ----------------------------------------------------------------------Land assets specificity (LAS)---------------------------------------------------------------------
    Orchard topographyPlain = 1; hill = 2; mountain = 3; tableland =41.720.951.400.670.32***
    Irrigated areaIrrigation area of apple orchard in 2018 (mu)2.153.693.514.47-1.36***
    Orchard fertilityvery low = 1; low = 2; general = 3; higher = 4; very high =53.810.893.480.990.33***
    Apple areaApple planting area in 2018 (mu)10.6114.388.9313.991.68
    -----------------------------------------------------------------Geographical location specificity (GLS)--------------------------------------------------------------
    Apple disastersNumber of apple disasters in this village in 2018 (times)0.570.680.860.86-0.29***
    Government supportDoes the state or local government give strong support to apple production in this village? Very small = 1; smaller = 2; general = 3; larger = 4; very large =53.411.672.381.621.03***
    Hardened roadsTotal length of hardened roads in this village (km)14.6020.5410.2819.224.32***
    ---------------------------------------------------------------------------Family characteristics-------------------------------------------------------------------------
    Apple laborersThe number of laborers who are engaged in apple operations in 2018 (person)2.120.831.930.580.19***
    Apple income shareThe proportion of apple income to total household income in 2018 (%)55.9429.8352.4830.363.46
    Apple benefit evaluationThe evaluation of apple planting benefit by sample farmers: very low = 1; low = 2; general = 3; higher = 4; very high =53.051.052.831.080.22**
    --------------------------------------------------------------------------Village characteristics--------------------------------------------------------------------------
    Non-agricultural proportionProportion of non-agricultural labor force in villages in 2018 (%)37.0217.1741.6117.06-4.59***
    Apple prices comparisonCompared with other villages, what is the price of apples in this village? Very low = 1; low = 2; general = 3; higher = 4; very high =53.520.953.301.120.22***
    + + +

    Note: *, * * and * * * indicate that the mean values of the characteristic variables of the two types of farmers are significantly different at the statistical levels of 10%, 5% and 1%, respectively. 1 mu = 0.067 hectares. 1 yuan = 0.1555 U.S. dollars in 2018.

    + + + +

    +

    Table 2 shows that only 189 households were willing to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “willing farmers”), accounting for 18.68% of the total sample size, and the proportion of households unwilling to carry on apple orchards (hereinafter referred to as “unwilling farmers”) was as high as 82.32%, which indicated that farmers’ willingness to carry on the intergenerational transmission of apple orchard was generally weak, and apple business is facing the dilemma of “intergenerational transmission discontinuity”. In order to preliminarily identify the relationship between asset specificity and farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, this study used SPSS 20.0 software to test the asset specificity of willing farmers and unwilling farmers with independent-samples T-test (Table 2). It is found that in terms of human capital specificity, the years of schooling and planting of apple planting decision makers of willing farmers were significantly lower than those of unwilling farmers. Regarding the specificity of physical assets, the input value of orchard machinery and equipment of willing farmers was 27.15 thousand yuan on average, which was 5.99 thousand yuan higher than that of unwilling farmers. In terms of land asset specificity, the orchard topography and orchard fertility of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. Still, the orchard irrigation area of unwilling farmers was considerably. In terms of geographical specificity, the government support and hardened road length of villages where willing farmers live were significantly higher than those of unwilling farmers, while the number of apples affected by disasters in villages where unwilling farmers live was significantly higher than that of willing farmers. The preliminarily results showed a correlation between asset specificity and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. It is necessary to test whether the correlation between them is inevitable by using econometric models.

    +

    In addition, this study also selected the family characteristics and village characteristics of farmers as control variables, among which, the family characteristics variables included the number of apple laborers, proportion of apple income and the evaluation of apple benefits (ZHU et al., 2010; KONG et al., 2016). The village characteristics included the proportion of non-agricultural laborers in the village and the comparison of apple prices between villages (NING & NING, 2016). According to the statistical results, in terms of family characteristics, the number of apple laborers and the evaluation of apple benefits of willing farmers were significantly higher than those of unwilling farmers. At the same time, the average proportion of apple income of both types of farmers to total household income is higher than 50%, indicating that most apple growers belong to specialized farmers (HOU & HUO, 2016; LI et al., 2019). In terms of village characteristics, the evaluation of apple price by willing farmers was significantly higher than that by unwilling farmers, while the proportion of non-agricultural labor in unwilling farmers’ villages was significantly higher than that of willing farmers. The above results showed that there is a correlation between the number of apple laborers in farmers’ families, the evaluation of apple benefits, the proportion of non-agricultural laborers in villages and the difference of apple prices among villages and farmers’ willingness to transmit apple orchard between generations.

    +

    + Model setting +

    +

    As the explained variable, intergenerational transmission willingness is a discrete binary variable, this study chose a binary logistic regression model to analyze the impact of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness in apple orchard. The specific model was as follows:

    +

    Pi=Fα+m=111βmCm+n=15γnXn=11+e-α+m=111βmCm+n=15γnXn (1)

    +

    The linear expression of logistic regression model was obtained by logarithmic transformation of formula (1):

    +

    y=LnPiy=1C,X1-Piy=1C,X=α+m=111βmCm+n=15γnXn+ε (2)

    +

    In formulas (1) and (2), y is interpreted variables, indicating whether farmers are willing to choose intergenerational transmission of apple orchard, Piy=1C,X indicates that the conditional probability function of i th sample farmer is willing to choose the intergenerational transmission of apple orchard, and C m is core explanatory variables, indicating asset specificity variables and including human capital specificity, physical asset specificity, land asset specificity and geographical location specificity, X n indicates control variables that affect farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard, including family characteristics and village characteristics. α is intercept term, β m and γ n represent regression coefficient, ɛ is random error term.

    +
    + + RESULTS AND DISCUSSION: +

    This study used the variance inflation factor (VIF) to test multicollinearity of all explanatory variables before regression estimation to avoid the interference of the multicollinearity problem on regression results. The results showed that the maximum value of VIF was 1.81, and the average value of VIF was 1.27, both of which were less than 10, indicating that there is no multicollinearity problem among explanatory variables. In this study, Stata 15.0 software was used for binary logistic regression, and the estimated results of the model were shown in table 3. In addition, in order to test the robustness of binary logistic regression results, this study also conducted binary probit regression, and the maximum likelihood ratios of the two models were significant at the statistical level of 1%, indicating that the goodness of fit of these two models were good. The sign and significance of the explanatory variables regression coefficients of these two models were consistent, which showed that the binary logistic regression results were robust.

    +

    + + + + Regression results of the influence of asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Variable name-----------------Binary Logistic model----------- ----------------Binary Probit model------------------
    CoefficientStd. Dev.MEsCoefficientStd. Dev.MEs
    ---------------------------------------------------------------Human capital specificity (HCS)--------------------------------------------------------------
    Education-0.0916***0.0278-0.0116-0.0549***0.0156-0.0124
    Experience0.00390.01070.00050.00200.00590.0004
    Technology0.1943*0.11820.02460.10590.06660.0239
    --------------------------------------------------------------Physical assets specificity (PAS)---------------------------------------------------------------
    Equipment0.3178*0.16320.04020.1638*0.08830.0369
    ---------------------------------------------------------------Land assets specificity (LAS)------------------------------------------------------------------
    Orchard topography0.3265***0.11410.04130.1863***0.06610.0420
    Irrigated area-0.0669*0.0357-0.0085-0.0320*0.0176-0.0072
    Orchard fertility0.1724*0.09450.02180.1050**0.05290.0237
    Apple area-0.01020.0073-0.0013-0.00560.0039-0.0013
    ---------------------------------------------------------Geographical location specificity (GLS)-----------------------------------------------------------
    Apple disasters-0.2787**0.1259-0.0352-0.1506**0.0670-0.0340
    Government support0.1360**0.06920.01720.0806**0.03830.0182
    Hardened roads3.14e-05**1.26e-053.97e-061.86e-05**7.42e-064.20e-06
    ---------------------------------------------------------------------Family characteristics---------------------------------------------------------------------
    Apple laborers0.5956***0.16850.07530.3229***0.08740.0728
    Apple income share0.0050*0.00260.00060.0027*0.00150.0006
    Apple benefit evaluation0.16580.10200.02100.08240.05610.0186
    ---------------------------------------------------------------------Village characteristics---------------------------------------------------------------------
    Non-agricultural proportion-0.00900.0056-0.0011-0.0054*0.0032-0.0012
    Apple prices comparison0.04910.09380.00620.02590.05120.0058
    Constant term-5.4274***0.9011 -2.9913***0.4870
    Pseudo R20.1545 0.1537
    Likelihood ratio statistics110.9203***119.01***
    Logarithmic likelihood value-404.9062 -405.2747
    + + +

    Note: *, * * and * * * are significant at the statistical level of 10%, 5% and 1%, respectively. MEs indicates marginal effect.

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    +

    + The impact of human capital specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The effect of schooling years of apple planting decision-makers on farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard was significant at a 1% statistical level, and its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 1.16% for each additional unit of schooling years of apple planting decision-makers, which indicated that the longer the schooling years of apple planting decision-makers, the weaker the intergenerational transmission willingness. The possible reason is that with the increase of their schooling years, their accumulated human capital stock and social resources increase, and the opportunities to engage in other operations will also increase, which can also provide more non-agricultural employment opportunities for their children. Human capital education is the catalyst for the non-agriculturalization of agricultural labor (NING & NING, 2016; NIE & ZHONG, 2017). Therefore, the schooling years of apple planting decision-makers had a significantly negative impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple planting.

    +

    At the statistical level of 10%, the technical level of decision makers in apple planting had a significantly positive impact on farmers’ willingness of intergenerational transmission of apple orchard, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the technical level of decision-makers in apple planting increased by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will increase by 2.46%, which showed that apple planting decision-makers with higher level of apple production technology prefer intergenerational transmission of apple orchard. The possible reason is that the higher the apple production technology level of apple planting decision-makers, the richer their accumulated knowledge and experience of apple production, which will also become the root of path dependence that hinders their career change and development (LUO et al., 2008; FENG et al., 2018). Therefore, apple planting decision-makers with higher level of apple production technology had greater incentive to secure next generation in farming apple orchard.

    +

    + The impact of physical assets specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The impact of the original value of orchard machinery and equipment owned by farmers on their intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%, and its coefficient was positive, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, when other variables are controlled, the logarithm of the original value of orchard machinery and equipment increased by one unit. The occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.02%, indicating that the higher the value of machinery and equipment invested by farmers in orchards, the stronger their intergenerational transmission willingness of apples will be. The possible reasons are as follows: orchard machinery and equipment have strong specificity. The higher the total value of orchard machinery and equipment owned by farmers, the higher the specificity of physical assets, which will increase the difficulty and threshold for physical asset holders to withdraw, and reduce the incentive to withdraw, thus inhibiting them from adjusting the agricultural planting structure and changing the direction of production and operation (WANG et al., 2019). Therefore, the value of orchard machinery and equipment owned by farmers will strengthen the “locking effect” and intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The impact of land asset specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    Orchard topography and orchard fertility had a significantly positive impact on farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard at the statistical level of 1% and 10% respectively, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, under the control of other variables, orchard topography and orchard fertility increase by one unit respectively, and farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple orchard will increase by 4.13% and 2.18% respectively. The results demonstrated that farmers with better orchard topography and orchard fertility had a strong willingness to transfer apple orchard to their descendants, which may be due to the influence of climate change. The apple eugenic areas in China move to high altitude areas, and the trend of apple production layout “moving westward and expanding northward” is obvious (ZHANG et al., 2021; ZHANG et al., 2018). The improvement of apple quality and benefit brought by the location advantage of orchards located in non-plain areas encourages farmers to manage apple orchards and transmit them from generation to generation. Soil quality is the basis of apple production, and one of the key factors affecting apple output (ZHANG & HUO, 2019). Because apple growth has great demand for soil nutrients in orchards, orchards with better fertility can provide necessary nutrients for apple growth, which is conducive to improving apple yield and quality, thereby increasing apple income and enhancing farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

    +

    The influence of orchard irrigation area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 10%. Its coefficient was negative, which was consistent with the T-test results but inconsistent with the theoretical hypothesis. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, the occurrence ratio of farmers’ willingness to the intergenerational transmission of apple orchard will decrease by 0.85%, indicating that the larger the orchard irrigation area, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that in recent years, affected by the continuous dry weather, the demand for water for agricultural production is large, and most orchards are located in high-altitude areas, and water resources are seriously scarce. Farmers are obviously restricted by water resources. The larger the irrigation area of their orchards, the higher the irrigation cost (FENG et al., 2016). The actual investigation reported that the average cost of orchard irrigation for farmers was 1220.19 yuan, accounting for 12.16% of the total cost. Although better orchard irrigation conditions provide objective conditions for farmers to irrigate, higher irrigation costs will still squeeze the profit space of apples, and inhibit farmers’ willingness to manage apple orchards and intergenerational transmission.

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    The influence of apple planting area on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard failed the significance test, and the coefficient was negative, which was inconsistent with the theoretical hypothesis and T-test results. This indicated that farmers with large apple planting area had weak intergenerational transmission willingness of apple orchard, which may be due to the dual characteristics of labor-intensive and technology-intensive, and large-scale apple management required higher apple planting technology and management level. However, the actual investigation reported that although the parents of farmers with large apple planting area tend to pass on apple orchard from generation to generation, 80.26% of the farmers’ children go out for employment or engage in non-agricultural industries for a long time. Only 21.84% of the farmers’ children go home to help their parents when the orchard is busy. Long-term separation from apple production increases the technical and management threshold for farmers’ children to inherit large-scale apple orchard, resulting in only 19.17% of farmers’ children willing to inherit their parents’ orchards.

    +

    + The influence of geographical location specificity on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The impact of the number of apple disasters in the village on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 5%. Its coefficient was negative, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results. From the marginal effect point of view, with the control of other variables, when the number of apple disasters in the village increases by one unit, the occurrence ratio of farmers’ willingness to intergenerational transmission of apple management will decrease by 3.52%. This indicated that the more apple disasters in the village, the weaker the farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that the more apples are affected, the greater the apple production costs, income loss and management risks borne by farmers in villages, which will inhibit farmers’ willingness to transmit apple orchards from generation to generation (ZHANG & HUO, 2021; KONG et al., 2016).

    +

    Both government support and village hardened road length had a significantly positive impact on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard at the statistical level of 5%, which was consistent with the theoretical hypothesis and T-test results, So, farmers in villages with strong government support and long village hardened road have strong intergenerational transmission willingness of apple orchard, possibly because the government’s support for village apple production will guide and encourage farmers’ decision-making behavior of apple management. The stronger the government support, the more policy dividends, such as apple subsidies, technical support and information services enjoyed by villages, which was conducive to mobilizing farmers’ enthusiasm for apple business and intergenerational succession planning (LIU et al., 2012). The greater distance of hardened roads in the village, the more complete its transportation facilities may be, and the more convenient it is for farmers to obtain information on apple production and market, purchase agricultural materials and sell products (FENG et al., 2018). This is conducive to reducing apple production costs, improving product value, expanding the profit space of apple operation, and thus enhancing farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard.

    +

    + The influence of control variables on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard +

    +

    The influence of the number of apple laborers and the ratio of apple income on farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was significant at the statistical level of 1% and 10%, respectively. Their coefficients were both positive, indicating that the larger the number of apple laborers and the higher the proportion of apple income in farmers’ families, the stronger their intergenerational transmission willingness of apple orchard. The possible reasons are that farmers with a large number of apple laborers and a high proportion of apple income have a higher degree of dependence on apple business, and at the same time, their apple production is highly specialized, and their household livelihood mainly depends on apples.

    +
    + + CONCLUSION: +

    Based on the detailed household survey of family-owned apple orchards from Shandong and Shaanxi province in China, this study examined the impact of asset specificity on farmers’ willingness to succeed apple orchard. The results showed that: first, only 18.68% of the sample farmers were willing to transmit apple orchard from generation to generation, and farmers’ intergenerational transmission willingness of apple orchard was generally weak. Second, the specificity of human capital, physical assets, land assets and geographical location significantly impacted farmers’ intergenerational succession planning of apple orchard. Specifically, the higher the level of apple production technology, the greater the value of orchard facilities and machinery, the better the orchard terrain and fertility, the more the government support for apple production in villages, and the greater distance of hardened roads in villages, the stronger the intergenerational transmission willingness of farmers’ apple orchard. The greater period of schooling in apple planting decision makers in farmers’ families, the larger the irrigated area of orchards and the more affected by apple disasters in villages, the weaker farmers’ willingness to succeed apple orchard to next generation. The above findings made up for the deficiency that the existing research paid less attention to asset specificity when examining intergenerational transmission of agricultural management, and expanded the understanding of intergenerational transmission behavior of perennial crop.

    +

    The policy implications of this study are as follows:

    +

    First, we should strengthen technical training to effectively improve farmers’ human capital. Under the realistic background that the education level of apple labor force is mainly junior high school and below, attention should be paid to training apple production technology to improve farmers’ apple management ability.

    +

    Second, we should strengthen infrastructure construction and focus on improving apple production conditions. On the one hand, it is necessary to strengthen the infrastructure construction of village roads, agricultural water conservancy, disaster prevention and disaster relief equipment in apple producing areas to reduce the operating costs and risks of diseases to apples. On the other hand, we should increase policy support to apple growers, and mobilize and enhance their enthusiasm for apple business and their willingness to transmit from generation to generation.

    +

    Third, we should support professional farmers’ management and pay attention to developing moderate scale management. It is necessary to encourage and support the cultivation and development of professional farmers and develop moderate scale operation by promoting the transfer of land to professional farmers with a good endowment of apple production factors, so as to enhance the efficiency and benefit of apple production.

    +

    Because the data used in this study are cross-sectional data, most of the respondents were the head of the household and the main apple operator in the household, and most of the next generation worked outside the home, it is difficult to get their opinions during the survey period. This study only used the current owner’s perspective to present the willingness of the next generation to take over the apple farm, and suffers from a lack of direct investigation on the willingness of the next generation. Thus, providing some insights concerning the willingness of the next generation and its factors may evolve in the future.

    +
    + + + + ACKNOWLEDGEMENTS +

    We are thankful for the financial support of the China Agriculture Research System (CARS-28) and the National Natural Science Foundation of China (71573211).

    +
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Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. Journal of Guangdong University of Finance & Economics, v.32, n.5, p.58-69, 2017. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 >. Accessed: Jan. 19, 2018. SSN: 1008-2506. + + + + ZHOU + L. + + + + Research on the effect of China’s new rural pension scheme on the intergenerational succession of agricultural management. + Journal of Guangdong University of Finance & Economics + 32 + 5 + 58 + 69 + 2017 + Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=SONG201705006&DbName=CJFQ2017 + Jan. 19, 2018 + SSN: 1008-2506 + + + + ZHU, H. et al. Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. Chinese Rural Economy , n.2, p.22-32, 2010. Available from: <Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 >. Accessed: Jan. 19, 2011. ISSN: 1002-8870. + + + + ZHU + H. + + + + Empirical analysis of farmers’ intergenerational transmission willingness of rice management and its influencing factors: Based on survey data of 619 large grain farmers in Jiangxi. + Chinese Rural Economy + .2 + 22 + 32 + 2010 + Available from: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZNJJ201002004&DbName=CJFQ2010 + Jan. 19, 2011 + ISSN: 1002-8870 + + + + + +

    CR-2021-0155.R1

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    + +

    +The Weibull Burr XII distribution in lifetime and income analysis +

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    + RENATA ROJAS GUERRA FERNANDO A. PEÑA-RAMÍREZ GAUSS M. CORDEIRO About the authors +
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    Abstract

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    We study a five-parameter model called the Weibull Burr XII (WBXII) distribution, which extends several models, including new ones. This model is quite flexible in terms of the hazard function, which exhibits increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub shapes. Its density function allows different forms such as left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We aim to provide some general mathematical quantities for the proposed distribution, which can be useful to real data analysis. We develop a shiny application to provide interactive illustrations of the WBXII density and hazard functions. We estimate the model parameters using maximum likelihood and derive a profile log-likelihood for all members of the Weibull-G family. The survival analysis application reveals that the WBXII model is suitable to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product. The income application is related to player salaries within a professional sports league and it is peculiar because the mean of the player’s salaries is much higher than for most professions. Both applications illustrate that the new distribution provides much better fits than other models with the same and less number of parameters.

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    Key words
    Bimodal distribution; Burr XII distribution; profile log-likelihood; Weibull-G family

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    +
    +

    INTRODUCTION

    +

    For the Burr XII (BXII) distribution, also known as the Singh-Maddala distribution (Singh & Maddala 1975SINGH SK & MADDALA GS. 1975. A stochastic process for income distribution and tests for income distribution functions. In: ASA Proceedings of the Business and Economic Statistics Section, p. 551-553., 1976SINGH SK & MADDALA GS. 1976. A function for the size distribution of incomes. Econometrica 44: 963-970.) with shape parameters d>0 and c>0 and scale parameter s>0, the cumulative distribution function (cdf) is

    +
    +G(x;c,d,s)=1[1+(xs)c]d,x>0.(1) +
    +
    For d=1 and s=m1, we have the log-logistic (LL) distribution and, for c=1, it reduces to the Lomax distribution. The probability density function (pdf) corresponding to equation (1) is
    +
    +g(x;c,d,s)=cdscxc1[1+(xs)c]d1.(2) +
    +
    This distribution is part of the Burr system of distributions (Burr 1942BURR IW. 1942. Cumulative frequency functions. Annals of Mathematical Statistics 13: 215-232.) and has extensive use in the context of income data. For recent examples, see Brzeziński 2013BRZEZIŃSKI M. 2013. Parametric Modelling of Income Distribution in Central and Eastern Europe. Central European Journal of Economic Modelling and Econometrics 5: 207-230., Jäntti & Jenkins 2010JÄNTTI M & JENKINS SP. 2010. The impact of macroeconomic conditions on income inequality. J Econ Inequal 8: 221-240., Tanak et al. 2015TANAK AK, BORZADARAN GM & AHMADI J. 2015. Entropy maximization under the constraints on the generalized Gini index and its application in modeling income distributions. Physica A 438: 657-666.. Cirillo 2010CIRILLO P. 2010. An analysis of the size distribution of Italian firms by age. Physica A 389: 459-466. also applied this model for analyzing the size distribution of Italian firms by age. Chotikapanich et al. 2013CHOTIKAPANICH D, GRIFFITHS W & RAO DSP. 2013. Calculating Poverty Measures from the Generalised Beta Income Distribution. The Economic Record 89: 46-66. considered it for calculating poverty measures in countries from South and Southeast Asia. Kumar et al. 2013KUMAR S, CHANDRA N & KHAN M. 2013. On the Reliability Estimation of Burr Type XII Distribution. Safety and Reliability 33: 29-40. adopted the BXII distribution on reliability context.

    +

    Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. pioneered a family of univariate distributions generated by extending the Weibull (W) model applied to the odds ratio G(x)/[1G(x)]. For any baseline cdf G(x;𝛏), which depends on a parameter vector 𝛏, they defined the Weibull-G family (for x𝒟) by the pdf and cdf

    +
    +f(x;α,β,𝛏)=αβg(x;𝛏)G(x;𝛏)β11G(x;𝛏)β+1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β}(3) +
    +
    and
    +
    +F(x;α,β,𝛏)=0G(x;𝛏)1G(x;𝛏)αβtβ1eαtβdt=1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β},(4) +
    +
    respectively. The Weibull-G family has the same parameters of the G distribution plus two shape parameters α>0 and β>0. According to Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., these additional parameters are sought as a manner to furnish more flexible distributions. If β=1, it gives the exponential generator (Gupta et al. 1998GUPTA R, GUPTA P & GUPTA R. 1998. Modeling failure time data by Lehman alternatives. Communications in Statistics - Theory and Methods 27: 887-904. ). Cordeiro et al. 2015CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, & RAMIRES TG. 2015. A new generalized Weibull family of distributions: mathematical properties and applications. J Stat Distrib Applic 2: 1-25. and Tahir et al. 2016TAHIR MH, ZUBAIR M, MANSOOR M, CORDEIRO GM, ALIZADEH M & HAMEDANI GG. 2016c. A new Weibull-G family of distributions. Hacettepe Journal of Mathematics and Statistics 45: 629-647. introduced another two types of Weibull-G families.

    +

    Following the formulation by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., we define the Weibull-Burr XII (WBXII) distribution and provide some of its mathematical quantities which were not addressed by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68.. The new expressions can be helpful for those interested in applying this distribution to real life data.

    +

    In a similar approach, we can refer the reader to six other contributed works addressed to specific baselines of the Weibull-G family. These contributions are listed in Table I.

    +
    + +
    +Table I
    Contributed works on the Weibull-G family.
    +
    +
    +

    The WBXII distribution is obtained by inserting (1) and (2) in equations (3) and (4). Then, its pdf reduces to (for x>0)

    +
    +f(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]1dexp{α[(1+(x/s)c)d1]β}[(1+(x/s)c)d1]β1,(5) +
    +
    where α>0, β>0, d>0 and c>0 are shape parameters and s>0 is a scale parameter. The corresponding cdf is
    +
    +F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}.(6) +
    +
    Based on equation (6) we note that z(x)=[1+(x/s)c]d is the inverse of the BXII survival function, which is identifiable. Then, α[z(x)1]β is identifiable and so the WBXII cdf.

    +

    Two interpretations of (6) are now presented. First, let T be a BXII random variable with cdf (1) describing a real life phenomenon. If the random variable X represents the odds, the risk that this stochastic mechanism following the lifetime T will not occur at time x is given by G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]. If we model the randomness X of these odds by the Weibull density with scale parameter α>0 and shape parameter β>0, the cdf of X is given by (6). For the second interpretation, we take a WBXII random variable X and a random variable T with the Weibull density (for t>0) defined above. We can write P(Xx)=F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}=P(TG(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]). Since the function κ(x)=G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)] is always monotonic and non–decreasing, we obtain T=κ(X), where the equality of random variables refers to equivalence of distributions. So, if X has the WBXII cdf (6), then T=κ(X) has a Weibull cdf with the above parameters.

    +

    If X is a random variable with density function (5), we write XWBXII(c,d,s,α,β). The hazard rate function (hrf) of X reduces to

    +
    h(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]d1[(1+(x/s)c)d1]β1.
    +

    +

    The main contributions of this paper are described below:

    +
      +
    1. In the estimation section, we demonstrate that all members of the Weibull-G family present a semi-closed form for the maximum likelihood estimator (MLE) of α. Thus, the MLEs for any member of the Weibull-G family can also be determined from the profile log-likelihood function, which is much simpler.

    2. +
    3. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. obtained general mathematical expressions for the Weibull-G family based on an infinite linear combination of exponentiated-G (exp-G) densities. We derive a new linear representation for the WBXII pdf in a simpler form based directly on the BXII model itself. Besides, we provide some important mathematical and statistical properties of the proposed distribution. These results are especially helpful for applications to real lifetime data.

    4. +
    5. Equation (5) has different forms, including left-skewed, right-skewed, reversed-J, decreasing-increasing-decreasing and bimodal. Plots of the WBXII density function for selected parameter values are displayed in Figure 1. We develop a shiny application that allows the reader to access dynamic plots of the WBXII pdf and hrf1https://newdists.shinyapps.io/WBXIIdist/.. From those plots, we note that the WBXII density presents bimodality, or the unusual decreasing-increasing-decreasing shape when β is very small, and the baseline shape parameters c and d are large.

    6. +
    7. The proposed distribution overcomes a limitation of its baseline, whose hazard function presents only monotonic and unimodal shapes. The WBXII hrf admits the four main characteristics: decreasing, increasing, upside-down bathtub, and bathtub shaped. These are desirable properties for a lifetime distribution. Figure 2 provides plots of the hrf of X for selected parameter values.

    8. +
    9. Equation (5) extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. In fact, if we combine the Weibull and its two sub-models (exponential and Rayleigh) with seven special cases (Lomax, Fisk, log-logistic, Weibull, exponential and Rayleigh) of the Burr XII distribution including this distribution itself, the WBXII model can generate twenty descendants. Note that the first three models listed in Table 1 published in 2015 are just special cases of the new distribution. For α=β=1, the power generalized Weibull (PGW) (Dimitrakopoulou et al. 2007DIMITRAKOPOULOU T, ADAMIDIS K & LOUKAS S. 2007. A lifetime distribution with an upside-down bathtub-shaped hazard function. IEEE Transactions Reliability 121: 308-311., Nikulin & Haghighi 2006NIKULIN M & HAGHIGHI F. 2006. A chi-squared test for the generalized power Weibull family for the head-and-neck cancer censored data. J Math Sci 133: 1333-1341.) also arises as a special model.

    10. +
    11. A major advantage of fitting a wider model to real data is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether its sub-models (with fewer parameters) can be more properly to the data.

    12. +
    13. Equation (5) can be reduced to a four-parameter distribution by setting the scale parameter to one (Afify et al. 2018AFIFY AZ, CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, YOUSOF HM & BUTT NS. 2018. The Four-Parameter Burr XII Distribution: Properties, Regression Model and Applications. Communications in Statistics - Theory and Methods 47: 2605-2624.) and then it becomes a very competitive model to all well-known four-parameter lifetime distributions such as the beta Weibull, Kumaraswamy Weibull, Kumaraswamy gamma, beta Dagum, among several others.

    14. +
    15. Although the proposed model has five parameters, it can provide much better fits, based on Anderson-Darling and Kolmogorov-Smirnov statistics, than other models with the same and less number of parameters. This fact is proved empirically in applications to survival analysis and income distribution (see the application section). The survival analysis application illustrates the WBXII superiority to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product or component. The second data set is related to player salaries within a professional sports league. The salary distribution is typically heavy skewed to the right for several professions and also in the macro-economy. For the sports market, the salary distribution is no different from other occupations in terms of the shape. However, according to Rockerbie 2003ROCKERBIE DW. 2003. The economics of professional sports. Lethbridge, Alberta. , it is peculiar because their mean is much higher, and those markets are typically a natural monopoly. The WBXII model showed suitable to accommodate these feature as well.

    16. +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII density with s = 1.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII hrf with s = 1.
    +
    +
    +

    An implementation in R language (R Core Team 2018R CORE TEAM. 2018. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.) used to obtain plots, application and simulation for the five-parameter Weibull Burr XII distribution is available in the footnote2 + https://drive.google.com/open?id=1an1YbEeX1XHEbSvwIo8jbEAwkLxFJSxP. + .

    +

    +

    The remainder of the paper is organized as follows. Two useful expansions for the WBXII cdf and pdf are derived. We investigate some of its mathematical properties such as the quantile function (qf), ordinary and incomplete moments, mean deviations, and generating function. We determine the order statistics. The maximum likelihood method is used to estimate the model parameters . Two applications to real data sets are addressed in the application section. Finally, we offer some concluding remarks.

    +

    TWO USEFUL EXPANSIONS

    +

    Two useful expansions for equations (5) and (6) can be derived by using power series. It follows from Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. that the Weibull-G density function can be expressed as

    +
    f(x;α,β,𝛏)=j,k=0ρj,kg(x;𝛏)G(x;𝛏)(k+1)β+j1,
    +
    where
    +
    ρj,k=(1)kβαk+1Γ((k+1)β+j+1)k!j!Γ((k+1)β+1),
    +
    and Γ() is the gamma function. By replacing G(x;𝛏) for (1) and g(x;𝛏) for (2), we obtain
    +
    +f(x;α,β,𝛏)=cdscj,k=0ρj,kxc1ud1(1ud)(k+1)β+j1,(7) +
    +
    where u=1+(xs)c. If |z|<1 and b>0 is a real non-integer, the power series holds
    +
    +(1z)b1=r=0(1)rΓ(b)r!Γ(br)zr.(8) +
    +
    Using the above expansion for (1ud)[(k+1)β+j1]1 in equation (7) and, after some algebraic manipulation, we obtain
    +
    +f(x)=r=0wrg(x;c,(r+1)d,s),(9) +
    +
    where (for r=0,1,)
    +
    +wr=k,j=0(1)rρj,kΓ((k+1)β+j)Γ((k+1)β+jr)(r+1)!(10) +
    +
    and g(x;c,(r+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter s and shape parameters (r+1)d and c. Equation (9) reveals that the WBXII density is an infinite linear combination of BXII densities. So, several structural properties of the WBXII distribution can be determined from those BXII properties. By integrating equation (9) gives
    +
    +F(x)=r=0wrG(x;c,(r+1)d,s).(11) +
    +
    Equations (9) and (11) are the main results of this section.

    +

    MATHEMATICAL PROPERTIES

    +

    In this section, we obtain some mathematical quantities of the WBXII distribution including quantile and random number generation, ordinary and incomplete moments, moment generating function (mgf), mean deviations and Bonferroni and Lorenz curves. By determining analytical expressions for those quantities can be more efficient than computing them directly by numerical integration of the density function ((5)).

    +

    Density and hazard shapes

    +

    The WBXII density and hazard functions are quite flexible as can be noted in Figures 1 and 2. They can take various forms depending on the shape parameters α,β,c, and d. In this section, we illustrate the exact behavior of these functions for some parameter sets by analyzing their limiting behavior and derivatives of their logarithms with respect to x. In addition, we provide interactive plots that allow observing the behavior of these functions for several parameter combinations.

    +

    For the pdf (5), we note that

    +
    limx0f(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1,
    +
    and limxf(x)=0.

    +

    Some calculations show that

    +
    +dlogf(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1αβd[1+(x/s)c]d{[1+(x/s)c]d1}1β]}.(12) +
    +
    The critical points of the WBXII pdf are the roots of the above equation, and numerical software is required to solve it. Nevertheless, from (12), we can verify that the WBXII density is decreasing if β1,c1, and d1.

    +

    We can analyze the limiting behavior of the WBXII hrf for some parameter sets. We verify that

    +
    limx0h(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1,andlimxh(x)={0if β,c,d<1,αs1if β=c=d=1,if β,c,d>1.
    +
    The critical point of h(x) are obtained from
    +
    dlogh(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1]}=0.
    +
    From the last equation, we can note that: i) if β<1,c<1 and d<1, then dlogh(x)/dx<0 and the hrf is decreasing; ii) if β=c=d=1, then dlogh(x)/dx=0 and the hrf is constant in α/s; and iii) if β>1,c>1 and d>1, then dlogh(x)/dx>0 and the hrf is increasing; iv) the parameter α does not affect the hrf shapes; and v) numerical softwares are required to obtain the root of this equation.

    +

    Quantile function and random number generation

    +

    The qf of X follows by inverting (6) as

    +
    +Q(u)=s{[(log(1u)α)1/β+1]1/d1}1/c.(13) +
    +
    By setting u=0.5 in (13) gives the median M of X. Different quantiles of interest can also be obtained from (13) by replacing appropriate values for u.

    +

    If U is a uniform variate on the unit interval (0,1), then the random variable X=Q(U) has pdf given by (5). Thus, the qf can be useful to generate observations from the WBXII distribution using the inverse transformation (see Section SIMULATION STUDY for an example). Another motivation to introduce this quantity is its applicability to obtain alternative expressions for the skewness and kurtosis. The Bowley’s skewness (Kenney & Keeping 1962KENNEY J & KEEPING E. 1962. Mathematics of Statistics. 3rd ed. New Jersey: Chapman and Hall Ltda. ) based on quartiles is

    +
    B=Q(3/4)2Q(1/2)+Q(1/4)Q(3/4)Q(1/4).
    +
    The Moors’ kurtosis (Moors 1988MOORS J. 1988. A quantile alternative for kurtosis. The Statistician 37: 25-32. ) based on octiles is
    +
    KM=Q(7/8)Q(5/8)Q(3/8)+Q(1/8)Q(6/8)Q(2/8).
    +
    These measures are less sensitive to outliers and may exist even for distributions without moments. These quantile-based measures can be obtained for the WBXII model from (13). See the next section for illustrative examples.

    +

    Moments

    +

    The nth ordinary moment of X can be determined from (9) as

    +
    μn=E(Xn)=r=0wr0xng(x;d,(r+1)d,s)dx.
    +

    +

    Using a result in Zimmer et al. 1998ZIMMER WJ, KEATS JB & WANG FK. 1998. The Burr XII distribution in reliability analysis. J Qual Technol 30: 386-394., we have (for n<cd)

    +
    +μn=sndr=0(r+1)wrB((r+1)dnc1,1+nc1),(14) +
    +
    where B(a,b) is the beta function. The central moments (μs), cumulants (κs) and the skewness and kurtosis of X can be evaluated from (14) using well-known relationships.

    +

    Table II provides a small numerical study by computing the first three moments and the B and KM coefficients for six scenarios, each one with a different parametrization for the WBXII distribution. Figure 3 displays plots of B and KM for some parameter values. In fact, they indicate that the proposed distribution is quite flexible in terms of variation of the moments, skewness and kurtosis. It can accommodate positive and negative values for both skewness and kurtosis coefficients.

    +
    + +
    +Table II
    First three moments and B and KM for some scenarios of the WBXII distribution.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Skewness and kurtosis of X for some parameter values.
    +
    +
    +

    Incomplete moments

    +

    The hth incomplete moment of X, say Th(y)=0yxhf(x)dx, can be expressed as

    +
    Th(y)=cdr=0(r+1)wr0yxh1(xs)c[1+(xs)c](r+1)d1dx.
    +
    By setting t=[1+(xs)c]1 in the last equation, we obtain
    +
    Th(y)=dshr=0(r+1)wrsc/(sc+yc)1t(r+1)dhc1(1t)hcdt.
    +
    Hence, the hth incomplete moment of X reduces to (for h<cd)
    +
    +Th(y)=dshr=0(r+1)wrBsc/sc+yc((r+1)dhc1,1+hc1),(15) +
    +
    where Bz(a,b)=z1ta1(1t)b1dt is the upper incomplete beta function.

    +

    An important application of the first incomplete moment refers to the mean deviations about the mean and the median, namely

    +
    δ1=2μ1F(μ1)2T1(μ1)andδ2=μ12T1(M),
    +
    respectively, where F(μ1) is easily obtained from (6), μ1=E(X), the median M of X follows from (13) as M=Q(1/2), and (for cd>1) T1(y) is the first incomplete moment given by (15) with h=1. An alternative expression for T1() comes from (9) as
    +
    T1(y)=cdsr=0(r+1)wr0yxc[1+(xs)c](r+1)d1dx.
    +
    Setting z=(x/s)c, we obtain
    +
    T1(y)=dsr=0(r+1)wr0(ys)cz1/c(1+z)(r+1)d1dz.
    +
    Thus,
    +
    T1(y)=cdsyc+11+cr=0(r+1)wr2F1[1+1c,(r+1)d+1;2+1c;(ys)c],
    +
    where
    +
    2F1(a,b;c;x)=k=0(a)k(b)k(c)kxkk!
    +
    is the hypergeometric function and (a)k=a(a+1)(a+k1) is the (rising) Pochhammer symbol if k>1 and (a)0=1.

    +

    The above results are related to the Bonferroni and Lorenz curves. These curves are important in economics for studying income and poverty but can be useful in demography, reliability, insurance, medicine, and several other fields. For a given probability π, they are defined by B(π)=T1(q)/(πμ1) and L(π)=T1(q)/μ1, respectively, where q=Q(π) is given by (13). If π is the proportion of units whose income is lower than or equal to q, the values of L(π) yield fractions of the total income and B(π) refers to the relative income levels.

    +

    Generating function

    +

    The mgf of X is defined by M(t)=E(etX). Let Md(t) be the mgf of the BXII(c,d,s) distribution. We can write from (9)

    +
    +M(t)=r=0wrM(r+1)d(t),(16) +
    +
    where M(r+1)d(t) is the BXII(s,(r+1)d,c) generating function and Md(t) is given by
    +
    +Md(t)=cdsc0xc1etx[1+(xs)c]d1dx.(17) +
    +
    Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. considered the following expansion in the above equation
    +
    +[1+(xs)c]d1=j=0(d1j)[(xs)cj1(0,s](x)+(xs)c(j+d+1)1(s,)(x)],(18) +
    +
    where 1A(x) denotes the indicator function over a given set of real numbers A, i.e., 1A(x)=1 if xA and 1A(x)=0 elsewhere. Combining (17) and (18), and after some algebra, Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. expressed the BXII mgf as an infinite sum of incomplete gamma functions given by (for t<0)
    +
    +Md(t)=cdj=0(d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)(d+j)cΓ((d+j)c,st)],(19) +
    +
    where γ(a,z)=0zta1etdt and Γ(a,z)=zta1etdt are the lower and upper incomplete gamma functions, respectively. Hence, for t<0, the mgf of X can be follows from (16) and (19) as a double summation
    +
    +M(t)=cdi=0(r+1)wrj=0((r+1)d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)c[(b+r)d+j]Γ(c[(r+1)d+j],st)].(20) +
    +
    Equation (20) is the main result of this section.

    +

    Stress-strength reliability

    +

    Let X1 be the life of a component with a random strength that is subjected to a random stress X2. We can define stress-strength reliability as R=P(X2<X1)=0f1(x)F2(x)dx, i.e., the component fails when the stress applied to it exceeds the strength (X2>X1); otherwise, the component will function well. This measure is very useful in reliability.

    +

    Let X1 and X2 have independent WBXII(c,d1,s,α1,β1) and WBXII(c,d2,s,α2,β2) distributions, respectively, with the same shape parameter c and scale parameter s. We can derive R using the results in (9) and (11). Note that the pdf of X1 and cdf of X2 can be expressed as

    +
    f1(x)=m=0wmg(x;c,(m+1)d1,s)andF2(x)=n=0wnG(x;c,(n+1)d2,s),
    +
    respectively, where wm and wn are given by (10). Thus, setting u=1+(xs)c, we obtain
    +
    R=m,n=0(n+1)d2wmwn(m+1)d1+(n+1)d2.
    +

    +

    ORDER STATISTICS

    +

    Order statistics are important tools in many areas of statistical theory and practice. Let X1,,Xn be a random sample of the Weibull-G family and Xi:n the ith order statistic. The density fi:n(x) of Xi:n has the form

    +
    +fi:n(x)=1B(i,ni+1)j=0ni(1)j(nij)f(x)F(x)i+j1.(21) +
    +
    Setting u=1+(x/s)c and using the power series in (8), we can rewrite F(x)i+j1 as
    +
    {1exp[α(1ud)βudβ]}i+j1=k=0(1)k(i+j1)!k!(i+jk1)!exp{αk(1ud)βudβ}.
    +
    Inserting the above expansion in (21) and after some algebra, we obtain
    +
    +fi:n(x)=αβcdscxc1ud1B(i,ni+1)(1ud)β1ud(β+1)k=0j=0ni(nij)(1)j+k(i+j1)!k!(i+jk1)!×exp{α(1+k)(1ud)βudβ}.(22) +
    +
    By expanding the exponential function in the last equation, rewriting (ud)β as [1(1ud)]β, considering the power series given by (for |z|<1 and b>0 real non-integer)
    +
    (1z)b=j=0Γ(b+j)j!Γ(b)
    +
    and inserting both expansions in equation (22), we obtain
    +
    fi:n(x)=βcdscxc1ud1B(i,ni+1)k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+lαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)m!Γ((l+1)β+1)(1ud)(l+1)β+m1.
    +
    Finally, expanding (1ud)(l+1)β+m1 in the previous expression as in (8) and after some algebra, we can write
    +
    +fi:n(x)=q=0υqg(x;c,(q+1)d,s),(23) +
    +
    where (for q=0,1,)
    +
    υq=k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+l+qβαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!m!(q+1)!B(i,ni+1)(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)Γ((l+1)β+m)Γ((l+1)β+1)Γ((l+1)β+mq)
    +
    and g(x;c,(q+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter s and shape parameters (q+1)d and c. Equation (23) is the main result of this section. Based on this linear representation, we can obtain some structural properties of Xi:n using a similar procedure as that one applied for the WBXII mathematical properties.

    +

    MAXIMUM LIKELIHOOD ESTIMATION

    +

    The maximum likelihood method is an important technique employed to estimate model parameters in distributions. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. determined the MLEs for the Weibull-G parameters from the total log-likelihood function. In this section, we demonstrate alternatively that the MLEs of theWeibull-G family can be determined based on the profile log-likelihood function. We also provide the MLEs for the WBXII distribution.

    +

    The Weibull-G profile log-likelihood

    +

    Let x1,,xn be observed values from the Weibull-G family with parameter vector 𝚯=(α,β,𝛏). As shown by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., the total log-likelihood function for 𝚯 has the form

    +
    +(𝚯)=nlog(αβ)αi=1nH(xi;𝛏)β+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)],(24) +
    +
    where H(x;𝛏)=G(x;𝛏)/[1G(x;𝛏)]. Thus, the first component of the score vector U(𝚯)=(Uα,Uβ,U𝛏) is
    +
    Uα=nαi=1nH(xi;𝛏)β.
    +

    +

    For fixed β and 𝛏, a semi-closed MLE for α follows from Uα=0 as

    +
    α̂(β,𝛏)=ni=1nH(xi;𝛏)β.
    +
    By replacing α by α̂ in (24), we obtain the Weibull-G profile log-likelihood for 𝚯𝐩=(β,𝛏) as
    +
    +(𝚯𝐩)=nlog(nβ)+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)]nlog[i=1nH(xi;𝛏)β]n.(25) +
    +
    Hence, the MLE 𝚯̂𝐩 of the parameter vector 𝚯𝐩 can be numerically found by maximizing (25) and the MLE of α is just α̂(𝚯̂𝐩). Note that the maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves one less parameter.

    +

    The WBXII MLEs

    +

    Let x1,,xn be a random sample of size n from the WBXII(c,d,s,α,β) distribution. Let 𝚯=(c,d,s,α,β)T be the parameter vector. The log-likelihood function for 𝚯 follows as

    +
    +(𝚯)=nlog(αβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguiαi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1),(26) +
    +
    where ui=1+(xis)c. The estimates of the model parameters can be obtained by maximizing (26).

    +

    Alternatively, we can be differentiating (26) and solving the resulting nonlinear likelihood equations. The components of the score vector 𝐔(𝚯) are

    +
    Uc(Θ Θ )=nc1+c1i=1nlog(ui1)+(d1)c1i=1n(ui1)log(ui1)ui1α β d(cs)1i=1n(ui1)log(ui1)uid1(uid1)β 1+d(β 1)(cs)1i=1n(ui1)log(ui1)uid1(uid1)1,Ud(Θ Θ )=nd1+i=1nlogui+(β 1)i=1nuidlogui(uid1)1α β i=1nuidlogui(uid1)β 1,Us(Θ Θ )=cns1+c(d1)s1i=1n(ui1)ui1cd(β 1)s1i=1n(ui1)uid1(uid1)1+α β cds1i=1n(ui1)uid1(uid1)β 1,Uα (Θ Θ )=nα 1i=1n(uid1)β
    +
    and
    +
    Uβ(𝚯)=nβ1+i=1nlog(uid1)αi=1n(uid1)βlog(uid1).
    +
    Setting these expressions to zero, \(\pmb{U(\Theta)}={\bf 0}\), and solving them simultaneously yields the MLEs of the five parameters. These equations cannot be solved analytically, but some statistical softwares can be used to solve them numerically using iterative methods such as the Newton-Raphson type algorithms.

    +

    For fixed c,d,s and β, the MLE of α is

    +
    +α̂(c,d,s,β)=ni=1n(uid1)β.(27) +
    +
    By fixing x1,,xn, it is easy to verify from (27) that

    +
      +
    • α̂1 when β0+;

    • +
    • α̂ when s;

    • +
    • α̂0+ when s0+;

    • +
    • α̂0+ when d;

    • +
    • α̂ when d0+.

    • +
    +

    By replacing α by (27) in equation (26) and letting 𝚯𝐩=(c,d,s,β), the profile log-likelihood function for 𝚯𝐩 has the form

    +
    +(𝚯𝐩)=nlog(nβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguinlogi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1)n.28 +
    +

    +

    The components of the score vector 𝐔(𝚯𝐩) of (28) are

    +
    Uc(𝚯𝐩)=nc1+c1i=1nlog(ui1)+(d1)c1i=1n(ui1)log(ui1)ui1nβdc1[i=1n(uid1)β]1i=1n(ui1)uid1(uid1)β1log(ui1)+d(β1)c1i=1n(ui1)uid1(uid1)1log(ui1),
    +
    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_d(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{-1} \log u_i\\ &amp;- n \beta \left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\log u_i,\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta_p}) &amp;= - n \,c \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\, u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \left[ {\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\,u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \end{aligned}
    +
    and
    +
    Uβ(𝚯𝐩)=nβ1+i=1nlog(uid1)n[i=1n(uid1)β]1i=1n(uid1)βlog(uid1).
    +
    Solving the equations \(\pmb{U(\Theta_p)}={\bf 0}\) simultaneously yields the MLEs of c, d, s and β. The MLE of α is just α̂(ĉ,d̂,ŝ,β̂). The maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves only four parameters.

    +

    For interval estimation of the model parameters, we require the observed information matrix 𝐉(𝚯), whose elements can be obtained from the authors upon request. Under standard regularity conditions, the approximate confidence intervals for the model parameters can be constructed based on the multivariate normal N5(0,𝐉(𝚯̂)1) distribution.

    +

    A major advantage of fitting the proposed distribution to a real data set is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether any of its sub-models (with fewer parameters) can be preferred to these data.

    +

    The maximized (unrestricted and restricted) log-likelihoods are useful to compute LR statistics to verify if WBXII sub-models (with fewer parameters) can be preferred for fitting a given data set. This is a major advantage since the WBXII model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Let 𝚯0 be the restricted parameter vector for a given WBXII sub-model. Thus, hypothesis tests of the type H0:𝚯=𝚯0 versus H:𝚯𝚯0 can be performed using LR statistics. For example, the LR statistic for testing H0:α=β=1 (versus H:H0is not true), thus comparing the WBXII and PGW distributions, is

    +
    w=2{l(ĉ,d̂,ŝ,α̂,β̂)l(c̃,d̃,s̃,1,1)}dχ22,
    +
    where ŝ, d̂, ĉ, α̂, and β̂ are the MLEs under H, c̃, d̃, and s̃ are the estimates under H0 and 𝚯0=(c,d,s,1,1).

    +

    SIMULATION STUDY

    +

    In this section, we evaluate the performance of the MLEs of the parameters of the WBXII distribution. We conduct Monte Carlo simulations based on 10,000 replications under five different parameter combinations and sample size n=100, 250 and 500. The simulation study is performed using the optim subroutine and SANN algorithm in R software for maximizing the log-likelihood in (26). Table III reports the empirical mean estimates and corresponding root mean squared errors (RMSEs). For all parameter combinations, we note that the empirical biases and RMSEs decrease when the sample size increases in agreement with the first-order asymptotic theory.

    +
    + +
    +Table III
    Mean estimates and RMSEs of the WBXII distribution.
    +
    +
    +

    APPLICATIONS

    +

    In this section, we illustrate the usefulness of the WBXII distribution for modeling income and lifetime data. The first data set represents the times to failure (103 h) of 40 suits of turbochargers in one type of diesel engine (Xu et al. 2003XU K, XIE M, TANG LC & HO SL. 2003. Application of neural networks in forecasting engine systems reliability. Appl Soft Comput 2: 255-268.). These data were previously considered by Benkhelifa 2016BENKHELIFA L. 2016. The Weibull Birnbaum-Saunders Distribution: Properties and Applications. arXiv:1502.05180.. The second data set consists in annual salaries of 862 professional baseball players of the Major League Baseball for the season 2016. The data are measured in American dollars and are available for download at https://www.usatoday.com/sports/mlb/salaries/2016/player/all/. Both data sets are available in the appendix.

    +

    We use these two data sets to compare the fits of the WBXII distribution with other six related models, i.e., the beta Burr XII (BBXII), Kumaraswamy Burr XII (KwBXII), BXII, LL, PGW, and W distributions. The seven competitive models are defined as follows. The BBXII pdf is

    +
    f(x)=cd(x)c1scB(α,β){1[1+(x/s)c]d}α1[1+(x/s)c](dβ+1),x>0,
    +
    where α>0 and β>0 are shape parameters; the KwBXII density is
    +
    f(x)=αβcdscxc1[1+(xs)c]d1{1[1+(xs)c]d}α1×[1{1[1+(xs)c]d}α]β1,x>0,
    +
    where α>0 and β>0 are shape parameters; the BXII density is given by equation (2); the LL is defined by taking s=m1 and d=1 in (2); and the PGW and W distributions are sub-models of (5) by taking α=β=1 and α=β=d=1, respectively.

    +

    In each case, the parameters are estimated by maximum likelihood using the AdequacyModel script in the R software (Marinho et al. 2016MARINHO PRD, BOURGUIGNON M & DIAS CRB. 2016. AdequacyModel: Adequacy of Probabilistic Models and General Purpose Optimization. URL https://CRAN.R-project.org/package=AdequacyModel. R package version 2.0.0.
    https://CRAN.R-project.org/package=Adequ... +
    ). We report the MLEs and their corresponding standard errors. We present the following goodness-of-fit statistics: the Akaike information criteria (AIC), consistent Akaike information criteria (CAIC), Hannan-Quinn information criteria (HQIC), corrected Anderson-Darling statistic (A*) (Chen & Balakrishnan 1995CHEN G & BALAKRISHNAN N. 1995. A general purpose approximate goodness-of-fit test. J Qual Technol 27: 154-161. ) and Kolmogorov-Smirnov (KS) statistic. The lower values of these statistics are associated with better fits. We also compute the LR statistics for testing WBXII sub-models.

    +

    Turbochargers failure time

    +

    Table IV provides some descriptive statistics of the turbochargers failure time data. Note that these data present negative skewness (S) and kurtosis (K) and have an amplitude of 7.4. We also have close values for the mean and median. This descriptive summary indicates that the turbochargers data follow a power-law distribution with a left-skewed tail.

    +
    + +
    +Table IV
    Descriptive statistics for turbochargers data.
    +
    +
    +

    Table V lists the MLEs for the fitted models to these data and their corresponding standard errors. For all fitted models, the parameter estimates are significant. Table VI gives the goodness-of-fit statistics. The WBXII distribution has the lowest values for all statistics. Note that the WBXII is quite competitive with the W distribution. However, the W model may not be an effective alternative for modeling left-skewed data. Table VII provides the LR statistics for the PGW and W fitted models. By considering a significance level of 10%, we may reject both sub-models in favor of the WBXII distribution. It is another clear evidence of the WBXII superiority for modeling these data. Figure 4 displays the histogram and the estimated densities with lower values for goodness-of-fit statistics. We note that the WBXII yields a good adjustment to the current data. In fact, the wider model is more accurate than the W distribution for modeling the right tail and is quite competitive with the BBXII distribution. Thus, we can conclude from Figure 4 and Tables VI and VII that the WBXII model provides the best fit to the turbocharges failure time data.

    +
    + +
    +Table V
    MLEs of the model parameters and their standard errors in parentheses.
    +
    +
    +
    + +
    +Table VI
    Goodness-of-fit statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
    +
    +
    +
    + +
    +Table VII
    LR statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and W models for the turbochargers failure time data.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and KwBXII models for the baseball players data.
    +
    +
    +

    Baseball players salaries

    +

    Some descriptive statistics for the baseball players data are provided in Table VIII. These data present positive values for the S and K coefficients, thus indicating right-skew data. We have a high amplitude, variance, and SD. We also note that the mean and median are not so close. This behavior is quite common in income data sets.

    +
    + +
    +Table VIII
    Descriptive statistics for baseball players data.
    +
    +
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    Table IX provides the MLEs and their standard errors for the seven models fitted to the baseball players data. We have significant estimates for all parameters of these models. Table X lists some goodness-of-fit measures for the fitted models. The WBXII distribution presents the lowest values for all statistics. These results indicate that the WBXII distribution yields a better fit than the other fitted models to the baseball players data. The results for the LR tests are given in Table XI. Clearly, we reject the PGW and W distributions in favor of the wider model. So, there is a strong evidence of the potential need for the extra shape parameters of the WBXII in the second application. Figure 5 displays the fitted WBXII, BBXII and KwBXII densities and the histogram for the baseball players data. They confirm that the WBXII model yields the best fit. Finally, we can conclude that the WBXII is an effective alternative to modeling lifetime (see the first data set) and income (see the second data set) data, especially when they present power-law tails. It is quite competitive to the classical Weibull distribution and other BXII generalizations.

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    +Table IX
    MLEs of the model parameters and corresponding standard errors in parentheses.
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    +Table X
    Goodness-of-fit statistics for the fitted models for baseball players data.
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    +Table XI
    Likelihood ratio statistics for the fits to the baseball players data.
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    CONCLUDING REMARKS

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    The five-parameter Weibull Burr XII distribution is introduced and studied in detail. The proposed model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Its hazard rate function can be increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub-shaped. It is also very flexible in terms of the density function, which has several forms including left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We emphasize that a shiny application is developed to provide interactive plots and illustrate the behavior of those functions for several parameter combinations. Some mathematical properties of the proposed model are presented, including the ordinary and incomplete moments, quantile and generating functions, mean deviations, stress-strength reliability, and order statistics. We estimate the model parameters using maximum likelihood, present the components of the score vector and the profile log-likelihood. We also derive a general result for the Weibull-G family, which presents a semi-closed form for the maximum likelihood estimator of the parameter α. We provide applications to real lifetime and income data sets. They illustrate the usefulness of the proposed distribution for modeling these kinds of data and also prove empirically that the WBXII distribution is quite competitive to other known Burr XII and Weibull generalizations.

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    Appendix A

    A.1. First data setTable A.ITurbochargers failure time data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    1.603.504.805.406.006.507.307.708.108.50
    2.003.905.005.606.106.707.307.808.308.70
    2.604.505.105.806.307.007.307.908.408.80
    3.004.605.306.006.507.107.708.008.409.00
    A.2. Second data setTable A.IIBaseball players salaries data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    3071428684000006500000400000022750001050000530500518000511200
    34416666160000006750000400000051250001050000530000518000511000
    31000000180000006725000400000030000007081428530000517800511000
    29200000122500007333333400000027500001000000530000517700511000
    25714285116666676575000400000021750001000000530000517500510500
    25000000250000008666666400000021500001000000530000517500510500
    25000000113333338750000375000018000001000000529600517500510500
    24000000100000006500000390000021000001000000529000517500510500
    25833333143250006250000390000021000001000000529000517500510200
    25000000130000006500000390000020750001000000528700517300510200
    24400000115000006425000390000090833331000000528600517246510120
    24000000103571425543750380000036250001000000528200517000510000
    23777778100000005500000375000025000001000000528000517000510000
    25000000115000006250000375000020000001000000527600516700510000
    22500000110000006250000358333320000001000000527500516700510000
    23000000105000005487500370000020000001000000527500516650510000
    22000000100000006225000312500020000001000000527000516500510000
    24000000110000006200000330000020000001000000527000516500510000
    3000000010976096617000033333332000000987500527000516500510000
    2212500010936574875000040000002000000975000526400516100510000
    2214285718000000612500051250002000000975000526014516100510000
    1766666610700000612500035000002000000950000525500516100509700
    18000000106500001250000035000002000000925000525500516000509700
    20000000105500008285714350000020000002666666525500516000509675
    2300000014000000641666654000002000000900000525300515900509600
    2185714210400000600000029000002000000900000525270515900509500
    275000009333333600000034500002000000900000525000515800509500
    2200000012000000600000034000002000000897500525000515750509500
    187500005700000600000034000002000000895000525000515500509500
    2125000010000000775000033750001925000850000525000515400509500
    185555557000000640000051666661825000850000524900515000509500
    202857149650000575000033000001800000810000524525515000509500
    155000009625000573170433000001750000807500524500515000509500
    1700000010000000570000032750001725000800000524500515000509500
    20625000100000007150000100000001700000800000524500515000509500
    2250000011325000560000038571421697500800000524100515000509500
    1577500011600000560000032000001650000765000524100515000509500
    185714296500000550000031250001650000725000524000515000509300
    230000009150000525000031250001600000660000523900514875509200
    1950000025000000500000031500001600000652000523700514500509000
    172500009000000425000031250001600000650000523500514500508900
    115384615103900550000031000002100000650000523500514500508800
    180000008000000420000030250001550000625000523400514500508800
    2200000010000000600000050000001525000607000523000514400508750
    175000009000000535000039000001875000606000522900514400508600
    170000008500000531200035000001750000600000522700514250508600
    170000007500000530000030000001500000600000522500514200508500
    1800000011000000585714230000001500000587500522500514000508500
    190000008750000682500030000001500000575000522500514000508500
    216666668000000525000030000001500000575000522400513900508500
    114285718666666131250030000001500000574000522300513900508500
    171428574200380525000030000001500000570000522000513800508500
    170000008375000280000029750001500000570000521800513600508500
    160000009250000510000029500001500000566000521700513308508500
    142500006950000700000029250001500000563750521600513300508500
    2408333360000001033333329250001500000556000521300513000508500
    150000008250000500000042500001500000550000521300513000508500
    160000007833333433333329000001490314550000521200513000508450
    1600000014285714500000028750001475000550000521100513000508200
    1580000012500000375000035000001475000548000521000512900508200
    1580000010000000500000028000001475000547500521000512500508000
    158000009166666500000028000001450000546500521000512500508000
    130000007000000500000028000001400000546250520700512500508000
    145000009000000500000028000001400000545000520500512500508000
    150000008000000500000028000001400000545000520500512500507500
    164000008000000480000047000001387500545000520500512500507500
    150000008000000480000030000001375000543400520300512500507500
    120000008000000475000027500001500000542604520200512500507500
    160000008000000770000027250001350000542500520200512500507500
    142500008000000550000027000001350000541000520000512500507500
    150000008000000500000026500003466666540300520000512500507500
    166666668571428450000026250001300000540000520000512500507500
    150000006000000450000026000001300000539500520000512500507500
    120000007562500440000026000001275000539000520000512500507500
    1400000014000000435000026000001275000539000520000512500507500
    1400000011416666432500026000001255000539000520000512500507500
    130000007000000430000038333335100000537500520000512500507500
    137500007666666575000020750001250000537500520000512500507500
    130000007333333425000025250001250000537500520000512500507500
    85833337500000425000047107391250000536500520000512500507500
    120833336500000425000027500001250000536200519700512100507500
    110000006250000422500025000001250000535375519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519400512000507500
    125000007250000415000025000001225000535000519300511900507500
    137500006000000415000025000004600000535000519200511750507500
    136000007150000412500025000001200000535000519100511500507500
    85000008333333220000025000001185000534900519000511500507500
    160000006500000410000025000001162500533400518500511500507500
    132500007000000410000025000001150000532900518500511500507500
    120000007000000104166662500000975000532500518425511500507500
    125000007000000591848324250001100000532500518200511400507500
    168750007000000500000024000001065000532500518100511360507500
    125000009250000500000023750001050000532000518000511250507500
    133333336166666400000023500001050000532000518000511200507500
    507500507500507500507500507500507500507500
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      04 June 2021
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    • +Date of issue
      2021
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    History

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    • +Received
      19 Aug 2019
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    • +Accepted
      8 Feb 2020
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..e27d4d8ea --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.3_0.html @@ -0,0 +1,3087 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access The Weibull Burr XII distribution in lifetime and income analysis +

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    + + + +About the authors +
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    Abstract

    +

    We study a five-parameter model called the Weibull Burr XII (WBXII) distribution, which extends several models, including new ones. This model is quite flexible in terms of the hazard function, which exhibits increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub shapes. Its density function allows different forms such as left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We aim to provide some general mathematical quantities for the proposed distribution, which can be useful to real data analysis. We develop a shiny application to provide interactive illustrations of the WBXII density and hazard functions. We estimate the model parameters using maximum likelihood and derive a profile log-likelihood for all members of the Weibull-G family. The survival analysis application reveals that the WBXII model is suitable to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product. The income application is related to player salaries within a professional sports league and it is peculiar because the mean of the player’s salaries is much higher than for most professions. Both applications illustrate that the new distribution provides much better fits than other models with the same and less number of parameters.

    +

    Key words
    Bimodal distribution; Burr XII distribution; profile log-likelihood; Weibull-G family

    +
    +
    +

    INTRODUCTION

    +

    For the Burr XII (BXII) distribution, also known as the Singh-Maddala distribution (Singh & Maddala 1975SINGH SK & MADDALA GS. 1975. A stochastic process for income distribution and tests for income distribution functions. In: ASA Proceedings of the Business and Economic Statistics Section, p. 551-553., 1976SINGH SK & MADDALA GS. 1976. A function for the size distribution of incomes. Econometrica 44: 963-970.) with shape parameters d>0 and c>0 and scale parameter s>0, the cumulative distribution function (cdf) is

    +
    +G(x;c,d,s)=1[1+(xs)c]d,x>0.(1) +
    +
    For d=1 and s=m1, we have the log-logistic (LL) distribution and, for c=1, it reduces to the Lomax distribution. The probability density function (pdf) corresponding to equation (1) is
    +
    +g(x;c,d,s)=cdscxc1[1+(xs)c]d1.(2) +
    +
    This distribution is part of the Burr system of distributions (Burr 1942BURR IW. 1942. Cumulative frequency functions. Annals of Mathematical Statistics 13: 215-232.) and has extensive use in the context of income data. For recent examples, see Brzeziński 2013BRZEZIŃSKI M. 2013. Parametric Modelling of Income Distribution in Central and Eastern Europe. Central European Journal of Economic Modelling and Econometrics 5: 207-230., Jäntti & Jenkins 2010JÄNTTI M & JENKINS SP. 2010. The impact of macroeconomic conditions on income inequality. J Econ Inequal 8: 221-240., Tanak et al. 2015TANAK AK, BORZADARAN GM & AHMADI J. 2015. Entropy maximization under the constraints on the generalized Gini index and its application in modeling income distributions. Physica A 438: 657-666.. Cirillo 2010CIRILLO P. 2010. An analysis of the size distribution of Italian firms by age. Physica A 389: 459-466. also applied this model for analyzing the size distribution of Italian firms by age. Chotikapanich et al. 2013CHOTIKAPANICH D, GRIFFITHS W & RAO DSP. 2013. Calculating Poverty Measures from the Generalised Beta Income Distribution. The Economic Record 89: 46-66. considered it for calculating poverty measures in countries from South and Southeast Asia. Kumar et al. 2013KUMAR S, CHANDRA N & KHAN M. 2013. On the Reliability Estimation of Burr Type XII Distribution. Safety and Reliability 33: 29-40. adopted the BXII distribution on reliability context.

    +

    Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. pioneered a family of univariate distributions generated by extending the Weibull (W) model applied to the odds ratio G(x)/[1G(x)]. For any baseline cdf G(x;𝛏), which depends on a parameter vector 𝛏, they defined the Weibull-G family (for x𝒟) by the pdf and cdf

    +
    +f(x;α,β,𝛏)=αβg(x;𝛏)G(x;𝛏)β11G(x;𝛏)β+1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β}(3) +
    +
    and
    +
    +F(x;α,β,𝛏)=0G(x;𝛏)1G(x;𝛏)αβtβ1eαtβdt=1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β},(4) +
    +
    respectively. The Weibull-G family has the same parameters of the G distribution plus two shape parameters α>0 and β>0. According to Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., these additional parameters are sought as a manner to furnish more flexible distributions. If β=1, it gives the exponential generator (Gupta et al. 1998GUPTA R, GUPTA P & GUPTA R. 1998. Modeling failure time data by Lehman alternatives. Communications in Statistics - Theory and Methods 27: 887-904. ). Cordeiro et al. 2015CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, & RAMIRES TG. 2015. A new generalized Weibull family of distributions: mathematical properties and applications. J Stat Distrib Applic 2: 1-25. and Tahir et al. 2016TAHIR MH, ZUBAIR M, MANSOOR M, CORDEIRO GM, ALIZADEH M & HAMEDANI GG. 2016c. A new Weibull-G family of distributions. Hacettepe Journal of Mathematics and Statistics 45: 629-647. introduced another two types of Weibull-G families.

    +

    Following the formulation by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., we define the Weibull-Burr XII (WBXII) distribution and provide some of its mathematical quantities which were not addressed by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68.. The new expressions can be helpful for those interested in applying this distribution to real life data.

    +

    In a similar approach, we can refer the reader to six other contributed works addressed to specific baselines of the Weibull-G family. These contributions are listed in Table I.

    +
    + +
    +Table I
    Contributed works on the Weibull-G family.
    +
    +
    +

    The WBXII distribution is obtained by inserting (1) and (2) in equations (3) and (4). Then, its pdf reduces to (for x>0)

    +
    +f(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]1dexp{α[(1+(x/s)c)d1]β}[(1+(x/s)c)d1]β1,(5) +
    +
    where α>0, β>0, d>0 and c>0 are shape parameters and s>0 is a scale parameter. The corresponding cdf is
    +
    +F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}.(6) +
    +
    Based on equation (6) we note that z(x)=[1+(x/s)c]d is the inverse of the BXII survival function, which is identifiable. Then, α[z(x)1]β is identifiable and so the WBXII cdf.

    +

    Two interpretations of (6) are now presented. First, let T be a BXII random variable with cdf (1) describing a real life phenomenon. If the random variable X represents the odds, the risk that this stochastic mechanism following the lifetime T will not occur at time x is given by G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]. If we model the randomness X of these odds by the Weibull density with scale parameter α>0 and shape parameter β>0, the cdf of X is given by (6). For the second interpretation, we take a WBXII random variable X and a random variable T with the Weibull density (for t>0) defined above. We can write P(Xx)=F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}=P(TG(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]). Since the function κ(x)=G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)] is always monotonic and non–decreasing, we obtain T=κ(X), where the equality of random variables refers to equivalence of distributions. So, if X has the WBXII cdf (6), then T=κ(X) has a Weibull cdf with the above parameters.

    +

    If X is a random variable with density function (5), we write XWBXII(c,d,s,α,β). The hazard rate function (hrf) of X reduces to

    +
    h(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]d1[(1+(x/s)c)d1]β1.
    +

    +

    The main contributions of this paper are described below:

    +
      +
    1. In the estimation section, we demonstrate that all members of the Weibull-G family present a semi-closed form for the maximum likelihood estimator (MLE) of α. Thus, the MLEs for any member of the Weibull-G family can also be determined from the profile log-likelihood function, which is much simpler.

    2. +
    3. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. obtained general mathematical expressions for the Weibull-G family based on an infinite linear combination of exponentiated-G (exp-G) densities. We derive a new linear representation for the WBXII pdf in a simpler form based directly on the BXII model itself. Besides, we provide some important mathematical and statistical properties of the proposed distribution. These results are especially helpful for applications to real lifetime data.

    4. +
    5. Equation (5) has different forms, including left-skewed, right-skewed, reversed-J, decreasing-increasing-decreasing and bimodal. Plots of the WBXII density function for selected parameter values are displayed in Figure 1. We develop a shiny application that allows the reader to access dynamic plots of the WBXII pdf and hrf1https://newdists.shinyapps.io/WBXIIdist/.. From those plots, we note that the WBXII density presents bimodality, or the unusual decreasing-increasing-decreasing shape when β is very small, and the baseline shape parameters c and d are large.

    6. +
    7. The proposed distribution overcomes a limitation of its baseline, whose hazard function presents only monotonic and unimodal shapes. The WBXII hrf admits the four main characteristics: decreasing, increasing, upside-down bathtub, and bathtub shaped. These are desirable properties for a lifetime distribution. Figure 2 provides plots of the hrf of X for selected parameter values.

    8. +
    9. Equation (5) extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. In fact, if we combine the Weibull and its two sub-models (exponential and Rayleigh) with seven special cases (Lomax, Fisk, log-logistic, Weibull, exponential and Rayleigh) of the Burr XII distribution including this distribution itself, the WBXII model can generate twenty descendants. Note that the first three models listed in Table 1 published in 2015 are just special cases of the new distribution. For α=β=1, the power generalized Weibull (PGW) (Dimitrakopoulou et al. 2007DIMITRAKOPOULOU T, ADAMIDIS K & LOUKAS S. 2007. A lifetime distribution with an upside-down bathtub-shaped hazard function. IEEE Transactions Reliability 121: 308-311., Nikulin & Haghighi 2006NIKULIN M & HAGHIGHI F. 2006. A chi-squared test for the generalized power Weibull family for the head-and-neck cancer censored data. J Math Sci 133: 1333-1341.) also arises as a special model.

    10. +
    11. A major advantage of fitting a wider model to real data is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether its sub-models (with fewer parameters) can be more properly to the data.

    12. +
    13. Equation (5) can be reduced to a four-parameter distribution by setting the scale parameter to one (Afify et al. 2018AFIFY AZ, CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, YOUSOF HM & BUTT NS. 2018. The Four-Parameter Burr XII Distribution: Properties, Regression Model and Applications. Communications in Statistics - Theory and Methods 47: 2605-2624.) and then it becomes a very competitive model to all well-known four-parameter lifetime distributions such as the beta Weibull, Kumaraswamy Weibull, Kumaraswamy gamma, beta Dagum, among several others.

    14. +
    15. Although the proposed model has five parameters, it can provide much better fits, based on Anderson-Darling and Kolmogorov-Smirnov statistics, than other models with the same and less number of parameters. This fact is proved empirically in applications to survival analysis and income distribution (see the application section). The survival analysis application illustrates the WBXII superiority to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product or component. The second data set is related to player salaries within a professional sports league. The salary distribution is typically heavy skewed to the right for several professions and also in the macro-economy. For the sports market, the salary distribution is no different from other occupations in terms of the shape. However, according to Rockerbie 2003ROCKERBIE DW. 2003. The economics of professional sports. Lethbridge, Alberta. , it is peculiar because their mean is much higher, and those markets are typically a natural monopoly. The WBXII model showed suitable to accommodate these feature as well.

    16. +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII density with s = 1.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII hrf with s = 1.
    +
    +
    +

    An implementation in R language (R Core Team 2018R CORE TEAM. 2018. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.) used to obtain plots, application and simulation for the five-parameter Weibull Burr XII distribution is available in the footnote2 + https://drive.google.com/open?id=1an1YbEeX1XHEbSvwIo8jbEAwkLxFJSxP. + .

    +

    +

    The remainder of the paper is organized as follows. Two useful expansions for the WBXII cdf and pdf are derived. We investigate some of its mathematical properties such as the quantile function (qf), ordinary and incomplete moments, mean deviations, and generating function. We determine the order statistics. The maximum likelihood method is used to estimate the model parameters . Two applications to real data sets are addressed in the application section. Finally, we offer some concluding remarks.

    +

    TWO USEFUL EXPANSIONS

    +

    Two useful expansions for equations (5) and (6) can be derived by using power series. It follows from Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. that the Weibull-G density function can be expressed as

    +
    f(x;α,β,𝛏)=j,k=0ρj,kg(x;𝛏)G(x;𝛏)(k+1)β+j1,
    +
    where
    +
    ρj,k=(1)kβαk+1Γ((k+1)β+j+1)k!j!Γ((k+1)β+1),
    +
    and Γ() is the gamma function. By replacing G(x;𝛏) for (1) and g(x;𝛏) for (2), we obtain
    +
    +f(x;α,β,𝛏)=cdscj,k=0ρj,kxc1ud1(1ud)(k+1)β+j1,(7) +
    +
    where u=1+(xs)c. If |z|<1 and b>0 is a real non-integer, the power series holds
    +
    +(1z)b1=r=0(1)rΓ(b)r!Γ(br)zr.(8) +
    +
    Using the above expansion for (1ud)[(k+1)β+j1]1 in equation (7) and, after some algebraic manipulation, we obtain
    +
    +f(x)=r=0wrg(x;c,(r+1)d,s),(9) +
    +
    where (for r=0,1,)
    +
    +wr=k,j=0(1)rρj,kΓ((k+1)β+j)Γ((k+1)β+jr)(r+1)!(10) +
    +
    and g(x;c,(r+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter s and shape parameters (r+1)d and c. Equation (9) reveals that the WBXII density is an infinite linear combination of BXII densities. So, several structural properties of the WBXII distribution can be determined from those BXII properties. By integrating equation (9) gives
    +
    +F(x)=r=0wrG(x;c,(r+1)d,s).(11) +
    +
    Equations (9) and (11) are the main results of this section.

    +

    MATHEMATICAL PROPERTIES

    +

    In this section, we obtain some mathematical quantities of the WBXII distribution including quantile and random number generation, ordinary and incomplete moments, moment generating function (mgf), mean deviations and Bonferroni and Lorenz curves. By determining analytical expressions for those quantities can be more efficient than computing them directly by numerical integration of the density function ((5)).

    +

    Density and hazard shapes

    +

    The WBXII density and hazard functions are quite flexible as can be noted in Figures 1 and 2. They can take various forms depending on the shape parameters α,β,c, and d. In this section, we illustrate the exact behavior of these functions for some parameter sets by analyzing their limiting behavior and derivatives of their logarithms with respect to x. In addition, we provide interactive plots that allow observing the behavior of these functions for several parameter combinations.

    +

    For the pdf (5), we note that

    +
    limx0f(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1,
    +
    and limxf(x)=0.

    +

    Some calculations show that

    +
    +dlogf(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1αβd[1+(x/s)c]d{[1+(x/s)c]d1}1β]}.(12) +
    +
    The critical points of the WBXII pdf are the roots of the above equation, and numerical software is required to solve it. Nevertheless, from (12), we can verify that the WBXII density is decreasing if β1,c1, and d1.

    +

    We can analyze the limiting behavior of the WBXII hrf for some parameter sets. We verify that

    +
    limx0h(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1,andlimxh(x)={0if β,c,d<1,αs1if β=c=d=1,if β,c,d>1.
    +
    The critical point of h(x) are obtained from
    +
    dlogh(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1]}=0.
    +
    From the last equation, we can note that: i) if β<1,c<1 and d<1, then dlogh(x)/dx<0 and the hrf is decreasing; ii) if β=c=d=1, then dlogh(x)/dx=0 and the hrf is constant in α/s; and iii) if β>1,c>1 and d>1, then dlogh(x)/dx>0 and the hrf is increasing; iv) the parameter α does not affect the hrf shapes; and v) numerical softwares are required to obtain the root of this equation.

    +

    Quantile function and random number generation

    +

    The qf of X follows by inverting (6) as

    +
    +Q(u)=s{[(log(1u)α)1/β+1]1/d1}1/c.(13) +
    +
    By setting u=0.5 in (13) gives the median M of X. Different quantiles of interest can also be obtained from (13) by replacing appropriate values for u.

    +

    If U is a uniform variate on the unit interval (0,1), then the random variable X=Q(U) has pdf given by (5). Thus, the qf can be useful to generate observations from the WBXII distribution using the inverse transformation (see Section SIMULATION STUDY for an example). Another motivation to introduce this quantity is its applicability to obtain alternative expressions for the skewness and kurtosis. The Bowley’s skewness (Kenney & Keeping 1962KENNEY J & KEEPING E. 1962. Mathematics of Statistics. 3rd ed. New Jersey: Chapman and Hall Ltda. ) based on quartiles is

    +
    B=Q(3/4)2Q(1/2)+Q(1/4)Q(3/4)Q(1/4).
    +
    The Moors’ kurtosis (Moors 1988MOORS J. 1988. A quantile alternative for kurtosis. The Statistician 37: 25-32. ) based on octiles is
    +
    KM=Q(7/8)Q(5/8)Q(3/8)+Q(1/8)Q(6/8)Q(2/8).
    +
    These measures are less sensitive to outliers and may exist even for distributions without moments. These quantile-based measures can be obtained for the WBXII model from (13). See the next section for illustrative examples.

    +

    Moments

    +

    The nth ordinary moment of X can be determined from (9) as

    +
    μn=E(Xn)=r=0wr0xng(x;d,(r+1)d,s)dx.
    +

    +

    Using a result in Zimmer et al. 1998ZIMMER WJ, KEATS JB & WANG FK. 1998. The Burr XII distribution in reliability analysis. J Qual Technol 30: 386-394., we have (for n<cd)

    +
    +μn=sndr=0(r+1)wrB((r+1)dnc1,1+nc1),(14) +
    +
    where B(a,b) is the beta function. The central moments (μs), cumulants (κs) and the skewness and kurtosis of X can be evaluated from (14) using well-known relationships.

    +

    Table II provides a small numerical study by computing the first three moments and the B and KM coefficients for six scenarios, each one with a different parametrization for the WBXII distribution. Figure 3 displays plots of B and KM for some parameter values. In fact, they indicate that the proposed distribution is quite flexible in terms of variation of the moments, skewness and kurtosis. It can accommodate positive and negative values for both skewness and kurtosis coefficients.

    +
    + +
    +Table II
    First three moments and B and KM for some scenarios of the WBXII distribution.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Skewness and kurtosis of X for some parameter values.
    +
    +
    +

    Incomplete moments

    +

    The hth incomplete moment of X, say Th(y)=0yxhf(x)dx, can be expressed as

    +
    Th(y)=cdr=0(r+1)wr0yxh1(xs)c[1+(xs)c](r+1)d1dx.
    +
    By setting t=[1+(xs)c]1 in the last equation, we obtain
    +
    Th(y)=dshr=0(r+1)wrsc/(sc+yc)1t(r+1)dhc1(1t)hcdt.
    +
    Hence, the hth incomplete moment of X reduces to (for h<cd)
    +
    +Th(y)=dshr=0(r+1)wrBsc/sc+yc((r+1)dhc1,1+hc1),(15) +
    +
    where Bz(a,b)=z1ta1(1t)b1dt is the upper incomplete beta function.

    +

    An important application of the first incomplete moment refers to the mean deviations about the mean and the median, namely

    +
    δ1=2μ1F(μ1)2T1(μ1)andδ2=μ12T1(M),
    +
    respectively, where F(μ1) is easily obtained from (6), μ1=E(X), the median M of X follows from (13) as M=Q(1/2), and (for cd>1) T1(y) is the first incomplete moment given by (15) with h=1. An alternative expression for T1() comes from (9) as
    +
    T1(y)=cdsr=0(r+1)wr0yxc[1+(xs)c](r+1)d1dx.
    +
    Setting z=(x/s)c, we obtain
    +
    T1(y)=dsr=0(r+1)wr0(ys)cz1/c(1+z)(r+1)d1dz.
    +
    Thus,
    +
    T1(y)=cdsyc+11+cr=0(r+1)wr2F1[1+1c,(r+1)d+1;2+1c;(ys)c],
    +
    where
    +
    2F1(a,b;c;x)=k=0(a)k(b)k(c)kxkk!
    +
    is the hypergeometric function and (a)k=a(a+1)(a+k1) is the (rising) Pochhammer symbol if k>1 and (a)0=1.

    +

    The above results are related to the Bonferroni and Lorenz curves. These curves are important in economics for studying income and poverty but can be useful in demography, reliability, insurance, medicine, and several other fields. For a given probability π, they are defined by B(π)=T1(q)/(πμ1) and L(π)=T1(q)/μ1, respectively, where q=Q(π) is given by (13). If π is the proportion of units whose income is lower than or equal to q, the values of L(π) yield fractions of the total income and B(π) refers to the relative income levels.

    +

    Generating function

    +

    The mgf of X is defined by M(t)=E(etX). Let Md(t) be the mgf of the BXII(c,d,s) distribution. We can write from (9)

    +
    +M(t)=r=0wrM(r+1)d(t),(16) +
    +
    where M(r+1)d(t) is the BXII(s,(r+1)d,c) generating function and Md(t) is given by
    +
    +Md(t)=cdsc0xc1etx[1+(xs)c]d1dx.(17) +
    +
    Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. considered the following expansion in the above equation
    +
    +[1+(xs)c]d1=j=0(d1j)[(xs)cj1(0,s](x)+(xs)c(j+d+1)1(s,)(x)],(18) +
    +
    where 1A(x) denotes the indicator function over a given set of real numbers A, i.e., 1A(x)=1 if xA and 1A(x)=0 elsewhere. Combining (17) and (18), and after some algebra, Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. expressed the BXII mgf as an infinite sum of incomplete gamma functions given by (for t<0)
    +
    +Md(t)=cdj=0(d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)(d+j)cΓ((d+j)c,st)],(19) +
    +
    where γ(a,z)=0zta1etdt and Γ(a,z)=zta1etdt are the lower and upper incomplete gamma functions, respectively. Hence, for t<0, the mgf of X can be follows from (16) and (19) as a double summation
    +
    +M(t)=cdi=0(r+1)wrj=0((r+1)d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)c[(b+r)d+j]Γ(c[(r+1)d+j],st)].(20) +
    +
    Equation (20) is the main result of this section.

    +

    Stress-strength reliability

    +

    Let X1 be the life of a component with a random strength that is subjected to a random stress X2. We can define stress-strength reliability as R=P(X2<X1)=0f1(x)F2(x)dx, i.e., the component fails when the stress applied to it exceeds the strength (X2>X1); otherwise, the component will function well. This measure is very useful in reliability.

    +

    Let X1 and X2 have independent WBXII(c,d1,s,α1,β1) and WBXII(c,d2,s,α2,β2) distributions, respectively, with the same shape parameter c and scale parameter s. We can derive R using the results in (9) and (11). Note that the pdf of X1 and cdf of X2 can be expressed as

    +
    f1(x)=m=0wmg(x;c,(m+1)d1,s)andF2(x)=n=0wnG(x;c,(n+1)d2,s),
    +
    respectively, where wm and wn are given by (10). Thus, setting u=1+(xs)c, we obtain
    +
    R=m,n=0(n+1)d2wmwn(m+1)d1+(n+1)d2.
    +

    +

    ORDER STATISTICS

    +

    Order statistics are important tools in many areas of statistical theory and practice. Let X1,,Xn be a random sample of the Weibull-G family and Xi:n the ith order statistic. The density fi:n(x) of Xi:n has the form

    +
    +fi:n(x)=1B(i,ni+1)j=0ni(1)j(nij)f(x)F(x)i+j1.(21) +
    +
    Setting u=1+(x/s)c and using the power series in (8), we can rewrite F(x)i+j1 as
    +
    {1exp[α(1ud)βudβ]}i+j1=k=0(1)k(i+j1)!k!(i+jk1)!exp{αk(1ud)βudβ}.
    +
    Inserting the above expansion in (21) and after some algebra, we obtain
    +
    +fi:n(x)=αβcdscxc1ud1B(i,ni+1)(1ud)β1ud(β+1)k=0j=0ni(nij)(1)j+k(i+j1)!k!(i+jk1)!×exp{α(1+k)(1ud)βudβ}.(22) +
    +
    By expanding the exponential function in the last equation, rewriting (ud)β as [1(1ud)]β, considering the power series given by (for |z|<1 and b>0 real non-integer)
    +
    (1z)b=j=0Γ(b+j)j!Γ(b)
    +
    and inserting both expansions in equation (22), we obtain
    +
    fi:n(x)=βcdscxc1ud1B(i,ni+1)k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+lαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)m!Γ((l+1)β+1)(1ud)(l+1)β+m1.
    +
    Finally, expanding (1ud)(l+1)β+m1 in the previous expression as in (8) and after some algebra, we can write
    +
    +fi:n(x)=q=0υqg(x;c,(q+1)d,s),(23) +
    +
    where (for q=0,1,)
    +
    υq=k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+l+qβαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!m!(q+1)!B(i,ni+1)(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)Γ((l+1)β+m)Γ((l+1)β+1)Γ((l+1)β+mq)
    +
    and g(x;c,(q+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter s and shape parameters (q+1)d and c. Equation (23) is the main result of this section. Based on this linear representation, we can obtain some structural properties of Xi:n using a similar procedure as that one applied for the WBXII mathematical properties.

    +

    MAXIMUM LIKELIHOOD ESTIMATION

    +

    The maximum likelihood method is an important technique employed to estimate model parameters in distributions. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. determined the MLEs for the Weibull-G parameters from the total log-likelihood function. In this section, we demonstrate alternatively that the MLEs of theWeibull-G family can be determined based on the profile log-likelihood function. We also provide the MLEs for the WBXII distribution.

    +

    The Weibull-G profile log-likelihood

    +

    Let x1,,xn be observed values from the Weibull-G family with parameter vector 𝚯=(α,β,𝛏). As shown by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., the total log-likelihood function for 𝚯 has the form

    +
    +(𝚯)=nlog(αβ)αi=1nH(xi;𝛏)β+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)],(24) +
    +
    where H(x;𝛏)=G(x;𝛏)/[1G(x;𝛏)]. Thus, the first component of the score vector U(𝚯)=(Uα,Uβ,U𝛏) is
    +
    Uα=nαi=1nH(xi;𝛏)β.
    +

    +

    For fixed β and 𝛏, a semi-closed MLE for α follows from Uα=0 as

    +
    α̂(β,𝛏)=ni=1nH(xi;𝛏)β.
    +
    By replacing α by α̂ in (24), we obtain the Weibull-G profile log-likelihood for 𝚯𝐩=(β,𝛏) as
    +
    +(𝚯𝐩)=nlog(nβ)+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)]nlog[i=1nH(xi;𝛏)β]n.(25) +
    +
    Hence, the MLE 𝚯̂𝐩 of the parameter vector 𝚯𝐩 can be numerically found by maximizing (25) and the MLE of α is just α̂(𝚯̂𝐩). Note that the maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves one less parameter.

    +

    The WBXII MLEs

    +

    Let x1,,xn be a random sample of size n from the WBXII(c,d,s,α,β) distribution. Let 𝚯=(c,d,s,α,β)T be the parameter vector. The log-likelihood function for 𝚯 follows as

    +
    +(𝚯)=nlog(αβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguiαi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1),(26) +
    +
    where ui=1+(xis)c. The estimates of the model parameters can be obtained by maximizing (26).

    +

    Alternatively, we can be differentiating (26) and solving the resulting nonlinear likelihood equations. The components of the score vector 𝐔(𝚯) are

    +
    Uc(Θ Θ )=nc1+c1i=1nlog(ui1)+(d1)c1i=1n(ui1)log(ui1)ui1α β d(cs)1i=1n(ui1)log(ui1)uid1(uid1)β 1+d(β 1)(cs)1i=1n(ui1)log(ui1)uid1(uid1)1,Ud(Θ Θ )=nd1+i=1nlogui+(β 1)i=1nuidlogui(uid1)1α β i=1nuidlogui(uid1)β 1,Us(Θ Θ )=cns1+c(d1)s1i=1n(ui1)ui1cd(β 1)s1i=1n(ui1)uid1(uid1)1+α β cds1i=1n(ui1)uid1(uid1)β 1,Uα (Θ Θ )=nα 1i=1n(uid1)β
    +
    and
    +
    Uβ(𝚯)=nβ1+i=1nlog(uid1)αi=1n(uid1)βlog(uid1).
    +
    Setting these expressions to zero, \(\pmb{U(\Theta)}={\bf 0}\), and solving them simultaneously yields the MLEs of the five parameters. These equations cannot be solved analytically, but some statistical softwares can be used to solve them numerically using iterative methods such as the Newton-Raphson type algorithms.

    +

    For fixed c,d,s and β, the MLE of α is

    +
    +α̂(c,d,s,β)=ni=1n(uid1)β.(27) +
    +
    By fixing x1,,xn, it is easy to verify from (27) that

    +
      +
    • α̂1 when β0+;

    • +
    • α̂ when s;

    • +
    • α̂0+ when s0+;

    • +
    • α̂0+ when d;

    • +
    • α̂ when d0+.

    • +
    +

    By replacing α by (27) in equation (26) and letting 𝚯𝐩=(c,d,s,β), the profile log-likelihood function for 𝚯𝐩 has the form

    +
    +(𝚯𝐩)=nlog(nβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguinlogi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1)n.28 +
    +

    +

    The components of the score vector 𝐔(𝚯𝐩) of (28) are

    +
    Uc(𝚯𝐩)=nc1+c1i=1nlog(ui1)+(d1)c1i=1n(ui1)log(ui1)ui1nβdc1[i=1n(uid1)β]1i=1n(ui1)uid1(uid1)β1log(ui1)+d(β1)c1i=1n(ui1)uid1(uid1)1log(ui1),
    +
    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_d(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{-1} \log u_i\\ &amp;- n \beta \left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\log u_i,\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta_p}) &amp;= - n \,c \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\, u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \left[ {\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\,u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \end{aligned}
    +
    and
    +
    Uβ(𝚯𝐩)=nβ1+i=1nlog(uid1)n[i=1n(uid1)β]1i=1n(uid1)βlog(uid1).
    +
    Solving the equations \(\pmb{U(\Theta_p)}={\bf 0}\) simultaneously yields the MLEs of c, d, s and β. The MLE of α is just α̂(ĉ,d̂,ŝ,β̂). The maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves only four parameters.

    +

    For interval estimation of the model parameters, we require the observed information matrix 𝐉(𝚯), whose elements can be obtained from the authors upon request. Under standard regularity conditions, the approximate confidence intervals for the model parameters can be constructed based on the multivariate normal N5(0,𝐉(𝚯̂)1) distribution.

    +

    A major advantage of fitting the proposed distribution to a real data set is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether any of its sub-models (with fewer parameters) can be preferred to these data.

    +

    The maximized (unrestricted and restricted) log-likelihoods are useful to compute LR statistics to verify if WBXII sub-models (with fewer parameters) can be preferred for fitting a given data set. This is a major advantage since the WBXII model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Let 𝚯0 be the restricted parameter vector for a given WBXII sub-model. Thus, hypothesis tests of the type H0:𝚯=𝚯0 versus H:𝚯𝚯0 can be performed using LR statistics. For example, the LR statistic for testing H0:α=β=1 (versus H:H0is not true), thus comparing the WBXII and PGW distributions, is

    +
    w=2{l(ĉ,d̂,ŝ,α̂,β̂)l(c̃,d̃,s̃,1,1)}dχ22,
    +
    where ŝ, d̂, ĉ, α̂, and β̂ are the MLEs under H, c̃, d̃, and s̃ are the estimates under H0 and 𝚯0=(c,d,s,1,1).

    +

    SIMULATION STUDY

    +

    In this section, we evaluate the performance of the MLEs of the parameters of the WBXII distribution. We conduct Monte Carlo simulations based on 10,000 replications under five different parameter combinations and sample size n=100, 250 and 500. The simulation study is performed using the optim subroutine and SANN algorithm in R software for maximizing the log-likelihood in (26). Table III reports the empirical mean estimates and corresponding root mean squared errors (RMSEs). For all parameter combinations, we note that the empirical biases and RMSEs decrease when the sample size increases in agreement with the first-order asymptotic theory.

    +
    + +
    +Table III
    Mean estimates and RMSEs of the WBXII distribution.
    +
    +
    +

    APPLICATIONS

    +

    In this section, we illustrate the usefulness of the WBXII distribution for modeling income and lifetime data. The first data set represents the times to failure (103 h) of 40 suits of turbochargers in one type of diesel engine (Xu et al. 2003XU K, XIE M, TANG LC & HO SL. 2003. Application of neural networks in forecasting engine systems reliability. Appl Soft Comput 2: 255-268.). These data were previously considered by Benkhelifa 2016BENKHELIFA L. 2016. The Weibull Birnbaum-Saunders Distribution: Properties and Applications. arXiv:1502.05180.. The second data set consists in annual salaries of 862 professional baseball players of the Major League Baseball for the season 2016. The data are measured in American dollars and are available for download at https://www.usatoday.com/sports/mlb/salaries/2016/player/all/. Both data sets are available in the appendix.

    +

    We use these two data sets to compare the fits of the WBXII distribution with other six related models, i.e., the beta Burr XII (BBXII), Kumaraswamy Burr XII (KwBXII), BXII, LL, PGW, and W distributions. The seven competitive models are defined as follows. The BBXII pdf is

    +
    f(x)=cd(x)c1scB(α,β){1[1+(x/s)c]d}α1[1+(x/s)c](dβ+1),x>0,
    +
    where α>0 and β>0 are shape parameters; the KwBXII density is
    +
    f(x)=αβcdscxc1[1+(xs)c]d1{1[1+(xs)c]d}α1×[1{1[1+(xs)c]d}α]β1,x>0,
    +
    where α>0 and β>0 are shape parameters; the BXII density is given by equation (2); the LL is defined by taking s=m1 and d=1 in (2); and the PGW and W distributions are sub-models of (5) by taking α=β=1 and α=β=d=1, respectively.

    +

    In each case, the parameters are estimated by maximum likelihood using the AdequacyModel script in the R software (Marinho et al. 2016MARINHO PRD, BOURGUIGNON M & DIAS CRB. 2016. AdequacyModel: Adequacy of Probabilistic Models and General Purpose Optimization. URL https://CRAN.R-project.org/package=AdequacyModel. R package version 2.0.0.
    https://CRAN.R-project.org/package=Adequ... +
    ). We report the MLEs and their corresponding standard errors. We present the following goodness-of-fit statistics: the Akaike information criteria (AIC), consistent Akaike information criteria (CAIC), Hannan-Quinn information criteria (HQIC), corrected Anderson-Darling statistic (A*) (Chen & Balakrishnan 1995CHEN G & BALAKRISHNAN N. 1995. A general purpose approximate goodness-of-fit test. J Qual Technol 27: 154-161. ) and Kolmogorov-Smirnov (KS) statistic. The lower values of these statistics are associated with better fits. We also compute the LR statistics for testing WBXII sub-models.

    +

    Turbochargers failure time

    +

    Table IV provides some descriptive statistics of the turbochargers failure time data. Note that these data present negative skewness (S) and kurtosis (K) and have an amplitude of 7.4. We also have close values for the mean and median. This descriptive summary indicates that the turbochargers data follow a power-law distribution with a left-skewed tail.

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    +Table IV
    Descriptive statistics for turbochargers data.
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    +
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    Table V lists the MLEs for the fitted models to these data and their corresponding standard errors. For all fitted models, the parameter estimates are significant. Table VI gives the goodness-of-fit statistics. The WBXII distribution has the lowest values for all statistics. Note that the WBXII is quite competitive with the W distribution. However, the W model may not be an effective alternative for modeling left-skewed data. Table VII provides the LR statistics for the PGW and W fitted models. By considering a significance level of 10%, we may reject both sub-models in favor of the WBXII distribution. It is another clear evidence of the WBXII superiority for modeling these data. Figure 4 displays the histogram and the estimated densities with lower values for goodness-of-fit statistics. We note that the WBXII yields a good adjustment to the current data. In fact, the wider model is more accurate than the W distribution for modeling the right tail and is quite competitive with the BBXII distribution. Thus, we can conclude from Figure 4 and Tables VI and VII that the WBXII model provides the best fit to the turbocharges failure time data.

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    +Table V
    MLEs of the model parameters and their standard errors in parentheses.
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    + +
    +Table VI
    Goodness-of-fit statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
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    +Table VII
    LR statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
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    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and W models for the turbochargers failure time data.
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    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and KwBXII models for the baseball players data.
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    Baseball players salaries

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    Some descriptive statistics for the baseball players data are provided in Table VIII. These data present positive values for the S and K coefficients, thus indicating right-skew data. We have a high amplitude, variance, and SD. We also note that the mean and median are not so close. This behavior is quite common in income data sets.

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    +Table VIII
    Descriptive statistics for baseball players data.
    +
    +
    +

    Table IX provides the MLEs and their standard errors for the seven models fitted to the baseball players data. We have significant estimates for all parameters of these models. Table X lists some goodness-of-fit measures for the fitted models. The WBXII distribution presents the lowest values for all statistics. These results indicate that the WBXII distribution yields a better fit than the other fitted models to the baseball players data. The results for the LR tests are given in Table XI. Clearly, we reject the PGW and W distributions in favor of the wider model. So, there is a strong evidence of the potential need for the extra shape parameters of the WBXII in the second application. Figure 5 displays the fitted WBXII, BBXII and KwBXII densities and the histogram for the baseball players data. They confirm that the WBXII model yields the best fit. Finally, we can conclude that the WBXII is an effective alternative to modeling lifetime (see the first data set) and income (see the second data set) data, especially when they present power-law tails. It is quite competitive to the classical Weibull distribution and other BXII generalizations.

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    + +
    +Table IX
    MLEs of the model parameters and corresponding standard errors in parentheses.
    +
    +
    +
    + +
    +Table X
    Goodness-of-fit statistics for the fitted models for baseball players data.
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    + +
    +Table XI
    Likelihood ratio statistics for the fits to the baseball players data.
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    CONCLUDING REMARKS

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    The five-parameter Weibull Burr XII distribution is introduced and studied in detail. The proposed model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Its hazard rate function can be increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub-shaped. It is also very flexible in terms of the density function, which has several forms including left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We emphasize that a shiny application is developed to provide interactive plots and illustrate the behavior of those functions for several parameter combinations. Some mathematical properties of the proposed model are presented, including the ordinary and incomplete moments, quantile and generating functions, mean deviations, stress-strength reliability, and order statistics. We estimate the model parameters using maximum likelihood, present the components of the score vector and the profile log-likelihood. We also derive a general result for the Weibull-G family, which presents a semi-closed form for the maximum likelihood estimator of the parameter α. We provide applications to real lifetime and income data sets. They illustrate the usefulness of the proposed distribution for modeling these kinds of data and also prove empirically that the WBXII distribution is quite competitive to other known Burr XII and Weibull generalizations.

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    +
    +
    +

    Appendix A

    A.1. First data setTable A.ITurbochargers failure time data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    1.603.504.805.406.006.507.307.708.108.50
    2.003.905.005.606.106.707.307.808.308.70
    2.604.505.105.806.307.007.307.908.408.80
    3.004.605.306.006.507.107.708.008.409.00
    A.2. Second data setTable A.IIBaseball players salaries data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    3071428684000006500000400000022750001050000530500518000511200
    34416666160000006750000400000051250001050000530000518000511000
    31000000180000006725000400000030000007081428530000517800511000
    29200000122500007333333400000027500001000000530000517700511000
    25714285116666676575000400000021750001000000530000517500510500
    25000000250000008666666400000021500001000000530000517500510500
    25000000113333338750000375000018000001000000529600517500510500
    24000000100000006500000390000021000001000000529000517500510500
    25833333143250006250000390000021000001000000529000517500510200
    25000000130000006500000390000020750001000000528700517300510200
    24400000115000006425000390000090833331000000528600517246510120
    24000000103571425543750380000036250001000000528200517000510000
    23777778100000005500000375000025000001000000528000517000510000
    25000000115000006250000375000020000001000000527600516700510000
    22500000110000006250000358333320000001000000527500516700510000
    23000000105000005487500370000020000001000000527500516650510000
    22000000100000006225000312500020000001000000527000516500510000
    24000000110000006200000330000020000001000000527000516500510000
    3000000010976096617000033333332000000987500527000516500510000
    2212500010936574875000040000002000000975000526400516100510000
    2214285718000000612500051250002000000975000526014516100510000
    1766666610700000612500035000002000000950000525500516100509700
    18000000106500001250000035000002000000925000525500516000509700
    20000000105500008285714350000020000002666666525500516000509675
    2300000014000000641666654000002000000900000525300515900509600
    2185714210400000600000029000002000000900000525270515900509500
    275000009333333600000034500002000000900000525000515800509500
    2200000012000000600000034000002000000897500525000515750509500
    187500005700000600000034000002000000895000525000515500509500
    2125000010000000775000033750001925000850000525000515400509500
    185555557000000640000051666661825000850000524900515000509500
    202857149650000575000033000001800000810000524525515000509500
    155000009625000573170433000001750000807500524500515000509500
    1700000010000000570000032750001725000800000524500515000509500
    20625000100000007150000100000001700000800000524500515000509500
    2250000011325000560000038571421697500800000524100515000509500
    1577500011600000560000032000001650000765000524100515000509500
    185714296500000550000031250001650000725000524000515000509300
    230000009150000525000031250001600000660000523900514875509200
    1950000025000000500000031500001600000652000523700514500509000
    172500009000000425000031250001600000650000523500514500508900
    115384615103900550000031000002100000650000523500514500508800
    180000008000000420000030250001550000625000523400514500508800
    2200000010000000600000050000001525000607000523000514400508750
    175000009000000535000039000001875000606000522900514400508600
    170000008500000531200035000001750000600000522700514250508600
    170000007500000530000030000001500000600000522500514200508500
    1800000011000000585714230000001500000587500522500514000508500
    190000008750000682500030000001500000575000522500514000508500
    216666668000000525000030000001500000575000522400513900508500
    114285718666666131250030000001500000574000522300513900508500
    171428574200380525000030000001500000570000522000513800508500
    170000008375000280000029750001500000570000521800513600508500
    160000009250000510000029500001500000566000521700513308508500
    142500006950000700000029250001500000563750521600513300508500
    2408333360000001033333329250001500000556000521300513000508500
    150000008250000500000042500001500000550000521300513000508500
    160000007833333433333329000001490314550000521200513000508450
    1600000014285714500000028750001475000550000521100513000508200
    1580000012500000375000035000001475000548000521000512900508200
    1580000010000000500000028000001475000547500521000512500508000
    158000009166666500000028000001450000546500521000512500508000
    130000007000000500000028000001400000546250520700512500508000
    145000009000000500000028000001400000545000520500512500508000
    150000008000000500000028000001400000545000520500512500507500
    164000008000000480000047000001387500545000520500512500507500
    150000008000000480000030000001375000543400520300512500507500
    120000008000000475000027500001500000542604520200512500507500
    160000008000000770000027250001350000542500520200512500507500
    142500008000000550000027000001350000541000520000512500507500
    150000008000000500000026500003466666540300520000512500507500
    166666668571428450000026250001300000540000520000512500507500
    150000006000000450000026000001300000539500520000512500507500
    120000007562500440000026000001275000539000520000512500507500
    1400000014000000435000026000001275000539000520000512500507500
    1400000011416666432500026000001255000539000520000512500507500
    130000007000000430000038333335100000537500520000512500507500
    137500007666666575000020750001250000537500520000512500507500
    130000007333333425000025250001250000537500520000512500507500
    85833337500000425000047107391250000536500520000512500507500
    120833336500000425000027500001250000536200519700512100507500
    110000006250000422500025000001250000535375519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519400512000507500
    125000007250000415000025000001225000535000519300511900507500
    137500006000000415000025000004600000535000519200511750507500
    136000007150000412500025000001200000535000519100511500507500
    85000008333333220000025000001185000534900519000511500507500
    160000006500000410000025000001162500533400518500511500507500
    132500007000000410000025000001150000532900518500511500507500
    120000007000000104166662500000975000532500518425511500507500
    125000007000000591848324250001100000532500518200511400507500
    168750007000000500000024000001065000532500518100511360507500
    125000009250000500000023750001050000532000518000511250507500
    133333336166666400000023500001050000532000518000511200507500
    507500507500507500507500507500507500507500
    +
    +
    +

    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      04 June 2021
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    • +Date of issue
      2021
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    History

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      +
    • +Received
      19 Aug 2019
    • +
    • +Accepted
      8 Feb 2020
    • +
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    + + + + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.html new file mode 100644 index 000000000..1c01689fa --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/latex/mml_tex_table.en.html @@ -0,0 +1,3054 @@ + + + + + + + + + + + +
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    + +

    +The Weibull Burr XII distribution in lifetime and income analysis +

    + +
    + RENATA ROJAS GUERRA FERNANDO A. PEÑA-RAMÍREZ GAUSS M. CORDEIRO About the authors +
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    + +
    +

    Abstract

    +

    We study a five-parameter model called the Weibull Burr XII (WBXII) distribution, which extends several models, including new ones. This model is quite flexible in terms of the hazard function, which exhibits increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub shapes. Its density function allows different forms such as left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We aim to provide some general mathematical quantities for the proposed distribution, which can be useful to real data analysis. We develop a shiny application to provide interactive illustrations of the WBXII density and hazard functions. We estimate the model parameters using maximum likelihood and derive a profile log-likelihood for all members of the Weibull-G family. The survival analysis application reveals that the WBXII model is suitable to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product. The income application is related to player salaries within a professional sports league and it is peculiar because the mean of the player’s salaries is much higher than for most professions. Both applications illustrate that the new distribution provides much better fits than other models with the same and less number of parameters.

    +

    Key words
    Bimodal distribution; Burr XII distribution; profile log-likelihood; Weibull-G family

    +
    +
    +

    INTRODUCTION

    +

    For the Burr XII (BXII) distribution, also known as the Singh-Maddala distribution (Singh & Maddala 1975SINGH SK & MADDALA GS. 1975. A stochastic process for income distribution and tests for income distribution functions. In: ASA Proceedings of the Business and Economic Statistics Section, p. 551-553., 1976SINGH SK & MADDALA GS. 1976. A function for the size distribution of incomes. Econometrica 44: 963-970.) with shape parameters \(d>0\) and \(c>0\) and scale parameter \(s>0\), the cumulative distribution function (cdf) is

    +
    +\begin{aligned} G(x;c,d,s)= 1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d},\qquad x>0.\end{aligned}(1) +
    +
    For \(d=1\) and \(s=m^{-1}\), we have the log-logistic (LL) distribution and, for \(c=1\), it reduces to the Lomax distribution. The probability density function (pdf) corresponding to equation (1) is
    +
    +\[g(x;c,d,s)= c\,d\,s^{-c}\,x^{c-1}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d-1}.\](2) +
    +
    This distribution is part of the Burr system of distributions (Burr 1942BURR IW. 1942. Cumulative frequency functions. Annals of Mathematical Statistics 13: 215-232.) and has extensive use in the context of income data. For recent examples, see Brzeziński 2013BRZEZIŃSKI M. 2013. Parametric Modelling of Income Distribution in Central and Eastern Europe. Central European Journal of Economic Modelling and Econometrics 5: 207-230., Jäntti & Jenkins 2010JÄNTTI M & JENKINS SP. 2010. The impact of macroeconomic conditions on income inequality. J Econ Inequal 8: 221-240., Tanak et al. 2015TANAK AK, BORZADARAN GM & AHMADI J. 2015. Entropy maximization under the constraints on the generalized Gini index and its application in modeling income distributions. Physica A 438: 657-666.. Cirillo 2010CIRILLO P. 2010. An analysis of the size distribution of Italian firms by age. Physica A 389: 459-466. also applied this model for analyzing the size distribution of Italian firms by age. Chotikapanich et al. 2013CHOTIKAPANICH D, GRIFFITHS W & RAO DSP. 2013. Calculating Poverty Measures from the Generalised Beta Income Distribution. The Economic Record 89: 46-66. considered it for calculating poverty measures in countries from South and Southeast Asia. Kumar et al. 2013KUMAR S, CHANDRA N & KHAN M. 2013. On the Reliability Estimation of Burr Type XII Distribution. Safety and Reliability 33: 29-40. adopted the BXII distribution on reliability context.

    +

    Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. pioneered a family of univariate distributions generated by extending the Weibull (W) model applied to the odds ratio \(G(x)/[1-G(x)]\). For any baseline cdf \(G(x;\pmb{\xi})\), which depends on a parameter vector \(\pmb{\xi}\), they defined the Weibull-G family (for \(x \in \mathcal{D}\subseteq \mathbb{R}\)) by the pdf and cdf

    +
    +\[f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \alpha\,\beta\, g(x;\pmb{\xi}) \frac{G(x;\pmb{\xi})^{\beta-1}}{1-G(x;\pmb{\xi})^{\beta+1}}\exp\left\{-\alpha\left[\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}\right]^{\beta}\right\}\](3) +
    +
    and
    +
    +\[F(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \int_{0}^{\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}}\alpha\,\beta\,t^{\beta-1}\textrm{e}^{-\alpha \, t^{\beta}}\mathrm{d}t = 1 - \exp\left\{-\alpha\left[\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}\right]^{\beta}\right\},\](4) +
    +
    respectively. The Weibull-G family has the same parameters of the G distribution plus two shape parameters \(\alpha>0\) and \(\beta > 0\). According to Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., these additional parameters are sought as a manner to furnish more flexible distributions. If \(\beta=1\), it gives the exponential generator (Gupta et al. 1998GUPTA R, GUPTA P & GUPTA R. 1998. Modeling failure time data by Lehman alternatives. Communications in Statistics - Theory and Methods 27: 887-904. ). Cordeiro et al. 2015CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, & RAMIRES TG. 2015. A new generalized Weibull family of distributions: mathematical properties and applications. J Stat Distrib Applic 2: 1-25. and Tahir et al. 2016TAHIR MH, ZUBAIR M, MANSOOR M, CORDEIRO GM, ALIZADEH M & HAMEDANI GG. 2016c. A new Weibull-G family of distributions. Hacettepe Journal of Mathematics and Statistics 45: 629-647. introduced another two types of Weibull-G families.

    +

    Following the formulation by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., we define the Weibull-Burr XII (WBXII) distribution and provide some of its mathematical quantities which were not addressed by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68.. The new expressions can be helpful for those interested in applying this distribution to real life data.

    +

    In a similar approach, we can refer the reader to six other contributed works addressed to specific baselines of the Weibull-G family. These contributions are listed in Table I.

    +
    + +
    +Table I
    Contributed works on the Weibull-G family.
    +
    +
    +

    The WBXII distribution is obtained by inserting (1) and (2) in equations (3) and (4). Then, its pdf reduces to (for \(x>0\))

    +
    +\[f(x) = \frac{\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}}{\left[1+(x/s)^c\right]^{1-d}}\,\exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta-1},\](5) +
    +
    where \(\alpha > 0\), \(\beta>0\), \(d > 0\) and \(c > 0\) are shape parameters and \(s > 0\) is a scale parameter. The corresponding cdf is
    +
    +\[F(x) = 1 - \exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}.\](6) +
    +
    Based on equation (6) we note that \(z(x)= [1+ (x/s)^c] ^d\) is the inverse of the BXII survival function, which is identifiable. Then, \(\alpha\, [z(x)- 1]^\beta\) is identifiable and so the WBXII cdf.

    +

    Two interpretations of (6) are now presented. First, let \(T\) be a BXII random variable with cdf (1) describing a real life phenomenon. If the random variable \(X\) represents the odds, the risk that this stochastic mechanism following the lifetime \(T\) will not occur at time \(x\) is given by \(G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]\). If we model the randomness \(X\) of these odds by the Weibull density with scale parameter \(\alpha>0\) and shape parameter \(\beta>0\), the cdf of \(X\) is given by (6). For the second interpretation, we take a WBXII random variable \(X\) and a random variable \(T\) with the Weibull density (for \(t >0\)) defined above. We can write \(P(X \leq x) = F(x) = 1 - \exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}=P\left(T \leq G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]\right)\). Since the function \(\kappa(x) = G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]\) is always monotonic and non–decreasing, we obtain \(T=\kappa(X)\), where the equality of random variables refers to equivalence of distributions. So, if \(X\) has the WBXII cdf (6), then \(T = \kappa(X)\) has a Weibull cdf with the above parameters.

    +

    If \(X\) is a random variable with density function (5), we write \(X\sim\text{WBXII}(c,d,s,\alpha,\beta)\). The hazard rate function (hrf) of \(X\) reduces to

    +
    \[h(x) = \alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\left[1+(x/s)^c\right]^{d-1}[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta-1}.\]
    +

    +

    The main contributions of this paper are described below:

    +
      +
    1. In the estimation section, we demonstrate that all members of the Weibull-G family present a semi-closed form for the maximum likelihood estimator (MLE) of \(\alpha\). Thus, the MLEs for any member of the Weibull-G family can also be determined from the profile log-likelihood function, which is much simpler.

    2. +
    3. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. obtained general mathematical expressions for the Weibull-G family based on an infinite linear combination of exponentiated-G (exp-G) densities. We derive a new linear representation for the WBXII pdf in a simpler form based directly on the BXII model itself. Besides, we provide some important mathematical and statistical properties of the proposed distribution. These results are especially helpful for applications to real lifetime data.

    4. +
    5. Equation (5) has different forms, including left-skewed, right-skewed, reversed-J, decreasing-increasing-decreasing and bimodal. Plots of the WBXII density function for selected parameter values are displayed in Figure 1. We develop a shiny application that allows the reader to access dynamic plots of the WBXII pdf and hrf1https://newdists.shinyapps.io/WBXIIdist/.. From those plots, we note that the WBXII density presents bimodality, or the unusual decreasing-increasing-decreasing shape when \(\beta\) is very small, and the baseline shape parameters \(c\) and \(d\) are large.

    6. +
    7. The proposed distribution overcomes a limitation of its baseline, whose hazard function presents only monotonic and unimodal shapes. The WBXII hrf admits the four main characteristics: decreasing, increasing, upside-down bathtub, and bathtub shaped. These are desirable properties for a lifetime distribution. Figure 2 provides plots of the hrf of \(X\) for selected parameter values.

    8. +
    9. Equation (5) extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. In fact, if we combine the Weibull and its two sub-models (exponential and Rayleigh) with seven special cases (Lomax, Fisk, log-logistic, Weibull, exponential and Rayleigh) of the Burr XII distribution including this distribution itself, the WBXII model can generate twenty descendants. Note that the first three models listed in Table 1 published in 2015 are just special cases of the new distribution. For \(\alpha=\beta=1\), the power generalized Weibull (PGW) (Dimitrakopoulou et al. 2007DIMITRAKOPOULOU T, ADAMIDIS K & LOUKAS S. 2007. A lifetime distribution with an upside-down bathtub-shaped hazard function. IEEE Transactions Reliability 121: 308-311., Nikulin & Haghighi 2006NIKULIN M & HAGHIGHI F. 2006. A chi-squared test for the generalized power Weibull family for the head-and-neck cancer censored data. J Math Sci 133: 1333-1341.) also arises as a special model.

    10. +
    11. A major advantage of fitting a wider model to real data is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether its sub-models (with fewer parameters) can be more properly to the data.

    12. +
    13. Equation (5) can be reduced to a four-parameter distribution by setting the scale parameter to one (Afify et al. 2018AFIFY AZ, CORDEIRO GM, ORTEGA EMM, YOUSOF HM & BUTT NS. 2018. The Four-Parameter Burr XII Distribution: Properties, Regression Model and Applications. Communications in Statistics - Theory and Methods 47: 2605-2624.) and then it becomes a very competitive model to all well-known four-parameter lifetime distributions such as the beta Weibull, Kumaraswamy Weibull, Kumaraswamy gamma, beta Dagum, among several others.

    14. +
    15. Although the proposed model has five parameters, it can provide much better fits, based on Anderson-Darling and Kolmogorov-Smirnov statistics, than other models with the same and less number of parameters. This fact is proved empirically in applications to survival analysis and income distribution (see the application section). The survival analysis application illustrates the WBXII superiority to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product or component. The second data set is related to player salaries within a professional sports league. The salary distribution is typically heavy skewed to the right for several professions and also in the macro-economy. For the sports market, the salary distribution is no different from other occupations in terms of the shape. However, according to Rockerbie 2003ROCKERBIE DW. 2003. The economics of professional sports. Lethbridge, Alberta. , it is peculiar because their mean is much higher, and those markets are typically a natural monopoly. The WBXII model showed suitable to accommodate these feature as well.

    16. +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII density with s = 1.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Plots of the WBXII hrf with s = 1.
    +
    +
    +

    An implementation in R language (R Core Team 2018R CORE TEAM. 2018. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.) used to obtain plots, application and simulation for the five-parameter Weibull Burr XII distribution is available in the footnote2 + https://drive.google.com/open?id=1an1YbEeX1XHEbSvwIo8jbEAwkLxFJSxP. + .

    +

    +

    The remainder of the paper is organized as follows. Two useful expansions for the WBXII cdf and pdf are derived. We investigate some of its mathematical properties such as the quantile function (qf), ordinary and incomplete moments, mean deviations, and generating function. We determine the order statistics. The maximum likelihood method is used to estimate the model parameters . Two applications to real data sets are addressed in the application section. Finally, we offer some concluding remarks.

    +

    TWO USEFUL EXPANSIONS

    +

    Two useful expansions for equations (5) and (6) can be derived by using power series. It follows from Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. that the Weibull-G density function can be expressed as

    +
    \[f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \sum\limits_{j,k=0}^{\infty}\rho_{j,k}\, g(x; \pmb{\xi})G(x; \pmb{\xi})^{(k+1)\beta + j - 1},\]
    +
    where
    +
    \[\rho_{j,k}= \frac{(-1)^k\, \beta\, \alpha^{k+1}\, \Gamma((k+1)\beta+j+1)}{k!\,j!\,\Gamma((k+1)\beta+1)},\]
    +
    and \(\Gamma(\cdot)\) is the gamma function. By replacing \(G(x; \pmb{\xi})\) for (1) and \(g(x; \pmb{\xi})\) for (2), we obtain
    +
    +\[f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi})=c\,d\,s^{-c}\, \sum\limits_{j,k=0}^{\infty}\rho_{j,k}\,x^{c-1}u^{-d-1}\left(1-u^{-d}\right)^{(k+1)\beta + j - 1},\](7) +
    +
    where \(u=1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\). If \(|z|< 1\) and \(b>0\) is a real non-integer, the power series holds
    +
    +\begin{aligned} \displaystyle (1-z)^{b-1}=\sum_{r=0}^{\infty}\,\frac{(-1)^{r} \Gamma(b)}{r!\,\Gamma(b-r)}\,z^{r}.\end{aligned}(8) +
    +
    Using the above expansion for \(\big(1-u^{-d}\big)^{[(k+1)\beta + j - 1]-1}\) in equation (7) and, after some algebraic manipulation, we obtain
    +
    +\[f(x)= \sum_{r=0}^\infty w_{r}\,g(x;c,(r+1)d,s),\](9) +
    +
    where (for \(r=0,1,\ldots\))
    +
    +\[w_{r}= \sum^\infty_{k,j=0}\frac{(-1)^{r}\,\rho_{j,k}\,\Gamma((k+1)\beta + j)}{\Gamma((k+1)\beta + j -r)(r+1)!}\](10) +
    +
    and \(g(x;c,(r+1)d,s)\) is the BXII density function with scale parameter \(s\) and shape parameters \((r+1)d\) and \(c\). Equation (9) reveals that the WBXII density is an infinite linear combination of BXII densities. So, several structural properties of the WBXII distribution can be determined from those BXII properties. By integrating equation (9) gives
    +
    +\[F(x)=\sum_{r=0}^\infty w_{r}\, G(x;c,(r+1)d,s).\](11) +
    +
    Equations (9) and (11) are the main results of this section.

    +

    MATHEMATICAL PROPERTIES

    +

    In this section, we obtain some mathematical quantities of the WBXII distribution including quantile and random number generation, ordinary and incomplete moments, moment generating function (mgf), mean deviations and Bonferroni and Lorenz curves. By determining analytical expressions for those quantities can be more efficient than computing them directly by numerical integration of the density function ((5)).

    +

    Density and hazard shapes

    +

    The WBXII density and hazard functions are quite flexible as can be noted in Figures 1 and 2. They can take various forms depending on the shape parameters \(\alpha,\,\beta,\,c,\) and \(d\). In this section, we illustrate the exact behavior of these functions for some parameter sets by analyzing their limiting behavior and derivatives of their logarithms with respect to \(x\). In addition, we provide interactive plots that allow observing the behavior of these functions for several parameter combinations.

    +

    For the pdf (5), we note that

    +
    \[\lim_{x \to 0}f(x)= \begin{cases} \infty &amp; \text{if $\beta,c < 1$},\\ \alpha d s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c= 1$},\\ 0 &amp; {\text{if $\beta,c > 1$},}\\ \end{cases}\]
    +
    and \(\lim\limits_{x \to \infty}f(x)=0.\)

    +

    Some calculations show that

    +
    +\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}\! \log f(x)}{\mathrm{d} x}=&amp;\, \frac{1}{x} \left\{c-1+\frac{c\,(x/s)^c}{1+(x/s)^c}\left[d-1 +\frac{d\,(\beta-1)\,[1+(x/s)^c]^{d}}{[1+(x/s)^c]^{d}-1}\right.\right.\nonumber\\ &amp;\left.\left.-\frac{\alpha\,\beta\,d\,[1+(x/s)^c]^{d}}{\{[1+(x/s)^c]^{d}-1\}^{1-\beta}}\right]\right\}.\end{aligned}(12) +
    +
    The critical points of the WBXII pdf are the roots of the above equation, and numerical software is required to solve it. Nevertheless, from (12), we can verify that the WBXII density is decreasing if \(\beta\leq1,\,c\leq1,\) and \(d \leq 1\).

    +

    We can analyze the limiting behavior of the WBXII hrf for some parameter sets. We verify that

    +
    \[\lim_{x \to 0}h(x)= \begin{cases} \infty &amp; \text{if $\beta,c < 1$},\\ \alpha d s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c= 1$},\\ 0 &amp; {\text{if $\beta,c > 1$},}\\ \end{cases}\quad % \end{equation*} \text{and}\quad % \begin{equation*} \lim_{x \to \infty}h(x)= \begin{cases} 0 &amp; \text{if $\beta,c,d < 1$},\\ \alpha s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c=d = 1$},\\ \infty &amp; {\text{if $\beta,c,d > 1$}.}\\ \end{cases}\]
    +
    The critical point of \(h(x)\) are obtained from
    +
    \begin{aligned} \frac{\mathrm{d}\! \log h(x)}{\mathrm{d} x}= \frac{1}{x} \left\{c-1+\frac{c\,(x/s)^c}{1+(x/s)^c}\left[d-1 +\frac{d\,(\beta-1)\,[1+(x/s)^c]^{d}}{[1+(x/s)^c]^{d}-1}\right]\right\}=0. \end{aligned}
    +
    From the last equation, we can note that: i) if \(\beta<1,\,c<1\) and \(d<1\), then \(\mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x < 0\) and the hrf is decreasing; ii) if \(\beta=c=d = 1\), then \(\mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x = 0\) and the hrf is constant in \(\alpha/s\); and iii) if \(\beta>1,\,c>1\) and \(d>1\), then \(\mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x > 0\) and the hrf is increasing; iv) the parameter \(\alpha\) does not affect the hrf shapes; and v) numerical softwares are required to obtain the root of this equation.

    +

    Quantile function and random number generation

    +

    The qf of \(X\) follows by inverting (6) as

    +
    +\[Q(u)=s\left\{\left[\left(\frac{-\log(1-u)}{\alpha}\right)^{1/\beta}+1\right]^{1/d}-1\right\}^{1/c}.\](13) +
    +
    By setting \(u = 0.5\) in (13) gives the median \(M\) of \(X\). Different quantiles of interest can also be obtained from (13) by replacing appropriate values for \(u\).

    +

    If \(U\) is a uniform variate on the unit interval \((0,1)\), then the random variable \(X=Q(U)\) has pdf given by (5). Thus, the qf can be useful to generate observations from the WBXII distribution using the inverse transformation (see Section SIMULATION STUDY for an example). Another motivation to introduce this quantity is its applicability to obtain alternative expressions for the skewness and kurtosis. The Bowley’s skewness (Kenney & Keeping 1962KENNEY J & KEEPING E. 1962. Mathematics of Statistics. 3rd ed. New Jersey: Chapman and Hall Ltda. ) based on quartiles is

    +
    \[B=\frac{Q(3/4)-2Q(1/2)+Q(1/4)}{Q(3/4)-Q(1/4)}.\]
    +
    The Moors’ kurtosis (Moors 1988MOORS J. 1988. A quantile alternative for kurtosis. The Statistician 37: 25-32. ) based on octiles is
    +
    \[K_M=\frac{Q(7/8)-Q(5/8)-Q(3/8)+Q(1/8)}{Q(6/8)-Q(2/8)}.\]
    +
    These measures are less sensitive to outliers and may exist even for distributions without moments. These quantile-based measures can be obtained for the WBXII model from (13). See the next section for illustrative examples.

    +

    Moments

    +

    The \(n\)th ordinary moment of \(X\) can be determined from (9) as

    +
    \begin{aligned} \mu^{\prime}_n=E(X^n)=\sum_{r=0}^\infty w_{r} \int_0^\infty x^n\,g(x;d,(r+1)d,s) dx.\end{aligned}
    +

    +

    Using a result in Zimmer et al. 1998ZIMMER WJ, KEATS JB & WANG FK. 1998. The Burr XII distribution in reliability analysis. J Qual Technol 30: 386-394., we have (for \(n<c\,d\))

    +
    +\begin{aligned} \mu^{\prime}_n=s^{n}\,d\sum_{r=0}^\infty (r+1)w_{r} \,B((r+1)d-n\,c^{-1},1+n\,c^{-1}),\end{aligned}(14) +
    +
    where \(B(a,b)\) is the beta function. The central moments (\(\mu_s\)), cumulants (\(\kappa_s\)) and the skewness and kurtosis of \(X\) can be evaluated from (14) using well-known relationships.

    +

    Table II provides a small numerical study by computing the first three moments and the \(B\) and \(K_M\) coefficients for six scenarios, each one with a different parametrization for the WBXII distribution. Figure 3 displays plots of \(B\) and \(K_M\) for some parameter values. In fact, they indicate that the proposed distribution is quite flexible in terms of variation of the moments, skewness and kurtosis. It can accommodate positive and negative values for both skewness and kurtosis coefficients.

    +
    + +
    +Table II
    First three moments and \(B\) and \(K_M\) for some scenarios of the WBXII distribution.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Skewness and kurtosis of X for some parameter values.
    +
    +
    +

    Incomplete moments

    +

    The \(h\)th incomplete moment of \(X\), say \(T_h(y)=\int_{0}^{y}\,x^{h}\,f(x)dx\), can be expressed as

    +
    \[T_h(y)= c\,d\,\sum_{r=0}^\infty\, (r+1)\,w_{r}\,\int_{0}^{y}x^{h-1}\,\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\,\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-(r+1)d-1}dx.\]
    +
    By setting \(t=\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-1}\) in the last equation, we obtain
    +
    \begin{aligned} T_h(y)=d\,s^{h}\sum_{r=0}^\infty \,(r+1)\,w_{r}\,\int_{s^{c}/\left(s^{c}+y^{c}\right)}^{1}\,t^{(r+1)d-\frac{h}{c}-1}\,(1-t)^{\frac{h}{c}}dt.\end{aligned}
    +
    Hence, the \(h\)th incomplete moment of \(X\) reduces to (for \(h < c\,d\))
    +
    +\begin{aligned}T_h(y)=d\,s^{h}\sum_{r=0}^\infty\,(r+1)\,w_{r}\,\,B_{s^{c}/s^{c}+y^{c}}((r+1)d-h\,c^{-1},1+h\,c^{-1}),\end{aligned}(15) +
    +
    where \(B_{z}(a,b)=\int_z^1 t^{a-1}\,(1-t)^{b-1} dt\) is the upper incomplete beta function.

    +

    An important application of the first incomplete moment refers to the mean deviations about the mean and the median, namely

    +
    \[\delta_1=2\mu^{\prime}_1F(\mu^{\prime}_1)-2\,T_1(\mu^{\prime}_1) \qquad \text{and} \qquad \delta_2 = \mu^{\prime}_1-2\,T_1(M),\]
    +
    respectively, where \(F(\mu^{\prime}_1)\) is easily obtained from (6), \(\mu^{\prime}_1=E(X)\), the median \(M\) of \(X\) follows from (13) as \(M = Q(1/2)\), and (for \(c\,d>1\)) \(T_1(y)\) is the first incomplete moment given by (15) with \(h=1\). An alternative expression for \(T_1(\cdot)\) comes from (9) as
    +
    \begin{aligned} T_1(y)=c\, d\, s\,\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)w_r \int_{0}^{y}x^c\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-(r+1)d-1}\mathrm{d}x.\end{aligned}
    +
    Setting \(z=(x/s)^c\), we obtain
    +
    \begin{aligned} T_1(y)=d\,s\,\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)w_r \int_{0}^{\left(\frac{y}{s}\right)^c}z^{1/c}(1+z)^{-(r+1)d-1}\mathrm{d}z.\end{aligned}
    +
    Thus,
    +
    \begin{aligned} T_1(y)=\frac{c\,d\,s\,y^{c+1}}{1+c}\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)\,w_r\,_{2}F_1\left[1+\frac{1}{c},\,\,(r+1)d+1;\,\,2+\frac{1}{c};\,\,-\left(\frac{y}{s}\right)^c\right], \end{aligned}
    +
    where
    +
    \[_{2}F_1(a,b;c;x)=\sum_{k=0}^{\infty}\frac{(a)_k (b)_k}{(c)_k}\frac{x^k}{k!}\]
    +
    is the hypergeometric function and \((a)_k=a (a+1) (a+k-1)\) is the (rising) Pochhammer symbol if \(k>1\) and \((a)_0=1\).

    +

    The above results are related to the Bonferroni and Lorenz curves. These curves are important in economics for studying income and poverty but can be useful in demography, reliability, insurance, medicine, and several other fields. For a given probability \(\pi\), they are defined by \(B(\pi)=T_1(q)/ (\pi \mu^{\prime}_1)\) and \(L(\pi) = T_1(q)/\mu^{\prime}_1,\) respectively, where \(q = Q(\pi)\) is given by (13). If \(\pi\) is the proportion of units whose income is lower than or equal to \(q\), the values of \(L(\pi)\) yield fractions of the total income and \(B(\pi)\) refers to the relative income levels.

    +

    Generating function

    +

    The mgf of \(X\) is defined by \(M(t)=E(\mathrm{e}^{tX})\). Let \(M_{d}(t)\) be the mgf of the BXII\((c,d,s)\) distribution. We can write from (9)

    +
    +\begin{aligned} M(t)=\sum_{r=0}^\infty w_{r}\,M_{(r+1)d}(t),\end{aligned}(16) +
    +
    where \(M_{(r+1)d}(t)\) is the BXII\((s,(r+1)d,c)\) generating function and \(M_{d}(t)\) is given by
    +
    +\begin{aligned} M_{d}(t)= cds^{-c}\int_{0}^\infty x^{c-1}\mathrm{e}^{tx}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-d-1}\mathrm{d}x.\end{aligned}(17) +
    +
    Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. considered the following expansion in the above equation
    +
    +\begin{aligned} \left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-d-1}=\sum_{j=0}^\infty {-d-1\choose j}\left[\left(\frac{x}{s}\right)^{cj}\boldsymbol{1}_{(0,s]}\left(x\right)+\left(\frac{x}{s}\right)^{-c(j+d+1)}\boldsymbol{1}_{(s,\infty)}\left(x\right)\right],\end{aligned}(18) +
    +
    where \(\boldsymbol{1}_{A}(x)\) denotes the indicator function over a given set of real numbers \(A\), i.e., \(\boldsymbol{1}_{A}(x)=1\) if \(x \in A\) and \(\boldsymbol{1}_{A}(x)=0\) elsewhere. Combining (17) and (18), and after some algebra, Guerra et al. 2020GUERRA RR, PEÑA RAMÍREZ FA, PEÑA RAMÍREZ MR & CORDEIRO GM. 2020. A note on the density expansion and generating function of the beta Burr XII. Math Method Appl Sci 43: 1817-1824. expressed the BXII mgf as an infinite sum of incomplete gamma functions given by (for \(t<0\))
    +
    +\begin{aligned} M_d(t)=&amp;\,c\,d\,\sum_{j=0}^\infty{-d-1\choose j}\left[ (-s t)^{-(j+1) c}\,\gamma\left((j+1)c,-s t\right)\right.\nonumber\\ &amp;+\left. (-st)^{(d+j) c}\,\Gamma\left(-(d+j)c,-st\right)%E_{1+c(d+j)}\left(-st\right) \right],\end{aligned}(19) +
    +
    where \(\gamma(a,z)=\int^z_0 t^{a-1}\,\mathrm{e}^{-t} \mathrm{d}t\) and \(\Gamma(a,z)=\int^\infty_z t^{a-1}\,\mathrm{e}^{-t} \mathrm{d}t\) are the lower and upper incomplete gamma functions, respectively. Hence, for \(t<0\), the mgf of \(X\) can be follows from (16) and (19) as a double summation
    +
    +\begin{aligned} M(t)&amp;=&amp;c\,d\sum_{i=0}^\infty (r+1)w_{r}\, \sum_{j=0}^\infty{-(r+1)d-1\choose j}\left[ (-st)^{-(j+1)c}\,\gamma\left((j+1)c,-st\right)\right.\nonumber\\ &amp;+&amp;\left.(-st)^{c[(b+r)d+j]}\,\Gamma\left(-c\left[(r+1)d+j\right],-st\right)%E_{1+c[(b+i)d+j]}\left(-st\right) \right]. \end{aligned}(20) +
    +
    Equation (20) is the main result of this section.

    +

    Stress-strength reliability

    +

    Let \(X_1\) be the life of a component with a random strength that is subjected to a random stress \(X_2\). We can define stress-strength reliability as \(R= P (X_2 < X_1 )=\int_0^\infty f_1(x)\,F_2(x)\text{d}x\), i.e., the component fails when the stress applied to it exceeds the strength (\(X_2 > X_1\)); otherwise, the component will function well. This measure is very useful in reliability.

    +

    Let \(X_1\) and \(X_2\) have independent WBXII\((c,d_1,s,\alpha_1,\beta_1)\) and WBXII\((c,d_2,s,\alpha_2,\beta_2)\) distributions, respectively, with the same shape parameter \(c\) and scale parameter \(s\). We can derive \(R\) using the results in (9) and (11). Note that the pdf of \(X_1\) and cdf of \(X_2\) can be expressed as

    +
    \[f_1(x)= \sum_{m=0}^\infty w_{m}\,g(x;c,(m+1)d_1,s)\,\,\,\,\text{and}\,\,\,\, F_2(x)= \sum_{n=0}^\infty w_{n}\,G(x;c,(n+1)d_2,s),\]
    +
    respectively, where \(w_m\) and \(w_n\) are given by (10). Thus, setting \(u=1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\), we obtain
    +
    \begin{aligned} R=\sum_{m,n=0}^\infty\frac{(n+1)d_2\, w_m\,w_n\,}{(m+1)d_1+(n+1)d_2}.\end{aligned}
    +

    +

    ORDER STATISTICS

    +

    Order statistics are important tools in many areas of statistical theory and practice. Let \(X_1,\cdots,X_n\) be a random sample of the Weibull-G family and \(X_{i:n}\) the \(i\)th order statistic. The density \(f_{i:n}(x)\) of \(X_{i:n}\) has the form

    +
    +\begin{aligned} f_{i:n}(x)= \frac{1}{B(i,n-i+1)}\sum\limits_{j=0}^{n-i}(-1)^{j}\,{n-i \choose j}f(x)\,F(x)^{i+j-1}.\end{aligned}(21) +
    +
    Setting \(u=1+(x/s)^c\) and using the power series in (8), we can rewrite \(F(x)^{i+j-1}\) as
    +
    \begin{aligned} \left\{1-\exp\left[-\alpha\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right]\right\}^{i+j-1}=\sum_{k=0}^\infty \frac{(-1)^k\,(i+j-1)!}{k!\,(i+j-k-1)!}\exp\left\{-\alpha\,k\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right\}.\end{aligned}
    +
    Inserting the above expansion in (21) and after some algebra, we obtain
    +
    +\begin{aligned} f_{i:n}(x)=&amp;\, \frac{\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\,\,u^{-d-1}}{B(i,n-i+1)}\frac{\left(1-u^{-d}\right)^{\beta-1}}{u^{-d(\beta+1)}}\sum_{k=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k}\,(i+j-1)!}{k!\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\exp\left\{-\alpha\,(1+k)\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right\}.\nonumber\end{aligned}(22) +
    +
    By expanding the exponential function in the last equation, rewriting \((u^{-d})^\beta\) as \(\left[1-(1-u^{-d})\right]^\beta\), considering the power series given by (for \(|z| < 1\) and \(b> 0\) real non-integer)
    +
    \begin{aligned} (1-z)^{-b}=\sum_{j=0}^\infty\frac{\Gamma(b+j)}{j!\,\Gamma(b)}\end{aligned}
    +
    and inserting both expansions in equation (22), we obtain
    +
    \begin{aligned} f_{i:n}(x)=&amp;\, \frac{\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\,\,u^{-d-1}}{B(i,n-i+1)}\sum_{k,\,l,\,m=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k+l}\,\alpha^{l+1}\,(1+k)^l\,(i+j-1)!\,}{k!\,l!\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\frac{\Gamma((l+1)\beta+1+m)}{m!\,\Gamma((l+1)\beta+1)}\left(1-u^{-d}\right)^{(l+1)\beta+m-1}.\nonumber\end{aligned}
    +
    Finally, expanding \((1-u^{-d})^{(l+1)\beta+m-1}\) in the previous expression as in (8) and after some algebra, we can write
    +
    +\[f_{i:n}(x)= \sum_{q=0}^\infty \upsilon_{q}\,g(x;c,(q+1)d,s),\](23) +
    +
    where (for \(q=0,1,\ldots\))
    +
    \begin{aligned} \upsilon_{q}=&amp; \sum_{k,\,l,\,m=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k+l+q}\,\beta\,\alpha^{l+1}\,(1+k)^l\,(i+j-1)!}{k!\,l!\,m!\,(q+1)!\,B(i,n-i+1)\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\frac{\Gamma((l+1)\beta+1+m)\,\Gamma((l+1)\beta+m)}{\Gamma((l+1)\beta+1)\,\Gamma((l+1)\beta+m-q)}\end{aligned}
    +
    and \(g(x;c,(q+1)d,s)\) is the BXII density function with scale parameter \(s\) and shape parameters \((q+1)d\) and \(c\). Equation (23) is the main result of this section. Based on this linear representation, we can obtain some structural properties of \(X_{i:n}\) using a similar procedure as that one applied for the WBXII mathematical properties.

    +

    MAXIMUM LIKELIHOOD ESTIMATION

    +

    The maximum likelihood method is an important technique employed to estimate model parameters in distributions. Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68. determined the MLEs for the Weibull-G parameters from the total log-likelihood function. In this section, we demonstrate alternatively that the MLEs of theWeibull-G family can be determined based on the profile log-likelihood function. We also provide the MLEs for the WBXII distribution.

    +

    The Weibull-G profile log-likelihood

    +

    Let \(x_1,\cdots,x_n\) be observed values from the Weibull-G family with parameter vector \(\bm{\Theta}= (\alpha, \beta, \pmb{\xi}^\top)^\top\). As shown by Bourguignon et al. 2014BOURGUIGNON M, SILVA RB & CORDEIRO GM. 2014. The Weibull-G Family of Probability Distributions. Journal of Data Science 12: 53-68., the total log-likelihood function for \(\bm{\Theta}\) has the form

    +
    +\begin{aligned} \ell(\bm{\Theta}) =&amp; n\,\log(\alpha\,\beta)-\alpha\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta + \beta\sum\limits_{i=1}^{n}\log[H(x_i; \pmb{\xi})]\\ &amp;- \sum\limits_{i=1}^{n}\log[G(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[1-G(x_i; \pmb{\xi})],\nonumber\end{aligned}(24) +
    +
    where \(H(x;\pmb{\xi}) = G(x; \pmb{\xi})/\left[1-G(x; \pmb{\xi})\right]\). Thus, the first component of the score vector \(U(\bm{\Theta}) = \left(U_{\alpha}, U_{\beta}, U_{\pmb{\xi}}^\top\right)^\top\) is
    +
    \begin{aligned} U_{\alpha} &amp;= \frac{n}{\alpha} - \sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta.\end{aligned}
    +

    +

    For fixed \(\beta\) and \(\pmb{\xi}\), a semi-closed MLE for \(\alpha\) follows from \(U_{\alpha}=0\) as

    +
    \begin{aligned} \hat{\alpha}(\beta,\pmb{\xi}) &amp;= \frac{n}{\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta}.\end{aligned}
    +
    By replacing \(\alpha\) by \(\hat{\alpha}\) in (24), we obtain the Weibull-G profile log-likelihood for \(\pmb{\Theta_p}= (\beta, \pmb{\xi})^\top\) as
    +
    +\begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta_p}) = &amp;\,n\,\log(n\,\beta) + \beta\sum\limits_{i=1}^{n}\log[H(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[G(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[1-G(x_i; \pmb{\xi})]\\ &amp;-n\,\log\left[\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta\right] -n.\nonumber \end{aligned}(25) +
    +
    Hence, the MLE \(\pmb{\widehat{\Theta}_p}\) of the parameter vector \(\pmb{\Theta_p}\) can be numerically found by maximizing (25) and the MLE of \(\alpha\) is just \(\hat{\alpha}(\pmb{\widehat{\Theta}_p})\). Note that the maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves one less parameter.

    +

    The WBXII MLEs

    +

    Let \(x_1,\cdots, x_n\) be a random sample of size \(n\) from the WBXII\((c,d,s,\alpha,\beta)\) distribution. Let \(\pmb{\Theta} = (c,d,s,\alpha,\beta)^{T}\) be the parameter vector. The \(\log\)-likelihood function for \(\pmb{\Theta}\) follows as

    +
    +\begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\log (\alpha \, \beta \, c \, d \, s^{-1} ) + (c-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\sum_{i=1}^{n} \log u_i\\ &amp;-\alpha \, \sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^\beta +(\beta - 1)\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right),\nonumber\end{aligned}(26) +
    +
    where \(u_i=1+\left(\frac{x_i}{s}\right)^c\). The estimates of the model parameters can be obtained by maximizing (26).

    +

    Alternatively, we can be differentiating (26) and solving the resulting nonlinear likelihood equations. The components of the score vector \(\pmb{U(\Theta)}\) are

    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_c(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\,c^{-1}+ c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\,c^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{-1} \\ &amp;- \alpha \, \beta \, d\,(c\,s)^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\\ &amp;+d \,(\beta -1)\,(c\,s)^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1},\\ \displaystyle U_d(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \log u_i \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;- \alpha \beta \sum_{i=1}^{n} u_i^d \log u_i \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1},\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta}) =&amp;\, -c \, n \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i -1) u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+\alpha \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1},\\ \displaystyle U_\alpha(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n \, \alpha^{-1}-\sum_{i=1}^{n} \left( u_i^d-1\right)^\beta \end{aligned}
    +
    and
    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_\beta(\pmb{\Theta}) &amp;= n \, \beta^{-1}+\sum_{i=1}^{n} \log \left( u_i^d-1\right)-\alpha\sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^{\beta } \log \left(u_i^d-1\right).\end{aligned}
    +
    Setting these expressions to zero, \(\pmb{U(\Theta)}={\bf 0}\), and solving them simultaneously yields the MLEs of the five parameters. These equations cannot be solved analytically, but some statistical softwares can be used to solve them numerically using iterative methods such as the Newton-Raphson type algorithms.

    +

    For fixed \(c, d, s\) and \(\beta\), the MLE of \(\alpha\) is

    +
    +\[ \hat{\alpha}(c,d,s,\beta)=\frac{n}{\sum_{i=1}^n (u_i^{d}-1)^\beta}.\](27) +
    +
    By fixing \(x_1,\cdots,x_n\), it is easy to verify from (27) that

    +
      +
    • \(\hat \alpha \to 1\) when \(\beta \to 0^+\);

    • +
    • \(\hat \alpha \to \infty\) when \(s \to \infty\);

    • +
    • \(\hat \alpha \to 0^+\) when \(s \to 0^+\);

    • +
    • \(\hat \alpha \to 0^+\) when \(d \to \infty\);

    • +
    • \(\hat \alpha \to \infty\) when \(d \to 0^+\).

    • +
    +

    By replacing \(\alpha\) by (27) in equation (26) and letting \(\pmb{\Theta_p} = (c,d,s,\beta)\), the profile log-likelihood function for \(\pmb{\Theta_p}\) has the form

    +
    +\begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\log (n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} ) + (c-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\sum_{i=1}^{n} \log u_i\\ &amp;- n \log \, \sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^\beta +(\beta - 1)\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right) - n.\nonumber\end{aligned}28 +
    +

    +

    The components of the score vector \(\pmb{U(\Theta_p)}\) of (28) are

    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_c(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,c^{-1}+ c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \left(u_i-1\right)\log(u_i-1) u_i^{-1} \\ &amp;- n \, \beta \, d\,c^{-1}\left[ \sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta \right] ^{-1}\,\sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \log \left(u_i-1\right)\\ &amp;+d \,(\beta -1)\,c^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\log \left(u_i-1\right),\\\end{aligned}
    +
    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_d(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{-1} \log u_i\\ &amp;- n \beta \left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\log u_i,\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta_p}) &amp;= - n \,c \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\, u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \left[ {\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\,u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \end{aligned}
    +
    and
    +
    \begin{aligned} \displaystyle U_\beta(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n \, \beta^{-1}+\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right)-n\left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^{\beta } \log \left(u_i^d-1\right).\end{aligned}
    +
    Solving the equations \(\pmb{U(\Theta_p)}={\bf 0}\) simultaneously yields the MLEs of \(c\), \(d\), \(s\) and \(\beta\). The MLE of \(\alpha\) is just \(\hat{\alpha}(\hat{c},\hat{d},\hat{s},\hat{\beta})\). The maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves only four parameters.

    +

    For interval estimation of the model parameters, we require the observed information matrix \(\pmb{J(\Theta)}\), whose elements can be obtained from the authors upon request. Under standard regularity conditions, the approximate confidence intervals for the model parameters can be constructed based on the multivariate normal \(N_{5}(0, \pmb{J(\widehat{\Theta})}^{-1})\) distribution.

    +

    A major advantage of fitting the proposed distribution to a real data set is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether any of its sub-models (with fewer parameters) can be preferred to these data.

    +

    The maximized (unrestricted and restricted) log-likelihoods are useful to compute LR statistics to verify if WBXII sub-models (with fewer parameters) can be preferred for fitting a given data set. This is a major advantage since the WBXII model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Let \(\pmb{\Theta_{0}}\) be the restricted parameter vector for a given WBXII sub-model. Thus, hypothesis tests of the type \(H_{0}:\pmb{\Theta}=\pmb{\Theta}_{0}\) versus \(H:\pmb{\Theta} \neq \pmb{\Theta}_{0}\) can be performed using LR statistics. For example, the LR statistic for testing \(H_{0}:\alpha=\beta=1\) (versus \(H:H_{0}\,\,\text{is not true}\)), thus comparing the WBXII and PGW distributions, is

    +
    \[w=2\{l(\widehat{c},\widehat{d},\widehat{s},\widehat{\alpha},\widehat{\beta}) -l(\widetilde{c},\widetilde{d},\widetilde{s},1,1)\}\overset{d}{\to} \chi^2_2,\]
    +
    where \(\widehat{s}\), \(\widehat{d}\), \(\widehat{c}\), \(\widehat{\alpha}\), and \(\widehat{\beta}\) are the MLEs under \(H\), \(\widetilde{c}\), \(\widetilde{d},\) and \(\widetilde{s}\) are the estimates under \(H_{0}\) and \(\pmb{\Theta_{0}}=(c,d,s,1,1)^\top\).

    +

    SIMULATION STUDY

    +

    In this section, we evaluate the performance of the MLEs of the parameters of the WBXII distribution. We conduct Monte Carlo simulations based on 10,000 replications under five different parameter combinations and sample size \(n=\)100, 250 and 500. The simulation study is performed using the optim subroutine and SANN algorithm in R software for maximizing the log-likelihood in (26). Table III reports the empirical mean estimates and corresponding root mean squared errors (RMSEs). For all parameter combinations, we note that the empirical biases and RMSEs decrease when the sample size increases in agreement with the first-order asymptotic theory.

    +
    + +
    +Table III
    Mean estimates and RMSEs of the WBXII distribution.
    +
    +
    +

    APPLICATIONS

    +

    In this section, we illustrate the usefulness of the WBXII distribution for modeling income and lifetime data. The first data set represents the times to failure (\(10^3\) h) of 40 suits of turbochargers in one type of diesel engine (Xu et al. 2003XU K, XIE M, TANG LC & HO SL. 2003. Application of neural networks in forecasting engine systems reliability. Appl Soft Comput 2: 255-268.). These data were previously considered by Benkhelifa 2016BENKHELIFA L. 2016. The Weibull Birnbaum-Saunders Distribution: Properties and Applications. arXiv:1502.05180.. The second data set consists in annual salaries of 862 professional baseball players of the Major League Baseball for the season 2016. The data are measured in American dollars and are available for download at https://www.usatoday.com/sports/mlb/salaries/2016/player/all/. Both data sets are available in the appendix.

    +

    We use these two data sets to compare the fits of the WBXII distribution with other six related models, i.e., the beta Burr XII (BBXII), Kumaraswamy Burr XII (KwBXII), BXII, LL, PGW, and W distributions. The seven competitive models are defined as follows. The BBXII pdf is

    +
    \[f(x)=\frac{cd (x)^{c-1}}{s^{c}B(\alpha,\beta)}\Big\{1-\big[1+(x/s)^{c}\big]^{-d}\Big\} ^{\alpha-1}\big[1+(x/s)^{c}\big]^{-(d\beta+1)},\qquad x>0,\]
    +
    where \(\alpha>0\) and \(\beta>0\) are shape parameters; the KwBXII density is
    +
    \begin{aligned} f(x)&amp;=&amp;\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d-1} \left\{1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d}\right\}^{\alpha-1}\,\times\nonumber\\ &amp;&amp;\left[1-\left\{1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d}\right\}^{\alpha}\right]^{\beta-1},\,\,\,x>0,\end{aligned}
    +
    where \(\alpha>0\) and \(\beta>0\) are shape parameters; the BXII density is given by equation (2); the LL is defined by taking \(s=m^{-1}\) and \(d=1\) in (2); and the PGW and W distributions are sub-models of (5) by taking \(\alpha=\beta=1\) and \(\alpha=\beta=d=1\), respectively.

    +

    In each case, the parameters are estimated by maximum likelihood using the AdequacyModel script in the R software (Marinho et al. 2016MARINHO PRD, BOURGUIGNON M & DIAS CRB. 2016. AdequacyModel: Adequacy of Probabilistic Models and General Purpose Optimization. URL https://CRAN.R-project.org/package=AdequacyModel. R package version 2.0.0.
    https://CRAN.R-project.org/package=Adequ... +
    ). We report the MLEs and their corresponding standard errors. We present the following goodness-of-fit statistics: the Akaike information criteria (AIC), consistent Akaike information criteria (CAIC), Hannan-Quinn information criteria (HQIC), corrected Anderson-Darling statistic (\(A^*\)) (Chen & Balakrishnan 1995CHEN G & BALAKRISHNAN N. 1995. A general purpose approximate goodness-of-fit test. J Qual Technol 27: 154-161. ) and Kolmogorov-Smirnov (KS) statistic. The lower values of these statistics are associated with better fits. We also compute the LR statistics for testing WBXII sub-models.

    +

    Turbochargers failure time

    +

    Table IV provides some descriptive statistics of the turbochargers failure time data. Note that these data present negative skewness (S) and kurtosis (K) and have an amplitude of 7.4. We also have close values for the mean and median. This descriptive summary indicates that the turbochargers data follow a power-law distribution with a left-skewed tail.

    +
    + +
    +Table IV
    Descriptive statistics for turbochargers data.
    +
    +
    +

    Table V lists the MLEs for the fitted models to these data and their corresponding standard errors. For all fitted models, the parameter estimates are significant. Table VI gives the goodness-of-fit statistics. The WBXII distribution has the lowest values for all statistics. Note that the WBXII is quite competitive with the W distribution. However, the W model may not be an effective alternative for modeling left-skewed data. Table VII provides the LR statistics for the PGW and W fitted models. By considering a significance level of 10%, we may reject both sub-models in favor of the WBXII distribution. It is another clear evidence of the WBXII superiority for modeling these data. Figure 4 displays the histogram and the estimated densities with lower values for goodness-of-fit statistics. We note that the WBXII yields a good adjustment to the current data. In fact, the wider model is more accurate than the W distribution for modeling the right tail and is quite competitive with the BBXII distribution. Thus, we can conclude from Figure 4 and Tables VI and VII that the WBXII model provides the best fit to the turbocharges failure time data.

    +
    + +
    +Table V
    MLEs of the model parameters and their standard errors in parentheses.
    +
    +
    +
    + +
    +Table VI
    Goodness-of-fit statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
    +
    +
    +
    + +
    +Table VII
    LR statistics for the fits to the turbochargers failure time data.
    +
    +
    +
    + +
    +
    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and W models for the turbochargers failure time data.
    +
    +
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    + +
    +
    Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and KwBXII models for the baseball players data.
    +
    +
    +

    Baseball players salaries

    +

    Some descriptive statistics for the baseball players data are provided in Table VIII. These data present positive values for the S and K coefficients, thus indicating right-skew data. We have a high amplitude, variance, and SD. We also note that the mean and median are not so close. This behavior is quite common in income data sets.

    +
    + +
    +Table VIII
    Descriptive statistics for baseball players data.
    +
    +
    +

    Table IX provides the MLEs and their standard errors for the seven models fitted to the baseball players data. We have significant estimates for all parameters of these models. Table X lists some goodness-of-fit measures for the fitted models. The WBXII distribution presents the lowest values for all statistics. These results indicate that the WBXII distribution yields a better fit than the other fitted models to the baseball players data. The results for the LR tests are given in Table XI. Clearly, we reject the PGW and W distributions in favor of the wider model. So, there is a strong evidence of the potential need for the extra shape parameters of the WBXII in the second application. Figure 5 displays the fitted WBXII, BBXII and KwBXII densities and the histogram for the baseball players data. They confirm that the WBXII model yields the best fit. Finally, we can conclude that the WBXII is an effective alternative to modeling lifetime (see the first data set) and income (see the second data set) data, especially when they present power-law tails. It is quite competitive to the classical Weibull distribution and other BXII generalizations.

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    + +
    +Table IX
    MLEs of the model parameters and corresponding standard errors in parentheses.
    +
    +
    +
    + +
    +Table X
    Goodness-of-fit statistics for the fitted models for baseball players data.
    +
    +
    +
    + +
    +Table XI
    Likelihood ratio statistics for the fits to the baseball players data.
    +
    +
    +

    CONCLUDING REMARKS

    +

    The five-parameter Weibull Burr XII distribution is introduced and studied in detail. The proposed model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Its hazard rate function can be increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub-shaped. It is also very flexible in terms of the density function, which has several forms including left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We emphasize that a shiny application is developed to provide interactive plots and illustrate the behavior of those functions for several parameter combinations. Some mathematical properties of the proposed model are presented, including the ordinary and incomplete moments, quantile and generating functions, mean deviations, stress-strength reliability, and order statistics. We estimate the model parameters using maximum likelihood, present the components of the score vector and the profile log-likelihood. We also derive a general result for the Weibull-G family, which presents a semi-closed form for the maximum likelihood estimator of the parameter \(\alpha\). We provide applications to real lifetime and income data sets. They illustrate the usefulness of the proposed distribution for modeling these kinds of data and also prove empirically that the WBXII distribution is quite competitive to other known Burr XII and Weibull generalizations.

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    Appendix A

    A.1. First data setTable A.ITurbochargers failure time data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    1.603.504.805.406.006.507.307.708.108.50
    2.003.905.005.606.106.707.307.808.308.70
    2.604.505.105.806.307.007.307.908.408.80
    3.004.605.306.006.507.107.708.008.409.00
    A.2. Second data setTable A.IIBaseball players salaries data.
    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    3071428684000006500000400000022750001050000530500518000511200
    34416666160000006750000400000051250001050000530000518000511000
    31000000180000006725000400000030000007081428530000517800511000
    29200000122500007333333400000027500001000000530000517700511000
    25714285116666676575000400000021750001000000530000517500510500
    25000000250000008666666400000021500001000000530000517500510500
    25000000113333338750000375000018000001000000529600517500510500
    24000000100000006500000390000021000001000000529000517500510500
    25833333143250006250000390000021000001000000529000517500510200
    25000000130000006500000390000020750001000000528700517300510200
    24400000115000006425000390000090833331000000528600517246510120
    24000000103571425543750380000036250001000000528200517000510000
    23777778100000005500000375000025000001000000528000517000510000
    25000000115000006250000375000020000001000000527600516700510000
    22500000110000006250000358333320000001000000527500516700510000
    23000000105000005487500370000020000001000000527500516650510000
    22000000100000006225000312500020000001000000527000516500510000
    24000000110000006200000330000020000001000000527000516500510000
    3000000010976096617000033333332000000987500527000516500510000
    2212500010936574875000040000002000000975000526400516100510000
    2214285718000000612500051250002000000975000526014516100510000
    1766666610700000612500035000002000000950000525500516100509700
    18000000106500001250000035000002000000925000525500516000509700
    20000000105500008285714350000020000002666666525500516000509675
    2300000014000000641666654000002000000900000525300515900509600
    2185714210400000600000029000002000000900000525270515900509500
    275000009333333600000034500002000000900000525000515800509500
    2200000012000000600000034000002000000897500525000515750509500
    187500005700000600000034000002000000895000525000515500509500
    2125000010000000775000033750001925000850000525000515400509500
    185555557000000640000051666661825000850000524900515000509500
    202857149650000575000033000001800000810000524525515000509500
    155000009625000573170433000001750000807500524500515000509500
    1700000010000000570000032750001725000800000524500515000509500
    20625000100000007150000100000001700000800000524500515000509500
    2250000011325000560000038571421697500800000524100515000509500
    1577500011600000560000032000001650000765000524100515000509500
    185714296500000550000031250001650000725000524000515000509300
    230000009150000525000031250001600000660000523900514875509200
    1950000025000000500000031500001600000652000523700514500509000
    172500009000000425000031250001600000650000523500514500508900
    115384615103900550000031000002100000650000523500514500508800
    180000008000000420000030250001550000625000523400514500508800
    2200000010000000600000050000001525000607000523000514400508750
    175000009000000535000039000001875000606000522900514400508600
    170000008500000531200035000001750000600000522700514250508600
    170000007500000530000030000001500000600000522500514200508500
    1800000011000000585714230000001500000587500522500514000508500
    190000008750000682500030000001500000575000522500514000508500
    216666668000000525000030000001500000575000522400513900508500
    114285718666666131250030000001500000574000522300513900508500
    171428574200380525000030000001500000570000522000513800508500
    170000008375000280000029750001500000570000521800513600508500
    160000009250000510000029500001500000566000521700513308508500
    142500006950000700000029250001500000563750521600513300508500
    2408333360000001033333329250001500000556000521300513000508500
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    160000007833333433333329000001490314550000521200513000508450
    1600000014285714500000028750001475000550000521100513000508200
    1580000012500000375000035000001475000548000521000512900508200
    1580000010000000500000028000001475000547500521000512500508000
    158000009166666500000028000001450000546500521000512500508000
    130000007000000500000028000001400000546250520700512500508000
    145000009000000500000028000001400000545000520500512500508000
    150000008000000500000028000001400000545000520500512500507500
    164000008000000480000047000001387500545000520500512500507500
    150000008000000480000030000001375000543400520300512500507500
    120000008000000475000027500001500000542604520200512500507500
    160000008000000770000027250001350000542500520200512500507500
    142500008000000550000027000001350000541000520000512500507500
    150000008000000500000026500003466666540300520000512500507500
    166666668571428450000026250001300000540000520000512500507500
    150000006000000450000026000001300000539500520000512500507500
    120000007562500440000026000001275000539000520000512500507500
    1400000014000000435000026000001275000539000520000512500507500
    1400000011416666432500026000001255000539000520000512500507500
    130000007000000430000038333335100000537500520000512500507500
    137500007666666575000020750001250000537500520000512500507500
    130000007333333425000025250001250000537500520000512500507500
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    120833336500000425000027500001250000536200519700512100507500
    110000006250000422500025000001250000535375519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519500512000507500
    130000007250000420000025000001250000535000519400512000507500
    125000007250000415000025000001225000535000519300511900507500
    137500006000000415000025000004600000535000519200511750507500
    136000007150000412500025000001200000535000519100511500507500
    85000008333333220000025000001185000534900519000511500507500
    160000006500000410000025000001162500533400518500511500507500
    132500007000000410000025000001150000532900518500511500507500
    120000007000000104166662500000975000532500518425511500507500
    125000007000000591848324250001100000532500518200511400507500
    168750007000000500000024000001065000532500518100511360507500
    125000009250000500000023750001050000532000518000511250507500
    133333336166666400000023500001050000532000518000511200507500
    507500507500507500507500507500507500507500
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      04 June 2021
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    • +Date of issue
      2021
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    History

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    • +Received
      19 Aug 2019
    • +
    • +Accepted
      8 Feb 2020
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    + + + An Acad Bras Cienc + aabc + + Anais da Academia Brasileira de Ciências + An. Acad. Bras. Ciênc. + + 0001-3765 + 1678-2690 + + Academia Brasileira de Ciências + + + + vR75PXVgmxtML8Fx6q6vTbR + S0001-37652021000500301 + 00301 + 10.1590/0001-3765202120190961 + + + MATHEMATICAL SCIENCES + + + + The Weibull Burr XII distribution in lifetime and income analysis + + + + 0000-0002-6476-8276 + + GUERRA + RENATA ROJAS + + 1 + + + 0000-0001-9605-1766 + + PEÑA-RAMÍREZ + FERNANDO A. + + 1 + + + 0000-0002-3052-6551 + + CORDEIRO + GAUSS M. + + 2 + + + + + Universidade Federal de Santa Maria + Departamento de Estatística + + Santa Maria + RS + + Brazil + Universidade Federal de Santa Maria, Departamento de Estatística, Cidade Universitária, Av. Roraima, 1000, 97105-900 Santa Maria, RS, Brazil + + + + Universidade Federal de Pernambuco + Departamento de Estatística + + Recife + PE + + Brazil + Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Estatística, Cidade Universitária, Av. Prof. Moraes Rego, 1235, 50740-540 Recife, PE, Brazil + + + Correspondence to: Renata Rojas Guerra E-mail: renata.rojas@gmail.com + +

    + AUTHOR CONTRIBUTIONS +

    +

    The participation of the authors in the production of the manuscript is as follows: Renata Rojas Guerra - conceptualization and characterization of the new distribution, mathematical properties and implementation of computational routines. Fernando A. Peña-Ramírez - application, simulation studies, writing the original draft, and computational routines. Gauss M. Cordeiro - review and general correction of the paper.

    +
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    + + 04 + 06 + 2021 + + + 2021 + + 93 + 3 + e20190961 + + + 19 + 08 + 2019 + + + 8 + 02 + 2020 + + + + + This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License + + + + Abstract +

    We study a five-parameter model called the Weibull Burr XII (WBXII) distribution, which extends several models, including new ones. This model is quite flexible in terms of the hazard function, which exhibits increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub shapes. Its density function allows different forms such as left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We aim to provide some general mathematical quantities for the proposed distribution, which can be useful to real data analysis. We develop a shiny application to provide interactive illustrations of the WBXII density and hazard functions. We estimate the model parameters using maximum likelihood and derive a profile log-likelihood for all members of the Weibull-G family. The survival analysis application reveals that the WBXII model is suitable to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product. The income application is related to player salaries within a professional sports league and it is peculiar because the mean of the player’s salaries is much higher than for most professions. Both applications illustrate that the new distribution provides much better fits than other models with the same and less number of parameters.

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    + + Key words + Bimodal distribution + Burr XII distribution + profile log-likelihood + Weibull-G family + +
    +
    + + + INTRODUCTION +

    For the Burr XII (BXII) distribution, also known as the Singh-Maddala distribution (Singh & Maddala 1975, 1976) with shape parameters d>0d>0 and c>0c>0 and scale parameter s>0s>0, the cumulative distribution function (cdf) is \begin{aligned} G(x;c,d,s)= 1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d},\qquad x>0.\end{aligned}G(x;c,d,s)=1[1+(xs)c]d,x>0. For d=1d=1 and s=m^{-1}s=m1, we have the log-logistic (LL) distribution and, for c=1c=1, it reduces to the Lomax distribution. The probability density function (pdf) corresponding to equation (1) is g(x;c,d,s)= c\,d\,s^{-c}\,x^{c-1}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d-1}.g(x;c,d,s)=cdscxc1[1+(xs)c]d1. This distribution is part of the Burr system of distributions (Burr 1942) and has extensive use in the context of income data. For recent examples, see Brzeziński 2013, Jäntti & Jenkins 2010, Tanak et al. 2015. Cirillo 2010 also applied this model for analyzing the size distribution of Italian firms by age. Chotikapanich et al. 2013 considered it for calculating poverty measures in countries from South and Southeast Asia. Kumar et al. 2013 adopted the BXII distribution on reliability context.

    +

    Bourguignon et al. 2014 pioneered a family of univariate distributions generated by extending the Weibull (W) model applied to the odds ratio G(x)/[1-G(x)]G(x)/[1G(x)]. For any baseline cdf G(x;\pmb{\xi})G(x;𝛏), which depends on a parameter vector \pmb{\xi}𝛏, they defined the Weibull-G family (for x \in \mathcal{D}\subseteq \mathbb{R}x𝒟) by the pdf and cdf f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \alpha\,\beta\, g(x;\pmb{\xi}) \frac{G(x;\pmb{\xi})^{\beta-1}}{1-G(x;\pmb{\xi})^{\beta+1}}\exp\left\{-\alpha\left[\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}\right]^{\beta}\right\}f(x;α,β,𝛏)=αβg(x;𝛏)G(x;𝛏)β11G(x;𝛏)β+1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β} and F(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \int_{0}^{\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}}\alpha\,\beta\,t^{\beta-1}\textrm{e}^{-\alpha \, t^{\beta}}\mathrm{d}t = 1 - \exp\left\{-\alpha\left[\frac{G(x;\pmb{\xi})}{1-G(x;\pmb{\xi})}\right]^{\beta}\right\},F(x;α,β,𝛏)=0G(x;𝛏)1G(x;𝛏)αβtβ1eαtβdt=1exp{α[G(x;𝛏)1G(x;𝛏)]β}, respectively. The Weibull-G family has the same parameters of the G distribution plus two shape parameters \alpha>0α>0 and \beta > 0β>0. According to Bourguignon et al. 2014, these additional parameters are sought as a manner to furnish more flexible distributions. If \beta=1β=1, it gives the exponential generator (Gupta et al. 1998). Cordeiro et al. 2015 and Tahir et al. 2016 introduced another two types of Weibull-G families.

    +

    Following the formulation by Bourguignon et al. 2014, we define the Weibull-Burr XII (WBXII) distribution and provide some of its mathematical quantities which were not addressed by Bourguignon et al. 2014. The new expressions can be helpful for those interested in applying this distribution to real life data.

    +

    In a similar approach, we can refer the reader to six other contributed works addressed to specific baselines of the Weibull-G family. These contributions are listed in Table I.

    + + + + Contributed works on the Weibull-G family. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    DistributionAuthor(s)
    Weibull exponential + Oguntunde et al. 2015 +
    Weibull Lomax + Tahir et al. 2015 +
    Weibull Rayleigh + Merovci & Elbatal 2015 +
    Weibull Pareto + Tahir et al. 2016 +
    Weibull Dagum + Tahir et al. 2016 +
    Weibull Fréchet + Afify et al. 2016 +
    Weibull Birnbaum-Saunders + Benkhelifa 2016 +
    Four-parameter Weibull Burr XII + Afify et al. 2018 +
    +
    +

    The WBXII distribution is obtained by inserting (1) and (2) in equations (3) and (4). Then, its pdf reduces to (for x>0x>0) f(x) = \frac{\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}}{\left[1+(x/s)^c\right]^{1-d}}\,\exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta-1},f(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]1dexp{α[(1+(x/s)c)d1]β}[(1+(x/s)c)d1]β1, where \alpha > 0α>0, \beta>0β>0, d > 0d>0 and c > 0c>0 are shape parameters and s > 0s>0 is a scale parameter. The corresponding cdf is F(x) = 1 - \exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}.F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}. Based on equation (6) we note that z(x)= [1+ (x/s)^c] ^dz(x)=[1+(x/s)c]d is the inverse of the BXII survival function, which is identifiable. Then, \alpha\, [z(x)- 1]^\betaα[z(x)1]β is identifiable and so the WBXII cdf.

    +

    Two interpretations of (6) are now presented. First, let TT be a BXII random variable with cdf (1) describing a real life phenomenon. If the random variable XX represents the odds, the risk that this stochastic mechanism following the lifetime TT will not occur at time xx is given by G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]. If we model the randomness XX of these odds by the Weibull density with scale parameter \alpha>0α>0 and shape parameter \beta>0β>0, the cdf of XX is given by (6). For the second interpretation, we take a WBXII random variable XX and a random variable TT with the Weibull density (for t >0t>0) defined above. We can write P(X \leq x) = F(x) = 1 - \exp\left\{-\alpha\,[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta}\right\}=P\left(T \leq G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]\right)P(Xx)=F(x)=1exp{α[(1+(x/s)c)d1]β}=P(TG(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)]). Since the function \kappa(x) = G(x;c,d,s)/[1- G(x;c,d,s)]κ(x)=G(x;c,d,s)/[1G(x;c,d,s)] is always monotonic and non–decreasing, we obtain T=\kappa(X)T=κ(X), where the equality of random variables refers to equivalence of distributions. So, if XX has the WBXII cdf (6), then T = \kappa(X)T=κ(X) has a Weibull cdf with the above parameters.

    +

    If XX is a random variable with density function (5), we write X\sim\text{WBXII}(c,d,s,\alpha,\beta)XWBXII(c,d,s,α,β). The hazard rate function (hrf) of XX reduces to h(x) = \alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\left[1+(x/s)^c\right]^{d-1}[(1+(x/s)^c)^d-1]^{\beta-1}.h(x)=αβcdscxc1[1+(x/s)c]d1[(1+(x/s)c)d1]β1.

    +

    The main contributions of this paper are described below:

    + + +

    In the estimation section, we demonstrate that all members of the Weibull-G family present a semi-closed form for the maximum likelihood estimator (MLE) of \alphaα. Thus, the MLEs for any member of the Weibull-G family can also be determined from the profile log-likelihood function, which is much simpler.

    +
    + +

    Bourguignon et al. 2014 obtained general mathematical expressions for the Weibull-G family based on an infinite linear combination of exponentiated-G (exp-G) densities. We derive a new linear representation for the WBXII pdf in a simpler form based directly on the BXII model itself. Besides, we provide some important mathematical and statistical properties of the proposed distribution. These results are especially helpful for applications to real lifetime data.

    +
    + +

    Equation (5) has different forms, including left-skewed, right-skewed, reversed-J, decreasing-increasing-decreasing and bimodal. Plots of the WBXII density function for selected parameter values are displayed in Figure 1. We develop a shiny application that allows the reader to access dynamic plots of the WBXII pdf and hrf1. From those plots, we note that the WBXII density presents bimodality, or the unusual decreasing-increasing-decreasing shape when \betaβ is very small, and the baseline shape parameters cc and dd are large.

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    + +

    The proposed distribution overcomes a limitation of its baseline, whose hazard function presents only monotonic and unimodal shapes. The WBXII hrf admits the four main characteristics: decreasing, increasing, upside-down bathtub, and bathtub shaped. These are desirable properties for a lifetime distribution. Figure 2 provides plots of the hrf of XX for selected parameter values.

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    + +

    Equation (5) extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. In fact, if we combine the Weibull and its two sub-models (exponential and Rayleigh) with seven special cases (Lomax, Fisk, log-logistic, Weibull, exponential and Rayleigh) of the Burr XII distribution including this distribution itself, the WBXII model can generate twenty descendants. Note that the first three models listed in Table 1 published in 2015 are just special cases of the new distribution. For \alpha=\beta=1α=β=1, the power generalized Weibull (PGW) (Dimitrakopoulou et al. 2007, Nikulin & Haghighi 2006) also arises as a special model.

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    + +

    A major advantage of fitting a wider model to real data is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether its sub-models (with fewer parameters) can be more properly to the data.

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    Equation (5) can be reduced to a four-parameter distribution by setting the scale parameter to one (Afify et al. 2018) and then it becomes a very competitive model to all well-known four-parameter lifetime distributions such as the beta Weibull, Kumaraswamy Weibull, Kumaraswamy gamma, beta Dagum, among several others.

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    Although the proposed model has five parameters, it can provide much better fits, based on Anderson-Darling and Kolmogorov-Smirnov statistics, than other models with the same and less number of parameters. This fact is proved empirically in applications to survival analysis and income distribution (see the application section). The survival analysis application illustrates the WBXII superiority to accommodate left-skewed tails, which are very common when the variable of interest is the time to failure of a product or component. The second data set is related to player salaries within a professional sports league. The salary distribution is typically heavy skewed to the right for several professions and also in the macro-economy. For the sports market, the salary distribution is no different from other occupations in terms of the shape. However, according to Rockerbie 2003, it is peculiar because their mean is much higher, and those markets are typically a natural monopoly. The WBXII model showed suitable to accommodate these feature as well.

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    + + + Plots of the WBXII density with s = 1. + + + + + + + + + Plots of the WBXII hrf with s = 1. + + + + + + +

    An implementation in R language (R Core Team 2018) used to obtain plots, application and simulation for the five-parameter Weibull Burr XII distribution is available in the footnote2.

    +

    +

    The remainder of the paper is organized as follows. Two useful expansions for the WBXII cdf and pdf are derived. We investigate some of its mathematical properties such as the quantile function (qf), ordinary and incomplete moments, mean deviations, and generating function. We determine the order statistics. The maximum likelihood method is used to estimate the model parameters . Two applications to real data sets are addressed in the application section. Finally, we offer some concluding remarks.

    +
    + + TWO USEFUL EXPANSIONS +

    Two useful expansions for equations (5) and (6) can be derived by using power series. It follows from Bourguignon et al. 2014 that the Weibull-G density function can be expressed as f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi}) = \sum\limits_{j,k=0}^{\infty}\rho_{j,k}\, g(x; \pmb{\xi})G(x; \pmb{\xi})^{(k+1)\beta + j - 1},f(x;α,β,𝛏)=j,k=0ρj,kg(x;𝛏)G(x;𝛏)(k+1)β+j1, where \rho_{j,k}= \frac{(-1)^k\, \beta\, \alpha^{k+1}\, \Gamma((k+1)\beta+j+1)}{k!\,j!\,\Gamma((k+1)\beta+1)},ρj,k=(1)kβαk+1Γ((k+1)β+j+1)k!j!Γ((k+1)β+1), and \Gamma(\cdot)Γ() is the gamma function. By replacing G(x; \pmb{\xi})G(x;𝛏) for (1) and g(x; \pmb{\xi})g(x;𝛏) for (2), we obtain f(x; \alpha,\beta,\pmb{\xi})=c\,d\,s^{-c}\, \sum\limits_{j,k=0}^{\infty}\rho_{j,k}\,x^{c-1}u^{-d-1}\left(1-u^{-d}\right)^{(k+1)\beta + j - 1},f(x;α,β,𝛏)=cdscj,k=0ρj,kxc1ud1(1ud)(k+1)β+j1, where u=1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}u=1+(xs)c. If |z|< 1|z|<1 and b>0b>0 is a real non-integer, the power series holds \begin{aligned} \displaystyle (1-z)^{b-1}=\sum_{r=0}^{\infty}\,\frac{(-1)^{r} \Gamma(b)}{r!\,\Gamma(b-r)}\,z^{r}.\end{aligned}(1z)b1=r=0(1)rΓ(b)r!Γ(br)zr. Using the above expansion for \big(1-u^{-d}\big)^{[(k+1)\beta + j - 1]-1}(1ud)[(k+1)β+j1]1 in equation (7) and, after some algebraic manipulation, we obtain f(x)= \sum_{r=0}^\infty w_{r}\,g(x;c,(r+1)d,s),f(x)=r=0wrg(x;c,(r+1)d,s), where (for r=0,1,\ldotsr=0,1,) w_{r}= \sum^\infty_{k,j=0}\frac{(-1)^{r}\,\rho_{j,k}\,\Gamma((k+1)\beta + j)}{\Gamma((k+1)\beta + j -r)(r+1)!}wr=k,j=0(1)rρj,kΓ((k+1)β+j)Γ((k+1)β+jr)(r+1)! and g(x;c,(r+1)d,s)g(x;c,(r+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter ss and shape parameters (r+1)d(r+1)d and cc. Equation (9) reveals that the WBXII density is an infinite linear combination of BXII densities. So, several structural properties of the WBXII distribution can be determined from those BXII properties. By integrating equation (9) gives F(x)=\sum_{r=0}^\infty w_{r}\, G(x;c,(r+1)d,s).F(x)=r=0wrG(x;c,(r+1)d,s). Equations (9) and (11) are the main results of this section.

    +
    + + MATHEMATICAL PROPERTIES +

    In this section, we obtain some mathematical quantities of the WBXII distribution including quantile and random number generation, ordinary and incomplete moments, moment generating function (mgf), mean deviations and Bonferroni and Lorenz curves. By determining analytical expressions for those quantities can be more efficient than computing them directly by numerical integration of the density function ((5)).

    + + Density and hazard shapes +

    The WBXII density and hazard functions are quite flexible as can be noted in Figures 1 and 2. They can take various forms depending on the shape parameters \alpha,\,\beta,\,c,α,β,c, and dd. In this section, we illustrate the exact behavior of these functions for some parameter sets by analyzing their limiting behavior and derivatives of their logarithms with respect to xx. In addition, we provide interactive plots that allow observing the behavior of these functions for several parameter combinations.

    +

    For the pdf (5), we note that \lim_{x \to 0}f(x)= \begin{cases} \infty &amp; \text{if $\beta,c < 1$},\\ \alpha d s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c= 1$},\\ 0 &amp; {\text{if $\beta,c > 1$},}\\ \end{cases}limx0f(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1, and \lim\limits_{x \to \infty}f(x)=0.limxf(x)=0.

    +

    Some calculations show that \begin{aligned} \frac{\mathrm{d}\! \log f(x)}{\mathrm{d} x}=&amp;\, \frac{1}{x} \left\{c-1+\frac{c\,(x/s)^c}{1+(x/s)^c}\left[d-1 +\frac{d\,(\beta-1)\,[1+(x/s)^c]^{d}}{[1+(x/s)^c]^{d}-1}\right.\right.\nonumber\\ &amp;\left.\left.-\frac{\alpha\,\beta\,d\,[1+(x/s)^c]^{d}}{\{[1+(x/s)^c]^{d}-1\}^{1-\beta}}\right]\right\}.\end{aligned}dlogf(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1αβd[1+(x/s)c]d{[1+(x/s)c]d1}1β]}. The critical points of the WBXII pdf are the roots of the above equation, and numerical software is required to solve it. Nevertheless, from (12), we can verify that the WBXII density is decreasing if \beta\leq1,\,c\leq1,β1,c1, and d \leq 1d1.

    +

    We can analyze the limiting behavior of the WBXII hrf for some parameter sets. We verify that \lim_{x \to 0}h(x)= \begin{cases} \infty &amp; \text{if $\beta,c < 1$},\\ \alpha d s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c= 1$},\\ 0 &amp; {\text{if $\beta,c > 1$},}\\ \end{cases}\quad % \end{equation*} \text{and}\quad % \begin{equation*} \lim_{x \to \infty}h(x)= \begin{cases} 0 &amp; \text{if $\beta,c,d < 1$},\\ \alpha s^{-1} &amp; \text{if $\beta=c=d = 1$},\\ \infty &amp; {\text{if $\beta,c,d > 1$}.}\\ \end{cases}limx0h(x)={if β,c<1,αds1if β=c=1,0if β,c>1,andlimxh(x)={0if β,c,d<1,αs1if β=c=d=1,if β,c,d>1. The critical point of h(x)h(x) are obtained from \begin{aligned} \frac{\mathrm{d}\! \log h(x)}{\mathrm{d} x}= \frac{1}{x} \left\{c-1+\frac{c\,(x/s)^c}{1+(x/s)^c}\left[d-1 +\frac{d\,(\beta-1)\,[1+(x/s)^c]^{d}}{[1+(x/s)^c]^{d}-1}\right]\right\}=0. \end{aligned}dlogh(x)dx=1x{c1+c(x/s)c1+(x/s)c[d1+d(β1)[1+(x/s)c]d[1+(x/s)c]d1]}=0. From the last equation, we can note that: i) if \beta<1,\,c<1β<1,c<1 and d<1d<1, then \mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x < 0dlogh(x)/dx<0 and the hrf is decreasing; ii) if \beta=c=d = 1β=c=d=1, then \mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x = 0dlogh(x)/dx=0 and the hrf is constant in \alpha/sα/s; and iii) if \beta>1,\,c>1β>1,c>1 and d>1d>1, then \mathrm{d}\!\log h(x)/\mathrm{d}x > 0dlogh(x)/dx>0 and the hrf is increasing; iv) the parameter \alphaα does not affect the hrf shapes; and v) numerical softwares are required to obtain the root of this equation.

    +
    + + Quantile function and random number generation +

    The qf of XX follows by inverting (6) as Q(u)=s\left\{\left[\left(\frac{-\log(1-u)}{\alpha}\right)^{1/\beta}+1\right]^{1/d}-1\right\}^{1/c}.Q(u)=s{[(log(1u)α)1/β+1]1/d1}1/c. By setting u = 0.5u=0.5 in (13) gives the median MM of XX. Different quantiles of interest can also be obtained from (13) by replacing appropriate values for uu.

    +

    If UU is a uniform variate on the unit interval (0,1)(0,1), then the random variable X=Q(U)X=Q(U) has pdf given by (5). Thus, the qf can be useful to generate observations from the WBXII distribution using the inverse transformation (see Section SIMULATION STUDY for an example). Another motivation to introduce this quantity is its applicability to obtain alternative expressions for the skewness and kurtosis. The Bowley’s skewness (Kenney & Keeping 1962) based on quartiles is B=\frac{Q(3/4)-2Q(1/2)+Q(1/4)}{Q(3/4)-Q(1/4)}.B=Q(3/4)2Q(1/2)+Q(1/4)Q(3/4)Q(1/4). The Moors’ kurtosis (Moors 1988) based on octiles is K_M=\frac{Q(7/8)-Q(5/8)-Q(3/8)+Q(1/8)}{Q(6/8)-Q(2/8)}.KM=Q(7/8)Q(5/8)Q(3/8)+Q(1/8)Q(6/8)Q(2/8). These measures are less sensitive to outliers and may exist even for distributions without moments. These quantile-based measures can be obtained for the WBXII model from (13). See the next section for illustrative examples.

    +
    + + Moments +

    The nnth ordinary moment of XX can be determined from (9) as \begin{aligned} \mu^{\prime}_n=E(X^n)=\sum_{r=0}^\infty w_{r} \int_0^\infty x^n\,g(x;d,(r+1)d,s) dx.\end{aligned}μn=E(Xn)=r=0wr0xng(x;d,(r+1)d,s)dx.

    +

    Using a result in Zimmer et al. 1998, we have (for n<c\,dn<cd) \begin{aligned} \mu^{\prime}_n=s^{n}\,d\sum_{r=0}^\infty (r+1)w_{r} \,B((r+1)d-n\,c^{-1},1+n\,c^{-1}),\end{aligned}μn=sndr=0(r+1)wrB((r+1)dnc1,1+nc1), where B(a,b)B(a,b) is the beta function. The central moments (\mu_sμs), cumulants (\kappa_sκs) and the skewness and kurtosis of XX can be evaluated from (14) using well-known relationships.

    +

    Table II provides a small numerical study by computing the first three moments and the BB and K_MKM coefficients for six scenarios, each one with a different parametrization for the WBXII distribution. Figure 3 displays plots of BB and K_MKM for some parameter values. In fact, they indicate that the proposed distribution is quite flexible in terms of variation of the moments, skewness and kurtosis. It can accommodate positive and negative values for both skewness and kurtosis coefficients.

    + + + + First three moments and <inline-formula><alternatives><tex-math>B</tex-math><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula><alternatives><tex-math>K_M</tex-math><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula> for some scenarios of the WBXII distribution. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Scen. + + + c + + c + + + + + + + d + + d + + + + + + + s + + s + + + + + + + \alpha + + α + + + + + + + \beta + + β + + + + + + + E(X) + + + E + + ( + X + ) + + + + + + + + + E(X^2) + + + E + + ( + + X + 2 + + ) + + + + + + + + + E(X^3) + + + E + + ( + + X + 3 + + ) + + + + + + + + + B + + B + + + + + + + K_M + + + K + M + + + + +
    10.10.42.53.01.53.3612135.99167272.58870.995043.3541
    21.53.00.22.00.50.03730.00310.00040.33090.8222
    31.05.05.02.02.30.51580.30620.2001-0.00090.0065
    41.05.03.02.00.50.18980.11800.11500.51391.3401
    50.40.21.83.04.03.0980160.84529497.25150.42461.2157
    60.81.20.20.95.00.13690.02010.0001-0.0283-0.0698
    +
    + + + Skewness and kurtosis of <italic>X</italic> for some parameter values. + + + + + + +
    + + Incomplete moments +

    The hhth incomplete moment of XX, say T_h(y)=\int_{0}^{y}\,x^{h}\,f(x)dxTh(y)=0yxhf(x)dx, can be expressed as T_h(y)= c\,d\,\sum_{r=0}^\infty\, (r+1)\,w_{r}\,\int_{0}^{y}x^{h-1}\,\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\,\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-(r+1)d-1}dx.Th(y)=cdr=0(r+1)wr0yxh1(xs)c[1+(xs)c](r+1)d1dx. By setting t=\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-1}t=[1+(xs)c]1 in the last equation, we obtain \begin{aligned} T_h(y)=d\,s^{h}\sum_{r=0}^\infty \,(r+1)\,w_{r}\,\int_{s^{c}/\left(s^{c}+y^{c}\right)}^{1}\,t^{(r+1)d-\frac{h}{c}-1}\,(1-t)^{\frac{h}{c}}dt.\end{aligned}Th(y)=dshr=0(r+1)wrsc/(sc+yc)1t(r+1)dhc1(1t)hcdt. Hence, the hhth incomplete moment of XX reduces to (for h < c\,dh<cd) \begin{aligned}T_h(y)=d\,s^{h}\sum_{r=0}^\infty\,(r+1)\,w_{r}\,\,B_{s^{c}/s^{c}+y^{c}}((r+1)d-h\,c^{-1},1+h\,c^{-1}),\end{aligned}Th(y)=dshr=0(r+1)wrBsc/sc+yc((r+1)dhc1,1+hc1), where B_{z}(a,b)=\int_z^1 t^{a-1}\,(1-t)^{b-1} dtBz(a,b)=z1ta1(1t)b1dt is the upper incomplete beta function.

    +

    An important application of the first incomplete moment refers to the mean deviations about the mean and the median, namely \delta_1=2\mu^{\prime}_1F(\mu^{\prime}_1)-2\,T_1(\mu^{\prime}_1) \qquad \text{and} \qquad \delta_2 = \mu^{\prime}_1-2\,T_1(M),δ1=2μ1F(μ1)2T1(μ1)andδ2=μ12T1(M), respectively, where F(\mu^{\prime}_1)F(μ1) is easily obtained from (6), \mu^{\prime}_1=E(X)μ1=E(X), the median MM of XX follows from (13) as M = Q(1/2)M=Q(1/2), and (for c\,d>1cd>1) T_1(y)T1(y) is the first incomplete moment given by (15) with h=1h=1. An alternative expression for T_1(\cdot)T1() comes from (9) as \begin{aligned} T_1(y)=c\, d\, s\,\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)w_r \int_{0}^{y}x^c\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-(r+1)d-1}\mathrm{d}x.\end{aligned}T1(y)=cdsr=0(r+1)wr0yxc[1+(xs)c](r+1)d1dx. Setting z=(x/s)^cz=(x/s)c, we obtain \begin{aligned} T_1(y)=d\,s\,\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)w_r \int_{0}^{\left(\frac{y}{s}\right)^c}z^{1/c}(1+z)^{-(r+1)d-1}\mathrm{d}z.\end{aligned}T1(y)=dsr=0(r+1)wr0(ys)cz1/c(1+z)(r+1)d1dz. Thus, \begin{aligned} T_1(y)=\frac{c\,d\,s\,y^{c+1}}{1+c}\sum_{r=0}^{\infty}(r+1)\,w_r\,_{2}F_1\left[1+\frac{1}{c},\,\,(r+1)d+1;\,\,2+\frac{1}{c};\,\,-\left(\frac{y}{s}\right)^c\right], \end{aligned}T1(y)=cdsyc+11+cr=0(r+1)wr2F1[1+1c,(r+1)d+1;2+1c;(ys)c], where _{2}F_1(a,b;c;x)=\sum_{k=0}^{\infty}\frac{(a)_k (b)_k}{(c)_k}\frac{x^k}{k!}2F1(a,b;c;x)=k=0(a)k(b)k(c)kxkk! is the hypergeometric function and (a)_k=a (a+1) (a+k-1)(a)k=a(a+1)(a+k1) is the (rising) Pochhammer symbol if k>1k>1 and (a)_0=1(a)0=1.

    +

    The above results are related to the Bonferroni and Lorenz curves. These curves are important in economics for studying income and poverty but can be useful in demography, reliability, insurance, medicine, and several other fields. For a given probability \piπ, they are defined by B(\pi)=T_1(q)/ (\pi \mu^{\prime}_1)B(π)=T1(q)/(πμ1) and L(\pi) = T_1(q)/\mu^{\prime}_1,L(π)=T1(q)/μ1, respectively, where q = Q(\pi)q=Q(π) is given by (13). If \piπ is the proportion of units whose income is lower than or equal to qq, the values of L(\pi)L(π) yield fractions of the total income and B(\pi)B(π) refers to the relative income levels.

    +
    + + Generating function +

    The mgf of XX is defined by M(t)=E(\mathrm{e}^{tX})M(t)=E(etX). Let M_{d}(t)Md(t) be the mgf of the BXII(c,d,s)(c,d,s) distribution. We can write from (9) \begin{aligned} M(t)=\sum_{r=0}^\infty w_{r}\,M_{(r+1)d}(t),\end{aligned}M(t)=r=0wrM(r+1)d(t), where M_{(r+1)d}(t)M(r+1)d(t) is the BXII(s,(r+1)d,c)(s,(r+1)d,c) generating function and M_{d}(t)Md(t) is given by \begin{aligned} M_{d}(t)= cds^{-c}\int_{0}^\infty x^{c-1}\mathrm{e}^{tx}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-d-1}\mathrm{d}x.\end{aligned}Md(t)=cdsc0xc1etx[1+(xs)c]d1dx. Guerra et al. 2020 considered the following expansion in the above equation \begin{aligned} \left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^c\right]^{-d-1}=\sum_{j=0}^\infty {-d-1\choose j}\left[\left(\frac{x}{s}\right)^{cj}\boldsymbol{1}_{(0,s]}\left(x\right)+\left(\frac{x}{s}\right)^{-c(j+d+1)}\boldsymbol{1}_{(s,\infty)}\left(x\right)\right],\end{aligned}[1+(xs)c]d1=j=0(d1j)[(xs)cj1(0,s](x)+(xs)c(j+d+1)1(s,)(x)], where \boldsymbol{1}_{A}(x)1A(x) denotes the indicator function over a given set of real numbers AA, i.e., \boldsymbol{1}_{A}(x)=11A(x)=1 if x \in AxA and \boldsymbol{1}_{A}(x)=01A(x)=0 elsewhere. Combining (17) and (18), and after some algebra, Guerra et al. 2020 expressed the BXII mgf as an infinite sum of incomplete gamma functions given by (for t<0t<0) \begin{aligned} M_d(t)=&amp;\,c\,d\,\sum_{j=0}^\infty{-d-1\choose j}\left[ (-s t)^{-(j+1) c}\,\gamma\left((j+1)c,-s t\right)\right.\nonumber\\ &amp;+\left. (-st)^{(d+j) c}\,\Gamma\left(-(d+j)c,-st\right)%E_{1+c(d+j)}\left(-st\right) \right],\end{aligned}Md(t)=cdj=0(d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)(d+j)cΓ((d+j)c,st)], where \gamma(a,z)=\int^z_0 t^{a-1}\,\mathrm{e}^{-t} \mathrm{d}tγ(a,z)=0zta1etdt and \Gamma(a,z)=\int^\infty_z t^{a-1}\,\mathrm{e}^{-t} \mathrm{d}tΓ(a,z)=zta1etdt are the lower and upper incomplete gamma functions, respectively. Hence, for t<0t<0, the mgf of XX can be follows from (16) and (19) as a double summation \begin{aligned} M(t)&amp;=&amp;c\,d\sum_{i=0}^\infty (r+1)w_{r}\, \sum_{j=0}^\infty{-(r+1)d-1\choose j}\left[ (-st)^{-(j+1)c}\,\gamma\left((j+1)c,-st\right)\right.\nonumber\\ &amp;+&amp;\left.(-st)^{c[(b+r)d+j]}\,\Gamma\left(-c\left[(r+1)d+j\right],-st\right)%E_{1+c[(b+i)d+j]}\left(-st\right) \right]. \end{aligned}M(t)=cdi=0(r+1)wrj=0((r+1)d1j)[(st)(j+1)cγ((j+1)c,st)+(st)c[(b+r)d+j]Γ(c[(r+1)d+j],st)]. Equation (20) is the main result of this section.

    +
    + + Stress-strength reliability +

    Let X_1X1 be the life of a component with a random strength that is subjected to a random stress X_2X2. We can define stress-strength reliability as R= P (X_2 < X_1 )=\int_0^\infty f_1(x)\,F_2(x)\text{d}xR=P(X2<X1)=0f1(x)F2(x)dx, i.e., the component fails when the stress applied to it exceeds the strength (X_2 > X_1X2>X1); otherwise, the component will function well. This measure is very useful in reliability.

    +

    Let X_1X1 and X_2X2 have independent WBXII(c,d_1,s,\alpha_1,\beta_1)(c,d1,s,α1,β1) and WBXII(c,d_2,s,\alpha_2,\beta_2)(c,d2,s,α2,β2) distributions, respectively, with the same shape parameter cc and scale parameter ss. We can derive RR using the results in (9) and (11). Note that the pdf of X_1X1 and cdf of X_2X2 can be expressed as f_1(x)= \sum_{m=0}^\infty w_{m}\,g(x;c,(m+1)d_1,s)\,\,\,\,\text{and}\,\,\,\, F_2(x)= \sum_{n=0}^\infty w_{n}\,G(x;c,(n+1)d_2,s),f1(x)=m=0wmg(x;c,(m+1)d1,s)andF2(x)=n=0wnG(x;c,(n+1)d2,s), respectively, where w_mwm and w_nwn are given by (10). Thus, setting u=1+\left(\frac{x}{s}\right)^cu=1+(xs)c, we obtain \begin{aligned} R=\sum_{m,n=0}^\infty\frac{(n+1)d_2\, w_m\,w_n\,}{(m+1)d_1+(n+1)d_2}.\end{aligned}R=m,n=0(n+1)d2wmwn(m+1)d1+(n+1)d2.

    +
    +
    + + ORDER STATISTICS +

    Order statistics are important tools in many areas of statistical theory and practice. Let X_1,\cdots,X_nX1,,Xn be a random sample of the Weibull-G family and X_{i:n}Xi:n the iith order statistic. The density f_{i:n}(x)fi:n(x) of X_{i:n}Xi:n has the form \begin{aligned} f_{i:n}(x)= \frac{1}{B(i,n-i+1)}\sum\limits_{j=0}^{n-i}(-1)^{j}\,{n-i \choose j}f(x)\,F(x)^{i+j-1}.\end{aligned}fi:n(x)=1B(i,ni+1)j=0ni(1)j(nij)f(x)F(x)i+j1. Setting u=1+(x/s)^cu=1+(x/s)c and using the power series in (8), we can rewrite F(x)^{i+j-1}F(x)i+j1 as \begin{aligned} \left\{1-\exp\left[-\alpha\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right]\right\}^{i+j-1}=\sum_{k=0}^\infty \frac{(-1)^k\,(i+j-1)!}{k!\,(i+j-k-1)!}\exp\left\{-\alpha\,k\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right\}.\end{aligned}{1exp[α(1ud)βudβ]}i+j1=k=0(1)k(i+j1)!k!(i+jk1)!exp{αk(1ud)βudβ}. Inserting the above expansion in (21) and after some algebra, we obtain \begin{aligned} f_{i:n}(x)=&amp;\, \frac{\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\,\,u^{-d-1}}{B(i,n-i+1)}\frac{\left(1-u^{-d}\right)^{\beta-1}}{u^{-d(\beta+1)}}\sum_{k=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k}\,(i+j-1)!}{k!\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\exp\left\{-\alpha\,(1+k)\,\frac{\left(1-u^{-d}\right)^\beta}{u^{-d\beta}}\right\}.\nonumber\end{aligned}fi:n(x)=αβcdscxc1ud1B(i,ni+1)(1ud)β1ud(β+1)k=0j=0ni(nij)(1)j+k(i+j1)!k!(i+jk1)!×exp{α(1+k)(1ud)βudβ}. By expanding the exponential function in the last equation, rewriting (u^{-d})^\beta(ud)β as \left[1-(1-u^{-d})\right]^\beta[1(1ud)]β, considering the power series given by (for |z| < 1|z|<1 and b> 0b>0 real non-integer) \begin{aligned} (1-z)^{-b}=\sum_{j=0}^\infty\frac{\Gamma(b+j)}{j!\,\Gamma(b)}\end{aligned}(1z)b=j=0Γ(b+j)j!Γ(b) and inserting both expansions in equation (22), we obtain \begin{aligned} f_{i:n}(x)=&amp;\, \frac{\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\,\,u^{-d-1}}{B(i,n-i+1)}\sum_{k,\,l,\,m=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k+l}\,\alpha^{l+1}\,(1+k)^l\,(i+j-1)!\,}{k!\,l!\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\frac{\Gamma((l+1)\beta+1+m)}{m!\,\Gamma((l+1)\beta+1)}\left(1-u^{-d}\right)^{(l+1)\beta+m-1}.\nonumber\end{aligned}fi:n(x)=βcdscxc1ud1B(i,ni+1)k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+lαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)m!Γ((l+1)β+1)(1ud)(l+1)β+m1. Finally, expanding (1-u^{-d})^{(l+1)\beta+m-1}(1ud)(l+1)β+m1 in the previous expression as in (8) and after some algebra, we can write f_{i:n}(x)= \sum_{q=0}^\infty \upsilon_{q}\,g(x;c,(q+1)d,s),fi:n(x)=q=0υqg(x;c,(q+1)d,s), where (for q=0,1,\ldotsq=0,1,) \begin{aligned} \upsilon_{q}=&amp; \sum_{k,\,l,\,m=0}^\infty \sum\limits_{j=0}^{n-i}\,{n-i \choose j}\frac{(-1)^{j+k+l+q}\,\beta\,\alpha^{l+1}\,(1+k)^l\,(i+j-1)!}{k!\,l!\,m!\,(q+1)!\,B(i,n-i+1)\,(i+j-k-1)!}\\ &amp;\times\,\frac{\Gamma((l+1)\beta+1+m)\,\Gamma((l+1)\beta+m)}{\Gamma((l+1)\beta+1)\,\Gamma((l+1)\beta+m-q)}\end{aligned}υq=k,l,m=0j=0ni(nij)(1)j+k+l+qβαl+1(1+k)l(i+j1)!k!l!m!(q+1)!B(i,ni+1)(i+jk1)!×Γ((l+1)β+1+m)Γ((l+1)β+m)Γ((l+1)β+1)Γ((l+1)β+mq) and g(x;c,(q+1)d,s)g(x;c,(q+1)d,s) is the BXII density function with scale parameter ss and shape parameters (q+1)d(q+1)d and cc. Equation (23) is the main result of this section. Based on this linear representation, we can obtain some structural properties of X_{i:n}Xi:n using a similar procedure as that one applied for the WBXII mathematical properties.

    +
    + + MAXIMUM LIKELIHOOD ESTIMATION +

    The maximum likelihood method is an important technique employed to estimate model parameters in distributions. Bourguignon et al. 2014 determined the MLEs for the Weibull-G parameters from the total log-likelihood function. In this section, we demonstrate alternatively that the MLEs of theWeibull-G family can be determined based on the profile log-likelihood function. We also provide the MLEs for the WBXII distribution.

    + + The Weibull-G profile log-likelihood +

    Let x_1,\cdots,x_nx1,,xn be observed values from the Weibull-G family with parameter vector \bm{\Theta}= (\alpha, \beta, \pmb{\xi}^\top)^\top𝚯=(α,β,𝛏). As shown by Bourguignon et al. 2014, the total log-likelihood function for \bm{\Theta}𝚯 has the form \begin{aligned} \ell(\bm{\Theta}) =&amp; n\,\log(\alpha\,\beta)-\alpha\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta + \beta\sum\limits_{i=1}^{n}\log[H(x_i; \pmb{\xi})]\\ &amp;- \sum\limits_{i=1}^{n}\log[G(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[1-G(x_i; \pmb{\xi})],\nonumber\end{aligned}(𝚯)=nlog(αβ)αi=1nH(xi;𝛏)β+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)], where H(x;\pmb{\xi}) = G(x; \pmb{\xi})/\left[1-G(x; \pmb{\xi})\right]H(x;𝛏)=G(x;𝛏)/[1G(x;𝛏)]. Thus, the first component of the score vector U(\bm{\Theta}) = \left(U_{\alpha}, U_{\beta}, U_{\pmb{\xi}}^\top\right)^\topU(𝚯)=(Uα,Uβ,U𝛏) is \begin{aligned} U_{\alpha} &amp;= \frac{n}{\alpha} - \sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta.\end{aligned}Uα=nαi=1nH(xi;𝛏)β.

    +

    For fixed \betaβ and \pmb{\xi}𝛏, a semi-closed MLE for \alphaα follows from U_{\alpha}=0Uα=0 as \begin{aligned} \hat{\alpha}(\beta,\pmb{\xi}) &amp;= \frac{n}{\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta}.\end{aligned}α̂(β,𝛏)=ni=1nH(xi;𝛏)β. By replacing \alphaα by \hat{\alpha}α̂ in (24), we obtain the Weibull-G profile log-likelihood for \pmb{\Theta_p}= (\beta, \pmb{\xi})^\top𝚯𝐩=(β,𝛏) as \begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta_p}) = &amp;\,n\,\log(n\,\beta) + \beta\sum\limits_{i=1}^{n}\log[H(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[G(x_i; \pmb{\xi})] - \sum\limits_{i=1}^{n}\log[1-G(x_i; \pmb{\xi})]\\ &amp;-n\,\log\left[\sum\limits_{i=1}^{n}H(x_i; \pmb{\xi})^\beta\right] -n.\nonumber \end{aligned}(𝚯𝐩)=nlog(nβ)+βi=1nlog[H(xi;𝛏)]i=1nlog[G(xi;𝛏)]i=1nlog[1G(xi;𝛏)]nlog[i=1nH(xi;𝛏)β]n. Hence, the MLE \pmb{\widehat{\Theta}_p}𝚯̂𝐩 of the parameter vector \pmb{\Theta_p}𝚯𝐩 can be numerically found by maximizing (25) and the MLE of \alphaα is just \hat{\alpha}(\pmb{\widehat{\Theta}_p})α̂(𝚯̂𝐩). Note that the maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves one less parameter.

    +
    + + The WBXII MLEs +

    Let x_1,\cdots, x_nx1,,xn be a random sample of size nn from the WBXII(c,d,s,\alpha,\beta)(c,d,s,α,β) distribution. Let \pmb{\Theta} = (c,d,s,\alpha,\beta)^{T}𝚯=(c,d,s,α,β)T be the parameter vector. The \loglog-likelihood function for \pmb{\Theta}𝚯 follows as \begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\log (\alpha \, \beta \, c \, d \, s^{-1} ) + (c-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\sum_{i=1}^{n} \log u_i\\ &amp;-\alpha \, \sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^\beta +(\beta - 1)\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right),\nonumber\end{aligned}(𝚯)=nlog(αβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguiαi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1), where u_i=1+\left(\frac{x_i}{s}\right)^cui=1+(xis)c. The estimates of the model parameters can be obtained by maximizing (26).

    +

    Alternatively, we can be differentiating (26) and solving the resulting nonlinear likelihood equations. The components of the score vector \pmb{U(\Theta)}𝐔(𝚯) are \begin{aligned} \displaystyle U_c(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\,c^{-1}+ c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\,c^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{-1} \\ &amp;- \alpha \, \beta \, d\,(c\,s)^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\\ &amp;+d \,(\beta -1)\,(c\,s)^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) \log \left(u_i-1\right) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1},\\ \displaystyle U_d(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \log u_i \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;- \alpha \beta \sum_{i=1}^{n} u_i^d \log u_i \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1},\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta}) =&amp;\, -c \, n \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i -1) u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+\alpha \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1},\\ \displaystyle U_\alpha(\pmb{\Theta}) =&amp;\, n \, \alpha^{-1}-\sum_{i=1}^{n} \left( u_i^d-1\right)^\beta \end{aligned}Uc(Θ Θ )=nc 1+c 1 i=1nlog (ui 1)+(d 1)c 1 i=1n(ui 1)log (ui 1)ui 1 α β d(cs) 1 i=1n(ui 1)log (ui 1)uid 1(uid 1)β 1+d(β 1)(cs) 1 i=1n(ui 1)log (ui 1)uid 1(uid 1) 1,Ud(Θ Θ )=nd 1+ i=1nlog ui+(β 1) i=1nuidlog ui(uid 1) 1 α β i=1nuidlog ui(uid 1)β 1,Us(Θ Θ )= cns 1+c(d 1)s 1 i=1n(ui 1)ui 1 cd(β 1)s 1 i=1n(ui 1)uid 1(uid 1) 1+α β cds 1 i=1n(ui 1)uid 1(uid 1)β 1,Uα (Θ Θ )=nα 1 i=1n(uid 1)β and \begin{aligned} \displaystyle U_\beta(\pmb{\Theta}) &amp;= n \, \beta^{-1}+\sum_{i=1}^{n} \log \left( u_i^d-1\right)-\alpha\sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^{\beta } \log \left(u_i^d-1\right).\end{aligned}Uβ(𝚯)=nβ1+i=1nlog(uid1)αi=1n(uid1)βlog(uid1). Setting these expressions to zero, \pmb{U(\Theta)}={\bf 0}, and solving them simultaneously yields the MLEs of the five parameters. These equations cannot be solved analytically, but some statistical softwares can be used to solve them numerically using iterative methods such as the Newton-Raphson type algorithms.

    +

    For fixed c, d, sc,d,s and \betaβ, the MLE of \alphaα is \hat{\alpha}(c,d,s,\beta)=\frac{n}{\sum_{i=1}^n (u_i^{d}-1)^\beta}.α̂(c,d,s,β)=ni=1n(uid1)β. By fixing x_1,\cdots,x_nx1,,xn, it is easy to verify from (27) that

    + + +

    \hat \alpha \to 1α̂1 when \beta \to 0^+β0+;

    +
    + +

    \hat \alpha \to \inftyα̂ when s \to \inftys;

    +
    + +

    \hat \alpha \to 0^+α̂0+ when s \to 0^+s0+;

    +
    + +

    \hat \alpha \to 0^+α̂0+ when d \to \inftyd;

    +
    + +

    \hat \alpha \to \inftyα̂ when d \to 0^+d0+.

    +
    +
    +

    By replacing \alphaα by (27) in equation (26) and letting \pmb{\Theta_p} = (c,d,s,\beta)𝚯𝐩=(c,d,s,β), the profile log-likelihood function for \pmb{\Theta_p}𝚯𝐩 has the form \begin{aligned} \ell(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\log (n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} ) + (c-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)\sum_{i=1}^{n} \log u_i\\ &amp;- n \log \, \sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^\beta +(\beta - 1)\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right) - n.\nonumber\end{aligned}(𝚯𝐩)=nlog(nβcds1)+(c1)c1i=1nlog(ui1)+(d1)i=1nloguinlogi=1n(uid1)β+(β1)i=1nlog(uid1)n.

    +

    The components of the score vector \pmb{U(\Theta_p)}𝐔(𝚯𝐩) of (28) are \begin{aligned} \displaystyle U_c(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,c^{-1}+ c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \log (u_i-1) +(d-1)c^{-1}\sum_{i=1}^{n} \left(u_i-1\right)\log(u_i-1) u_i^{-1} \\ &amp;- n \, \beta \, d\,c^{-1}\left[ \sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta \right] ^{-1}\,\sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \log \left(u_i-1\right)\\ &amp;+d \,(\beta -1)\,c^{-1}\sum_{i=1}^{n} (u_i-1) u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\log \left(u_i-1\right),\\\end{aligned}Uc(𝚯𝐩)=nc1+c1i=1nlog(ui1)+(d1)c1i=1n(ui1)log(ui1)ui1nβdc1[i=1n(uid1)β]1i=1n(ui1)uid1(uid1)β1log(ui1)+d(β1)c1i=1n(ui1)uid1(uid1)1log(ui1), \begin{aligned} \displaystyle U_d(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n\,d^{-1}+ \sum_{i=1}^{n}\log u_i +(\beta -1)\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{-1} \log u_i\\ &amp;- n \beta \left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} u_i^d \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1}\log u_i,\\ \displaystyle U_s(\pmb{\Theta_p}) &amp;= - n \,c \, s^{-1} + c(d-1)s^{-1} \sum_{i=1}^{n} (u_i-1)u_i^{-1} \\ &amp;- c \, d \, (\beta -1)\, s^{-1} \sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\, u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{-1}\\ &amp;+n \, \beta \, c \, d \, s^{-1} \left[ {\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n}(u_i-1)\,u_i^{d-1} \left(u_i^d-1\right)^{\beta -1} \end{aligned} and \begin{aligned} \displaystyle U_\beta(\pmb{\Theta_p}) &amp;= n \, \beta^{-1}+\sum_{i=1}^{n} \log \left(u_i^d-1\right)-n\left[{\sum_{i=1}^n \left(u_i^d-1\right)^\beta}\right]^{-1}\sum_{i=1}^{n} \left(u_i^d-1\right)^{\beta } \log \left(u_i^d-1\right).\end{aligned}Uβ(𝚯𝐩)=nβ1+i=1nlog(uid1)n[i=1n(uid1)β]1i=1n(uid1)βlog(uid1). Solving the equations \pmb{U(\Theta_p)}={\bf 0} simultaneously yields the MLEs of cc, dd, ss and \betaβ. The MLE of \alphaα is just \hat{\alpha}(\hat{c},\hat{d},\hat{s},\hat{\beta})α̂(ĉ,d̂,ŝ,β̂). The maximization of the profile log-likelihood might be simpler since it involves only four parameters.

    +

    For interval estimation of the model parameters, we require the observed information matrix \pmb{J(\Theta)}𝐉(𝚯), whose elements can be obtained from the authors upon request. Under standard regularity conditions, the approximate confidence intervals for the model parameters can be constructed based on the multivariate normal N_{5}(0, \pmb{J(\widehat{\Theta})}^{-1})N5(0,𝐉(𝚯̂)1) distribution.

    +

    A major advantage of fitting the proposed distribution to a real data set is that we can easily verify, based on the likelihood ratio (LR) statistics, whether any of its sub-models (with fewer parameters) can be preferred to these data.

    +

    The maximized (unrestricted and restricted) log-likelihoods are useful to compute LR statistics to verify if WBXII sub-models (with fewer parameters) can be preferred for fitting a given data set. This is a major advantage since the WBXII model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Let \pmb{\Theta_{0}}𝚯0 be the restricted parameter vector for a given WBXII sub-model. Thus, hypothesis tests of the type H_{0}:\pmb{\Theta}=\pmb{\Theta}_{0}H0:𝚯=𝚯0 versus H:\pmb{\Theta} \neq \pmb{\Theta}_{0}H:𝚯𝚯0 can be performed using LR statistics. For example, the LR statistic for testing H_{0}:\alpha=\beta=1H0:α=β=1 (versus H:H_{0}\,\,\text{is not true}H:H0is not true), thus comparing the WBXII and PGW distributions, is w=2\{l(\widehat{c},\widehat{d},\widehat{s},\widehat{\alpha},\widehat{\beta}) -l(\widetilde{c},\widetilde{d},\widetilde{s},1,1)\}\overset{d}{\to} \chi^2_2,w=2{l(ĉ,d̂,ŝ,α̂,β̂)l(c̃,d̃,s̃,1,1)}dχ22, where \widehat{s}ŝ, \widehat{d}d̂, \widehat{c}ĉ, \widehat{\alpha}α̂, and \widehat{\beta}β̂ are the MLEs under HH, \widetilde{c}c̃, \widetilde{d},d̃, and \widetilde{s}s̃ are the estimates under H_{0}H0 and \pmb{\Theta_{0}}=(c,d,s,1,1)^\top𝚯0=(c,d,s,1,1).

    +
    +
    + + SIMULATION STUDY +

    In this section, we evaluate the performance of the MLEs of the parameters of the WBXII distribution. We conduct Monte Carlo simulations based on 10,000 replications under five different parameter combinations and sample size n=n=100, 250 and 500. The simulation study is performed using the optim subroutine and SANN algorithm in R software for maximizing the log-likelihood in (26). Table III reports the empirical mean estimates and corresponding root mean squared errors (RMSEs). For all parameter combinations, we note that the empirical biases and RMSEs decrease when the sample size increases in agreement with the first-order asymptotic theory.

    + + + + Mean estimates and RMSEs of the WBXII distribution. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    + + MeanRMSE
    + + + \pmb{\Theta} + + + 𝚯 + + + + + + + + n + + n + + + + + + + \hat{c} + + + c + ̂ + + + + + + + + \hat{d} + + + d + ̂ + + + + + + + + \hat{s} + + + s + ̂ + + + + + + + + \hat{\alpha} + + + α + ̂ + + + + + + + + \hat{\beta} + + + β + ̂ + + + + + + + + \hat{c} + + + c + ̂ + + + + + + + + \hat{d} + + + d + ̂ + + + + + + + + \hat{s} + + + s + ̂ + + + + + + + + \hat{\alpha} + + + α + ̂ + + + + + + + + \hat{\beta} + + + β + ̂ + + + + +
    (0.1, 0.4, 2.5,3,1.5)1000.2160.5862.7632.3791.3760.2850.4801.6351.6310.830
    2500.1360.4662.5692.6661.4720.1380.1931.0721.1500.547
    5000.1090.4302.5262.8321.5110.0580.1100.7610.8240.366
    (1.5,3,0.2,2,5)1001.4094.7000.9072.5570.8350.9282.8921.4521.8800.799
    2501.5373.3380.2312.1215.1210.3621.1360.1221.0391.059
    5001.5253.2090.2172.0675.0730.2920.9090.0840.8620.848
    (1,5,5,2,2.3)1002.1175.9683.7563.4681.8232.0113.3942.9053.2251.297
    2501.6085.4724.1373.0662.0221.2882.5972.4502.5391.042
    5001.3625.2754.3802.7552.1220.9002.0312.0722.0300.860
    (1,5,3,2,0.5)1001.4305.9253.2032.1840.5901.0292.8222.3361.3270.583
    2501.2885.5753.1252.0800.5460.7592.2061.9180.9160.447
    5001.1835.3183.0892.0370.5170.5611.7701.6220.7140.314
    (0.4,0.2,1.8,3,4)1000.6740.1992.1982.8334.0970.5810.1251.3331.4880.803
    2500.5430.1981.9532.8604.0930.3790.0980.9991.1440.584
    5000.4750.1971.8872.9134.0620.2470.0670.8350.9260.428
    +
    +
    + + APPLICATIONS +

    In this section, we illustrate the usefulness of the WBXII distribution for modeling income and lifetime data. The first data set represents the times to failure (10^3103 h) of 40 suits of turbochargers in one type of diesel engine (Xu et al. 2003). These data were previously considered by Benkhelifa 2016. The second data set consists in annual salaries of 862 professional baseball players of the Major League Baseball for the season 2016. The data are measured in American dollars and are available for download at https://www.usatoday.com/sports/mlb/salaries/2016/player/all/. Both data sets are available in the appendix.

    +

    We use these two data sets to compare the fits of the WBXII distribution with other six related models, i.e., the beta Burr XII (BBXII), Kumaraswamy Burr XII (KwBXII), BXII, LL, PGW, and W distributions. The seven competitive models are defined as follows. The BBXII pdf is f(x)=\frac{cd (x)^{c-1}}{s^{c}B(\alpha,\beta)}\Big\{1-\big[1+(x/s)^{c}\big]^{-d}\Big\} ^{\alpha-1}\big[1+(x/s)^{c}\big]^{-(d\beta+1)},\qquad x>0,f(x)=cd(x)c1scB(α,β){1[1+(x/s)c]d}α1[1+(x/s)c](dβ+1),x>0, where \alpha>0α>0 and \beta>0β>0 are shape parameters; the KwBXII density is \begin{aligned} f(x)&amp;=&amp;\alpha\,\beta\,c\,d\,s^{-c}x^{c-1}\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d-1} \left\{1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d}\right\}^{\alpha-1}\,\times\nonumber\\ &amp;&amp;\left[1-\left\{1-\left[1+\left(\frac{x}{s}\right)^{c}\right]^{-d}\right\}^{\alpha}\right]^{\beta-1},\,\,\,x>0,\end{aligned}f(x)=αβcdscxc1[1+(xs)c]d1{1[1+(xs)c]d}α1×[1{1[1+(xs)c]d}α]β1,x>0, where \alpha>0α>0 and \beta>0β>0 are shape parameters; the BXII density is given by equation (2); the LL is defined by taking s=m^{-1}s=m1 and d=1d=1 in (2); and the PGW and W distributions are sub-models of (5) by taking \alpha=\beta=1α=β=1 and \alpha=\beta=d=1α=β=d=1, respectively.

    +

    In each case, the parameters are estimated by maximum likelihood using the AdequacyModel script in the R software (Marinho et al. 2016). We report the MLEs and their corresponding standard errors. We present the following goodness-of-fit statistics: the Akaike information criteria (AIC), consistent Akaike information criteria (CAIC), Hannan-Quinn information criteria (HQIC), corrected Anderson-Darling statistic (A^*A*) (Chen & Balakrishnan 1995) and Kolmogorov-Smirnov (KS) statistic. The lower values of these statistics are associated with better fits. We also compute the LR statistics for testing WBXII sub-models.

    + + Turbochargers failure time +

    Table IV provides some descriptive statistics of the turbochargers failure time data. Note that these data present negative skewness (S) and kurtosis (K) and have an amplitude of 7.4. We also have close values for the mean and median. This descriptive summary indicates that the turbochargers data follow a power-law distribution with a left-skewed tail.

    + + + + Descriptive statistics for turbochargers data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    MeanMedianSDVarianceSKMin.Max.
    6.256.501.963.82-0.66-0.361.609.00
    +
    +

    Table V lists the MLEs for the fitted models to these data and their corresponding standard errors. For all fitted models, the parameter estimates are significant. Table VI gives the goodness-of-fit statistics. The WBXII distribution has the lowest values for all statistics. Note that the WBXII is quite competitive with the W distribution. However, the W model may not be an effective alternative for modeling left-skewed data. Table VII provides the LR statistics for the PGW and W fitted models. By considering a significance level of 10%, we may reject both sub-models in favor of the WBXII distribution. It is another clear evidence of the WBXII superiority for modeling these data. Figure 4 displays the histogram and the estimated densities with lower values for goodness-of-fit statistics. We note that the WBXII yields a good adjustment to the current data. In fact, the wider model is more accurate than the W distribution for modeling the right tail and is quite competitive with the BBXII distribution. Thus, we can conclude from Figure 4 and Tables VI and VII that the WBXII model provides the best fit to the turbocharges failure time data.

    + + + + MLEs of the model parameters and their standard errors in parentheses. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    + + + + c + + c + + + + + + + d + + d + + + + + + + s + + s + + + + + + + \alpha + + α + + + + + + + \beta + + β + + + +
    WBXII13.49567.54048.89311.11280.2216
    (2.7613)(3.6805)(0.7060)(0.3671)(0.0576)
    BBXII15.489311.131611.27020.16664.5249
    (0.0395)(0.1854)(0.1994)(0.0282)(2.0589)
    KwBXII15.17586.23229.29660.15590.7550
    (0.1931)(0.9355)(0.3827)(0.0398)(0.2306)
    BXII3.82903.96209.6190 + +
    (0.5506)(1.8934)(1.5960) + +
    PGW3.58301.33007.7010 + +
    (0.5466)(0.6152)(1.4125) + +
    W3.8740 + 6.9230 + +
    (0.5177) + (0.2948) + +
    + + + c + + c + + + + + + + m + + m + + + + + + +
    LL4.84806.2230 + + +
    (0.6544)(0.3476) + + +
    +
    + + + + Goodness-of-fit statistics for the fits to the turbochargers failure time data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    + AICCAICHQIC + + + A^* + + + A + * + + + + + KS
    WBXII + 165.8103 + + 167.5750 + + 168.8635 + + 0.1186 + + 0.0532 +
    BBXII166.9631168.7278170.01630.12400.0744
    KwBXII167.0753168.8400170.12860.12410.0579
    BXII174.8080175.4746176.63990.84750.1029
    PGW169.6197170.2864171.45160.49620.1066
    W168.9511169.2754170.17240.57300.1072
    LL181.4134181.7377182.63471.40720.1432
    +
    + + + + LR statistics for the fits to the turbochargers failure time data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Models + + + \pmb{\Theta_0} + + + + 𝚯 + 0 + + + + + + Statistic ww p-value
    WBXII vs PGW + + + (c,d,s,1,1)^\top + + + + ( + c + , + d + , + s + , + 1 + , + 1 + ) + + + + + + + 7.808890.02015
    WBXII vs W + + + (c,1,s,1,1)^\top + + + + ( + c + , + 1 + , + s + , + 1 + , + 1 + ) + + + + + + + 9.141380.05013
    +
    + + + Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and W models for the turbochargers failure time data. + + + + + + + + + Histogram and estimated densities of the WBXII, BBXII and KwBXII models for the baseball players data. + + + + + + +
    + + Baseball players salaries +

    Some descriptive statistics for the baseball players data are provided in Table VIII. These data present positive values for the S and K coefficients, thus indicating right-skew data. We have a high amplitude, variance, and SD. We also note that the mean and median are not so close. This behavior is quite common in income data sets.

    + + + + Descriptive statistics for baseball players data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    MeanMedianSDVarianceSKMin.Max.
    4,529,859.69 + + + 1.5\times 10^6 + + + 1.5 + × + + 10 + 6 + + + + + + 6,070,096 + + + 3.7\times 10^{13} + + + 3.7 + × + + 10 + 13 + + + + + + 1.983.74507,50034,416,666
    +
    +

    Table IX provides the MLEs and their standard errors for the seven models fitted to the baseball players data. We have significant estimates for all parameters of these models. Table X lists some goodness-of-fit measures for the fitted models. The WBXII distribution presents the lowest values for all statistics. These results indicate that the WBXII distribution yields a better fit than the other fitted models to the baseball players data. The results for the LR tests are given in Table XI. Clearly, we reject the PGW and W distributions in favor of the wider model. So, there is a strong evidence of the potential need for the extra shape parameters of the WBXII in the second application. Figure 5 displays the fitted WBXII, BBXII and KwBXII densities and the histogram for the baseball players data. They confirm that the WBXII model yields the best fit. Finally, we can conclude that the WBXII is an effective alternative to modeling lifetime (see the first data set) and income (see the second data set) data, especially when they present power-law tails. It is quite competitive to the classical Weibull distribution and other BXII generalizations.

    + + + + MLEs of the model parameters and corresponding standard errors in parentheses. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    + + + + c + + c + + + + + + + d + + d + + + + + + + s + + s + + + + + + + \alpha + + α + + + + + + + \beta + + β + + + +
    WBXII0.55270.07961.87162.41417.4298
    (0.0686)(0.0115)(0.8292)( 1.0993)(0.3079)
    BBXII1.81340.04875.772312.30946.2716
    (0.1742)(0.0046)(0.7939)(0.6308)(0.5546)
    KwBXII3.923900.032512.591169.165454.0435
    (0.2031)(0.0016)(0.4065)(0.5123)(0.2463)
    BXII6.84590.01022.6500 + +
    (0.6858)(0.0010)(0.3534) + +
    PGW1.61230.040010.1363 + +
    (0.1926)(0.0047)(1.2913) + +
    W0.0646 + 9.9377 + +
    (0.0015) + (1.2611) + +
    + + + c + + c + + + + + + + m + + m + + + + + + +
    LL0.128914.2324 + + +
    (0.0036)(1.7615) + + +
    +
    + + + + Goodness-of-fit statistics for the fitted models for baseball players data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    + AICCAICHQIC + + + A^* + + + A + * + + + + + KS
    WBXII + 28023.5004 + + 28023.5705 + + 28032.6096 + + 44.3602 + + 0.2168 +
    BBXII28977.324628977.394728986.433845.98510.3812
    KwBXII29077.149529077.219629086.258645.79280.3858
    BXII31195.198931195.226831200.664345.86190.5745
    PGW30421.984530422.012530427.450045.27870.6359
    W32146.530732146.544732150.174444.92910.8667
    LL31825.490131825.504031829.133745.43250.7943
    +
    + + + + Likelihood ratio statistics for the fits to the baseball players data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
    Models + + + \pmb{\Theta_0} + + + + 𝚯 + 0 + + + + + + Statistic ww p-value
    WBXII vs PGW + + + (c,d,s,1,1)^\top + + + + ( + c + , + d + , + s + , + 1 + , + 1 + ) + + + + + + + 2402 + + + <0.0001 + + + < + 0.0001 + + + + +
    WBXII vs W + + + (c,1,s,1,1)^\top + + + + ( + c + , + 1 + , + s + , + 1 + , + 1 + ) + + + + + + + 4129 + + + <0.0001 + + + < + 0.0001 + + + + +
    +
    +
    +
    + + CONCLUDING REMARKS +

    The five-parameter Weibull Burr XII distribution is introduced and studied in detail. The proposed model extends at least twenty lifetime distributions, including new ones. Its hazard rate function can be increasing, decreasing, upside-down bathtub, and bathtub-shaped. It is also very flexible in terms of the density function, which has several forms including left-skewed, right-skewed, reversed-J, and bimodal. We emphasize that a shiny application is developed to provide interactive plots and illustrate the behavior of those functions for several parameter combinations. Some mathematical properties of the proposed model are presented, including the ordinary and incomplete moments, quantile and generating functions, mean deviations, stress-strength reliability, and order statistics. We estimate the model parameters using maximum likelihood, present the components of the score vector and the profile log-likelihood. We also derive a general result for the Weibull-G family, which presents a semi-closed form for the maximum likelihood estimator of the parameter \alphaα. We provide applications to real lifetime and income data sets. They illustrate the usefulness of the proposed distribution for modeling these kinds of data and also prove empirically that the WBXII distribution is quite competitive to other known Burr XII and Weibull generalizations.

    +
    + + + + +

    https://newdists.shinyapps.io/WBXIIdist/.

    +
    + +

    + https://drive.google.com/open?id=1an1YbEeX1XHEbSvwIo8jbEAwkLxFJSxP. +

    +
    +
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    1.603.504.805.406.006.507.307.708.108.50
    2.003.905.005.606.106.707.307.808.308.70
    2.604.505.105.806.307.007.307.908.408.80
    3.004.605.306.006.507.107.708.008.409.00
    +
    +
    + + A.2. Second data set + + + + Baseball players salaries data. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
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    +Structure, Characteristics and Corrosion Behaviour of Gold Nanocoating Thin Film for Biomedical Applications +

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    + Haitham M. Wadullah Mohammed Hadi Ali Tariq Khalid Abdulrazzaq About the authors +
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    Abstract

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    Nanocoatings thin films are layers deposited to improve required properties and corrosion resistance as a major objective for materials that are used for various biomedical applications such as biosensors. In this study, Gold (Au) thin films with 50 nm and 100 nm have been synthesized on Ni-Cr-Mo alloys by magnetron sputtering deposition technique. X-Ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), and Energy-dispersive X-Ray spectroscopy /Scanning Electron Microscopy (EDS/SEM ) have been used to distinguish the surfaces morphology. The results showed that there is no defects or micro-cracks with a uniform and homogenous film. It has spherical nanoparticles diameter morphology with 200-400 nm shaped to fine aggregation. The roughness average (Ra) decreased from 3.91 nm for 50 nm films to 3.70 nm for 100nm films with FCC crystal structure (111) for gold thin films. In vivo, after 50 nm and 100 nm nanocoated thin film by gold, a significant improvement in the localized corrosion resistance has been obtained in artificial saliva corrosive media at 37 °C compared with the uncoated surface.

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    Keywords:
    Corrosion resistance; sputtering deposition process; gold thin films; Ni-Cr-Mo biomaterial alloy

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    + - 1 +
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    + D=γβ2+ βstd2 cosθ + (1) +
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    +x=-b±b2-4ac2a +
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      07 Mar 2022
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      2022
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    History

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    • +Received
      10 Oct 2021
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    • +Reviewed
      11 Feb 2022
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    • +Accepted
      13 Feb 2022
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/mmlmath/f.en.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/mmlmath/f.en.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..a38326f06 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/mmlmath/f.en.3_0.html @@ -0,0 +1,227 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Structure, Characteristics and Corrosion Behaviour of Gold Nanocoating Thin Film for Biomedical Applications +

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    + + + +About the authors +
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    Abstract

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    Nanocoatings thin films are layers deposited to improve required properties and corrosion resistance as a major objective for materials that are used for various biomedical applications such as biosensors. In this study, Gold (Au) thin films with 50 nm and 100 nm have been synthesized on Ni-Cr-Mo alloys by magnetron sputtering deposition technique. X-Ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), and Energy-dispersive X-Ray spectroscopy /Scanning Electron Microscopy (EDS/SEM ) have been used to distinguish the surfaces morphology. The results showed that there is no defects or micro-cracks with a uniform and homogenous film. It has spherical nanoparticles diameter morphology with 200-400 nm shaped to fine aggregation. The roughness average (Ra) decreased from 3.91 nm for 50 nm films to 3.70 nm for 100nm films with FCC crystal structure (111) for gold thin films. In vivo, after 50 nm and 100 nm nanocoated thin film by gold, a significant improvement in the localized corrosion resistance has been obtained in artificial saliva corrosive media at 37 °C compared with the uncoated surface.

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    Keywords:
    Corrosion resistance; sputtering deposition process; gold thin films; Ni-Cr-Mo biomaterial alloy

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    + D=γβ2+ βstd2 cosθ + (1) +
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    +x=-b±b2-4ac2a +
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    History

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    +Visiting a hospitalized child in intensive care: experiences of siblings revealed through the dramatic therapeutic play +

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    + Glicinia Elaine Rosilho Pedroso Ana Paula Rigon Francischetti Garcia Luciana de Lione Melo About the authors +
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    Resumo

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    Objetivo:

    +

    compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

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    Método:

    +

    pesquisa qualitativa, modalidade fenomenológica, que utilizou o brinquedo terapêutico dramático para acessar às experiências dos irmãos. Foi realizada em Unidade de Terapia Intensiva Pediátrica do interior do estado de São Paulo, Brasil. Participaram das sessões de brinquedo terapêutico 11 irmãos menores de 10 anos, as quais foram analisadas à luz da Teoria do Amadurecimento.

    +

    Resultados:

    +

    os irmãos, tendo um lugar para brincar, dramatizaram situações, anteriormente, vividas, de seu cotidiano e da visita à criança hospitalizada. Ao viver, criativamente, revelaram que brincar é fazer a integração das experiências do “eu”, favorecendo o continuar a ser diante da situação vivida.

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    Conclusões e implicações para a prática:

    +

    o Brinquedo Terapêutico Dramático compreendido à luz de um referencial teórico possibilitou que o irmão significasse a visita como uma experiência de integração do “eu”, revelando emoções, desejos e preferências do cotidiano. Nesse sentido, o cuidado ao irmão da criança hospitalizada define-se pela oferta do brincar livre, para que ele demonstre o sentimento de continuar a ser em suas interações com o mundo, no qual o contexto hospitalar tornou parte da realidade.

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    Palavras-chave:
    Enfermagem Pediátrica; Irmãos; Jogos e Brinquedos; Unidades de Terapia Intensiva Pediátrica; Visitas a Pacientes

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    Resumen

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    Objeto:

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    Comprender por medio del juego terapéutico dramático el significado, para el hermano, de la visita al niño hospitalizado en Terapia Intensiva Pediátrica.

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    Método:

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    Investigación cualitativa, modalidad fenomenológica, que utilizó el juego terapéutico dramático para comprender la experiencia del hermano. Se realizó en Unidad de Terapia Intensiva Pediátrica del interior del Estado de São Paulo, Brasil. Participaron de las sesiones de juego terapéutico 11 hermanos con menos de 10 años, quienes fueron analizados a la luz de la Teoría de la Maduración.

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    Resultados:

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    Los hermanos, al tener un lugar para jugar, dramatizaron situaciones anteriormente vividas, de su cotidiano y de la visita al niño hospitalizado. Al vivir de forma creativa, revelaron que jugar es permitir la integración de las experiencias del “yo”, lo que favorece el concepto de seguir siendo, ante la situación vivida.

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    Conclusiones e implicaciones para la práctica:

    +

    El Juego Terapéutico Dramático comprendido a la luz de un referencial teórico hizo posible que el hermano entendiera la visita como una experiencia de integración del “yo”, revelando emociones, deseos y preferencias cotidianas. En este sentido, el cuidado del hermano del niño hospitalizado se define por la oferta de juego libre, para que pueda demostrar su sentimiento de seguir siendo en sus interacciones con el mundo, en el que el contexto hospitalario se ha convertido en parte de la realidad.

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    Palabras clave:
    Enfermería Pediátrica; Hermanos; Juego e Implementos de Juego; Unidades de Cuidado Intensivo Pediátrico; Visitas a Pacientes

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    Abstract

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    Objective:

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    to understand, by means of dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

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    Method:

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    a qualitative research, phenomenological modality, which used the dramatic therapeutic play to access the siblings' experiences. It was carried out in a Pediatric Intensive Care Unit in the countryside of the State of São Paulo, Brazil. Eleven siblings under ten years of age participated in the therapeutic play sessions, which were analyzed in the light of the Theory of Maturation.

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    Results:

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    the siblings, having a place to play, dramatized previously lived situations, from their daily life and from the visit to the hospitalized child. By living creatively, they revealed that playing is to integrate the experiences of the “I”, favoring the continuity of being in the face of the situation lived.

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    Conclusions and implications for practice:

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    the Dramatic Therapeutic Play understood in the light of a theoretical framework allowed the sibling to mean the visit as an experience of integration of the “I”, revealing emotions, desires and preferences of daily life. In this sense, the care for the brother of the hospitalized child is defined by the offer of free play, so that he demonstrates the feeling of continuing to be in his interactions with the world, in which the hospital context has become part of reality.

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    Keywords:
    Pediatric Nursing; Siblings; Play and Playthings; Intensive Care Units, Pediatric; Visitors to Patients

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    INTRODUCTION

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    Visits to intensive care units are usually restricted and at pre-established times, and it is unusual for children under 12 years of age to be admitted. This is a very controversial issue, although scientific advances in recent decades show its importance for patient recovery11 Jacob M, Horton C, Rance-Ashley S, Field T, Patterson R, Johnson C et al. Family members in an Intensive Care Unit with continuous visitation. Am J Crit Care. 2016;25(2):118-25. http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258. PMid:26932913.
    http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258... +
    ,22 Ministério da Saúde (BR). Atenção humanizada ao recém-nascido. Método Canguru: manual técnico. 2ª ed. Brasília: Ministério da Saúde; 2017..

    +

    The restrictions imposed on visitors are based on the risk of infection to patients and visitors, besides the possibility of emotional trauma due to the hostile and unknown environment. The lack of physical space and trained human resources are also justifications for preventing visitors in these units33 Rodriguez C, Mathew S. Time to change: from families as visitors to families as partners in care. Can J Crit Care Nurs [Internet]. 2016 [citado 2020 dez 23];27(2):42. Disponível em: https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266
    https://web.a.ebscohost.com/abstract?dir... +
    .

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    However, since the 1980s, these aspects have been refuted by scholars who defend the open visit and the presence of the family during the hospitalization of children, including with current legislation44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,55 Resolução nº 41, de 13 de outubro de 1995 (BR). Aprova em sua íntegra o texto oriundo da Sociedade Brasileira de Pediatria, relativo aos Direitos da Criança e do Adolescente hospitalizados. Diário Oficial da União, Brasília (DF), 17 out 1995: Seção 1: 163/9-16320..

    +

    Limiting or preventing visits in intensive care units can have a negative impact on the family, which is also affected by the disease situation and all the aspects arising from it, which can cause negative feelings, especially in the siblings of the sick child66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    .

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    Often, siblings are kept on the sidelines when a family member becomes ill in an attempt to spare them. Parents often withhold information and/or remove them from the care and support of the sick child44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    . However, this goes against preserving their emotional health, because this conduct does not prevent them from being affected by everything that happens around them77 Terp K, Sjöström-Strand A. Parents’ experiences and the effect on the family two years after their child was admitted to a PICU-An interview study. Intensive Crit Care Nurs. 2017;43:143-8. http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06.003. PMid:28663106.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06... +
    .

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    Research on sibling visits to hospitalized children from the perspective of the siblings themselves is scarce. However, a study that sought to reflect on the visit of children to adults hospitalized in an intensive care unit, revealed that the visit favors the child's mourning process, although health professionals do not always have strategies to support this practice88 Sousa R No, Tarabay CH, Lourenço MTC. Reflexões sobre a visita da criança durante a hospitalização de um ente querido na UTI adulto. Rev SBPH. [Internet]. 2017 [citado 2021 jun 15];20(1):5-16. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-08582017000100002&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    .

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    Listening to the siblings, answering their questions and doubts about the hospitalized child, bringing them closer to the situation lived through the visit, if this is their wish, is important, and may reduce the stress of family separation, rescuing the feeling of belonging, which may be weakened and relieving fantasies related to the illness, also favoring the construction of reality, because generally, the imagination about the condition of the sick child may not represent the fact44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    .

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    For this, the professional needs to have knowledge and be prepared to welcome the siblings. Among the resources available for communicating with them is the play, with emphasis on Therapeutic Play (TP). One of the TP modalities, the dramatic one, enables emotional discharge, because by playing, the child externalizes feelings and experiences, trying to understand them and also allowing the nurse to understand them99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40..

    +

    Considering that the TP is a care technology regulated in the professional practice of nursing staff99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.

    10 Maia EBS, Ohara CVS, Ribeiro CA. Ensino do brinquedo terapêutico na graduação em enfermagem: ações e estratégias didáticas utilizadas por professores. Texto Contexto Enferm. 2019;28:e20170364. http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-2017-0364.
    http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-... +
    -1111 Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
    http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploa... +
    and that the DTP is used in studies with children to reveal diverse experiences, such as hospitalization, illness, and maternal deprivation1212 Silva SGT, Santos MA, Floriano CMF, Damião EBC, Campos FV, Rossato LM. Influence of therapeutic play on the anxiety of hospitalized school-age children: clinical trial. Rev Bras Enferm. 2017;70(6):1244-9. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016-0353. PMid:29160486.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016... +

    13 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
    -1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
    , Among others, using it with siblings of hospitalized children to access their visiting experiences in the intensive care unit may bring relevant elements to broaden the discussions about visiting children in hospitals.

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    Thus, the objective of this study is to understand, through dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

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    METHOD

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    Qualitative, phenomenological research. Studies of this nature have as their essence to understand the lived experience and the meaning given to it by those who experience it, considering its singularity, without formulating hypotheses or inferences. We adopted the Situated Phenomenon Structure Analysis as a methodological reference1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. and D. W. Winnicott's Theory of Maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994., as a theoretical reference.

    +

    Phenomenology is the discipline that studies the description of what appears, that which appears to the consciousness and shows itself, manifests itself, unveils itself to the individual who interrogates. It is a descriptive, rigorous, and concrete science, which allows us to show and explain the being itself, in a concern with the essence of what is lived1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    The Situated Phenomenon Structure Analysis investigates, in a direct way, human experiences, seeking to build knowledge aimed at understanding the dynamics of meanings, without getting stuck in causal explanations or generalizations. The aim is to get to know the individual and understand the process by which he constructs and describes his meanings. As the researcher describes and interprets human phenomena in a broad way, decoding the complex system of meanings, he creates conditions for a reflection that aims at understanding the phenomenon1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    As for the choice of Winnicott's Theory of Maturation, it allows answering the question of this study, insofar as it defines the health of the individual from his process of emotional development1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    . It is founded on two basic principles: the innate tendency to maturation, which offers the subsidies for the reading of lived experience; and the continuous existence of a facilitating environment, which, through sufficiently good care, fosters the interpretation of the relationships that connect the experience of human beings1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

    +

    In the journey of maturation there are capacities to be conquered and experiences to be integrated, which depends on the process of constitution of reality, of which play is a part2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Playing is a sophisticated activity, through which the child can convert his impulses into symbolic and creative activities, being able to deal with the anxieties arising from his experiences and also allows him to unveil the process of building his subjectivity, based on his relationships with others and with the world2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    The study was developed in a Pediatric Intensive Care Unit (ICU) of a large philanthropic hospital in the countryside of São Paulo state, with a total of seven beds, where the multi-professional team assists critically ill children, aged between 29 days and 14 years.

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    Visits to children are daily, in two periods, with the entry of two people over 12 years old, without relay. Visitation by minors is an exception, limited to siblings, only in response to the request of the parents or the hospitalized child, upon authorization by the nurse.

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    The inclusion criteria were siblings between 3 and 10 years old, as this is the recommended age group for the use of TP99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., the interest of the responsible person and the possibility of bringing the sibling to visit the hospitalized child and, furthermore, who had no previous visiting experience. Exclusion criteria were siblings with any health problem whose visit was contraindicated by the multi-professional team and who were already familiar with the intensive care unit environment.

    +

    Thus, 12 families were approached and informed about the objective of the study and how their children would participate. Of these, one refused because he believed that the visit to the hospitalized child would be harmful to his brother's health. Two other families, although they showed interest, could not bring their siblings to the hospital, one because of financial difficulties and the other because the child was transferred from the hospital. Those who agreed signed the Free and Informed Consent Term, keeping a copy, and scheduled a day and time for the sibling to visit the hospitalized child.

    +

    Before the visit, the main researcher, dressed in ordinary clothes and a lab coat, approached the sibling in the Unit's reception room, where there is a sofa and children's tables/chairs. By means of the Term of Assent (TA), a playful description elaborated especially for this purpose, the brother was invited to play after visiting the hospitalized child.

    +

    All siblings whose families signed the FICT, agreed to participate in the DTP session. Thus, 11 siblings of 9 hospitalized children participated in the study. The following table (Chart 1) presents the study participants. Data collection occurred in the period from December 2017 to January 2019.

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    +Chart 1
    Siblings participating in the study. Campinas, 2019.
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    There were 11 DTP sessions initiated with the guiding question, “Are we going to play a child who visited his brother in the Pediatric ICU?” At this point, the time of the session was agreed upon by showing the hands of the clock to indicate the allotted time, but explained that play could be stopped at any time.

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    The time of the DTP session can vary between 15 and 45 minutes99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., however the child may request some more time to finish the game, which happened with four siblings. Thus, the time of each session varied between 15 and 59 minutes.

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    The selection of toys followed the recommendations in the literature99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., and a plastic box contained dolls representing the family, health professionals, animals, and household and everyday objects, such as various foods, cars, tools, and hospital supplies (syringe, needle, medicine bottles, thermometer, electrodes, stethoscope, mask, glove, among others). Also, colored pencils and a pad of paper.

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    The records were recorded on digital audio and in a field journal, where general impressions and perceptions about the siblings' behavior were described, helping to clarify the moment of play, and subsidizing the analysis of the play. Considering the principle of phenomenological research that the phenomenon to be unveiled happens at the moment of the manifestations of the participants and not afterwards2323 Giorgi A. Difficulties encountered in the application of the phenomenological method in the social sciences. Anal Psicol. 2006;24(3):353-61. http://dx.doi.org/10.14417/ap.175.
    http://dx.doi.org/10.14417/ap.175... +
    it was decided not to film the DTP sessions.

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    The transcription of the audios occurred soon after the end of each DTP session, and the sessions were closed when the speeches showed consistency, that is, when theoretical saturation was reached, meaning that from a constant analytical process, the researchers observed that new elements no longer appeared in the jokes2424 van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689. PMid:28746358.
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0... +
    .

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    The analysis followed the steps recommended by the Situated Phenomenon Structure Analysis: global reading of the total content of the sessions together with the information in the field diary in order to apprehend its global configuration; attentive rereading in order to identify the significant statements (units of meaning); search for convergences and divergences for the construction of the thematic categories and elaboration of the descriptive synthesis1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. carried out in the light of Winnicott's theory of maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Ensuring the privacy of the participants and the protection of their identity, we chose to use names of children's animation characters, chosen by the main researcher. The study followed the recommendations established by Resolution No. 466 of December 12, 2012, and was approved by the Research Ethics Committee of the State University of Campinas under opinion No. 2,652,332 and CAAE No. 65571417.1.0000.5404 of May 14, 2018.

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    RESULTS

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    In understanding the experience of the siblings who visited children hospitalized in the intensive care unit, two categories emerged: “Having a place to play” and “Living creatively: playing is doing”. These categories will be presented below and illustrated through the siblings' speeches extracted during the DTP session, followed by their fictitious name and age.

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    Having a place to play

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    The siblings recognized the play environment as good enough capable of receiving their play. Thus, accepting the invitation to play, they explored the environment looking for elements for play and recognizing objects available for play.

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    When selecting toys they initially preferred those that alluded to the experience of the visit; but they were also interested in other elements of the box.

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    Bart explores the box. Now I need to find a visitor! Over here! Got it! A little baby! Here... inside. [Placing the baby doll on the bed of the Pediatric ICU set; goes back to exploring] I found it! [I'll put it on the bed... this one... like this... [Humming puts the blanket over the baby on the bed; goes back to exploring] (Bart, 9 years old)

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    Smurfette finds colorful plates and arranges them one in front of her and one in front of the researcher. She finds a fried egg. Egg. Puts it on the plate [removes other household utensils from the box - pots, cutlery, cups, grouping them by similarities]. (Smurfette, 9 years old)

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    Peppa Pig explores the box; she finds a pad of paper and a case with crayons. 'Qué quevê' (trying to say “I want to write” in Brazilian portuguese) here... [picks up a pencil and scribbles on the paper] (Peppa Pig, age 3))

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    It was also observed that the siblings were interested in a certain toy when they recognized the possibility of this toy performing another function.

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    Tommy pulls out of the box a drill. A gun! Yeah, yeah, yeah... [simulates shots] But strange... [looking at its tip] the tip looks like glue... is it a glue gun? (Tommy, 9 years old)

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    The siblings recognized the objects provided, which was shown when they named toys, objects and characters and when they played simulating their use.

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    Lola explores the box and takes out the stethoscope: Let's listen to Aunt P's heart (name of researcher) [puts the stethoscope on the bench and takes out of the box a pair of gloves] Put the glove here for me? [stretches out his hands to P and hands over the gloves]

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    P: Where do you want me to put the glove?

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    Lola: On the hand! On this one... [stretches out one hand] Now this one... [stretches out the other one] (Lola, 4 years old)

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    Upon finding medical supplies, he recognized them and declared that they were not for playing with.

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    Charlie finds an oral medication kit in the box. That's no joke! [...] [Explores the box and finds syringes, ampoule of SF0.9%. He picks them up and places them on the countertop]. There are so many doctor's things here... Don't you use these things?

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    Q: Don't we?

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    Charlie: No... because it's here in the box... so... in here with the toys. But... but do they work?

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    Q: They do?

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    Charlie: Yes! [pushing and pulling on the syringe plunger] (Charlie, age 7))

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    The siblings related the toys and characters in the box to the experience of the visit, as an example they associate the doll in white with the research nurse.

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    Bart explores the box; finds the doll representing the researcher. Oh, the nurse... [shows the researcher a doll dressed in white] Here it is... [arranging the doll in the Pediatric ICU setting] What best suits you goes... White... you know... because you're wearing white! (Bart, 9 years old))

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    Creative living: playing is doing

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    Bringing to play elements alluding to their daily life, experiences and lived reality, they used them, dramatizing old memories and the situation of the visit; recreating, destroying and rebuilding the intensive care environment. Still, they showed to realize about themselves, to have a look at the other, and to act according to their will. The toys mobilized memories of situations previously lived, and these were dramatized in play.

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    Lola picks up a dog from the Dog Patrol on the counter: Look! Let's cut Zuma! Cut Zuma! I'm going to cut Zuma! I'm going to cut Zuma's foot off. Zuma will get a boo-boo! [singing] Because she had to get a few stitches... Just like Charlie did here. [touching his brother's forehead, where there was a discreet scar] Pin! First he put it on his forehead. [puts a gauze pad on the brother's forehead and holds it up with the support of the scissors] And he did, right? And I cried!

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    Charlie: Did I put the scissors on my forehead? The 'nurse!

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    Lola: The 'nurse' put it on... and then I saw Charlie, and then I cried... (Charlie, 7 years; Lola, 4 years)

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    They also dramatized the experience of visiting the hospitalized child.

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    Sitka opens the box and finds the objects that refer to the experience of the visit, takes them and puts them on the counter. Do I have to demonstrate how I got there? I will demonstrate how I got there. How I went to see my brother. [takes a doll to represent him] I got here, then I washed my hand, went in there. My father stayed here, with my mother. [shows the scenario where the parents stayed inside the pediatric ICU] I arrived, hugged Denahi, told him I missed him; he told me he missed me too. Then he asked me if I wanted to draw. Then we were drawing. We drew and then you came. (Sitka, 10 years)

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    The siblings' capacity to play allowed them to recreate the Pediatric ICU scenario, inserting new elements into this environment.

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    Bart explores the box and finds a toilet: Bathroom... where do you put that? [Asks himself; immediately places it in the Pediatric ICU setting. Explores the box again]. More... [finds a detergent dispenser package] Get alcohol, here... it's important! Tchii... [simulates putting on hands, rubs and puts on the Pediatric ICU scenario] (Bart, 9 years)

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    Playing, the siblings built, destroyed and rebuilt the scenario representative of the intensive care environment.

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    Charlie: I'm going to set up the hos-pi-tal! [removes the set from the box, places it on the countertop and watches] What was the game again?

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    Q: Let's play a child who went to visit her sister in the ICU.

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    Charlie takes a hammer out of the box; begins to tap the walls of the set, gently] I'm remaking the ICU... remaking ... the ICU. (Charlie, 7 years old)

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    Some toys available in the box, when found, allowed the siblings to reveal their preferences.

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    Charlie explores the box and finds an ice cream carton: Yes! [excitedly; takes the ice cream carton from the box] It's an ice cream carton! [speaks enthusiastically]

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    Lola: I like ice cream too, but it's lego. [Gets the princess Elsa doll, squeezes it, making it play the song “Let it go”] I like that song “Lerisgou...” [humming] I have an Olaf in my house.... I don't have the doll... but I have the movie! And that one... “Lerisgou”! [referring to the song] (Charlie, age 7; Lola, age 4)

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    During playtime, the siblings also made considerations about the hospitalized child, asked about her and the hospital being able to meet her needs.

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    Sitka tells the researcher that her father bought a new cell phone for Denahi: [...] Actually, my father already bought it, right, but it's just at home. Because he said, if there is wi-fi here... because he wants to use the wi-fi; also because he is addicted to it. [...] Denahi is addicted to it [wi-fi] Back home he doesn't stop messing with the cell phone... he spends five-four hours [emphasis added] messing with it... He would only stop like this, to eat, drink water, like this... these things... Is there wi-fi here? He [refers to the father] hasn't asked yet, because after he broke it, he didn't bring it... [refers to the cell phone] (Sitka, 10 years old)

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    The siblings decided to continue playing or end the game even though they knew the combined time of the TP session.

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    Q: Elroy, we're going to have to put the toys away, because, oh, the hand on the clock is already on time. [shows the clock and the indication of the hand at the agreed time for the end of the game]

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    Elroy: It's not! I have to play yet... I haven't played yet... [and continues playing, ignoring what the researcher had said] (Elroy, 3 years old)

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    DISCUSSION

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    The way the child can express the meanings of his lived experience is through play2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Therefore, by accepting the invitation to play, the siblings were able to signify their confidence in the play environment, that is, they recognized this environment as good enough, capable of welcoming their play. The sufficiently good environment has the character of allowing the child to enter the real world, helping the child to differentiate fantasy from reality, integrating as a being in a unity2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    A study on the dynamics and structure of DTP revealed that the session is a process with four interdependent and complementary stages. Accepting the invitation to play is part of the first stage, named 'establishing a bond', which occurs gradually, but is essential for the child to expose feelings and emotions. Moreover, this stage supports the next one, 'exploring'2525 Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812. PMid:32520094.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018... +
    , a movement also observed in the siblings of hospitalized children.

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    The siblings explored the box and the toys by observing, handling, asking, trying to discover and recognize what was available to play with. Exploring is an activity that belongs to external reality; through it, it is possible to get in touch with what is real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Initially, they selected elements that referred to the experience of the visit to play. Children with cancer brought to play what they considered of greater impact in their new realities, that is, the illness and the painful procedures, showing difficulties in extrapolating the difficult moments1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    However, the siblings went beyond the moment of the visit. The DTP session provided the opportunity to become interested in other toys in the box, according to the need to conceive, as real, the experience lived, integrating it to the “I”, which may favor their journey toward maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

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    The TP, conceived as a sufficiently good environment, is capable of promoting the siblings' courage to play to the extent that it offers emotional support, freedom of expression and experimentation, a starting point for the experience of new discoveries and the conception of reality2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61.,2626 Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898.
    https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.2... +
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    In some situations, the siblings were interested in the possibility of the toy performing another function. In this context, one cannot view the preferences and interests of the siblings in a naive way, because the moment of the TP awakens possibilities to reflect, react, and act. Playing is not only a spontaneous act; it facilitates the access to symbolic activity and the psychic elaboration of daily experiences, such as the experience of visiting a hospitalized child. Thus, more important than the object played with is the way it is used and the relationship the child establishes with it. Relating to the object, here represented by the toy, gives it the characteristic of being recognized by the child as real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    During the play, the siblings found medical-hospital supplies and, in front of them, recognized their function, identifying that they were not for playing, which may mean the use of their repertoire prior to the experience of visiting the hospitalized child, differentiating these supplies from those toys that they have confidence and courage to play with, replacing their initial function. However, such prohibitive act with a category of objects may indicate that the child has already conquered the ability to symbolize, since there is no longer the need for its use in play, because it is already named, characterized, and constituted in the lived reality1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015..

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    Playing with medical-hospital supplies by dramatizing procedures is not something uncommon for children who experience the context of illness and hospitalization. It is an excellent opportunity to understand feelings such as anxiety, anguish, loneliness, and fear2727 Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353.
    http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-... +
    ,2828 Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131. PMid:27253598.
    http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016... +
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    At the same time that there are hospital supplies that were named, characterized, and constituted in the reality experienced, in some situations, the siblings established a relationship between the toys-personages available in the box and people around them, who are part of their daily life or the experience of the visit. Such inclusion may indicate the symbolic game existing in the very act of playing, as there are objects that are external to the child2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    , which at different times are chosen to be part of the game and, at another time, emerge bringing the lived context, especially the hospital visit.

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    The play between exteriority and the internalization of the objects that prompt the visit to the hospitalized child, shows the play in the potential or transitional space2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    . This is not an area of conscious and reflective understanding, but of experimentation in which the process of symbolization is based, in which the symbols have value and exist as such. Thus, playing is assured as a facilitating resource for symbolic activity2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. which can contribute to the meaning given by the siblings to the experience of the visit. A similar behavior was observed in children of incarcerated women who participated in DTP sessions1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
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    The siblings dramatized, in play, situations that they had experienced some time ago, which allows us to consider that the dramatic play session mobilized memories and provided a moment to represent what was significant to them. Remembering is a way to experience in the present what has happened in the past1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Sometimes, impacting situations can make it difficult for the child to rescue his story through play. Children in oncologic treatment demonstrated, even if briefly, a willingness to go beyond the issues surrounding their illness, which brought them well-being1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    The siblings could enjoy the opportunity to relive moments that were significant to them, dramatizing the experience of visiting the hospitalized child, signifying it in the continuity of living, without the experience of the disease being determinant for the discontinuity in their maturing process. In the light of the maturation theory, the origin of symbolization lies in the experience with transitional phenomena and objects, and its achievement comes from the differentiation between what is internal and what is external, from the clear distinction between what is fantasy and what is fact, between what is created and what is found, which occurs in the play1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    From this perspective it is possible to conceive that the dramatic TP as a care technology that promotes play99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., is a mediator to symbolic activity once it provides the dimension of transitionality, in which it is possible to have experiences and use creativity1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015. to conceive reality.

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    Reliving the experiences in play represents the free and creative doing (playing) as a result of a situation and/or the environment.2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. It translates into the movement of encountering life and others, that is, the experience of encountering external reality from one's own spontaneity1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
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    Playing, the siblings recreated the scenario of the Pediatric ICU, bringing to this environment, new elements, which may point out that the sibings meant the visit as a space to use creativity to develop their maturation incorporating such experience to the task of conceiving reality, since, who is creative can bring new elements to play and do in it. In Winnicott's conception, the creative phenomenon is an activity of experimentation and is related to the feeling of reality and not to an action or unpublished act1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Thus, by creatively living the play, it is possible to have a new contact with the experience, take a new look at it and, from then on, elaborate what was significant to him, contributing to the experience being conceived as real1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    However, creativity is an action that presupposes destructiveness, that is, it is necessary to promote the destruction, in the unconscious fantasy, of what is subjective in order to conceive what is objective, real1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.. This movement could be perceived when the siblings built, destroyed and rebuilt the representative scenario of the intensive care environment, which again corroborates the meaning of the visiting experience as a moment of integration of reality and not of rupture.

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    When the child experiences play in all possible ways, he builds contact with reality and experiences the continuity of being1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Providing a play environment that allows the siblings to let their creativity and the experience lived through it, are the beginning for them to conceive the continuity of their existence. It is only possible to have the feeling of continuing to be who has the feeling of existing1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
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    Thus, when the siblings, during play reveal their preferences, they signify the visit, distinguishing themselves from it, because they recognize themselves as an “I”, separate from a “non-I”, because only those who exist are able to perceive themselves and the world1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.. This ability is also revealed when siblings make considerations about the hospitalized child, and signify the visit as a moment to express concern about meeting the needs of the hospitalized child in the hospital.

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    Having the awareness of being “self”, is a capacity to be conquered in the journey of maturation, which involves the relationship between the singularity of “self” and the encounter with “the other” (“non-self”) and the consequent integration of new experiences, such as the visit in the Pediatric ICU. “I am, I exist, I acquire experiences, I enrich myself and have an introjective and projective interaction with the “not-me”, the real world of shared reality”1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.:60.

    +

    The movement of doing for themselves can be perceived when they decide to continue playing or to stop playing and it meant that the hospital visit is an experience that reinforces the sense of “self”, which leads them to make for themselves the choice of ending or continuing in the game.

    +

    The feeling of existing must be maintained throughout life, yet continuing to be, even in the face of adversity, is a great challenge. By acting according to their will, regardless of the limits of the environment, the siblings have imposed themselves as a being that exists. This capacity that the brother has corresponds to a healthy emotional state and reveals the creative living of who has the freedom to be and to do, of who perceives himself, the other, and the world, of who has the “feeling of existing” and of “being”1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    .

    +

    The creative way of living results in free and spontaneous actions in the face of life's circumstances, providing support for the individual to maintain a sense of being “oneself” in interactions with the world. These actions are called “spontaneous gestures”, which is one of the many ways in which the true self can express itself. It represents one's own authenticity and genuineness. Through genuine actions the child can enjoy the experiences of life without fear of annihilation, and thus continue to be1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

    +

    The play provided by the nurse could favor the siblings to live creatively, giving meaning to their experiences, such as the visit to the hospitalized child, allowing them to be conceived as real and integrated to the “I”. By playing, the sibling signified, through the feelings expressed in the results, that life is real, that it is worth living, and that it is possible to continue to be, even in the face of difficulties that may present themselves.

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    CONCLUSION AND IMPLICATIONS FOR PRACTICE

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    The DTP made it possible to play that, understood in the light of the theory of maturation, revealed that the brother meant the visit as an experience of integration of the “I”, to the extent that they incorporated the visit to the games, besides revealing emotions, desires and preferences of the daily life, mobilized memories of lived situations, showed the ability to destroy and reconstruct the object in order to constitute the reality in a creative way, demonstrating the feeling of continuing to be in interactions with the world, which reveals the creative living of the one who is “self”.

    +

    The visit seems not to have meant, to the siblings in this study, a traumatic experience, capable of interfering or interrupting the continuity of being, because they were able to signify the adverse situations, showing confidence, courage, and replacing the original function of the toy by another that responded to their need to communicate and constitute reality. This capacity for meaning was made possible by the implementation of an appropriate language for them and by offering them the opportunity to promote the elaboration of the hospitalization experience, which in this study was developed by the DTP.

    +

    It is worth noting that this study demonstrates to the nurse the need to care for the sibling, considering them as part of the family of the hospitalized child, including them in the context of hospitalization, which does not imply only allowing visitation, but also understanding what the visit means to them. For this, it is recommended to organize a favorable environment for play, characterized by free, non-directed play, in which the nurse has a posture that welcomes and supports play, without judgments or inferences, so that the sibling conceives reality mediated by the potential space in order to symbolize the experience lived, as occurred in this study.

    +

    Regarding the limitations of the study, the intervention with DTP proved to be relevant to understand the siblings' experience, but it may not be enough to promote changes in visitation policies because it represents a select group of participants, although they can raise relevant discussions and reflections.

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    This study brought the importance of, in the care to the family, to glimpse the brother of the hospitalized child, understanding that this care is characterized as the possibility of signification of the lived experience and for such, it is recommended the adoption of a theoretical proposal for the reading of the experience of the visit, when admitted the use of the TP to the brother of the hospitalized child.

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      FINANCIAL SUPPORT

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      “This work was carried out with support from the Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel - Brazil (CAPES) - Funding Code 001, Doctoral Scholarship granted to Glicinia Elaine Rosilho Pedroso), Process No. 38P-4071/2019.
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    References

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      » https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266 +
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      27 Sept 2021
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    • +Date of issue
      2022
    • +
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    +
    +

    History

    +
      +
    • +Received
      06 Apr 2021
    • +
    • +Accepted
      12 Aug 2021
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    +Open-access Visiting a hospitalized child in intensive care: experiences of siblings revealed through the dramatic therapeutic play +

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    + + + +About the authors +
    +
    + +
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    Resumo

    +

    Objetivo:

    +

    compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

    +

    Método:

    +

    pesquisa qualitativa, modalidade fenomenológica, que utilizou o brinquedo terapêutico dramático para acessar às experiências dos irmãos. Foi realizada em Unidade de Terapia Intensiva Pediátrica do interior do estado de São Paulo, Brasil. Participaram das sessões de brinquedo terapêutico 11 irmãos menores de 10 anos, as quais foram analisadas à luz da Teoria do Amadurecimento.

    +

    Resultados:

    +

    os irmãos, tendo um lugar para brincar, dramatizaram situações, anteriormente, vividas, de seu cotidiano e da visita à criança hospitalizada. Ao viver, criativamente, revelaram que brincar é fazer a integração das experiências do “eu”, favorecendo o continuar a ser diante da situação vivida.

    +

    Conclusões e implicações para a prática:

    +

    o Brinquedo Terapêutico Dramático compreendido à luz de um referencial teórico possibilitou que o irmão significasse a visita como uma experiência de integração do “eu”, revelando emoções, desejos e preferências do cotidiano. Nesse sentido, o cuidado ao irmão da criança hospitalizada define-se pela oferta do brincar livre, para que ele demonstre o sentimento de continuar a ser em suas interações com o mundo, no qual o contexto hospitalar tornou parte da realidade.

    +

    Palavras-chave:
    Enfermagem Pediátrica; Irmãos; Jogos e Brinquedos; Unidades de Terapia Intensiva Pediátrica; Visitas a Pacientes

    +
    +
    +

    Resumen

    +

    Objeto:

    +

    Comprender por medio del juego terapéutico dramático el significado, para el hermano, de la visita al niño hospitalizado en Terapia Intensiva Pediátrica.

    +

    Método:

    +

    Investigación cualitativa, modalidad fenomenológica, que utilizó el juego terapéutico dramático para comprender la experiencia del hermano. Se realizó en Unidad de Terapia Intensiva Pediátrica del interior del Estado de São Paulo, Brasil. Participaron de las sesiones de juego terapéutico 11 hermanos con menos de 10 años, quienes fueron analizados a la luz de la Teoría de la Maduración.

    +

    Resultados:

    +

    Los hermanos, al tener un lugar para jugar, dramatizaron situaciones anteriormente vividas, de su cotidiano y de la visita al niño hospitalizado. Al vivir de forma creativa, revelaron que jugar es permitir la integración de las experiencias del “yo”, lo que favorece el concepto de seguir siendo, ante la situación vivida.

    +

    Conclusiones e implicaciones para la práctica:

    +

    El Juego Terapéutico Dramático comprendido a la luz de un referencial teórico hizo posible que el hermano entendiera la visita como una experiencia de integración del “yo”, revelando emociones, deseos y preferencias cotidianas. En este sentido, el cuidado del hermano del niño hospitalizado se define por la oferta de juego libre, para que pueda demostrar su sentimiento de seguir siendo en sus interacciones con el mundo, en el que el contexto hospitalario se ha convertido en parte de la realidad.

    +

    Palabras clave:
    Enfermería Pediátrica; Hermanos; Juego e Implementos de Juego; Unidades de Cuidado Intensivo Pediátrico; Visitas a Pacientes

    +
    +
    +

    Abstract

    +

    Objective:

    +

    to understand, by means of dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

    +

    Method:

    +

    a qualitative research, phenomenological modality, which used the dramatic therapeutic play to access the siblings' experiences. It was carried out in a Pediatric Intensive Care Unit in the countryside of the State of São Paulo, Brazil. Eleven siblings under ten years of age participated in the therapeutic play sessions, which were analyzed in the light of the Theory of Maturation.

    +

    Results:

    +

    the siblings, having a place to play, dramatized previously lived situations, from their daily life and from the visit to the hospitalized child. By living creatively, they revealed that playing is to integrate the experiences of the “I”, favoring the continuity of being in the face of the situation lived.

    +

    Conclusions and implications for practice:

    +

    the Dramatic Therapeutic Play understood in the light of a theoretical framework allowed the sibling to mean the visit as an experience of integration of the “I”, revealing emotions, desires and preferences of daily life. In this sense, the care for the brother of the hospitalized child is defined by the offer of free play, so that he demonstrates the feeling of continuing to be in his interactions with the world, in which the hospital context has become part of reality.

    +

    Keywords:
    Pediatric Nursing; Siblings; Play and Playthings; Intensive Care Units, Pediatric; Visitors to Patients

    +
    +
    +

    INTRODUCTION

    +

    Visits to intensive care units are usually restricted and at pre-established times, and it is unusual for children under 12 years of age to be admitted. This is a very controversial issue, although scientific advances in recent decades show its importance for patient recovery11 Jacob M, Horton C, Rance-Ashley S, Field T, Patterson R, Johnson C et al. Family members in an Intensive Care Unit with continuous visitation. Am J Crit Care. 2016;25(2):118-25. http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258. PMid:26932913.
    http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258... +
    ,22 Ministério da Saúde (BR). Atenção humanizada ao recém-nascido. Método Canguru: manual técnico. 2ª ed. Brasília: Ministério da Saúde; 2017..

    +

    The restrictions imposed on visitors are based on the risk of infection to patients and visitors, besides the possibility of emotional trauma due to the hostile and unknown environment. The lack of physical space and trained human resources are also justifications for preventing visitors in these units33 Rodriguez C, Mathew S. Time to change: from families as visitors to families as partners in care. Can J Crit Care Nurs [Internet]. 2016 [citado 2020 dez 23];27(2):42. Disponível em: https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266
    https://web.a.ebscohost.com/abstract?dir... +
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    However, since the 1980s, these aspects have been refuted by scholars who defend the open visit and the presence of the family during the hospitalization of children, including with current legislation44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,55 Resolução nº 41, de 13 de outubro de 1995 (BR). Aprova em sua íntegra o texto oriundo da Sociedade Brasileira de Pediatria, relativo aos Direitos da Criança e do Adolescente hospitalizados. Diário Oficial da União, Brasília (DF), 17 out 1995: Seção 1: 163/9-16320..

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    Limiting or preventing visits in intensive care units can have a negative impact on the family, which is also affected by the disease situation and all the aspects arising from it, which can cause negative feelings, especially in the siblings of the sick child66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
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    Often, siblings are kept on the sidelines when a family member becomes ill in an attempt to spare them. Parents often withhold information and/or remove them from the care and support of the sick child44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    . However, this goes against preserving their emotional health, because this conduct does not prevent them from being affected by everything that happens around them77 Terp K, Sjöström-Strand A. Parents’ experiences and the effect on the family two years after their child was admitted to a PICU-An interview study. Intensive Crit Care Nurs. 2017;43:143-8. http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06.003. PMid:28663106.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06... +
    .

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    Research on sibling visits to hospitalized children from the perspective of the siblings themselves is scarce. However, a study that sought to reflect on the visit of children to adults hospitalized in an intensive care unit, revealed that the visit favors the child's mourning process, although health professionals do not always have strategies to support this practice88 Sousa R No, Tarabay CH, Lourenço MTC. Reflexões sobre a visita da criança durante a hospitalização de um ente querido na UTI adulto. Rev SBPH. [Internet]. 2017 [citado 2021 jun 15];20(1):5-16. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-08582017000100002&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
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    Listening to the siblings, answering their questions and doubts about the hospitalized child, bringing them closer to the situation lived through the visit, if this is their wish, is important, and may reduce the stress of family separation, rescuing the feeling of belonging, which may be weakened and relieving fantasies related to the illness, also favoring the construction of reality, because generally, the imagination about the condition of the sick child may not represent the fact44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
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    For this, the professional needs to have knowledge and be prepared to welcome the siblings. Among the resources available for communicating with them is the play, with emphasis on Therapeutic Play (TP). One of the TP modalities, the dramatic one, enables emotional discharge, because by playing, the child externalizes feelings and experiences, trying to understand them and also allowing the nurse to understand them99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40..

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    Considering that the TP is a care technology regulated in the professional practice of nursing staff99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.

    10 Maia EBS, Ohara CVS, Ribeiro CA. Ensino do brinquedo terapêutico na graduação em enfermagem: ações e estratégias didáticas utilizadas por professores. Texto Contexto Enferm. 2019;28:e20170364. http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-2017-0364.
    http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-... +
    -1111 Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
    http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploa... +
    and that the DTP is used in studies with children to reveal diverse experiences, such as hospitalization, illness, and maternal deprivation1212 Silva SGT, Santos MA, Floriano CMF, Damião EBC, Campos FV, Rossato LM. Influence of therapeutic play on the anxiety of hospitalized school-age children: clinical trial. Rev Bras Enferm. 2017;70(6):1244-9. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016-0353. PMid:29160486.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016... +

    13 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
    -1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
    , Among others, using it with siblings of hospitalized children to access their visiting experiences in the intensive care unit may bring relevant elements to broaden the discussions about visiting children in hospitals.

    +

    Thus, the objective of this study is to understand, through dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

    +

    METHOD

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    Qualitative, phenomenological research. Studies of this nature have as their essence to understand the lived experience and the meaning given to it by those who experience it, considering its singularity, without formulating hypotheses or inferences. We adopted the Situated Phenomenon Structure Analysis as a methodological reference1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. and D. W. Winnicott's Theory of Maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994., as a theoretical reference.

    +

    Phenomenology is the discipline that studies the description of what appears, that which appears to the consciousness and shows itself, manifests itself, unveils itself to the individual who interrogates. It is a descriptive, rigorous, and concrete science, which allows us to show and explain the being itself, in a concern with the essence of what is lived1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    The Situated Phenomenon Structure Analysis investigates, in a direct way, human experiences, seeking to build knowledge aimed at understanding the dynamics of meanings, without getting stuck in causal explanations or generalizations. The aim is to get to know the individual and understand the process by which he constructs and describes his meanings. As the researcher describes and interprets human phenomena in a broad way, decoding the complex system of meanings, he creates conditions for a reflection that aims at understanding the phenomenon1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    As for the choice of Winnicott's Theory of Maturation, it allows answering the question of this study, insofar as it defines the health of the individual from his process of emotional development1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    . It is founded on two basic principles: the innate tendency to maturation, which offers the subsidies for the reading of lived experience; and the continuous existence of a facilitating environment, which, through sufficiently good care, fosters the interpretation of the relationships that connect the experience of human beings1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

    +

    In the journey of maturation there are capacities to be conquered and experiences to be integrated, which depends on the process of constitution of reality, of which play is a part2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Playing is a sophisticated activity, through which the child can convert his impulses into symbolic and creative activities, being able to deal with the anxieties arising from his experiences and also allows him to unveil the process of building his subjectivity, based on his relationships with others and with the world2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    The study was developed in a Pediatric Intensive Care Unit (ICU) of a large philanthropic hospital in the countryside of São Paulo state, with a total of seven beds, where the multi-professional team assists critically ill children, aged between 29 days and 14 years.

    +

    Visits to children are daily, in two periods, with the entry of two people over 12 years old, without relay. Visitation by minors is an exception, limited to siblings, only in response to the request of the parents or the hospitalized child, upon authorization by the nurse.

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    The inclusion criteria were siblings between 3 and 10 years old, as this is the recommended age group for the use of TP99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., the interest of the responsible person and the possibility of bringing the sibling to visit the hospitalized child and, furthermore, who had no previous visiting experience. Exclusion criteria were siblings with any health problem whose visit was contraindicated by the multi-professional team and who were already familiar with the intensive care unit environment.

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    Thus, 12 families were approached and informed about the objective of the study and how their children would participate. Of these, one refused because he believed that the visit to the hospitalized child would be harmful to his brother's health. Two other families, although they showed interest, could not bring their siblings to the hospital, one because of financial difficulties and the other because the child was transferred from the hospital. Those who agreed signed the Free and Informed Consent Term, keeping a copy, and scheduled a day and time for the sibling to visit the hospitalized child.

    +

    Before the visit, the main researcher, dressed in ordinary clothes and a lab coat, approached the sibling in the Unit's reception room, where there is a sofa and children's tables/chairs. By means of the Term of Assent (TA), a playful description elaborated especially for this purpose, the brother was invited to play after visiting the hospitalized child.

    +

    All siblings whose families signed the FICT, agreed to participate in the DTP session. Thus, 11 siblings of 9 hospitalized children participated in the study. The following table (Chart 1) presents the study participants. Data collection occurred in the period from December 2017 to January 2019.

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    +Chart 1
    Siblings participating in the study. Campinas, 2019.
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    There were 11 DTP sessions initiated with the guiding question, “Are we going to play a child who visited his brother in the Pediatric ICU?” At this point, the time of the session was agreed upon by showing the hands of the clock to indicate the allotted time, but explained that play could be stopped at any time.

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    The time of the DTP session can vary between 15 and 45 minutes99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., however the child may request some more time to finish the game, which happened with four siblings. Thus, the time of each session varied between 15 and 59 minutes.

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    The selection of toys followed the recommendations in the literature99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., and a plastic box contained dolls representing the family, health professionals, animals, and household and everyday objects, such as various foods, cars, tools, and hospital supplies (syringe, needle, medicine bottles, thermometer, electrodes, stethoscope, mask, glove, among others). Also, colored pencils and a pad of paper.

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    The records were recorded on digital audio and in a field journal, where general impressions and perceptions about the siblings' behavior were described, helping to clarify the moment of play, and subsidizing the analysis of the play. Considering the principle of phenomenological research that the phenomenon to be unveiled happens at the moment of the manifestations of the participants and not afterwards2323 Giorgi A. Difficulties encountered in the application of the phenomenological method in the social sciences. Anal Psicol. 2006;24(3):353-61. http://dx.doi.org/10.14417/ap.175.
    http://dx.doi.org/10.14417/ap.175... +
    it was decided not to film the DTP sessions.

    +

    The transcription of the audios occurred soon after the end of each DTP session, and the sessions were closed when the speeches showed consistency, that is, when theoretical saturation was reached, meaning that from a constant analytical process, the researchers observed that new elements no longer appeared in the jokes2424 van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689. PMid:28746358.
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0... +
    .

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    The analysis followed the steps recommended by the Situated Phenomenon Structure Analysis: global reading of the total content of the sessions together with the information in the field diary in order to apprehend its global configuration; attentive rereading in order to identify the significant statements (units of meaning); search for convergences and divergences for the construction of the thematic categories and elaboration of the descriptive synthesis1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. carried out in the light of Winnicott's theory of maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Ensuring the privacy of the participants and the protection of their identity, we chose to use names of children's animation characters, chosen by the main researcher. The study followed the recommendations established by Resolution No. 466 of December 12, 2012, and was approved by the Research Ethics Committee of the State University of Campinas under opinion No. 2,652,332 and CAAE No. 65571417.1.0000.5404 of May 14, 2018.

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    RESULTS

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    In understanding the experience of the siblings who visited children hospitalized in the intensive care unit, two categories emerged: “Having a place to play” and “Living creatively: playing is doing”. These categories will be presented below and illustrated through the siblings' speeches extracted during the DTP session, followed by their fictitious name and age.

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    Having a place to play

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    The siblings recognized the play environment as good enough capable of receiving their play. Thus, accepting the invitation to play, they explored the environment looking for elements for play and recognizing objects available for play.

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    When selecting toys they initially preferred those that alluded to the experience of the visit; but they were also interested in other elements of the box.

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    Bart explores the box. Now I need to find a visitor! Over here! Got it! A little baby! Here... inside. [Placing the baby doll on the bed of the Pediatric ICU set; goes back to exploring] I found it! [I'll put it on the bed... this one... like this... [Humming puts the blanket over the baby on the bed; goes back to exploring] (Bart, 9 years old)

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    Smurfette finds colorful plates and arranges them one in front of her and one in front of the researcher. She finds a fried egg. Egg. Puts it on the plate [removes other household utensils from the box - pots, cutlery, cups, grouping them by similarities]. (Smurfette, 9 years old)

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    Peppa Pig explores the box; she finds a pad of paper and a case with crayons. 'Qué quevê' (trying to say “I want to write” in Brazilian portuguese) here... [picks up a pencil and scribbles on the paper] (Peppa Pig, age 3))

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    It was also observed that the siblings were interested in a certain toy when they recognized the possibility of this toy performing another function.

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    Tommy pulls out of the box a drill. A gun! Yeah, yeah, yeah... [simulates shots] But strange... [looking at its tip] the tip looks like glue... is it a glue gun? (Tommy, 9 years old)

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    The siblings recognized the objects provided, which was shown when they named toys, objects and characters and when they played simulating their use.

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    Lola explores the box and takes out the stethoscope: Let's listen to Aunt P's heart (name of researcher) [puts the stethoscope on the bench and takes out of the box a pair of gloves] Put the glove here for me? [stretches out his hands to P and hands over the gloves]

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    P: Where do you want me to put the glove?

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    Lola: On the hand! On this one... [stretches out one hand] Now this one... [stretches out the other one] (Lola, 4 years old)

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    Upon finding medical supplies, he recognized them and declared that they were not for playing with.

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    Charlie finds an oral medication kit in the box. That's no joke! [...] [Explores the box and finds syringes, ampoule of SF0.9%. He picks them up and places them on the countertop]. There are so many doctor's things here... Don't you use these things?

    +

    Q: Don't we?

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    Charlie: No... because it's here in the box... so... in here with the toys. But... but do they work?

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    Q: They do?

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    Charlie: Yes! [pushing and pulling on the syringe plunger] (Charlie, age 7))

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    +

    The siblings related the toys and characters in the box to the experience of the visit, as an example they associate the doll in white with the research nurse.

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    Bart explores the box; finds the doll representing the researcher. Oh, the nurse... [shows the researcher a doll dressed in white] Here it is... [arranging the doll in the Pediatric ICU setting] What best suits you goes... White... you know... because you're wearing white! (Bart, 9 years old))

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    Creative living: playing is doing

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    Bringing to play elements alluding to their daily life, experiences and lived reality, they used them, dramatizing old memories and the situation of the visit; recreating, destroying and rebuilding the intensive care environment. Still, they showed to realize about themselves, to have a look at the other, and to act according to their will. The toys mobilized memories of situations previously lived, and these were dramatized in play.

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    Lola picks up a dog from the Dog Patrol on the counter: Look! Let's cut Zuma! Cut Zuma! I'm going to cut Zuma! I'm going to cut Zuma's foot off. Zuma will get a boo-boo! [singing] Because she had to get a few stitches... Just like Charlie did here. [touching his brother's forehead, where there was a discreet scar] Pin! First he put it on his forehead. [puts a gauze pad on the brother's forehead and holds it up with the support of the scissors] And he did, right? And I cried!

    +

    Charlie: Did I put the scissors on my forehead? The 'nurse!

    +

    Lola: The 'nurse' put it on... and then I saw Charlie, and then I cried... (Charlie, 7 years; Lola, 4 years)

    +
    +

    They also dramatized the experience of visiting the hospitalized child.

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    Sitka opens the box and finds the objects that refer to the experience of the visit, takes them and puts them on the counter. Do I have to demonstrate how I got there? I will demonstrate how I got there. How I went to see my brother. [takes a doll to represent him] I got here, then I washed my hand, went in there. My father stayed here, with my mother. [shows the scenario where the parents stayed inside the pediatric ICU] I arrived, hugged Denahi, told him I missed him; he told me he missed me too. Then he asked me if I wanted to draw. Then we were drawing. We drew and then you came. (Sitka, 10 years)

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    The siblings' capacity to play allowed them to recreate the Pediatric ICU scenario, inserting new elements into this environment.

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    Bart explores the box and finds a toilet: Bathroom... where do you put that? [Asks himself; immediately places it in the Pediatric ICU setting. Explores the box again]. More... [finds a detergent dispenser package] Get alcohol, here... it's important! Tchii... [simulates putting on hands, rubs and puts on the Pediatric ICU scenario] (Bart, 9 years)

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    Playing, the siblings built, destroyed and rebuilt the scenario representative of the intensive care environment.

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    Charlie: I'm going to set up the hos-pi-tal! [removes the set from the box, places it on the countertop and watches] What was the game again?

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    Q: Let's play a child who went to visit her sister in the ICU.

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    Charlie takes a hammer out of the box; begins to tap the walls of the set, gently] I'm remaking the ICU... remaking ... the ICU. (Charlie, 7 years old)

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    Some toys available in the box, when found, allowed the siblings to reveal their preferences.

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    Charlie explores the box and finds an ice cream carton: Yes! [excitedly; takes the ice cream carton from the box] It's an ice cream carton! [speaks enthusiastically]

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    Lola: I like ice cream too, but it's lego. [Gets the princess Elsa doll, squeezes it, making it play the song “Let it go”] I like that song “Lerisgou...” [humming] I have an Olaf in my house.... I don't have the doll... but I have the movie! And that one... “Lerisgou”! [referring to the song] (Charlie, age 7; Lola, age 4)

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    During playtime, the siblings also made considerations about the hospitalized child, asked about her and the hospital being able to meet her needs.

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    Sitka tells the researcher that her father bought a new cell phone for Denahi: [...] Actually, my father already bought it, right, but it's just at home. Because he said, if there is wi-fi here... because he wants to use the wi-fi; also because he is addicted to it. [...] Denahi is addicted to it [wi-fi] Back home he doesn't stop messing with the cell phone... he spends five-four hours [emphasis added] messing with it... He would only stop like this, to eat, drink water, like this... these things... Is there wi-fi here? He [refers to the father] hasn't asked yet, because after he broke it, he didn't bring it... [refers to the cell phone] (Sitka, 10 years old)

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    The siblings decided to continue playing or end the game even though they knew the combined time of the TP session.

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    Q: Elroy, we're going to have to put the toys away, because, oh, the hand on the clock is already on time. [shows the clock and the indication of the hand at the agreed time for the end of the game]

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    Elroy: It's not! I have to play yet... I haven't played yet... [and continues playing, ignoring what the researcher had said] (Elroy, 3 years old)

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    DISCUSSION

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    The way the child can express the meanings of his lived experience is through play2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Therefore, by accepting the invitation to play, the siblings were able to signify their confidence in the play environment, that is, they recognized this environment as good enough, capable of welcoming their play. The sufficiently good environment has the character of allowing the child to enter the real world, helping the child to differentiate fantasy from reality, integrating as a being in a unity2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    A study on the dynamics and structure of DTP revealed that the session is a process with four interdependent and complementary stages. Accepting the invitation to play is part of the first stage, named 'establishing a bond', which occurs gradually, but is essential for the child to expose feelings and emotions. Moreover, this stage supports the next one, 'exploring'2525 Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812. PMid:32520094.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018... +
    , a movement also observed in the siblings of hospitalized children.

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    The siblings explored the box and the toys by observing, handling, asking, trying to discover and recognize what was available to play with. Exploring is an activity that belongs to external reality; through it, it is possible to get in touch with what is real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Initially, they selected elements that referred to the experience of the visit to play. Children with cancer brought to play what they considered of greater impact in their new realities, that is, the illness and the painful procedures, showing difficulties in extrapolating the difficult moments1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    However, the siblings went beyond the moment of the visit. The DTP session provided the opportunity to become interested in other toys in the box, according to the need to conceive, as real, the experience lived, integrating it to the “I”, which may favor their journey toward maturation1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

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    The TP, conceived as a sufficiently good environment, is capable of promoting the siblings' courage to play to the extent that it offers emotional support, freedom of expression and experimentation, a starting point for the experience of new discoveries and the conception of reality2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61.,2626 Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898.
    https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.2... +
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    In some situations, the siblings were interested in the possibility of the toy performing another function. In this context, one cannot view the preferences and interests of the siblings in a naive way, because the moment of the TP awakens possibilities to reflect, react, and act. Playing is not only a spontaneous act; it facilitates the access to symbolic activity and the psychic elaboration of daily experiences, such as the experience of visiting a hospitalized child. Thus, more important than the object played with is the way it is used and the relationship the child establishes with it. Relating to the object, here represented by the toy, gives it the characteristic of being recognized by the child as real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    During the play, the siblings found medical-hospital supplies and, in front of them, recognized their function, identifying that they were not for playing, which may mean the use of their repertoire prior to the experience of visiting the hospitalized child, differentiating these supplies from those toys that they have confidence and courage to play with, replacing their initial function. However, such prohibitive act with a category of objects may indicate that the child has already conquered the ability to symbolize, since there is no longer the need for its use in play, because it is already named, characterized, and constituted in the lived reality1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015..

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    Playing with medical-hospital supplies by dramatizing procedures is not something uncommon for children who experience the context of illness and hospitalization. It is an excellent opportunity to understand feelings such as anxiety, anguish, loneliness, and fear2727 Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353.
    http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-... +
    ,2828 Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131. PMid:27253598.
    http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016... +
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    At the same time that there are hospital supplies that were named, characterized, and constituted in the reality experienced, in some situations, the siblings established a relationship between the toys-personages available in the box and people around them, who are part of their daily life or the experience of the visit. Such inclusion may indicate the symbolic game existing in the very act of playing, as there are objects that are external to the child2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    , which at different times are chosen to be part of the game and, at another time, emerge bringing the lived context, especially the hospital visit.

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    The play between exteriority and the internalization of the objects that prompt the visit to the hospitalized child, shows the play in the potential or transitional space2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    . This is not an area of conscious and reflective understanding, but of experimentation in which the process of symbolization is based, in which the symbols have value and exist as such. Thus, playing is assured as a facilitating resource for symbolic activity2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. which can contribute to the meaning given by the siblings to the experience of the visit. A similar behavior was observed in children of incarcerated women who participated in DTP sessions1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
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    The siblings dramatized, in play, situations that they had experienced some time ago, which allows us to consider that the dramatic play session mobilized memories and provided a moment to represent what was significant to them. Remembering is a way to experience in the present what has happened in the past1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Sometimes, impacting situations can make it difficult for the child to rescue his story through play. Children in oncologic treatment demonstrated, even if briefly, a willingness to go beyond the issues surrounding their illness, which brought them well-being1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    The siblings could enjoy the opportunity to relive moments that were significant to them, dramatizing the experience of visiting the hospitalized child, signifying it in the continuity of living, without the experience of the disease being determinant for the discontinuity in their maturing process. In the light of the maturation theory, the origin of symbolization lies in the experience with transitional phenomena and objects, and its achievement comes from the differentiation between what is internal and what is external, from the clear distinction between what is fantasy and what is fact, between what is created and what is found, which occurs in the play1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    From this perspective it is possible to conceive that the dramatic TP as a care technology that promotes play99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., is a mediator to symbolic activity once it provides the dimension of transitionality, in which it is possible to have experiences and use creativity1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015. to conceive reality.

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    Reliving the experiences in play represents the free and creative doing (playing) as a result of a situation and/or the environment.2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. It translates into the movement of encountering life and others, that is, the experience of encountering external reality from one's own spontaneity1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Playing, the siblings recreated the scenario of the Pediatric ICU, bringing to this environment, new elements, which may point out that the sibings meant the visit as a space to use creativity to develop their maturation incorporating such experience to the task of conceiving reality, since, who is creative can bring new elements to play and do in it. In Winnicott's conception, the creative phenomenon is an activity of experimentation and is related to the feeling of reality and not to an action or unpublished act1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Thus, by creatively living the play, it is possible to have a new contact with the experience, take a new look at it and, from then on, elaborate what was significant to him, contributing to the experience being conceived as real1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    However, creativity is an action that presupposes destructiveness, that is, it is necessary to promote the destruction, in the unconscious fantasy, of what is subjective in order to conceive what is objective, real1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.. This movement could be perceived when the siblings built, destroyed and rebuilt the representative scenario of the intensive care environment, which again corroborates the meaning of the visiting experience as a moment of integration of reality and not of rupture.

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    When the child experiences play in all possible ways, he builds contact with reality and experiences the continuity of being1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Providing a play environment that allows the siblings to let their creativity and the experience lived through it, are the beginning for them to conceive the continuity of their existence. It is only possible to have the feeling of continuing to be who has the feeling of existing1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Thus, when the siblings, during play reveal their preferences, they signify the visit, distinguishing themselves from it, because they recognize themselves as an “I”, separate from a “non-I”, because only those who exist are able to perceive themselves and the world1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.. This ability is also revealed when siblings make considerations about the hospitalized child, and signify the visit as a moment to express concern about meeting the needs of the hospitalized child in the hospital.

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    Having the awareness of being “self”, is a capacity to be conquered in the journey of maturation, which involves the relationship between the singularity of “self” and the encounter with “the other” (“non-self”) and the consequent integration of new experiences, such as the visit in the Pediatric ICU. “I am, I exist, I acquire experiences, I enrich myself and have an introjective and projective interaction with the “not-me”, the real world of shared reality”1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.:60.

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    The movement of doing for themselves can be perceived when they decide to continue playing or to stop playing and it meant that the hospital visit is an experience that reinforces the sense of “self”, which leads them to make for themselves the choice of ending or continuing in the game.

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    The feeling of existing must be maintained throughout life, yet continuing to be, even in the face of adversity, is a great challenge. By acting according to their will, regardless of the limits of the environment, the siblings have imposed themselves as a being that exists. This capacity that the brother has corresponds to a healthy emotional state and reveals the creative living of who has the freedom to be and to do, of who perceives himself, the other, and the world, of who has the “feeling of existing” and of “being”1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    The creative way of living results in free and spontaneous actions in the face of life's circumstances, providing support for the individual to maintain a sense of being “oneself” in interactions with the world. These actions are called “spontaneous gestures”, which is one of the many ways in which the true self can express itself. It represents one's own authenticity and genuineness. Through genuine actions the child can enjoy the experiences of life without fear of annihilation, and thus continue to be1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    The play provided by the nurse could favor the siblings to live creatively, giving meaning to their experiences, such as the visit to the hospitalized child, allowing them to be conceived as real and integrated to the “I”. By playing, the sibling signified, through the feelings expressed in the results, that life is real, that it is worth living, and that it is possible to continue to be, even in the face of difficulties that may present themselves.

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    CONCLUSION AND IMPLICATIONS FOR PRACTICE

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    The DTP made it possible to play that, understood in the light of the theory of maturation, revealed that the brother meant the visit as an experience of integration of the “I”, to the extent that they incorporated the visit to the games, besides revealing emotions, desires and preferences of the daily life, mobilized memories of lived situations, showed the ability to destroy and reconstruct the object in order to constitute the reality in a creative way, demonstrating the feeling of continuing to be in interactions with the world, which reveals the creative living of the one who is “self”.

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    The visit seems not to have meant, to the siblings in this study, a traumatic experience, capable of interfering or interrupting the continuity of being, because they were able to signify the adverse situations, showing confidence, courage, and replacing the original function of the toy by another that responded to their need to communicate and constitute reality. This capacity for meaning was made possible by the implementation of an appropriate language for them and by offering them the opportunity to promote the elaboration of the hospitalization experience, which in this study was developed by the DTP.

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    It is worth noting that this study demonstrates to the nurse the need to care for the sibling, considering them as part of the family of the hospitalized child, including them in the context of hospitalization, which does not imply only allowing visitation, but also understanding what the visit means to them. For this, it is recommended to organize a favorable environment for play, characterized by free, non-directed play, in which the nurse has a posture that welcomes and supports play, without judgments or inferences, so that the sibling conceives reality mediated by the potential space in order to symbolize the experience lived, as occurred in this study.

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    Regarding the limitations of the study, the intervention with DTP proved to be relevant to understand the siblings' experience, but it may not be enough to promote changes in visitation policies because it represents a select group of participants, although they can raise relevant discussions and reflections.

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    This study brought the importance of, in the care to the family, to glimpse the brother of the hospitalized child, understanding that this care is characterized as the possibility of signification of the lived experience and for such, it is recommended the adoption of a theoretical proposal for the reading of the experience of the visit, when admitted the use of the TP to the brother of the hospitalized child.

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      FINANCIAL SUPPORT

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      “This work was carried out with support from the Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel - Brazil (CAPES) - Funding Code 001, Doctoral Scholarship granted to Glicinia Elaine Rosilho Pedroso), Process No. 38P-4071/2019.
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    References

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      Jacob M, Horton C, Rance-Ashley S, Field T, Patterson R, Johnson C et al. Family members in an Intensive Care Unit with continuous visitation. Am J Crit Care. 2016;25(2):118-25. http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258 PMid:26932913.
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      Ministério da Saúde (BR). Atenção humanizada ao recém-nascido. Método Canguru: manual técnico. 2ª ed. Brasília: Ministério da Saúde; 2017.
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      » https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266 +
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      Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
      » https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659 +
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      Resolução nº 41, de 13 de outubro de 1995 (BR). Aprova em sua íntegra o texto oriundo da Sociedade Brasileira de Pediatria, relativo aos Direitos da Criança e do Adolescente hospitalizados. Diário Oficial da União, Brasília (DF), 17 out 1995: Seção 1: 163/9-16320.
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      Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127 PMid:28122656.
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      Terp K, Sjöström-Strand A. Parents’ experiences and the effect on the family two years after their child was admitted to a PICU-An interview study. Intensive Crit Care Nurs. 2017;43:143-8. http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06.003 PMid:28663106.
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      Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.
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      Maia EBS, Ohara CVS, Ribeiro CA. Ensino do brinquedo terapêutico na graduação em enfermagem: ações e estratégias didáticas utilizadas por professores. Texto Contexto Enferm. 2019;28:e20170364. http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-2017-0364
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      Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
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      Silva SGT, Santos MA, Floriano CMF, Damião EBC, Campos FV, Rossato LM. Influence of therapeutic play on the anxiety of hospitalized school-age children: clinical trial. Rev Bras Enferm. 2017;70(6):1244-9. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016-0353 PMid:29160486.
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      Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014
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      Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413 PMid:33206855.
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      Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005.
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      van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689 PMid:28746358.
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      Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812 PMid:32520094.
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      Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898
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      Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353
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      Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131 PMid:27253598.
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      Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012
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    Publication Dates

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    • +Publication in this collection
      27 Sept 2021
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    • +Date of issue
      2022
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    History

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    • +Received
      06 Apr 2021
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    • +Accepted
      12 Aug 2021
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    +Visita à criança hospitalizada em terapia intensiva: vivências de irmãos reveladas por meio do brinquedo terapêutico dramático +

    +

    Visita al niño hospitalizado en terapia intensiva: vivencias de hermanos revelado por el juego terapéutico dramático

    + +
    + Glicinia Elaine Rosilho Pedroso Ana Paula Rigon Francischetti Garcia Luciana de Lione Melo Sobre os autores +
    +
    + +
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    Resumo

    +

    Objetivo:

    +

    compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

    +

    Método:

    +

    pesquisa qualitativa, modalidade fenomenológica, que utilizou o brinquedo terapêutico dramático para acessar às experiências dos irmãos. Foi realizada em Unidade de Terapia Intensiva Pediátrica do interior do estado de São Paulo, Brasil. Participaram das sessões de brinquedo terapêutico 11 irmãos menores de 10 anos, as quais foram analisadas à luz da Teoria do Amadurecimento.

    +

    Resultados:

    +

    os irmãos, tendo um lugar para brincar, dramatizaram situações, anteriormente, vividas, de seu cotidiano e da visita à criança hospitalizada. Ao viver, criativamente, revelaram que brincar é fazer a integração das experiências do “eu”, favorecendo o continuar a ser diante da situação vivida.

    +

    Conclusões e implicações para a prática:

    +

    o Brinquedo Terapêutico Dramático compreendido à luz de um referencial teórico possibilitou que o irmão significasse a visita como uma experiência de integração do “eu”, revelando emoções, desejos e preferências do cotidiano. Nesse sentido, o cuidado ao irmão da criança hospitalizada define-se pela oferta do brincar livre, para que ele demonstre o sentimento de continuar a ser em suas interações com o mundo, no qual o contexto hospitalar tornou parte da realidade.

    +

    Palavras-chave:
    Enfermagem Pediátrica; Irmãos; Jogos e Brinquedos; Unidades de Terapia Intensiva Pediátrica; Visitas a Pacientes

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    +
    +

    Resumen

    +

    Objeto:

    +

    Comprender por medio del juego terapéutico dramático el significado, para el hermano, de la visita al niño hospitalizado en Terapia Intensiva Pediátrica.

    +

    Método:

    +

    Investigación cualitativa, modalidad fenomenológica, que utilizó el juego terapéutico dramático para comprender la experiencia del hermano. Se realizó en Unidad de Terapia Intensiva Pediátrica del interior del Estado de São Paulo, Brasil. Participaron de las sesiones de juego terapéutico 11 hermanos con menos de 10 años, quienes fueron analizados a la luz de la Teoría de la Maduración.

    +

    Resultados:

    +

    Los hermanos, al tener un lugar para jugar, dramatizaron situaciones anteriormente vividas, de su cotidiano y de la visita al niño hospitalizado. Al vivir de forma creativa, revelaron que jugar es permitir la integración de las experiencias del “yo”, lo que favorece el concepto de seguir siendo, ante la situación vivida.

    +

    Conclusiones e implicaciones para la práctica:

    +

    El Juego Terapéutico Dramático comprendido a la luz de un referencial teórico hizo posible que el hermano entendiera la visita como una experiencia de integración del “yo”, revelando emociones, deseos y preferencias cotidianas. En este sentido, el cuidado del hermano del niño hospitalizado se define por la oferta de juego libre, para que pueda demostrar su sentimiento de seguir siendo en sus interacciones con el mundo, en el que el contexto hospitalario se ha convertido en parte de la realidad.

    +

    Palabras clave:
    Enfermería Pediátrica; Hermanos; Juego e Implementos de Juego; Unidades de Cuidado Intensivo Pediátrico; Visitas a Pacientes

    +
    +
    +

    Abstract

    +

    Objective:

    +

    to understand, by means of dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

    +

    Method:

    +

    a qualitative research, phenomenological modality, which used the dramatic therapeutic play to access the siblings' experiences. It was carried out in a Pediatric Intensive Care Unit in the countryside of the State of São Paulo, Brazil. Eleven siblings under ten years of age participated in the therapeutic play sessions, which were analyzed in the light of the Theory of Maturation.

    +

    Results:

    +

    the siblings, having a place to play, dramatized previously lived situations, from their daily life and from the visit to the hospitalized child. By living creatively, they revealed that playing is to integrate the experiences of the “I”, favoring the continuity of being in the face of the situation lived.

    +

    Conclusions and implications for practice:

    +

    the Dramatic Therapeutic Play understood in the light of a theoretical framework allowed the sibling to mean the visit as an experience of integration of the “I”, revealing emotions, desires and preferences of daily life. In this sense, the care for the brother of the hospitalized child is defined by the offer of free play, so that he demonstrates the feeling of continuing to be in his interactions with the world, in which the hospital context has become part of reality.

    +

    Keywords:
    Pediatric Nursing; Siblings; Play and Playthings; Intensive Care Units, Pediatric; Visitors to Patients

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    +
    +

    INTRODUÇÃO

    +

    Visitas em unidades de terapia intensiva costumam ser restritas e com horários pré-estabelecidos, sendo incomum a entrada de crianças menores de 12 anos. Trata-se de uma questão bastante controversa, embora os avanços científicos das últimas décadas evidenciem sua importância para a recuperação dos pacientes11 Jacob M, Horton C, Rance-Ashley S, Field T, Patterson R, Johnson C et al. Family members in an Intensive Care Unit with continuous visitation. Am J Crit Care. 2016;25(2):118-25. http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258. PMid:26932913.
    http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258... +
    ,22 Ministério da Saúde (BR). Atenção humanizada ao recém-nascido. Método Canguru: manual técnico. 2ª ed. Brasília: Ministério da Saúde; 2017..

    +

    As restrições impostas às visitas baseiam-se no risco de infecção aos pacientes e aos visitantes, além da possibilidade de trauma emocional em função do ambiente hostil e desconhecido. A falta de espaço físico e de recursos humanos capacitados também são justificativas para impedir visitantes nessas unidades33 Rodriguez C, Mathew S. Time to change: from families as visitors to families as partners in care. Can J Crit Care Nurs [Internet]. 2016 [citado 2020 dez 23];27(2):42. Disponível em: https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266
    https://web.a.ebscohost.com/abstract?dir... +
    .

    +

    Todavia, desde a década de 1980, esses aspectos têm sido refutados por estudiosos que defendem a visita aberta e a presença da família durante a hospitalização de crianças, inclusive com legislação vigente44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,55 Resolução nº 41, de 13 de outubro de 1995 (BR). Aprova em sua íntegra o texto oriundo da Sociedade Brasileira de Pediatria, relativo aos Direitos da Criança e do Adolescente hospitalizados. Diário Oficial da União, Brasília (DF), 17 out 1995: Seção 1: 163/9-16320..

    +

    Limitar ou impedir a visita em unidades intensivas pode causar impacto negativo sobre a família, que também é afetada pela situação de doença e por todos os aspectos decorrentes dela, o que pode provocar sentimentos negativos, em especial nos irmãos da criança doente66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    .

    +

    Com frequência, os irmãos são mantidos à margem da situação de adoecimento de um membro da família, em uma tentativa de poupá-los. Os pais, muitas vezes, omitem informações e/ou os afastam do cuidado e do apoio à criança doente44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    . Entretanto, isso caminha na contramão de preservar a saúde emocional, pois essa conduta não os impede de serem atingidos por tudo o que ocorre à sua volta77 Terp K, Sjöström-Strand A. Parents’ experiences and the effect on the family two years after their child was admitted to a PICU-An interview study. Intensive Crit Care Nurs. 2017;43:143-8. http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06.003. PMid:28663106.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06... +
    .

    +

    Pesquisas sobre visitas de irmãos às crianças hospitalizadas a partir da perspectiva dos próprios irmãos são escassas. Contudo, estudo que buscou refletir sobre a visita de crianças a adultos hospitalizados em unidade intensiva, revelou que a visita favorece o processo de luto da criança, embora os profissionais de saúde nem sempre tenham estratégias que subsidiem essa prática88 Sousa R No, Tarabay CH, Lourenço MTC. Reflexões sobre a visita da criança durante a hospitalização de um ente querido na UTI adulto. Rev SBPH. [Internet]. 2017 [citado 2021 jun 15];20(1):5-16. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-08582017000100002&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    .

    +

    Ouvir os irmãos, responder às suas perguntas e dúvidas quanto à criança hospitalizada, aproximando-os da situação vivida por meio da visita, se esse for o seu desejo, é importante, podendo diminuir o estresse da separação familiar, resgatando o sentimento de pertença, que pode estar fragilizado e aliviando fantasias relacionadas ao adoecimento favorecendo, ainda, a construção da realidade, pois, geralmente, a imaginação sobre a condição da criança doente pode não representar o fato44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    .

    +

    Para isso, o profissional necessita ter conhecimento e estar preparado para acolher os irmãos. Entre os recursos disponíveis para a comunicação com eles está o brincar, com destaque para o Brinquedo Terapêutico (BT). Uma das modalidades de BT, a dramática, possibilita a descarga emocional, pois, brincando, a criança exterioriza sentimentos e vivências, buscando compreendê-las e permitindo, também, sua compreensão pelo enfermeiro99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40..

    +

    Considerando que o BT é uma tecnologia de cuidado regulamentada no exercício profissional da equipe de enfermagem99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.

    10 Maia EBS, Ohara CVS, Ribeiro CA. Ensino do brinquedo terapêutico na graduação em enfermagem: ações e estratégias didáticas utilizadas por professores. Texto Contexto Enferm. 2019;28:e20170364. http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-2017-0364.
    http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-... +
    -1111 Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
    http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploa... +
    e que o BTD é utilizado em estudos com crianças para revelar experiências diversas, como hospitalização, adoecimento e privação materna1212 Silva SGT, Santos MA, Floriano CMF, Damião EBC, Campos FV, Rossato LM. Influence of therapeutic play on the anxiety of hospitalized school-age children: clinical trial. Rev Bras Enferm. 2017;70(6):1244-9. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016-0353. PMid:29160486.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016... +

    13 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
    -1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
    , dentre outras, empregá-lo com irmãos de crianças hospitalizadas para acessar às experiências de visita em unidade intensiva, poderá trazer elementos relevantes para ampliar as discussões sobre visitação de crianças em hospitais.

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    Assim, o objetivo deste estudo é compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

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    MÉTODO

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    Pesquisa qualitativa, de modalidade fenomenológica. Estudos dessa natureza têm como essência compreender a experiência vivida e o significado dado a ela, a partir daquele que a vivencia, considerando sua singularidade, sem a formulação de hipóteses ou inferências. Adotou-se a Análise da Estrutura do Fenômeno Situado como referencial metodológico1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. e a Teoria do Amadurecimento de D. W. Winnicott1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994., como referencial teórico.

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    Fenomenologia é a disciplina que estuda a descrição do que aparece, daquilo que surge para a consciência e se mostra, se manifesta, se desvela ao indivíduo que interroga. Trata-se de uma ciência descritiva, rigorosa, concreta, que permite mostrar e explicitar o ser nele mesmo, numa preocupação com a essência do vivido1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    A Análise da Estrutura do Fenômeno Situado investiga, de forma direta, as vivências humanas, buscando construir conhecimento voltado à compreensão da dinâmica das significações, sem se prender às explicações causais ou às generalizações. A pretensão é conhecer o indivíduo e entender o processo pelo qual ele constrói e descreve seus significados. À medida que descreve e interpreta de forma ampla os fenômenos humanos, decodificando o complexo sistema de significados, o pesquisador vai criando condições para uma reflexão que visa a compreensão do fenômeno1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

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    Quanto a escolha pela Teoria do Amadurecimento de Winnicott, essa permite responder à interrogação desse estudo, na medida em que define a saúde do indivíduo, a partir do seu processo de desenvolvimento emocional1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    . Ela é fundamentada em dois princípios básicos: a tendência inata ao amadurecimento, a qual oferece os subsídios para a leitura da experiência vivida; e a existência contínua de um ambiente facilitador, que, por meio do cuidado suficientemente bom, fomenta a interpretação das relações que conectam a experiência dos seres humanos1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

    +

    Na jornada do amadurecimento, há capacidades a serem conquistadas e experiências a serem integradas, o que depende do processo de constituição da realidade, do qual faz parte o brincar2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Brincar é uma atividade sofisticada, por meio do qual a criança pode converter seus impulsos em atividades simbólicas e criativas, tendo condições de lidar com as ansiedades advindas das experiências vividas e, também, permite desvelar o processo da construção de sua subjetividade, a partir das suas relações com o outro e com o mundo2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

    +

    O estudo foi desenvolvido em uma Unidade de Terapia Intensiva (UTI) Pediátrica de um hospital filantrópico de grande porte, do interior do estado de São Paulo, com um total de sete leitos, onde a equipe multiprofissional assiste crianças graves, com idade entre 29 dias e 14 anos.

    +

    As visitas às crianças são diárias, em dois períodos, com a entrada de duas pessoas maiores de 12 anos, sem revezamento. A visitação por menores é uma excepcionalidade, limitada aos irmãos, apenas em resposta à solicitação dos pais ou da criança hospitalizada, mediante autorização do enfermeiro.

    +

    Os critérios de inclusão foram irmãos entre 3 e 10 anos, por ser a faixa etária recomendada para a utilização do BT99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., interesse do responsável e possibilidade de trazer o irmão para visitar à criança hospitalizada e, ainda, que não tivesse experiência de visita anterior. Foram critérios de exclusão, irmãos com algum problema de saúde cuja visita fosse contraindicada pela equipe multiprofissional e que já conhecessem o ambiente de unidade intensiva.

    +

    Desse modo, 12 famílias foram abordadas e informadas sobre o objetivo do estudo e de que modo seria a participação dos filhos. Dessas, uma recusou-se por acreditar que a visita à criança hospitalizada seria prejudicial à saúde do irmão. Outras duas famílias, embora tenham demonstrado interesse, não puderam trazer os irmãos ao hospital, sendo uma por dificuldades financeiras e, a outra, por transferência da criança hospitalizada. As que concordaram, assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE) permanecendo com uma cópia, sendo agendado dia e hora para que o irmão visitasse à criança hospitalizada.

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    Antes da visita, a pesquisadora principal, vestida com roupas comuns e jaleco, abordava o irmão na sala de recepção da Unidade, onde há um sofá e mesas/cadeiras infantis. Por meio do Termo de Assentimento (TA), descrição lúdica elaborada especialmente para esse fim, o irmão era convidado a brincar após visitar a criança hospitalizada.

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    Todos os irmãos cujas famílias assinaram o TCLE, aceitaram participar da sessão de BTD. Assim, participaram do estudo 11 irmãos de nove crianças hospitalizadas. O quadro a seguir (Quadro 1) apresenta os participantes do estudo. A coleta de dados ocorreu no período de dezembro de 2017 a janeiro de 2019.

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    + +
    +Quadro 1
    Irmãos participantes do estudo. Campinas, 2019.
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    Foram realizadas 11 sessões de BTD iniciadas com a questão norteadora: “Vamos brincar de uma criança que visitou seu irmão na UTI Pediátrica?” Nesse momento, foi acordado o tempo da sessão mostrando os ponteiros do relógio para indicar o tempo previsto, mas explicado que a brincadeira poderia ser interrompida a qualquer momento.

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    O tempo da sessão de BTD pode variar entre 15 e 45 minutos99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., contudo a criança pode solicitar mais algum tempo para concluir a brincadeira, o que aconteceu com quatro irmãos. Dessa forma, o tempo de cada sessão variou entre 15 e 59 minutos.

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    A seleção dos brinquedos seguiu as recomendações da literatura9,22, sendo disponibilizados numa caixa plástica, bonecos representando a família, profissionais de saúde, animais e objetos domésticos e do cotidiano, como alimentos variados, carrinhos, ferramentas e materiais hospitalares (seringa, agulha, frascos de medicamento, termômetro, eletrodos, estetoscópio, máscara, luva, entre outros). Ainda, lápis de cor e bloco de papel.

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    Os registros ocorreram em áudio digital e por meio de um diário de campo, onde foram descritas impressões gerais e percepções acerca do comportamento dos irmãos, auxiliando para o esclarecimento do momento da brincadeira, subsidiando a análise do brincar. Considerando o princípio da pesquisa fenomenológica de que o fenômeno a ser desvelado acontece no momento das manifestações dos participantes e não posteriormente2323 Giorgi A. Difficulties encountered in the application of the phenomenological method in the social sciences. Anal Psicol. 2006;24(3):353-61. http://dx.doi.org/10.14417/ap.175.
    http://dx.doi.org/10.14417/ap.175... +
    , foi optado por não filmar as sessões de BTD.

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    A transcrição dos áudios ocorreu logo após o término de cada sessão de BTD, sendo que as sessões foram encerradas quando os discursos mostraram consistência, isto é, quando atingiu a saturação teórica, o que significa que a partir de um processo analítico constante, os pesquisadores observaram que novos elementos deixaram de surgir nas brincadeiras2424 van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689. PMid:28746358.
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0... +
    .

    +

    A análise seguiu os passos preconizados pela Análise da Estrutura do Fenômeno Situado: leitura global do conteúdo total das sessões junto as informações do diário de campo, de forma a apreender sua configuração global; releitura atenta, de modo a identificar as afirmações significativas (unidades de significados); busca de convergências e divergências para construção das categorias temáticas e elaboração da síntese descritiva1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. realizada à luz teoria do amadurecimento de Winnicott1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Garantindo a privacidade dos participantes e a proteção de sua identidade, optou-se por utilizar nomes de personagens de animação infantil, escolhidos pela pesquisadora principal. O estudo seguiu as recomendações estabelecidas pela Resolução nº 466, de 12 de dezembro de 2012, e foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Estadual de Campinas sob o parecer nº 2.652.332 e CAAE nº 65571417.1.0000.5404 de 14 de maio de 2018.

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    RESULTADOS

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    Ao compreender a experiência dos irmãos que visitaram às crianças hospitalizadas na unidade intensiva, emergiram duas categorias: “Tendo um lugar para brincar” e “Vivendo criativamente: brincar é fazer”. Essas categorias serão apresentadas a seguir e ilustradas por meio dos discursos dos irmãos extraídos durante a sessão de BTD, seguidos pelo nome fictício e idade.

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    Tendo um lugar para brincar

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    Os irmãos reconheceram o ambiente de brincadeira como suficientemente bom capaz de receber seu brincar. Assim, aceitando o convite para brincar, exploraram o ambiente procurando elementos para a brincadeira e reconhecendo objetos disponíveis para brincar.

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    Ao selecionar brinquedos preferiram, inicialmente, aqueles que aludiam à experiência da visita, mas também se interessaram por outros elementos da caixa.

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    Bart explora a caixa. Agora preciso achar um visitante! Aqui! Achei! Um bebezinho! Aqui… dentro. [Colocando o boneco-bebê na cama do cenário da UTI Pediátrica; volta a explorar] Achei! [encontrando a coberta da cama] Vou colocar na cama… esse aqui… desse jeito… [Cantarolando coloca a coberta sobre o bebê que está na cama; volta a explorar] (Bart, 9 anos)

    +

    Smurfinha encontra pratos coloridos e os dispõe um à sua frente e outro à frente da pesquisadora. Encontra um ovo frito. Ovinho. Coloca no prato [retira da caixa outros utensílios domésticos — panelas, talheres, copos, agrupando-os por similaridades]. (Smurfinha, 9 anos)

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    Peppa Pig explora a caixa; encontra um bloco de papel e um estojo com lápis de cor. ‘Qué quevê’ (quero escrever) aqui… [pega um lápis e faz um rabisco no papel] (Peppa Pig, 3 anos)

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    Observou-se também interesse dos irmãos por determinado brinquedo ao reconhecerem a possibilidade de realizar outra função.

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    Tommy retira da caixa uma furadeira. Uma arma! Tá tá tá… [simula tiros] Mas, estranho… [olhando para sua ponta] a ponta parece de cola… é arma de cola? (Tommy, 9 anos)

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    Os irmãos reconheceram os objetos disponibilizados, o que se mostrou quando nomearam brinquedos, objetos e personagens e quando brincaram simulando o seu uso.

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    Lola explora a caixa e retira dela o estetoscópio: Vamos ouvir o coração da tia P (nome da pesquisadora) [apoia o estetoscópio na bancada e retira da caixa um par de luvas] Coloca a luva aqui pra mim? [estica as mãos para P e entrega as luvas]

    +

    P: Onde que você quer que eu coloque a luva?

    +

    Lola: Na mão! Nessa… [estica uma das mãos] Agora nessa aqui… [estica a outra] (Lola, 4 anos)

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    +

    Ao encontrar insumos médico-hospitalares, os reconheceu e declarou que não seriam para brincar.

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    Charlie encontra um kit medicação via oral na caixa. Isso não é de brincar! […] [Explora a caixa e encontra seringas, ampola de SF0,9%. Pega-as e coloca sobre a bancada.] Tem tanta coisa de médico aqui… Vocês não usam essas coisas?

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    P: A gente não usa?

    +

    Charlie: Não… porque tá aqui dentro da caixa… então… aqui dentro com os brinquedos. Mas… mas eles funcionam?

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    P: Funcionam?

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    Charlie: Sim! [empurrando e puxando o êmbolo da seringa] (Charlie, 7 anos)

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    +

    Os irmãos relacionaram os brinquedos e personagens da caixa à experiência da visita, como exemplo associam o boneco de branco à enfermeira pesquisadora.

    +

    Bart explora a caixa; encontra o boneco representativo da pesquisadora. Ó, a enfermeira… [mostra à pesquisadora um boneco vestido de branco] Tá aqui… [arrumando o boneco no cenário da UTI Pediátrica] O que mais combina com você vai… Branco… sabe… por quê? ‘cê tá’ de branco! (Bart, 9 anos)

    +

    Vivendo criativamente: brincar é fazer

    +

    Trazendo à brincadeira elementos alusivos ao seu cotidiano, às experiências e à realidade vivida, os usaram, dramatizando lembranças antigas e a situação da visita; recriando, destruindo e reconstruindo o ambiente da terapia intensiva. Ainda, mostraram perceber sobre si, ter um olhar para o outro e agir conforme sua vontade. Os brinquedos mobilizaram lembranças de situações, anteriormente, vividas, e foram dramatizadas na brincadeira.

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    +

    Lola pega um cachorro da Patrulha Canina que está sobre a bancada: Olha! ‘Vamo cortá’ a Zuma! Cortar a Zuma! Vou cortar a Zuma! Eu vou cortar o pé da Zuma. A Zuma vai ficar dodói! [cantarolando] Porque ela tinha que tirar uns pontos… Igual o Charlie fez aqui. [tocando a testa do irmão, onde havia uma discreta cicatriz] Pin! Primeiro ele colocou na testa. [coloca uma compressa de gaze na testa do irmão e a mantém com o apoio da tesoura] E tirou, né? E eu chorei!

    +

    Charlie: Eu coloquei na testa a tesoura? As ‘enfermeira’!

    +

    Lola: As ‘enfermeira’ colocou… e daí eu vi o Charlie, e aí eu chorei… (Charlie, 7 anos; Lola, 4 anos)

    +
    +

    Eles também dramatizaram a experiência de visitar a criança hospitalizada.

    +

    Sitka abre a caixa e encontra os objetos que remetem à experiência da visita, pega-os e coloca-os sobre a bancada. Eu tenho que demonstrar como eu entrei lá? Eu vou demonstrar como que eu cheguei. Como eu fui ver meu irmão. [pega um boneco para representá-lo] Eu cheguei aqui, aí eu lavei a mão, entrei lá. Meu pai ficou aqui, com a minha mãe. [mostra no cenário onde os pais ficaram dentro da UTI Pediátrica] Cheguei, abracei o Denahi, falei que eu estava com saudade; ele falou que também estava. Depois, ele falou se eu queria desenhar. Aí nós ficamos desenhando. Desenhamos e aí depois você chegou. (Sitka, 10 anos)

    +

    A capacidade de brincar dos irmãos permitiu recriar o cenário da UTI Pediátrica, inserindo nesse ambiente, novos elementos.

    +

    Bart explora a caixa e encontra um vaso sanitário: Banheiro… onde põe isso? [Pergunta a si mesmo; imediatamente coloca no cenário da UTI Pediátrica. Volta a explorar a caixa]. Mais… [encontra uma embalagem de dispensador de detergente] Pegar álcool, aqui… é importante! Tchii… [simula colocar nas mãos, esfrega e coloca no cenário da UTI Pediátrica] (Bart, 9 anos)

    +

    Brincando, os irmãos construíram, destruíram e reconstruíram o cenário representativo do ambiente da terapia intensiva.

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    Charlie: Eu vou montar o hos-pi-tal! [retira da caixa o cenário, coloca sobre a bancada e observa] Qual era a brincadeira mesmo?

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    P: Vamos brincar de uma criança que foi visitar a irmã na UTI.

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    Charlie retira da caixa um martelo; começa a bater nas paredes do cenário, delicadamente] Eu tô refazendo a UTI… Refazendo… a UTI. (Charlie, 7 anos)

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    +

    Alguns brinquedos disponíveis na caixa, quando encontrados, permitiram aos irmãos, revelar suas preferências.

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    +

    Charlie explora a caixa e encontra uma embalagem de sorvete: Isso! [em tom animado; pega a embalagem de sorvete da caixa] É uma caixa de sorvete! [fala com entusiasmo]

    +

    Lola: Eu também gosto de sorvete, mas é de lego. [Pega a boneca princesa Elsa, aperta, fazendo-a tocar a música “Let it go”] Gosto dessa música “Lerisgou…” [cantarolando] Eu tenho um Olaf na minha casa… Eu não tenho a boneca… mas eu tenho o filme! E esse… “Lerisgou”! [referindo-se à música] (Charlie, 7 anos; Lola, 4 anos)

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    +

    Durante o momento da brincadeira, os irmãos também fizeram considerações sobre a criança hospitalizada, perguntaram sobre ela e o hospital ser capaz de atender as suas necessidades.

    +

    Sitka conta à pesquisadora que o pai comprou um novo celular para Denahi: […] Na verdade, meu pai já comprou, né, mas só que tá lá em casa. Por causa que é que… que ele falou assim, ó…, se aqui tem wi-fi… por causa que ele tá querendo mexer no wi-fi; por causa também… que ele é viciado nisso, né?! […] Denahi é viciado nisso [wi-fi] Lá em casa ele não pára de mexer no celular… ele fica vin-te qua-tro ho-ras [enfatizando] mexendo nisso… Ele só parava assim, pra comer, beber água, assim… essas coisas… Aqui tem wi-fi? Ele [refere-se ao pai] não perguntou ainda, porque depois que quebrou não trouxe… [refere-se ao celular] (Sitka, 10 anos)

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    Os irmãos decidiram continuar a brincar ou finalizar a brincadeira mesmo sabendo do tempo combinado da sessão de BT.

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    P: Elroy, a gente vai ter que guardar os brinquedos, porque, ó, o ponteirinho do relógio já está na hora certa. [mostra o relógio e a indicação do ponteiro no horário combinado para o fim da brincadeira]

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    Elroy: Não tá! Eu tenho que brincar ainda… Eu não brinquei ainda… [e continua a brincadeira, ignorando o que a pesquisadora havia dito] (Elroy, 3 anos)

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    DISCUSSÃO

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    A maneira que a criança pode expressar os significados de sua experiência vivida se dá por meio do brincar2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Logo, ao aceitar o convite para brincar, os irmãos puderam significar sua confiança no ambiente de brincadeira, ou seja, reconheceram este ambiente como suficientemente bom, capaz de acolher o seu brincar. O ambiente suficientemente bom tem o caráter de possibilitar a entrada da criança no mundo real, colaborando para que ela diferencie a fantasia da realidade, integrando-se como ser numa unidade2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Estudo sobre a dinâmica e a estrutura do BTD revelou que a sessão é processo com quatro etapas interdependentes e complementares. Aceitar o convite para brincar é parte da primeira etapa, nomeada como ‘estabelecimento de vínculo’, que ocorre de forma gradual, mas que é essencial para que a criança exponha sentimentos e emoções. Além disso, essa etapa apoia a próxima, ‘explorando’2525 Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812. PMid:32520094.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018... +
    , movimento também observado nos irmãos das crianças hospitalizadas.

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    Os irmãos exploraram a caixa e os brinquedos observando, manuseando, perguntando, buscando descobrir e reconhecer o que estava disponível para brincar. Explorar é uma atividade que pertence à realidade externa; por meio dela, é possível entrar em contato com o que é real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Inicialmente, eles selecionaram elementos que remetiam à experiência da visita para brincar. Crianças com câncer trouxeram para a brincadeira o que consideraram de maior impacto em suas novas realidades, ou seja, o adoecimento e os procedimentos dolorosos, demonstrando dificuldades em extrapolar os momentos difíceis1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    Porém, os irmãos foram além do momento da visita. A sessão de BTD proporcionou a oportunidade de interessar-se por outros brinquedos da caixa, conforme a necessidade de conceber, como real, a experiência vivida, integrando-a ao “eu”, o que pode favorecer sua jornada rumo ao amadurecimento1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

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    O BT, concebido como ambiente suficientemente bom, é capaz de promover a coragem dos irmãos em brincar a medida em que oferece suporte emocional, liberdade de expressão e experimentação, ponto de partida à experiência de novas descobertas e à concepção da realidade2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61.,2626 Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898.
    https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.2... +
    .

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    Em algumas situações, os irmãos interessaram-se pela possibilidade do brinquedo realizar outra função. Nesse contexto, não se pode encarar as preferências e interesses dos irmãos de modo ingênuo, pois o momento do BT, desperta possibilidades para refletir, reagir e agir. O brincar não é apenas um ato espontâneo; ele facilita o acesso à atividade simbólica e a elaboração psíquica de vivências do cotidiano, tal como a experiência de visitar a criança hospitalizada. Assim, mais importante que o objeto brincado é a maneira como ele é usado e a relação que a criança estabelece com ele. Relacionar-se com o objeto, aqui representado pelo brinquedo, confere a ele a característica de ser reconhecido, pela criança, como real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Durante a brincadeira, os irmãos encontraram insumos médico-hospitalares e, diante deles, reconheceram sua função, identificando que não eram para brincar, o que pode significar o uso de seu repertório anterior a experiência da visita à criança hospitalizada, diferenciando esses insumos daqueles brinquedos que eles têm confiança e coragem para brincar, substituindo sua função inicial. No entanto, tal ato proibitivo junto a uma categoria de objetos pode indicar que a criança já conquistou a capacidade de simbolizar, uma vez que não há mais a necessidade de seu uso na brincadeira, porque ele já está nomeado, caracterizado e constituído na realidade vivida1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015..

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    Brincar com insumos médico-hospitalares dramatizando procedimentos não é algo incomum para crianças que vivenciam o contexto da doença e da hospitalização. Trata-se de uma excelente oportunidade para compreender sentimentos como ansiedade, angústia, solidão e medo2727 Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353.
    http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-... +
    ,2828 Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131. PMid:27253598.
    http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016... +
    .

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    Ao mesmo tempo em que há insumos hospitalares que foram nomeados, caracterizados e constituídos na realidade vivida, em algumas situações, os irmãos estabeleceram relação entre os brinquedos-personagens disponíveis na caixa e pessoas a sua volta, que fazem parte do seu cotidiano ou da experiência de visita. Tal inclusão pode indicar o jogo simbólico existente no próprio ato de brincar, na medida que há objetos externos à criança2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    , os quais nos diferentes momentos são escolhidos para ficar a parte da brincadeira para, em outro momento, surgir trazendo o contexto vivido, em especial, a visita hospitalar.

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    O jogo entre exterioridade e a internalização dos objetos que suscitam a visita à criança hospitalizada, mostra o brincar no espaço potencial ou transicional2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    . Esta não é área de compreensão consciente e reflexiva, mas de experimentação em que se alicerça o processo de simbolização, no qual os símbolos têm valor e existem enquanto tais. Assim, assegura-se o brincar como um recurso facilitador à atividade simbólica2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. o que pode contribuir para o significado dado pelos irmãos à experiência da visita. Observou-se comportamento semelhante em filhos de mulheres encarceradas que participaram de sessões de BTD1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
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    Os irmãos dramatizaram, na brincadeira, situações há algum tempo vividas, o que permite considerar que a sessão de BT dramático mobilizou lembranças e proporcionou um momento para representar o que foi significativo a eles. Lembrar é uma maneira de experienciar no presente o que já aconteceu no passado1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Por vezes, situações impactantes podem dificultar que a criança resgate a sua história no brincar. Crianças em tratamento oncológico demonstraram, ainda que brevemente, disposição para extrapolar às questões que envolvem o adoecimento, o que lhes trouxe bem-estar1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    Os irmãos puderem usufruir da oportunidade para reviver momentos que lhe foram significativos, dramatizando a experiência de visita à criança hospitalizada, significando-a na continuidade do viver, sem que a experiência da doença seja determinante para a descontinuidade em seu processo de amadurecimento. À luz da teoria do amadurecimento, a origem da simbolização está na experiência com fenômenos e objetos transicionais, e sua conquista advém da diferenciação entre o que é interno e o que é externo, da distinção clara entre o que é fantasia e o que é fato, entre o que é criado e o que é encontrado, o que se dá no brincar1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Nessa perspectiva é possível conceber que o BT dramático enquanto tecnologia de cuidado que promove o brincar99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40. é um mediador à atividade simbólica, uma vez que propicia a dimensão da transicionalidade, na qual é possível ter experiências e usar a criatividade1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015. para conceber a realidade.

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    Reviver as experiências na brincadeira representa o fazer (brincar) livre e criativo em consequência de uma situação e/ou do ambiente2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Traduz-se no movimento de encontrar a vida e os outros, ou seja, fazer a experiência de encontrar a realidade externa a partir de sua própria espontaneidade1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Brincando, os irmãos recriaram o cenário da UTI Pediátrica, trazendo para esse ambiente, novos elementos, o que pode apontar que os irmãos significaram a visita como um espaço de uso da criatividade para desenvolver seu amadurecimento incorporando tal experiência a tarefa de concepção da realidade, já que quem é criativo pode trazer novos elementos à brincadeira e fazer nela. Na concepção winnicottiana, o fenômeno criativo é uma atividade de experimentação e está relacionada ao sentimento de realidade e não a uma ação ou ato inédito1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Assim, ao viver criativamente o brincar, é possível ter um novo contato com a experiência, lançar sobre ela um novo olhar e, a partir de então, elaborar o que lhe foi significativo, contribuindo para que a experiência possa ser concebida como real1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    No entanto, a criatividade é uma ação que pressupõe destrutividade, ou seja, é preciso promover a destruição, na fantasia inconsciente, do que é subjetivo para conceber o que é objetivo, real1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.. Esse movimento pôde ser percebido quando os irmãos construíram, destruíram e reconstruíram o cenário representativo do ambiente da terapia intensiva, o que novamente corrobora com a significação da experiência de visita como um momento de integração da realidade e não de ruptura.

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    Quando a criança vive o brincar de todas as formas possíveis, ela constrói o contato com a realidade e experiencia a continuidade de ser1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Proporcionar um ambiente de brincadeira que permite aos irmãos deixar fruir sua criatividade e a experiência vivida por meio dela, são o princípio para que eles concebam a continuidade de sua existência. Só é possível ter o sentimento de continuar a ser quem tem o sentimento de existir1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Assim, quando os irmãos, durante a brincadeira revelam suas preferências, significam a visita, distinguindo-se dela, porque se reconhecem como um “eu”, separado de um “não-eu”, pois somente quem existe é capaz de perceber a si e ao mundo1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.. Essa capacidade também se revela quando os irmãos fazem considerações sobre a criança hospitalizada, e significam a visita como momento de expressar preocupação com o atendimento das necessidades da criança hospitalizada no hospital.

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    Ter a consciência de ser “si-mesmo”, é uma capacidade a ser conquistada na jornada do amadurecimento, o que envolve a relação entre a singularidade do “eu” e o encontro com “o outro” (“não-eu”) e a consequente integração das novas experiências, como a da visita na UTI Pediátrica. “Eu sou, eu existo, adquiro experiências, enriqueço-me e tenho uma interação introjetiva e projetiva com o “não-eu”, o mundo real da realidade compartilhada”1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.:60.

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    O movimento de fazer por si mesmo pode ser percebido quando decidem continuar brincando ou interromper a brincadeira e significou que a visita hospitalar é uma experiência que reforça o senso de “si-mesmo”, que os leva a fazer por eles mesmos a escolha de finalizar ou continuar na brincadeira.

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    O sentimento de existir deve ser mantido durante toda a vida, contudo continuar a ser, mesmo diante das adversidades, é um grande desafio. Agindo conforme sua vontade, independentemente dos limites do ambiente, os irmãos se impuseram enquanto ser que existe. Essa capacidade que o irmão tem corresponde a um estado emocional saudável e revela o viver criativo de quem tem a liberdade de ser e fazer, de quem percebe a si, o outro e o mundo, de quem tem o “sentimento de existir” e de “ser”1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    O modo criativo de viver resulta em ações livres e espontâneas diante das circunstâncias da vida, dando suporte para que o indivíduo mantenha o sentimento de ser “si-mesmo” nas interações com o mundo. A essas ações, dá-se o nome de “gesto espontâneo”, que é uma das muitas maneiras pela qual o verdadeiro “eu” pode se expressar. Ele representa a autenticidade e a genuinidade própria de cada um. Por meio de ações genuínas a criança pode usufruir das experiências da vida, sem medo do aniquilamento, e, assim, continuar a ser1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    O brincar proporcionado pelo enfermeiro pôde favorecer aos irmãos viver criativamente significando suas experiências, como a da visita à criança hospitalizada, possibilitando que essas sejam concebidas como real e integradas ao “eu”. Pelo brincar o irmão significou, por meio dos sentimentos expressos nos resultados, que a vida é real, que vale ser vivida e que é possível continuar a ser mesmo diante das dificuldades que possam se apresentar.

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    CONCLUSÃO E IMPLICAÇÕES PARA A PRÁTICA

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    O BTD possibilitou o brincar que, compreendido à luz da teoria do amadurecimento, revelou que o irmão significou a visita como uma experiência de integração do “eu”, na medida em que eles incorporaram a visita às brincadeiras, além de revelarem emoções, desejos e preferências do cotidiano, mobilizaram lembranças de situações vividas, mostraram a capacidade de destruir e reconstruir o objeto, a fim de constituir a realidade de maneira criativa, demonstrando o sentimento de continuar a ser nas interações com o mundo, o que revela o viver criativo daquele que é “si-mesmo”.

    +

    A visita parece não ter significado, aos irmãos deste estudo, uma experiência traumática, capaz de interferir ou interromper a continuidade de ser, pois foram capazes de significar as situações adversas, demonstrando confiança, coragem e substituindo a função original do brinquedo por outra que respondesse a sua necessidade de comunicar-se e constituir a realidade. Tal capacidade de significação foi possível a partir da implantação de linguagem adequada a eles e a oferta da oportunidade de promover a elaboração da experiência da hospitalização, que nesse estudo foi desenvolvida pelo BTD.

    +

    Vale destacar que esse estudo demonstra ao enfermeiro a necessidade cuidar do irmão, considerando-o como parte da família da criança hospitalizada, incluindo-o no contexto da hospitalização, o que não implica em apenas permitir a visitação, mas também compreender o que a visita significa para eles. Para tanto, recomenda-se a organização de um ambiente favorável de brincadeira, caracterizado pelo brincar livre, não dirigido, em que o enfermeiro tenha uma postura que acolhe e suporta a brincadeira, sem julgamentos ou inferências, para que o irmão conceba a realidade mediada pelo espaço potencial, a fim de simbolizar a experiência vivida, como ocorrido no presente trabalho.

    +

    No que diz respeito às limitações do estudo, a intervenção com BTD mostrou-se relevante para compreender a experiência dos irmãos, mas pode não ser suficiente para promover mudanças nas políticas de visitação por representar um seleto grupo de participantes, embora possam suscitar discussões e reflexões relevantes.

    +

    Este estudo trouxe a importância de, no cuidado à família, vislumbrar o irmão da criança hospitalizada, compreendendo que esse cuidado é caracterizado como a possibilidade de significação da experiência vivida e, assim, recomenda-se a adoção de uma proposta teórica para a leitura da experiência da visita, quando admitido o uso do BT ao irmão da criança hospitalizada.

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      FINANCIAMENTO

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      “O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001, Bolsa de Doutorado concedida a Glicinia Elaine Rosilho Pedroso), Processo nº 38P-4071/2019.
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    REFERÊNCIAS

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      » https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266 +
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      Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
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      Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61.
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      Giorgi A. Difficulties encountered in the application of the phenomenological method in the social sciences. Anal Psicol. 2006;24(3):353-61. http://dx.doi.org/10.14417/ap.175
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      van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689 PMid:28746358.
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      Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812 PMid:32520094.
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      Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898
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      Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353
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      Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131 PMid:27253598.
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      Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      27 Set 2021
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      06 Abr 2021
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    • +Aceito
      12 Ago 2021
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    +Open-access Visita à criança hospitalizada em terapia intensiva: vivências de irmãos reveladas por meio do brinquedo terapêutico dramático +

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    Visita al niño hospitalizado en terapia intensiva: vivencias de hermanos revelado por el juego terapéutico dramático

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    + + + +Sobre os autores +
    +
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    Resumo

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    Objetivo:

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    compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

    +

    Método:

    +

    pesquisa qualitativa, modalidade fenomenológica, que utilizou o brinquedo terapêutico dramático para acessar às experiências dos irmãos. Foi realizada em Unidade de Terapia Intensiva Pediátrica do interior do estado de São Paulo, Brasil. Participaram das sessões de brinquedo terapêutico 11 irmãos menores de 10 anos, as quais foram analisadas à luz da Teoria do Amadurecimento.

    +

    Resultados:

    +

    os irmãos, tendo um lugar para brincar, dramatizaram situações, anteriormente, vividas, de seu cotidiano e da visita à criança hospitalizada. Ao viver, criativamente, revelaram que brincar é fazer a integração das experiências do “eu”, favorecendo o continuar a ser diante da situação vivida.

    +

    Conclusões e implicações para a prática:

    +

    o Brinquedo Terapêutico Dramático compreendido à luz de um referencial teórico possibilitou que o irmão significasse a visita como uma experiência de integração do “eu”, revelando emoções, desejos e preferências do cotidiano. Nesse sentido, o cuidado ao irmão da criança hospitalizada define-se pela oferta do brincar livre, para que ele demonstre o sentimento de continuar a ser em suas interações com o mundo, no qual o contexto hospitalar tornou parte da realidade.

    +

    Palavras-chave:
    Enfermagem Pediátrica; Irmãos; Jogos e Brinquedos; Unidades de Terapia Intensiva Pediátrica; Visitas a Pacientes

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    +
    +

    Resumen

    +

    Objeto:

    +

    Comprender por medio del juego terapéutico dramático el significado, para el hermano, de la visita al niño hospitalizado en Terapia Intensiva Pediátrica.

    +

    Método:

    +

    Investigación cualitativa, modalidad fenomenológica, que utilizó el juego terapéutico dramático para comprender la experiencia del hermano. Se realizó en Unidad de Terapia Intensiva Pediátrica del interior del Estado de São Paulo, Brasil. Participaron de las sesiones de juego terapéutico 11 hermanos con menos de 10 años, quienes fueron analizados a la luz de la Teoría de la Maduración.

    +

    Resultados:

    +

    Los hermanos, al tener un lugar para jugar, dramatizaron situaciones anteriormente vividas, de su cotidiano y de la visita al niño hospitalizado. Al vivir de forma creativa, revelaron que jugar es permitir la integración de las experiencias del “yo”, lo que favorece el concepto de seguir siendo, ante la situación vivida.

    +

    Conclusiones e implicaciones para la práctica:

    +

    El Juego Terapéutico Dramático comprendido a la luz de un referencial teórico hizo posible que el hermano entendiera la visita como una experiencia de integración del “yo”, revelando emociones, deseos y preferencias cotidianas. En este sentido, el cuidado del hermano del niño hospitalizado se define por la oferta de juego libre, para que pueda demostrar su sentimiento de seguir siendo en sus interacciones con el mundo, en el que el contexto hospitalario se ha convertido en parte de la realidad.

    +

    Palabras clave:
    Enfermería Pediátrica; Hermanos; Juego e Implementos de Juego; Unidades de Cuidado Intensivo Pediátrico; Visitas a Pacientes

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    Abstract

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    Objective:

    +

    to understand, by means of dramatic therapeutic play, the meaning, for the sibling, of visiting the child hospitalized in intensive care.

    +

    Method:

    +

    a qualitative research, phenomenological modality, which used the dramatic therapeutic play to access the siblings' experiences. It was carried out in a Pediatric Intensive Care Unit in the countryside of the State of São Paulo, Brazil. Eleven siblings under ten years of age participated in the therapeutic play sessions, which were analyzed in the light of the Theory of Maturation.

    +

    Results:

    +

    the siblings, having a place to play, dramatized previously lived situations, from their daily life and from the visit to the hospitalized child. By living creatively, they revealed that playing is to integrate the experiences of the “I”, favoring the continuity of being in the face of the situation lived.

    +

    Conclusions and implications for practice:

    +

    the Dramatic Therapeutic Play understood in the light of a theoretical framework allowed the sibling to mean the visit as an experience of integration of the “I”, revealing emotions, desires and preferences of daily life. In this sense, the care for the brother of the hospitalized child is defined by the offer of free play, so that he demonstrates the feeling of continuing to be in his interactions with the world, in which the hospital context has become part of reality.

    +

    Keywords:
    Pediatric Nursing; Siblings; Play and Playthings; Intensive Care Units, Pediatric; Visitors to Patients

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    INTRODUÇÃO

    +

    Visitas em unidades de terapia intensiva costumam ser restritas e com horários pré-estabelecidos, sendo incomum a entrada de crianças menores de 12 anos. Trata-se de uma questão bastante controversa, embora os avanços científicos das últimas décadas evidenciem sua importância para a recuperação dos pacientes11 Jacob M, Horton C, Rance-Ashley S, Field T, Patterson R, Johnson C et al. Family members in an Intensive Care Unit with continuous visitation. Am J Crit Care. 2016;25(2):118-25. http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258. PMid:26932913.
    http://dx.doi.org/10.4037/ajcc2016258... +
    ,22 Ministério da Saúde (BR). Atenção humanizada ao recém-nascido. Método Canguru: manual técnico. 2ª ed. Brasília: Ministério da Saúde; 2017..

    +

    As restrições impostas às visitas baseiam-se no risco de infecção aos pacientes e aos visitantes, além da possibilidade de trauma emocional em função do ambiente hostil e desconhecido. A falta de espaço físico e de recursos humanos capacitados também são justificativas para impedir visitantes nessas unidades33 Rodriguez C, Mathew S. Time to change: from families as visitors to families as partners in care. Can J Crit Care Nurs [Internet]. 2016 [citado 2020 dez 23];27(2):42. Disponível em: https://web.a.ebscohost.com/abstract?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=23688653&AN=115902266&h=c9zon839lvdYUhNeuRKaDejIkfIFLNC7lgv6ns%2fpEGNWzO26vcuAPwYNgT2hRtHBAc0JJyJ0Y%2b2dn24hFUFRvw%3d%3d&crl=c&resultNs=AdminWebAuth&resultLocal=ErrCrlNotAuth&crlhashurl=login.aspx%3fdirect%3dtrue%26profile%3dehost%26scope%3dsite%26authtype%3dcrawler%26jrnl%3d23688653%26AN%3d115902266
    https://web.a.ebscohost.com/abstract?dir... +
    .

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    Todavia, desde a década de 1980, esses aspectos têm sido refutados por estudiosos que defendem a visita aberta e a presença da família durante a hospitalização de crianças, inclusive com legislação vigente44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,55 Resolução nº 41, de 13 de outubro de 1995 (BR). Aprova em sua íntegra o texto oriundo da Sociedade Brasileira de Pediatria, relativo aos Direitos da Criança e do Adolescente hospitalizados. Diário Oficial da União, Brasília (DF), 17 out 1995: Seção 1: 163/9-16320..

    +

    Limitar ou impedir a visita em unidades intensivas pode causar impacto negativo sobre a família, que também é afetada pela situação de doença e por todos os aspectos decorrentes dela, o que pode provocar sentimentos negativos, em especial nos irmãos da criança doente66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    .

    +

    Com frequência, os irmãos são mantidos à margem da situação de adoecimento de um membro da família, em uma tentativa de poupá-los. Os pais, muitas vezes, omitem informações e/ou os afastam do cuidado e do apoio à criança doente44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
    . Entretanto, isso caminha na contramão de preservar a saúde emocional, pois essa conduta não os impede de serem atingidos por tudo o que ocorre à sua volta77 Terp K, Sjöström-Strand A. Parents’ experiences and the effect on the family two years after their child was admitted to a PICU-An interview study. Intensive Crit Care Nurs. 2017;43:143-8. http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06.003. PMid:28663106.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.iccn.2017.06... +
    .

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    Pesquisas sobre visitas de irmãos às crianças hospitalizadas a partir da perspectiva dos próprios irmãos são escassas. Contudo, estudo que buscou refletir sobre a visita de crianças a adultos hospitalizados em unidade intensiva, revelou que a visita favorece o processo de luto da criança, embora os profissionais de saúde nem sempre tenham estratégias que subsidiem essa prática88 Sousa R No, Tarabay CH, Lourenço MTC. Reflexões sobre a visita da criança durante a hospitalização de um ente querido na UTI adulto. Rev SBPH. [Internet]. 2017 [citado 2021 jun 15];20(1):5-16. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-08582017000100002&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    .

    +

    Ouvir os irmãos, responder às suas perguntas e dúvidas quanto à criança hospitalizada, aproximando-os da situação vivida por meio da visita, se esse for o seu desejo, é importante, podendo diminuir o estresse da separação familiar, resgatando o sentimento de pertença, que pode estar fragilizado e aliviando fantasias relacionadas ao adoecimento favorecendo, ainda, a construção da realidade, pois, geralmente, a imaginação sobre a condição da criança doente pode não representar o fato44 Gill MA. Making space for siblings in family-centered care. Pediatr Nurs [Internet]. 2020 [citado 2020 dez 18];46(1):48-51. Disponível em: https://www.proquest.com/openview/dfdf015cc6db379be949a2b72be8d748/1?pq-origsite=gscholar&cbl=47659
    https://www.proquest.com/openview/dfdf01... +
    ,66 Olivier-D’Avignon M, Dumont S, Valois P, Cohen S. The needs of siblings of children with a life-threatening illness, part 1: conceptualization and development of a measure. Palliat Support Care. 2017;15(6):644-64. http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001127. PMid:28122656.
    http://dx.doi.org/10.1017/S1478951516001... +
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    Para isso, o profissional necessita ter conhecimento e estar preparado para acolher os irmãos. Entre os recursos disponíveis para a comunicação com eles está o brincar, com destaque para o Brinquedo Terapêutico (BT). Uma das modalidades de BT, a dramática, possibilita a descarga emocional, pois, brincando, a criança exterioriza sentimentos e vivências, buscando compreendê-las e permitindo, também, sua compreensão pelo enfermeiro99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40..

    +

    Considerando que o BT é uma tecnologia de cuidado regulamentada no exercício profissional da equipe de enfermagem99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.

    10 Maia EBS, Ohara CVS, Ribeiro CA. Ensino do brinquedo terapêutico na graduação em enfermagem: ações e estratégias didáticas utilizadas por professores. Texto Contexto Enferm. 2019;28:e20170364. http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-2017-0364.
    http://dx.doi.org/10.1590/1980-265x-tce-... +
    -1111 Resolução nº 546, de 9 de maio de 2017 (BR). Atualiza norma para utilização da técnica do Brinquedo/Brinquedo Terapêutico pela Equipe de Enfermagem na assistência à criança hospitalizada. Diário Oficial da União [periódico na internet], Brasília (DF), 17 Maio 2017: Seção 1: 93 [citado 2020 dez 21]. Disponível em: http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploads/2017/05/Resolu%C3%A7%C3%A3o-546-17.pdf
    http://www.cofen.gov.br/wp-content/uploa... +
    e que o BTD é utilizado em estudos com crianças para revelar experiências diversas, como hospitalização, adoecimento e privação materna1212 Silva SGT, Santos MA, Floriano CMF, Damião EBC, Campos FV, Rossato LM. Influence of therapeutic play on the anxiety of hospitalized school-age children: clinical trial. Rev Bras Enferm. 2017;70(6):1244-9. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016-0353. PMid:29160486.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2016... +

    13 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
    -1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020... +
    , dentre outras, empregá-lo com irmãos de crianças hospitalizadas para acessar às experiências de visita em unidade intensiva, poderá trazer elementos relevantes para ampliar as discussões sobre visitação de crianças em hospitais.

    +

    Assim, o objetivo deste estudo é compreender, por meio do brinquedo terapêutico dramático, o significado, para o irmão, de visitar a criança hospitalizada em terapia intensiva.

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    MÉTODO

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    Pesquisa qualitativa, de modalidade fenomenológica. Estudos dessa natureza têm como essência compreender a experiência vivida e o significado dado a ela, a partir daquele que a vivencia, considerando sua singularidade, sem a formulação de hipóteses ou inferências. Adotou-se a Análise da Estrutura do Fenômeno Situado como referencial metodológico1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. e a Teoria do Amadurecimento de D. W. Winnicott1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994., como referencial teórico.

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    Fenomenologia é a disciplina que estuda a descrição do que aparece, daquilo que surge para a consciência e se mostra, se manifesta, se desvela ao indivíduo que interroga. Trata-se de uma ciência descritiva, rigorosa, concreta, que permite mostrar e explicitar o ser nele mesmo, numa preocupação com a essência do vivido1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    A Análise da Estrutura do Fenômeno Situado investiga, de forma direta, as vivências humanas, buscando construir conhecimento voltado à compreensão da dinâmica das significações, sem se prender às explicações causais ou às generalizações. A pretensão é conhecer o indivíduo e entender o processo pelo qual ele constrói e descreve seus significados. À medida que descreve e interpreta de forma ampla os fenômenos humanos, decodificando o complexo sistema de significados, o pesquisador vai criando condições para uma reflexão que visa a compreensão do fenômeno1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005..

    +

    Quanto a escolha pela Teoria do Amadurecimento de Winnicott, essa permite responder à interrogação desse estudo, na medida em que define a saúde do indivíduo, a partir do seu processo de desenvolvimento emocional1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +
    . Ela é fundamentada em dois princípios básicos: a tendência inata ao amadurecimento, a qual oferece os subsídios para a leitura da experiência vivida; e a existência contínua de um ambiente facilitador, que, por meio do cuidado suficientemente bom, fomenta a interpretação das relações que conectam a experiência dos seres humanos1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

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    Na jornada do amadurecimento, há capacidades a serem conquistadas e experiências a serem integradas, o que depende do processo de constituição da realidade, do qual faz parte o brincar2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Brincar é uma atividade sofisticada, por meio do qual a criança pode converter seus impulsos em atividades simbólicas e criativas, tendo condições de lidar com as ansiedades advindas das experiências vividas e, também, permite desvelar o processo da construção de sua subjetividade, a partir das suas relações com o outro e com o mundo2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    O estudo foi desenvolvido em uma Unidade de Terapia Intensiva (UTI) Pediátrica de um hospital filantrópico de grande porte, do interior do estado de São Paulo, com um total de sete leitos, onde a equipe multiprofissional assiste crianças graves, com idade entre 29 dias e 14 anos.

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    As visitas às crianças são diárias, em dois períodos, com a entrada de duas pessoas maiores de 12 anos, sem revezamento. A visitação por menores é uma excepcionalidade, limitada aos irmãos, apenas em resposta à solicitação dos pais ou da criança hospitalizada, mediante autorização do enfermeiro.

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    Os critérios de inclusão foram irmãos entre 3 e 10 anos, por ser a faixa etária recomendada para a utilização do BT99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40.,2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61., interesse do responsável e possibilidade de trazer o irmão para visitar à criança hospitalizada e, ainda, que não tivesse experiência de visita anterior. Foram critérios de exclusão, irmãos com algum problema de saúde cuja visita fosse contraindicada pela equipe multiprofissional e que já conhecessem o ambiente de unidade intensiva.

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    Desse modo, 12 famílias foram abordadas e informadas sobre o objetivo do estudo e de que modo seria a participação dos filhos. Dessas, uma recusou-se por acreditar que a visita à criança hospitalizada seria prejudicial à saúde do irmão. Outras duas famílias, embora tenham demonstrado interesse, não puderam trazer os irmãos ao hospital, sendo uma por dificuldades financeiras e, a outra, por transferência da criança hospitalizada. As que concordaram, assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE) permanecendo com uma cópia, sendo agendado dia e hora para que o irmão visitasse à criança hospitalizada.

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    Antes da visita, a pesquisadora principal, vestida com roupas comuns e jaleco, abordava o irmão na sala de recepção da Unidade, onde há um sofá e mesas/cadeiras infantis. Por meio do Termo de Assentimento (TA), descrição lúdica elaborada especialmente para esse fim, o irmão era convidado a brincar após visitar a criança hospitalizada.

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    Todos os irmãos cujas famílias assinaram o TCLE, aceitaram participar da sessão de BTD. Assim, participaram do estudo 11 irmãos de nove crianças hospitalizadas. O quadro a seguir (Quadro 1) apresenta os participantes do estudo. A coleta de dados ocorreu no período de dezembro de 2017 a janeiro de 2019.

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    +Quadro 1
    Irmãos participantes do estudo. Campinas, 2019.
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    Foram realizadas 11 sessões de BTD iniciadas com a questão norteadora: “Vamos brincar de uma criança que visitou seu irmão na UTI Pediátrica?” Nesse momento, foi acordado o tempo da sessão mostrando os ponteiros do relógio para indicar o tempo previsto, mas explicado que a brincadeira poderia ser interrompida a qualquer momento.

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    O tempo da sessão de BTD pode variar entre 15 e 45 minutos99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40., contudo a criança pode solicitar mais algum tempo para concluir a brincadeira, o que aconteceu com quatro irmãos. Dessa forma, o tempo de cada sessão variou entre 15 e 59 minutos.

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    A seleção dos brinquedos seguiu as recomendações da literatura9,22, sendo disponibilizados numa caixa plástica, bonecos representando a família, profissionais de saúde, animais e objetos domésticos e do cotidiano, como alimentos variados, carrinhos, ferramentas e materiais hospitalares (seringa, agulha, frascos de medicamento, termômetro, eletrodos, estetoscópio, máscara, luva, entre outros). Ainda, lápis de cor e bloco de papel.

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    Os registros ocorreram em áudio digital e por meio de um diário de campo, onde foram descritas impressões gerais e percepções acerca do comportamento dos irmãos, auxiliando para o esclarecimento do momento da brincadeira, subsidiando a análise do brincar. Considerando o princípio da pesquisa fenomenológica de que o fenômeno a ser desvelado acontece no momento das manifestações dos participantes e não posteriormente2323 Giorgi A. Difficulties encountered in the application of the phenomenological method in the social sciences. Anal Psicol. 2006;24(3):353-61. http://dx.doi.org/10.14417/ap.175.
    http://dx.doi.org/10.14417/ap.175... +
    , foi optado por não filmar as sessões de BTD.

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    A transcrição dos áudios ocorreu logo após o término de cada sessão de BTD, sendo que as sessões foram encerradas quando os discursos mostraram consistência, isto é, quando atingiu a saturação teórica, o que significa que a partir de um processo analítico constante, os pesquisadores observaram que novos elementos deixaram de surgir nas brincadeiras2424 van Rijnsoever FJ. I can’t get no saturation: a simulation and guidelines for sample sizes in qualitative research. PLoS One. 2017;12(7):e0181689. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0181689. PMid:28746358.
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0... +
    .

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    A análise seguiu os passos preconizados pela Análise da Estrutura do Fenômeno Situado: leitura global do conteúdo total das sessões junto as informações do diário de campo, de forma a apreender sua configuração global; releitura atenta, de modo a identificar as afirmações significativas (unidades de significados); busca de convergências e divergências para construção das categorias temáticas e elaboração da síntese descritiva1515 Martins J, Bicudo MAV. A pesquisa qualitativa em psicologia: fundamentos e recursos básicos. São Paulo: Moraes; 2005. realizada à luz teoria do amadurecimento de Winnicott1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.

    17 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.

    18 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
    http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?scr... +

    19 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.

    20 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.
    -2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Garantindo a privacidade dos participantes e a proteção de sua identidade, optou-se por utilizar nomes de personagens de animação infantil, escolhidos pela pesquisadora principal. O estudo seguiu as recomendações estabelecidas pela Resolução nº 466, de 12 de dezembro de 2012, e foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Estadual de Campinas sob o parecer nº 2.652.332 e CAAE nº 65571417.1.0000.5404 de 14 de maio de 2018.

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    RESULTADOS

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    Ao compreender a experiência dos irmãos que visitaram às crianças hospitalizadas na unidade intensiva, emergiram duas categorias: “Tendo um lugar para brincar” e “Vivendo criativamente: brincar é fazer”. Essas categorias serão apresentadas a seguir e ilustradas por meio dos discursos dos irmãos extraídos durante a sessão de BTD, seguidos pelo nome fictício e idade.

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    Tendo um lugar para brincar

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    Os irmãos reconheceram o ambiente de brincadeira como suficientemente bom capaz de receber seu brincar. Assim, aceitando o convite para brincar, exploraram o ambiente procurando elementos para a brincadeira e reconhecendo objetos disponíveis para brincar.

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    Ao selecionar brinquedos preferiram, inicialmente, aqueles que aludiam à experiência da visita, mas também se interessaram por outros elementos da caixa.

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    Bart explora a caixa. Agora preciso achar um visitante! Aqui! Achei! Um bebezinho! Aqui… dentro. [Colocando o boneco-bebê na cama do cenário da UTI Pediátrica; volta a explorar] Achei! [encontrando a coberta da cama] Vou colocar na cama… esse aqui… desse jeito… [Cantarolando coloca a coberta sobre o bebê que está na cama; volta a explorar] (Bart, 9 anos)

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    Smurfinha encontra pratos coloridos e os dispõe um à sua frente e outro à frente da pesquisadora. Encontra um ovo frito. Ovinho. Coloca no prato [retira da caixa outros utensílios domésticos — panelas, talheres, copos, agrupando-os por similaridades]. (Smurfinha, 9 anos)

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    Peppa Pig explora a caixa; encontra um bloco de papel e um estojo com lápis de cor. ‘Qué quevê’ (quero escrever) aqui… [pega um lápis e faz um rabisco no papel] (Peppa Pig, 3 anos)

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    Observou-se também interesse dos irmãos por determinado brinquedo ao reconhecerem a possibilidade de realizar outra função.

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    Tommy retira da caixa uma furadeira. Uma arma! Tá tá tá… [simula tiros] Mas, estranho… [olhando para sua ponta] a ponta parece de cola… é arma de cola? (Tommy, 9 anos)

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    Os irmãos reconheceram os objetos disponibilizados, o que se mostrou quando nomearam brinquedos, objetos e personagens e quando brincaram simulando o seu uso.

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    Lola explora a caixa e retira dela o estetoscópio: Vamos ouvir o coração da tia P (nome da pesquisadora) [apoia o estetoscópio na bancada e retira da caixa um par de luvas] Coloca a luva aqui pra mim? [estica as mãos para P e entrega as luvas]

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    P: Onde que você quer que eu coloque a luva?

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    Lola: Na mão! Nessa… [estica uma das mãos] Agora nessa aqui… [estica a outra] (Lola, 4 anos)

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    Ao encontrar insumos médico-hospitalares, os reconheceu e declarou que não seriam para brincar.

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    Charlie encontra um kit medicação via oral na caixa. Isso não é de brincar! […] [Explora a caixa e encontra seringas, ampola de SF0,9%. Pega-as e coloca sobre a bancada.] Tem tanta coisa de médico aqui… Vocês não usam essas coisas?

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    P: A gente não usa?

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    Charlie: Não… porque tá aqui dentro da caixa… então… aqui dentro com os brinquedos. Mas… mas eles funcionam?

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    P: Funcionam?

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    Charlie: Sim! [empurrando e puxando o êmbolo da seringa] (Charlie, 7 anos)

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    Os irmãos relacionaram os brinquedos e personagens da caixa à experiência da visita, como exemplo associam o boneco de branco à enfermeira pesquisadora.

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    Bart explora a caixa; encontra o boneco representativo da pesquisadora. Ó, a enfermeira… [mostra à pesquisadora um boneco vestido de branco] Tá aqui… [arrumando o boneco no cenário da UTI Pediátrica] O que mais combina com você vai… Branco… sabe… por quê? ‘cê tá’ de branco! (Bart, 9 anos)

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    Vivendo criativamente: brincar é fazer

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    Trazendo à brincadeira elementos alusivos ao seu cotidiano, às experiências e à realidade vivida, os usaram, dramatizando lembranças antigas e a situação da visita; recriando, destruindo e reconstruindo o ambiente da terapia intensiva. Ainda, mostraram perceber sobre si, ter um olhar para o outro e agir conforme sua vontade. Os brinquedos mobilizaram lembranças de situações, anteriormente, vividas, e foram dramatizadas na brincadeira.

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    Lola pega um cachorro da Patrulha Canina que está sobre a bancada: Olha! ‘Vamo cortá’ a Zuma! Cortar a Zuma! Vou cortar a Zuma! Eu vou cortar o pé da Zuma. A Zuma vai ficar dodói! [cantarolando] Porque ela tinha que tirar uns pontos… Igual o Charlie fez aqui. [tocando a testa do irmão, onde havia uma discreta cicatriz] Pin! Primeiro ele colocou na testa. [coloca uma compressa de gaze na testa do irmão e a mantém com o apoio da tesoura] E tirou, né? E eu chorei!

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    Charlie: Eu coloquei na testa a tesoura? As ‘enfermeira’!

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    Lola: As ‘enfermeira’ colocou… e daí eu vi o Charlie, e aí eu chorei… (Charlie, 7 anos; Lola, 4 anos)

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    Eles também dramatizaram a experiência de visitar a criança hospitalizada.

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    Sitka abre a caixa e encontra os objetos que remetem à experiência da visita, pega-os e coloca-os sobre a bancada. Eu tenho que demonstrar como eu entrei lá? Eu vou demonstrar como que eu cheguei. Como eu fui ver meu irmão. [pega um boneco para representá-lo] Eu cheguei aqui, aí eu lavei a mão, entrei lá. Meu pai ficou aqui, com a minha mãe. [mostra no cenário onde os pais ficaram dentro da UTI Pediátrica] Cheguei, abracei o Denahi, falei que eu estava com saudade; ele falou que também estava. Depois, ele falou se eu queria desenhar. Aí nós ficamos desenhando. Desenhamos e aí depois você chegou. (Sitka, 10 anos)

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    A capacidade de brincar dos irmãos permitiu recriar o cenário da UTI Pediátrica, inserindo nesse ambiente, novos elementos.

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    Bart explora a caixa e encontra um vaso sanitário: Banheiro… onde põe isso? [Pergunta a si mesmo; imediatamente coloca no cenário da UTI Pediátrica. Volta a explorar a caixa]. Mais… [encontra uma embalagem de dispensador de detergente] Pegar álcool, aqui… é importante! Tchii… [simula colocar nas mãos, esfrega e coloca no cenário da UTI Pediátrica] (Bart, 9 anos)

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    Brincando, os irmãos construíram, destruíram e reconstruíram o cenário representativo do ambiente da terapia intensiva.

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    Charlie: Eu vou montar o hos-pi-tal! [retira da caixa o cenário, coloca sobre a bancada e observa] Qual era a brincadeira mesmo?

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    P: Vamos brincar de uma criança que foi visitar a irmã na UTI.

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    Charlie retira da caixa um martelo; começa a bater nas paredes do cenário, delicadamente] Eu tô refazendo a UTI… Refazendo… a UTI. (Charlie, 7 anos)

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    Alguns brinquedos disponíveis na caixa, quando encontrados, permitiram aos irmãos, revelar suas preferências.

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    Charlie explora a caixa e encontra uma embalagem de sorvete: Isso! [em tom animado; pega a embalagem de sorvete da caixa] É uma caixa de sorvete! [fala com entusiasmo]

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    Lola: Eu também gosto de sorvete, mas é de lego. [Pega a boneca princesa Elsa, aperta, fazendo-a tocar a música “Let it go”] Gosto dessa música “Lerisgou…” [cantarolando] Eu tenho um Olaf na minha casa… Eu não tenho a boneca… mas eu tenho o filme! E esse… “Lerisgou”! [referindo-se à música] (Charlie, 7 anos; Lola, 4 anos)

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    Durante o momento da brincadeira, os irmãos também fizeram considerações sobre a criança hospitalizada, perguntaram sobre ela e o hospital ser capaz de atender as suas necessidades.

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    Sitka conta à pesquisadora que o pai comprou um novo celular para Denahi: […] Na verdade, meu pai já comprou, né, mas só que tá lá em casa. Por causa que é que… que ele falou assim, ó…, se aqui tem wi-fi… por causa que ele tá querendo mexer no wi-fi; por causa também… que ele é viciado nisso, né?! […] Denahi é viciado nisso [wi-fi] Lá em casa ele não pára de mexer no celular… ele fica vin-te qua-tro ho-ras [enfatizando] mexendo nisso… Ele só parava assim, pra comer, beber água, assim… essas coisas… Aqui tem wi-fi? Ele [refere-se ao pai] não perguntou ainda, porque depois que quebrou não trouxe… [refere-se ao celular] (Sitka, 10 anos)

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    Os irmãos decidiram continuar a brincar ou finalizar a brincadeira mesmo sabendo do tempo combinado da sessão de BT.

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    P: Elroy, a gente vai ter que guardar os brinquedos, porque, ó, o ponteirinho do relógio já está na hora certa. [mostra o relógio e a indicação do ponteiro no horário combinado para o fim da brincadeira]

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    Elroy: Não tá! Eu tenho que brincar ainda… Eu não brinquei ainda… [e continua a brincadeira, ignorando o que a pesquisadora havia dito] (Elroy, 3 anos)

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    DISCUSSÃO

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    A maneira que a criança pode expressar os significados de sua experiência vivida se dá por meio do brincar2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Logo, ao aceitar o convite para brincar, os irmãos puderam significar sua confiança no ambiente de brincadeira, ou seja, reconheceram este ambiente como suficientemente bom, capaz de acolher o seu brincar. O ambiente suficientemente bom tem o caráter de possibilitar a entrada da criança no mundo real, colaborando para que ela diferencie a fantasia da realidade, integrando-se como ser numa unidade2121 Winnicott DW. Os bebês e suas mães. São Paulo; Martins Fontes; 1994..

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    Estudo sobre a dinâmica e a estrutura do BTD revelou que a sessão é processo com quatro etapas interdependentes e complementares. Aceitar o convite para brincar é parte da primeira etapa, nomeada como ‘estabelecimento de vínculo’, que ocorre de forma gradual, mas que é essencial para que a criança exponha sentimentos e emoções. Além disso, essa etapa apoia a próxima, ‘explorando’2525 Santos VLA, Almeida FA, Ceribelli K, Ribeiro CA. Understanding the dramatic therapeutic play session: a contribution to pediatric nursing. Rev Bras Enferm. 2020;73(4):e20180812. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018-0812. PMid:32520094.
    http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2018... +
    , movimento também observado nos irmãos das crianças hospitalizadas.

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    Os irmãos exploraram a caixa e os brinquedos observando, manuseando, perguntando, buscando descobrir e reconhecer o que estava disponível para brincar. Explorar é uma atividade que pertence à realidade externa; por meio dela, é possível entrar em contato com o que é real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Inicialmente, eles selecionaram elementos que remetiam à experiência da visita para brincar. Crianças com câncer trouxeram para a brincadeira o que consideraram de maior impacto em suas novas realidades, ou seja, o adoecimento e os procedimentos dolorosos, demonstrando dificuldades em extrapolar os momentos difíceis1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
    http://dx.doi.org/10.1590/0104-070720150... +
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    Porém, os irmãos foram além do momento da visita. A sessão de BTD proporcionou a oportunidade de interessar-se por outros brinquedos da caixa, conforme a necessidade de conceber, como real, a experiência vivida, integrando-a ao “eu”, o que pode favorecer sua jornada rumo ao amadurecimento1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.,1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017..

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    O BT, concebido como ambiente suficientemente bom, é capaz de promover a coragem dos irmãos em brincar a medida em que oferece suporte emocional, liberdade de expressão e experimentação, ponto de partida à experiência de novas descobertas e à concepção da realidade2222 Maia EB, Melo LL, La Banca RO. O brinquedo terapêutico na assistência de enfermagem. In: Collet N, Toso BRGO, Vieira CS. Manual de enfermagem em pediatria. Goiânia: AB; 2020. p. 49-61.,2626 Melo LL, Pedroso GER, Garcia APRF. O brincar de irmãos de crianças hospitalizadas após visita hospitalar. Rev enferm UFPE on line. 2019:13:e240898. https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.240898.
    https://doi.org/10.5205/1981-8963.2019.2... +
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    Em algumas situações, os irmãos interessaram-se pela possibilidade do brinquedo realizar outra função. Nesse contexto, não se pode encarar as preferências e interesses dos irmãos de modo ingênuo, pois o momento do BT, desperta possibilidades para refletir, reagir e agir. O brincar não é apenas um ato espontâneo; ele facilita o acesso à atividade simbólica e a elaboração psíquica de vivências do cotidiano, tal como a experiência de visitar a criança hospitalizada. Assim, mais importante que o objeto brincado é a maneira como ele é usado e a relação que a criança estabelece com ele. Relacionar-se com o objeto, aqui representado pelo brinquedo, confere a ele a característica de ser reconhecido, pela criança, como real2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975..

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    Durante a brincadeira, os irmãos encontraram insumos médico-hospitalares e, diante deles, reconheceram sua função, identificando que não eram para brincar, o que pode significar o uso de seu repertório anterior a experiência da visita à criança hospitalizada, diferenciando esses insumos daqueles brinquedos que eles têm confiança e coragem para brincar, substituindo sua função inicial. No entanto, tal ato proibitivo junto a uma categoria de objetos pode indicar que a criança já conquistou a capacidade de simbolizar, uma vez que não há mais a necessidade de seu uso na brincadeira, porque ele já está nomeado, caracterizado e constituído na realidade vivida1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015..

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    Brincar com insumos médico-hospitalares dramatizando procedimentos não é algo incomum para crianças que vivenciam o contexto da doença e da hospitalização. Trata-se de uma excelente oportunidade para compreender sentimentos como ansiedade, angústia, solidão e medo2727 Coelho HP, Souza GSD, Freitas VHS, Santos IRA, Ribeiro CA, Sales JKD et al. Percepção da criança hospitalizada acerca do brinquedo terapêutico instrucional na terapia intravenosa. Esc Anna Nery. 2021;25(3):e20200353. http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-2020-0353.
    http://dx.doi.org/10.1590/2177-9465-ean-... +
    ,2828 Caleffi CCF, Rocha PK, Anders JC, Souza AIJ, Burciaga VB, Serapião LS. Contribuição do brinquedo terapêutico estruturado em um modelo de cuidado de enfermagem para crianças hospitalizadas. Rev Gaúcha Enferm. 2016;37(2):e58131. http://dx.doi.org/10.1590/1983-1447.2016.02.58131. PMid:27253598.
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    Ao mesmo tempo em que há insumos hospitalares que foram nomeados, caracterizados e constituídos na realidade vivida, em algumas situações, os irmãos estabeleceram relação entre os brinquedos-personagens disponíveis na caixa e pessoas a sua volta, que fazem parte do seu cotidiano ou da experiência de visita. Tal inclusão pode indicar o jogo simbólico existente no próprio ato de brincar, na medida que há objetos externos à criança2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    , os quais nos diferentes momentos são escolhidos para ficar a parte da brincadeira para, em outro momento, surgir trazendo o contexto vivido, em especial, a visita hospitalar.

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    O jogo entre exterioridade e a internalização dos objetos que suscitam a visita à criança hospitalizada, mostra o brincar no espaço potencial ou transicional2929 Fulgencio L. A constituição do símbolo e o processo analítico. Paidéia. 2011;21(50):393-401. http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011000300012.
    http://dx.doi.org/10.1590/S0103-863X2011... +
    . Esta não é área de compreensão consciente e reflexiva, mas de experimentação em que se alicerça o processo de simbolização, no qual os símbolos têm valor e existem enquanto tais. Assim, assegura-se o brincar como um recurso facilitador à atividade simbólica2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975. o que pode contribuir para o significado dado pelos irmãos à experiência da visita. Observou-se comportamento semelhante em filhos de mulheres encarceradas que participaram de sessões de BTD1414 Melo LL, Ribeiro CA. Growing up (being) without a mother: children’s experiences during maternal imprisonment. Rev Bras Enferm. 2020;73(Suppl 4):e20200413. http://dx.doi.org/10.1590/0034-7167-2020-0413. PMid:33206855.
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    Os irmãos dramatizaram, na brincadeira, situações há algum tempo vividas, o que permite considerar que a sessão de BT dramático mobilizou lembranças e proporcionou um momento para representar o que foi significativo a eles. Lembrar é uma maneira de experienciar no presente o que já aconteceu no passado1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Por vezes, situações impactantes podem dificultar que a criança resgate a sua história no brincar. Crianças em tratamento oncológico demonstraram, ainda que brevemente, disposição para extrapolar às questões que envolvem o adoecimento, o que lhes trouxe bem-estar1313 Fonseca MRA, Campos CJG, Ribeiro CA, Toledo VP, Melo LL. Revealing the world of oncological treatment through dramatic therapeutic play. Texto Contexto Enferm. 2015;24(4):1112-20. http://dx.doi.org/10.1590/0104-0707201500003350014.
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    Os irmãos puderem usufruir da oportunidade para reviver momentos que lhe foram significativos, dramatizando a experiência de visita à criança hospitalizada, significando-a na continuidade do viver, sem que a experiência da doença seja determinante para a descontinuidade em seu processo de amadurecimento. À luz da teoria do amadurecimento, a origem da simbolização está na experiência com fenômenos e objetos transicionais, e sua conquista advém da diferenciação entre o que é interno e o que é externo, da distinção clara entre o que é fantasia e o que é fato, entre o que é criado e o que é encontrado, o que se dá no brincar1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Nessa perspectiva é possível conceber que o BT dramático enquanto tecnologia de cuidado que promove o brincar99 Melo LL, Maia EBS, Luz JH, Souza MA, Ribeiro CA. Brinquedo terapêutico: tecnologia de cuidado à criança. In: Souza AIJ, organizador. Enfermagem Pediátrica: avanços e contribuições para a prática clínica. Florianópolis: Papa-Livro; 2021. p. 217-40. é um mediador à atividade simbólica, uma vez que propicia a dimensão da transicionalidade, na qual é possível ter experiências e usar a criatividade1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015. para conceber a realidade.

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    Reviver as experiências na brincadeira representa o fazer (brincar) livre e criativo em consequência de uma situação e/ou do ambiente2020 Winnicott DW. O brincar e a realidade. Rio de Janeiro: LTC; 1975.. Traduz-se no movimento de encontrar a vida e os outros, ou seja, fazer a experiência de encontrar a realidade externa a partir de sua própria espontaneidade1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Brincando, os irmãos recriaram o cenário da UTI Pediátrica, trazendo para esse ambiente, novos elementos, o que pode apontar que os irmãos significaram a visita como um espaço de uso da criatividade para desenvolver seu amadurecimento incorporando tal experiência a tarefa de concepção da realidade, já que quem é criativo pode trazer novos elementos à brincadeira e fazer nela. Na concepção winnicottiana, o fenômeno criativo é uma atividade de experimentação e está relacionada ao sentimento de realidade e não a uma ação ou ato inédito1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    Assim, ao viver criativamente o brincar, é possível ter um novo contato com a experiência, lançar sobre ela um novo olhar e, a partir de então, elaborar o que lhe foi significativo, contribuindo para que a experiência possa ser concebida como real1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    No entanto, a criatividade é uma ação que pressupõe destrutividade, ou seja, é preciso promover a destruição, na fantasia inconsciente, do que é subjetivo para conceber o que é objetivo, real1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1919 Winnicott DW. A criança e o seu mundo. Rio de Janeiro: LTC; 2015.. Esse movimento pôde ser percebido quando os irmãos construíram, destruíram e reconstruíram o cenário representativo do ambiente da terapia intensiva, o que novamente corrobora com a significação da experiência de visita como um momento de integração da realidade e não de ruptura.

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    Quando a criança vive o brincar de todas as formas possíveis, ela constrói o contato com a realidade e experiencia a continuidade de ser1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.. Proporcionar um ambiente de brincadeira que permite aos irmãos deixar fruir sua criatividade e a experiência vivida por meio dela, são o princípio para que eles concebam a continuidade de sua existência. Só é possível ter o sentimento de continuar a ser quem tem o sentimento de existir1717 Dias EO. A teoria do amadurecimento de D. W. Winnicott. 3. ed. São Paulo: DWW; 2017.,1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    Assim, quando os irmãos, durante a brincadeira revelam suas preferências, significam a visita, distinguindo-se dela, porque se reconhecem como um “eu”, separado de um “não-eu”, pois somente quem existe é capaz de perceber a si e ao mundo1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.. Essa capacidade também se revela quando os irmãos fazem considerações sobre a criança hospitalizada, e significam a visita como momento de expressar preocupação com o atendimento das necessidades da criança hospitalizada no hospital.

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    Ter a consciência de ser “si-mesmo”, é uma capacidade a ser conquistada na jornada do amadurecimento, o que envolve a relação entre a singularidade do “eu” e o encontro com “o outro” (“não-eu”) e a consequente integração das novas experiências, como a da visita na UTI Pediátrica. “Eu sou, eu existo, adquiro experiências, enriqueço-me e tenho uma interação introjetiva e projetiva com o “não-eu”, o mundo real da realidade compartilhada”1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983.:60.

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    O movimento de fazer por si mesmo pode ser percebido quando decidem continuar brincando ou interromper a brincadeira e significou que a visita hospitalar é uma experiência que reforça o senso de “si-mesmo”, que os leva a fazer por eles mesmos a escolha de finalizar ou continuar na brincadeira.

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    O sentimento de existir deve ser mantido durante toda a vida, contudo continuar a ser, mesmo diante das adversidades, é um grande desafio. Agindo conforme sua vontade, independentemente dos limites do ambiente, os irmãos se impuseram enquanto ser que existe. Essa capacidade que o irmão tem corresponde a um estado emocional saudável e revela o viver criativo de quem tem a liberdade de ser e fazer, de quem percebe a si, o outro e o mundo, de quem tem o “sentimento de existir” e de “ser”1818 Belo F, Scodeler K. A importância do brincar em Winnicot e Schiller. Tempo Psicanal. [Internet]. 2013 [citado 2021 jun 17];45(1):91-101. Disponível em: http://pepsic.bvsalud.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-48382013000100007&lng=pt
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    O modo criativo de viver resulta em ações livres e espontâneas diante das circunstâncias da vida, dando suporte para que o indivíduo mantenha o sentimento de ser “si-mesmo” nas interações com o mundo. A essas ações, dá-se o nome de “gesto espontâneo”, que é uma das muitas maneiras pela qual o verdadeiro “eu” pode se expressar. Ele representa a autenticidade e a genuinidade própria de cada um. Por meio de ações genuínas a criança pode usufruir das experiências da vida, sem medo do aniquilamento, e, assim, continuar a ser1616 Winnicott DW. O ambiente e os processos de maturação: estudos sobre a teoria do desenvolvimento emocional. Porto Alegre: Artes Médicas; 1983..

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    O brincar proporcionado pelo enfermeiro pôde favorecer aos irmãos viver criativamente significando suas experiências, como a da visita à criança hospitalizada, possibilitando que essas sejam concebidas como real e integradas ao “eu”. Pelo brincar o irmão significou, por meio dos sentimentos expressos nos resultados, que a vida é real, que vale ser vivida e que é possível continuar a ser mesmo diante das dificuldades que possam se apresentar.

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    CONCLUSÃO E IMPLICAÇÕES PARA A PRÁTICA

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    O BTD possibilitou o brincar que, compreendido à luz da teoria do amadurecimento, revelou que o irmão significou a visita como uma experiência de integração do “eu”, na medida em que eles incorporaram a visita às brincadeiras, além de revelarem emoções, desejos e preferências do cotidiano, mobilizaram lembranças de situações vividas, mostraram a capacidade de destruir e reconstruir o objeto, a fim de constituir a realidade de maneira criativa, demonstrando o sentimento de continuar a ser nas interações com o mundo, o que revela o viver criativo daquele que é “si-mesmo”.

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    A visita parece não ter significado, aos irmãos deste estudo, uma experiência traumática, capaz de interferir ou interromper a continuidade de ser, pois foram capazes de significar as situações adversas, demonstrando confiança, coragem e substituindo a função original do brinquedo por outra que respondesse a sua necessidade de comunicar-se e constituir a realidade. Tal capacidade de significação foi possível a partir da implantação de linguagem adequada a eles e a oferta da oportunidade de promover a elaboração da experiência da hospitalização, que nesse estudo foi desenvolvida pelo BTD.

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    Vale destacar que esse estudo demonstra ao enfermeiro a necessidade cuidar do irmão, considerando-o como parte da família da criança hospitalizada, incluindo-o no contexto da hospitalização, o que não implica em apenas permitir a visitação, mas também compreender o que a visita significa para eles. Para tanto, recomenda-se a organização de um ambiente favorável de brincadeira, caracterizado pelo brincar livre, não dirigido, em que o enfermeiro tenha uma postura que acolhe e suporta a brincadeira, sem julgamentos ou inferências, para que o irmão conceba a realidade mediada pelo espaço potencial, a fim de simbolizar a experiência vivida, como ocorrido no presente trabalho.

    +

    No que diz respeito às limitações do estudo, a intervenção com BTD mostrou-se relevante para compreender a experiência dos irmãos, mas pode não ser suficiente para promover mudanças nas políticas de visitação por representar um seleto grupo de participantes, embora possam suscitar discussões e reflexões relevantes.

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    Este estudo trouxe a importância de, no cuidado à família, vislumbrar o irmão da criança hospitalizada, compreendendo que esse cuidado é caracterizado como a possibilidade de significação da experiência vivida e, assim, recomenda-se a adoção de uma proposta teórica para a leitura da experiência da visita, quando admitido o uso do BT ao irmão da criança hospitalizada.

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      FINANCIAMENTO

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      “O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001, Bolsa de Doutorado concedida a Glicinia Elaine Rosilho Pedroso), Processo nº 38P-4071/2019.
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    REFERÊNCIAS

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      27 Set 2021
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      06 Abr 2021
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    • +Aceito
      12 Ago 2021
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    +ELMO helmet for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: aspects of/comments on its assembly and methodology +

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    + Mariano Mazza Giuseppe Fiorentino Antonio M. Esquinas About the authors +
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    We have read with great interest the study by Tomaz et al.,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    which analyzes the clinical efficacy of a new model of a helmet-CPAP system, designated ELMOcpap, in COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure. We consider that that study published in the last issue of Jornal Brasileiro de Pneumologia represents a great advance regarding CPAP therapy, showing a new model of a helmet-CPAP device, and contributes to extend the use of such devices outside ICUs. However, we believe that there are some clinical and technical aspects that should be discussed.

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    First, Table 1 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    shows that all patients were affected by alkalosis (pH > 7.48) before starting therapy with the device, and the observed RR was not very high and not significantly different from that after its use (28.5 [24.5-34.0] vs. 26.5 [23.5-32.5] breaths/min; p = 0.866). We wonder if the authors considered the possibility of the presence of mixed alkalosis and if these data could be associated with successive helmet-CPAP setting adjustments. We think that this may also predispose patients to self-induced lung injury (P-SILI),22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
    https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726... +
    and we recommend that future studies about ELMOcpap should evaluate, by means of bench or clinical trials, data regarding Vt measurements, ELMOcpap settings, and P-SILI prevention.33 Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
    https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06... +

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    Second, according to Figure 1 in that study,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    we observed that the authors have combined two humidification systems: an active humidifying jar system and a heat and moisture exchanger filter. We consider that this association could predispose to obstruction of the system by condensation, CPAP asynchrony, and, consequently, P-SILI,22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
    https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726... +
    particularly in such patients. Referring to the fact that “None of the research team members or hospital staff acquired COVID-19 during the study,” it has not been stated in which way safety or diffusibility through the interface to prevent the spread of the virus was evaluated. Data about environmental air analysis would have been useful, so as to exclude that no one got infected only because the staff wore personal protective equipment and not because of interface security.

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    Additionally, an important aspect for a future design could be the measurement of internal helmet gas volume, the use of antiviral filters both on the inspiratory and expiratory ports, and the implementation of an anti-suffocation valve.

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    Lastly, we observed a great variability of total ELMOcpap therapy time, because the range of daily duration of the sessions was 60-1,230 min, and it is not clear whether defined criteria were established as a guideline, or whether the duration was dependent only on the patient; in addition, it is unclear whether other oxygen therapy options while ELMOcpap was not connected were applied. This is controversial if we consider the level of disease severity and gas exchange at admission showed in Table 2. 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    We also wonder if the authors designed the ELMOcpap device for continuous noninvasive support application outside the ICU as well, considering that they conducted the study with patients with moderate to severe ARDS, which is evident in Figure 3,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    where we find values of PaO2/FiO2 < 150.

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    Further clinical trials are needed to evaluate some methodological and technical aspects of this new helmet-CPAP system to be used outside ICUs.

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    REFERENCES

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      Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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      Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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      Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
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    Authors’ reply

    + Betina Santos Tomaz Gabriela Carvalho Gomes Juliana Arcanjo Lino David Guabiraba Abitbol de Menezes Jorge Barbosa Soares Vasco Furtado Luiz Soares Júnior Maria do Socorro Quintino Farias Debora Lilian Nascimento Lima Eanes Delgado Barros Pereira Marcelo Alcantara Holanda About the authors
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    We thank the authors for their comments and questions regarding our study entitled “ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study.”

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    Concerning the first point mentioned by the authors, we agree with the observation regarding the coexistence of metabolic alkalosis in at least 8 of the 10 patients whose arterial blood gas analysis at admission, before the use of ELMO, showed base excess values above 2.0 mEq/L. A possible cause would be the pharmacological therapy with corticosteroids routinely used in patients before their inclusion in the study. Therefore, metabolic alkalosis is not related to the sequential application of CPAP with the helmet.

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    The fact that some patients presented with hyperventilation in accordance with the respiratory alkalosis component is compatible with an increase in the respiratory drive, and, yes, that is possibly associated with an increase in transpulmonary pressure, a mechanism related to the occurrence of self-inflicted lung injury. In the absence of transpulmonary pressure measurement, we believe that Vt monitoring in devices such as the ELMO can identify those patients with a greater propensity to self-inflicted lung injury. The effects of the application of CPAP by helmet or another interface on Vt require investigation in clinical trials in the future, evaluating its relationship with the progression of lung injury or not. It is worth noting that, experimentally, the application of CPAP can attenuate the variation of transpulmonary pressure in ARDS.11 Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
    https://doi.org/10.1097/MCC.000000000000... +

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    Concerning the second point, it is worth explaining the following: first, the heat and moisture exchanger filter used in the ELMO inspiratory branch serves only as a “damper” for the noise generated by the high flow of gases and not for its primary function (heat/humidity); second, the gas passage through the unheated jar was just a practical resource to offer the mixture of gases without raising their temperature. We even observed that this fact prevented condensation inside the helmet and, in volunteers, it was associated with a better sensation of comfort during the use of ELMOcpap due to the slightly cooler temperature around the head and face.22 Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590.
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2020... +
    Because the CPAP mechanism has a continuous flow of gases, there is no occurrence of asynchrony, unlike helmets coupled to mechanical ventilators, and current trigger mechanisms are not designed for this interface.

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    The safety of the interface regarding the diffusibility of the virus was not the object of our study since it has already been reported in the literature33 Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
    https://doi.org/10.1183/16000617.0068-20... +
    ; the helmet interface has been considered safe and leakage is negligible when compared with face masks. The description of the absence of COVID-19 cases among researchers should not be seen as proof of this concept; however, we thought it best to report the data for recording purposes.

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    We agree with the idea of continuing to improve the design of the ELMO helmet on several fronts, including the improvement of anti-suffocation mechanisms, the coupling of filters in the gas inlet and outlet, the optimization of its internal volume to reduce the predisposition to CO2 rebreathing, the monitoring of respiratory variables, such as RR, Vt, and Fio2, as well as of intra-helmet pressure level, humidity, temperature, and others.

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    Given the innovation of the characteristics of that study with this type of device, our group considered that the total time of therapy would be the maximum tolerated by the patient, and, in agreement with the medical team, we alternated it with the only oxygen therapy then available (reservoir mask), because a high-flow nasal cannula was not available. The degree of comfort observed was great, and the large-scale use after the feasibility study revealed cases of continuous use of ELMOcpap for periods as long as 12-24 h (unpublished data), which is in line with other reports in the literature.

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    REFERENCES

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      Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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      Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590
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      Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
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      13 May 2022
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    + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/sub-article_translation_with_sub-article_reply/GZYfdY6BDfMGKwrXQYxsZFd.en.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/sub-article_translation_with_sub-article_reply/GZYfdY6BDfMGKwrXQYxsZFd.en.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..78df95f6c --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/sub-article_translation_with_sub-article_reply/GZYfdY6BDfMGKwrXQYxsZFd.en.3_0.html @@ -0,0 +1,255 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access ELMO helmet for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: aspects of/comments on its assembly and methodology +

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    + + + +About the authors +
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    We have read with great interest the study by Tomaz et al.,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    which analyzes the clinical efficacy of a new model of a helmet-CPAP system, designated ELMOcpap, in COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure. We consider that that study published in the last issue of Jornal Brasileiro de Pneumologia represents a great advance regarding CPAP therapy, showing a new model of a helmet-CPAP device, and contributes to extend the use of such devices outside ICUs. However, we believe that there are some clinical and technical aspects that should be discussed.

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    First, Table 1 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    shows that all patients were affected by alkalosis (pH > 7.48) before starting therapy with the device, and the observed RR was not very high and not significantly different from that after its use (28.5 [24.5-34.0] vs. 26.5 [23.5-32.5] breaths/min; p = 0.866). We wonder if the authors considered the possibility of the presence of mixed alkalosis and if these data could be associated with successive helmet-CPAP setting adjustments. We think that this may also predispose patients to self-induced lung injury (P-SILI),22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
    https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726... +
    and we recommend that future studies about ELMOcpap should evaluate, by means of bench or clinical trials, data regarding Vt measurements, ELMOcpap settings, and P-SILI prevention.33 Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
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    Second, according to Figure 1 in that study,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    we observed that the authors have combined two humidification systems: an active humidifying jar system and a heat and moisture exchanger filter. We consider that this association could predispose to obstruction of the system by condensation, CPAP asynchrony, and, consequently, P-SILI,22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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    particularly in such patients. Referring to the fact that “None of the research team members or hospital staff acquired COVID-19 during the study,” it has not been stated in which way safety or diffusibility through the interface to prevent the spread of the virus was evaluated. Data about environmental air analysis would have been useful, so as to exclude that no one got infected only because the staff wore personal protective equipment and not because of interface security.

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    Additionally, an important aspect for a future design could be the measurement of internal helmet gas volume, the use of antiviral filters both on the inspiratory and expiratory ports, and the implementation of an anti-suffocation valve.

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    Lastly, we observed a great variability of total ELMOcpap therapy time, because the range of daily duration of the sessions was 60-1,230 min, and it is not clear whether defined criteria were established as a guideline, or whether the duration was dependent only on the patient; in addition, it is unclear whether other oxygen therapy options while ELMOcpap was not connected were applied. This is controversial if we consider the level of disease severity and gas exchange at admission showed in Table 2. 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    We also wonder if the authors designed the ELMOcpap device for continuous noninvasive support application outside the ICU as well, considering that they conducted the study with patients with moderate to severe ARDS, which is evident in Figure 3,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    where we find values of PaO2/FiO2 < 150.

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    Further clinical trials are needed to evaluate some methodological and technical aspects of this new helmet-CPAP system to be used outside ICUs.

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      Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    Authors’ reply

    + Betina Santos Tomaz Gabriela Carvalho Gomes Juliana Arcanjo Lino David Guabiraba Abitbol de Menezes Jorge Barbosa Soares Vasco Furtado Luiz Soares Júnior Maria do Socorro Quintino Farias Debora Lilian Nascimento Lima Eanes Delgado Barros Pereira Marcelo Alcantara Holanda About the authors
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    We thank the authors for their comments and questions regarding our study entitled “ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study.”

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    Concerning the first point mentioned by the authors, we agree with the observation regarding the coexistence of metabolic alkalosis in at least 8 of the 10 patients whose arterial blood gas analysis at admission, before the use of ELMO, showed base excess values above 2.0 mEq/L. A possible cause would be the pharmacological therapy with corticosteroids routinely used in patients before their inclusion in the study. Therefore, metabolic alkalosis is not related to the sequential application of CPAP with the helmet.

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    The fact that some patients presented with hyperventilation in accordance with the respiratory alkalosis component is compatible with an increase in the respiratory drive, and, yes, that is possibly associated with an increase in transpulmonary pressure, a mechanism related to the occurrence of self-inflicted lung injury. In the absence of transpulmonary pressure measurement, we believe that Vt monitoring in devices such as the ELMO can identify those patients with a greater propensity to self-inflicted lung injury. The effects of the application of CPAP by helmet or another interface on Vt require investigation in clinical trials in the future, evaluating its relationship with the progression of lung injury or not. It is worth noting that, experimentally, the application of CPAP can attenuate the variation of transpulmonary pressure in ARDS.11 Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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    Concerning the second point, it is worth explaining the following: first, the heat and moisture exchanger filter used in the ELMO inspiratory branch serves only as a “damper” for the noise generated by the high flow of gases and not for its primary function (heat/humidity); second, the gas passage through the unheated jar was just a practical resource to offer the mixture of gases without raising their temperature. We even observed that this fact prevented condensation inside the helmet and, in volunteers, it was associated with a better sensation of comfort during the use of ELMOcpap due to the slightly cooler temperature around the head and face.22 Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590.
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2020... +
    Because the CPAP mechanism has a continuous flow of gases, there is no occurrence of asynchrony, unlike helmets coupled to mechanical ventilators, and current trigger mechanisms are not designed for this interface.

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    The safety of the interface regarding the diffusibility of the virus was not the object of our study since it has already been reported in the literature33 Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
    https://doi.org/10.1183/16000617.0068-20... +
    ; the helmet interface has been considered safe and leakage is negligible when compared with face masks. The description of the absence of COVID-19 cases among researchers should not be seen as proof of this concept; however, we thought it best to report the data for recording purposes.

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    We agree with the idea of continuing to improve the design of the ELMO helmet on several fronts, including the improvement of anti-suffocation mechanisms, the coupling of filters in the gas inlet and outlet, the optimization of its internal volume to reduce the predisposition to CO2 rebreathing, the monitoring of respiratory variables, such as RR, Vt, and Fio2, as well as of intra-helmet pressure level, humidity, temperature, and others.

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    Given the innovation of the characteristics of that study with this type of device, our group considered that the total time of therapy would be the maximum tolerated by the patient, and, in agreement with the medical team, we alternated it with the only oxygen therapy then available (reservoir mask), because a high-flow nasal cannula was not available. The degree of comfort observed was great, and the large-scale use after the feasibility study revealed cases of continuous use of ELMOcpap for periods as long as 12-24 h (unpublished data), which is in line with other reports in the literature.

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    REFERENCES

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      Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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      Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590
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      Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
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    +Capacete ELMO para CPAP no tratamento da insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19 fora da UTI: aspectos/comentários sobre sua montagem e metodologia +

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    + Mariano Mazza Giuseppe Fiorentino Antonio M. Esquinas Sobre os autores +
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    Lemos com grande interesse o estudo de Tomaz et al.,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    que analisa a eficácia clínica de um novo modelo de sistema de CPAP com capacete, denominado ELMOcpap, na insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19. Consideramos que esse estudo publicado no último número do Jornal Brasileiro de Pneumologia representa um grande avanço na terapia com CPAP, apresentando um novo modelo de dispositivo de CPAP com capacete, e contribui para a ampliação do uso de tais dispositivos fora das UTIs. No entanto, acreditamos que existem alguns aspectos clínicos e técnicos que devem ser discutidos.

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    Em primeiro lugar, a Tabela 1 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    mostra que todos os pacientes já apresentavam alcalose (pH > 7,48) antes de iniciar a terapia com o dispositivo, e a FR observada não foi muito alta nem significativamente diferente daquela observada após seu uso (28,5 [24,5-34,0] vs. 26,5 [23,5-32,5] ciclos/min; p = 0,866). Perguntamo-nos se os autores consideraram a possibilidade da presença de alcalose mista e se esses dados poderiam estar associados a sucessivos ajustes das configurações de CPAP com capacete. Achamos que isso também pode predispor os pacientes à self-induced lung injury (P-SILI, lesão pulmonar autoinduzida),22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
    https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726... +
    e recomendamos que futuros estudos sobre o ELMOcpap avaliem, por meio de ensaios de bancada ou clínicos, dados sobre medidas de Vt, configurações de ELMOcpap, e a prevenção da P-SILI.33 Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
    https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06... +

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    Em segundo lugar, de acordo com a Figura 1 desse estudo,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    observamos que os autores combinaram dois sistemas de umidificação: um sistema de jarra umidificadora ativo e um filtro trocador de calor e umidade. Consideramos que essa associação poderia predispor à obstrução do sistema por condensação, assincronia de CPAP e, consequentemente, P-SILI,22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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    ) principalmente em tais pacientes. Quanto ao fato de que “Nenhum dos membros da equipe de pesquisa ou da equipe do hospital contraiu COVID-19 durante o estudo”, não foi mencionado de que forma foi avaliada a segurança ou difusibilidade através da interface para evitar a propagação do vírus. Dados sobre a análise do ar ambiente teriam sido úteis, de forma a excluir que ninguém se infectou apenas porque a equipe do hospital usava equipamentos de proteção individual e não por causa da segurança da interface.

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    Além disso, um aspecto importante para um futuro projeto poderia ser a medida do volume de gás interno do capacete, o uso de filtros antivirais nos ramos inspiratório e expiratório e a implantação de uma válvula anti-asfixia.

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    Por fim, observamos uma grande variabilidade do tempo total de terapia com o ELMOcpap, pois a variação da duração diária das sessões foi de 60-1.230 min, e não está claro se foram estabelecidos critérios definidos como diretriz, ou se a duração dependeu apenas do paciente; além disso, não está claro se foram aplicadas outras opções de oxigenoterapia enquanto o ELMOcpap não estava conectado. Isso é controverso se considerarmos o nível de gravidade da doença e as trocas gasosas na admissão mostrados na Tabela 2. Também nos perguntamos se os autores projetaram o dispositivo ELMOcpap para aplicação de suporte não invasivo contínuo também fora da UTI, considerando que eles realizaram o estudo com pacientes com SDRA moderada a grave, o que fica evidente na Figura 3,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    onde encontramos valores de PaO2/FiO2 < 150.

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    Mais ensaios clínicos são necessários para avaliar alguns aspectos metodológicos e técnicos desse novo sistema de CPAP com capacete para uso fora da UTI.

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    Referências bibliográficas

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      Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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      Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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      Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
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    Resposta dos autores

    + Betina Santos Tomaz Gabriela Carvalho Gomes Juliana Arcanjo Lino David Guabiraba Abitbol de Menezes Jorge Barbosa Soares Vasco Furtado Luiz Soares Júnior Maria do Socorro Quintino Farias Debora Lilian Nascimento Lima Eanes Delgado Barros Pereira Marcelo Alcantara Holanda Sobre os autores
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    Agradecemos aos autores os comentários e perguntas sobre nosso estudo intitulado “ELMO, uma nova interface do tipo capacete para CPAP no tratamento da insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19 fora da UTI: estudo de viabilidade”.

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    No tocante ao primeiro ponto citado pelos autores, concordamos com a observação sobre a coexistência de alcalose metabólica em pelo menos 8 dos 10 pacientes cuja gasometria arterial na admissão, antes do uso do ELMO, mostrou valores de excesso de bases acima de 2,0 mEq/L. Uma possível causa seria a terapia farmacológica com corticosteroides utilizada rotineiramente nos pacientes antes de sua inclusão no estudo. Portanto, a alcalose metabólica não está relacionada à aplicação sequencial de CPAP com o capacete.

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    O fato de alguns pacientes apresentarem hiperventilação segundo o componente alcalose respiratória é compatível com o aumento do drive respiratório, e, sim, isso possivelmente está associado ao aumento da pressão transpulmonar, mecanismo relacionado à ocorrência de lesão pulmonar autoinfligida. Na ausência da medição da pressão transpulmonar, acreditamos que a monitorização do Vt em aparelhos como o ELMO possa identificar aqueles pacientes com maior propensão à lesão pulmonar autoinfligida. Os efeitos da aplicação de CPAP por capacete ou outra interface no Vt requerem investigação em ensaios clínicos no futuro, avaliando sua relação com a progressão da lesão pulmonar ou não. Vale ressaltar que, experimentalmente, a aplicação de CPAP pode atenuar a variação da pressão transpulmonar na SDRA.11 Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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    No tocante ao segundo ponto, vale esclarecer o seguinte: primeiro, o filtro trocador de calor e umidade utilizado no ramo inspiratório do ELMO serve apenas como “abafador” para o ruído gerado pelo alto fluxo de gases e não para sua função primária (calor/umidade); segundo, a passagem dos gases pela jarra não aquecida era apenas um recurso prático para oferecer a mistura de gases sem elevar sua temperatura. Observamos inclusive que esse fato impediu a condensação no interior do capacete e, em voluntários, esteve associado a uma maior sensação de conforto durante o uso do ELMOcpap em virtude da temperatura um pouco mais fria ao redor da cabeça e do rosto.22 Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590.
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2020... +
    Como o mecanismo de CPAP tem um fluxo contínuo de gases, não há ocorrência de assincronia, diferentemente dos capacetes acoplados a ventiladores mecânicos, e os mecanismos de disparo atuais não são projetados para essa interface.

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    A segurança da interface em relação à difusibilidade do vírus não foi objeto do nosso estudo, pois já foi relatada na literatura33 Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
    https://doi.org/10.1183/16000617.0068-20... +
    ; a interface do tipo capacete foi considerada segura e o vazamento é insignificante em comparação com as máscaras faciais. A descrição da ausência de casos de COVID-19 entre os pesquisadores não deve ser vista como prova desse conceito; no entanto, achamos melhor relatar os dados para fins de registro.

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    Concordamos com a ideia de continuar a melhorar o desenho do capacete ELMO em várias frentes, incluindo a melhoria dos mecanismos antiasfixia, o acoplamento de filtros na entrada e saída de gases, a otimização do seu volume interno para reduzir a predisposição à reinalação de CO2, a monitorização de variáveis respiratórias, como FR, Vt e Fio2, bem como do nível de pressão, da umidade e da temperatura dentro do capacete, e outros.

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    Dada a inovação das características do estudo com esse tipo de dispositivo, nosso grupo considerou que o tempo total de terapia seria o máximo tolerado pelo paciente, e, em acordo com a equipe médica, o alternamos com a única oxigenoterapia então disponível (máscara com reservatório), pois não havia disponibilidade de cânula nasal de alto fluxo. O grau de conforto observado foi grande, e o uso em larga escala após o estudo de viabilidade revelou casos de uso contínuo do ELMOcpap por períodos de até 12-24 h (dados não publicados), o que está de acordo com outros relatos na literatura.

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      Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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      Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590
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      Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      13 Maio 2022
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      2022
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    +Open-access Capacete ELMO para CPAP no tratamento da insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19 fora da UTI: aspectos/comentários sobre sua montagem e metodologia +

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    + + + +Sobre os autores +
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    Lemos com grande interesse o estudo de Tomaz et al.,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    que analisa a eficácia clínica de um novo modelo de sistema de CPAP com capacete, denominado ELMOcpap, na insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19. Consideramos que esse estudo publicado no último número do Jornal Brasileiro de Pneumologia representa um grande avanço na terapia com CPAP, apresentando um novo modelo de dispositivo de CPAP com capacete, e contribui para a ampliação do uso de tais dispositivos fora das UTIs. No entanto, acreditamos que existem alguns aspectos clínicos e técnicos que devem ser discutidos.

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    Em primeiro lugar, a Tabela 1 11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    mostra que todos os pacientes já apresentavam alcalose (pH > 7,48) antes de iniciar a terapia com o dispositivo, e a FR observada não foi muito alta nem significativamente diferente daquela observada após seu uso (28,5 [24,5-34,0] vs. 26,5 [23,5-32,5] ciclos/min; p = 0,866). Perguntamo-nos se os autores consideraram a possibilidade da presença de alcalose mista e se esses dados poderiam estar associados a sucessivos ajustes das configurações de CPAP com capacete. Achamos que isso também pode predispor os pacientes à self-induced lung injury (P-SILI, lesão pulmonar autoinduzida),22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
    https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726... +
    e recomendamos que futuros estudos sobre o ELMOcpap avaliem, por meio de ensaios de bancada ou clínicos, dados sobre medidas de Vt, configurações de ELMOcpap, e a prevenção da P-SILI.33 Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
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    Em segundo lugar, de acordo com a Figura 1 desse estudo,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
    https://doi.org/10.36416/1806-3756/e2021... +
    observamos que os autores combinaram dois sistemas de umidificação: um sistema de jarra umidificadora ativo e um filtro trocador de calor e umidade. Consideramos que essa associação poderia predispor à obstrução do sistema por condensação, assincronia de CPAP e, consequentemente, P-SILI,22 Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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    ) principalmente em tais pacientes. Quanto ao fato de que “Nenhum dos membros da equipe de pesquisa ou da equipe do hospital contraiu COVID-19 durante o estudo”, não foi mencionado de que forma foi avaliada a segurança ou difusibilidade através da interface para evitar a propagação do vírus. Dados sobre a análise do ar ambiente teriam sido úteis, de forma a excluir que ninguém se infectou apenas porque a equipe do hospital usava equipamentos de proteção individual e não por causa da segurança da interface.

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    Além disso, um aspecto importante para um futuro projeto poderia ser a medida do volume de gás interno do capacete, o uso de filtros antivirais nos ramos inspiratório e expiratório e a implantação de uma válvula anti-asfixia.

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    Por fim, observamos uma grande variabilidade do tempo total de terapia com o ELMOcpap, pois a variação da duração diária das sessões foi de 60-1.230 min, e não está claro se foram estabelecidos critérios definidos como diretriz, ou se a duração dependeu apenas do paciente; além disso, não está claro se foram aplicadas outras opções de oxigenoterapia enquanto o ELMOcpap não estava conectado. Isso é controverso se considerarmos o nível de gravidade da doença e as trocas gasosas na admissão mostrados na Tabela 2. Também nos perguntamos se os autores projetaram o dispositivo ELMOcpap para aplicação de suporte não invasivo contínuo também fora da UTI, considerando que eles realizaram o estudo com pacientes com SDRA moderada a grave, o que fica evidente na Figura 3,11 Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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    onde encontramos valores de PaO2/FiO2 < 150.

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    Mais ensaios clínicos são necessários para avaliar alguns aspectos metodológicos e técnicos desse novo sistema de CPAP com capacete para uso fora da UTI.

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    Referências bibliográficas

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      Tomaz BS, Gomes GC, Lino JA, Menezes DGA, Soares JB, Furtado V, et al. ELMO, a new helmet interface for CPAP to treat COVID-19-related acute hypoxemic respiratory failure outside the ICU: a feasibility study. J Bras Pneumol. 2022;48(1):e20210349. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20210349
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      Akoumianaki E, Vaporidi K, Georgopoulos D. The Injurious Effects of Elevated or Nonelevated Respiratory Rate during Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(2):149-157. https://doi.org/10.1164/rccm.201804-0726CI
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      Chiappero C, Misseri G, Mattei A, Ippolito M, Albera C, Pivetta E, Effectiveness and safety of a new helmet CPAP configuration allowing tidal volume monitoring in patients with COVID-19. Pulmonology. 2021;S2531-0437(21)00135-5. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2021.06.012
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    Resposta dos autores

    + Betina Santos Tomaz Gabriela Carvalho Gomes Juliana Arcanjo Lino David Guabiraba Abitbol de Menezes Jorge Barbosa Soares Vasco Furtado Luiz Soares Júnior Maria do Socorro Quintino Farias Debora Lilian Nascimento Lima Eanes Delgado Barros Pereira Marcelo Alcantara Holanda Sobre os autores
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    Agradecemos aos autores os comentários e perguntas sobre nosso estudo intitulado “ELMO, uma nova interface do tipo capacete para CPAP no tratamento da insuficiência respiratória aguda hipoxêmica por COVID-19 fora da UTI: estudo de viabilidade”.

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    No tocante ao primeiro ponto citado pelos autores, concordamos com a observação sobre a coexistência de alcalose metabólica em pelo menos 8 dos 10 pacientes cuja gasometria arterial na admissão, antes do uso do ELMO, mostrou valores de excesso de bases acima de 2,0 mEq/L. Uma possível causa seria a terapia farmacológica com corticosteroides utilizada rotineiramente nos pacientes antes de sua inclusão no estudo. Portanto, a alcalose metabólica não está relacionada à aplicação sequencial de CPAP com o capacete.

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    O fato de alguns pacientes apresentarem hiperventilação segundo o componente alcalose respiratória é compatível com o aumento do drive respiratório, e, sim, isso possivelmente está associado ao aumento da pressão transpulmonar, mecanismo relacionado à ocorrência de lesão pulmonar autoinfligida. Na ausência da medição da pressão transpulmonar, acreditamos que a monitorização do Vt em aparelhos como o ELMO possa identificar aqueles pacientes com maior propensão à lesão pulmonar autoinfligida. Os efeitos da aplicação de CPAP por capacete ou outra interface no Vt requerem investigação em ensaios clínicos no futuro, avaliando sua relação com a progressão da lesão pulmonar ou não. Vale ressaltar que, experimentalmente, a aplicação de CPAP pode atenuar a variação da pressão transpulmonar na SDRA.11 Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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    No tocante ao segundo ponto, vale esclarecer o seguinte: primeiro, o filtro trocador de calor e umidade utilizado no ramo inspiratório do ELMO serve apenas como “abafador” para o ruído gerado pelo alto fluxo de gases e não para sua função primária (calor/umidade); segundo, a passagem dos gases pela jarra não aquecida era apenas um recurso prático para oferecer a mistura de gases sem elevar sua temperatura. Observamos inclusive que esse fato impediu a condensação no interior do capacete e, em voluntários, esteve associado a uma maior sensação de conforto durante o uso do ELMOcpap em virtude da temperatura um pouco mais fria ao redor da cabeça e do rosto.22 Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590.
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    Como o mecanismo de CPAP tem um fluxo contínuo de gases, não há ocorrência de assincronia, diferentemente dos capacetes acoplados a ventiladores mecânicos, e os mecanismos de disparo atuais não são projetados para essa interface.

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    A segurança da interface em relação à difusibilidade do vírus não foi objeto do nosso estudo, pois já foi relatada na literatura33 Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
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    ; a interface do tipo capacete foi considerada segura e o vazamento é insignificante em comparação com as máscaras faciais. A descrição da ausência de casos de COVID-19 entre os pesquisadores não deve ser vista como prova desse conceito; no entanto, achamos melhor relatar os dados para fins de registro.

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    Concordamos com a ideia de continuar a melhorar o desenho do capacete ELMO em várias frentes, incluindo a melhoria dos mecanismos antiasfixia, o acoplamento de filtros na entrada e saída de gases, a otimização do seu volume interno para reduzir a predisposição à reinalação de CO2, a monitorização de variáveis respiratórias, como FR, Vt e Fio2, bem como do nível de pressão, da umidade e da temperatura dentro do capacete, e outros.

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    Dada a inovação das características do estudo com esse tipo de dispositivo, nosso grupo considerou que o tempo total de terapia seria o máximo tolerado pelo paciente, e, em acordo com a equipe médica, o alternamos com a única oxigenoterapia então disponível (máscara com reservatório), pois não havia disponibilidade de cânula nasal de alto fluxo. O grau de conforto observado foi grande, e o uso em larga escala após o estudo de viabilidade revelou casos de uso contínuo do ELMOcpap por períodos de até 12-24 h (dados não publicados), o que está de acordo com outros relatos na literatura.

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      Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, Fujino Y. Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing. Curr Opin Crit Care. 2020;26(1):59-65. https://doi.org/10.1097/MCC.0000000000000691
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      Holanda MA, Tomaz BS, Menezes DGA, Lino JA, Gomes GC. ELMO 1.0: a helmet interface for CPAP and high-flow oxygen delivery. J Bras Pneumol. 2021;47(3):e20200590. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20200590
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      Ferioli M, Cisternino C, Leo V, Pisani L, Palange P, Nava S. Protecting healthcare workers from SARS-CoV-2 infection: practical indications. Eur Respir Rev. 2020;29(155):200068. https://doi.org/10.1183/16000617.0068-2020
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      13 Maio 2022
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      2022
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    +Prevalence and Associated Factors of SARS caused by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease: A Critical Analysis +

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    + Fernanda Gunha Ignácio Fernanda Pinzon Ribeiro Aline Oenning Baggio Chaiana Esmeraldino Mendes Marcon About the authors +
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    COVID-19; Coronavirus; Pandemic; Risk factors; Cardiovascular disease

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    + Dear Editor, +

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    The study by Paiva et al. evaluated the incidence of patients infected with the COVID-19 virus, associated with cardiovascular diseases (CVD), in Brazil. It is concluded that the high prevalence of severe acute respiratory syndrome (SARS) in adults and in the elderly is related to sociodemographic and clinical characteristics, signs and symptoms. In view of that, the importance of primary health care is reiterated – in order to maintain regular medical visits aiming at controlling the disease and symptoms, while the presence of cardiovascular comorbidities increases in severe COVID-19 cases. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    The study included 116,343 patients, of whom 61.9% were diagnosed with SARS caused by COVID-19. At the same time, the study demonstrates that the presence of chronic diseases can be considered a risk factor for infection by COVID-19 due to greater vulnerability and morbimortality. Therefore, patients with previous CVD are more likely to develop more severe conditions. However, in females, there was a lower prevalence of SARS by COVID-19 because there is a variation between the immune response and the susceptibility to viral infections between sexes, which generates differences in disease severity and evolution. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    In Wuhan, China, a meta-analysis with 46,248 infected patients analyzed the most prevalent comorbidities, with CVD (5±4%) in third place. Wang et al., 2020 evaluated only hospitalized patients affected by viral infection, which has shown a higher prevalence – 19.6% – CVD, which reinforces the fact that the comorbidity of CVD contributes an increased severity of COVID-19, given the evident need for hospitalization. In addition, the patients evolved with higher levels of hypoxemia and urgent hospitalization in ICUs. 22. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909. In the study conducted by Melo, the results were

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    similar to those found in a study in Italy – both analyzed over seven days in March 2020; it found a decrease of 13% of patients with acute myocardial infarction (AMI) associated in the same week of 2019. On the other hand, even though there was a reduction in AMI cases and in the rate of hospital deaths, there was an increase in the in-hospital lethality rate in hospitalizations for CVD. Both studies demonstrated the relationship of COVID-19 with the high prevalence of cardiac lesions and a great potential for COVID-19 severity in CVD, in which mortality of hospitalized patients with CVD reached the most economically active portion of the population – from 20 to 59 years of age. 33. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.

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    In view of that, the importance of medical follow-up of patients with chronic diseases is highlighted, since, according to Askin et al., in 2020, there was a marked increase in myocardial damage in patients with COVID-19, increasing the risk of morbimortality. Therefore, the appreciation of CVD as a complication associated with the COVID-19 virus, due to the increase of the disease symptoms, is of extreme significance for primary health care. 44. Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 .

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    The current situation requires strategies aimed at preventing complications associated with chronic diseases, such as CVD. Therefore, current data demonstrate the need for special attention to patients at high risk as well as proper management of cardiovascular complications, aiming at quickly identifying and applying adequate treatment. Furthermore, it is recommended that patients with CVD get vaccinated – due to the risk of secondary bacterial infection by SARS-CoV-2 – and adopt a proper diet, regular sleep and physical activity, avoiding smoking and alcohol consumption.

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    References

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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    • +2
      Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279.
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    • +3
      Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.
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    • +4
      Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273.
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    Reply

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    We would like to thank the authors for the analysis “Prevalence and Factors Associated with SARS caused by COVID-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease: A Critical Analysis”, especially due to the exposure of data reinforcing the findings presented in our study. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 ( 5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955. The analysis is also relevant because it includes information regarding the increase of in-hospital mortality rates in hospitalizations due to cardiovascular diseases (CVD) as a factor that further calls for the need to draw special attention to this group at risk in the analysis of complications associated with COVID-19. 22. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart . 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909., 33. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.

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    CVDs are established as risk markers in the Brazilian primary health care (PHC) in order to guarantee the longitudinality of user care and the development of preventive strategies aimed at the integral care of the community, 44. Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 . but it is essential to question the applicability of these actions in the family health strategy (FHS). The challenge of monitoring the users as a way of managing CVD suggests overcoming the imperative of actions that support the diagnostic and therapeutic system in the care and management of chronic conditions. 55. Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011 A recently published study with more than 100 million participants from around the world highlights the importance of prevention, detection and control in primary care, including in low- and middle-income countries, with proposals for actions that include sending text messages to check on users with risk factors. 66. NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.

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    In the current context of facing the COVID-19 pandemic, this discussion is even more relevant because, as emphasized by the authors who conducted the critical analysis, the worsening of the symptoms of COVID-19 places CVDs as an important risk factor that affect screening, management and early intervention actions.

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    Studies suggest the creation of proposals for models of care for chronic conditions, such as CVD, involving focus groups with positive results in the community, improvement of clinical indicators during follow-up, adoption of self-care practices and better analysis of the priorities in health planning. 66. NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1. Similarly, the World Health Organization (WHO) released an implementation guide for CVD management in primary care, with proposals for risk screening, assessment and management at this level of health care and education for professionals regarding the screening of risk factors, lifestyle interventions and the required referrals. 77. Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057. Especially regarding the management of users with CVD and persistent symptoms after COVID-19, the clinical and psychosocial complexity provided by the coexistence of these conditions calls for long-term multidisciplinary care. To conclude, we would like to express our gratitude for the possibility of reinforcing the need to review primary health care actions, especially in our current health context.

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    References

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 ( 5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart . 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.
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      Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.
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      Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 .
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      Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011
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      NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.
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    • +7
      Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057.
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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.
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      Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.
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      Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 .
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      Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011
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      NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants . Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.
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      Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057.
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    +Open-access Prevalence and Associated Factors of SARS caused by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease: A Critical Analysis +

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    + + + + +About the authors +
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    COVID-19; Coronavirus; Pandemic; Risk factors; Cardiovascular disease

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    + Dear Editor, +

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    The study by Paiva et al. evaluated the incidence of patients infected with the COVID-19 virus, associated with cardiovascular diseases (CVD), in Brazil. It is concluded that the high prevalence of severe acute respiratory syndrome (SARS) in adults and in the elderly is related to sociodemographic and clinical characteristics, signs and symptoms. In view of that, the importance of primary health care is reiterated – in order to maintain regular medical visits aiming at controlling the disease and symptoms, while the presence of cardiovascular comorbidities increases in severe COVID-19 cases. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    The study included 116,343 patients, of whom 61.9% were diagnosed with SARS caused by COVID-19. At the same time, the study demonstrates that the presence of chronic diseases can be considered a risk factor for infection by COVID-19 due to greater vulnerability and morbimortality. Therefore, patients with previous CVD are more likely to develop more severe conditions. However, in females, there was a lower prevalence of SARS by COVID-19 because there is a variation between the immune response and the susceptibility to viral infections between sexes, which generates differences in disease severity and evolution. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    In Wuhan, China, a meta-analysis with 46,248 infected patients analyzed the most prevalent comorbidities, with CVD (5±4%) in third place. Wang et al., 2020 evaluated only hospitalized patients affected by viral infection, which has shown a higher prevalence – 19.6% – CVD, which reinforces the fact that the comorbidity of CVD contributes an increased severity of COVID-19, given the evident need for hospitalization. In addition, the patients evolved with higher levels of hypoxemia and urgent hospitalization in ICUs. 22. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909. In the study conducted by Melo, the results were

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    similar to those found in a study in Italy – both analyzed over seven days in March 2020; it found a decrease of 13% of patients with acute myocardial infarction (AMI) associated in the same week of 2019. On the other hand, even though there was a reduction in AMI cases and in the rate of hospital deaths, there was an increase in the in-hospital lethality rate in hospitalizations for CVD. Both studies demonstrated the relationship of COVID-19 with the high prevalence of cardiac lesions and a great potential for COVID-19 severity in CVD, in which mortality of hospitalized patients with CVD reached the most economically active portion of the population – from 20 to 59 years of age. 33. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.

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    In view of that, the importance of medical follow-up of patients with chronic diseases is highlighted, since, according to Askin et al., in 2020, there was a marked increase in myocardial damage in patients with COVID-19, increasing the risk of morbimortality. Therefore, the appreciation of CVD as a complication associated with the COVID-19 virus, due to the increase of the disease symptoms, is of extreme significance for primary health care. 44. Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 .

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    The current situation requires strategies aimed at preventing complications associated with chronic diseases, such as CVD. Therefore, current data demonstrate the need for special attention to patients at high risk as well as proper management of cardiovascular complications, aiming at quickly identifying and applying adequate treatment. Furthermore, it is recommended that patients with CVD get vaccinated – due to the risk of secondary bacterial infection by SARS-CoV-2 – and adopt a proper diet, regular sleep and physical activity, avoiding smoking and alcohol consumption.

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    References

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279.
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      Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.
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      Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273.
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    Reply

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    We would like to thank the authors for the analysis “Prevalence and Factors Associated with SARS caused by COVID-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease: A Critical Analysis”, especially due to the exposure of data reinforcing the findings presented in our study. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 ( 5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955. The analysis is also relevant because it includes information regarding the increase of in-hospital mortality rates in hospitalizations due to cardiovascular diseases (CVD) as a factor that further calls for the need to draw special attention to this group at risk in the analysis of complications associated with COVID-19. 22. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart . 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909., 33. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.

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    CVDs are established as risk markers in the Brazilian primary health care (PHC) in order to guarantee the longitudinality of user care and the development of preventive strategies aimed at the integral care of the community, 44. Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 . but it is essential to question the applicability of these actions in the family health strategy (FHS). The challenge of monitoring the users as a way of managing CVD suggests overcoming the imperative of actions that support the diagnostic and therapeutic system in the care and management of chronic conditions. 55. Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011 A recently published study with more than 100 million participants from around the world highlights the importance of prevention, detection and control in primary care, including in low- and middle-income countries, with proposals for actions that include sending text messages to check on users with risk factors. 66. NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.

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    In the current context of facing the COVID-19 pandemic, this discussion is even more relevant because, as emphasized by the authors who conducted the critical analysis, the worsening of the symptoms of COVID-19 places CVDs as an important risk factor that affect screening, management and early intervention actions.

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    Studies suggest the creation of proposals for models of care for chronic conditions, such as CVD, involving focus groups with positive results in the community, improvement of clinical indicators during follow-up, adoption of self-care practices and better analysis of the priorities in health planning. 66. NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1. Similarly, the World Health Organization (WHO) released an implementation guide for CVD management in primary care, with proposals for risk screening, assessment and management at this level of health care and education for professionals regarding the screening of risk factors, lifestyle interventions and the required referrals. 77. Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057. Especially regarding the management of users with CVD and persistent symptoms after COVID-19, the clinical and psychosocial complexity provided by the coexistence of these conditions calls for long-term multidisciplinary care. To conclude, we would like to express our gratitude for the possibility of reinforcing the need to review primary health care actions, especially in our current health context.

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    References

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 ( 5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart . 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.
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      Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011
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      NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants. Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.
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      Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057.
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    +Prevalência e Fatores Associados à SRAG por COVID-19 em Adultos e Idosos com Doença Cardiovascular Crônica: Uma Análise Crítica +

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    + Fernanda Gunha Ignácio Fernanda Pinzon Ribeiro Aline Oenning Baggio Chaiana Esmeraldino Mendes Marcon Sobre os autores +
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    COVID-19; Coronavírus; Pandemia; Fatores de risco; Doença Cardiovascular

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    + Caro Editor, +

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    O estudo de Paiva et al. avaliou a incidência de pacientes infectados pelo vírus COVID-19, associado a doenças cardiovasculares (DCV), no Brasil. No estudo, conclui- se que a alta prevalência de síndrome respiratória aguda grave (SRAG) em adultos e idosos relaciona-se com características sociodemográficas, clínicas, sinais e sintomas. Visto isso, reitera-se a importância da atenção primária à saúde – a fim da manutenção das consultas periódicas, visando controle da doença e sintomatologia, ao passo que a presença de comorbidades cardiovasculares aumenta em casos severos de COVID-19. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    No estudo, a população estudada foi de 116.343 pacientes, dos quais 61,9% foram diagnosticados por SRAG causada por COVID-19. Ao mesmo tempo, o estudo demonstra que a presença de doenças crônicas pode ser considerada fator de risco à infecção por COVID-19, devido a maiores vulnerabilidade e morbimortalidade. Sendo assim, pacientes com DCV prévia são mais predisponentes a desenvolverem quadros mais graves. Entretanto, no sexo feminino, observou-se uma menor prevalência de SRAG por COVID-19 devido ao fato de haver variação entre a resposta imunológica e a susceptibilidade a infecções virais entre os sexos, o que gera, assim, diferenças na gravidade e evolução da doença. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    Em Wuhan, na China, uma metanálise com 46.248 pacientes infectados analisou as comorbidades mais prevalentes, estando a DCV (5±4%) em terceiro lugar. Foram avaliados, por Wang e colaboradores, 2020, somente pacientes hospitalizados acometidos pela infecção viral, os quais apresentaram maior prevalência – 19,6% – de DCV, um dado reforça o fato de que a comorbidade DCV contribui para o agravo da gravidade da COVID-19, visto a evidente necessidade de internação. Além disso, os pacientes demonstraram evolução com maior hipoxemia e imprescindível internação em UTIs. 22. Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279. O estudo realizado por Melo evidenciou resultados semelhantes a achados de um estudo na Itália – ambos analisados no decorrer de sete dias no mês de março de 2020; constatou-se decréscimo de 13% de pacientes com infarto agudo do miocárdio (IAM) quando associados na mesma semana do ano de 2019. Por outro lado, mesmo ocorrendo uma redução de casos de IAM e da taxa de números de óbitos hospitalares, houve um aumento na taxa de letalidade intra-hospitalar nas internações por DCV. Ambos os estudos demonstraram a relação da COVID-19 com a alta taxa de prevalência de lesões cardíacas e um grande potencial de gravidade da COVID-19 nas DCV, em que a letalidade em pacientes internados com DCV alcançou parcela mais economicamente ativa da população – de 20 a 59 anos. 33. Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.

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    Visto isso, destaca-se a importância do acompanhamento médico a pacientes portadores de doenças crônicas, já que, segundo Askin et al., no ano de 2020, houve aumento acentuado no dano do miocárdio de pacientes com COVID-19, aumentando o risco de morbimortalidade. Dessa forma, a valorização da DCV como complicação associada ao vírus COVID-19, devido ao agravamento da sintomatologia da doença, é de extrema significância para a atenção básica à saúde. 44. Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273.

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    A presente situação exige estratégias que visem a prevenção de complicações associadas a doenças crônicas, como DCV. Portanto, os dados atuais demonstram a necessidade de atenção especial aos pacientes do grupo de risco assim como um manejo adequado das complicações cardiovasculares, visando uma rápida identificação e aplicação de tratamento adequado. Ademais, recomenda-se aos portadores de DCV a atualização das vacinas devido ao risco de infecção bacteriana secundária pelo SARS-CoV-2, assim como a adesão à dieta adequada, sono regular e atividade física, evitando o tabagismo e etilismo. 22. Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279.

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    Referências

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279.
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      Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.
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      Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273.
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    Carta-resposta

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    Agradecemos aos autores pela análise submetida “Prevalência e Fatores Associados à SRAG por COVID-19 em Adultos e Idosos com Doença Cardiovascular Crônica: Uma Análise Crítica”, em especial pela exposição de dados que reforçam os achados apresentados em nosso estudo. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955. Destaca-se também a relevância da análise em relação ao aumento das taxas de letalidade intra-hospitalar nas internações por doenças cardiovasculares (DCV) como fator potencializador da necessidade de valorização deste grupo de risco na análise das complicações associadas à COVID-19. 22. Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279. , 33. Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.

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    As DCV já são estabelecidas como marcadores de risco na atenção primária à saúde (APS) brasileira, com o intuito de garantir a longitudinalidade do cuidado ao usuário e o desenvolvimento de estratégias preventivas voltadas ao cuidado integral da comunidade, 44. Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273. porém é essencial o questionamento quanto à aplicabilidade destas ações na estratégia de saúde da família (ESF). O desafio do monitoramento ao usuário como forma de gestão às DCV sugere ultrapassar o imperativo das ações que apoiam o sistema diagnóstico e terapêutico no cuidado e manejo às condições crônicas. 51. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955. Neste sentido, um estudo publicado recentemente, com mais de 100 milhões de participantes de todo o mundo, destaca a importância da prevenção, da detecção e do controle na atenção primária, inclusive em países de baixa e média renda, com propostas de ações como uso de mensagens de texto para acompanhar os usuários com fatores de risco. 62. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.

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    No contexto atual de enfrentamento à pandemia da COVID-19, esta discussão torna-se ainda mais relevante, pois, conforme reforçado pelos autores que realizaram a análise crítica, o agravamento da sintomatologia da COVID-19 coloca as DCV como um fator de risco importante às ações de rastreio, manejo e intervenção precoce.

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    Estudos sugerem a criação de propostas de modelos de cuidados às condições crônicas, como as DCV, envolvendo formação de grupos focais, que obtiveram resultados positivos na adesão da comunidade, melhora de indicadores clínicos durante o acompanhamento, adoção de prática de autocuidado e melhor análise das prioridades no planejamento em saúde. 62. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909. De forma similar, a Organização Mundial de Saúde (OMS) lançou um guia de implementação para gestão de DCV na atenção primária, com propostas de triagem, avaliação e manejo de riscos neste nível de atenção e educação em saúde para profissionais quanto ao rastreio de fatores de risco, intervenções no estilo de vida e encaminhamentos necessários. 73. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022. Especialmente acerca do manejo em usuários com DCV e sintomas persistentes pós-COVID-19, a complexidade clínica e psicossocial proporcionada pela coexistência dessas condições implica a necessidade de um cuidado multiprofissional e de longo prazo. Finalizamos, assim, agradecendo à possibilidade de reforçar a necessidade de se rever as ações na atenção primária à saúde, em especial em nosso atual contexto de saúde.

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    Referências

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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      Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.
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      Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022.
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      Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à Saúde. Departamento de Atenção Básica. Prevenção Clínica de Doenças Cardiovasculares, Cerebrovasculares e Renais. Brasília, DF : Ministério da Saúde; 2006 .
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      Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011
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      NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants . Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.
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      Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057.
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      29 Abr 2022
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      Abr 2022
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    +Open-access Prevalência e Fatores Associados à SRAG por COVID-19 em Adultos e Idosos com Doença Cardiovascular Crônica: Uma Análise Crítica +

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    + + + + +Sobre os autores +
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    COVID-19; Coronavírus; Pandemia; Fatores de risco; Doença Cardiovascular

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    + Caro Editor, +

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    O estudo de Paiva et al. avaliou a incidência de pacientes infectados pelo vírus COVID-19, associado a doenças cardiovasculares (DCV), no Brasil. No estudo, conclui- se que a alta prevalência de síndrome respiratória aguda grave (SRAG) em adultos e idosos relaciona-se com características sociodemográficas, clínicas, sinais e sintomas. Visto isso, reitera-se a importância da atenção primária à saúde – a fim da manutenção das consultas periódicas, visando controle da doença e sintomatologia, ao passo que a presença de comorbidades cardiovasculares aumenta em casos severos de COVID-19. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    No estudo, a população estudada foi de 116.343 pacientes, dos quais 61,9% foram diagnosticados por SRAG causada por COVID-19. Ao mesmo tempo, o estudo demonstra que a presença de doenças crônicas pode ser considerada fator de risco à infecção por COVID-19, devido a maiores vulnerabilidade e morbimortalidade. Sendo assim, pacientes com DCV prévia são mais predisponentes a desenvolverem quadros mais graves. Entretanto, no sexo feminino, observou-se uma menor prevalência de SRAG por COVID-19 devido ao fato de haver variação entre a resposta imunológica e a susceptibilidade a infecções virais entre os sexos, o que gera, assim, diferenças na gravidade e evolução da doença. 11. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.

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    Em Wuhan, na China, uma metanálise com 46.248 pacientes infectados analisou as comorbidades mais prevalentes, estando a DCV (5±4%) em terceiro lugar. Foram avaliados, por Wang e colaboradores, 2020, somente pacientes hospitalizados acometidos pela infecção viral, os quais apresentaram maior prevalência – 19,6% – de DCV, um dado reforça o fato de que a comorbidade DCV contribui para o agravo da gravidade da COVID-19, visto a evidente necessidade de internação. Além disso, os pacientes demonstraram evolução com maior hipoxemia e imprescindível internação em UTIs. 22. Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279. O estudo realizado por Melo evidenciou resultados semelhantes a achados de um estudo na Itália – ambos analisados no decorrer de sete dias no mês de março de 2020; constatou-se decréscimo de 13% de pacientes com infarto agudo do miocárdio (IAM) quando associados na mesma semana do ano de 2019. Por outro lado, mesmo ocorrendo uma redução de casos de IAM e da taxa de números de óbitos hospitalares, houve um aumento na taxa de letalidade intra-hospitalar nas internações por DCV. Ambos os estudos demonstraram a relação da COVID-19 com a alta taxa de prevalência de lesões cardíacas e um grande potencial de gravidade da COVID-19 nas DCV, em que a letalidade em pacientes internados com DCV alcançou parcela mais economicamente ativa da população – de 20 a 59 anos. 33. Normando PG, Araújo Filho JA, Fonseca GA, Rodrigues REF, Oliveira VA, Hajjar LA, et al. Reduction in Hospitalization and Increase in Mortality Due to Cardiovascular Diseases during the COVID-19 Pandemic in Brazil. Arq Bras Cardiol. 2021; 116 (3): 371 - 80. doi: 10.36660/abc.20200821.

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    Visto isso, destaca-se a importância do acompanhamento médico a pacientes portadores de doenças crônicas, já que, segundo Askin et al., no ano de 2020, houve aumento acentuado no dano do miocárdio de pacientes com COVID-19, aumentando o risco de morbimortalidade. Dessa forma, a valorização da DCV como complicação associada ao vírus COVID-19, devido ao agravamento da sintomatologia da doença, é de extrema significância para a atenção básica à saúde. 44. Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273.

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    A presente situação exige estratégias que visem a prevenção de complicações associadas a doenças crônicas, como DCV. Portanto, os dados atuais demonstram a necessidade de atenção especial aos pacientes do grupo de risco assim como um manejo adequado das complicações cardiovasculares, visando uma rápida identificação e aplicação de tratamento adequado. Ademais, recomenda-se aos portadores de DCV a atualização das vacinas devido ao risco de infecção bacteriana secundária pelo SARS-CoV-2, assim como a adesão à dieta adequada, sono regular e atividade física, evitando o tabagismo e etilismo. 22. Costa IBSDS, Bittar CS, Rizk SI, Araújo Filho AE, Santos KAQ, Machado TIV, et al. The Heart and COVID-19: What Cardiologists Need to Know. Arq Bras Cardiol. 2020 ; 114 (5): 805 - 16. doi: 10.36660/abc.20200279.

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      Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955.
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    As DCV já são estabelecidas como marcadores de risco na atenção primária à saúde (APS) brasileira, com o intuito de garantir a longitudinalidade do cuidado ao usuário e o desenvolvimento de estratégias preventivas voltadas ao cuidado integral da comunidade, 44. Askin L, Tanrıverdi O, Askin HS. The Effect of Coronavirus Disease 2019 on Cardiovascular Diseases. Arq Bras Cardiol. 2020; 114 (5): 817 - 22. doi: 10.36660/abc.20200273. porém é essencial o questionamento quanto à aplicabilidade destas ações na estratégia de saúde da família (ESF). O desafio do monitoramento ao usuário como forma de gestão às DCV sugere ultrapassar o imperativo das ações que apoiam o sistema diagnóstico e terapêutico no cuidado e manejo às condições crônicas. 51. Paiva KM, Hillesheim D, Rech CR, Delevatti RS, Brown RVS, Gonzáles AI, et al. Prevalence and Associated Factors of SARS by Covid-19 in Adults and Aged People with Chronic Cardiovascular Disease. Arq Bras Cardiol. 2021; 117 (5): 968 - 75. doi: 10.36660/abc.20200955. Neste sentido, um estudo publicado recentemente, com mais de 100 milhões de participantes de todo o mundo, destaca a importância da prevenção, da detecção e do controle na atenção primária, inclusive em países de baixa e média renda, com propostas de ações como uso de mensagens de texto para acompanhar os usuários com fatores de risco. 62. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909.

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    No contexto atual de enfrentamento à pandemia da COVID-19, esta discussão torna-se ainda mais relevante, pois, conforme reforçado pelos autores que realizaram a análise crítica, o agravamento da sintomatologia da COVID-19 coloca as DCV como um fator de risco importante às ações de rastreio, manejo e intervenção precoce.

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    Estudos sugerem a criação de propostas de modelos de cuidados às condições crônicas, como as DCV, envolvendo formação de grupos focais, que obtiveram resultados positivos na adesão da comunidade, melhora de indicadores clínicos durante o acompanhamento, adoção de prática de autocuidado e melhor análise das prioridades no planejamento em saúde. 62. Zhang J, Lu S, Wang X, Jia X, Li J, Lei H, et al. Do Underlying Cardiovascular Diseases Have any Impact on Hospitalised Patients with COVID-19? Heart. 2020; 106 (15): 1148 - 53. doi: 10.1136/heartjnl-2020-316909. De forma similar, a Organização Mundial de Saúde (OMS) lançou um guia de implementação para gestão de DCV na atenção primária, com propostas de triagem, avaliação e manejo de riscos neste nível de atenção e educação em saúde para profissionais quanto ao rastreio de fatores de risco, intervenções no estilo de vida e encaminhamentos necessários. 73. Hessami A, Shamshirian A, Heydari K, Pourali F, Alizadeh-Navaei R, Moosazadeh M, et al. Cardiovascular Diseases Burden in COVID-19: Systematic Review and Meta-Analysis. Am J Emerg Med. 2021; 46 : 382 - 91. doi: 10.1016/j.ajem.2020.10.022. Especialmente acerca do manejo em usuários com DCV e sintomas persistentes pós-COVID-19, a complexidade clínica e psicossocial proporcionada pela coexistência dessas condições implica a necessidade de um cuidado multiprofissional e de longo prazo. Finalizamos, assim, agradecendo à possibilidade de reforçar a necessidade de se rever as ações na atenção primária à saúde, em especial em nosso atual contexto de saúde.

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      Silva PM, Lima MJ, Neves PM, Macedo ME. Prevalence of Cardiovascular Risk Factors and Other Comorbidities in Patients with Hypertension in Portuguese Primary Health Care Populations: The PRECISE Study. Rev Port Cardiol. 2019; 38 (6): 427 - 437. doi: 10.1016/j.repc.2018.09.011
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      NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC). Worldwide Trends in Hypertension Prevalence and Progress in Treatment and Control from 1990 to 2019: A Pooled Analysis of 1201 Population-Representative Studies with 104 Million Participants . Lancet. 2021; 398 (10304): 957 - 80. doi: 10.1016/S0140-6736(21)01330-1.
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      Yeoh EK, Wong MCS, Wong ELY, Yam C, Poon CM, Chung RY, et al. Benefits and Limitations of Implementing Chronic Care Model (CCM) in Primary Care Programs: A Systematic Review. Int J Cardiol. 2018; 258 : 279 - 88. doi: 10.1016/j.ijcard.2017.11.057.
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      29 Abr 2022
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      Abr 2022
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    + + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/2236-8906-hoehnea-49-e1082020/2236-8906-hoehnea-49-e1082020.pt.2_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/2236-8906-hoehnea-49-e1082020/2236-8906-hoehnea-49-e1082020.pt.2_0.html new file mode 100644 index 000000000..46fdb2271 --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/2236-8906-hoehnea-49-e1082020/2236-8906-hoehnea-49-e1082020.pt.2_0.html @@ -0,0 +1,2354 @@ + + + + + + + + + + + +
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    +Florestas secundárias do Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil: Variações florísticas e estruturais11Parte da Dissertação de Mestrado do primeiro Autor +

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    Secondary forests of the Parque Estadual da Cantareira, São Paulo State, SP, Brasil: Floristic and structural variations

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    + Rafaela Dias Valeck da Silva Inês Cordeiro Frederico Alexandre Roccia Dal Pozzo Arzolla Sobre os autores +
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    RESUMO

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    O Parque Estadual da Cantareira, no bioma da Mata Atlântica, foi criado a partir da desapropriação de fazendas de café para proteção de mananciais para a cidade de São Paulo em 1877. Desde então, poucas atividades humanas ocorreram em seu interior. Aqui, comparamos a composição e o estágio sucessional de diferentes fragmentos de floresta próximos (<0,5 km um do outro). Foram levantados 0,6 ha, divididos em três áreas de 0,2 ha cada, com árvores atingindo PAP ≥ 15 cm, sendo amostradas, identificadas e medidos o diâmetro e a altura. O estágio sucessional das espécies foi determinado e um perfil de cada área foi desenhado em escala. Um total de 1.020 indivíduos pertencentes a 45 famílias e 115 espécies foi amostrado. Os fragmentos variaram em número de indivíduos (300-399 indivíduos), famílias (N = 26-32) e espécies (N = 54-68), altura e estágios sucessionais, indicando alta heterogeneidade dentro de uma floresta contínua, desde os estágios sucessionais maduros até os iniciais. Essas descobertas têm implicações para o manejo da conservação e os serviços ecossistêmicos fornecidos por eles.

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    Palavras-chave:
    Fitossociologia; Mata Atlântica; sucessão

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    ABSTRACT

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    The Parque Estadual da Cantareira, in the Atlantic Forest biome, was created from the expropriation of coffee farms for the protection of water sources for São Paulo city in 1877. Since then, few human activities have taken place in its interior. Here, we compare the composition and the successional stages of different fragments of near forests (<0.5 km of each other); 0.6 ha were raised, divided in three areas of 0.2 ha each, with trees reaching PAP ≥ 15 cm, being sampled, identified and measured for diameter and height. The succession stage of the species was determined and a profile of each area was drawn in scale. A total of 1,020 individuals of 45 families and 115 species was sampled. The fragments varies in number of in individuals (300-399 individuals), families (N = 26-32) and species (N = 54-68), height and successional stages, indicating high heterogeneity within a continuous forest, from the mature successional stages to the first ones. These discoveries have implications for conservation management and the ecosystem service they provide.

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    Keywords:
    Atlantic Rainforest; Phytosociology; succession

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    Introdução

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    A Mata Atlântica ocupa aproximadamente 15% do território brasileiro sendo considerada mundialmente o 5º bioma mais ameaçado (Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ). Estende-se desde o Piauí até o Estado do Rio Grande do Sul, englobando assim 17 Estados brasileiros (São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal., Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ). A ampla variação de temperatura, relevo e solo ao longo da Mata Atlântica, fazem desta uma das florestas de maior biodiversidade do mundo (Leitão-Filho 1987Leitão-Filho, H.F. 1987. Considerações sobre a florística de florestas tropicais e sub-tropicais do Brasil. IPEF 45: 41-46., Lino & Amaral 2018Lino, C.F. & Amaral, M.M. 2018. Mata Atlântica e Sociobiodiversidade: Desafios e caminhos para a sustentabilidade. CN-RBMA Conselho Nacional da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica. São Paulo: IA- RBMA.). Pelo alto número de espécies endêmicas e forte pressão antrópica, o Bioma Mata Atlântica, juntamente com o Cerrado, é considerado um dos hostspots do planeta (Myers et al. 2000Myers, N., Mittermeier, R.A., Mittermeier, C.G., Fonseca, G.A.B. 2000. Kent, J. Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature 403: 853-845.)

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    A Mata Atlântica é composta pelas seguintes formações vegetais: Floresta Ombrófila Densa, Aberta e Mista (conhecida como Floresta de Araucárias); Floresta Estacional Semidecidual e Decidual; Campos de Altitude; Manguezais, Restingas, Campos Salinos e Áreas Aluviais; Áreas de Tensão Ecológica; Refúgios Vegetacionais (IBGE 2019IBGE. Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em http://7a12.ibge.gov.br/vamos-conhecer-o-brasil/nosso-territorio/biomas.html (acesso em 16-XI-2019).
    http://7a12.ibge.gov.br/vamos-conhecer-o... +
    , Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ).

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    As Florestas Ombrófilas Densas se subdividem em 5 grupos principais: Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas, presente até 50 metros de altitude; Floresta Ombrófila Densa Submontana, 50 a 500 metros; Floresta Ombrófila Densa Montana, 500 a 1500 metros e a Floresta Ombrófila Densa Altomontana, acima de 1500 metros, e a Floresta Ombrófila Densa Aluvial, presente em qualquer das formações anteriores, ao longo dos cursos d’água (IBGE 2012IBGE. 2012. Fundação Instituto Brasileiro de geografia e Estatística. Manual técnico da vegetação brasileira. 2ed, Rio de Janeiro.).

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    No Estado de São Paulo, a diminuição drástica da cobertura florestal deveu-se a fatores antrópicos, principalmente o estabelecimento de culturas, inicialmente a do café e o adensamento populacional nos núcleos urbanos (Rocha & Costa 1998Rocha, A.A. & Costa, J.P.O. 1998. A Reserva da Biosfera da Mata Atlântica e sua aplicação no Estado de São Paulo: apresentação Covas, M.; prefácio Feldmann, F. J. - São Paulo: Terra Virgem, Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo., RBMA 2019).

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    Apesar da destruição da floresta ao longo da história de São Paulo, o Estado ainda preserva a maior área contínua da Mata Atlântica no Brasil, nas encostas da Serra do Mar (Leite 2007Leite, M. 2007. Nos caminhos da Biodiversidade Paulista / Nas Costas do Brasil. Os litorais paulistas. São Paulo: Secretaria do Meio Ambiente: Instituto Amigos da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica: Imprensa oficial do Estado de São Paulo.). Alguns trabalhos mais recentes relatam o aumento da cobertura florestal, representada por florestas secundárias em diferentes estágios de regeneração (Farinaci & Batistella 2012Farinaci, J.S. & Batistella, E.M. 2012. Variação na cobertura vegetal nativa em São Paulo: Um panorama do conhecimento atual. Revista Árvore 36(4): 695-705, 2012.).

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    O que resta da Mata Atlântica está inserido em 1.324 Unidades de Conservação (UCs). As Unidades de Conservação possuem uma classificação própria, pois a diversidade do ambiente resulta em objetivos e manejos distintos.

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    A sucessão é o processo natural de desenvolvimento da comunidade vegetal que possibilita o estabelecimento de plantas em uma área desprovida de vegetação ou a regeneração da vegetação onde esta sofreu algum tipo de distúrbio (Brancalion et al. 2015Brancalion, H.S., Galdolfi, S., Rodrigues, R. R. 2015. Restauração Florestal. Oficina de Textos, São Paulo.).

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    Para cada fase da sucessão, em uma floresta secundária, há predomínio de determinadas espécies pertencentes a um grupo sucessional (Clements 1916Clements, F.E. 1916. Plant succession: Na analysis of the development of vegetation. BHL: Biodiversity Heritage Library. Disponível em www.biodversitylibrary.org/ (acesso em 18-V-2020).
    www.biodversitylibrary.org/... +
    ). Segundo Whitmore (1989)Whitmore, T.C. 1989. Canopy gaps and the major groups of florest trees. Ecology 70(3): 536-538., o conhecimento sobre a substituição de espécies ao longo do processo de sucessão, é fundamental para avaliar o grau de maturidade em que se encontra um determinado fragmento florestal.

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    Conforme a tabela 1, o primeiro estudo a classificar as espécies por suas respectivas categorias foi realizado por Budowski (1965)Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42., este utilizou as categorias pioneira, secundária inicial, secundária tardia e clímax. Posteriormente, alguns autores classificaram as espécies de forma mais sucinta, ou seja, espécies pioneiras e não-pioneiras como: Gómez-Pompa (1971)Gómez-Pompa, A. 1971. Posible papel de la vegetación secundaria en la evolución de la flora tropical. Biotropica 3: 125-135., Whitmore (1989)Whitmore, T.C. 1989. Canopy gaps and the major groups of florest trees. Ecology 70(3): 536-538. e Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96.. Já, em outros estudos, os autores optaram por classificar as espécies separando as não pioneiras, por secundárias iniciais e secundárias tardias e as espécies típicas de sub-bosque ou conhecidas como umbrófilas.

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    Portanto, conforme as análises dos estudos apresentados na tabela 1, as espécies pioneiras predominam no início da sucessão, podem ser encontradas em grandes clareiras, produzem sementes pequenas e abundantes, que necessitam de luz direta para germinar, além disso tem crescimento rápido e ciclo de vida curto; as espécies secundárias iniciais estabelecem-se em pequenas clareiras, assemelham-se às pioneiras quanto à necessidade de luz para germinar suas sementes, mas têm ciclo de vida mais longo; as secundárias tardias destacam-se na fase mais madura da floresta, suas sementes não necessitam de luz direta para germinar e são geralmente maiores, menos abundantes que as das espécies pioneiras, podem apresentar dormência e suas plântulas vivem na sombra, com crescimento lento e ciclo de vida longo; as espécies umbrófilas ou típicas de sub-bosque, estão presentes em todas as fases, mas com maior densidade na fase madura. O que as diferem das secundárias tardias é que em todo seu ciclo de vida se desenvolvem inteiramente no estrato inferior da floresta (Budowski 1965Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42., Gómez-Pompa 1971Gómez-Pompa, A. 1971. Posible papel de la vegetación secundaria en la evolución de la flora tropical. Biotropica 3: 125-135., Swaine & Whitmore 1988Swaine, M.D. & Whitmore, T.C. 1988. On the definition of ecological species groups in tropical rain forests. Vegetation 75: 81-86., Kageyama & Castro 1989Kageyama, P.Y. & Castro, C.F.A. 1989. Sucessão secundária, Estrutura genética e Plantações de espécies arbóreas nativas. Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais 41/42: 83-93., Gandolfi 1991Gandolfi, F. 1991. Estudo florístico e fitossociológico de uma floresta residual na área do Aeroporto Internacional de São Paulo, Município de Guarulhos, SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Catharino et al. 2006Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    ).

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    No Estado de São Paulo, uma importante unidade de conservação é o Parque Estadual da Cantareira, localizado na região metropolitana da cidade de São Paulo, sendo um dos principais remanescentes florestais, formados por florestas secundárias em diferentes estágios sucessionais, porém mantendo alta riqueza de biodiversidade.

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    Estudos sobre a dinâmica do processo sucessional em florestas do Planalto Paulista são escassos. Portanto, o presente estudo poderá fornecer contribuições para a temática e para aplicações práticas no âmbito local e regional.

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    O objetivo deste estudo foi comparar quanto ao estágio sucessional, trechos da floresta do Parque Estadual da Cantareira através da análise de sua estrutura e espécies características de seus estratos, contribuindo para o conhecimento, conservação e a proteção das florestas secundárias urbanas.

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    Para tanto elaboramos as seguintes perguntas:

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    A. Como a composição florística e a estrutura variam nas áreas analisadas?

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    B. É possível reconhecer estágios sucessionais diferentes nas áreas estudadas?

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    C. Como as espécies de diferentes grupos sucessionais estão representadas nas áreas estudadas?

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    Material e Métodos

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    Área de Estudo - O Parque Estadual da Cantareira (PEC) possui 7.916,5 hectares, abrangendo parte dos munícipios de Caieiras, Guarulhos, Mairiporã e São Paulo, na bacia do Alto Tietê, na Serra da Cantareira. Destaca-se entre seus serviços ecossistêmicos, a grande riqueza de mananciais que abriga em sua área (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    Essa região anteriormente é composta por fazendas de café, que foram adquiridas pelo governo do Estado, preocupado com o abastecimento de água. A captação de água na Serra da Cantareira iniciou-se em 1877. O abastecimento acontecia a partir de um sistema de pequenas represas, suficientes para abastecer a população que residia no centro da cidade com uma água de excelente qualidade. Com o aumento da urbanização, os mananciais da Serra da Cantareira deixaram de ser suficientes para o abastecimento da cidade de São Paulo. Atualmente, apenas uma parte do município de Guarulhos é abastecida pelos mananciais do PEC (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    Como resultado deste histórico, formou-se uma floresta secundária, onde predominam manchas em fases intermediárias de sucessão (Baitello et al. 1993Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    O PEC é composto por 4 zonas administrativas: Núcleo Engordador, localizado entre os municípios de Mairiporã e São Paulo; Águas Claras, no município de Mairiporã; Cabuçu em Guarulhos e Pedra Grande, que abrange parte dos municípios de Caieiras, Mairiporã e São Paulo (Ayres 2006Ayres, N.C.M. 2006. O ciclo da Caapora: Uma história de relação entre a RMSP e o Parque Estadual da Cantareira (1963 - 2005). São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Católica de São Paulo. São Paulo., São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    A área de estudo está localizada no Núcleo Pedra Grande. Conforme o IBGE (2012)IBGE. 2012. Fundação Instituto Brasileiro de geografia e Estatística. Manual técnico da vegetação brasileira. 2ed, Rio de Janeiro., a área é recoberta pela Floresta Ombrófila Densa Montana. De acordo com a classificação de Köppen, o clima é do tipo úmido, temperado e sem estação seca - Cfb (São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.), ou seja, com precipitação média do mês mais seco > 30 mm e a temperatura média do mês mais quente <22ºC (Köppen 2019Köppen, G. Classificação Climática de Koppen-Geiser. Disponível em https://portais.ufg.br/up/68/o/Classifica____o_Clim__tica_Koppen.pdf (acesso em 17-XI-2019).
    https://portais.ufg.br/up/68/o/Classific... +
    ). O relevo é montanhoso, com amplitudes de 120 a 400 metros e altitudes de 875 a 1215 metros (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    +Tabela 1
    Classificação Sucessional adotada por alguns autores ao longo dos anos.
    Table 1
    Sucessional classification adopted by some authors over the years.
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    Métodos - Para o presente estudo foram selecionadas três áreas amostrais de 0,2 ha cada, subdivididas em dez parcelas contíguas de 10 x 20 m, totalizando uma área amostral de 0,6 ha. A distância aproximada entre a área C e A é de 250 m e da área A para B de 400 m, com as respectivas localizações: área A (23°25’46”S, 46°38’6”O), área B (23°25’40”S, 46°37’54”O) e área C (23°25’53”S, 46°38’0”O) (figura 1). As três áreas encontram-se afastadas das trilhas para se evitar o efeito de borda, como recomendado por Rodrigues & Shepherd (1992)Rodrigues, R.R. & Shepherd, G.J. 1992. Análise da variação estrutural e fisionômica da vegetação e características edáficas, num gradiente altitudinal na Serra do Japi. In: L.P.C. Morellato (org.). História natural da Serra do Japi: ecologia e preservação de uma área florestal no sudeste do Brasil. Editora Unicamp: Campinas, pp. 64-96. e possuem declividades semelhantes.

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    Foram amostrados todos os indivíduos com PAP, perímetro do tronco à altura de 1,30 m acima do solo ≥ 15 cm. Os indivíduos mortos, mesmo em pé, não foram amostrados. A altura das árvores foi estimada utilizando-se tesoura de poda alta como referência. As amostras botânicas foram coletadas, herborizadas e identificadas por comparação com exsicatas depositadas em herbário, consultas a especialistas e bibliografias específicas. As amostras férteis foram registradas e incorporadas no Herbário Dom Bento Pickel (SPSF) do Instituto Florestal.

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    Para a classificação das famílias, foi utilizado o Angiosperm Phylogeny Group - APG IV (APG - Angiosperm Phylogeny Group 2016APG - Angiosperm Phylogeny Group. 2016. An update of the Angiosperm Phylogeny Group Classification for the orders and families of flowering plants: APG IV. Botanical Journal of the Linnean Society 181: 1-20.). Os nomes científicos foram conferidos com a lista de espécies da Flora do Brasil (Flora do Brasil 2020 - em construção 2020Flora do Brasil 2020 em construção. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em (http://floradobrasil.jbrj.gov.br/reflora/floradobrasil/FB10964) (acesso em 11-III-2020).
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/reflora... +
    ).

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    Os parâmetros fitossociológicos calculados nas análises foram: número de indivíduos (ni), densidade relativa (DR), dominância relativa (DoR), frequência relativa (FR), valor de cobertura (VC) e valor de importância (VI), segundo Mueller-Dombois & Ellenberg (1974)Mueller-Dombois, D. & Ellenberg, H. 1974. Aims and methods of vegetation ecology. New York: John Wiley & Sons.. Também foram realizadas análises multivariadas de classificação e ordenação, utilizando-se matrizes de número de indivíduos, para verificar a eventual formação de grupos nas unidades amostrais da área de estudo e comparar as parcelas e blocos entre si. Nas análises de classificação, para comparação de matrizes de números de indivíduos, foram utilizados os métodos UPGMA - Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean com coeficiente de Bray-Curtis. Como método de ordenação foi utilizado CA (Análise de Correspondência). Para esses cálculos e análises, foi utilizado o programa Fitopac 2.1 (Shepherd 2010Shepherd, G. J. 2010. Fitopac 2.1. Manual do usuário. Campinas: UNICAMP.).

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    As espécies foram classificadas segundo o tipo de dispersão de seus propágulos, como zoocóricas, anemocóricas e autocóricas, de acordo com Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.); Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119..

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    A apresentação das espécies ameaçadas deu-se pelas consultas às seguintes listas: IUCN (2020), nacional (Portaria MMA nº 443, de 17 de dezembro de 2014 - Brasil 2020) e estadual (Resolução SMA Nº 57, de 05 de junho de 2016 - São Paulo 2016São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57.).

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    A classificação das espécies, segundo a categoria sucessional, foi baseada, principalmente, em observações de campo e em trabalhos realizados por Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. e Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    . Foram feitas duas classificações sucessionais, uma com quatro categorias: pioneiras, secundárias iniciais, secundárias tardias e umbrófilas, sendo as três primeiras conforme Budowski (1965)Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42. e, as umbrófilas, segundo Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    e Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.; a segunda considerou as espécies como pioneiras e não-pioneiras (Secundárias iniciais, tardias e umbrófilas), adaptado de Barbosa (2017)Barbosa, L.M. 2017. Lista de espécies indicadas para restauração ecológica para diversas regiões do Estado de São Paulo. Relatório Técnico, Secretaria do Meio Ambiente de São Paulo..

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    Para auxiliar uma análise da distribuição das espécies em categoria sucessional, foram idealizados perfis diagramas totais de cada uma das áreas estudadas, com a representação dos indivíduos amostrados seguindo-se a sequência da planilha de campo, com núcleos diferentes segundo sua classificação sucessional.

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    Resultados

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    +Figura 1
    Mapa com a localização das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil. Elaborado por Marina Kanashiro, 2019.
    Figure 1
    Map with the location of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil. Prepared by Marina Kanashiro, 2019.
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    Composição Florística - No levantamento geral, foram amostrados 1020 indivíduos, distribuídos em 115 espécies, 80 gêneros e 45 famílias (tabela 2). A área B é mais rica, com 68 espécies, sendo 21% mais rica que C (56 spp.) e 26% mais rica que A (54 spp.).

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    As famílias mais ricas em espécies foram Myrtaceae (17 espécies), Lauraceae (12), Fabaceae (8), Rubiaceae e Meliaceae (5). As famílias mais abundantes em indivíduos foram Euphorbiaceae (127 indivíduos), Myrtaceae (115), Olacaceae (114), Rubiaceae (108) e Meliaceae (68).

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    +Tabela 2
    Composição florística nas três áreas amostradas (A, B e C), Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil. Class. Sucess.: Classificação Sucessional. PI: Pioneira, I: Secundária inicial, T: Secundária tardia, UM: Umbrófilas. Sindromes dispersão. ZOO: Zoocórica, ANE: Anemocórica, AUT: Autocórica.
    Table 2
    Floristic composition of the three sampled areas (A, B and C), Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil. Class Sucess.: Succession Classification. PI: Pioneer, I: Early secondary, T: Late secondary, UM: Umbrophilous. Dispersion syndromes. ZOO: Zoochoric, ANE: Anemochoric, AUT: Autochoric.
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    Os gêneros mais ricos foram Eugenia, Myrcia e Ocotea (sete espécies cada), Mollinedia (quatro) e Annona e Casearia (três cada).

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    Riqueza e Abundância nas Áreas A, B e C - Na Área A foram amostrados 321 indivíduos, 54 espécies e 26 famílias. As famílias com maior riqueza foram Myrtaceae (10 espécies), Lauraceae (6 esp.), Euphorbiaceae e Rubiaceae (4 esp.) e Monimiaceae (3 esp.). As famílias mais abundantes foram Rubiaceae (70 indivíduos), Olacaceae (42 ind.), Myrtaceae (32 ind.), Clusiaceae (23 ind.) e Monimiaceae (20 ind.). As famílias Rubiaceae e Olacaceae destacam-se nas primeiras posições quanto à abundância, não ocorrendo o mesmo em relação a riqueza, mostrando que a alta abundância dessas famílias é por causa de uma espécie, Psychotria suterella em Rubiaceae e Heisteria silvianii em Olacaceae. Os gêneros mais ricos foram Myrcia (quatro espécies), Eugenia, Ocotea e Mollinedia (três cada), Annona e Cinnamomum (duas cada). Podemos observar que dentre estas, somente Cinnamomum não se destacou nos resultados gerais.

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    A Área B apresentou 399 indivíduos, 68 espécies e 32 famílias. As famílias com maior riqueza foram Myrtaceae (10 espécies), Lauraceae (7 esp.), Meliaceae (5 esp.), Sapindaceae e Monimiaceae (4 esp.).

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    As famílias mais abundantes em número de indivíduos foram Myrtaceae (72 indivíduos), Sapindaceae (39 ind.), Meliaceae (38 ind.), Olacaceae (37 ind.) e Rubiaceae (31 ind.). Nesta área, Sapindaceae e Meliaceae, destacaram-se tanto no levantamento por espécies quanto de indivíduos. Os gêneros que se destacaram nesta área foram Eugenia (cinco espécies), Mollinedia, Myrcia e Ocotea (quatro espécies cada), também amostradas na área A, seguidas de Casearia (três) e Matayba (duas). Área C apresentou 300 indivíduos pertencentes a 56 espécies e 30 famílias. As famílias mais ricas foram Fabaceae (7 espécies), Lauraceae (6 esp.), Euphorbiaceae e Myrtaceae (4 esp.) e Meliaceae (2 esp.). As famílias Fabaceae e Euphorbiaceae também foram as mais ricas no levantamento realizado na Floresta Ombrófila Densa situada no município de Cunha - SP por Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    . As famílias mais abundantes foram Euphorbiaceae (94 ind.), Olacaceae (35 ind.), Fabaceae (32 ind.), Meliaceae (16 ind.) e Lauraceae (15 ind). Em relação aos gêneros, aqueles que mais se destacaram nesta análise foram Annona, Croton, Mollinedia, Myrcia, Myrsine, Nectandra, Ocotea e Vochysia (duas espécies cada), sendo que as quatro primeiras destacadas acima, apresentaram-se somente nesta área.

    +

    Ao compararmos as três áreas de estudo, Olacaceae destaca-se pela abundância nas três áreas, entretanto Myrtaceae e Rubiaceae em duas delas. A alta representatividade de Olacaceae é devida a uma única espécie, H. silvianii, e Rubiaceae por P. suterella, enquanto que Myrtaceae, pela riqueza de espécies. Em relação aos gêneros que mais se destacaram nas áreas estudadas, podemos observar que a área C foi aquela mais distinta dentre elas, pois nesta área não há uma predominância de um gênero.

    +

    Parâmetros fitossociológicos - A tabela 3 mostra os parâmetros totais e por área, a área B apresentou 39% do número total de indivíduos amostrados, enquanto as áreas A e C, 31% e 30% respectivamente.

    +

    Na área A, H. silvianii (22,7%), Aspidosperma olivaceum (18,1%) e Euplassa cantareirae (10,4%), espécies secundárias tardias, apresentaram os maiores valores de dominância relativa. As espécies que destacaram pelo valor de densidade foram P. suterella (19,6%), H. silvianii (13,1%) e Tovomitopsis paniculata (7,1%).

    +

    Na área B, as espécies Alchornea triplinervia (22,6%), H. silvianii (11,1%), Cabralea canjerana (6,8%), Casearia obliqua (6,5%) e Platymiscium floribundum (6,4%) destacaram-se por seus valores de dominância relativa. Dentre elas, H. silvianii é a única secundária tardia e também apresentou alto valor de dominância na área A. Destacaram-se pelo valor de densidade, H. silvianii (9,3%), Cupania oblongifolia (8,8%), Myrcia tijucensis (7,3%) e P. suterella (7,0%).

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    Na área C, destacaram-se pelo valor de dominância Piptadenia gonoacantha (26,50%), Croton floribundus (24,8%), A. triplinervia (10,4%) e Bauhinia forficata (6,8%). Destacaram-se pelo valor de densidade, C. floribundus (18,0%), H. silvianii (11,67%), A. triplinervia (7,7%) e P. gonoacantha (6,7%).

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    Ao comparar as três áreas de estudo pelas espécies presentes, podemos constatar que as três áreas amostradas apresentam estrutura e composição florística distintas. Algumas espécies aparecem nas três áreas, mas em situações diferentes, por exemplo, H. silvianii, destacou-se tanto na área A e B, por seu valor de dominância, enquanto na área C, pela frequência, mostrando que nas duas primeiras áreas encontra-se no dossel, enquanto em C, nos estratos inferiores da floresta.

    +

    Ao comparar a densidade das três áreas, constatamos que B (1995 ind./ha) é a mais densa, sendo 33% maior que C (1500 ind./ha) e 24% maior que A (1605 ind./ha). A maior densidade da área B pode ser explicada pelo predomínio de secundárias iniciais no dossel e pela grande quantidade de secundárias tardias no sub-bosque, estas últimas, em fase de crescimento, com um grande número de indivíduos jovens com pequenos diâmetros. Ao tratar-se de dominância, o cenário muda, pois, a área C apresenta a menor dominância (30,6 m2 /ha), em comparação com as áreas A e B (45,4 m2/ha e 43,4 m2/ha, respectivamente), sendo 32,5% e 29,4% menor, respectivamente, enquanto os valores da área A e B são próximos.

    +

    Os valores de DeA e DoA mostram que na área A, há vários indivíduos com grandes diâmetros, mas estes pertencem a um mesmo grupo ecológico (secundárias tardias), indicando que a área está mais avançada na sucessão. Na área B, as espécies com os maiores diâmetros pertencem a mais de um grupo ecológico, principalmente as secundárias iniciais e algumas tardias, devido à maior riqueza e ao maior número de indivíduos. Na área C, a situação é bem distinta, pois tanto a DeA quanto a DoA tem valores baixos, quando comparados com A e B, indicando um maior número de indivíduos com diâmetros menores.

    +

    Análises grupos ecológicos - Na análise total de espécies, quanto aos seus respectivos grupos ecológico, as secundárias tardias e iniciais mantiveram-se em proporções próximas (33,9% e 29,6%, respectivamente), as umbrófilas com 20% e, as pioneiras, de menor riqueza de espécies, com 16,5%. Ao realizarmos as mesmas análises, com o número de indivíduos, os resultados permaneceram similares. Na análise por espécies pioneiras ou não-pioneiras, 46,1% são espécies pioneiras e 53,9% não-pioneiras e, analisando pelo número de indivíduos, 39,5% e 60,5% respectivamente, observando resultados diferentes.

    +

    Na área A, as espécies secundárias tardias destacaram-se com 48,1% do total de espécies, seguidas das iniciais com 25,9%, umbrófilas com 22,2% e, por fim, as pioneiras com 3,7% (figuras 2 a, b). Nas mesmas análises com o número de indivíduos, o que se diferenciou foram as espécies umbrófilas, apresentando aumento de 13,7%, em função da riqueza da espécie P. suterella. E o oposto ocorreu com as iniciais, pois houve uma diminuição de 11,3%. Na análise de espécies classificadas como pioneiras ou não pioneiras, a porcentagem foi de 70,4% e 29,6%, respectivamente, enquanto abundância das espécies não-pioneiras foi 84,4% e pioneiras, 15,6%, do total de indivíduos amostrados. Esses resultados mostram que as espécies pertencentes ao grupo das pioneiras não são muito representadas pelo número de indivíduos.

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    +Tabela 3
    Parâmetros com valores totais e por área, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Table 3
    Parameters with total values and by area, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na área B, tanto as secundárias iniciais quanto as tardias apresentaram 35,3% do total de espécies, em seguida, as espécies umbrófilas com 22,1% e, as pioneiras, com 7,3%. Nas análises apresentadas pelo número de indivíduos não ocorreram grandes modificações, secundárias tardias com 37,1%, iniciais, 35,1%, umbrófilas, 26,6%, e as pioneiras, 1,2%. Na análise quanto a pioneiras e não pioneiras, a riqueza de espécies não-pioneiras foi 57,3%, e pioneiras, 42,6%. Quanto ao número de indivíduos, as não-pioneiras apresentaram 63,7% e as pioneiras 36,3% (figuras 3 a, b). Esses resultados são semelhantes quando comparamos as duas classificações sucessionais. Nesta área há maior número de pioneiras em relação à área A.

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    Na área C, as espécies secundárias iniciais ainda predominam, com 32,1%, em seguida estão as espécies pioneiras, com 28,57%, as secundárias tardias, com 21,4% e, as umbrófilas, com 17,9%. Nas análises de abundância, as pioneiras predominam com 40%, secundárias iniciais, 29,3%, tardias, 19,7%, e umbrófilas, 11%. Nesta área ocorre o oposto das outras duas áreas, pois as pioneiras se destacam, sendo essa diferença mais expressiva nas análises por abundância. As espécies pioneiras apresentaram 60,7% do total de espécies e as não-pioneiras 39,3%. Já a abundância de pioneiras e não pioneiras foi 69,3% e 30,7% respectivamente (figuras 4 a, b). De modo geral, essa área se diferencia das outras não só pelo aumento das espécies que sobrevivem em condições de luz, mas também a diminuição das espécies que vivem sobre condições de sombra, mostrando assim, que se trata de uma área mais aberta, com dossel mais falho, facilitando a presença de luz direta no solo.

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    Na área A as espécies secundárias tardias destacam-se pela dominância, densidade e riqueza, revelando que as espécies desse estágio estão fortemente presentes no dossel da floresta como também nos estratos inferiores.

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    Na área B as espécies secundárias iniciais destacam-se pela dominância, porém, nos parâmetros densidade e riqueza, as iniciais se igualam com as tardias. Esses resultados mostram que o dossel nessa área é composto, principalmente, pelas iniciais. Nos estratos inferiores os dois grupos estão fortemente presentes.

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    +Figura 2
    a. Riqueza e abundância das espécies pioneiras, secundárias iniciais, secundárias tardias e ombrófilas na área A. b. Riqueza e abundância das espécies pioneiras ou não-pioneiras na área A. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 2
    a. Wealth and abundance of pioneer, early secondary, late secondary and umbrophilous species in area A. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area A. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na área C ocorre o oposto, pois, as espécies pioneiras destacam-se pela dominância, mostrando que nesse trecho as pioneiras estão presentes no dossel, porém nos parâmetros de densidade e riqueza, as pioneiras perdem o pódio, dando lugar para as espécies secundárias e umbrófilas.

    +

    As espécies umbrófilas aumentam da área C para A, indicando que a área A está em fase mais avançada de sucessão, aumentando a predominância das espécies típicas de sub-bosque neste estrato (figuras 5 a, b, c).

    +

    Em complemento à análise da classificação sucessional, foram elaborados perfis diagramas totais de cada uma delas, com a representação dos indivíduos amostrados seguindo a sequência da planilha de campo. Os indivíduos indicados na coloração amarela são representados pelas pioneiras; verdes claras, secundárias iniciais; verdes escuras, tardias; e as vermelhas, espécies umbrófilas.

    +

    Na área A, o dossel é predominantemente composto pelas tardias, no estrato intermediário predominam as iniciais, enquanto no sub-bosque predominam espécies umbrófilas. Ocorreram três indivíduos de espécies pioneiras, desses, dois no estrato intermediário em direção ao dossel e um no sub-bosque (figura 6).

    +

    Na área B, predominam secundárias iniciais no dossel; no estrato intermediário, além das iniciais, também ocorrem as tardias; o sub-bosque têm representantes de todos os grupos sucessionais, mas com baixa representatividade das pioneiras, com apenas cinco indivíduos (figura 7).

    +

    Na área C, há predomínio das pioneiras no dossel, cuja altura é mais baixa que A e B. Já no estrato intermediário predominam pioneiras e secundárias iniciais e, no sub-bosque, estão presentes espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias, havendo poucas espécies umbrófilas (figura 8).

    +

    De modo geral, observa-se que as três áreas são distintas, pois, na área A, as espécies estão distribuídas conforme o esperado para um final de sucessão, com o predomínio das secundárias tardias no dossel; já na área B, ocorre o predomínio das secundárias iniciais no dossel e, nos outros estratos, há todos os grupos sucessionais presentes, resultando em um grande número de indivíduos e, na área C, as pioneiras estão bem representadas em todos os estratos.

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    +Figura 3
    a. Riqueza e abundância das espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias e ombrófilas na área B. b. Riqueza e abundância das espécies pioneiras ou não-pioneiras na área B. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 3
    a. Wealth and abundance of pioneers, early and late secondary and umbrophilous species in area B. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area B. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 4
    a. Riqueza e abundância sucessional das espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias e ombrófilas na área C. b. Riqueza e abundância das espécies - pioneiras ou não-pioneiras na área C. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 4
    a. Wealth and abundance of pioneers, early and late secondary and umbrophilous in area C. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area C. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Com base na distribuição dos grupos sucessionais, a área A está em estágio mais avançado ou final na sucessão, a área B em um estágio intermediário e, área C, em estágio mais inicial.

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    Estratificação florestal e distribuição diamétrica - Na área A, aproximadamente 64% (204) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 17% (59 ind.) entre 12,1 e 20 m, 15% entre 20,1 e 28 m e 4% entre 28,1 e 36 m (21 ind.). Essa distribuição de indivíduos apresenta formato de “J invertido” (maior número de indivíduos nas menores classes de altura, diminuindo nas maiores classes). A grande concentração de indivíduos na primeira classe de altura deve-se pela abundância das espécies umbrófilas, principalmente P. suterella (figura 9).

    +

    Na área B, aproximadamente 59% (238) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 25% (102 ind.) entre 12,1 e 20 m, 12% entre 20,1 e 28 m. e 4% entre 28,1 e 36 m (59 ind.). Poucos indivíduos passam dos 30 metros de altura (figura 10).

    +

    Já na área C, aproximadamente 65% (196) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 28% (83 ind.) entre 12,1 e 20 m. e 7% (21 ind.) acima dos 20 m. (figura 11).

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    Ao compararmos as três áreas de estudo, quanto à distribuição das classes de altura, podemos constatar que as áreas A e B são similares quanto à porcentagem dos indivíduos em diferentes estratos. Em ambas as áreas há a predominância das secundárias tardias e iniciais nos diferentes estratos, com exceção do sub-bosque que em A possui exclusivamente espécies deste estrato (umbrófilas), enquanto em B ocorrem também indivíduos jovens de espécies secundárias. Por outro lado, na área C, a porcentagem dos indivíduos na classe até 12 m de altura é bem menor em relação às áreas A e B; as espécies pioneiras estão representadas em todos os estratos dessa floresta e, no sub-bosque há representantes de todas as categorias sucessionais.

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    Similaridade, agrupamento e ordenação entre as áreas de estudo - Na análise utilizando o coeficiente Canberra (UPGMA), as parcelas de um mesmo bloco mantêm-se de uma forma geral em um mesmo grupo, confirmando que as áreas de estudo (A, B e C) diferem entre si. No primeiro grupo, onde se encontram as parcelas da área A, há somente uma única parcela (12) que pertence a B; porém o segundo e o terceiro grupos reconhecidos nesta análise reúnem exclusivamente parcelas das áreas B e C respectivamente (figura 12). O agrupamento da parcela 12 (área B) com as parcelas 1 a 10 (área A), pode ser explicada como uma parcela cuja floresta está em fase mais final de sucessão. É comum nas florestas ter parcelas em fases distintas, podendo ser causadas pela presença de uma mancha mais antiga, clareiras ou efeitos de borda. As análises de ordenação e classificação mostram esses efeitos.

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    +Figura 5
    a. Dominância relativa (DoR) das espécies. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. b. Densidade relativa (DeR) das espécies amostradas. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. c. Riqueza das espécies amostradas. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    Figure 5
    a. Relative dominance (DoR) of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. b. Relative density (DeR) of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. c. Wealth of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 6
    Diagrama de perfil da Área A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 6
    Profile diagram of Area A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 7
    Diagrama de perfil da Área B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 7
    Profile diagram of Area B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na análise de ordenação, utilizou-se a Análise de Correspondência (CA) e a matriz de número de indivíduos por espécie. Os eixos 1, 2 e 3 correspondem a 11,8, 8,5 e 6,1 por cento da inércia total encontrada, totalizando-se 26,4%. Podemos observar que as parcelas da área C estão separadas em todos os eixos (plano horizontal e vertical), sendo esta a mais diferente em relação às demais. As áreas A e B estão separadas mais no eixo 2 (plano horizontal), ou seja, em relação ao número de indivíduos, estão mais próximas, possivelmente devido às espécies tardias já estarem presentes nos estratos inferiores da área B (figuras 13 to 14).

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    Tanto as análises de classificação quanto as de ordenação mostram, de uma forma geral, a formação de três grupos que correspondem às três áreas de estudo, havendo maior proximidade entre as áreas A e B devido a uma maior presença das espécies tardias em ambas as áreas.

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    Síndrome de dispersão - As espécies zoocóricas destacaram-se em todas as áreas estudadas, A, B e C (85%, 88% e 70%, respectivamente). As anemocóricas apresentaram valores mais altos na área C, em virtude do maior número de pioneiras encontradas nesta última. Já as autocóricas estão em menor número na área B.

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    Espécies ameaçadas de extinção - Do total de 115 espécies apuradas neste estudo, conforme consta na tabela 4, sete espécies (6,1%) enquadram-se em uma das categorias de grau de ameaça nas três listas existentes. Ocotea catharinensis, presente nas três áreas de estudo, está como vulnerável (VU) nas listas de São Paulo, do Brasil e IUCN; Cedrela fissilis, presente somente na área B, apresentou-se como VU nas listas de São Paulo e do Brasil, e em perigo (EN) na lista da IUCN; Trichilia silvatica, presente nas áreas A e B, e Eugenia prasina, na área B, estão representadas como VU somente na lista da IUCN; Virola bicuhyba presente somente na área B, encontra-se EN nas listas de São Paulo e do Brasil; Pouteria bullata, presente somente na área B, é considerada EN na lista de São Paulo e Brasil e VU na lista da IUCN; E. cantareirae presente somente na área A, na lista do Brasil está como EN e na lista de São Paulo está como extinta (EX).

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    +Figura 8
    Diagrama de perfil da Área C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 8
    Profile diagram of Area C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 9
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 9
    Distribution of individuals in height classes in area A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Discussão

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    Composição Florística - As famílias Myrtaceae e Lauraceae também foram as mais ricas em outros estudos realizados na Floresta Ombrófila Densa Montana no Estado de São Paulo por Baitello et al. (1993)Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Garcia & Pirani (2001)Garcia, R.J.F. & Pirani, J.R. 2001. Estudo florístico dos componentes arbóreos e arbustivo da mata do Parque Santo Dias, São Paulo, SP, Brasil. Boletim de Botânica Universidade de São Paulo 19: 15-42., Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Alves & Metzger (2006)Alves, L.F. & Metzger, J.P. 2006. A regeneração florestal em áreas de floresta secundária na Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00406022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Ogata & Gomes (2006)Ogata, R. & Gomes, E.P.C. Estrutura e composição da vegetação no Parque CEMUCAM, Cotia, SP. Hoehnea 33(3): 371-384., Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96., Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., trabalhos realizados no município de São Paulo e arredores, e no interior do Estado, por Ivanauskas (1997)Ivanauskas, N. M. 1997. Caracterização florística e fisionômica da Floresta Atlântica sobre a formação Pariquera-Açu, na Zona da Morraria Costeira do Estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    , Sztutman & Rodrigues (2002)Sztutman, M. & Rodrigues, R.R. 2002. O mosaico vegetacional numa área de floresta contínua da planície litorânea, Parque Estadual da Campina do Encantado, Pariquera-Açu, SP. Revista Brasileira de Botânica 25(2): 161-176. e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119., sendo que neste último estudo somente Myrtaceae destacou-se pela sua riqueza.

    +

    Os gêneros Cinnamomum, Eugenia, Mollinedia, Myrcia e Ocotea também se destacaram em outros levantamentos realizados no PEC por Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.), Nectandra também se destacou no levantamento realizado no PEC por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Eugenia, Myrcia e Ocotea, por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96. e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo. em remanescentes de Floresta Ombrófila Densa Montana situados na região metropolitana de São Paulo, Eugenia e Ocotea, por Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    na região de Cunha e somente Eugenia por Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. no município de Miracatu.

    +
    +
    +
    +Figura 10
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 10
    Distribution of individuals in height classes in area B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
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    +
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    +Figura 11
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 11
    Distribution of individuals in height classes in area C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
    +
    +

    Parâmetros fitossociológicos - Os valores totais, desde estudo, de densidade absoluta de 1700 ind. ha-1 e dominância absoluta de 39,8 m2 ha-1 são compatíveis com os encontrados em outros trechos do PEC (Baitello et al. 1993Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.), onde a densidade absoluta variou entre 1248 a 2295 ind./ha e a dominância entre 35,7 a 48,4 m2 ha-1. Em estudo realizado em São Paulo e nos municípios vizinhos de Cotia e Itapevi (Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.) os valores de densidade variaram entre 1425 a 1760 ind. ha-1 e de dominância entre 44,5 a 49,3 m2 ha-1, também compatíveis com os do presente estudo.

    +

    Em outros trechos da floresta do PEC estudados por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., também foram encontradas H. silvianii e A. olivaceum entre as espécies mais dominantes, e em Itapevi, somente H. silvianii (Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.). Klein (1990)Klein, R.M. 1990. Estrutura, composição florística, dinamismo e manejo da Mata Atlântica (Floresta Ombrófila Densa) do Sul do Brasil. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira: Estrutura, funções e manejo, 2 Águas de Lindóia, 1990. Anais... Academia de Ciências do Estado de São Paulo. pp. 259-286. destaca A. olivaceum como uma das espécies mais importantes nas encostas das Serras do Sul do país e cita que E. cantareirae está associada a florestas em sucessão avançada. Sendo que esta também se destacou no estudo realizado no PEC por Baitello et al. (1993)Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161.. Ainda, Blum & Roderjan (2007)Blum, C.T. & Roderjan, C.V. 2007. Espécies indicadoras em um gradiente da Floresta Ombrófila na Serra da Prata, Paraná, Brasil. Revista Brasileira de Biociências 5(2): 873-875. citam a E. cantareirae como espécie indicadora de formação de Floresta Ombrófila Densa Montana.

    +

    A espécie P. suterella também se destacou em outros fragmentos do PEC (Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e na Floresta Ombrófila Densa Montana das encostas de Paranapiacaba (Lima et al. 2011Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96.), sendo que Bertani (2006)Bertani, D. F. 2006. Ecologia de populações de Psychotria suterella Müll. Arg. (Rubiaceae) em uma paisagem fragmentada de Mata Atlântica. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. relata que essa espécie frequentemente se destaca pelo seu valor de densidade nos fragmentos florestais do Estado de São Paulo.

    +

    A. triplinervia, H. silvianii, C. canjerana, C. obliqua e P. floribundum destacaram-se por seus valores de dominância em outros trechos do PEC (Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.). Em alguns levantamentos realizados no Estado de São Paulo, A. triplinervia destacou-se pelo seu valor de importância (Ivanauskas 1997Ivanauskas, N. M. 1997. Caracterização florística e fisionômica da Floresta Atlântica sobre a formação Pariquera-Açu, na Zona da Morraria Costeira do Estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.). Esta espécie ocorre somente na forma de indivíduos mais velhos nas florestas mais maduras, geralmente esparsos, sendo, por isso, rara, pois não se vê na regeneração (Klein 1984Klein, R.M. 1984. Aspectos Dinâmicos da Vegetação do Sul do Brasil. Sellowia 36: 5-54., 1990Klein, R.M. 1990. Estrutura, composição florística, dinamismo e manejo da Mata Atlântica (Floresta Ombrófila Densa) do Sul do Brasil. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira: Estrutura, funções e manejo, 2 Águas de Lindóia, 1990. Anais... Academia de Ciências do Estado de São Paulo. pp. 259-286.). Na área de estudo, não foram observados indivíduos jovens desta espécie. No levantamento realizado por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , dentre essas espécies, somente C. obliqua se assemelha com este estudo.

    +
    +
    +
    +Figura 12
    Análise de classificação das parcelas das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil., pelo método UPGMA e coeficiente Canberra. Coeficiente de correlação igual a 0,7821.
    Figure 12
    Classification analysis of plots in the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil., using the UPGMA method and the Canberra coefficient. Correlation coefficient equal to 0,7821.
    +
    +
    +
    +
    +
    +Figura 13
    Eixos 1 e 2 da análise de ordenação pelo método CA das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 13
    Axes 1 and 2 of the ordering analyses by the CA method of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
    +
    +
    +
    +
    +Figura 14
    Eixos 1 e 3 da análise de ordenação pelo método CA das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 14
    Axes 1 and 3 of the ordering analyses by the CA method of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
    +
    +

    C. oblongifolia destacou-se nos levantamentos de Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.. Em outro trecho estudado por Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., C. floribundus e A. triplinervia também se destacaram. Piptocarpha macropoda também foi encontrada em alta frequência em trecho do PEC (Arzolla 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e no levantamento feito por Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. na Floresta Ombrófila Densa do Vale do Ribeira

    +

    Análises grupos ecológicos - No estudo realizado por Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., em seu levantamento geral de espécies tardias, a percentagem apresentou o dobro do que encontrado neste estudo. Mas essa diferença pode ser pelo fato de que o autor considerou as espécies umbrófilas como parte das secundárias tardias.

    +

    Em outro estudo realizado no PEC por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., as tardias destacaram-se três vezes a mais que as iniciais, mas lembrando que o autor considerou também naquele trabalho, assim como Barretto, as umbrófilas como parte das espécies tardias.

    +

    O trabalho realizado por Gandolfi et al. (1995)Gandolfi, F., Leitão-Filho, H.F., Bezerra, C.L.F. 1995. Levantamento florístico e caráter sucessional das espécies arbustivo-arbóreas de uma floresta mesófila semidecidua no município de Guarulhos, SP. Revista Brasileira Biologia 55(4): 753-767., apresentou 30% de espécies pioneiras, sugerindo que o trecho estudado pelo autor se encontrava numa condição inicial em termos sucessionais. Nos estudos de Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119., as pioneiras também obtiveram percentagem expressivas (61% e 26%, respectivamente), mas os trechos referem-se a áreas de regeneração.

    +

    Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., em suas análises, constatou nas três áreas estudadas por ele, em fase avançada de sucessão, alta dominância e riqueza das espécies secundárias tardias, assim como observado na área A deste estudo.

    +

    Síndrome de dispersão - Em outros levantamentos realizados na Floresta Ombrófila Densa por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96., Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. foram encontrados resultados semelhantes quanto à porcentagem de espécies zoocóricas. Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96. relata que nas áreas que desenvolveu seu estudo predominam espécies zoocóricas, sendo áreas maduras da Floresta Ombrófila Densa Montana das encostas da Serra do Mar em Santo André, e Mantovani (1998)Mantovani, W. 1998. Dinâmica da Floresta Pluvial Atlântica. Anais do IV Simpósio de Ecossistemas Brasileiros. Praia, Represa e Mata - Águas de Lindóia. ACIESP 104 v. II. relata que é comum a predominância de espécies zoocóricas nessas florestas.

    +

    Espécies ameaçadas de extinção - A espécie E. cantareirae foi classificada como vulnerável (VU) no estudo realizado por Souza et al. (2016)Souza, S.C.P.M., Silva, A.G., Franco, G.A.D.C., Ivanauskas, N.M. 2016. A vegetação secundária em um fragmento florestal urbano: Influência de exóticas invasoras na comunidade vegetal. Revista do Instituto Florestal 28(1): 7-35., o que diverge com a lista atualizada de flora ameaçada do Estado de São Paulo, publicada no Diário Oficial de São Paulo - Poder Executivo - Seção I - de 07 de junho de 2016, na qual consta como extinta (EX). Essa espécie é considerada rara, no entanto tal classificação para São Paulo necessita ser revista. A presença dessas espécies mostra a importância de se conservar e cuidar desse remanescente florestal.

    +

    Conclusões

    +

    Dentre as conclusões deste estudo, podemos constatar que as três áreas analisadas são floristicamente e estruturalmente diferentes, pois algumas das espécies amostradas estão presentes em todas as áreas e outras são exclusivas em apenas uma ou duas delas e mesmo quando presentes nas três áreas, não apresentam o mesmo VI em cada uma delas.

    +

    Todos os grupos sucessionais (pioneiras, secundárias iniciais e tardias e umbrófilas) estão presentes nas três áreas, porém em proporções distintas e também predominando variadamente em cada um de seus estratos.

    +

    Na área A, em seu dossel, há predominância de espécies secundárias tardias; estrato médio com secundárias iniciais e o sub-bosque, majoritariamente, formado por espécies umbrófilas. Esta área ainda contem baixa representatividade de espécies pioneiras e secundárias iniciais que ocorrem em pequenas clareiras e bordas da mancha estudada.

    +

    Na área B, as espécies secundárias iniciais predominam tanto no dossel quanto no estrato médio da floresta e o sub-bosque é formado por todos os grupos sucessionais, exceto as pioneiras, estas com baixa representatividade e, quando presentes, estão restritas a pequenas clareiras, o mesmo que ocorre na área A.

    +
    + +
    +Tabela 4
    Lista de espécies ameaçadas e sua classificação nas listas de São Paulo (2016)São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57., Brasil (2019c) e IUCN (2019). Categorias VU: Vulnerável, EN: Em perigo e EX: Extinta.
    Table 4
    List of threatened species and their classification in the lists of São Paulo, 2016São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57., Brazil, 2019c and IUCN, 2019. VU categories: Vulnerable, EN: Endangered and EX: Extinct.
    +
    +
    +

    A área C possui dossel descontínuo com predomínio de pioneiras; o estrato médio apresenta predomínio de pioneiras e iniciais, mas com poucas tardias e umbrófilas. As clareiras dessa área são maiores que em A e B. As espécies pioneiras compõem o dossel desta floresta.

    +

    Conclui-se, pela análise, que a área A está em processo de sucessão mais avançado ou final, a área B em fase intermediária e, a C, em uma fase mais inicial das anteriores.

    +

    Avaliar o estágio successional de uma determinada área é um grande desafio científico, com importantes implicações na conservação. Conhecer a floresta em diferentes estágios traz subsídios a medidas aplicadas visando a recuperação, não somente do Parque Estadual da Cantareira, como da Serra da Cantareira e demais áreas da Floresta Ombrófila Densa Montana. A floresta do Parque Estadual da Cantareira, especificamente no Núcleo Pedra Grande, apesar de haver sofrido grande pressão antrópica, ainda abriga remanescentes florestais preservados, dos quais a área A é um exemplo, que servem como fonte de sementes e outras unidades de dispersão para a recuperação natural dos trechos em estágio sucessional em fases intermediária a inicial, como as áreas B e C do presente estudo.

    +

    Estudos de recuperação natural da vegetação nativa em florestas do Planalto Paulista além de serem escassos, são de grande importância para garantir às gerações futuras a manutenção dos serviços ecossistêmicos da Floresta Ombrófila Densa, a Mata Atlântica, hoje ainda bastante afetada pela fragmentação e consequente perda de biodiversidade.

    +
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    Agradecimentos

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    Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pela Bolsa de Mestrado concedida à primeira Autora (Processo nº 133843/2018-9) junto ao Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo.

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    Literatura Citada

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      24 Jan 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      13 Out 2020
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    • +Aceito
      03 Nov 2021
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    +Open-access Florestas secundárias do Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil: Variações florísticas e estruturais11Parte da Dissertação de Mestrado do primeiro Autor +

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    Secondary forests of the Parque Estadual da Cantareira, São Paulo State, SP, Brasil: Floristic and structural variations

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    + + + +Sobre os autores +
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    RESUMO

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    O Parque Estadual da Cantareira, no bioma da Mata Atlântica, foi criado a partir da desapropriação de fazendas de café para proteção de mananciais para a cidade de São Paulo em 1877. Desde então, poucas atividades humanas ocorreram em seu interior. Aqui, comparamos a composição e o estágio sucessional de diferentes fragmentos de floresta próximos (<0,5 km um do outro). Foram levantados 0,6 ha, divididos em três áreas de 0,2 ha cada, com árvores atingindo PAP ≥ 15 cm, sendo amostradas, identificadas e medidos o diâmetro e a altura. O estágio sucessional das espécies foi determinado e um perfil de cada área foi desenhado em escala. Um total de 1.020 indivíduos pertencentes a 45 famílias e 115 espécies foi amostrado. Os fragmentos variaram em número de indivíduos (300-399 indivíduos), famílias (N = 26-32) e espécies (N = 54-68), altura e estágios sucessionais, indicando alta heterogeneidade dentro de uma floresta contínua, desde os estágios sucessionais maduros até os iniciais. Essas descobertas têm implicações para o manejo da conservação e os serviços ecossistêmicos fornecidos por eles.

    +

    Palavras-chave:
    Fitossociologia; Mata Atlântica; sucessão

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    ABSTRACT

    +

    The Parque Estadual da Cantareira, in the Atlantic Forest biome, was created from the expropriation of coffee farms for the protection of water sources for São Paulo city in 1877. Since then, few human activities have taken place in its interior. Here, we compare the composition and the successional stages of different fragments of near forests (<0.5 km of each other); 0.6 ha were raised, divided in three areas of 0.2 ha each, with trees reaching PAP ≥ 15 cm, being sampled, identified and measured for diameter and height. The succession stage of the species was determined and a profile of each area was drawn in scale. A total of 1,020 individuals of 45 families and 115 species was sampled. The fragments varies in number of in individuals (300-399 individuals), families (N = 26-32) and species (N = 54-68), height and successional stages, indicating high heterogeneity within a continuous forest, from the mature successional stages to the first ones. These discoveries have implications for conservation management and the ecosystem service they provide.

    +

    Keywords:
    Atlantic Rainforest; Phytosociology; succession

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    Introdução

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    A Mata Atlântica ocupa aproximadamente 15% do território brasileiro sendo considerada mundialmente o 5º bioma mais ameaçado (Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ). Estende-se desde o Piauí até o Estado do Rio Grande do Sul, englobando assim 17 Estados brasileiros (São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal., Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ). A ampla variação de temperatura, relevo e solo ao longo da Mata Atlântica, fazem desta uma das florestas de maior biodiversidade do mundo (Leitão-Filho 1987Leitão-Filho, H.F. 1987. Considerações sobre a florística de florestas tropicais e sub-tropicais do Brasil. IPEF 45: 41-46., Lino & Amaral 2018Lino, C.F. & Amaral, M.M. 2018. Mata Atlântica e Sociobiodiversidade: Desafios e caminhos para a sustentabilidade. CN-RBMA Conselho Nacional da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica. São Paulo: IA- RBMA.). Pelo alto número de espécies endêmicas e forte pressão antrópica, o Bioma Mata Atlântica, juntamente com o Cerrado, é considerado um dos hostspots do planeta (Myers et al. 2000Myers, N., Mittermeier, R.A., Mittermeier, C.G., Fonseca, G.A.B. 2000. Kent, J. Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature 403: 853-845.)

    +

    A Mata Atlântica é composta pelas seguintes formações vegetais: Floresta Ombrófila Densa, Aberta e Mista (conhecida como Floresta de Araucárias); Floresta Estacional Semidecidual e Decidual; Campos de Altitude; Manguezais, Restingas, Campos Salinos e Áreas Aluviais; Áreas de Tensão Ecológica; Refúgios Vegetacionais (IBGE 2019IBGE. Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em http://7a12.ibge.gov.br/vamos-conhecer-o-brasil/nosso-territorio/biomas.html (acesso em 16-XI-2019).
    http://7a12.ibge.gov.br/vamos-conhecer-o... +
    , Fundação SOS Mata Atlântica 2020Fundação SOS Mata Atlântica - Aqui tem Mata. Disponível em (http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C3%A3o%20Paulo/S%C3%A3o%20Paulo) (acesso em 26-I-2020).
    http://aquitemmata.org.br/#/busca/sp/S%C... +
    ).

    +

    As Florestas Ombrófilas Densas se subdividem em 5 grupos principais: Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas, presente até 50 metros de altitude; Floresta Ombrófila Densa Submontana, 50 a 500 metros; Floresta Ombrófila Densa Montana, 500 a 1500 metros e a Floresta Ombrófila Densa Altomontana, acima de 1500 metros, e a Floresta Ombrófila Densa Aluvial, presente em qualquer das formações anteriores, ao longo dos cursos d’água (IBGE 2012IBGE. 2012. Fundação Instituto Brasileiro de geografia e Estatística. Manual técnico da vegetação brasileira. 2ed, Rio de Janeiro.).

    +

    No Estado de São Paulo, a diminuição drástica da cobertura florestal deveu-se a fatores antrópicos, principalmente o estabelecimento de culturas, inicialmente a do café e o adensamento populacional nos núcleos urbanos (Rocha & Costa 1998Rocha, A.A. & Costa, J.P.O. 1998. A Reserva da Biosfera da Mata Atlântica e sua aplicação no Estado de São Paulo: apresentação Covas, M.; prefácio Feldmann, F. J. - São Paulo: Terra Virgem, Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo., RBMA 2019).

    +

    Apesar da destruição da floresta ao longo da história de São Paulo, o Estado ainda preserva a maior área contínua da Mata Atlântica no Brasil, nas encostas da Serra do Mar (Leite 2007Leite, M. 2007. Nos caminhos da Biodiversidade Paulista / Nas Costas do Brasil. Os litorais paulistas. São Paulo: Secretaria do Meio Ambiente: Instituto Amigos da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica: Imprensa oficial do Estado de São Paulo.). Alguns trabalhos mais recentes relatam o aumento da cobertura florestal, representada por florestas secundárias em diferentes estágios de regeneração (Farinaci & Batistella 2012Farinaci, J.S. & Batistella, E.M. 2012. Variação na cobertura vegetal nativa em São Paulo: Um panorama do conhecimento atual. Revista Árvore 36(4): 695-705, 2012.).

    +

    O que resta da Mata Atlântica está inserido em 1.324 Unidades de Conservação (UCs). As Unidades de Conservação possuem uma classificação própria, pois a diversidade do ambiente resulta em objetivos e manejos distintos.

    +

    A sucessão é o processo natural de desenvolvimento da comunidade vegetal que possibilita o estabelecimento de plantas em uma área desprovida de vegetação ou a regeneração da vegetação onde esta sofreu algum tipo de distúrbio (Brancalion et al. 2015Brancalion, H.S., Galdolfi, S., Rodrigues, R. R. 2015. Restauração Florestal. Oficina de Textos, São Paulo.).

    +

    Para cada fase da sucessão, em uma floresta secundária, há predomínio de determinadas espécies pertencentes a um grupo sucessional (Clements 1916Clements, F.E. 1916. Plant succession: Na analysis of the development of vegetation. BHL: Biodiversity Heritage Library. Disponível em www.biodversitylibrary.org/ (acesso em 18-V-2020).
    www.biodversitylibrary.org/... +
    ). Segundo Whitmore (1989)Whitmore, T.C. 1989. Canopy gaps and the major groups of florest trees. Ecology 70(3): 536-538., o conhecimento sobre a substituição de espécies ao longo do processo de sucessão, é fundamental para avaliar o grau de maturidade em que se encontra um determinado fragmento florestal.

    +

    Conforme a tabela 1, o primeiro estudo a classificar as espécies por suas respectivas categorias foi realizado por Budowski (1965)Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42., este utilizou as categorias pioneira, secundária inicial, secundária tardia e clímax. Posteriormente, alguns autores classificaram as espécies de forma mais sucinta, ou seja, espécies pioneiras e não-pioneiras como: Gómez-Pompa (1971)Gómez-Pompa, A. 1971. Posible papel de la vegetación secundaria en la evolución de la flora tropical. Biotropica 3: 125-135., Whitmore (1989)Whitmore, T.C. 1989. Canopy gaps and the major groups of florest trees. Ecology 70(3): 536-538. e Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96.. Já, em outros estudos, os autores optaram por classificar as espécies separando as não pioneiras, por secundárias iniciais e secundárias tardias e as espécies típicas de sub-bosque ou conhecidas como umbrófilas.

    +

    Portanto, conforme as análises dos estudos apresentados na tabela 1, as espécies pioneiras predominam no início da sucessão, podem ser encontradas em grandes clareiras, produzem sementes pequenas e abundantes, que necessitam de luz direta para germinar, além disso tem crescimento rápido e ciclo de vida curto; as espécies secundárias iniciais estabelecem-se em pequenas clareiras, assemelham-se às pioneiras quanto à necessidade de luz para germinar suas sementes, mas têm ciclo de vida mais longo; as secundárias tardias destacam-se na fase mais madura da floresta, suas sementes não necessitam de luz direta para germinar e são geralmente maiores, menos abundantes que as das espécies pioneiras, podem apresentar dormência e suas plântulas vivem na sombra, com crescimento lento e ciclo de vida longo; as espécies umbrófilas ou típicas de sub-bosque, estão presentes em todas as fases, mas com maior densidade na fase madura. O que as diferem das secundárias tardias é que em todo seu ciclo de vida se desenvolvem inteiramente no estrato inferior da floresta (Budowski 1965Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42., Gómez-Pompa 1971Gómez-Pompa, A. 1971. Posible papel de la vegetación secundaria en la evolución de la flora tropical. Biotropica 3: 125-135., Swaine & Whitmore 1988Swaine, M.D. & Whitmore, T.C. 1988. On the definition of ecological species groups in tropical rain forests. Vegetation 75: 81-86., Kageyama & Castro 1989Kageyama, P.Y. & Castro, C.F.A. 1989. Sucessão secundária, Estrutura genética e Plantações de espécies arbóreas nativas. Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais 41/42: 83-93., Gandolfi 1991Gandolfi, F. 1991. Estudo florístico e fitossociológico de uma floresta residual na área do Aeroporto Internacional de São Paulo, Município de Guarulhos, SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Catharino et al. 2006Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    ).

    +

    No Estado de São Paulo, uma importante unidade de conservação é o Parque Estadual da Cantareira, localizado na região metropolitana da cidade de São Paulo, sendo um dos principais remanescentes florestais, formados por florestas secundárias em diferentes estágios sucessionais, porém mantendo alta riqueza de biodiversidade.

    +

    Estudos sobre a dinâmica do processo sucessional em florestas do Planalto Paulista são escassos. Portanto, o presente estudo poderá fornecer contribuições para a temática e para aplicações práticas no âmbito local e regional.

    +

    O objetivo deste estudo foi comparar quanto ao estágio sucessional, trechos da floresta do Parque Estadual da Cantareira através da análise de sua estrutura e espécies características de seus estratos, contribuindo para o conhecimento, conservação e a proteção das florestas secundárias urbanas.

    +

    Para tanto elaboramos as seguintes perguntas:

    +

    A. Como a composição florística e a estrutura variam nas áreas analisadas?

    +

    B. É possível reconhecer estágios sucessionais diferentes nas áreas estudadas?

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    C. Como as espécies de diferentes grupos sucessionais estão representadas nas áreas estudadas?

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    Material e Métodos

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    Área de Estudo - O Parque Estadual da Cantareira (PEC) possui 7.916,5 hectares, abrangendo parte dos munícipios de Caieiras, Guarulhos, Mairiporã e São Paulo, na bacia do Alto Tietê, na Serra da Cantareira. Destaca-se entre seus serviços ecossistêmicos, a grande riqueza de mananciais que abriga em sua área (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

    +

    Essa região anteriormente é composta por fazendas de café, que foram adquiridas pelo governo do Estado, preocupado com o abastecimento de água. A captação de água na Serra da Cantareira iniciou-se em 1877. O abastecimento acontecia a partir de um sistema de pequenas represas, suficientes para abastecer a população que residia no centro da cidade com uma água de excelente qualidade. Com o aumento da urbanização, os mananciais da Serra da Cantareira deixaram de ser suficientes para o abastecimento da cidade de São Paulo. Atualmente, apenas uma parte do município de Guarulhos é abastecida pelos mananciais do PEC (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

    +

    Como resultado deste histórico, formou-se uma floresta secundária, onde predominam manchas em fases intermediárias de sucessão (Baitello et al. 1993Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

    +

    O PEC é composto por 4 zonas administrativas: Núcleo Engordador, localizado entre os municípios de Mairiporã e São Paulo; Águas Claras, no município de Mairiporã; Cabuçu em Guarulhos e Pedra Grande, que abrange parte dos municípios de Caieiras, Mairiporã e São Paulo (Ayres 2006Ayres, N.C.M. 2006. O ciclo da Caapora: Uma história de relação entre a RMSP e o Parque Estadual da Cantareira (1963 - 2005). São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Católica de São Paulo. São Paulo., São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

    +

    A área de estudo está localizada no Núcleo Pedra Grande. Conforme o IBGE (2012)IBGE. 2012. Fundação Instituto Brasileiro de geografia e Estatística. Manual técnico da vegetação brasileira. 2ed, Rio de Janeiro., a área é recoberta pela Floresta Ombrófila Densa Montana. De acordo com a classificação de Köppen, o clima é do tipo úmido, temperado e sem estação seca - Cfb (São Paulo 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.), ou seja, com precipitação média do mês mais seco > 30 mm e a temperatura média do mês mais quente <22ºC (Köppen 2019Köppen, G. Classificação Climática de Koppen-Geiser. Disponível em https://portais.ufg.br/up/68/o/Classifica____o_Clim__tica_Koppen.pdf (acesso em 17-XI-2019).
    https://portais.ufg.br/up/68/o/Classific... +
    ). O relevo é montanhoso, com amplitudes de 120 a 400 metros e altitudes de 875 a 1215 metros (São Paulo, 2010São Paulo. 2010. Secretaria do Meio Ambiente. Plano de Manejo do Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Fundação Florestal.).

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    + +
    +Tabela 1
    Classificação Sucessional adotada por alguns autores ao longo dos anos.
    Table 1
    Sucessional classification adopted by some authors over the years.
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    Métodos - Para o presente estudo foram selecionadas três áreas amostrais de 0,2 ha cada, subdivididas em dez parcelas contíguas de 10 x 20 m, totalizando uma área amostral de 0,6 ha. A distância aproximada entre a área C e A é de 250 m e da área A para B de 400 m, com as respectivas localizações: área A (23°25’46”S, 46°38’6”O), área B (23°25’40”S, 46°37’54”O) e área C (23°25’53”S, 46°38’0”O) (figura 1). As três áreas encontram-se afastadas das trilhas para se evitar o efeito de borda, como recomendado por Rodrigues & Shepherd (1992)Rodrigues, R.R. & Shepherd, G.J. 1992. Análise da variação estrutural e fisionômica da vegetação e características edáficas, num gradiente altitudinal na Serra do Japi. In: L.P.C. Morellato (org.). História natural da Serra do Japi: ecologia e preservação de uma área florestal no sudeste do Brasil. Editora Unicamp: Campinas, pp. 64-96. e possuem declividades semelhantes.

    +

    Foram amostrados todos os indivíduos com PAP, perímetro do tronco à altura de 1,30 m acima do solo ≥ 15 cm. Os indivíduos mortos, mesmo em pé, não foram amostrados. A altura das árvores foi estimada utilizando-se tesoura de poda alta como referência. As amostras botânicas foram coletadas, herborizadas e identificadas por comparação com exsicatas depositadas em herbário, consultas a especialistas e bibliografias específicas. As amostras férteis foram registradas e incorporadas no Herbário Dom Bento Pickel (SPSF) do Instituto Florestal.

    +

    Para a classificação das famílias, foi utilizado o Angiosperm Phylogeny Group - APG IV (APG - Angiosperm Phylogeny Group 2016APG - Angiosperm Phylogeny Group. 2016. An update of the Angiosperm Phylogeny Group Classification for the orders and families of flowering plants: APG IV. Botanical Journal of the Linnean Society 181: 1-20.). Os nomes científicos foram conferidos com a lista de espécies da Flora do Brasil (Flora do Brasil 2020 - em construção 2020Flora do Brasil 2020 em construção. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em (http://floradobrasil.jbrj.gov.br/reflora/floradobrasil/FB10964) (acesso em 11-III-2020).
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/reflora... +
    ).

    +

    Os parâmetros fitossociológicos calculados nas análises foram: número de indivíduos (ni), densidade relativa (DR), dominância relativa (DoR), frequência relativa (FR), valor de cobertura (VC) e valor de importância (VI), segundo Mueller-Dombois & Ellenberg (1974)Mueller-Dombois, D. & Ellenberg, H. 1974. Aims and methods of vegetation ecology. New York: John Wiley & Sons.. Também foram realizadas análises multivariadas de classificação e ordenação, utilizando-se matrizes de número de indivíduos, para verificar a eventual formação de grupos nas unidades amostrais da área de estudo e comparar as parcelas e blocos entre si. Nas análises de classificação, para comparação de matrizes de números de indivíduos, foram utilizados os métodos UPGMA - Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean com coeficiente de Bray-Curtis. Como método de ordenação foi utilizado CA (Análise de Correspondência). Para esses cálculos e análises, foi utilizado o programa Fitopac 2.1 (Shepherd 2010Shepherd, G. J. 2010. Fitopac 2.1. Manual do usuário. Campinas: UNICAMP.).

    +

    As espécies foram classificadas segundo o tipo de dispersão de seus propágulos, como zoocóricas, anemocóricas e autocóricas, de acordo com Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.); Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119..

    +

    A apresentação das espécies ameaçadas deu-se pelas consultas às seguintes listas: IUCN (2020), nacional (Portaria MMA nº 443, de 17 de dezembro de 2014 - Brasil 2020) e estadual (Resolução SMA Nº 57, de 05 de junho de 2016 - São Paulo 2016São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57.).

    +

    A classificação das espécies, segundo a categoria sucessional, foi baseada, principalmente, em observações de campo e em trabalhos realizados por Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. e Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    . Foram feitas duas classificações sucessionais, uma com quatro categorias: pioneiras, secundárias iniciais, secundárias tardias e umbrófilas, sendo as três primeiras conforme Budowski (1965)Budowski, G. 1965. Distribution of tropical rain forest species in the light of sucessional processes. Turrialba 15(1): 40-42. e, as umbrófilas, segundo Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    e Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.; a segunda considerou as espécies como pioneiras e não-pioneiras (Secundárias iniciais, tardias e umbrófilas), adaptado de Barbosa (2017)Barbosa, L.M. 2017. Lista de espécies indicadas para restauração ecológica para diversas regiões do Estado de São Paulo. Relatório Técnico, Secretaria do Meio Ambiente de São Paulo..

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    Para auxiliar uma análise da distribuição das espécies em categoria sucessional, foram idealizados perfis diagramas totais de cada uma das áreas estudadas, com a representação dos indivíduos amostrados seguindo-se a sequência da planilha de campo, com núcleos diferentes segundo sua classificação sucessional.

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    Resultados

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    +Figura 1
    Mapa com a localização das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil. Elaborado por Marina Kanashiro, 2019.
    Figure 1
    Map with the location of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil. Prepared by Marina Kanashiro, 2019.
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    Composição Florística - No levantamento geral, foram amostrados 1020 indivíduos, distribuídos em 115 espécies, 80 gêneros e 45 famílias (tabela 2). A área B é mais rica, com 68 espécies, sendo 21% mais rica que C (56 spp.) e 26% mais rica que A (54 spp.).

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    As famílias mais ricas em espécies foram Myrtaceae (17 espécies), Lauraceae (12), Fabaceae (8), Rubiaceae e Meliaceae (5). As famílias mais abundantes em indivíduos foram Euphorbiaceae (127 indivíduos), Myrtaceae (115), Olacaceae (114), Rubiaceae (108) e Meliaceae (68).

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    +Tabela 2
    Composição florística nas três áreas amostradas (A, B e C), Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil. Class. Sucess.: Classificação Sucessional. PI: Pioneira, I: Secundária inicial, T: Secundária tardia, UM: Umbrófilas. Sindromes dispersão. ZOO: Zoocórica, ANE: Anemocórica, AUT: Autocórica.
    Table 2
    Floristic composition of the three sampled areas (A, B and C), Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil. Class Sucess.: Succession Classification. PI: Pioneer, I: Early secondary, T: Late secondary, UM: Umbrophilous. Dispersion syndromes. ZOO: Zoochoric, ANE: Anemochoric, AUT: Autochoric.
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    Os gêneros mais ricos foram Eugenia, Myrcia e Ocotea (sete espécies cada), Mollinedia (quatro) e Annona e Casearia (três cada).

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    Riqueza e Abundância nas Áreas A, B e C - Na Área A foram amostrados 321 indivíduos, 54 espécies e 26 famílias. As famílias com maior riqueza foram Myrtaceae (10 espécies), Lauraceae (6 esp.), Euphorbiaceae e Rubiaceae (4 esp.) e Monimiaceae (3 esp.). As famílias mais abundantes foram Rubiaceae (70 indivíduos), Olacaceae (42 ind.), Myrtaceae (32 ind.), Clusiaceae (23 ind.) e Monimiaceae (20 ind.). As famílias Rubiaceae e Olacaceae destacam-se nas primeiras posições quanto à abundância, não ocorrendo o mesmo em relação a riqueza, mostrando que a alta abundância dessas famílias é por causa de uma espécie, Psychotria suterella em Rubiaceae e Heisteria silvianii em Olacaceae. Os gêneros mais ricos foram Myrcia (quatro espécies), Eugenia, Ocotea e Mollinedia (três cada), Annona e Cinnamomum (duas cada). Podemos observar que dentre estas, somente Cinnamomum não se destacou nos resultados gerais.

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    A Área B apresentou 399 indivíduos, 68 espécies e 32 famílias. As famílias com maior riqueza foram Myrtaceae (10 espécies), Lauraceae (7 esp.), Meliaceae (5 esp.), Sapindaceae e Monimiaceae (4 esp.).

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    As famílias mais abundantes em número de indivíduos foram Myrtaceae (72 indivíduos), Sapindaceae (39 ind.), Meliaceae (38 ind.), Olacaceae (37 ind.) e Rubiaceae (31 ind.). Nesta área, Sapindaceae e Meliaceae, destacaram-se tanto no levantamento por espécies quanto de indivíduos. Os gêneros que se destacaram nesta área foram Eugenia (cinco espécies), Mollinedia, Myrcia e Ocotea (quatro espécies cada), também amostradas na área A, seguidas de Casearia (três) e Matayba (duas). Área C apresentou 300 indivíduos pertencentes a 56 espécies e 30 famílias. As famílias mais ricas foram Fabaceae (7 espécies), Lauraceae (6 esp.), Euphorbiaceae e Myrtaceae (4 esp.) e Meliaceae (2 esp.). As famílias Fabaceae e Euphorbiaceae também foram as mais ricas no levantamento realizado na Floresta Ombrófila Densa situada no município de Cunha - SP por Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    . As famílias mais abundantes foram Euphorbiaceae (94 ind.), Olacaceae (35 ind.), Fabaceae (32 ind.), Meliaceae (16 ind.) e Lauraceae (15 ind). Em relação aos gêneros, aqueles que mais se destacaram nesta análise foram Annona, Croton, Mollinedia, Myrcia, Myrsine, Nectandra, Ocotea e Vochysia (duas espécies cada), sendo que as quatro primeiras destacadas acima, apresentaram-se somente nesta área.

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    Ao compararmos as três áreas de estudo, Olacaceae destaca-se pela abundância nas três áreas, entretanto Myrtaceae e Rubiaceae em duas delas. A alta representatividade de Olacaceae é devida a uma única espécie, H. silvianii, e Rubiaceae por P. suterella, enquanto que Myrtaceae, pela riqueza de espécies. Em relação aos gêneros que mais se destacaram nas áreas estudadas, podemos observar que a área C foi aquela mais distinta dentre elas, pois nesta área não há uma predominância de um gênero.

    +

    Parâmetros fitossociológicos - A tabela 3 mostra os parâmetros totais e por área, a área B apresentou 39% do número total de indivíduos amostrados, enquanto as áreas A e C, 31% e 30% respectivamente.

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    Na área A, H. silvianii (22,7%), Aspidosperma olivaceum (18,1%) e Euplassa cantareirae (10,4%), espécies secundárias tardias, apresentaram os maiores valores de dominância relativa. As espécies que destacaram pelo valor de densidade foram P. suterella (19,6%), H. silvianii (13,1%) e Tovomitopsis paniculata (7,1%).

    +

    Na área B, as espécies Alchornea triplinervia (22,6%), H. silvianii (11,1%), Cabralea canjerana (6,8%), Casearia obliqua (6,5%) e Platymiscium floribundum (6,4%) destacaram-se por seus valores de dominância relativa. Dentre elas, H. silvianii é a única secundária tardia e também apresentou alto valor de dominância na área A. Destacaram-se pelo valor de densidade, H. silvianii (9,3%), Cupania oblongifolia (8,8%), Myrcia tijucensis (7,3%) e P. suterella (7,0%).

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    Na área C, destacaram-se pelo valor de dominância Piptadenia gonoacantha (26,50%), Croton floribundus (24,8%), A. triplinervia (10,4%) e Bauhinia forficata (6,8%). Destacaram-se pelo valor de densidade, C. floribundus (18,0%), H. silvianii (11,67%), A. triplinervia (7,7%) e P. gonoacantha (6,7%).

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    Ao comparar as três áreas de estudo pelas espécies presentes, podemos constatar que as três áreas amostradas apresentam estrutura e composição florística distintas. Algumas espécies aparecem nas três áreas, mas em situações diferentes, por exemplo, H. silvianii, destacou-se tanto na área A e B, por seu valor de dominância, enquanto na área C, pela frequência, mostrando que nas duas primeiras áreas encontra-se no dossel, enquanto em C, nos estratos inferiores da floresta.

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    Ao comparar a densidade das três áreas, constatamos que B (1995 ind./ha) é a mais densa, sendo 33% maior que C (1500 ind./ha) e 24% maior que A (1605 ind./ha). A maior densidade da área B pode ser explicada pelo predomínio de secundárias iniciais no dossel e pela grande quantidade de secundárias tardias no sub-bosque, estas últimas, em fase de crescimento, com um grande número de indivíduos jovens com pequenos diâmetros. Ao tratar-se de dominância, o cenário muda, pois, a área C apresenta a menor dominância (30,6 m2 /ha), em comparação com as áreas A e B (45,4 m2/ha e 43,4 m2/ha, respectivamente), sendo 32,5% e 29,4% menor, respectivamente, enquanto os valores da área A e B são próximos.

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    Os valores de DeA e DoA mostram que na área A, há vários indivíduos com grandes diâmetros, mas estes pertencem a um mesmo grupo ecológico (secundárias tardias), indicando que a área está mais avançada na sucessão. Na área B, as espécies com os maiores diâmetros pertencem a mais de um grupo ecológico, principalmente as secundárias iniciais e algumas tardias, devido à maior riqueza e ao maior número de indivíduos. Na área C, a situação é bem distinta, pois tanto a DeA quanto a DoA tem valores baixos, quando comparados com A e B, indicando um maior número de indivíduos com diâmetros menores.

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    Análises grupos ecológicos - Na análise total de espécies, quanto aos seus respectivos grupos ecológico, as secundárias tardias e iniciais mantiveram-se em proporções próximas (33,9% e 29,6%, respectivamente), as umbrófilas com 20% e, as pioneiras, de menor riqueza de espécies, com 16,5%. Ao realizarmos as mesmas análises, com o número de indivíduos, os resultados permaneceram similares. Na análise por espécies pioneiras ou não-pioneiras, 46,1% são espécies pioneiras e 53,9% não-pioneiras e, analisando pelo número de indivíduos, 39,5% e 60,5% respectivamente, observando resultados diferentes.

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    Na área A, as espécies secundárias tardias destacaram-se com 48,1% do total de espécies, seguidas das iniciais com 25,9%, umbrófilas com 22,2% e, por fim, as pioneiras com 3,7% (figuras 2 a, b). Nas mesmas análises com o número de indivíduos, o que se diferenciou foram as espécies umbrófilas, apresentando aumento de 13,7%, em função da riqueza da espécie P. suterella. E o oposto ocorreu com as iniciais, pois houve uma diminuição de 11,3%. Na análise de espécies classificadas como pioneiras ou não pioneiras, a porcentagem foi de 70,4% e 29,6%, respectivamente, enquanto abundância das espécies não-pioneiras foi 84,4% e pioneiras, 15,6%, do total de indivíduos amostrados. Esses resultados mostram que as espécies pertencentes ao grupo das pioneiras não são muito representadas pelo número de indivíduos.

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    +Tabela 3
    Parâmetros com valores totais e por área, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Table 3
    Parameters with total values and by area, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na área B, tanto as secundárias iniciais quanto as tardias apresentaram 35,3% do total de espécies, em seguida, as espécies umbrófilas com 22,1% e, as pioneiras, com 7,3%. Nas análises apresentadas pelo número de indivíduos não ocorreram grandes modificações, secundárias tardias com 37,1%, iniciais, 35,1%, umbrófilas, 26,6%, e as pioneiras, 1,2%. Na análise quanto a pioneiras e não pioneiras, a riqueza de espécies não-pioneiras foi 57,3%, e pioneiras, 42,6%. Quanto ao número de indivíduos, as não-pioneiras apresentaram 63,7% e as pioneiras 36,3% (figuras 3 a, b). Esses resultados são semelhantes quando comparamos as duas classificações sucessionais. Nesta área há maior número de pioneiras em relação à área A.

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    Na área C, as espécies secundárias iniciais ainda predominam, com 32,1%, em seguida estão as espécies pioneiras, com 28,57%, as secundárias tardias, com 21,4% e, as umbrófilas, com 17,9%. Nas análises de abundância, as pioneiras predominam com 40%, secundárias iniciais, 29,3%, tardias, 19,7%, e umbrófilas, 11%. Nesta área ocorre o oposto das outras duas áreas, pois as pioneiras se destacam, sendo essa diferença mais expressiva nas análises por abundância. As espécies pioneiras apresentaram 60,7% do total de espécies e as não-pioneiras 39,3%. Já a abundância de pioneiras e não pioneiras foi 69,3% e 30,7% respectivamente (figuras 4 a, b). De modo geral, essa área se diferencia das outras não só pelo aumento das espécies que sobrevivem em condições de luz, mas também a diminuição das espécies que vivem sobre condições de sombra, mostrando assim, que se trata de uma área mais aberta, com dossel mais falho, facilitando a presença de luz direta no solo.

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    Na área A as espécies secundárias tardias destacam-se pela dominância, densidade e riqueza, revelando que as espécies desse estágio estão fortemente presentes no dossel da floresta como também nos estratos inferiores.

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    Na área B as espécies secundárias iniciais destacam-se pela dominância, porém, nos parâmetros densidade e riqueza, as iniciais se igualam com as tardias. Esses resultados mostram que o dossel nessa área é composto, principalmente, pelas iniciais. Nos estratos inferiores os dois grupos estão fortemente presentes.

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    +Figura 2
    a. Riqueza e abundância das espécies pioneiras, secundárias iniciais, secundárias tardias e ombrófilas na área A. b. Riqueza e abundância das espécies pioneiras ou não-pioneiras na área A. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 2
    a. Wealth and abundance of pioneer, early secondary, late secondary and umbrophilous species in area A. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area A. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na área C ocorre o oposto, pois, as espécies pioneiras destacam-se pela dominância, mostrando que nesse trecho as pioneiras estão presentes no dossel, porém nos parâmetros de densidade e riqueza, as pioneiras perdem o pódio, dando lugar para as espécies secundárias e umbrófilas.

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    As espécies umbrófilas aumentam da área C para A, indicando que a área A está em fase mais avançada de sucessão, aumentando a predominância das espécies típicas de sub-bosque neste estrato (figuras 5 a, b, c).

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    Em complemento à análise da classificação sucessional, foram elaborados perfis diagramas totais de cada uma delas, com a representação dos indivíduos amostrados seguindo a sequência da planilha de campo. Os indivíduos indicados na coloração amarela são representados pelas pioneiras; verdes claras, secundárias iniciais; verdes escuras, tardias; e as vermelhas, espécies umbrófilas.

    +

    Na área A, o dossel é predominantemente composto pelas tardias, no estrato intermediário predominam as iniciais, enquanto no sub-bosque predominam espécies umbrófilas. Ocorreram três indivíduos de espécies pioneiras, desses, dois no estrato intermediário em direção ao dossel e um no sub-bosque (figura 6).

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    Na área B, predominam secundárias iniciais no dossel; no estrato intermediário, além das iniciais, também ocorrem as tardias; o sub-bosque têm representantes de todos os grupos sucessionais, mas com baixa representatividade das pioneiras, com apenas cinco indivíduos (figura 7).

    +

    Na área C, há predomínio das pioneiras no dossel, cuja altura é mais baixa que A e B. Já no estrato intermediário predominam pioneiras e secundárias iniciais e, no sub-bosque, estão presentes espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias, havendo poucas espécies umbrófilas (figura 8).

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    De modo geral, observa-se que as três áreas são distintas, pois, na área A, as espécies estão distribuídas conforme o esperado para um final de sucessão, com o predomínio das secundárias tardias no dossel; já na área B, ocorre o predomínio das secundárias iniciais no dossel e, nos outros estratos, há todos os grupos sucessionais presentes, resultando em um grande número de indivíduos e, na área C, as pioneiras estão bem representadas em todos os estratos.

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    +Figura 3
    a. Riqueza e abundância das espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias e ombrófilas na área B. b. Riqueza e abundância das espécies pioneiras ou não-pioneiras na área B. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 3
    a. Wealth and abundance of pioneers, early and late secondary and umbrophilous species in area B. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area B. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 4
    a. Riqueza e abundância sucessional das espécies pioneiras, secundárias iniciais e tardias e ombrófilas na área C. b. Riqueza e abundância das espécies - pioneiras ou não-pioneiras na área C. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 4
    a. Wealth and abundance of pioneers, early and late secondary and umbrophilous in area C. b. Wealth and abundance of pioneer or non-pioneer species in area C. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Com base na distribuição dos grupos sucessionais, a área A está em estágio mais avançado ou final na sucessão, a área B em um estágio intermediário e, área C, em estágio mais inicial.

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    Estratificação florestal e distribuição diamétrica - Na área A, aproximadamente 64% (204) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 17% (59 ind.) entre 12,1 e 20 m, 15% entre 20,1 e 28 m e 4% entre 28,1 e 36 m (21 ind.). Essa distribuição de indivíduos apresenta formato de “J invertido” (maior número de indivíduos nas menores classes de altura, diminuindo nas maiores classes). A grande concentração de indivíduos na primeira classe de altura deve-se pela abundância das espécies umbrófilas, principalmente P. suterella (figura 9).

    +

    Na área B, aproximadamente 59% (238) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 25% (102 ind.) entre 12,1 e 20 m, 12% entre 20,1 e 28 m. e 4% entre 28,1 e 36 m (59 ind.). Poucos indivíduos passam dos 30 metros de altura (figura 10).

    +

    Já na área C, aproximadamente 65% (196) dos indivíduos amostrados apresentam até 12 m de altura, 28% (83 ind.) entre 12,1 e 20 m. e 7% (21 ind.) acima dos 20 m. (figura 11).

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    Ao compararmos as três áreas de estudo, quanto à distribuição das classes de altura, podemos constatar que as áreas A e B são similares quanto à porcentagem dos indivíduos em diferentes estratos. Em ambas as áreas há a predominância das secundárias tardias e iniciais nos diferentes estratos, com exceção do sub-bosque que em A possui exclusivamente espécies deste estrato (umbrófilas), enquanto em B ocorrem também indivíduos jovens de espécies secundárias. Por outro lado, na área C, a porcentagem dos indivíduos na classe até 12 m de altura é bem menor em relação às áreas A e B; as espécies pioneiras estão representadas em todos os estratos dessa floresta e, no sub-bosque há representantes de todas as categorias sucessionais.

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    Similaridade, agrupamento e ordenação entre as áreas de estudo - Na análise utilizando o coeficiente Canberra (UPGMA), as parcelas de um mesmo bloco mantêm-se de uma forma geral em um mesmo grupo, confirmando que as áreas de estudo (A, B e C) diferem entre si. No primeiro grupo, onde se encontram as parcelas da área A, há somente uma única parcela (12) que pertence a B; porém o segundo e o terceiro grupos reconhecidos nesta análise reúnem exclusivamente parcelas das áreas B e C respectivamente (figura 12). O agrupamento da parcela 12 (área B) com as parcelas 1 a 10 (área A), pode ser explicada como uma parcela cuja floresta está em fase mais final de sucessão. É comum nas florestas ter parcelas em fases distintas, podendo ser causadas pela presença de uma mancha mais antiga, clareiras ou efeitos de borda. As análises de ordenação e classificação mostram esses efeitos.

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    +Figura 5
    a. Dominância relativa (DoR) das espécies. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. b. Densidade relativa (DeR) das espécies amostradas. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. c. Riqueza das espécies amostradas. Coloração amarela: pioneira, verde clara: secundária inicial, verde escura: secundária tardia, vermelha: umbrófila. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    Figure 5
    a. Relative dominance (DoR) of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. b. Relative density (DeR) of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. c. Wealth of the species sampled. Yellow coloration: pioneer, light green: early secondary, dark green: late secondary, red: umbrophilous. Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 6
    Diagrama de perfil da Área A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 6
    Profile diagram of Area A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 7
    Diagrama de perfil da Área B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 7
    Profile diagram of Area B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Na análise de ordenação, utilizou-se a Análise de Correspondência (CA) e a matriz de número de indivíduos por espécie. Os eixos 1, 2 e 3 correspondem a 11,8, 8,5 e 6,1 por cento da inércia total encontrada, totalizando-se 26,4%. Podemos observar que as parcelas da área C estão separadas em todos os eixos (plano horizontal e vertical), sendo esta a mais diferente em relação às demais. As áreas A e B estão separadas mais no eixo 2 (plano horizontal), ou seja, em relação ao número de indivíduos, estão mais próximas, possivelmente devido às espécies tardias já estarem presentes nos estratos inferiores da área B (figuras 13 to 14).

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    Tanto as análises de classificação quanto as de ordenação mostram, de uma forma geral, a formação de três grupos que correspondem às três áreas de estudo, havendo maior proximidade entre as áreas A e B devido a uma maior presença das espécies tardias em ambas as áreas.

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    Síndrome de dispersão - As espécies zoocóricas destacaram-se em todas as áreas estudadas, A, B e C (85%, 88% e 70%, respectivamente). As anemocóricas apresentaram valores mais altos na área C, em virtude do maior número de pioneiras encontradas nesta última. Já as autocóricas estão em menor número na área B.

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    Espécies ameaçadas de extinção - Do total de 115 espécies apuradas neste estudo, conforme consta na tabela 4, sete espécies (6,1%) enquadram-se em uma das categorias de grau de ameaça nas três listas existentes. Ocotea catharinensis, presente nas três áreas de estudo, está como vulnerável (VU) nas listas de São Paulo, do Brasil e IUCN; Cedrela fissilis, presente somente na área B, apresentou-se como VU nas listas de São Paulo e do Brasil, e em perigo (EN) na lista da IUCN; Trichilia silvatica, presente nas áreas A e B, e Eugenia prasina, na área B, estão representadas como VU somente na lista da IUCN; Virola bicuhyba presente somente na área B, encontra-se EN nas listas de São Paulo e do Brasil; Pouteria bullata, presente somente na área B, é considerada EN na lista de São Paulo e Brasil e VU na lista da IUCN; E. cantareirae presente somente na área A, na lista do Brasil está como EN e na lista de São Paulo está como extinta (EX).

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    +Figura 8
    Diagrama de perfil da Área C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 8
    Profile diagram of Area C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 9
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 9
    Distribution of individuals in height classes in area A, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Discussão

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    Composição Florística - As famílias Myrtaceae e Lauraceae também foram as mais ricas em outros estudos realizados na Floresta Ombrófila Densa Montana no Estado de São Paulo por Baitello et al. (1993)Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Garcia & Pirani (2001)Garcia, R.J.F. & Pirani, J.R. 2001. Estudo florístico dos componentes arbóreos e arbustivo da mata do Parque Santo Dias, São Paulo, SP, Brasil. Boletim de Botânica Universidade de São Paulo 19: 15-42., Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Alves & Metzger (2006)Alves, L.F. & Metzger, J.P. 2006. A regeneração florestal em áreas de floresta secundária na Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00406022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Ogata & Gomes (2006)Ogata, R. & Gomes, E.P.C. Estrutura e composição da vegetação no Parque CEMUCAM, Cotia, SP. Hoehnea 33(3): 371-384., Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96., Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., trabalhos realizados no município de São Paulo e arredores, e no interior do Estado, por Ivanauskas (1997)Ivanauskas, N. M. 1997. Caracterização florística e fisionômica da Floresta Atlântica sobre a formação Pariquera-Açu, na Zona da Morraria Costeira do Estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    , Sztutman & Rodrigues (2002)Sztutman, M. & Rodrigues, R.R. 2002. O mosaico vegetacional numa área de floresta contínua da planície litorânea, Parque Estadual da Campina do Encantado, Pariquera-Açu, SP. Revista Brasileira de Botânica 25(2): 161-176. e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119., sendo que neste último estudo somente Myrtaceae destacou-se pela sua riqueza.

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    Os gêneros Cinnamomum, Eugenia, Mollinedia, Myrcia e Ocotea também se destacaram em outros levantamentos realizados no PEC por Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.), Nectandra também se destacou no levantamento realizado no PEC por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Eugenia, Myrcia e Ocotea, por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96. e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo. em remanescentes de Floresta Ombrófila Densa Montana situados na região metropolitana de São Paulo, Eugenia e Ocotea, por Aguiar et al. (2001)Aguiar, O.T., Pastore, J.A., Rocha, F.T., Baitello, J.B. 2001. Flora fanerogâmica de um trecho da Floresta Densa Secundária do Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha Indaiá - SP. Disponível em https://smastr16.blob.core.windows.net/iflorestal/ifref/RIF13-1/RIF13-1_1-18.pdf (acesso em 18-V-2020).
    https://smastr16.blob.core.windows.net/i... +
    na região de Cunha e somente Eugenia por Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. no município de Miracatu.

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    +Figura 10
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 10
    Distribution of individuals in height classes in area B, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    +Figura 11
    Distribuição dos indivíduos em classes de altura na área C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 11
    Distribution of individuals in height classes in area C, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
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    Parâmetros fitossociológicos - Os valores totais, desde estudo, de densidade absoluta de 1700 ind. ha-1 e dominância absoluta de 39,8 m2 ha-1 são compatíveis com os encontrados em outros trechos do PEC (Baitello et al. 1993Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.), onde a densidade absoluta variou entre 1248 a 2295 ind./ha e a dominância entre 35,7 a 48,4 m2 ha-1. Em estudo realizado em São Paulo e nos municípios vizinhos de Cotia e Itapevi (Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.) os valores de densidade variaram entre 1425 a 1760 ind. ha-1 e de dominância entre 44,5 a 49,3 m2 ha-1, também compatíveis com os do presente estudo.

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    Em outros trechos da floresta do PEC estudados por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., também foram encontradas H. silvianii e A. olivaceum entre as espécies mais dominantes, e em Itapevi, somente H. silvianii (Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.). Klein (1990)Klein, R.M. 1990. Estrutura, composição florística, dinamismo e manejo da Mata Atlântica (Floresta Ombrófila Densa) do Sul do Brasil. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira: Estrutura, funções e manejo, 2 Águas de Lindóia, 1990. Anais... Academia de Ciências do Estado de São Paulo. pp. 259-286. destaca A. olivaceum como uma das espécies mais importantes nas encostas das Serras do Sul do país e cita que E. cantareirae está associada a florestas em sucessão avançada. Sendo que esta também se destacou no estudo realizado no PEC por Baitello et al. (1993)Baitello, J.B., Aguiar, O.T., Rocha, F.T., Pastore, J.A., Esteves, R. 1993. Estrutura Fitossociológica da Vegetação Arbórea da Serra da Cantareira (SP) - Núcleo Pinheirinho. Revista do Instituto Florestal 5 (2): 133-161.. Ainda, Blum & Roderjan (2007)Blum, C.T. & Roderjan, C.V. 2007. Espécies indicadoras em um gradiente da Floresta Ombrófila na Serra da Prata, Paraná, Brasil. Revista Brasileira de Biociências 5(2): 873-875. citam a E. cantareirae como espécie indicadora de formação de Floresta Ombrófila Densa Montana.

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    A espécie P. suterella também se destacou em outros fragmentos do PEC (Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e na Floresta Ombrófila Densa Montana das encostas de Paranapiacaba (Lima et al. 2011Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96.), sendo que Bertani (2006)Bertani, D. F. 2006. Ecologia de populações de Psychotria suterella Müll. Arg. (Rubiaceae) em uma paisagem fragmentada de Mata Atlântica. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. relata que essa espécie frequentemente se destaca pelo seu valor de densidade nos fragmentos florestais do Estado de São Paulo.

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    A. triplinervia, H. silvianii, C. canjerana, C. obliqua e P. floribundum destacaram-se por seus valores de dominância em outros trechos do PEC (Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.). Em alguns levantamentos realizados no Estado de São Paulo, A. triplinervia destacou-se pelo seu valor de importância (Ivanauskas 1997Ivanauskas, N. M. 1997. Caracterização florística e fisionômica da Floresta Atlântica sobre a formação Pariquera-Açu, na Zona da Morraria Costeira do Estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Arzolla 2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., Barretto 2013Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.). Esta espécie ocorre somente na forma de indivíduos mais velhos nas florestas mais maduras, geralmente esparsos, sendo, por isso, rara, pois não se vê na regeneração (Klein 1984Klein, R.M. 1984. Aspectos Dinâmicos da Vegetação do Sul do Brasil. Sellowia 36: 5-54., 1990Klein, R.M. 1990. Estrutura, composição florística, dinamismo e manejo da Mata Atlântica (Floresta Ombrófila Densa) do Sul do Brasil. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira: Estrutura, funções e manejo, 2 Águas de Lindóia, 1990. Anais... Academia de Ciências do Estado de São Paulo. pp. 259-286.). Na área de estudo, não foram observados indivíduos jovens desta espécie. No levantamento realizado por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , dentre essas espécies, somente C. obliqua se assemelha com este estudo.

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    +Figura 12
    Análise de classificação das parcelas das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil., pelo método UPGMA e coeficiente Canberra. Coeficiente de correlação igual a 0,7821.
    Figure 12
    Classification analysis of plots in the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil., using the UPGMA method and the Canberra coefficient. Correlation coefficient equal to 0,7821.
    +
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    +
    +Figura 13
    Eixos 1 e 2 da análise de ordenação pelo método CA das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 13
    Axes 1 and 2 of the ordering analyses by the CA method of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
    +
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    +
    +
    +Figura 14
    Eixos 1 e 3 da análise de ordenação pelo método CA das três áreas de estudo, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, SP, Brasil.
    Figure 14
    Axes 1 and 3 of the ordering analyses by the CA method of the three study areas, Parque Estadual da Cantareira, São Paulo, São Paulo State, Brasil.
    +
    +
    +

    C. oblongifolia destacou-se nos levantamentos de Arzolla (2002Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.. Em outro trecho estudado por Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., C. floribundus e A. triplinervia também se destacaram. Piptocarpha macropoda também foi encontrada em alta frequência em trecho do PEC (Arzolla 2011Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.) e no levantamento feito por Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. na Floresta Ombrófila Densa do Vale do Ribeira

    +

    Análises grupos ecológicos - No estudo realizado por Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., em seu levantamento geral de espécies tardias, a percentagem apresentou o dobro do que encontrado neste estudo. Mas essa diferença pode ser pelo fato de que o autor considerou as espécies umbrófilas como parte das secundárias tardias.

    +

    Em outro estudo realizado no PEC por Arzolla (2002)Arzolla, F.A.R.D.P. 2002. Florística e Fitossociologia de Trecho da Serra da Cantareira, Núcleo Águas Claras, Parque Estadual da Cantareira, Mairiporã - SP. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas., as tardias destacaram-se três vezes a mais que as iniciais, mas lembrando que o autor considerou também naquele trabalho, assim como Barretto, as umbrófilas como parte das espécies tardias.

    +

    O trabalho realizado por Gandolfi et al. (1995)Gandolfi, F., Leitão-Filho, H.F., Bezerra, C.L.F. 1995. Levantamento florístico e caráter sucessional das espécies arbustivo-arbóreas de uma floresta mesófila semidecidua no município de Guarulhos, SP. Revista Brasileira Biologia 55(4): 753-767., apresentou 30% de espécies pioneiras, sugerindo que o trecho estudado pelo autor se encontrava numa condição inicial em termos sucessionais. Nos estudos de Arzolla (2011)Arzolla, F.A.R.D.P. 2011. Florestas secundárias e a regeneração natural de clareiras antrópicas na Serra da Cantareira, SP. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. e Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119., as pioneiras também obtiveram percentagem expressivas (61% e 26%, respectivamente), mas os trechos referem-se a áreas de regeneração.

    +

    Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., em suas análises, constatou nas três áreas estudadas por ele, em fase avançada de sucessão, alta dominância e riqueza das espécies secundárias tardias, assim como observado na área A deste estudo.

    +

    Síndrome de dispersão - Em outros levantamentos realizados na Floresta Ombrófila Densa por Catharino et al. (2006)Catharino, E.L., Bernacci, L.C., Franco, G.A.D.C., Durigan, G., Metzger, J.P. 2006. Aspectos da composição e diversidade do componente arbóreo das florestas da Reserva Florestal do Morro Grande, Cotia, SP. Biota Neotropica 6(2). Disponível em http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/abstract?article+bn00306022006/ (acesso em 18-V-2020).
    http://biotaneotropica.org.br/v6n2/pt/ab... +
    , Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96., Barretto (2013)Barretto, E.H.P. 2013. Florestas climácicas da região metropolitana de São Paulo - SP: caracterização florística, estrutural e relações fitogeográficas. São Paulo: Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., Moura & Mantovani (2017)Moura, C. & Mantovani, W. 2017. Regeneração natural da Floresta Ombrófila Densa após oito anos de abandono de atividades agrícolas em Miracatú, Vale do Ribeira, SP. Revista do Instituto Florestal 29(1): 91-119. foram encontrados resultados semelhantes quanto à porcentagem de espécies zoocóricas. Lima et al. (2011)Lima, M.E.L., Cordeiro, I., Moreno, P.R.H. 2011. Estrutura do componente arbóreo em Floresta Ombrófila Densa Montana no Parque Natural Municipal Nascentes de Paranapiacaba (PNMNP), Santo André, SP, Brasil. Hoehnea 38(1): 73-96. relata que nas áreas que desenvolveu seu estudo predominam espécies zoocóricas, sendo áreas maduras da Floresta Ombrófila Densa Montana das encostas da Serra do Mar em Santo André, e Mantovani (1998)Mantovani, W. 1998. Dinâmica da Floresta Pluvial Atlântica. Anais do IV Simpósio de Ecossistemas Brasileiros. Praia, Represa e Mata - Águas de Lindóia. ACIESP 104 v. II. relata que é comum a predominância de espécies zoocóricas nessas florestas.

    +

    Espécies ameaçadas de extinção - A espécie E. cantareirae foi classificada como vulnerável (VU) no estudo realizado por Souza et al. (2016)Souza, S.C.P.M., Silva, A.G., Franco, G.A.D.C., Ivanauskas, N.M. 2016. A vegetação secundária em um fragmento florestal urbano: Influência de exóticas invasoras na comunidade vegetal. Revista do Instituto Florestal 28(1): 7-35., o que diverge com a lista atualizada de flora ameaçada do Estado de São Paulo, publicada no Diário Oficial de São Paulo - Poder Executivo - Seção I - de 07 de junho de 2016, na qual consta como extinta (EX). Essa espécie é considerada rara, no entanto tal classificação para São Paulo necessita ser revista. A presença dessas espécies mostra a importância de se conservar e cuidar desse remanescente florestal.

    +

    Conclusões

    +

    Dentre as conclusões deste estudo, podemos constatar que as três áreas analisadas são floristicamente e estruturalmente diferentes, pois algumas das espécies amostradas estão presentes em todas as áreas e outras são exclusivas em apenas uma ou duas delas e mesmo quando presentes nas três áreas, não apresentam o mesmo VI em cada uma delas.

    +

    Todos os grupos sucessionais (pioneiras, secundárias iniciais e tardias e umbrófilas) estão presentes nas três áreas, porém em proporções distintas e também predominando variadamente em cada um de seus estratos.

    +

    Na área A, em seu dossel, há predominância de espécies secundárias tardias; estrato médio com secundárias iniciais e o sub-bosque, majoritariamente, formado por espécies umbrófilas. Esta área ainda contem baixa representatividade de espécies pioneiras e secundárias iniciais que ocorrem em pequenas clareiras e bordas da mancha estudada.

    +

    Na área B, as espécies secundárias iniciais predominam tanto no dossel quanto no estrato médio da floresta e o sub-bosque é formado por todos os grupos sucessionais, exceto as pioneiras, estas com baixa representatividade e, quando presentes, estão restritas a pequenas clareiras, o mesmo que ocorre na área A.

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    + +
    +Tabela 4
    Lista de espécies ameaçadas e sua classificação nas listas de São Paulo (2016)São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57., Brasil (2019c) e IUCN (2019). Categorias VU: Vulnerável, EN: Em perigo e EX: Extinta.
    Table 4
    List of threatened species and their classification in the lists of São Paulo, 2016São Paulo. 2016. Resolução SMA nº 057, de 05 de junho de 2016. Publica a segunda revisão da lista oficial das espécies da flora ameaçadas de extinção no Estado de São Paulo. Diário Oficial do Estado de São Paulo, de 30/06/2016, Seção 1, pp. 55-57., Brazil, 2019c and IUCN, 2019. VU categories: Vulnerable, EN: Endangered and EX: Extinct.
    +
    +
    +

    A área C possui dossel descontínuo com predomínio de pioneiras; o estrato médio apresenta predomínio de pioneiras e iniciais, mas com poucas tardias e umbrófilas. As clareiras dessa área são maiores que em A e B. As espécies pioneiras compõem o dossel desta floresta.

    +

    Conclui-se, pela análise, que a área A está em processo de sucessão mais avançado ou final, a área B em fase intermediária e, a C, em uma fase mais inicial das anteriores.

    +

    Avaliar o estágio successional de uma determinada área é um grande desafio científico, com importantes implicações na conservação. Conhecer a floresta em diferentes estágios traz subsídios a medidas aplicadas visando a recuperação, não somente do Parque Estadual da Cantareira, como da Serra da Cantareira e demais áreas da Floresta Ombrófila Densa Montana. A floresta do Parque Estadual da Cantareira, especificamente no Núcleo Pedra Grande, apesar de haver sofrido grande pressão antrópica, ainda abriga remanescentes florestais preservados, dos quais a área A é um exemplo, que servem como fonte de sementes e outras unidades de dispersão para a recuperação natural dos trechos em estágio sucessional em fases intermediária a inicial, como as áreas B e C do presente estudo.

    +

    Estudos de recuperação natural da vegetação nativa em florestas do Planalto Paulista além de serem escassos, são de grande importância para garantir às gerações futuras a manutenção dos serviços ecossistêmicos da Floresta Ombrófila Densa, a Mata Atlântica, hoje ainda bastante afetada pela fragmentação e consequente perda de biodiversidade.

    +
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    Agradecimentos

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    Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pela Bolsa de Mestrado concedida à primeira Autora (Processo nº 133843/2018-9) junto ao Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo.

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    Literatura Citada

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      24 Jan 2022
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    • +Data do Fascículo
      2022
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    Histórico

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    • +Recebido
      13 Out 2020
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    • +Aceito
      03 Nov 2021
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    +As 100 primeiras espécies de briófitas, com sete novos registros para o Sul do Brasil identificadas no Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul11Parte da Dissertação de Mestrado da primeira Autora +

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    The first 100 species of bryophytes, with seven new records for southern Brazil identified in the Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State

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    + Talita da Silva Dewes Denilson Fernandes Peralta Juçara Bordin Sobre os autores +
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    RESUMO

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    O Parque Estadual de Itapeva (PEVA) é uma Unidade de Conservação de proteção integral, localizada no litoral norte do Estado do Rio Grande do Sul, cujo objetivo principal é a preservação de ecossistemas naturais de grande relevância ecológica e beleza cênica como dunas, banhados, mata paludosa e mata de restinga, remanescentes da Floresta Atlântica. Objetivando conhecer as briófitas existentes no PEVA foi realizado levantamento florístico através de caminhadas livres, resultando na identificação de 101 espécies, 46 gêneros e 31 famílias. Dentre as fitofisionomias amostradas, a floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso foi a mais expressiva, com 70 espécies identificadas. Catorze espécies são novas ocorrências para o Estado do Rio Grande do Sul e entre essas, sete são novos registros para a região sul do Brasil. Os resultados indicam que o PEVA é uma importante área de conservação que preserva a biodiversidade demonstrando a necessidade de mais estudos florísticos no Estado, especialmente no Litoral.

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    Palavras-chave:
    Floresta Atlântica; formações pioneiras; hepáticas; musgos; Restinga

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    ABSTRACT

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    The Parque Estadual de Itapeva (PEVA) is an integral protection Conservation Unit, located on the north coast of Rio Grande do Sul State, whose main objective is the conservation of natural ecosystems of great ecological relevance and scenic beauty such as dunes, wetlands, sandy and swamp Restinga forests, remnants of the Atlantic Forest. Aiming to know bryophytes existing in PEVA, were carried out floristic inventory using a free walking method, resulting in the identification of 101 species, 46 genera and 31 families. Among the phytophysiognomies sampled, the sandy Restinga forest on rocky outcrops was the most expressive, with 70 species identified. Fourteen species were identified as new occurrences in the state of Rio Grande do Sul State and among those, seven are also new records for Southern Brazil. The results indicate that PEVA is an important conservation area and demonstrates the need for more floristic studies in the state, especially in the coast.

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    Keywords:
    Atlantic Forest; liverworts; mosses; pioneer formations; Restinga

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    Introdução

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    As Unidades de Conservação (UCs) são espaços territoriais com características naturais relevantes, a fim de garantir a representatividade de amostras significativas e ecologicamente viáveis das diferentes populações, ambientes e ecossistemas do território nacional e das águas jurisdicionais, preservando o patrimônio biológico existente (Brasil 2000Brasil. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000. Disponível em http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L9985.htm Acesso em 18-I-2020.
    http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/lei... +
    ). As áreas protegidas cobrem cerca de 25% do território brasileiro, no entanto, menos de 1% das UCs são consideradas bem amostradas, ou seja, possuem de 10 a 130 registros de espécies por km2 (Oliveira et al. 2017Oliveira, U., Soares-Filho, B.S., Paglia, A.P., Brescovit, A.D., Carvalho, C.J., Silva, D.P., Rezende, D.T., Leite, F.S.F., Batista, J.A.N., Barbosa, J. P. P. P., Stehmann, J.R., Ascher, J.S., Vasconcelos, M.F., De Marco, P., Lowenberg-Neto, P., Ferro, V.G. & Santos, A.J. 2017. Biodiversity conservation gaps in the Brazilian protected areas. Scientific reports 7(1), 9141.). No Estado do Rio Grande do Sul, existem 76 UCs que correspondem à 708.582 ha do território estadual (CNUC 2020CNUC. Painel Dinâmico do Cadastro Nacional de Unidades de Conservação. Disponível em http://www.mma.gov.br/areas-protegidas/cadastro-nacional-de-ucs.html Acesso em 15-I-2020.
    http://www.mma.gov.br/areas-protegidas/c... +
    ).

    +

    O Parque Estadual de Itapeva (PEVA) é uma Unidade de Conservação de Proteção Integral, criado em 2002, integrante do Sistema Nacional de Unidades de Conservação - SNUC (Rio Grande do Sul 2002Rio Grande Do Sul. Decreto nº 42.009, de 12 de dezembro de 2002. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/legis/M010/M0100099.ASP?Hid_Tipo=TEXTO&Hid_TodasNormas=724&hTexto=&Hid_IDNorma=724 . Acesso em 01-XII-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/legis/M010/M0100... +
    ). Possui como objetivo principal a preservação de ecossistemas naturais de grande relevância ecológica e beleza cênica, possibilitando a realização de pesquisas científicas e o desenvolvimento de atividades de educação e interpretação ambiental, de recreação em contato com a natureza e de turismo ecológico. Os ecossistemas naturais existentes na área do PEVA fazem parte do domínio fitogeográfico da Floresta Atlântica, onde ocorrem diversas espécies da fauna e flora silvestres incluindo algumas endêmicas e ameaçadas de extinção. São reconhecidas diversas fitofisionomias como dunas frontais, dunas interiores móveis, campos úmidos, banhados, butiazal, mata arenosa e mata paludosa. No diagnóstico da flora é citada apenas a ocorrência do musgo Sphagnum entre plantas avasculares (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.). Em virtude da diversidade de ambientes, da localização e a extensão de área, o PEVA qualifica-se como uma área de estudo singular e de elevado potencial na região.

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    As briófitas abrangem três divisões do Reino Plantae: Anthocerotophyta (Stotler & Crandall-Stotler 2005Stotler, R.E. & Crandall-Stotler, B. 2005. A revised classification of the Anthocerotophyta and a checklist of the hornworts of North America, North of Mexico. The Bryologist 108(1): 16-26.), Marchantiophyta (Crandall-Stotler et al. 2009Crandall-Stotler, B., Stotler, R.E. & Long, D.G. 2009. Morphology and classification of the Marchantiophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press.) e Bryophyta (Goffinet et al. 2009Goffinet, B., Buck, W.R. & Shaw, A.J. 2009. Morphology, anatomy and classification of the Bryophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press.). Pertencem a estas divisões, respectivamente, os antóceros, as hepáticas e os musgos. São plantas criptógamas, avasculares, geralmente pequenas com aspecto folhoso ou taloso que apresentam alternância de gerações no ciclo de vida com gametófito dominante (Vanderpoorten & Goffinet 2009Vanderpoorten, A. & Goffinet, B. 2009. Introduction to bryophytes. Cambridge, Cambridge University Press.). Ocorrem em todos os ambientes habitáveis por plantas fotossintetizantes de todos os continentes exceto no ambiente subaquático marinho (Glime 2017Glime, J.M. 2017. Bryophyte Ecology. Disponível em https://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte-ecology/ Acesso em 18-I-2020.
    https://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte... +
    ). Crescem geralmente em ambientes úmidos, mas muitas espécies podem ser encontradas em ambientes relativamente secos como desertos (Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196., Vanderpoorten & Goffinet 2009Vanderpoorten, A. & Goffinet, B. 2009. Introduction to bryophytes. Cambridge, Cambridge University Press.). Desenvolvem-se em diversos tipos de substratos como solos, rochas, troncos e ramos de árvores (Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.).

    +

    Segundo os recentes dados disponíveis na Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
    , são citados 580 táxons para o Estado do Rio Grande do Sul. As coletas referem-se, principalmente, às regiões da Encosta Superior e Inferior do Nordeste, Campos de Cima da Serra, existindo pouca amostragem para as regiões do Litoral, Campanha, Missões, Alto Uruguai e Planalto Médio (Bordin & Yano 2010Bordin, J. & Yano, O. 2010. Lista das Briófitas (Anthocerotophyta, Bryophyta, Marchantiophyta) do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisa, Botânica 61:39-170.).

    +

    Os dados de briófitas específicos sobre o litoral do Estado do Rio Grande do Sul se resumem a cinco estudos apenas: Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    que encontrou 53 espécies de briófitas estudando um fragmento de restinga no município de Rio Grande; Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. analisando coletas realizadas em 1994 na restinga de Tapes identificaram 46 espécies, ambos no litoral sul do Estado. No litoral norte, Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8. estudaram um fragmento de restinga no município de Imbé, onde encontraram 47 espécies; Gamba (2015)Gamba, M.S. 2015. Briófitas epixilas de troncos em diferentes estágios de decomposição em um remanescente de Mata Atlântica em Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Disponível em https://lume.ufrgs.br/handle/10183/143833 Acesso em 18-I-2020.
    https://lume.ufrgs.br/handle/10183/14383... +
    identificou 22 espécies de briófitas epixilas e Chilanti & Bordin (2016)Chilanti, S.B. & Bordin, J. 2016. Variação vertical de Briófitas Epífitas na APA Morro de Osório, Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Eletrônica Científica da UERGS 2(1): 5-17. encontraram 32 espécies de briófitas epífitas, ambas na Área de Preservação Ambiental Morro de Osório, município de Osório. Por fim, Bordin et al. (2020)Bordin, J., Dewes, T.S., Peralta, D.F., Ferri, M. & Rosa, B.R. 2020. New occurrences of bryophytes species in Southern Brazil: bryodiversity still scarcely known. Check List 16(4): 915-926. registraram 16 novas ocorrências de espécies para o Sul do Brasil, sendo 15 destas citadas para o Litoral Norte. Esse panorama do conhecimento briológico da região salienta a importância da realização de levantamentos florísticos específicos, principalmente em remanescentes de um domínio fitogeográfico tão ameaçado como a Floresta Atlântica.

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    O objetivo do presente estudo foi ampliar o conhecimento da flora de briófitas de diferentes fitofisionomias da Floresta Atlântica do Estado do Rio Grande do Sul, além de obter dados sobre o substrato, fitofisionomia, frequência e distribuição geográfica das espécies de briófitas existentes no PEVA. Essas informações poderão contribuir para a revisão do Plano de Manejo dessa unidade de conservação e também para estudos futuros relacionados à conservação da biodiversidade.

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    Material e Métodos

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    Área de estudo - O PEVA possui uma área aproximada de 1.000 ha e sua zona de amortecimento ultrapassa o raio de 10 km. Essa unidade de conservação situa-se no município de Torres, coordenadas 29º21’51”S e 49º45’03”W, Litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul, entre o Balneário Itapeva, ao sul, a Estrada do Mar (RS-389), a oeste, o oceano Atlântico, a leste, e a zona urbana do município de Torres, ao norte (figura 1). Segundo a classificação de Köppen, o clima da região de Torres é tipo Cfa, subtropical marítimo úmido com forte influência marítima e condicionado pelo relevo local, caracterizado por verões e invernos relativamente amenos (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.).

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    Quanto à vegetação, podemos verificar diferentes fitofisionomias no PEVA. Algumas formações herbáceas pioneiras classificadas como vegetação halófila, psamófila e limnófila compõem respectivamente as dunas frontais, dunas interiores móveis e campos úmidos, e banhados. E formações florestais classificadas como floresta arenosa e paludosa de restinga. Além de uma formação arbustivo-arbórea com presença significativa de butiás, Butia capitata (Mart.) Becc., chamada butiazal (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.). Exceto uma porção de floresta arenosa de restinga, que está associada ao afloramento rochoso com basalto da Formação Serra Geral e arenitos da Formação Botucatu, as demais fitofisionomias ocorrem em uma formação geomorfológica chamada restinga (sentido amplo) (Waechter 1985Waechter, J.L. 1985. Aspectos ecológicos da vegetação de restinga no Rio Grande do Sul, Brasil. Comunicações do Museu de Ciências da PUCRS, série Botânica 33(1): 49-68., Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul., Brack 2009Brack, P. 2009. Vegetação e paisagem do Litoral Norte do Rio Grande do Sul: exuberância, raridade e ameaças à biodiversidade. In: N. L. Würdig & S. M. F. Freitas (orgs.). Ecossistemas e biodiversidade do Litoral Norte do RS. Porto Alegre, Nova Prova., Ribeiro et al. 2009Ribeiro, A.M., Bauermann, S.G. & Scherer, C.S. (orgs.). 2009. Quaternário do Rio Grande do Sul: integrando conhecimentos. Porto Alegre, Sociedade Brasileira de Paleontologia.). Buscando a representatividade do gradiente ambiental existente no PEVA, foram selecionadas algumas fitofisionomias para amostragem, considerando as condições ambientais e disponibilidade de substrato em cada uma delas: baixadas úmidas (BU) - localizam-se entre as dunas frontais e as dunas interiores móveis, apresentando uma vegetação herbácea psamófila, ou seja, que têm preferência pelo solo arenoso e úmido; floresta arenosa de restinga sobre dunas (FARD) - associada a solos arenosos, porém bem drenados, localiza-se principalmente na crista das dunas interiores móveis e no seu flanco interno e caracteriza-se por uma vegetação arbustiva- arbórea; floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso (FARR) - possui composição florística semelhante à Floresta Ombrófila Densa e situa-se sobre afloramento rochoso com altura máxima de 60 mn e floresta paludosa de restinga (FPR) - caracteriza-se pela presença de solos mal drenados, vegetação palustre, microclima muito úmido, com variações reduzidas de temperatura (Waechter 1985Waechter, J.L. 1985. Aspectos ecológicos da vegetação de restinga no Rio Grande do Sul, Brasil. Comunicações do Museu de Ciências da PUCRS, série Botânica 33(1): 49-68., Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.).

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    +Figura 1
    Localização do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil e áreas de coleta.
    Figure 1
    Location of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil and collection areas.
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    Amostragem e tratamento de dados - Para realização do levantamento florístico, as quatro fitofisionomias foram percorridas através de caminhamento (Filgueiras et al. 1994Filgueiras, T.S., Brochado, A.L., Nogueira, P.E. & Guala, G.F. 1994. Caminhamento: um método expedito para levantamentos florísticos qualitativos. Cadernos de Geociências (12): 39-43.), durante o qual foi utilizada a metodologia habitual de coleta e herborização para o grupo conforme Frahm (2003)Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.. Foram realizadas cinco excursões a campo no período entre outubro de 2018 e julho de 2019. A amostragem abrangeu todos os substratos disponíveis, sendo que nas árvores a coleta foi realizada até a altura aproximada de 2 m.

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    A identificação das espécies foi realizada através da análise morfológica no Laboratório de Biologia e Conservação da UERGS - Litoral Norte (LABeC), utilizando estereomicroscópio e microscópio óptico, além de bibliografia especializada, consulta em materiais de herbário e aos especialistas. As amostras foram incorporadas ao acervo do Herbário Dr. Ronaldo Wasum da Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (HERW).

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    A classificação taxonômica seguiu o sistema de Crandall-Stotler et al. (2009)Crandall-Stotler, B., Stotler, R.E. & Long, D.G. 2009. Morphology and classification of the Marchantiophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press. para Marchantiophyta e o de Goffinet et al. (2009)Goffinet, B., Buck, W.R. & Shaw, A.J. 2009. Morphology, anatomy and classification of the Bryophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press. para Bryophyta. O estado de conservação das espécies registradas na área de estudo foi consultado na Portaria do Ministério do Meio Ambiente nº443, de 17 de dezembro de 2014- Lista Nacional Oficial das espécies da Flora Ameaçadas de Extinção (Ministério do Meio Ambiente, 2014Ministério do Meio Ambiente. Portaria nº 443, de 17 de dezembro de 2014. Disponível em http://dados.gov.br/dataset/portaria_443 Acesso em 18-I-2020.
    http://dados.gov.br/dataset/portaria_443... +
    ) e no Decreto Estadual nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014 - Lista das espécies da flora nativa ameaçadas de extinção (Rio Grande do Sul 2014Rio Grande Do Sul. Decreto nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/filerepository/repLegis/arquivos/DEC%2052.109.pdf Acesso em 18-I-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/filerepository/r... +
    ).

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    Os grupos briocenológicos foram definidos de acordo com o tipo de substrato colonizado, sendo estes: arenícola (AR- sedimento arenoso), casmófita (CA- substratos artificiais), corticícola (CO- tronco vivo), epifila (EF- folhas), epixila (EX- tronco em decomposição), saxícola (SA- rocha) e terrícola (TE- solos) (adaptado de Gams 1932Gams, H. 1932. Bryocoenology (moss-societies). In.: Verdoorn Fr. (ed.). Manual of Bryology. Martinus Nijhoff, The Hague. pp. 323-366., Fudali 2001Fudali, E. 2001. The ecological structure of the bryoflora of Wroclaw’s parks and cemeteries in relation to their localization and origin. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 70(3): 229-235.).

    +

    A ocorrência das espécies nos biomas brasileiros seguiu os dados disponíveis no Projeto Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil 2020).

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    A frequência absoluta foi estimada de acordo com a ocorrência das espécies nas amostras e classificada em rara (1- 5 ocorrências); pouco freqüente (6- 10); assídua (11- 20); frequente (21- 30) e muito frequente (>31) seguindo Silva & Pôrto (2007)Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245..

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    Resultados e Discussão

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    Levantamento Florístico - Nas 230 amostras coletadas, foram identificadas 101 espécies, 46 gêneros e 31 famílias pertencentes às Divisões Bryophyta e Marchantiophyta (tabela 1). Os musgos (Bryophyta) constituem a maioria em número de famílias (21) e gêneros (28), mas em relação ao número de espécies (48) é relativamente menor que as hepáticas (Marchantiophyta) que apresentaram 53 espécies, distribuídas em 18 gêneros e 10 famílias. A partir desse levantamento florístico, foram identificadas catorze novas ocorrências para o Estado do Rio Grande do Sul e sete para a região Sul do Brasil. Destas, duas espécies, Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. e Microlejeunea cystifera Herzog, estão sendo citadas aqui pela primeira vez (figura 2). As demais foram citadas por Bordin et al. (2020)Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201., como parte de um estudo mais amplo, abrangendo novas ocorrências também para outras áreas do Estado. Não foram encontrados espécimes de antóceros (Anthocerotophyta).

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    A riqueza específica encontrada no presente estudo é maior que a encontrada nos demais estudos para o litoral do Estado do Rio Grande do Sul. No entanto, é necessário considerar que os métodos e o esforço amostral aplicados neste estudo diferem dos demais. Além disso, a área amostrada por cada um destes estudos apresenta características distintas. Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    encontrou 53 espécies de briófitas num fragmento de mata de restinga que apresentava uma transição entre dunas vegetadas e mata paludosa. Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8. descrevem a área como um fragmento de mata de restinga, na maior parte de vegetação arbustiva- arbórea e uma porção menor de vegetação arbustiva- herbáceas mais aberta, onde foram encontradas 47 espécies. Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. identificaram 46 espécies coletadas na restinga de Tapes, caracterizada por vegetação rasteira e pequenas áreas de mata. Gamba (2015)Gamba, M.S. 2015. Briófitas epixilas de troncos em diferentes estágios de decomposição em um remanescente de Mata Atlântica em Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Disponível em https://lume.ufrgs.br/handle/10183/143833 Acesso em 18-I-2020.
    https://lume.ufrgs.br/handle/10183/14383... +
    e Chilanti & Bordin (2016)Chilanti, S.B. & Bordin, J. 2016. Variação vertical de Briófitas Epífitas na APA Morro de Osório, Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Eletrônica Científica da UERGS 2(1): 5-17. estudaram substratos específicos, respectivamente, tronco em decomposição e tronco em geral em uma unidade de conservação que se encontram em zona de contato entre Floresta Ombrófila Densa e Floresta Estacional Semidecidual.

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    Segundo Richards (1984)Richards, P.W. 1984. The ecology of tropical forest bryophytes. In: Schuster RM. (ed.) New Manual of Bryology. Nichinan, Hattori Botanical Laboratory., as condições de temperatura, umidade e luminosidade proporcionadas pelos diferentes ambientes influenciam na riqueza e composição de espécies existentes. As únicas espécies comuns em todos esses trabalhos são Brittonodoxa subpinnata (Brid.) W.R. Buck, P.E.A.S.Câmara & Carv.-Silva), Helicodontium capillare (Hedw.) A.Jaeger e Metzgeria furcata (L.) Dumort., as quais colonizam diversos substratos e são comuns nos biomas Amazônia, Cerrado e Mata Atlântica (Buck 1998Buck, W.R. 1998. Pleurocarpous mosses of the West Indies. Memoirs of The New York Botanical Garden, 82:1-401., Flora do Brasil 2020).

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    A família com maior riqueza específica foi Lejeuneaceae com 26 espécies, resultado também encontrado por Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    , Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. e Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8., o que era esperado devido à predominância de hepáticas, especialmente desta família, entre as espécies de briófitas das Florestas Tropicais de planície (Gradstein et al. 2001Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577.). Além de Lejeuneaceae, entre as hepáticas com maior número de espécies estão as famílias Metzgeriaceae (7 spp.), Plagiochilaceae (6) e Frullaniaceae (5). Entre os musgos, as famílias com maior riqueza específica foram Fissidentaceae (6 spp.), Orthotrichaceae (5), Brachytheciaceae, Bryaceae e Dicranaceae (4 cada), conforme figura 3. Além de serem citadas como representativas deste tipo de floresta tropical, todas essas famílias também estão entre as mais representativas em número de espécies no Brasil (Costa & Peralta 2015Costa, D.P. & Peralta, D.F. 2015. Bryophytes diversity in Brazil. Rodriguésia 66(4): 1063-1071.). Ademais, aproximadamente 45% das famílias identificadas apresentaram apenas uma espécie.

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    Apesar do maior número total de espécies e por família pertencerem às hepáticas, os musgos apresentaram maior frequência nas amostras. Apenas uma espécie foi classificada como muito frequente: Brittonodoxa subpinnata (Brid.) W.R.Buck, P.E.A.S.Câmara & Carv.-Silva), seguida de Helicodontium capillare (Hedw.) A.Jaeger classificada como frequente, ambas pertencentes à Divisão Bryophyta. Das cinco espécies classificadas como assíduas, três são hepáticas: Acanthocoleus trigonus (Nees & Mont.) Gradst., Plagiochila corrugata (Nees) Nees & Mont. e Lejeunea flava (Sw.) Nees e duas são musgos: Isopterygium tenerum (Sw.) Mitt., e Macromitrium richardii Schwägr. No entanto, destaca-se que a maioria das espécies são consideradas raras como observa-se na figura 4. Esse cenário, no qual a maioria das espécies apresenta baixa frequência na comunidade e poucas espécies possuem um grande número de indivíduos, pode indicar um alto índice de diversidade local (Dajoz 1983Dajoz, R. 1983. Ecologia geral. 4ª ed. Petrópolis, Editora Vozes.), e corrobora com o padrão florístico para florestas tropicais úmidas como a Mata Atlântica observado em outros estudos (Silva & Pôrto 2007Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245., Borella et al. 2019Borella, T.A.C., Peralta, D.F., & Milaneze-Gutierre, M.A. 2019. Briófitas do Parque do Ingá, Maringá, estado do Paraná, Brasil. Pesquisas, Botânica 73: 119-149.).

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    Distribuição das espécies por substrato e fitofisionomias - As amostras analisadas apresentaram-se ralas e pouco vistosas, observações corroboradas por Gradstein et al. (2001)Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577. que descrevem as briófitas das Florestas Tropicais de planície como pouco conspícuas, formando tapetes bem aderidos aos substratos. Os grupos briocenológicos mais expressivos foram corticícola (71 espécies), epixila (22), arenícola (13) e terrícola (11) (figura 5). Os grupos casmófita, saxícola e epifila apresentaram, respectivamente, oito, seis e duas espécies apenas. Os resultados estão de acordo, parcialmente, com Gradstein et al. (2001)Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577., os quais afirmam que a maioria das briófitas nas Florestas Tropicais úmidas crescem como corticícola ou epifila, sendo menos frequentes em solo e rochas.

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    Os troncos propiciam a colonização por diversos táxons, já que apresentam condições variadas de temperatura, umidade, luminosidade, estrutura e química da casca (Gradstein et al. 2001Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577., Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.). Além disso, conforme Carmo et al. (2015)Carmo, D.M., Gasparino E.C. & Peralta D.F. 2015. Análise comparativa de briófitas urbanas da região Noroeste do estado de São Paulo com demais trabalhos em diferentes fitofisionomias brasileiras. Pesquisas, Botânica 67: 255-272., Paiva et al. (2015)Paiva, L.A., Silva, J.C., Passarella, M.A. & Luizi-Ponzo, A.P. 2015. Briófitas de um fragmento florestal urbano de Minas Gerais (Brasil). Pesquisas, Botânica 67: 181-199. e Borella et al. (2019)Borella, T.A.C., Peralta, D.F., & Milaneze-Gutierre, M.A. 2019. Briófitas do Parque do Ingá, Maringá, estado do Paraná, Brasil. Pesquisas, Botânica 73: 119-149. também verificaram, os substratos mais colonizados por briófitas refletem diretamente a alta disponibilidade desses bem como as condições dos ambientes nos quais se encontravam.

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    As espécies corticícolas são as mais abundantes nas duas fitofisionomias com vegetação de porte arbóreo, FARR e FPR. Essas fitofisionomias foram as mais ricas em relação ao número de espécies, respectivamente, 70 e 39 espécies. Em contraste com BU e FARD que apresentaram, respectivamente, nove e 11 espécies. Essas fitofisionomias caracterizam-se pela vegetação de porte herbáceo ou arbustivo e estão mais sujeitas a fatores abióticos estressantes como o vento, salinidade, estresse hídrico, alta irradiação, escassez de nutrientes e alta mobilidade do solo (Cordazzo et al. 2006Cordazzo, C.V., Paiva, J.B. & Seeliger, U. 2006. Guia ilustrado- Plantas das Dunas da Costa Sudoeste Atlântica. Pelotas, USEB.), além da restrita variedade de substratos. Na BU foram encontradas apenas espécies arenícolas (7) e terrícolas (2). Na FARD ocorreram sete espécies arenícolas, sete corticícolas e apenas uma epixila. Dewes et al. (in press)Dewes, T.S., Santos, N.D. & Bordin, J. In press. What does a phytophysiognomic mosaic reveal about mosses and liverworts from the subtropical Atlantic Forest? Acta Botanica Brasilica. verificaram uma baixa similaridade entre a brioflora dessas fitofisionomias e substratos, e sugerem que essa singularidade brioflorística está relacionada à disponibilidade e peculiaridades dos substratos, bem como à heterogeneidade microambiental das fitofisionomias.

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    +Tabela 1
    Lista de espécies de briófitas ocorrentes no Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Freq.: Frequência de ocorrência1 - rara (1-5 ocorrências), pouco frequente (6-10), assídua (11-20), frequente (21-30) e muito frequente (>31). Briocenose: arenícola (AR), casmófita (CA), corticícola (CO), epifila (EF), epixila (EX), saxícola (SA) e terrícola (TE). Fitofisionomias: baixadas úmidas (BU), floresta arenosa de restinga sobre dunas (FARD), floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso (FARR) e floresta paludosa de restinga (FPR). Ocor.Bio.: Ocorrência nos biomas brasileiros2: AM (Amazônia), CA (Caatinga), CE (Cerrado), MA (Mata Atlântica), PA (Pampa), PN (Pantanal). Voucher: registro de exsicata. *: Nova ocorrência para o Rio Grande do Sul. **: Nova ocorrência para a região Sul.1 Classificação conforme Silva & Pôrto (2007)Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245..2 Distribuição conforme Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
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    Ocorrência das espécies nos biomas brasileiros e conservação - Conforme os dados do Projeto Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil 2020), todas as espécies, exceto Lejeunea angusta ocorrem na Mata Atlântica, sendo que destas 31 espécies são exclusivas deste bioma. A Floresta Atlântica é apontada como o domínio fitogeográfico com maior riqueza de espécies, endemismos e espécies ameaçadas de briófitas no Brasil (Gradstein & Costa 2003Gradstein, S.R. & Costa, D.P. 2003. The hepaticae and anthocerotae of Brazil. Memoirs of The New York Botanical Garden 87:1-318., Costa et al. 2011Costa, D.P., Pôrto, K.C., Luizi-Ponzo, A.P., Ilkiu-Borges, A.L., Bastos, C.J.P., Câmara, P.E.A. S., Peralta, D.F., Bôas-Bastos, S.B.V., Imbassahy, C.A.A., Henriques, D.K., Gomes, H.C.S., Rocha, L.M., Santos, N.D., Siviero, T.S., Vaz-Imbassahy, T.F. & Churchill, S.P. 2011. Synopsis of the Brazilian moss flora: checklist, distribution and conservation. Nova Hedwigia 93: 277-334., Costa & Peralta 2015Costa, D.P. & Peralta, D.F. 2015. Bryophytes diversity in Brazil. Rodriguésia 66(4): 1063-1071.). Das 31 espécies consideradas endêmicas da Floresta Atlântica, vale destacar Aerolindigia capilacea, Rhynchostegium serrulatum, Campylopus introflexus, Orthostichopsis tijucae, Cololejeunea clavatopapillata, Cololejeunea minutilobula, Lejeunea aphanes e Microlejeunea cystifera as quais são citadas para apenas 1-4 Estados brasileiros, ou seja, possuem distribuição geográfica restrita ou são pouco coletadas devido ao tamanho pequeno. Observa-se que estas espécies apresentam também frequência rara no PEVA, encontram-se em substrato específico, além de três delas terem sido identificadas pela primeira vez para o Estado, Microlejeunea cystifera, Cololejeunea minutilobula e Lejeunea aphanes conforme Bordin et al. (2020)Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201.. Do mesmo modo, Bryum atenense, Lejeunea angusta, Microlejeunea subulistipa e Metzgeria rufula que também apresentam frequência rara no PEVA, encontram-se em substrato específico e foram citadas pela primeira vez para o Estado, ampliando a distribuição geográfica conhecida. Destaca-se também Lejeunea angusta que era registrada apenas na Amazônia e Caatinga, sendo este o primeiro registro para a Mata Atlântica e para a Região Sul do Brasil, ampliando desta forma o conhecimento sobre a distribuição geográfica da mesma.

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    Dezesseis espécies são compartilhadas entre Mata Atlântica e outro bioma, sendo nove registradas para Mata Atlântica e Amazônia; seis espécies ocorrem na Mata Atlântica e Cerrado e uma espécie, Campylopus introflexus é registrada para Mata Atlântica e Pampa, ocorrendo exclusivamente no Estado do Rio Grande do Sul. Onze espécies não possuem registro apenas para o Pampa, entre elas espécies com ampla distribuição geográfica no Brasil, como Fissidens intromarginatus e F. zollingeri, o que indica a já relatada falta de coletas neste bioma. Bryum atenense e Fissidens serratus não são registrados no Pampa e Pantanal e Bryum argenteum não possui registro apenas para o Pantanal, possivelmente devido à falta de coletas, uma vez que estes biomas, historicamente, são os que menos possuem coletas de briófitas.

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    Por fim, apenas cinco espécies ocorrem em todos os biomas brasileiros, sendo três musgos: Fissidens angustifolius, F. elegans, Isopterygium tenerum e duas hepáticas: Frullania ericoides e Lejeunea flava, as quais também são bem distribuídas por quase todos os Estados brasileiros, conforme dados da Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil, 2020).

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    Nenhuma das espécies identificadas neste trabalho possui estado de conservação ameaçado no âmbito estadual (Rio Grande do Sul 2014Rio Grande Do Sul. Decreto nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/filerepository/repLegis/arquivos/DEC%2052.109.pdf Acesso em 18-I-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/filerepository/r... +
    ) ou federal (Ministério do Meio Ambiente 2014Ministério do Meio Ambiente. Portaria nº 443, de 17 de dezembro de 2014. Disponível em http://dados.gov.br/dataset/portaria_443 Acesso em 18-I-2020.
    http://dados.gov.br/dataset/portaria_443... +
    ). Resultado que não pode ser interpretado positivamente visto que, de acordo com os dados disponíveis na Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
    , a maioria dessas espécies (90) não foi avaliada quanto à ameaça.

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    +Figura 2
    Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. a. Gametófito. b. Detalhe do lóbulo. Microlejeunea cystifera Herzog c. Detalhe do lóbulo. d. Gametófito.
    Figure 2
    Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. a. Gametophyte. b. Lobule detail. Microlejeunea cystifera Herzog c. Lobule detail. d. Gametophyte.
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    A recorrente adição de novas citações (Yano & Bordin 2006Yano, O. & Bordin, J. 2006. Novas ocorrências de briófitas para o Rio Grande do Sul, Brasil. Boletim do Instituto de Botânica 18: 111-122., 2015Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209., Bordin & Yano 2009aBordin, J. & Yano, O. 2009a. Novas ocorrências de antóceros e hepáticas para o Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(2): 189-211., 2009bBordin, J. & Yano, O. 2009b. Novas ocorrências de musgos (Bryophyta) para o estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(3): 455-477., Weber et al. 2015Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8., Aires et al. 2020Aires, T., Garcia, M. & Bordin, J. 2020. Brioflora associada a arroio rural no município de Morro Redondo, Rio Grande do Sul, com novas ocorrências para o Pampa. Pesquisas, Botânica 74: 303-323., Bordin et al. 2020Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201., Peralta et al. 2020Peralta, D.F., Bordin, J., Valente, D.V., Câmara, P.E.A.S. & Stech, M. 2020. First record of the family Gigaspermaceae (Bryophyta) in Brazil. Hoehnea 47: e102020.) evidencia a falta de informações sobre a distribuição de espécies de briófitas no Estado e reforça a necessidade de levantamentos florísticos, para que possa ser avaliado o estado de conservação dessas no âmbito federal e estadual. Além disso, os levantamentos florísticos contribuem também para a conservação dos ambientes.

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    De acordo com Oliveira et al. (2017)Oliveira, U., Soares-Filho, B.S., Paglia, A.P., Brescovit, A.D., Carvalho, C.J., Silva, D.P., Rezende, D.T., Leite, F.S.F., Batista, J.A.N., Barbosa, J. P. P. P., Stehmann, J.R., Ascher, J.S., Vasconcelos, M.F., De Marco, P., Lowenberg-Neto, P., Ferro, V.G. & Santos, A.J. 2017. Biodiversity conservation gaps in the Brazilian protected areas. Scientific reports 7(1), 9141., o conhecimento da biodiversidade dentro das áreas protegidas no Brasil permanece escasso e a proteção efetiva desta biodiversidade depende da análise de informações sobre todos os grupos, não sendo justificável a substituição de todo o espectro da biodiversidade por alguns táxons para avaliar as prioridades de conservação. O estudo das briófitas de áreas de restinga demonstra-se relevante, uma vez que, considerando o papel ecológico desempenhado por essas plantas, o entendimento de sua distribuição e composição pode beneficiar a conservação desses ambientes dentro e fora do PEVA.

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    A lista de espécies de briófitas, bem como os demais dados reunidos neste estudo, amplia o conhecimento taxonômico da flora briológica do Estado do Rio Grande do Sul, contribui com o conhecimento da biodiversidade e o Plano de Manejo do PEVA, e poderá servir como subsídio para estudos futuros relacionados à conservação de ecossistemas, à aplicação de briófitas como bioindicadores e outras pesquisas de ciência aplicada.

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    +Figura 3
    Representação gráfica da riqueza de espécies por famílias do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 3
    Graphic representation of species richness by families of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    +Figura 4
    Representação gráfica do número de espécies por classe de frequência do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 4
    Graphic representation of number of species by frequency class of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    +Figura 5
    Representação gráfica do número de espécies por grupo briocenológico do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 5
    Graphical representation of the number of species per briocenological group of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    O elevado número de espécies de briófitas que estão sendo citadas pela primeira vez para o Estado do Rio Grande do Sul e para a região Sul do Brasil, além de uma espécie com nova citação para a Mata Atlântica, ressalta a importância e evidencia o papel fundamental do PEVA na conservação dos ecossistemas litorâneos e a biodiversidade associada a eles.

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    Agradecimentos

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    Agradecemos a equipe do Parque Estadual de Itapeva, pela recepção e prestatividade; à Universidade Estadual do Rio Grande do Sul - Litoral Norte, pela estrutura e equipamentos, imprescindíveis para a realização deste trabalho; à Ms. Bianca Kalinowski Canestraro, pela confirmação de Bryum ateniense; ao Ms. Leandro de Almeida Amélio, pela confirmação de Telaranea nematodes; às bolsistas Bárbara da Rosa e Janaina da Rosa, pelo auxílio ao longo do estudo; à Fundação Telefônica-Vivo, Associação Telecentro de Informação e Negócios, Hardfun Studios e B&S Educação e Tecnologia, pelo apoio financeiro na aquisição do microscópio óptico e estereomicrosópio.

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    Literatura Citada

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    • Aires, T., Garcia, M. & Bordin, J. 2020. Brioflora associada a arroio rural no município de Morro Redondo, Rio Grande do Sul, com novas ocorrências para o Pampa. Pesquisas, Botânica 74: 303-323.
    • +
    • Bordin, J. & Yano, O. 2009a. Novas ocorrências de antóceros e hepáticas para o Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(2): 189-211.
    • +
    • Bordin, J. & Yano, O. 2009b. Novas ocorrências de musgos (Bryophyta) para o estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(3): 455-477.
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    • Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201.
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    • Bordin, J. & Yano, O. 2010. Lista das Briófitas (Anthocerotophyta, Bryophyta, Marchantiophyta) do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisa, Botânica 61:39-170.
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    • Bordin, J., Dewes, T.S., Peralta, D.F., Ferri, M. & Rosa, B.R. 2020. New occurrences of bryophytes species in Southern Brazil: bryodiversity still scarcely known. Check List 16(4): 915-926.
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    • Borella, T.A.C., Peralta, D.F., & Milaneze-Gutierre, M.A. 2019. Briófitas do Parque do Ingá, Maringá, estado do Paraná, Brasil. Pesquisas, Botânica 73: 119-149.
    • +
    • Brack, P. 2009. Vegetação e paisagem do Litoral Norte do Rio Grande do Sul: exuberância, raridade e ameaças à biodiversidade. In: N. L. Würdig & S. M. F. Freitas (orgs.). Ecossistemas e biodiversidade do Litoral Norte do RS. Porto Alegre, Nova Prova.
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    • Brasil. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000. Disponível em http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L9985.htm Acesso em 18-I-2020.
      » http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L9985.htm +
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      17 Dez 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      09 Dez 2020
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    • +Aceito
      27 Maio 2021
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    +Open-access As 100 primeiras espécies de briófitas, com sete novos registros para o Sul do Brasil identificadas no Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul11Parte da Dissertação de Mestrado da primeira Autora +

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    The first 100 species of bryophytes, with seven new records for southern Brazil identified in the Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State

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    + + + +Sobre os autores +
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    RESUMO

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    O Parque Estadual de Itapeva (PEVA) é uma Unidade de Conservação de proteção integral, localizada no litoral norte do Estado do Rio Grande do Sul, cujo objetivo principal é a preservação de ecossistemas naturais de grande relevância ecológica e beleza cênica como dunas, banhados, mata paludosa e mata de restinga, remanescentes da Floresta Atlântica. Objetivando conhecer as briófitas existentes no PEVA foi realizado levantamento florístico através de caminhadas livres, resultando na identificação de 101 espécies, 46 gêneros e 31 famílias. Dentre as fitofisionomias amostradas, a floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso foi a mais expressiva, com 70 espécies identificadas. Catorze espécies são novas ocorrências para o Estado do Rio Grande do Sul e entre essas, sete são novos registros para a região sul do Brasil. Os resultados indicam que o PEVA é uma importante área de conservação que preserva a biodiversidade demonstrando a necessidade de mais estudos florísticos no Estado, especialmente no Litoral.

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    Palavras-chave:
    Floresta Atlântica; formações pioneiras; hepáticas; musgos; Restinga

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    ABSTRACT

    +

    The Parque Estadual de Itapeva (PEVA) is an integral protection Conservation Unit, located on the north coast of Rio Grande do Sul State, whose main objective is the conservation of natural ecosystems of great ecological relevance and scenic beauty such as dunes, wetlands, sandy and swamp Restinga forests, remnants of the Atlantic Forest. Aiming to know bryophytes existing in PEVA, were carried out floristic inventory using a free walking method, resulting in the identification of 101 species, 46 genera and 31 families. Among the phytophysiognomies sampled, the sandy Restinga forest on rocky outcrops was the most expressive, with 70 species identified. Fourteen species were identified as new occurrences in the state of Rio Grande do Sul State and among those, seven are also new records for Southern Brazil. The results indicate that PEVA is an important conservation area and demonstrates the need for more floristic studies in the state, especially in the coast.

    +

    Keywords:
    Atlantic Forest; liverworts; mosses; pioneer formations; Restinga

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    +
    +

    Introdução

    +

    As Unidades de Conservação (UCs) são espaços territoriais com características naturais relevantes, a fim de garantir a representatividade de amostras significativas e ecologicamente viáveis das diferentes populações, ambientes e ecossistemas do território nacional e das águas jurisdicionais, preservando o patrimônio biológico existente (Brasil 2000Brasil. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000. Disponível em http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L9985.htm Acesso em 18-I-2020.
    http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/lei... +
    ). As áreas protegidas cobrem cerca de 25% do território brasileiro, no entanto, menos de 1% das UCs são consideradas bem amostradas, ou seja, possuem de 10 a 130 registros de espécies por km2 (Oliveira et al. 2017Oliveira, U., Soares-Filho, B.S., Paglia, A.P., Brescovit, A.D., Carvalho, C.J., Silva, D.P., Rezende, D.T., Leite, F.S.F., Batista, J.A.N., Barbosa, J. P. P. P., Stehmann, J.R., Ascher, J.S., Vasconcelos, M.F., De Marco, P., Lowenberg-Neto, P., Ferro, V.G. & Santos, A.J. 2017. Biodiversity conservation gaps in the Brazilian protected areas. Scientific reports 7(1), 9141.). No Estado do Rio Grande do Sul, existem 76 UCs que correspondem à 708.582 ha do território estadual (CNUC 2020CNUC. Painel Dinâmico do Cadastro Nacional de Unidades de Conservação. Disponível em http://www.mma.gov.br/areas-protegidas/cadastro-nacional-de-ucs.html Acesso em 15-I-2020.
    http://www.mma.gov.br/areas-protegidas/c... +
    ).

    +

    O Parque Estadual de Itapeva (PEVA) é uma Unidade de Conservação de Proteção Integral, criado em 2002, integrante do Sistema Nacional de Unidades de Conservação - SNUC (Rio Grande do Sul 2002Rio Grande Do Sul. Decreto nº 42.009, de 12 de dezembro de 2002. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/legis/M010/M0100099.ASP?Hid_Tipo=TEXTO&Hid_TodasNormas=724&hTexto=&Hid_IDNorma=724 . Acesso em 01-XII-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/legis/M010/M0100... +
    ). Possui como objetivo principal a preservação de ecossistemas naturais de grande relevância ecológica e beleza cênica, possibilitando a realização de pesquisas científicas e o desenvolvimento de atividades de educação e interpretação ambiental, de recreação em contato com a natureza e de turismo ecológico. Os ecossistemas naturais existentes na área do PEVA fazem parte do domínio fitogeográfico da Floresta Atlântica, onde ocorrem diversas espécies da fauna e flora silvestres incluindo algumas endêmicas e ameaçadas de extinção. São reconhecidas diversas fitofisionomias como dunas frontais, dunas interiores móveis, campos úmidos, banhados, butiazal, mata arenosa e mata paludosa. No diagnóstico da flora é citada apenas a ocorrência do musgo Sphagnum entre plantas avasculares (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.). Em virtude da diversidade de ambientes, da localização e a extensão de área, o PEVA qualifica-se como uma área de estudo singular e de elevado potencial na região.

    +

    As briófitas abrangem três divisões do Reino Plantae: Anthocerotophyta (Stotler & Crandall-Stotler 2005Stotler, R.E. & Crandall-Stotler, B. 2005. A revised classification of the Anthocerotophyta and a checklist of the hornworts of North America, North of Mexico. The Bryologist 108(1): 16-26.), Marchantiophyta (Crandall-Stotler et al. 2009Crandall-Stotler, B., Stotler, R.E. & Long, D.G. 2009. Morphology and classification of the Marchantiophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press.) e Bryophyta (Goffinet et al. 2009Goffinet, B., Buck, W.R. & Shaw, A.J. 2009. Morphology, anatomy and classification of the Bryophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press.). Pertencem a estas divisões, respectivamente, os antóceros, as hepáticas e os musgos. São plantas criptógamas, avasculares, geralmente pequenas com aspecto folhoso ou taloso que apresentam alternância de gerações no ciclo de vida com gametófito dominante (Vanderpoorten & Goffinet 2009Vanderpoorten, A. & Goffinet, B. 2009. Introduction to bryophytes. Cambridge, Cambridge University Press.). Ocorrem em todos os ambientes habitáveis por plantas fotossintetizantes de todos os continentes exceto no ambiente subaquático marinho (Glime 2017Glime, J.M. 2017. Bryophyte Ecology. Disponível em https://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte-ecology/ Acesso em 18-I-2020.
    https://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte... +
    ). Crescem geralmente em ambientes úmidos, mas muitas espécies podem ser encontradas em ambientes relativamente secos como desertos (Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196., Vanderpoorten & Goffinet 2009Vanderpoorten, A. & Goffinet, B. 2009. Introduction to bryophytes. Cambridge, Cambridge University Press.). Desenvolvem-se em diversos tipos de substratos como solos, rochas, troncos e ramos de árvores (Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.).

    +

    Segundo os recentes dados disponíveis na Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
    , são citados 580 táxons para o Estado do Rio Grande do Sul. As coletas referem-se, principalmente, às regiões da Encosta Superior e Inferior do Nordeste, Campos de Cima da Serra, existindo pouca amostragem para as regiões do Litoral, Campanha, Missões, Alto Uruguai e Planalto Médio (Bordin & Yano 2010Bordin, J. & Yano, O. 2010. Lista das Briófitas (Anthocerotophyta, Bryophyta, Marchantiophyta) do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisa, Botânica 61:39-170.).

    +

    Os dados de briófitas específicos sobre o litoral do Estado do Rio Grande do Sul se resumem a cinco estudos apenas: Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    que encontrou 53 espécies de briófitas estudando um fragmento de restinga no município de Rio Grande; Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. analisando coletas realizadas em 1994 na restinga de Tapes identificaram 46 espécies, ambos no litoral sul do Estado. No litoral norte, Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8. estudaram um fragmento de restinga no município de Imbé, onde encontraram 47 espécies; Gamba (2015)Gamba, M.S. 2015. Briófitas epixilas de troncos em diferentes estágios de decomposição em um remanescente de Mata Atlântica em Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Disponível em https://lume.ufrgs.br/handle/10183/143833 Acesso em 18-I-2020.
    https://lume.ufrgs.br/handle/10183/14383... +
    identificou 22 espécies de briófitas epixilas e Chilanti & Bordin (2016)Chilanti, S.B. & Bordin, J. 2016. Variação vertical de Briófitas Epífitas na APA Morro de Osório, Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Eletrônica Científica da UERGS 2(1): 5-17. encontraram 32 espécies de briófitas epífitas, ambas na Área de Preservação Ambiental Morro de Osório, município de Osório. Por fim, Bordin et al. (2020)Bordin, J., Dewes, T.S., Peralta, D.F., Ferri, M. & Rosa, B.R. 2020. New occurrences of bryophytes species in Southern Brazil: bryodiversity still scarcely known. Check List 16(4): 915-926. registraram 16 novas ocorrências de espécies para o Sul do Brasil, sendo 15 destas citadas para o Litoral Norte. Esse panorama do conhecimento briológico da região salienta a importância da realização de levantamentos florísticos específicos, principalmente em remanescentes de um domínio fitogeográfico tão ameaçado como a Floresta Atlântica.

    +

    O objetivo do presente estudo foi ampliar o conhecimento da flora de briófitas de diferentes fitofisionomias da Floresta Atlântica do Estado do Rio Grande do Sul, além de obter dados sobre o substrato, fitofisionomia, frequência e distribuição geográfica das espécies de briófitas existentes no PEVA. Essas informações poderão contribuir para a revisão do Plano de Manejo dessa unidade de conservação e também para estudos futuros relacionados à conservação da biodiversidade.

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    Material e Métodos

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    Área de estudo - O PEVA possui uma área aproximada de 1.000 ha e sua zona de amortecimento ultrapassa o raio de 10 km. Essa unidade de conservação situa-se no município de Torres, coordenadas 29º21’51”S e 49º45’03”W, Litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul, entre o Balneário Itapeva, ao sul, a Estrada do Mar (RS-389), a oeste, o oceano Atlântico, a leste, e a zona urbana do município de Torres, ao norte (figura 1). Segundo a classificação de Köppen, o clima da região de Torres é tipo Cfa, subtropical marítimo úmido com forte influência marítima e condicionado pelo relevo local, caracterizado por verões e invernos relativamente amenos (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.).

    +

    Quanto à vegetação, podemos verificar diferentes fitofisionomias no PEVA. Algumas formações herbáceas pioneiras classificadas como vegetação halófila, psamófila e limnófila compõem respectivamente as dunas frontais, dunas interiores móveis e campos úmidos, e banhados. E formações florestais classificadas como floresta arenosa e paludosa de restinga. Além de uma formação arbustivo-arbórea com presença significativa de butiás, Butia capitata (Mart.) Becc., chamada butiazal (Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.). Exceto uma porção de floresta arenosa de restinga, que está associada ao afloramento rochoso com basalto da Formação Serra Geral e arenitos da Formação Botucatu, as demais fitofisionomias ocorrem em uma formação geomorfológica chamada restinga (sentido amplo) (Waechter 1985Waechter, J.L. 1985. Aspectos ecológicos da vegetação de restinga no Rio Grande do Sul, Brasil. Comunicações do Museu de Ciências da PUCRS, série Botânica 33(1): 49-68., Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul., Brack 2009Brack, P. 2009. Vegetação e paisagem do Litoral Norte do Rio Grande do Sul: exuberância, raridade e ameaças à biodiversidade. In: N. L. Würdig & S. M. F. Freitas (orgs.). Ecossistemas e biodiversidade do Litoral Norte do RS. Porto Alegre, Nova Prova., Ribeiro et al. 2009Ribeiro, A.M., Bauermann, S.G. & Scherer, C.S. (orgs.). 2009. Quaternário do Rio Grande do Sul: integrando conhecimentos. Porto Alegre, Sociedade Brasileira de Paleontologia.). Buscando a representatividade do gradiente ambiental existente no PEVA, foram selecionadas algumas fitofisionomias para amostragem, considerando as condições ambientais e disponibilidade de substrato em cada uma delas: baixadas úmidas (BU) - localizam-se entre as dunas frontais e as dunas interiores móveis, apresentando uma vegetação herbácea psamófila, ou seja, que têm preferência pelo solo arenoso e úmido; floresta arenosa de restinga sobre dunas (FARD) - associada a solos arenosos, porém bem drenados, localiza-se principalmente na crista das dunas interiores móveis e no seu flanco interno e caracteriza-se por uma vegetação arbustiva- arbórea; floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso (FARR) - possui composição florística semelhante à Floresta Ombrófila Densa e situa-se sobre afloramento rochoso com altura máxima de 60 mn e floresta paludosa de restinga (FPR) - caracteriza-se pela presença de solos mal drenados, vegetação palustre, microclima muito úmido, com variações reduzidas de temperatura (Waechter 1985Waechter, J.L. 1985. Aspectos ecológicos da vegetação de restinga no Rio Grande do Sul, Brasil. Comunicações do Museu de Ciências da PUCRS, série Botânica 33(1): 49-68., Duarte & Bencke 2006Duarte, M.M. & Bencke, G.A. (orgs.). 2006. Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva: Relatório final. Porto Alegre, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul.).

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    + +
    +Figura 1
    Localização do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil e áreas de coleta.
    Figure 1
    Location of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil and collection areas.
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    Amostragem e tratamento de dados - Para realização do levantamento florístico, as quatro fitofisionomias foram percorridas através de caminhamento (Filgueiras et al. 1994Filgueiras, T.S., Brochado, A.L., Nogueira, P.E. & Guala, G.F. 1994. Caminhamento: um método expedito para levantamentos florísticos qualitativos. Cadernos de Geociências (12): 39-43.), durante o qual foi utilizada a metodologia habitual de coleta e herborização para o grupo conforme Frahm (2003)Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.. Foram realizadas cinco excursões a campo no período entre outubro de 2018 e julho de 2019. A amostragem abrangeu todos os substratos disponíveis, sendo que nas árvores a coleta foi realizada até a altura aproximada de 2 m.

    +

    A identificação das espécies foi realizada através da análise morfológica no Laboratório de Biologia e Conservação da UERGS - Litoral Norte (LABeC), utilizando estereomicroscópio e microscópio óptico, além de bibliografia especializada, consulta em materiais de herbário e aos especialistas. As amostras foram incorporadas ao acervo do Herbário Dr. Ronaldo Wasum da Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (HERW).

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    A classificação taxonômica seguiu o sistema de Crandall-Stotler et al. (2009)Crandall-Stotler, B., Stotler, R.E. & Long, D.G. 2009. Morphology and classification of the Marchantiophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press. para Marchantiophyta e o de Goffinet et al. (2009)Goffinet, B., Buck, W.R. & Shaw, A.J. 2009. Morphology, anatomy and classification of the Bryophyta. In: B. Goffinet & A.J. Shaw (eds.). Bryophyte Biology. 2ª ed. Cambridge, Cambridge University Press. para Bryophyta. O estado de conservação das espécies registradas na área de estudo foi consultado na Portaria do Ministério do Meio Ambiente nº443, de 17 de dezembro de 2014- Lista Nacional Oficial das espécies da Flora Ameaçadas de Extinção (Ministério do Meio Ambiente, 2014Ministério do Meio Ambiente. Portaria nº 443, de 17 de dezembro de 2014. Disponível em http://dados.gov.br/dataset/portaria_443 Acesso em 18-I-2020.
    http://dados.gov.br/dataset/portaria_443... +
    ) e no Decreto Estadual nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014 - Lista das espécies da flora nativa ameaçadas de extinção (Rio Grande do Sul 2014Rio Grande Do Sul. Decreto nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/filerepository/repLegis/arquivos/DEC%2052.109.pdf Acesso em 18-I-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/filerepository/r... +
    ).

    +

    Os grupos briocenológicos foram definidos de acordo com o tipo de substrato colonizado, sendo estes: arenícola (AR- sedimento arenoso), casmófita (CA- substratos artificiais), corticícola (CO- tronco vivo), epifila (EF- folhas), epixila (EX- tronco em decomposição), saxícola (SA- rocha) e terrícola (TE- solos) (adaptado de Gams 1932Gams, H. 1932. Bryocoenology (moss-societies). In.: Verdoorn Fr. (ed.). Manual of Bryology. Martinus Nijhoff, The Hague. pp. 323-366., Fudali 2001Fudali, E. 2001. The ecological structure of the bryoflora of Wroclaw’s parks and cemeteries in relation to their localization and origin. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 70(3): 229-235.).

    +

    A ocorrência das espécies nos biomas brasileiros seguiu os dados disponíveis no Projeto Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil 2020).

    +

    A frequência absoluta foi estimada de acordo com a ocorrência das espécies nas amostras e classificada em rara (1- 5 ocorrências); pouco freqüente (6- 10); assídua (11- 20); frequente (21- 30) e muito frequente (>31) seguindo Silva & Pôrto (2007)Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245..

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    Resultados e Discussão

    +

    Levantamento Florístico - Nas 230 amostras coletadas, foram identificadas 101 espécies, 46 gêneros e 31 famílias pertencentes às Divisões Bryophyta e Marchantiophyta (tabela 1). Os musgos (Bryophyta) constituem a maioria em número de famílias (21) e gêneros (28), mas em relação ao número de espécies (48) é relativamente menor que as hepáticas (Marchantiophyta) que apresentaram 53 espécies, distribuídas em 18 gêneros e 10 famílias. A partir desse levantamento florístico, foram identificadas catorze novas ocorrências para o Estado do Rio Grande do Sul e sete para a região Sul do Brasil. Destas, duas espécies, Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. e Microlejeunea cystifera Herzog, estão sendo citadas aqui pela primeira vez (figura 2). As demais foram citadas por Bordin et al. (2020)Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201., como parte de um estudo mais amplo, abrangendo novas ocorrências também para outras áreas do Estado. Não foram encontrados espécimes de antóceros (Anthocerotophyta).

    +

    A riqueza específica encontrada no presente estudo é maior que a encontrada nos demais estudos para o litoral do Estado do Rio Grande do Sul. No entanto, é necessário considerar que os métodos e o esforço amostral aplicados neste estudo diferem dos demais. Além disso, a área amostrada por cada um destes estudos apresenta características distintas. Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    encontrou 53 espécies de briófitas num fragmento de mata de restinga que apresentava uma transição entre dunas vegetadas e mata paludosa. Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8. descrevem a área como um fragmento de mata de restinga, na maior parte de vegetação arbustiva- arbórea e uma porção menor de vegetação arbustiva- herbáceas mais aberta, onde foram encontradas 47 espécies. Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. identificaram 46 espécies coletadas na restinga de Tapes, caracterizada por vegetação rasteira e pequenas áreas de mata. Gamba (2015)Gamba, M.S. 2015. Briófitas epixilas de troncos em diferentes estágios de decomposição em um remanescente de Mata Atlântica em Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Disponível em https://lume.ufrgs.br/handle/10183/143833 Acesso em 18-I-2020.
    https://lume.ufrgs.br/handle/10183/14383... +
    e Chilanti & Bordin (2016)Chilanti, S.B. & Bordin, J. 2016. Variação vertical de Briófitas Epífitas na APA Morro de Osório, Osório, Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Eletrônica Científica da UERGS 2(1): 5-17. estudaram substratos específicos, respectivamente, tronco em decomposição e tronco em geral em uma unidade de conservação que se encontram em zona de contato entre Floresta Ombrófila Densa e Floresta Estacional Semidecidual.

    +

    Segundo Richards (1984)Richards, P.W. 1984. The ecology of tropical forest bryophytes. In: Schuster RM. (ed.) New Manual of Bryology. Nichinan, Hattori Botanical Laboratory., as condições de temperatura, umidade e luminosidade proporcionadas pelos diferentes ambientes influenciam na riqueza e composição de espécies existentes. As únicas espécies comuns em todos esses trabalhos são Brittonodoxa subpinnata (Brid.) W.R. Buck, P.E.A.S.Câmara & Carv.-Silva), Helicodontium capillare (Hedw.) A.Jaeger e Metzgeria furcata (L.) Dumort., as quais colonizam diversos substratos e são comuns nos biomas Amazônia, Cerrado e Mata Atlântica (Buck 1998Buck, W.R. 1998. Pleurocarpous mosses of the West Indies. Memoirs of The New York Botanical Garden, 82:1-401., Flora do Brasil 2020).

    +

    A família com maior riqueza específica foi Lejeuneaceae com 26 espécies, resultado também encontrado por Heidtmann (2012)Heidtmann, L.P. 2012. Florística e ecologia de briófitas em um fragmento de restinga no extremo sul do Brasil. Disponível em http://repositorio.furg.br/handle/1/6265 Acesso em 18-I-2020.
    http://repositorio.furg.br/handle/1/6265... +
    , Yano & Bordin (2015)Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209. e Weber et al. (2015)Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8., o que era esperado devido à predominância de hepáticas, especialmente desta família, entre as espécies de briófitas das Florestas Tropicais de planície (Gradstein et al. 2001Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577.). Além de Lejeuneaceae, entre as hepáticas com maior número de espécies estão as famílias Metzgeriaceae (7 spp.), Plagiochilaceae (6) e Frullaniaceae (5). Entre os musgos, as famílias com maior riqueza específica foram Fissidentaceae (6 spp.), Orthotrichaceae (5), Brachytheciaceae, Bryaceae e Dicranaceae (4 cada), conforme figura 3. Além de serem citadas como representativas deste tipo de floresta tropical, todas essas famílias também estão entre as mais representativas em número de espécies no Brasil (Costa & Peralta 2015Costa, D.P. & Peralta, D.F. 2015. Bryophytes diversity in Brazil. Rodriguésia 66(4): 1063-1071.). Ademais, aproximadamente 45% das famílias identificadas apresentaram apenas uma espécie.

    +

    Apesar do maior número total de espécies e por família pertencerem às hepáticas, os musgos apresentaram maior frequência nas amostras. Apenas uma espécie foi classificada como muito frequente: Brittonodoxa subpinnata (Brid.) W.R.Buck, P.E.A.S.Câmara & Carv.-Silva), seguida de Helicodontium capillare (Hedw.) A.Jaeger classificada como frequente, ambas pertencentes à Divisão Bryophyta. Das cinco espécies classificadas como assíduas, três são hepáticas: Acanthocoleus trigonus (Nees & Mont.) Gradst., Plagiochila corrugata (Nees) Nees & Mont. e Lejeunea flava (Sw.) Nees e duas são musgos: Isopterygium tenerum (Sw.) Mitt., e Macromitrium richardii Schwägr. No entanto, destaca-se que a maioria das espécies são consideradas raras como observa-se na figura 4. Esse cenário, no qual a maioria das espécies apresenta baixa frequência na comunidade e poucas espécies possuem um grande número de indivíduos, pode indicar um alto índice de diversidade local (Dajoz 1983Dajoz, R. 1983. Ecologia geral. 4ª ed. Petrópolis, Editora Vozes.), e corrobora com o padrão florístico para florestas tropicais úmidas como a Mata Atlântica observado em outros estudos (Silva & Pôrto 2007Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245., Borella et al. 2019Borella, T.A.C., Peralta, D.F., & Milaneze-Gutierre, M.A. 2019. Briófitas do Parque do Ingá, Maringá, estado do Paraná, Brasil. Pesquisas, Botânica 73: 119-149.).

    +

    Distribuição das espécies por substrato e fitofisionomias - As amostras analisadas apresentaram-se ralas e pouco vistosas, observações corroboradas por Gradstein et al. (2001)Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577. que descrevem as briófitas das Florestas Tropicais de planície como pouco conspícuas, formando tapetes bem aderidos aos substratos. Os grupos briocenológicos mais expressivos foram corticícola (71 espécies), epixila (22), arenícola (13) e terrícola (11) (figura 5). Os grupos casmófita, saxícola e epifila apresentaram, respectivamente, oito, seis e duas espécies apenas. Os resultados estão de acordo, parcialmente, com Gradstein et al. (2001)Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577., os quais afirmam que a maioria das briófitas nas Florestas Tropicais úmidas crescem como corticícola ou epifila, sendo menos frequentes em solo e rochas.

    +

    Os troncos propiciam a colonização por diversos táxons, já que apresentam condições variadas de temperatura, umidade, luminosidade, estrutura e química da casca (Gradstein et al. 2001Gradstein, S.R., Churchill, S.P. & Salazar-Allen, N. 2001. Guide to the bryophytes of tropical America. Memoirs of The New York Botanical Garden 86:1-577., Frahm 2003Frahm, J.P. 2003. Manual of Tropical Bryology. Tropical Bryology 23: 1-196.). Além disso, conforme Carmo et al. (2015)Carmo, D.M., Gasparino E.C. & Peralta D.F. 2015. Análise comparativa de briófitas urbanas da região Noroeste do estado de São Paulo com demais trabalhos em diferentes fitofisionomias brasileiras. Pesquisas, Botânica 67: 255-272., Paiva et al. (2015)Paiva, L.A., Silva, J.C., Passarella, M.A. & Luizi-Ponzo, A.P. 2015. Briófitas de um fragmento florestal urbano de Minas Gerais (Brasil). Pesquisas, Botânica 67: 181-199. e Borella et al. (2019)Borella, T.A.C., Peralta, D.F., & Milaneze-Gutierre, M.A. 2019. Briófitas do Parque do Ingá, Maringá, estado do Paraná, Brasil. Pesquisas, Botânica 73: 119-149. também verificaram, os substratos mais colonizados por briófitas refletem diretamente a alta disponibilidade desses bem como as condições dos ambientes nos quais se encontravam.

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    As espécies corticícolas são as mais abundantes nas duas fitofisionomias com vegetação de porte arbóreo, FARR e FPR. Essas fitofisionomias foram as mais ricas em relação ao número de espécies, respectivamente, 70 e 39 espécies. Em contraste com BU e FARD que apresentaram, respectivamente, nove e 11 espécies. Essas fitofisionomias caracterizam-se pela vegetação de porte herbáceo ou arbustivo e estão mais sujeitas a fatores abióticos estressantes como o vento, salinidade, estresse hídrico, alta irradiação, escassez de nutrientes e alta mobilidade do solo (Cordazzo et al. 2006Cordazzo, C.V., Paiva, J.B. & Seeliger, U. 2006. Guia ilustrado- Plantas das Dunas da Costa Sudoeste Atlântica. Pelotas, USEB.), além da restrita variedade de substratos. Na BU foram encontradas apenas espécies arenícolas (7) e terrícolas (2). Na FARD ocorreram sete espécies arenícolas, sete corticícolas e apenas uma epixila. Dewes et al. (in press)Dewes, T.S., Santos, N.D. & Bordin, J. In press. What does a phytophysiognomic mosaic reveal about mosses and liverworts from the subtropical Atlantic Forest? Acta Botanica Brasilica. verificaram uma baixa similaridade entre a brioflora dessas fitofisionomias e substratos, e sugerem que essa singularidade brioflorística está relacionada à disponibilidade e peculiaridades dos substratos, bem como à heterogeneidade microambiental das fitofisionomias.

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    +Tabela 1
    Lista de espécies de briófitas ocorrentes no Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Freq.: Frequência de ocorrência1 - rara (1-5 ocorrências), pouco frequente (6-10), assídua (11-20), frequente (21-30) e muito frequente (>31). Briocenose: arenícola (AR), casmófita (CA), corticícola (CO), epifila (EF), epixila (EX), saxícola (SA) e terrícola (TE). Fitofisionomias: baixadas úmidas (BU), floresta arenosa de restinga sobre dunas (FARD), floresta arenosa de restinga sobre afloramento rochoso (FARR) e floresta paludosa de restinga (FPR). Ocor.Bio.: Ocorrência nos biomas brasileiros2: AM (Amazônia), CA (Caatinga), CE (Cerrado), MA (Mata Atlântica), PA (Pampa), PN (Pantanal). Voucher: registro de exsicata. *: Nova ocorrência para o Rio Grande do Sul. **: Nova ocorrência para a região Sul.1 Classificação conforme Silva & Pôrto (2007)Silva, M.P.P. & Pôrto, K.C. 2007. Composição e riqueza de briófitas epixilas em fragmentos florestais da Estação Ecológica de Murici, Alagoas. Revista Brasileira de Biociências 5(S2): 243-245..2 Distribuição conforme Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
    .
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    Ocorrência das espécies nos biomas brasileiros e conservação - Conforme os dados do Projeto Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil 2020), todas as espécies, exceto Lejeunea angusta ocorrem na Mata Atlântica, sendo que destas 31 espécies são exclusivas deste bioma. A Floresta Atlântica é apontada como o domínio fitogeográfico com maior riqueza de espécies, endemismos e espécies ameaçadas de briófitas no Brasil (Gradstein & Costa 2003Gradstein, S.R. & Costa, D.P. 2003. The hepaticae and anthocerotae of Brazil. Memoirs of The New York Botanical Garden 87:1-318., Costa et al. 2011Costa, D.P., Pôrto, K.C., Luizi-Ponzo, A.P., Ilkiu-Borges, A.L., Bastos, C.J.P., Câmara, P.E.A. S., Peralta, D.F., Bôas-Bastos, S.B.V., Imbassahy, C.A.A., Henriques, D.K., Gomes, H.C.S., Rocha, L.M., Santos, N.D., Siviero, T.S., Vaz-Imbassahy, T.F. & Churchill, S.P. 2011. Synopsis of the Brazilian moss flora: checklist, distribution and conservation. Nova Hedwigia 93: 277-334., Costa & Peralta 2015Costa, D.P. & Peralta, D.F. 2015. Bryophytes diversity in Brazil. Rodriguésia 66(4): 1063-1071.). Das 31 espécies consideradas endêmicas da Floresta Atlântica, vale destacar Aerolindigia capilacea, Rhynchostegium serrulatum, Campylopus introflexus, Orthostichopsis tijucae, Cololejeunea clavatopapillata, Cololejeunea minutilobula, Lejeunea aphanes e Microlejeunea cystifera as quais são citadas para apenas 1-4 Estados brasileiros, ou seja, possuem distribuição geográfica restrita ou são pouco coletadas devido ao tamanho pequeno. Observa-se que estas espécies apresentam também frequência rara no PEVA, encontram-se em substrato específico, além de três delas terem sido identificadas pela primeira vez para o Estado, Microlejeunea cystifera, Cololejeunea minutilobula e Lejeunea aphanes conforme Bordin et al. (2020)Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201.. Do mesmo modo, Bryum atenense, Lejeunea angusta, Microlejeunea subulistipa e Metzgeria rufula que também apresentam frequência rara no PEVA, encontram-se em substrato específico e foram citadas pela primeira vez para o Estado, ampliando a distribuição geográfica conhecida. Destaca-se também Lejeunea angusta que era registrada apenas na Amazônia e Caatinga, sendo este o primeiro registro para a Mata Atlântica e para a Região Sul do Brasil, ampliando desta forma o conhecimento sobre a distribuição geográfica da mesma.

    +

    Dezesseis espécies são compartilhadas entre Mata Atlântica e outro bioma, sendo nove registradas para Mata Atlântica e Amazônia; seis espécies ocorrem na Mata Atlântica e Cerrado e uma espécie, Campylopus introflexus é registrada para Mata Atlântica e Pampa, ocorrendo exclusivamente no Estado do Rio Grande do Sul. Onze espécies não possuem registro apenas para o Pampa, entre elas espécies com ampla distribuição geográfica no Brasil, como Fissidens intromarginatus e F. zollingeri, o que indica a já relatada falta de coletas neste bioma. Bryum atenense e Fissidens serratus não são registrados no Pampa e Pantanal e Bryum argenteum não possui registro apenas para o Pantanal, possivelmente devido à falta de coletas, uma vez que estes biomas, historicamente, são os que menos possuem coletas de briófitas.

    +

    Por fim, apenas cinco espécies ocorrem em todos os biomas brasileiros, sendo três musgos: Fissidens angustifolius, F. elegans, Isopterygium tenerum e duas hepáticas: Frullania ericoides e Lejeunea flava, as quais também são bem distribuídas por quase todos os Estados brasileiros, conforme dados da Flora do Brasil 2020 (Flora do Brasil, 2020).

    +

    Nenhuma das espécies identificadas neste trabalho possui estado de conservação ameaçado no âmbito estadual (Rio Grande do Sul 2014Rio Grande Do Sul. Decreto nº 52.109, de 19 de dezembro de 2014. Disponível em http://www.al.rs.gov.br/filerepository/repLegis/arquivos/DEC%2052.109.pdf Acesso em 18-I-2020.
    http://www.al.rs.gov.br/filerepository/r... +
    ) ou federal (Ministério do Meio Ambiente 2014Ministério do Meio Ambiente. Portaria nº 443, de 17 de dezembro de 2014. Disponível em http://dados.gov.br/dataset/portaria_443 Acesso em 18-I-2020.
    http://dados.gov.br/dataset/portaria_443... +
    ). Resultado que não pode ser interpretado positivamente visto que, de acordo com os dados disponíveis na Flora do Brasil 2020 (2020)Flora Do Brasil 2020. 2020. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em http://floradobrasil.jbrj.gov.br/ Acesso em 18-I-2020
    http://floradobrasil.jbrj.gov.br/... +
    , a maioria dessas espécies (90) não foi avaliada quanto à ameaça.

    +
    + +
    +Figura 2
    Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. a. Gametófito. b. Detalhe do lóbulo. Microlejeunea cystifera Herzog c. Detalhe do lóbulo. d. Gametófito.
    Figure 2
    Lejeunea angusta (Lehm. & Lindenb.) Mont. a. Gametophyte. b. Lobule detail. Microlejeunea cystifera Herzog c. Lobule detail. d. Gametophyte.
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    A recorrente adição de novas citações (Yano & Bordin 2006Yano, O. & Bordin, J. 2006. Novas ocorrências de briófitas para o Rio Grande do Sul, Brasil. Boletim do Instituto de Botânica 18: 111-122., 2015Yano, O. & Bordin, J. 2015. Briófitas da restinga de Tapes, Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas, Botânica 68: 177-209., Bordin & Yano 2009aBordin, J. & Yano, O. 2009a. Novas ocorrências de antóceros e hepáticas para o Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(2): 189-211., 2009bBordin, J. & Yano, O. 2009b. Novas ocorrências de musgos (Bryophyta) para o estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Brazilian Journal of Botany 32(3): 455-477., Weber et al. 2015Weber, D.A., Bordin, J. & Prado, J.F. 2015. Briófitas de um fragmento de mata de restinga do Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil. Pesquisas: Botânica 67: 81-8., Aires et al. 2020Aires, T., Garcia, M. & Bordin, J. 2020. Brioflora associada a arroio rural no município de Morro Redondo, Rio Grande do Sul, com novas ocorrências para o Pampa. Pesquisas, Botânica 74: 303-323., Bordin et al. 2020Bordin, J., Valente, D.V., Peralta, D.F. & Câmara, P.E.A.S. 2020. Sphaerocarpos muccilloi (Sphaerocarpaceae, Marchantiophyta), a critically endangered species recollected in Rio Grande do Sul, Brazil, and Sphaerocarpos texanus, a new record to Brazil. Rodriguesia 71: e0231201., Peralta et al. 2020Peralta, D.F., Bordin, J., Valente, D.V., Câmara, P.E.A.S. & Stech, M. 2020. First record of the family Gigaspermaceae (Bryophyta) in Brazil. Hoehnea 47: e102020.) evidencia a falta de informações sobre a distribuição de espécies de briófitas no Estado e reforça a necessidade de levantamentos florísticos, para que possa ser avaliado o estado de conservação dessas no âmbito federal e estadual. Além disso, os levantamentos florísticos contribuem também para a conservação dos ambientes.

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    De acordo com Oliveira et al. (2017)Oliveira, U., Soares-Filho, B.S., Paglia, A.P., Brescovit, A.D., Carvalho, C.J., Silva, D.P., Rezende, D.T., Leite, F.S.F., Batista, J.A.N., Barbosa, J. P. P. P., Stehmann, J.R., Ascher, J.S., Vasconcelos, M.F., De Marco, P., Lowenberg-Neto, P., Ferro, V.G. & Santos, A.J. 2017. Biodiversity conservation gaps in the Brazilian protected areas. Scientific reports 7(1), 9141., o conhecimento da biodiversidade dentro das áreas protegidas no Brasil permanece escasso e a proteção efetiva desta biodiversidade depende da análise de informações sobre todos os grupos, não sendo justificável a substituição de todo o espectro da biodiversidade por alguns táxons para avaliar as prioridades de conservação. O estudo das briófitas de áreas de restinga demonstra-se relevante, uma vez que, considerando o papel ecológico desempenhado por essas plantas, o entendimento de sua distribuição e composição pode beneficiar a conservação desses ambientes dentro e fora do PEVA.

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    A lista de espécies de briófitas, bem como os demais dados reunidos neste estudo, amplia o conhecimento taxonômico da flora briológica do Estado do Rio Grande do Sul, contribui com o conhecimento da biodiversidade e o Plano de Manejo do PEVA, e poderá servir como subsídio para estudos futuros relacionados à conservação de ecossistemas, à aplicação de briófitas como bioindicadores e outras pesquisas de ciência aplicada.

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    +Figura 3
    Representação gráfica da riqueza de espécies por famílias do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 3
    Graphic representation of species richness by families of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    +Figura 4
    Representação gráfica do número de espécies por classe de frequência do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 4
    Graphic representation of number of species by frequency class of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    +Figura 5
    Representação gráfica do número de espécies por grupo briocenológico do Parque Estadual de Itapeva, Torres, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil.
    Figure 5
    Graphical representation of the number of species per briocenological group of Parque Estadual de Itapeva, Torres, Rio Grande do Sul State, Brazil.
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    O elevado número de espécies de briófitas que estão sendo citadas pela primeira vez para o Estado do Rio Grande do Sul e para a região Sul do Brasil, além de uma espécie com nova citação para a Mata Atlântica, ressalta a importância e evidencia o papel fundamental do PEVA na conservação dos ecossistemas litorâneos e a biodiversidade associada a eles.

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    Agradecimentos

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    Agradecemos a equipe do Parque Estadual de Itapeva, pela recepção e prestatividade; à Universidade Estadual do Rio Grande do Sul - Litoral Norte, pela estrutura e equipamentos, imprescindíveis para a realização deste trabalho; à Ms. Bianca Kalinowski Canestraro, pela confirmação de Bryum ateniense; ao Ms. Leandro de Almeida Amélio, pela confirmação de Telaranea nematodes; às bolsistas Bárbara da Rosa e Janaina da Rosa, pelo auxílio ao longo do estudo; à Fundação Telefônica-Vivo, Associação Telecentro de Informação e Negócios, Hardfun Studios e B&S Educação e Tecnologia, pelo apoio financeiro na aquisição do microscópio óptico e estereomicrosópio.

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    Literatura Citada

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      17 Dez 2021
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    • +Data do Fascículo
      2021
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    Histórico

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    • +Recebido
      09 Dez 2020
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    • +Aceito
      27 Maio 2021
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    +Análise de desempenho de placas cerâmicas porosas obtidas com resíduo de vidro e lama de cal para aplicação em fachadas ventiladas +

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    Performance analysis of porous ceramic plates obtained with glass residue and lime mud for application on ventilated facades

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    + F. O. Pizzatto S. M. S. Pizzatto S. Arcaro O. R. K. Montedo E. Junca Sobre os autores +
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    Resumo

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    Desenvolveu-se uma placa cerâmica porosa utilizando resíduo de vidro e lama de cal e simulou-se a aplicação em fachada ventilada. O resíduo de vidro foi usado como substituto total (100%) do feldspato. A lama de cal foi usada como material porogênico. Foi realizado um planejamento experimental com variações de 20% a 40% de lama de cal e temperatura de queima entre 860 e 1020 °C. As placas obtidas foram submetidas a testes de tensão da ruptura à flexão e porosidade total. Na melhor condição experimental, a placa contendo 40% de lama de cal queimada a 1020 °C apresentou tensão de ruptura à flexão de 7,25 MPa, porosidade total de 37,5% e absorção de água de 21,8%. No ensaio de desempenho quanto ao isolamento térmico das placas, esta amostra apresentou melhor desempenho térmico em relação à amostra comercial avaliada.

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    Palavras-chave:
    cerâmicas porosas; lama de cal; resíduo de vidro; fachada ventilada

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    Abstract

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    A porous ceramic plate was developed using glass residue and lime mud and simulated application on a ventilated facade. The glass residue replaced 100% feldspar. Lime mud was used as a porogenic material. An experimental design was carried out with variations of 20% to 40% of lime mud and firing temperature between 860 and 1020 °C. The obtained plates were submitted to tests of flexural strength and total porosity. In the best experimental condition, the plate containing 40% of lime mud fired at 1020 °C had a flexural strength of 7.25 MPa, total porosity of 37.5%, and water absorption of 21.8%. In the thermal insulation performance test of the plates, this sample presented a better thermal performance in relation to the commercial sample evaluated.

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    Keywords:
    porous ceramics; lime mud; glass residue; ventilated facade

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    INTRODUÇÃO

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    As fachadas ventiladas são sistemas de revestimento externo não aderidos, compostos por painéis fixos a um conjunto metálico localizado na parede da edificação. Entre o revestimento e a parede forma-se um espaço vazio que canaliza a circulação do ar por convecção: o ar frio entra pela parte inferior do vão, é aquecido e sai pela parte superior, criando um efeito de isolamento térmico. As fachadas ventiladas buscam ocupar um papel importante, não só por seu potencial estético e impacto visual na construção civil, mas sim por seu potencial técnico para contribuição de uma forma decisiva no desempenho térmico e estrutural do conjunto arquitetônico da obra. Para este sistema, podem ser empregados diversos materiais, tais como as placas cerâmicas e as placas de pedras naturais, normalmente em grandes formatos 11 A. Müller, O.E. Alarcon, Cerâmica 51, 320 (2005) 354. . Habitualmente no mercado são especificados revestimentos cerâmicos (porcelanato) com absorção de água nula ou quase nula. No presente estudo, buscou-se desenvolver e analisar um revestimento cerâmico poroso a ser utilizado em sistemas de fachadas ventiladas. Esses materiais são porosos, o que proporciona maior leveza, além de ampliar o isolamento térmico e acústico.

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    Por outro lado, no setor cerâmico, a utilização de matérias-primas alternativas vem ganhando aceitação no mercado, devido principalmente à preocupação com a energia e meio ambiente por este setor 22 P. Milak, M.T. Souza, C.P. Bom, P. Mantas, F. Raupp-Pereira, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 63, 368 (2017) 490.. Muitos trabalhos são encontrados na literatura demonstrando a capacidade da área cerâmica agregar reíduos ao seu processo produtivo 33 S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.), (44 A.C.P. Galvão, A.C.M. Farias, J.U.L. Mendes, Cerâmica 61, 359 (2015) 367.. A adição de resíduos de vidro também chama atenção neste setor 55 O.R.K. Montedo, T.O. Guidolin, A.P.N. de Oliveira, Cerâm. Ind. 23, 3 (2018) 21.)- (77 A.P. Luz, S. Ribeiro, Matéria 13, 1 (2008) 96.. Mundialmente, o montante de vidro descartado representa aproximadamente 7,5% do peso total do lixo doméstico. Os valores no Brasil são estimados em 5,57 kg/habitante/ano. Já nos EUA a estimativa é de 30 kg/habitante/ano. O Brasil produz em média 1.332.827 ton de embalagens de vidro por ano, sendo que atualmente o destino deste material é o aterro sanitário. Cabe ressaltar que no Brasil são descartados 47% das embalagens de vidro em aterros, tornando este resíduo um problema tanto do ponto de vista financeiro quanto ambiental 88 A. Gonçalves, R. Lopes, J. Exact Sci. 21, 2 (2019) 5.. O descarte de resíduos de vidro tornou-se um dos principais motivos que contribui para a preocupação, devido à crescente demanda por espaço de aterro e recursos. Embora o vidro seja um material inerte, todos os produtos de vidro têm uma vida útil limitada, o que leva muitos pesquisadores a procurar maneiras de redirecionar a quantidade de resíduos de vidro descartada em aterros sanitários 99 A. Mohajerani, J. Vajna, T.H.H. Cheung, H. Kurmus, A. Arulrajah, S. Horpibulsuk, Constr. Build. Mater. 156 (2017) 443.)- (1111 M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.. Assim, com a reutilização do vidro, tem-se a possibilidade de produção de novos materiais, por exemplo, produtos com excelentes propriedades acústicas, térmicas e mecânicas 1010 G.K.O. D’Amore, M. Caniato, A. Travan, G. Turco, L. Marsich, A. Ferluga, C. Schmid, J. Clean. Prod. 165 (2017) 1306. ), (1111 M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.. Uma outra possibilidade é a utilização do resíduo de vidro em substituição ao fundente, como o feldspato, em massas cerâmicas, uma vez que os vidros em sua composição apresentam altos teores de óxido de sódio 1212 A. Mehta, D.K. Ashish, J. Build. Eng. 29 (2020) 100888.. Paralelamente ao uso de materiais alternativos na massa cerâmica, para obtenção de cerâmicas porosas é necessária a adição de agentes porogênicos. Neste sentido, o resíduo de lama de cal é constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3) e possui outros óxidos em pequenas proporções como Al2O3, MgO, Fe2O3 e CaO, cujo teor pode variar de acordo com a eficiência do processo 1313 F.H.S.F. de Toledo, N. Venturin, L. Carlos, B.A.S. Dias, R.P. Venturin, R.L.G. Macedo, Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. 19, 7 (2015) 711.. O CaCO3 é tradicionalmente conhecido como um agente porogênico 33 S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.), (1414 F. Zenikheri, A. Harabi, B. Boudaira, F. Bouzerara, A. Guechi, S.-E. Barama, L. Foughali, N. Karbona, Cerâmica 62, 363 (2016) 242.. O resíduo de lama de cal é proveniente da indústria de papel e celulose, onde a cada 5,5 ton de celulose produzidas gera aproximadamente 1 ton de resíduo, sendo o mesmo descartado na natureza 1515 L.H. Buruberri, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, J. Hazard. Mater. 286 (2015) 252..

    +

    Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar o emprego de placas cerâmicas porosas obtidas a partir da adição de resíduos de vidro e lama de cal, com relação ao seu desempenho mecânico e térmico em fachada ventilada. Vale salientar que a obtenção da porosidade nas placas com o uso de lama de cal como agente porogênico, somada a inserção de resíduo de vidro substituindo totalmente o feldspato, é uma opção ainda não observada na literatura.

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    MATERIAIS E MÉTODOS

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    Materiais de partida e caracterização: para a confecção das placas cerâmicas porosas, as matérias-primas utilizadas foram caulim, argila plástica, quartzo, com grau de pureza industrial (Colorminas Colorífico e Mineração), lama de cal fornecida por uma empresa de papel e celulose localizada no planalto serrano de Santa Catarina, Brasil, e vidro tipo soda-cal fornecido por uma vidraçaria localizada no município de Tubarão/SC, Brasil. Apenas o vidro foi moído com um moinho gira jarros (CE-500/D, CienlaB) com bolas de zircônia durante 20 min. As demais matérias-primas e resíduos já se encontravam em pó, passante em peneira de malha 500 μm (35 mesh). A caracterização química dos materiais foi realizada por espectroscopia por fluorescência de raios X (FRX, WRFDX Axios Max, Panalytical). A caracterização mineralógica foi realizada por difração de raios X (DRX, XRD 6000, Shimadzu), tensão de 30 kV e corrente de 30 mA. A análise foi feita de 3° a 80° (2θ) com velocidade de 0,02 º/s. O tamanho de partícula dos resíduos foi determinado por granulometria a laser (PSA 1064, CILAS). O comportamento térmico foi avaliado por análise termogravimétrica (TG, SDT Analyzer Q600, TA Instrum.), com taxa de aquecimento de 10 ºC/min em atmosfera de ar sintético. Para o resíduo de vidro e a lama de cal, o ensaio foi realizado de 30 a 1495 ºC.

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    Definição e caracterização das composições: as composições cerâmicas foram obtidas com 45% de argila plástica, 3% de quartzo, 12% de caulim e 40% de resíduo de vidro. A lama de cal foi utilizada em três diferentes teores (20, 30 e 40%) a partir da melhor composição obtida por Milak et al. 1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416., que foi considerada como referência ao nosso trabalho. A Tabela I apresenta as formulações das massas cerâmicas confeccionadas 1717 C. Zanelli, M. Raimondo, G. Guarini, M. Dondi, J. Non. Cryst. Solids 357, 16-17 (2011) 3251.. As temperaturas de queima foram definidas no ensaio de dilatometria óptica (Misura 3 HSM 1600-50, Expert Syst. Solut.) em amostras de cada composição (F20, F30, F40) com dimensões de 15x5x3 μm, de 25 a 1295 ºC, com uma taxa de aquecimento de 10 ºC/min. Determinou-se que as temperaturas de sinterização estudadas seriam de 860, 940 e 1020 ºC. Foi desenvolvido um planejamento experimental para analisar o teor de lama de cal e a temperatura de queima necessários para obter uma placa cerâmica porosa com resistência mecânica para a aplicação sugerida. O modelo selecionado foi o fatorial 2k com um ponto central em duplicata, onde se teve o fatorial k em dois níveis. Neste caso houve duas variáveis: a lama de cal utilizada em três proporções (20%, 30% e 40%) e a temperatura de queima, determinada por meio do ensaio de dilatometria óptica. Essas variáveis foram analisadas em dois níveis (-1 e +1), com objetivo de se obter o planejamento fatorial de 22 (1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.. Desta forma, a variável de resposta foi a porosidade das placas cerâmicas, tendo assim dois níveis para cada fator e dois pontos centrais demostrados na Tabela II.

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    +Tabela I
    Formulação (% em massa) das composições F20, F30 e F40.
    Table I
    Formulation (wt%) of the compositions F20, F30, and F40.
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    +Tabela II
    Nomenclatura das composições cerâmicas estudadas.
    Table II
    Sample code of the studied ceramic compositions.
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    Inicialmente, foi feita a secagem das matérias-primas individuais e dos resíduos em uma estufa (CE-220/100, CienlaB) a 100±5 ºC por 24 h. Em seguida, a argila foi destorroada manualmente em um almofariz e pesada para elaboração da barbotina; já o vidro foi submetido ao processo de moagem à seco, utilizando o moinho de jarros com intervalo de tempo variando de 10 em 10 min e para um tempo total de moagem de 60 min. A suspensão (barbotina) foi feita com 50% de teor de sólidos e submetida à agitação mecânica de 20 rpm por 15 min. Após esse período, a barbotina foi encaminhada novamente à estufa a 100±5 ºC por 24 h. Posteriormente à secagem, a massa cerâmica seca foi desagregada e destorroada manualmente, utilizando-se um almofariz para obtenção de uma massa cerâmica em pó. Este foi então umedecido com 10% de água com o auxílio de um pulverizador para obtenção de uma massa cerâmica úmida. Esta foi passada em uma peneira de malha 500 μm (35 mesh), sendo em seguida colocada em um saco plástico e posteriormente lacrado para homogeneização da umidade (por 24 h). A etapa de prensagem foi feita em uma prensa hidráulica (GT 0785, Gabrielli). O processo de prensagem ocorreu em três etapas, sendo usada na primeira etapa uma pressão de 5 MPa, na segunda 5 MPa e na terceira 6 MPa. Foram preparados 5 corpos de prova para cada formulação com valores médios de 118,57 μm de largura, 61,77 μm de altura e 3,14 μm de espessura. Os corpos foram secados em uma estufa a 80 °C por 24 h. Em seguida, foram queimados nas temperaturas de 860, 940 e 1020 ºC, com taxa de aquecimento de 10 ºC/min e tempo de permanência na temperatura máxima de 5 min. Após a queima as placas cerâmicas porosas obtidas foram submetidas à caracterização 1818 J.L. Amorós Albaro, Cerâm. Ind. 6, 3 (2001) 26..

    +

    A densidade aparente, ϱap (g/cm3), foi obtida a partir do método geométrico. Neste caso, as dimensões das peças foram medidas com paquímetro, onde foram tomadas três medidas para cada dimensão, e a massa da amostra pesada em uma balança (BL3200H, Marte) com precisão de 0,01 g; a densidade foi calculada por 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).:

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    + ρap=mv + (A) +
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    onde m é a massa corpo de prova (g) e v o volume corpo de prova (cm3). A densidade real, ϱreal (g/cm3), foi obtida por picnometria a gás hélio (Ultrapyc 1200e, Quantachrome), em que a mesma foi calculada a partir do pó triturado das amostras queimadas. O volume real do sólido foi determinado por variação da pressão de gás em uma câmara de volume conhecido. Essa técnica pode ser utilizada mesmo o sólido sendo poroso. A densidade real foi medida para cada temperatura de queima. O cálculo da porosidade total, εt (%), foi obtido com a relação entre a densidade aparente a seco e a densidade real por:

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    + εt=ρapρreal·100 + (B) +
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    A difração de raios X foi utilizada para investigar as fases cristalinas obtidas após a queima. Para selecionar a composição com maior potencial de aplicação, utilizou-se o planejamento estatístico com os resultados dos ensaios de porosidade e tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova das seis formulações. Os resultados das variáveis de respostas foram analisados com o software Estatística v.7 (StatSoft). Foi adotado um valor de p≤0,05, mostrando um nível de significância igual ou maior que 95%. Para a escolha da condição experimental foi estudada a análise de variância e a superfície de resposta da tensão de ruptura à flexão e porosidade. Após a definição, foram confeccionados novos corpos de prova, queimados nas condições adequadas com o objetivo de se efetuar a avaliação do desempenho a partir de análises de densidade aparente, real e porosidade, conforme descrito. Além disso, foi realizado o ensaio de absorção de água de acordo com a norma ABNT NBR 13818, anexo B. Foram utilizados 4 corpos de prova para este teste. A absorção de água, Abs (%), foi calculada de acordo com:

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    + Abs%=m2-m1m1·100 + (C) +
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    onde m1 é a massa seca (g) e m2 a massa saturada (g). A avaliação da microestrutura da peça cerâmica da formulação escolhida foi realizada em microscópio eletrônico de varredura (MEV, EVO-MA10, Zeiss). A tensão de ruptura à flexão das placas de cerâmicas porosas após a queima foi determinada utilizando-se uma máquina de ensaios universal (DL10000, Emic) com base na norma ASTM 1161-02. Para o módulo de elasticidade foi utilizado um equipamento Sonelastic (ATCP Eng. Fís.).

    +

    O ensaio de comportamento térmico teve como objetivo reproduzir uma fachada normal e uma fachada ventilada e simular o isolamento térmico de uma fachada ventilada com uma placa cerâmica porosa produzida neste trabalho, comparando-a com uma placa cerâmica comercial. O porcelanato Laminum (Eliane Revest.) foi utilizado como material de referência. Para isso, foi desenvolvido um aparato instrumental (Fig. 1) constituído de duas caixas de madeira e uma estrutura metálica para fixar as placas cerâmicas. Como fonte de calor, foi utilizada uma estufa (EL-1.3, Odontobrás) com precisão de controle de ±15 ºC, que foi programada na temperatura de 75 ºC em um ambiente com temperatura controlada em 21 ºC. Foi utilizado um registrador de dados (FieldLogger, Novus) para leitura e armazenamento dos dados dos termopares. Foram alocados um termopar no centro da estufa (T1), um termopar no centro das peças cerâmicas (T2), um termopar no centro da câmera de ar (T3), um termopar no centro da parede de gesso (T4) e um termopar na caixa 2 (T5). As placas cerâmicas apresentaram dimensões de 120x62x3 μm. Estas foram fixadas com 1 μm de espaçamento entre cada placa, utilizando selante refratário resistente à temperatura. Também foi investigada a influência da distância entre a parede de placas cerâmicas até a caixa 2 sobre a temperatura no interior da caixa 2. Para isso, foram feitas variações nas distancias de 5, 7,5 e 10 cm. Com os dados de temperatura dos ensaios foram calculadas as variações de temperatura por:

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    + ΔT=Mtt-Mte + (D) +
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    onde ΔT é a variação de temperatura (°C), Mtt a média de temperatura do termopar (°C) e Mte a média de temperatura da estufa (°C). As variações das temperaturas representaram a redução de temperatura de cada termopar em relação à temperatura do termopar T1 (estufa).

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    +Figura 1:
    Esquema do aparato térmico mostrando detalhes da caixa de madeira e estufa.
    Figure 1:
    Schematic of the thermal apparatus showing details of the wooden box and oven.
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    Caracterização ambiental: a caracterização ambiental do resíduo de vidro e lama de cal ocorreu por ensaio ecotoxicológico utilizando Allium cepa L. (cebola) e Lactuca satica L. (alface) como bioindicadores [20]. Foram misturados 50 g do resíduo de vidro em 1 L de água destilada em um recipiente. Da mesma forma ocorreu com a lama de cal. As misturas permaneceram em mesa agitadora microprocessada (Q225M, Quimis) com velocidade de 100 rpm por 24 h. Após o tempo de agitação, a filtragem destas soluções ocorreu com auxílio de uma bomba de vácuo (Prismatec). Os lixiviados foram usados ao longo do estudo. O pH dos lixiviados foi determinado com o uso de fita universal de pH (MColorpHast). A inibição do crescimento radicular em Allium cepa L. foi observada para examinar a toxicidade subcrônica no efluente. Para este ensaio, foi removido todo o material constituído por raízes velhas presas ao bulbo. Foram removidas as cascas (catafilo externo) secas da cebola. Em seguida foram utilizados 7 bulbos para cada resíduo e para o grupo controle. Em tubos cônicos tipo Falcon, os bulbos foram expostos a 50 mL do efluente de cada resíduo e do grupo controle, à temperatura ambiente por 7 dias, em local fechado e ao abrigo da luz. O grupo de controle negativo correspondeu à água mineral comercial. As soluções de efluentes foram substituídas diariamente. Ao final do período de exposição, o comprimento da raiz mais longa de cada bulbo e a massa total de todas as raízes foram medidos e comparados ao grupo controle. Para a análise do crescimento radicular, foi removido com um bisturi o material constituído de raízes novas que estavam presas ao prato (disco) do bulbo. Foi registrado o número de raízes crescidas em cada bulbo. Com auxílio de um paquímetro digital Caliper 150 μm (6”), com precisão de 0,01 μm, foi coletado o tamanho da maior raiz e com uma balança analítica eletrônica (FA-2104N, Bioprecisa), com leitura de 0,0001 g, foi obtida a massa de todas as raízes. Foi realizada a análise estatística usando-se a análise de variância (ANOVA), complementada com o pós-teste de Dunnet dos parâmetros: número de raízes, massas das raízes e comprimento da maior raiz, em relação às amostras de controle. Para o ensaio com Lactuca satica L., foi cortado um disco de papel-filtro e disposto em placa de Petri (90 μm). Com auxílio de uma pipeta automática, o papel foi embebido em 2 mL da amostra do efluente em estudo. Cada efluente (lama de cal e vidro) e grupo de controle foram colocados em uma placa de Petri. Para o grupo controle foi usada a água mineral comercial. Foram colocados sobre cada placa 10 sementes de alface Grand Rapids TBR (Feltrin Sementes), que foram expostas à temperatura ambiente por 3 dias em local fechado e ao abrigo da luz. Para a análise do crescimento da raiz primária, foram registrados os números de sementes germinadas e não germinadas em cada placa e o crescimento das mudas. Para cada raiz germinada, foi medida a radícula e o hipocótilo com o uso de um paquímetro digital Caliper 150 μm (6”), com precisão de 0,01 μm. Foi realizada a análise estatística usando-se a análise de variância (ANOVA) complementada com o pós-teste de Dunnet da porcentagem de germinação e o crescimento em cada tratamento, sempre comparados ao grupo controle. Todos os resultados dos bioensaios foram analisados no software GraphPad Prism 5.0.

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    RESULTADOS E DISCUSSÃO

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    Caracterização dos materiais: a Tabela III apresenta as composições químicas da lama de cal, resíduo de vidro, caulim, argila e quartzo utilizados. A lama de cal possuiu em sua composição 52,47% de CaO, com uma perda ao fogo de 42,28% devido à calcinação do carbonato de cálcio. O vidro foi composto por 71,04% de sílica (SiO2), além de apresentar 12,53% de Na2O e 3,86% de MgO. A perda ao fogo do vidro foi de 2,01%. O caulim possuiu em sua composição 47,21% de SiO2 e 38,45% de Al2O3, com uma perda ao fogo de 13,1%. A argila foi composta por 68,77% de SiO2, além de apresentar 19,8% de Al2O3, com uma perda ao fogo de 7,03%. O quartzo foi composto majoritariamente de SiO2 (98,89%), com baixa perda ao fogo (0,16%). A Fig. 2a mostra o difratograma de raios X do resíduo de vidro utilizado. Foi possível observar a ausência de fases cristalinas, indicando que o resíduo apresentou característica amorfa, como esperado 44 A.C.P. Galvão, A.C.M. Farias, J.U.L. Mendes, Cerâmica 61, 359 (2015) 367.. A presença de CaO no resíduo lama de cal pôde ser confirmada na análise mineralógica, que mostrou majoritariamente a presença da fase calcita (CaCO3), conforme apresentado na Fig. 2b.

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    +Tabela III
    Composição química (% em massa) das matérias-primas comerciais e resíduos utilizados na confecção das placas cerâmicas porosas.
    Table III
    Chemical composition (wt%) of commercial raw materials and residues used in the preparation of porous ceramic plates.
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    +Figura 2:
    Difratogramas de raios X do pó de vidro (a) e lama de cal (b).
    Figure 2:
    X-ray diffraction patterns of glass powder (a) and lime mud (b).
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    Caracterização das composições: as composições químicas (obtidas por balanço de massa) para as formulações F20, F30 e F40 estão apresentadas na Tabela IV, que mostra que os óxidos de silício e alumínio foram predominantes nas composições. Outro ponto importante nas composições foi a presença de CaO, Na2O, MgO e K2O, como agentes de fluxo. Estes agentes podem modificar o comportamento térmico do material, aumentando a retração linear, ou seja, diminuindo a temperatura de sinterização 2121 L. Simão, R.F. Caldato, M.D.M. Innocentini, O.R.K. Montedo, Ceram. Int. 41, 3 (2015) 4782.. A Fig. 3 apresenta o gráfico da perda de massa das formulações F20, F30 e F40. Ocorreu perda de massa de 9% a 700 °C na formulação F20, 10,5% a 723 °C na F30 e 12% a 721 °C na F40, devido à reação decomposição do CaCO3 (calcita) gerando CO2. Ocorreram as seguintes perdas de massa total: 13% para F20, 15,5% para F30 e 17,5% para F40. Os resultados da análise granulométrica das formulações estudadas mostraram que a formulação F20 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 2,05 μm, com 50% abaixo de 12,17 μm e 90% abaixo de 67,09 μm, chegando a 100% abaixo de 240 μm; a formulação F30 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 2,04 μm, com 50% abaixo de 12,63 μm e 90% abaixo de 69,94 μm, chegando a 100% abaixo de 300 μm; e a formulação F40 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 1,95 μm, com 50% abaixo de 11,92 μm e 90% abaixo de 57,02 μm, chegando a 100% abaixo de 180 μm.

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    +Tabela IV
    Composição química a verde das formulações F20, F30 e F40 (% em massa).
    Table IV
    Green chemical composition of formulations F20, F30, and F40 (wt%).
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    +Figura 3:
    Curvas de TG das formulações F20, F30 e F40.
    Figure 3:
    TG curves of formulations F20, F30, and F40.
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    Os resultados da análise de difração de raios X das seis formulações desenvolvidas são mostradas na Fig. 4. Observou-se a presença majoritária de albita (NaAlSi3O8, JCPDS 9-0466), microclínio (KAlSi3O8, JCPDS 19-0932) e quartzo (SiO2, JCPDS 46-1045), também identificados por Milak et al. 1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.. Além disso, foi possível afirmar que para todas as formulações o aumento da temperatura de queima influenciou na diminuição das reflexões características de albita, microclínio e quartzo. Para as amostras F20, F30 e F40 também foram observadas reflexões características de wollastonita (CaSiO3, JCPDS 27-0088). Observou-se que com o aumento do teor da lama de cal das formulações ocorreu o aumento na intensidade das reflexões características da wollastonita, tomando-se como base as alturas relativas das reflexões em cada difratograma.

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    +Figura 4:
    Difratogramas de raios X das formulações estudadas. ◊ albita; ▲ microclínio; ● quartzo; ■ wollastonita.
    Figure 4:
    X-ray diffraction patterns of the studied formulations. ◊ albite; ▲ microcline; ● quartz; ■ wollastonite.
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    A Tabela V mostra os resultados experimentais das seis formulações dos ensaios de densidade aparente a seco, porosidade e tensão de ruptura à flexão. A formulação F40 apresentou densidade aparente de 1,50 g/cm3, enquanto a formulação F20 apresentou uma densidade aparente de 1,76 g/cm3, demonstrando que a adição de lama de cal proporcionou uma maior geração de poros. A lama de cal é constituída majoritariamente por CaCO3, que durante a etapa de queima libera CO2, sendo este responsável por formar poros. As formulações F20T1020 e F40T1020 apresentaram tensão de ruptura à flexão de 11,4±2,0 e 8,6±1,9 MPa, respectivamente, indicando que o aumento do teor de lama de cal diminuiu a tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. Tal fato foi devido ao maior volume de poros formados com o aumento do teor de lama de cal. A presença de maior volume de poros nas placas reduziu a área da seção transversal na qual a carga foi aplicada e atuou como concentradores de tensão 2222 B.C.A. Pinheiro, J.N.F. Holanda, Cerâmica 56, 339 (2010) 237., diminuindo a resistência. A tensão de ruptura à flexão das formulações F20T860 e F20T1020 foram de 5,2±2,1 e 11,4±2,0 MPa, respectivamente, indicando que o aumento da temperatura de sinterização ocasionou um aumento da tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. O aumento da temperatura de sinterização ocasionou um aumento da fração de fase líquida no interior das placas cerâmicas, contribuindo para o aumento da resistência.

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    +Tabela V
    Resultados de densidade aparente (ϱap), porosidade (εt) e tensão de ruptura à flexão (TRF) em relação ao teor de lama de cal e à temperatura de sinterização (TS).
    Table V
    Results of apparent density (ϱap), porosity (εt), and flexural strength (TRF) in relation to the lime content and sintering temperature.
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    +
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    Análise estatística: a Tabela VI apresenta os resultados da análise de variância para a influência do teor de lama de cal e temperatura de sinterização sobre a porosidade e tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. O valor de p mostrou uma significância de 99,85% de confiabilidade, indicando que a adição de lama de cal influenciou diretamente na porosidade das placas cerâmicas. Por outro lado, para temperatura de sinterização foi obtido um p de 38,61%, indicando que a temperatura não apresentou significância para obtenção de poros nas placas cerâmicas. Na tensão de ruptura à flexão, os resultados mostraram que o valor de p foi de 98,84% para o efeito da lama de cal e de 99,67% para a temperatura de sinterização, indicando que as duas variáveis influenciaram. Analisando-se os parâmetros do fator de Fisher, a temperatura de sinterização apresentou um valor de 298,02 e o teor de lama de cal apresentou um valor de 84,81, concluindo-se que a temperatura de sinterização foi a variável que mais influenciou no aumento da tensão de ruptura à flexão das formulações. Os resultados da análise de variância mostraram que a formulação F40T1020 apresentou uma melhor relação entre o volume de poros aliado com tensão de ruptura à flexão. Para a resistência mecânica ser aceitável, comparou-se com placas de pedras naturais porosas que apresentaram uma tensão de ruptura à flexão de 7,4 MPa (23). Portanto, a formulação F40T1020 foi escolhida para dar sequência ao estudo.

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    +Tabela VI
    Resultados da análise de variância para a porosidade e tensão de ruptura à flexão.
    Table VI
    Results of analysis of variance for porosity and flexural strength.
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    Avaliação do desempenho das características finais da placa selecionada: a placa cerâmica selecionada apresentou densidade aparente de 1,63 g/cm3, porosidade total de 37,5% e absorção de água de 21,8% 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).. Além disso, o resultado de tensão de ruptura à flexão foi de 7,2±4,1 MPa e o módulo de elasticidade de 10,7±5,3 GPa. A micrografia referente a F40T1020 (Fig. 5) mostra a homogeneidade da peça cerâmica, onde é possível observar a presença de poros em toda a amostra. Trata-se de uma microestrutura característica da superfície de fratura, onde se nota uma estrutura porosa 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).. Ficou evidente que a placa cerâmica porosa F40T1020 apresentou aparentemente dois tipos de poros: poros arredondados (PA) oriundos da descarbonatação do carbonato de cálcio e poros irregulares (PI) ocasionados pelo processo de prensagem (Fig. 5).

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    +Figura 5:
    Imagem de MEV da amostra F40T1020.
    Figure 5:
    SEM image of the F40T1020 sample.
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    A Tabela VII apresenta os resultados do desempenho da placa cerâmica porosa (F40T1020) e da amostra de porcelanato comercial quanto ao isolamento térmico. Os resultados mostraram que a variável distância da câmara de ar não influenciou na variação da temperatura, não interferindo nos resultados de isolamento térmico. Os dados também demonstraram que para uma distância da câmara de ar de 5 cm, o valor de ΔT5 para o ensaio de fachada ventilada com a placa cerâmica porosa F40T1020 foi de 60,4 °C, enquanto para a cerâmica comercial o valor do ΔT5 foi de 56,2 °C. Tais informações sugeriram que a utilização da placa cerâmica porosa, em relação à placa cerâmica comercial em fachadas ventiladas, tende a proporcionar um maior conforto térmico no interior de uma edificação. A redução de temperatura dos termopares foi expressa pela variação de cada termopar. Esta redução se deu em relação à temperatura T1 da estufa (Fig. 6). Nos ensaios realizados, o ΔT do revestimento F40T1020, onde estava localizado o T2, demonstrou maior redução de temperatura, conforme demonstrado pela linha de tendência (Fig. 6). Analisando-se os dados descritos na Tabela VII, a redução de temperatura (ΔT) foi de 23,2 °C para a amostra comercial e 24,4 °C para a amostra F40T1020. Pôde-se concluir que a amostra F40T1020 apresentou maior eficiência em relação à amostra do porcelanato comercial. Isto ocorreu devido à menor condutividade térmica dos materiais cerâmicos porosos em relação aos materiais cerâmicos densos 2424 D.O. Vivaldini, A.A.C. Mourão, V.R. Salvini, V.C. Pandolfelli, Cerâmica 60, 354 (2014) 297. .

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    +Tabela VII
    Resultados de ΔT no T2, T4 e T5 em função da temperatura T1.
    Table VII
    Results of ΔT in T2, T4, and T5 as a function of temperature T1.
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    +Figura 6:
    Resultados de ΔT da temperatura do termopar T2 em função da temperatura da estufa para as amostras F40T1100 e comercial.
    Figure 6:
    ΔT results of thermocouple T2 temperature as a function of oven temperature for F40T1100 and commercial samples.
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    Os valores de ΔT das temperaturas do termopar T4 em relação ao termopar T1 são demonstrados na Fig. 7a. O termopar T4 demonstrou a temperatura da parede de gesso em função da temperatura da estufa. A amostra comercial apresentou redução de 54,2 °C e a amostra F40T1020 apresentou redução de 54,3 °C e a parede de gesso da fachada tradicional apresentou valor de 16,2 °C. Estes resultados demonstraram que os ensaios com as fachadas ventiladas apresentaram ser mais eficientes do que a fachada tradicional. Os valores de ΔT das temperaturas do termopar T5 em relação à temperatura da estufa estão expressas na Fig. 7b, para as três fachadas. Observou-se que ocorreu uma redução da temperatura da caixa de madeira com a existência das fachadas ventiladas, em relação à fachada tradicional, como também é mostrado nos resultados da Tabela VII. A redução de temperatura da fachada tradicional foi de 48,9 °C, da fachada comercial de 56,2 °C e da amostra F40T1020 foi de 60,4 °C. Com estes resultados observou-se que os resultados com as fachadas ventiladas demonstraram ser mais eficientes do que a fachada tradicional.

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    +Figura 7:
    Resultados de ΔT das temperaturas do termopar T4, parede de gesso com os revestimentos (a), e termopar T5, caixa de madeira (b), em função da temperatura da estufa T1 para a fachada tradicional e fachadas ventiladas com amostras comercial e F40T1020.
    Figure 7:
    ΔT results of the temperatures of thermocouple T4, plaster wall with coatings (a), and thermocouple T5, wooden box (b), as a function of oven temperature T1 for the traditional facade and ventilated facades with commercial and F40T1020 samples.
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    Caracterização ambiental: esta caracterização é determinante para a aplicação de fato dos materiais produzidos. Por isso, foram realizadas as caracterizações ambientais, tanto dos resíduos de vidro e lama de cal quanto da composição com maior potencial de aplicação, ou seja, da amostra F40T1020. Para os resíduos, inicialmente foi avaliado o pH a partir da análise de extrato lixiviado. O pH da lama de cal foi 11, do resíduo de vidro foi 8, enquanto da referência (água) foi 7. Desta forma, as amostras apresentaram pH inferior a 12,5 e superior a 2,0 demonstrando que os materiais não são corrosivos, conforme descrito na NBR 10004 2525 NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).. Para os resíduos de vidro e lama de cal, a análise de toxicidade usou o parâmetro de confiabilidade *=p<0,05 (95% de confiabilidade que o material é tóxico se comparado com a referência - água). Tanto para os ensaios de Allium cepa L. (cebola) quanto para a Lactuca satica L. (alface), este parâmetro de confiabilidade foi utilizado. O pós-teste de Dunnet elenca os níveis de confiabilidade em 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.: **=p<0,01 (99%); ***=p<0,001 (99,9%); ****=p<0,0001 (99,99%). Para analisar os efeitos subcrônicos, utilizaram-se Allium cepa L. e Lactuca satica L. Nas amostras utilizando Allium cepa L., foram colocadas 7 cebolas para cada resíduo e 7 para o grupo de referência, onde as mesmas foram expostas por 7 dias à concentração dos efluentes. As Figs. 8a a 8c apresentam os resultados do ensaio com Allium cepa L., dos efeitos tóxicos dos efluentes e do grupo controle, no quesito germinação de raízes, ganho de massa e tamanho. Na germinação das raízes (Fig. 8a), a lama de cal cresceu similar ao grupo controle, porém o vidro aparentou uma diminuição na germinação. As massas das raízes dos recém-nascidos do efluente da lama de cal apresentaram diminuição se comparadas com as raízes dos recém-nascidos do grupo controle (Fig. 8b). O vidro apresentou similaridade com o grupo controle. A Fig. 8c apresenta uma diminuição de comprimento dos efluentes de vidro e lama de cal em relação ao grupo controle. Portanto, os resultados indicaram que os efluentes podem ser tóxicos para as plantas superiores, onde demonstrou ser tóxica com 99% (**) de confiabilidade, conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet. Nas amostras utilizando Lactuca satica L., foram colocadas 10 sementes para cada resíduo e 10 para o grupo de controle, onde as mesmas foram expostas por 3 dias aos efluentes 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.. A Fig. 8d apresenta os resultados no quesito germinação das raízes de Lactuca satica L. As sementes dos efluentes de lama de cal e de vidro germinaram de forma similar, quando comparadas com o grupo controle. No crescimento, as sementes dos efluentes apresentaram uma diminuição principalmente no quesito radículas, quando comparadas com o grupo controle (Fig. 8f). Conforme Fig. 8d, ocorreu uma diminuição do crescimento total das raízes dos efluentes de vidro e lama de cal, quando comparadas ao grupo controle. As Figs. 8d e 8f demonstram que a lama de cal é tóxica com 99% de confiabilidade (**) e o resíduo de vidro apresenta ser tóxico com 99,99% de confiabilidade (****), conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet.

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    +Figura 8:
    Efeitos tóxicos dos efluentes do resíduo de vidro, lama de cal, placa cerâmica F40T1020 e referência na Allium cepa L. (a-c) e em sementes de Lactuca satica L. (d-f).
    Figure 8:
    Toxic effects of effluents of glass residue, lime mud, ceramic plate F40T1020, and reference on Allium cepa L. (a-c) and in seeds of Lactuca satica L. (d-f).
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    Para a caracterização ambiental da amostra F40T1020, observou-se que o material lixiviado apresentou pH 7, assim o define como não corrosivo 2525 NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).. Nesta amostra, a análise de toxicidade usou o parâmetro de confiabilidade *=p<0,05 (95% de confiabilidade que o material é tóxico se comparado com a referência - água), conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.. Este requisito foi utilizado tanto para a Allium cepa L. (cebola) quanto para a Lactuca satica L. (alface). As Figs. 8a a 8c mostram os resultados de toxicidade da placa cerâmica para a Allium cepa L. A massa apresentou diminuição (Fig. 8b). O comprimento das raízes também apresentou diminuição, quando comparado com o grupo controle (Fig. 8c). Quando o efluente da placa cerâmica foi submetido ao ensaio de toxicidade, o mesmo não apresentou toxicidade, segundo os parâmetros do pós-teste de Dunnet. O intuito do trabalho foi a substituição de uma matéria-prima comercial por resíduo. Com o ensaio de ecotoxicidade com a Allium cepa L., concluiu-se que pode ser retirado um resíduo tóxico do ambiente, concedendo um novo uso, gerando uma placa não tóxica. As Figs. 8d a 8f mostram os resultados do ensaio de toxicidade com sementes de Lactuca satica L. A Fig. 8d demonstra que ocorreu diminuição no tamanho das raízes primárias em comparação com o grupo controle. Segundo os dados de confiabilidade do pós-teste de Dunnet, a placa cerâmica foi considerada tóxica em 99,99% (****). A Fig. 8f demonstra que ocorreu diminuição no tamanho das radículas na placa em estudo em relação ao grupo controle, mostrando ser tóxica com 99,99% (****) de confiabilidade, segundo o pós-teste de Dunnet. Fazendo-se uma comparação entre os resultados de toxicidade da Allium cepa L. e da Lactuca satica L., a toxicidade empregada para placa cerâmica na análise com a Lactuca satica L. pode estar associada ao fato de que a mesma seja mais sensível que a Allium cepa L.

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    CONCLUSÕES

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    Foi possível produzir com sucesso placas porosas a partir de uma massa cerâmica com adição de resíduos de vidro e de lama de cal em substituição ao fundente e como agente porogênico, respectivamente. A análise estatística mostrou que a tensão de ruptura à flexão foi influenciada pela temperatura de sinterização. Os resultados demonstraram que a formulação sinterizada a 860 °C apresentou tensão de ruptura à flexão de 0,3 MPa, enquanto a formulação com 40% de lama de cal queimada a 1020 °C obteve tensão de ruptura à flexão de 11,4 MPa, indicando um aumento de ~4000%. A formulação com 20% de lama de cal queimada a 860 °C apresentou porosidade de 32,2%, enquanto a formulação com 40% de lama de cal queimada a 1020 °C apresentou porosidade de 39,7%, indicando que a adição de lama de cal na formulação das placas cerâmicas influenciou na porosidade final das peças. Os ensaios térmicos demonstraram que o uso de placas cerâmicas porosas no sistema desenvolvido apresentou diminuição de temperatura no interior da estrutura de 7,5% em relação ao ensaio com uma placa comercial, indicando que o uso de placas cerâmicas porosas pode proporcionar maior isolamento térmico no interior da edificação com a parte externa. A placa cerâmica em estudo não apresentou toxicidade para Allium cepa L., porém para Lactuca satica L. demonstrou ser tóxica. A toxicidade empregada para placa cerâmica na análise com a Lactuca satica L. pode estar associada ao fato desta ser mais sensível que a Allium cepa L., indicando que com a rota proposta foi possível tornar um resíduo caracterizado como tóxico em uma placa cerâmica porosa não tóxica. Os resultados mostraram que as placas cerâmicas porosas obtidas são candidatas em potencial para trabalhar como isolantes térmicos com propriedades apropriadas para aplicação em fachadas ventiladas.

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    REFERÊNCIAS

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    • +1
      A. Müller, O.E. Alarcon, Cerâmica 51, 320 (2005) 354.
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    • +
    • +3
      S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.
      +
    • +
    • +4
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      +
    • +
    • +5
      O.R.K. Montedo, T.O. Guidolin, A.P.N. de Oliveira, Cerâm. Ind. 23, 3 (2018) 21.
      +
    • +
    • +6
      C.M.F. Vieira, A.S.C. Morais, S.N. Monteiro, G.C.G. Delaqua, Cerâmica 62, 364 (2016) 376.
      +
    • +
    • +7
      A.P. Luz, S. Ribeiro, Matéria 13, 1 (2008) 96.
      +
    • +
    • +8
      A. Gonçalves, R. Lopes, J. Exact Sci. 21, 2 (2019) 5.
      +
    • +
    • +9
      A. Mohajerani, J. Vajna, T.H.H. Cheung, H. Kurmus, A. Arulrajah, S. Horpibulsuk, Constr. Build. Mater. 156 (2017) 443.
      +
    • +
    • +10
      G.K.O. D’Amore, M. Caniato, A. Travan, G. Turco, L. Marsich, A. Ferluga, C. Schmid, J. Clean. Prod. 165 (2017) 1306.
      +
    • +
    • +11
      M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.
      +
    • +
    • +12
      A. Mehta, D.K. Ashish, J. Build. Eng. 29 (2020) 100888.
      +
    • +
    • +13
      F.H.S.F. de Toledo, N. Venturin, L. Carlos, B.A.S. Dias, R.P. Venturin, R.L.G. Macedo, Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. 19, 7 (2015) 711.
      +
    • +
    • +14
      F. Zenikheri, A. Harabi, B. Boudaira, F. Bouzerara, A. Guechi, S.-E. Barama, L. Foughali, N. Karbona, Cerâmica 62, 363 (2016) 242.
      +
    • +
    • +15
      L.H. Buruberri, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, J. Hazard. Mater. 286 (2015) 252.
      +
    • +
    • +16
      G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.
      +
    • +
    • +17
      C. Zanelli, M. Raimondo, G. Guarini, M. Dondi, J. Non. Cryst. Solids 357, 16-17 (2011) 3251.
      +
    • +
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      J.L. Amorós Albaro, Cerâm. Ind. 6, 3 (2001) 26.
      +
    • +
    • +19
      NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).
      +
    • +
    • +20
      T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.
      +
    • +
    • +21
      L. Simão, R.F. Caldato, M.D.M. Innocentini, O.R.K. Montedo, Ceram. Int. 41, 3 (2015) 4782.
      +
    • +
    • +22
      B.C.A. Pinheiro, J.N.F. Holanda, Cerâmica 56, 339 (2010) 237.
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    • +
    • +23
      D. Menegazzo, A.P.M. Paschoal, J.O.A. Andrade, A.M. Carvalho, J.C. Gouvêa, Cerâm. Ind. 7, 1 (2002) 24.
      +
    • +
    • +24
      D.O. Vivaldini, A.A.C. Mourão, V.R. Salvini, V.C. Pandolfelli, Cerâmica 60, 354 (2014) 297.
      +
    • +
    • +25
      NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).
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    +
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    Datas de Publicação

    +
      +
    • +Publicação nesta coleção
      26 Nov 2021
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    • +Data do Fascículo
      Oct-Dec 2021
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    +
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    Histórico

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    • +Recebido
      21 Dez 2020
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    • +Revisado
      22 Mar 2021
    • +
    • +Aceito
      15 Maio 2021
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    + + + + diff --git a/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn.pt.3_0.html b/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn.pt.3_0.html new file mode 100644 index 000000000..b10efe55d --- /dev/null +++ b/tests/fixtures/htmlgenerator/table_wrap_group_and_fig_group/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn/QMyWZTMgngWRCDtVJfJH9Cn.pt.3_0.html @@ -0,0 +1,1421 @@ + + + + + + + + + + + + + +
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    +Open-access Análise de desempenho de placas cerâmicas porosas obtidas com resíduo de vidro e lama de cal para aplicação em fachadas ventiladas +

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    Performance analysis of porous ceramic plates obtained with glass residue and lime mud for application on ventilated facades

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    + + + + + +Sobre os autores +
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    Resumo

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    Desenvolveu-se uma placa cerâmica porosa utilizando resíduo de vidro e lama de cal e simulou-se a aplicação em fachada ventilada. O resíduo de vidro foi usado como substituto total (100%) do feldspato. A lama de cal foi usada como material porogênico. Foi realizado um planejamento experimental com variações de 20% a 40% de lama de cal e temperatura de queima entre 860 e 1020 °C. As placas obtidas foram submetidas a testes de tensão da ruptura à flexão e porosidade total. Na melhor condição experimental, a placa contendo 40% de lama de cal queimada a 1020 °C apresentou tensão de ruptura à flexão de 7,25 MPa, porosidade total de 37,5% e absorção de água de 21,8%. No ensaio de desempenho quanto ao isolamento térmico das placas, esta amostra apresentou melhor desempenho térmico em relação à amostra comercial avaliada.

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    Palavras-chave:
    cerâmicas porosas; lama de cal; resíduo de vidro; fachada ventilada

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    Abstract

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    A porous ceramic plate was developed using glass residue and lime mud and simulated application on a ventilated facade. The glass residue replaced 100% feldspar. Lime mud was used as a porogenic material. An experimental design was carried out with variations of 20% to 40% of lime mud and firing temperature between 860 and 1020 °C. The obtained plates were submitted to tests of flexural strength and total porosity. In the best experimental condition, the plate containing 40% of lime mud fired at 1020 °C had a flexural strength of 7.25 MPa, total porosity of 37.5%, and water absorption of 21.8%. In the thermal insulation performance test of the plates, this sample presented a better thermal performance in relation to the commercial sample evaluated.

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    Keywords:
    porous ceramics; lime mud; glass residue; ventilated facade

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    INTRODUÇÃO

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    As fachadas ventiladas são sistemas de revestimento externo não aderidos, compostos por painéis fixos a um conjunto metálico localizado na parede da edificação. Entre o revestimento e a parede forma-se um espaço vazio que canaliza a circulação do ar por convecção: o ar frio entra pela parte inferior do vão, é aquecido e sai pela parte superior, criando um efeito de isolamento térmico. As fachadas ventiladas buscam ocupar um papel importante, não só por seu potencial estético e impacto visual na construção civil, mas sim por seu potencial técnico para contribuição de uma forma decisiva no desempenho térmico e estrutural do conjunto arquitetônico da obra. Para este sistema, podem ser empregados diversos materiais, tais como as placas cerâmicas e as placas de pedras naturais, normalmente em grandes formatos 11 A. Müller, O.E. Alarcon, Cerâmica 51, 320 (2005) 354. . Habitualmente no mercado são especificados revestimentos cerâmicos (porcelanato) com absorção de água nula ou quase nula. No presente estudo, buscou-se desenvolver e analisar um revestimento cerâmico poroso a ser utilizado em sistemas de fachadas ventiladas. Esses materiais são porosos, o que proporciona maior leveza, além de ampliar o isolamento térmico e acústico.

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    Por outro lado, no setor cerâmico, a utilização de matérias-primas alternativas vem ganhando aceitação no mercado, devido principalmente à preocupação com a energia e meio ambiente por este setor 22 P. Milak, M.T. Souza, C.P. Bom, P. Mantas, F. Raupp-Pereira, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 63, 368 (2017) 490.. Muitos trabalhos são encontrados na literatura demonstrando a capacidade da área cerâmica agregar reíduos ao seu processo produtivo 33 S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.), (44 A.C.P. Galvão, A.C.M. Farias, J.U.L. Mendes, Cerâmica 61, 359 (2015) 367.. A adição de resíduos de vidro também chama atenção neste setor 55 O.R.K. Montedo, T.O. Guidolin, A.P.N. de Oliveira, Cerâm. Ind. 23, 3 (2018) 21.)- (77 A.P. Luz, S. Ribeiro, Matéria 13, 1 (2008) 96.. Mundialmente, o montante de vidro descartado representa aproximadamente 7,5% do peso total do lixo doméstico. Os valores no Brasil são estimados em 5,57 kg/habitante/ano. Já nos EUA a estimativa é de 30 kg/habitante/ano. O Brasil produz em média 1.332.827 ton de embalagens de vidro por ano, sendo que atualmente o destino deste material é o aterro sanitário. Cabe ressaltar que no Brasil são descartados 47% das embalagens de vidro em aterros, tornando este resíduo um problema tanto do ponto de vista financeiro quanto ambiental 88 A. Gonçalves, R. Lopes, J. Exact Sci. 21, 2 (2019) 5.. O descarte de resíduos de vidro tornou-se um dos principais motivos que contribui para a preocupação, devido à crescente demanda por espaço de aterro e recursos. Embora o vidro seja um material inerte, todos os produtos de vidro têm uma vida útil limitada, o que leva muitos pesquisadores a procurar maneiras de redirecionar a quantidade de resíduos de vidro descartada em aterros sanitários 99 A. Mohajerani, J. Vajna, T.H.H. Cheung, H. Kurmus, A. Arulrajah, S. Horpibulsuk, Constr. Build. Mater. 156 (2017) 443.)- (1111 M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.. Assim, com a reutilização do vidro, tem-se a possibilidade de produção de novos materiais, por exemplo, produtos com excelentes propriedades acústicas, térmicas e mecânicas 1010 G.K.O. D’Amore, M. Caniato, A. Travan, G. Turco, L. Marsich, A. Ferluga, C. Schmid, J. Clean. Prod. 165 (2017) 1306. ), (1111 M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.. Uma outra possibilidade é a utilização do resíduo de vidro em substituição ao fundente, como o feldspato, em massas cerâmicas, uma vez que os vidros em sua composição apresentam altos teores de óxido de sódio 1212 A. Mehta, D.K. Ashish, J. Build. Eng. 29 (2020) 100888.. Paralelamente ao uso de materiais alternativos na massa cerâmica, para obtenção de cerâmicas porosas é necessária a adição de agentes porogênicos. Neste sentido, o resíduo de lama de cal é constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3) e possui outros óxidos em pequenas proporções como Al2O3, MgO, Fe2O3 e CaO, cujo teor pode variar de acordo com a eficiência do processo 1313 F.H.S.F. de Toledo, N. Venturin, L. Carlos, B.A.S. Dias, R.P. Venturin, R.L.G. Macedo, Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. 19, 7 (2015) 711.. O CaCO3 é tradicionalmente conhecido como um agente porogênico 33 S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.), (1414 F. Zenikheri, A. Harabi, B. Boudaira, F. Bouzerara, A. Guechi, S.-E. Barama, L. Foughali, N. Karbona, Cerâmica 62, 363 (2016) 242.. O resíduo de lama de cal é proveniente da indústria de papel e celulose, onde a cada 5,5 ton de celulose produzidas gera aproximadamente 1 ton de resíduo, sendo o mesmo descartado na natureza 1515 L.H. Buruberri, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, J. Hazard. Mater. 286 (2015) 252..

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    Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar o emprego de placas cerâmicas porosas obtidas a partir da adição de resíduos de vidro e lama de cal, com relação ao seu desempenho mecânico e térmico em fachada ventilada. Vale salientar que a obtenção da porosidade nas placas com o uso de lama de cal como agente porogênico, somada a inserção de resíduo de vidro substituindo totalmente o feldspato, é uma opção ainda não observada na literatura.

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    MATERIAIS E MÉTODOS

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    Materiais de partida e caracterização: para a confecção das placas cerâmicas porosas, as matérias-primas utilizadas foram caulim, argila plástica, quartzo, com grau de pureza industrial (Colorminas Colorífico e Mineração), lama de cal fornecida por uma empresa de papel e celulose localizada no planalto serrano de Santa Catarina, Brasil, e vidro tipo soda-cal fornecido por uma vidraçaria localizada no município de Tubarão/SC, Brasil. Apenas o vidro foi moído com um moinho gira jarros (CE-500/D, CienlaB) com bolas de zircônia durante 20 min. As demais matérias-primas e resíduos já se encontravam em pó, passante em peneira de malha 500 μm (35 mesh). A caracterização química dos materiais foi realizada por espectroscopia por fluorescência de raios X (FRX, WRFDX Axios Max, Panalytical). A caracterização mineralógica foi realizada por difração de raios X (DRX, XRD 6000, Shimadzu), tensão de 30 kV e corrente de 30 mA. A análise foi feita de 3° a 80° (2θ) com velocidade de 0,02 º/s. O tamanho de partícula dos resíduos foi determinado por granulometria a laser (PSA 1064, CILAS). O comportamento térmico foi avaliado por análise termogravimétrica (TG, SDT Analyzer Q600, TA Instrum.), com taxa de aquecimento de 10 ºC/min em atmosfera de ar sintético. Para o resíduo de vidro e a lama de cal, o ensaio foi realizado de 30 a 1495 ºC.

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    Definição e caracterização das composições: as composições cerâmicas foram obtidas com 45% de argila plástica, 3% de quartzo, 12% de caulim e 40% de resíduo de vidro. A lama de cal foi utilizada em três diferentes teores (20, 30 e 40%) a partir da melhor composição obtida por Milak et al. 1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416., que foi considerada como referência ao nosso trabalho. A Tabela I apresenta as formulações das massas cerâmicas confeccionadas 1717 C. Zanelli, M. Raimondo, G. Guarini, M. Dondi, J. Non. Cryst. Solids 357, 16-17 (2011) 3251.. As temperaturas de queima foram definidas no ensaio de dilatometria óptica (Misura 3 HSM 1600-50, Expert Syst. Solut.) em amostras de cada composição (F20, F30, F40) com dimensões de 15x5x3 μm, de 25 a 1295 ºC, com uma taxa de aquecimento de 10 ºC/min. Determinou-se que as temperaturas de sinterização estudadas seriam de 860, 940 e 1020 ºC. Foi desenvolvido um planejamento experimental para analisar o teor de lama de cal e a temperatura de queima necessários para obter uma placa cerâmica porosa com resistência mecânica para a aplicação sugerida. O modelo selecionado foi o fatorial 2k com um ponto central em duplicata, onde se teve o fatorial k em dois níveis. Neste caso houve duas variáveis: a lama de cal utilizada em três proporções (20%, 30% e 40%) e a temperatura de queima, determinada por meio do ensaio de dilatometria óptica. Essas variáveis foram analisadas em dois níveis (-1 e +1), com objetivo de se obter o planejamento fatorial de 22 (1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.. Desta forma, a variável de resposta foi a porosidade das placas cerâmicas, tendo assim dois níveis para cada fator e dois pontos centrais demostrados na Tabela II.

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    +Tabela I
    Formulação (% em massa) das composições F20, F30 e F40.
    Table I
    Formulation (wt%) of the compositions F20, F30, and F40.
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    +Tabela II
    Nomenclatura das composições cerâmicas estudadas.
    Table II
    Sample code of the studied ceramic compositions.
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    Inicialmente, foi feita a secagem das matérias-primas individuais e dos resíduos em uma estufa (CE-220/100, CienlaB) a 100±5 ºC por 24 h. Em seguida, a argila foi destorroada manualmente em um almofariz e pesada para elaboração da barbotina; já o vidro foi submetido ao processo de moagem à seco, utilizando o moinho de jarros com intervalo de tempo variando de 10 em 10 min e para um tempo total de moagem de 60 min. A suspensão (barbotina) foi feita com 50% de teor de sólidos e submetida à agitação mecânica de 20 rpm por 15 min. Após esse período, a barbotina foi encaminhada novamente à estufa a 100±5 ºC por 24 h. Posteriormente à secagem, a massa cerâmica seca foi desagregada e destorroada manualmente, utilizando-se um almofariz para obtenção de uma massa cerâmica em pó. Este foi então umedecido com 10% de água com o auxílio de um pulverizador para obtenção de uma massa cerâmica úmida. Esta foi passada em uma peneira de malha 500 μm (35 mesh), sendo em seguida colocada em um saco plástico e posteriormente lacrado para homogeneização da umidade (por 24 h). A etapa de prensagem foi feita em uma prensa hidráulica (GT 0785, Gabrielli). O processo de prensagem ocorreu em três etapas, sendo usada na primeira etapa uma pressão de 5 MPa, na segunda 5 MPa e na terceira 6 MPa. Foram preparados 5 corpos de prova para cada formulação com valores médios de 118,57 μm de largura, 61,77 μm de altura e 3,14 μm de espessura. Os corpos foram secados em uma estufa a 80 °C por 24 h. Em seguida, foram queimados nas temperaturas de 860, 940 e 1020 ºC, com taxa de aquecimento de 10 ºC/min e tempo de permanência na temperatura máxima de 5 min. Após a queima as placas cerâmicas porosas obtidas foram submetidas à caracterização 1818 J.L. Amorós Albaro, Cerâm. Ind. 6, 3 (2001) 26..

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    A densidade aparente, ϱap (g/cm3), foi obtida a partir do método geométrico. Neste caso, as dimensões das peças foram medidas com paquímetro, onde foram tomadas três medidas para cada dimensão, e a massa da amostra pesada em uma balança (BL3200H, Marte) com precisão de 0,01 g; a densidade foi calculada por 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).:

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    + ρap=mv + (A) +
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    onde m é a massa corpo de prova (g) e v o volume corpo de prova (cm3). A densidade real, ϱreal (g/cm3), foi obtida por picnometria a gás hélio (Ultrapyc 1200e, Quantachrome), em que a mesma foi calculada a partir do pó triturado das amostras queimadas. O volume real do sólido foi determinado por variação da pressão de gás em uma câmara de volume conhecido. Essa técnica pode ser utilizada mesmo o sólido sendo poroso. A densidade real foi medida para cada temperatura de queima. O cálculo da porosidade total, εt (%), foi obtido com a relação entre a densidade aparente a seco e a densidade real por:

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    + εt=ρapρreal·100 + (B) +
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    A difração de raios X foi utilizada para investigar as fases cristalinas obtidas após a queima. Para selecionar a composição com maior potencial de aplicação, utilizou-se o planejamento estatístico com os resultados dos ensaios de porosidade e tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova das seis formulações. Os resultados das variáveis de respostas foram analisados com o software Estatística v.7 (StatSoft). Foi adotado um valor de p≤0,05, mostrando um nível de significância igual ou maior que 95%. Para a escolha da condição experimental foi estudada a análise de variância e a superfície de resposta da tensão de ruptura à flexão e porosidade. Após a definição, foram confeccionados novos corpos de prova, queimados nas condições adequadas com o objetivo de se efetuar a avaliação do desempenho a partir de análises de densidade aparente, real e porosidade, conforme descrito. Além disso, foi realizado o ensaio de absorção de água de acordo com a norma ABNT NBR 13818, anexo B. Foram utilizados 4 corpos de prova para este teste. A absorção de água, Abs (%), foi calculada de acordo com:

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    + Abs%=m2-m1m1·100 + (C) +
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    onde m1 é a massa seca (g) e m2 a massa saturada (g). A avaliação da microestrutura da peça cerâmica da formulação escolhida foi realizada em microscópio eletrônico de varredura (MEV, EVO-MA10, Zeiss). A tensão de ruptura à flexão das placas de cerâmicas porosas após a queima foi determinada utilizando-se uma máquina de ensaios universal (DL10000, Emic) com base na norma ASTM 1161-02. Para o módulo de elasticidade foi utilizado um equipamento Sonelastic (ATCP Eng. Fís.).

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    O ensaio de comportamento térmico teve como objetivo reproduzir uma fachada normal e uma fachada ventilada e simular o isolamento térmico de uma fachada ventilada com uma placa cerâmica porosa produzida neste trabalho, comparando-a com uma placa cerâmica comercial. O porcelanato Laminum (Eliane Revest.) foi utilizado como material de referência. Para isso, foi desenvolvido um aparato instrumental (Fig. 1) constituído de duas caixas de madeira e uma estrutura metálica para fixar as placas cerâmicas. Como fonte de calor, foi utilizada uma estufa (EL-1.3, Odontobrás) com precisão de controle de ±15 ºC, que foi programada na temperatura de 75 ºC em um ambiente com temperatura controlada em 21 ºC. Foi utilizado um registrador de dados (FieldLogger, Novus) para leitura e armazenamento dos dados dos termopares. Foram alocados um termopar no centro da estufa (T1), um termopar no centro das peças cerâmicas (T2), um termopar no centro da câmera de ar (T3), um termopar no centro da parede de gesso (T4) e um termopar na caixa 2 (T5). As placas cerâmicas apresentaram dimensões de 120x62x3 μm. Estas foram fixadas com 1 μm de espaçamento entre cada placa, utilizando selante refratário resistente à temperatura. Também foi investigada a influência da distância entre a parede de placas cerâmicas até a caixa 2 sobre a temperatura no interior da caixa 2. Para isso, foram feitas variações nas distancias de 5, 7,5 e 10 cm. Com os dados de temperatura dos ensaios foram calculadas as variações de temperatura por:

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    + ΔT=Mtt-Mte + (D) +
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    onde ΔT é a variação de temperatura (°C), Mtt a média de temperatura do termopar (°C) e Mte a média de temperatura da estufa (°C). As variações das temperaturas representaram a redução de temperatura de cada termopar em relação à temperatura do termopar T1 (estufa).

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    +Figura 1:
    Esquema do aparato térmico mostrando detalhes da caixa de madeira e estufa.
    Figure 1:
    Schematic of the thermal apparatus showing details of the wooden box and oven.
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    Caracterização ambiental: a caracterização ambiental do resíduo de vidro e lama de cal ocorreu por ensaio ecotoxicológico utilizando Allium cepa L. (cebola) e Lactuca satica L. (alface) como bioindicadores [20]. Foram misturados 50 g do resíduo de vidro em 1 L de água destilada em um recipiente. Da mesma forma ocorreu com a lama de cal. As misturas permaneceram em mesa agitadora microprocessada (Q225M, Quimis) com velocidade de 100 rpm por 24 h. Após o tempo de agitação, a filtragem destas soluções ocorreu com auxílio de uma bomba de vácuo (Prismatec). Os lixiviados foram usados ao longo do estudo. O pH dos lixiviados foi determinado com o uso de fita universal de pH (MColorpHast). A inibição do crescimento radicular em Allium cepa L. foi observada para examinar a toxicidade subcrônica no efluente. Para este ensaio, foi removido todo o material constituído por raízes velhas presas ao bulbo. Foram removidas as cascas (catafilo externo) secas da cebola. Em seguida foram utilizados 7 bulbos para cada resíduo e para o grupo controle. Em tubos cônicos tipo Falcon, os bulbos foram expostos a 50 mL do efluente de cada resíduo e do grupo controle, à temperatura ambiente por 7 dias, em local fechado e ao abrigo da luz. O grupo de controle negativo correspondeu à água mineral comercial. As soluções de efluentes foram substituídas diariamente. Ao final do período de exposição, o comprimento da raiz mais longa de cada bulbo e a massa total de todas as raízes foram medidos e comparados ao grupo controle. Para a análise do crescimento radicular, foi removido com um bisturi o material constituído de raízes novas que estavam presas ao prato (disco) do bulbo. Foi registrado o número de raízes crescidas em cada bulbo. Com auxílio de um paquímetro digital Caliper 150 μm (6”), com precisão de 0,01 μm, foi coletado o tamanho da maior raiz e com uma balança analítica eletrônica (FA-2104N, Bioprecisa), com leitura de 0,0001 g, foi obtida a massa de todas as raízes. Foi realizada a análise estatística usando-se a análise de variância (ANOVA), complementada com o pós-teste de Dunnet dos parâmetros: número de raízes, massas das raízes e comprimento da maior raiz, em relação às amostras de controle. Para o ensaio com Lactuca satica L., foi cortado um disco de papel-filtro e disposto em placa de Petri (90 μm). Com auxílio de uma pipeta automática, o papel foi embebido em 2 mL da amostra do efluente em estudo. Cada efluente (lama de cal e vidro) e grupo de controle foram colocados em uma placa de Petri. Para o grupo controle foi usada a água mineral comercial. Foram colocados sobre cada placa 10 sementes de alface Grand Rapids TBR (Feltrin Sementes), que foram expostas à temperatura ambiente por 3 dias em local fechado e ao abrigo da luz. Para a análise do crescimento da raiz primária, foram registrados os números de sementes germinadas e não germinadas em cada placa e o crescimento das mudas. Para cada raiz germinada, foi medida a radícula e o hipocótilo com o uso de um paquímetro digital Caliper 150 μm (6”), com precisão de 0,01 μm. Foi realizada a análise estatística usando-se a análise de variância (ANOVA) complementada com o pós-teste de Dunnet da porcentagem de germinação e o crescimento em cada tratamento, sempre comparados ao grupo controle. Todos os resultados dos bioensaios foram analisados no software GraphPad Prism 5.0.

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    RESULTADOS E DISCUSSÃO

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    Caracterização dos materiais: a Tabela III apresenta as composições químicas da lama de cal, resíduo de vidro, caulim, argila e quartzo utilizados. A lama de cal possuiu em sua composição 52,47% de CaO, com uma perda ao fogo de 42,28% devido à calcinação do carbonato de cálcio. O vidro foi composto por 71,04% de sílica (SiO2), além de apresentar 12,53% de Na2O e 3,86% de MgO. A perda ao fogo do vidro foi de 2,01%. O caulim possuiu em sua composição 47,21% de SiO2 e 38,45% de Al2O3, com uma perda ao fogo de 13,1%. A argila foi composta por 68,77% de SiO2, além de apresentar 19,8% de Al2O3, com uma perda ao fogo de 7,03%. O quartzo foi composto majoritariamente de SiO2 (98,89%), com baixa perda ao fogo (0,16%). A Fig. 2a mostra o difratograma de raios X do resíduo de vidro utilizado. Foi possível observar a ausência de fases cristalinas, indicando que o resíduo apresentou característica amorfa, como esperado 44 A.C.P. Galvão, A.C.M. Farias, J.U.L. Mendes, Cerâmica 61, 359 (2015) 367.. A presença de CaO no resíduo lama de cal pôde ser confirmada na análise mineralógica, que mostrou majoritariamente a presença da fase calcita (CaCO3), conforme apresentado na Fig. 2b.

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    +Tabela III
    Composição química (% em massa) das matérias-primas comerciais e resíduos utilizados na confecção das placas cerâmicas porosas.
    Table III
    Chemical composition (wt%) of commercial raw materials and residues used in the preparation of porous ceramic plates.
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    +Figura 2:
    Difratogramas de raios X do pó de vidro (a) e lama de cal (b).
    Figure 2:
    X-ray diffraction patterns of glass powder (a) and lime mud (b).
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    Caracterização das composições: as composições químicas (obtidas por balanço de massa) para as formulações F20, F30 e F40 estão apresentadas na Tabela IV, que mostra que os óxidos de silício e alumínio foram predominantes nas composições. Outro ponto importante nas composições foi a presença de CaO, Na2O, MgO e K2O, como agentes de fluxo. Estes agentes podem modificar o comportamento térmico do material, aumentando a retração linear, ou seja, diminuindo a temperatura de sinterização 2121 L. Simão, R.F. Caldato, M.D.M. Innocentini, O.R.K. Montedo, Ceram. Int. 41, 3 (2015) 4782.. A Fig. 3 apresenta o gráfico da perda de massa das formulações F20, F30 e F40. Ocorreu perda de massa de 9% a 700 °C na formulação F20, 10,5% a 723 °C na F30 e 12% a 721 °C na F40, devido à reação decomposição do CaCO3 (calcita) gerando CO2. Ocorreram as seguintes perdas de massa total: 13% para F20, 15,5% para F30 e 17,5% para F40. Os resultados da análise granulométrica das formulações estudadas mostraram que a formulação F20 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 2,05 μm, com 50% abaixo de 12,17 μm e 90% abaixo de 67,09 μm, chegando a 100% abaixo de 240 μm; a formulação F30 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 2,04 μm, com 50% abaixo de 12,63 μm e 90% abaixo de 69,94 μm, chegando a 100% abaixo de 300 μm; e a formulação F40 possuiu 10% das partículas com granulometria inferior a 1,95 μm, com 50% abaixo de 11,92 μm e 90% abaixo de 57,02 μm, chegando a 100% abaixo de 180 μm.

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    +Tabela IV
    Composição química a verde das formulações F20, F30 e F40 (% em massa).
    Table IV
    Green chemical composition of formulations F20, F30, and F40 (wt%).
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    +Figura 3:
    Curvas de TG das formulações F20, F30 e F40.
    Figure 3:
    TG curves of formulations F20, F30, and F40.
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    Os resultados da análise de difração de raios X das seis formulações desenvolvidas são mostradas na Fig. 4. Observou-se a presença majoritária de albita (NaAlSi3O8, JCPDS 9-0466), microclínio (KAlSi3O8, JCPDS 19-0932) e quartzo (SiO2, JCPDS 46-1045), também identificados por Milak et al. 1616 G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.. Além disso, foi possível afirmar que para todas as formulações o aumento da temperatura de queima influenciou na diminuição das reflexões características de albita, microclínio e quartzo. Para as amostras F20, F30 e F40 também foram observadas reflexões características de wollastonita (CaSiO3, JCPDS 27-0088). Observou-se que com o aumento do teor da lama de cal das formulações ocorreu o aumento na intensidade das reflexões características da wollastonita, tomando-se como base as alturas relativas das reflexões em cada difratograma.

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    +Figura 4:
    Difratogramas de raios X das formulações estudadas. ◊ albita; ▲ microclínio; ● quartzo; ■ wollastonita.
    Figure 4:
    X-ray diffraction patterns of the studied formulations. ◊ albite; ▲ microcline; ● quartz; ■ wollastonite.
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    A Tabela V mostra os resultados experimentais das seis formulações dos ensaios de densidade aparente a seco, porosidade e tensão de ruptura à flexão. A formulação F40 apresentou densidade aparente de 1,50 g/cm3, enquanto a formulação F20 apresentou uma densidade aparente de 1,76 g/cm3, demonstrando que a adição de lama de cal proporcionou uma maior geração de poros. A lama de cal é constituída majoritariamente por CaCO3, que durante a etapa de queima libera CO2, sendo este responsável por formar poros. As formulações F20T1020 e F40T1020 apresentaram tensão de ruptura à flexão de 11,4±2,0 e 8,6±1,9 MPa, respectivamente, indicando que o aumento do teor de lama de cal diminuiu a tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. Tal fato foi devido ao maior volume de poros formados com o aumento do teor de lama de cal. A presença de maior volume de poros nas placas reduziu a área da seção transversal na qual a carga foi aplicada e atuou como concentradores de tensão 2222 B.C.A. Pinheiro, J.N.F. Holanda, Cerâmica 56, 339 (2010) 237., diminuindo a resistência. A tensão de ruptura à flexão das formulações F20T860 e F20T1020 foram de 5,2±2,1 e 11,4±2,0 MPa, respectivamente, indicando que o aumento da temperatura de sinterização ocasionou um aumento da tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. O aumento da temperatura de sinterização ocasionou um aumento da fração de fase líquida no interior das placas cerâmicas, contribuindo para o aumento da resistência.

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    + +
    +Tabela V
    Resultados de densidade aparente (ϱap), porosidade (εt) e tensão de ruptura à flexão (TRF) em relação ao teor de lama de cal e à temperatura de sinterização (TS).
    Table V
    Results of apparent density (ϱap), porosity (εt), and flexural strength (TRF) in relation to the lime content and sintering temperature.
    +
    +
    +

    +

    Análise estatística: a Tabela VI apresenta os resultados da análise de variância para a influência do teor de lama de cal e temperatura de sinterização sobre a porosidade e tensão de ruptura à flexão das placas cerâmicas porosas. O valor de p mostrou uma significância de 99,85% de confiabilidade, indicando que a adição de lama de cal influenciou diretamente na porosidade das placas cerâmicas. Por outro lado, para temperatura de sinterização foi obtido um p de 38,61%, indicando que a temperatura não apresentou significância para obtenção de poros nas placas cerâmicas. Na tensão de ruptura à flexão, os resultados mostraram que o valor de p foi de 98,84% para o efeito da lama de cal e de 99,67% para a temperatura de sinterização, indicando que as duas variáveis influenciaram. Analisando-se os parâmetros do fator de Fisher, a temperatura de sinterização apresentou um valor de 298,02 e o teor de lama de cal apresentou um valor de 84,81, concluindo-se que a temperatura de sinterização foi a variável que mais influenciou no aumento da tensão de ruptura à flexão das formulações. Os resultados da análise de variância mostraram que a formulação F40T1020 apresentou uma melhor relação entre o volume de poros aliado com tensão de ruptura à flexão. Para a resistência mecânica ser aceitável, comparou-se com placas de pedras naturais porosas que apresentaram uma tensão de ruptura à flexão de 7,4 MPa (23). Portanto, a formulação F40T1020 foi escolhida para dar sequência ao estudo.

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    +Tabela VI
    Resultados da análise de variância para a porosidade e tensão de ruptura à flexão.
    Table VI
    Results of analysis of variance for porosity and flexural strength.
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    +
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    +

    Avaliação do desempenho das características finais da placa selecionada: a placa cerâmica selecionada apresentou densidade aparente de 1,63 g/cm3, porosidade total de 37,5% e absorção de água de 21,8% 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).. Além disso, o resultado de tensão de ruptura à flexão foi de 7,2±4,1 MPa e o módulo de elasticidade de 10,7±5,3 GPa. A micrografia referente a F40T1020 (Fig. 5) mostra a homogeneidade da peça cerâmica, onde é possível observar a presença de poros em toda a amostra. Trata-se de uma microestrutura característica da superfície de fratura, onde se nota uma estrutura porosa 1919 NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).. Ficou evidente que a placa cerâmica porosa F40T1020 apresentou aparentemente dois tipos de poros: poros arredondados (PA) oriundos da descarbonatação do carbonato de cálcio e poros irregulares (PI) ocasionados pelo processo de prensagem (Fig. 5).

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    + +
    +Figura 5:
    Imagem de MEV da amostra F40T1020.
    Figure 5:
    SEM image of the F40T1020 sample.
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    A Tabela VII apresenta os resultados do desempenho da placa cerâmica porosa (F40T1020) e da amostra de porcelanato comercial quanto ao isolamento térmico. Os resultados mostraram que a variável distância da câmara de ar não influenciou na variação da temperatura, não interferindo nos resultados de isolamento térmico. Os dados também demonstraram que para uma distância da câmara de ar de 5 cm, o valor de ΔT5 para o ensaio de fachada ventilada com a placa cerâmica porosa F40T1020 foi de 60,4 °C, enquanto para a cerâmica comercial o valor do ΔT5 foi de 56,2 °C. Tais informações sugeriram que a utilização da placa cerâmica porosa, em relação à placa cerâmica comercial em fachadas ventiladas, tende a proporcionar um maior conforto térmico no interior de uma edificação. A redução de temperatura dos termopares foi expressa pela variação de cada termopar. Esta redução se deu em relação à temperatura T1 da estufa (Fig. 6). Nos ensaios realizados, o ΔT do revestimento F40T1020, onde estava localizado o T2, demonstrou maior redução de temperatura, conforme demonstrado pela linha de tendência (Fig. 6). Analisando-se os dados descritos na Tabela VII, a redução de temperatura (ΔT) foi de 23,2 °C para a amostra comercial e 24,4 °C para a amostra F40T1020. Pôde-se concluir que a amostra F40T1020 apresentou maior eficiência em relação à amostra do porcelanato comercial. Isto ocorreu devido à menor condutividade térmica dos materiais cerâmicos porosos em relação aos materiais cerâmicos densos 2424 D.O. Vivaldini, A.A.C. Mourão, V.R. Salvini, V.C. Pandolfelli, Cerâmica 60, 354 (2014) 297. .

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    + +
    +Tabela VII
    Resultados de ΔT no T2, T4 e T5 em função da temperatura T1.
    Table VII
    Results of ΔT in T2, T4, and T5 as a function of temperature T1.
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    + +
    +Figura 6:
    Resultados de ΔT da temperatura do termopar T2 em função da temperatura da estufa para as amostras F40T1100 e comercial.
    Figure 6:
    ΔT results of thermocouple T2 temperature as a function of oven temperature for F40T1100 and commercial samples.
    +
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    +

    +

    Os valores de ΔT das temperaturas do termopar T4 em relação ao termopar T1 são demonstrados na Fig. 7a. O termopar T4 demonstrou a temperatura da parede de gesso em função da temperatura da estufa. A amostra comercial apresentou redução de 54,2 °C e a amostra F40T1020 apresentou redução de 54,3 °C e a parede de gesso da fachada tradicional apresentou valor de 16,2 °C. Estes resultados demonstraram que os ensaios com as fachadas ventiladas apresentaram ser mais eficientes do que a fachada tradicional. Os valores de ΔT das temperaturas do termopar T5 em relação à temperatura da estufa estão expressas na Fig. 7b, para as três fachadas. Observou-se que ocorreu uma redução da temperatura da caixa de madeira com a existência das fachadas ventiladas, em relação à fachada tradicional, como também é mostrado nos resultados da Tabela VII. A redução de temperatura da fachada tradicional foi de 48,9 °C, da fachada comercial de 56,2 °C e da amostra F40T1020 foi de 60,4 °C. Com estes resultados observou-se que os resultados com as fachadas ventiladas demonstraram ser mais eficientes do que a fachada tradicional.

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    + +
    +Figura 7:
    Resultados de ΔT das temperaturas do termopar T4, parede de gesso com os revestimentos (a), e termopar T5, caixa de madeira (b), em função da temperatura da estufa T1 para a fachada tradicional e fachadas ventiladas com amostras comercial e F40T1020.
    Figure 7:
    ΔT results of the temperatures of thermocouple T4, plaster wall with coatings (a), and thermocouple T5, wooden box (b), as a function of oven temperature T1 for the traditional facade and ventilated facades with commercial and F40T1020 samples.
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    +

    Caracterização ambiental: esta caracterização é determinante para a aplicação de fato dos materiais produzidos. Por isso, foram realizadas as caracterizações ambientais, tanto dos resíduos de vidro e lama de cal quanto da composição com maior potencial de aplicação, ou seja, da amostra F40T1020. Para os resíduos, inicialmente foi avaliado o pH a partir da análise de extrato lixiviado. O pH da lama de cal foi 11, do resíduo de vidro foi 8, enquanto da referência (água) foi 7. Desta forma, as amostras apresentaram pH inferior a 12,5 e superior a 2,0 demonstrando que os materiais não são corrosivos, conforme descrito na NBR 10004 2525 NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).. Para os resíduos de vidro e lama de cal, a análise de toxicidade usou o parâmetro de confiabilidade *=p<0,05 (95% de confiabilidade que o material é tóxico se comparado com a referência - água). Tanto para os ensaios de Allium cepa L. (cebola) quanto para a Lactuca satica L. (alface), este parâmetro de confiabilidade foi utilizado. O pós-teste de Dunnet elenca os níveis de confiabilidade em 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.: **=p<0,01 (99%); ***=p<0,001 (99,9%); ****=p<0,0001 (99,99%). Para analisar os efeitos subcrônicos, utilizaram-se Allium cepa L. e Lactuca satica L. Nas amostras utilizando Allium cepa L., foram colocadas 7 cebolas para cada resíduo e 7 para o grupo de referência, onde as mesmas foram expostas por 7 dias à concentração dos efluentes. As Figs. 8a a 8c apresentam os resultados do ensaio com Allium cepa L., dos efeitos tóxicos dos efluentes e do grupo controle, no quesito germinação de raízes, ganho de massa e tamanho. Na germinação das raízes (Fig. 8a), a lama de cal cresceu similar ao grupo controle, porém o vidro aparentou uma diminuição na germinação. As massas das raízes dos recém-nascidos do efluente da lama de cal apresentaram diminuição se comparadas com as raízes dos recém-nascidos do grupo controle (Fig. 8b). O vidro apresentou similaridade com o grupo controle. A Fig. 8c apresenta uma diminuição de comprimento dos efluentes de vidro e lama de cal em relação ao grupo controle. Portanto, os resultados indicaram que os efluentes podem ser tóxicos para as plantas superiores, onde demonstrou ser tóxica com 99% (**) de confiabilidade, conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet. Nas amostras utilizando Lactuca satica L., foram colocadas 10 sementes para cada resíduo e 10 para o grupo de controle, onde as mesmas foram expostas por 3 dias aos efluentes 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.. A Fig. 8d apresenta os resultados no quesito germinação das raízes de Lactuca satica L. As sementes dos efluentes de lama de cal e de vidro germinaram de forma similar, quando comparadas com o grupo controle. No crescimento, as sementes dos efluentes apresentaram uma diminuição principalmente no quesito radículas, quando comparadas com o grupo controle (Fig. 8f). Conforme Fig. 8d, ocorreu uma diminuição do crescimento total das raízes dos efluentes de vidro e lama de cal, quando comparadas ao grupo controle. As Figs. 8d e 8f demonstram que a lama de cal é tóxica com 99% de confiabilidade (**) e o resíduo de vidro apresenta ser tóxico com 99,99% de confiabilidade (****), conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet.

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    + +
    +Figura 8:
    Efeitos tóxicos dos efluentes do resíduo de vidro, lama de cal, placa cerâmica F40T1020 e referência na Allium cepa L. (a-c) e em sementes de Lactuca satica L. (d-f).
    Figure 8:
    Toxic effects of effluents of glass residue, lime mud, ceramic plate F40T1020, and reference on Allium cepa L. (a-c) and in seeds of Lactuca satica L. (d-f).
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    Para a caracterização ambiental da amostra F40T1020, observou-se que o material lixiviado apresentou pH 7, assim o define como não corrosivo 2525 NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).. Nesta amostra, a análise de toxicidade usou o parâmetro de confiabilidade *=p<0,05 (95% de confiabilidade que o material é tóxico se comparado com a referência - água), conforme os níveis de confiabilidade do pós-teste de Dunnet 2020 T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.. Este requisito foi utilizado tanto para a Allium cepa L. (cebola) quanto para a Lactuca satica L. (alface). As Figs. 8a a 8c mostram os resultados de toxicidade da placa cerâmica para a Allium cepa L. A massa apresentou diminuição (Fig. 8b). O comprimento das raízes também apresentou diminuição, quando comparado com o grupo controle (Fig. 8c). Quando o efluente da placa cerâmica foi submetido ao ensaio de toxicidade, o mesmo não apresentou toxicidade, segundo os parâmetros do pós-teste de Dunnet. O intuito do trabalho foi a substituição de uma matéria-prima comercial por resíduo. Com o ensaio de ecotoxicidade com a Allium cepa L., concluiu-se que pode ser retirado um resíduo tóxico do ambiente, concedendo um novo uso, gerando uma placa não tóxica. As Figs. 8d a 8f mostram os resultados do ensaio de toxicidade com sementes de Lactuca satica L. A Fig. 8d demonstra que ocorreu diminuição no tamanho das raízes primárias em comparação com o grupo controle. Segundo os dados de confiabilidade do pós-teste de Dunnet, a placa cerâmica foi considerada tóxica em 99,99% (****). A Fig. 8f demonstra que ocorreu diminuição no tamanho das radículas na placa em estudo em relação ao grupo controle, mostrando ser tóxica com 99,99% (****) de confiabilidade, segundo o pós-teste de Dunnet. Fazendo-se uma comparação entre os resultados de toxicidade da Allium cepa L. e da Lactuca satica L., a toxicidade empregada para placa cerâmica na análise com a Lactuca satica L. pode estar associada ao fato de que a mesma seja mais sensível que a Allium cepa L.

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    CONCLUSÕES

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    Foi possível produzir com sucesso placas porosas a partir de uma massa cerâmica com adição de resíduos de vidro e de lama de cal em substituição ao fundente e como agente porogênico, respectivamente. A análise estatística mostrou que a tensão de ruptura à flexão foi influenciada pela temperatura de sinterização. Os resultados demonstraram que a formulação sinterizada a 860 °C apresentou tensão de ruptura à flexão de 0,3 MPa, enquanto a formulação com 40% de lama de cal queimada a 1020 °C obteve tensão de ruptura à flexão de 11,4 MPa, indicando um aumento de ~4000%. A formulação com 20% de lama de cal queimada a 860 °C apresentou porosidade de 32,2%, enquanto a formulação com 40% de lama de cal queimada a 1020 °C apresentou porosidade de 39,7%, indicando que a adição de lama de cal na formulação das placas cerâmicas influenciou na porosidade final das peças. Os ensaios térmicos demonstraram que o uso de placas cerâmicas porosas no sistema desenvolvido apresentou diminuição de temperatura no interior da estrutura de 7,5% em relação ao ensaio com uma placa comercial, indicando que o uso de placas cerâmicas porosas pode proporcionar maior isolamento térmico no interior da edificação com a parte externa. A placa cerâmica em estudo não apresentou toxicidade para Allium cepa L., porém para Lactuca satica L. demonstrou ser tóxica. A toxicidade empregada para placa cerâmica na análise com a Lactuca satica L. pode estar associada ao fato desta ser mais sensível que a Allium cepa L., indicando que com a rota proposta foi possível tornar um resíduo caracterizado como tóxico em uma placa cerâmica porosa não tóxica. Os resultados mostraram que as placas cerâmicas porosas obtidas são candidatas em potencial para trabalhar como isolantes térmicos com propriedades apropriadas para aplicação em fachadas ventiladas.

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    REFERÊNCIAS

    +
      +
    • +1
      A. Müller, O.E. Alarcon, Cerâmica 51, 320 (2005) 354.
      +
    • +
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      P. Milak, M.T. Souza, C.P. Bom, P. Mantas, F. Raupp-Pereira, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 63, 368 (2017) 490.
      +
    • +
    • +3
      S. Arcaro, A. Albertin, F.R. Cesconeto, B.G. de Oliveira Maia, C. Siligardi, A.P.N. de Oliveira, Cerâmica 62, 361 (2016) 32.
      +
    • +
    • +4
      A.C.P. Galvão, A.C.M. Farias, J.U.L. Mendes, Cerâmica 61, 359 (2015) 367.
      +
    • +
    • +5
      O.R.K. Montedo, T.O. Guidolin, A.P.N. de Oliveira, Cerâm. Ind. 23, 3 (2018) 21.
      +
    • +
    • +6
      C.M.F. Vieira, A.S.C. Morais, S.N. Monteiro, G.C.G. Delaqua, Cerâmica 62, 364 (2016) 376.
      +
    • +
    • +7
      A.P. Luz, S. Ribeiro, Matéria 13, 1 (2008) 96.
      +
    • +
    • +8
      A. Gonçalves, R. Lopes, J. Exact Sci. 21, 2 (2019) 5.
      +
    • +
    • +9
      A. Mohajerani, J. Vajna, T.H.H. Cheung, H. Kurmus, A. Arulrajah, S. Horpibulsuk, Constr. Build. Mater. 156 (2017) 443.
      +
    • +
    • +10
      G.K.O. D’Amore, M. Caniato, A. Travan, G. Turco, L. Marsich, A. Ferluga, C. Schmid, J. Clean. Prod. 165 (2017) 1306.
      +
    • +
    • +11
      M.T. Souza, B.G.O. Maia, L.B. Teixeira, K.G. de Oliveira, A.H.B. Teixeira, A.P.N. de Oliveira, Process Saf. Environ. Prot. 111 (2017) 60.
      +
    • +
    • +12
      A. Mehta, D.K. Ashish, J. Build. Eng. 29 (2020) 100888.
      +
    • +
    • +13
      F.H.S.F. de Toledo, N. Venturin, L. Carlos, B.A.S. Dias, R.P. Venturin, R.L.G. Macedo, Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. 19, 7 (2015) 711.
      +
    • +
    • +14
      F. Zenikheri, A. Harabi, B. Boudaira, F. Bouzerara, A. Guechi, S.-E. Barama, L. Foughali, N. Karbona, Cerâmica 62, 363 (2016) 242.
      +
    • +
    • +15
      L.H. Buruberri, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, J. Hazard. Mater. 286 (2015) 252.
      +
    • +
    • +16
      G.B. Milak, B.I. Nazario, M.D.M. Innocentini, F. Raupp-Pereira, O.R.K. Montedo, Cerâmica 65, 375 (2019) 416.
      +
    • +
    • +17
      C. Zanelli, M. Raimondo, G. Guarini, M. Dondi, J. Non. Cryst. Solids 357, 16-17 (2011) 3251.
      +
    • +
    • +18
      J.L. Amorós Albaro, Cerâm. Ind. 6, 3 (2001) 26.
      +
    • +
    • +19
      NBR 13818, “Placas cerâmicas para revestimento: especificação e métodos de ensaio”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (1997).
      +
    • +
    • +20
      T. Bortolotto, J. Da Silva, A.C. Sant’Ana, K.O. Tomazi, R. Geremias, E. Angioletto, C.T. Pich, Ecotoxicol. Environ. Saf. 143 (2017) 259.
      +
    • +
    • +21
      L. Simão, R.F. Caldato, M.D.M. Innocentini, O.R.K. Montedo, Ceram. Int. 41, 3 (2015) 4782.
      +
    • +
    • +22
      B.C.A. Pinheiro, J.N.F. Holanda, Cerâmica 56, 339 (2010) 237.
      +
    • +
    • +23
      D. Menegazzo, A.P.M. Paschoal, J.O.A. Andrade, A.M. Carvalho, J.C. Gouvêa, Cerâm. Ind. 7, 1 (2002) 24.
      +
    • +
    • +24
      D.O. Vivaldini, A.A.C. Mourão, V.R. Salvini, V.C. Pandolfelli, Cerâmica 60, 354 (2014) 297.
      +
    • +
    • +25
      NBR 10004, “Resíduos sólidos: classificação”, Ass. Bras. Norm. Técn., Rio Janeiro (2004).
      +
    • +
    +
    +
    +

    Datas de Publicação

    +
      +
    • +Publicação nesta coleção
      26 Nov 2021
    • +
    • +Data do Fascículo
      Oct-Dec 2021
    • +
    +
    +
    +

    Histórico

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      +
    • +Recebido
      21 Dez 2020
    • +
    • +Revisado
      22 Mar 2021
    • +
    • +Aceito
      15 Maio 2021
    • +
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    + +

    +A Animação do Cinema +

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    The animation of cinema

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    + Alan Cholodenko Sobre o autor +
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    Resumo

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    Este ensaio procura reavivar o nome, a obra e as realizações do mais significante pioneiro animador do filme, na melhor das hipóteses, marginalizado e, na pior, apagado pelos Film Studies e Animation Studies de língua inglesa: Émile Reynaud. Ele ganhou o Prêmio McLaren-Lambart da Society for Animation Studies (SAS) de melhor ensaio. E continua seu trabalho autoral sobre teorizações da animação, iniciado em 1991, quando organizou A Ilusão da Vida: Ensaios sobre + Animação, a primeira antologia do mundo com ensaios acadêmicos teorizando animação.

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    Palavras-chave
    Émile Reynaud; Théâtre Optique; animação; cinema

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    Abstract

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    This essay seeks to resurrect the name, work and achievements of the most significant pioneering film animator at best marginalized, at worst effaced, by English language Film Studies and Animation Studies: Émile Reynaud. It won the 2010 McLaren-Lambart Award from the Society for Animation Studies for best essay. It continues the author’s work on the theorising of animation begun in 1991 when he edited The Illusion of + Life: Essays on Animation, the world’s first anthology of scholarly essays theorising animation.

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    Keywords
    Émile Reynaud; Théâtre Optique; animation; cinema

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    I

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    Foi o que a minha tia de 91 anos de idade, direto de Nova Jersey, falou ao telefone; eu estava em Sydney, no dia 4 de fevereiro do ano passado! Não lhe disse à época que, para nós, a animação jamais deixou de ser “o grande lance em filme”, que, a cada encontro com o filme, há um outro com a animação-cinema, ou seja, com o filme live action. Sendo assim, não é o caso de que apenas recentemente, com o advento da animação digital, o filme tenha se tornado animação.

    +

    Para nós, o filme jamais deixou de ser animação.

    +

    Eis, então, a premissa-chave com a qual este artigo deslancha, a premissa-chave que entrelaça várias de minhas publicações sobre animação – não apenas é a animação uma forma de filme, mas o filme, todo filme, o filme como tal, é uma forma de animação. Para nós, não apenas a animação jamais deixou de animar o cinema, a animação jamais deixou de assombrá-lo, curiosamente retornando a ele e o reanimando: o filme, os Film Studies e a teoria do filme como cinema de animação, filme de animação, film animation studies e teoria do filme de animação – mesmo se ela – a animação – passa despercebida, inexplorada, irreconhecida. Em suma, para nós, a animação é a primeira, última e permanente atração do cinema, do filme.

    +

    A animação em sua forma contemporânea, especialmente aquela gerada por computador (tanto quanto o anime), encaminhou essa noção – a de que todo filme é uma forma de animação – de volta às origens e com uma vingança, devolvendo a animação ao que ela jamais deixou ou ao que jamais a deixou, colocando a animação em primeiro plano como o verdadeiro núcleo do cinema contemporâneo. De fato, o verdadeiro núcleo da contemporânea cultura de massas hipermidiatizada e imediata – da “cultura da animação”, para usar o termo de Lev Manovich (2006)_______. Quoted in the Sage Publications flyer announcing its new. Animation: An Interdisciplinary Journal, 2006. –, ao mesmo tempo que a animação, jamais deixou de ser para nós o verdadeiro núcleo do cinema e cultura “como tal”, certamente não apenas da cultura “como tal”, mas do mundo “como tal”, do universo “como tal” – mundo-animação, universo-animação.

    +

    Levando tudo isso em conta, a marginalização, o apagamento da animação dos Film Studies (e outras disciplinas), fez da animação o seu (e o delas) ponto cego (CHOLODENKO, 2007c_______. Introduction to SCMS Panel: Animation - Film and Media Studies' "Blind Spot". The Society for Animation Studies Newsletter, v. 20, n. 1, Spring, 2007c.). Contudo, essa verdadeira transformação da animação em ponto cego trouxe à tona outro sentido, um tanto diferente, de ponto cego e de animação como ponto cego. Neste sentido, ponto cego é aquela entidade que ao mesmo tempo não é vista, que de fato jamais é vista, mas que permite a alguém vê-la, sendo ela a verdadeira condição para a possibilidade de visão – a cegueira que torna a vista ao mesmo tempo possível e impossível. Sob esse prisma, a animação torna-se o ponto cego do ponto cego, o ponto cego como tal. Por outro lado, não é mais algo que os Film Studies, qualquer coisa ou qualquer um que sejam, não querem ver, mas, em vez disso, não podem ver, jamais podem, quer queiram, quer não. Isso significa que, se não se pode ver a animação como tal, não se pode ver a vida como tal, nem o movimento como tal11Ver: BROADFOOT, K.; BUTLER, R., 1991., tampouco o que os anima – a animação/animando da animação/animando. De fato, para nós, não apenas não se pode vê-la, como também não há como tal para ela, a pedir marcas de citação em torno de como tal sempre que é referenciada. Além disso, esse ponto cego permite ver qualquer coisa ou qualquer um como tal, permite ver até mesmo a si próprio como tal, mas permite bem menos ver-se vendo a si próprio – a verdadeira premissa da reflexividade sobre si, da autorreflexão – impossível per se.

    +

    No decorrer deste artigo, oferecerei um resumo de aspectos-chave históricos, historiográficos e teóricos e implicações da proposição segundo a qual o cinema é uma forma de animação e jamais deixou de ser animação. Sem dúvida, para nós, esses componentes históricos, historiográficos e teóricos estão necessária e inextricavelmente misturados, mesmo quando são também inevitavelmente especulativos, em especial por causa do que dissemos sobre o ponto cego do ponto cego – o verdadeiro objeto de nossas especulações – e o como tal. Sua implicação é a de que ninguém pode determinar ou concluir sobre uma origem pura para a animação, nem mesmo para o filme; com efeito, para qualquer ou todas as coisas que a animação anima.

    +

    Tendo essa advertência em mente, prosseguirei com a minha proposição: o cinema é uma forma de animação, jamais deixou de ser animação.

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    II

    +

    Aqui, história e historiografia serão requisitadas desde o princípio.

    +

    Uma expressão frequentemente citada sobre esse problema, segundo o qual o cinema é uma forma de animação, encontra-se na assertiva de Lev Manovich (2001, 2002, p. 302)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002.: “nascido da animação, o cinema afastou a animação para sua periferia, apenas para, por fim [o cinema digital] tornar-se um caso particular de animação”.

    +

    Embora, infelizmente, Manovich seja o único que eu encontro sendo citado hoje em dia por essa proposição, não foi o único nem o primeiro a publicar a afirmativa segundo a qual todo filme é uma forma de animação. Eu a tornei o primeiro ponto-chave de minha “Introdução” a The Illusion of Life (A Ilusão da Vida), publicado em 1991, ou seja, dez anos antes – alegando que não apenas é a animação uma forma de filme, mas o filme, todo filme, o filme como tal, é uma forma de animação22CHOLODENKO, 1991a, p. 10, 22, 23 e 29. Ver também: CHOLODENKO, “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation”, 1991b, p. 213. Permitam-me acrescentar aqui: Manovich não é o primeiro e único, depois de mim, a postular que todo filme é uma forma de animação. Griffin (1994, p. 107) o fez em seu “Pronoun Trouble: The ‘Queerness’ of Animation”..

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    De imediato, isso significa que preciso modificar a afirmativa de Manovich: para mim, o “por fim” ao qual Manovich se refere está desde sempre no começo.

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    Por outro lado, é crucial afirmar que eu não fui o primeiro a reivindicar que o filme per se é uma forma de animação.

    +

    Ao escrever, em 1973, sobre Émile Reynaud, o aclamado animador Alexandre Alexeïeff diz:

    +

    De certo, a invenção do cinema foi patenteada por Reynaud, que não teve dinheiro suficiente para processar os irmãos Lumière e vencer. Em todo caso, é legítimo considerar o cinema como um tipo específico de animação, uma espécie de substituto vulgar, industrial (...) o qual era destinado a substituir o trabalho criativo de um artista, tal como Émile Reynaud, pela fotografia de modelos humanos em movimento. (ALEXEÏEFF, 1994ALEXEIEFF, A. Preface. In: BENDAZZI, Giannalberto. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994., p. xix e xx)

    +

    Ainda em 1973, Ralph Stephenson declarou sobre Reynaud:

    +

    Quaisquer que sejam seus méritos como um artista genuíno, não há dúvidas sobre o seu lugar na história da animação. Ele não apenas inventou a técnica, mas originou uma nova arte e foi o primeiro a desenvolver o filme animado (na verdade, o cinema, caso se entenda por cinema o movimento, não a fotografia) em um espetáculo. (STEPHENSON, 1973STEPHENSON, R. The Animated Film. London/New York: The Tantivy Press/A. S. Barnes & Co, 1973., p. 26)

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    Permita-me acrescentar: mesmo antes de Alexeïeff e Stephenson, o filósofo de filmes e mídia japonês Taihei Imamura teve a mesma ideia em seu livro de 1948, Theory of Animation (Teoria da Animação), ao postular a animação como anterior ao filme e como sua base, um postulado sobre o qual nos informa Mark Driscoll (2002, p. 280)DRISCOLL, M. From Kino-Eye to Anime-Eye/ai: The Filmed and the Animated in Imamura Taihei's Media Theory. Japan Forum, v. 14, n. 2, 2002..

    +

    Serguei Eisenstein (1988)EISENSTEIN, S. Eisenstein on Disney. Trans. Alan Upchurch, London: Methuen, 1988. convenceu-se disso ainda antes, entre 1940 e 1943, no que se tornaria Eisenstein on Disney, quando postulou a animação como a essência do filme33Uma complicação das datas surge aqui: Driscoll (2002, p. 270) afirma que Imamura “publicou os primeiros ensaios do seu Theory of Animation, de 1948, na mesma época de seu mais famoso texto de 1940, Theory of Documentary Film”. Então, se os primeiros ensaios de Imamura foram publicados em 1940 e, tal como Naum Kleiman (1988, p. xii) escreve na “Introdução” a Eisenstein on Disney, “os primeiros fragmentos de Disney foram escritos em setembro e outubro de 1940”, não apenas os primeiros ensaios de Imamura e seu livro foram publicados décadas antes, eles foram possíveis, não apenas publicados, mas escritos antes que Eisenstein elaborasse os primeiros fragmentos do que se tornaria Eisenstein on Disney. Uma pesquisa posterior seria necessária aqui, porém, basta dizer que 1940 surge como um ano-chave para dois textos decisivos sobre a animação..

    +

    Se você está se perguntando agora “quem foi Émile Reynaud?”, você está dando sustentação ao meu argumento.

    +

    Ok, eu explico. Émile Reynaud inventou o Praxinoscópio, o Teatro Praxinoscópio e o Théâtre Optique.

    +

    Todavia, antes de prosseguir com minha explicação das realizações de Reynaud, vejamos como ele é conhecido na literatura de Film Studies e estudos de animação.

    +

    Aqui vão três premissas: uma arqueologia extensa e intensa do tratamento dado a Reynaud por essa literatura encontra-se além do alcance deste artigo; minha pesquisa é, em grande parte, restrita à literatura em inglês quanto a esses campos44Como se pode inferir de minha discussão segundo a qual ainda não há, infelizmente, monografias sobre Reynaud em inglês, há três publicações em francês, nenhuma das quais, obviamente, traduzida para o inglês e em cujas informações eu tenho baseado minhas análises. Tais obras serviram para resgatar Reynaud, na França, do histórico esquecimento forjado por lá, não apenas pelo cinematógrafo dos irmãos Lumière e o cinema que se seguiu a partir dele, mas por aqueles que escreveram a história do cinema, incluindo a do cinema francês. As monografias reanimadoras de Reynaud são: La Verité sur l’invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux (NOVERRE, 1926); Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918 (L’OFFICE FRANÇAIS D’EDITION, 1945) e Émile Reynaud et l’image s’anima (AUZEL, 1992). A de Noverre ocupa o lugar de honra ao ser o primeiro livro ou, no caso, uma brochura, cujo objetivo é fazer Reynaud ressurgir, retornar à visibilidade e ser reconhecido por suas contribuições. Em seu prefácio, o próprio Noverre (1926, p. 5) é congratulado por ensinar ao mundo todo que “o inventor das projeções animadas e da cinematografia em movimento contínuo do filme é Émile Reynaud, um francês”. De fato, a invocação de um Reynaud Prometeu (ibidem, p. 61) feita por Noverre é reiterada por Alexeïeff (1994, p. xix).Quanto ao livro primoroso de Auzel (1992, p. 43-44), o qual repete a história de Sadoul sobre essa projeção de fotografias animadas, primeira no mundo, diante de numerosas personalidades e antecipando em treze anos aquela dos irmãos Lumière, alguém poderia apenas desejar que fosse imediatamente traduzida para o inglês. Para Auzel (ibidem, p. 48), Reynaud, com seu aparelho Théâtre Optique, patenteia “a alma da projeção animada”. Por causa disso, Auzel (ibidem, p. 104) afirma que Reynaud é o “criador da sétima arte”, isto é, do cinema. Todavia, em nenhum lugar pude encontrá-lo afirmando explicitamente que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Em vez disso, enfatiza as diferenças entre animação e cinema em Reynaud, o qual via o cinema como “vulgar e ‘antiartístico’” (ibidem, p. 101), usou fotografia e, quando o fez, como um meio, não um fim, sempre retocou a imagem fotográfica com seu próprio desenho e pinturas. De fato, Auzel (ibidem, p. 110) designa Reynaud como “pintor de filmes”, reiterando o título da monografia de 1945, a primeira na história do cinema. Também distingue entre os dessins animés (desenhos animados) e filmes de animação “no sentido estrito do termo: reprodução cinematográfica de desenhos inteira e anteriormente realizados”, dizendo que Reynaud “não é o primeiro a ter realizado um filme de animação”, considerando-o “um dos mais imediatos precursores do film d’animation”. Ele apoia essa distinção declarando que “o cinema de animação foi inventado duas vezes na França. Primeiro, vinte anos, bem antes (...) com Reynaud, pioneiro desafortunado e desencorajado, depois por um outro pioneiro solitário, Émile Cohl” (ibidem, p. 107). Na medida em que o sentido estrito do termo define, a meu ver, uma forma de filme de animação e Reynaud animou o filme como tal, criou não apenas o filme de animação, mas a animação de filme, a distinção de Auzel não é determinante para o nosso debate. De fato, não importa quão esforçadamente Auzel tente obrigar a definir Reynaud, e ele o tenta com bastante empenho, para nós, ele parece escorregar após uma série de posições contraditórias. Por exemplo, Reynaud fez dessin animé, mas ele não fez dessin animé; a obra de Reynaud é um microcosmo de cinema, mas não é cinema; seu trabalho está deste ou daquele lado do cinema; ele é o criador da sétima arte, mas ele não fez, de fato, era antagonista ao cinema, etc.Acrescento: não apenas Auzeul (ibidem) declara Reynaud “criador da sétima arte”, do cinema, procurando por sua origem em sua obra, como é parcialmente antecipador do que Manovich virá nos dizer em 2001: + No momento do animatique (ou animação de imagens sintéticas de computador), último campo de exploração do cinema imagem por imagem, o paradoxo é que o cinema fotográfico constitui um parêntese frágil, enquanto o de Émile Reynaud, com seu conceito de ‘animação de um suporte’, permanece operativo e exemplarmente nas fronteiras das tecnologias de ponta (MANOVICH, 2001, p. 22). + Ele acrescenta: “o animatique (...) é certamente o último campo de exploração do cinema sem câmera, prefigurado por Reynaud” (ibidem, p. 109). Em outras palavras, a animação de computador é o avatar do Théâtre Optique de Reynaud e dos filmes animados que ele criou. Contudo, em nenhum lugar, como disse, encontrei Auzel explicitamente declarando que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Longe disso, parece desejar manter a diferença entre eles. Por fim, recentemente, uma história do cinema francês foi traduzida para o inglês, qual seja, Cinema is 100 Years Old (TOULET, 1995). Nele, Emmanuelle Toulet (ibidem, p. 70-71) traz uma seção sobre Reynaud, intitulada “O Filme Animado Nasceu”, mas ela sugere, contraditoriamente, que o Théâtre Optique “o levou ao limiar da invenção do filme”.; e, mesmo assim, minha pesquisa de Film Studies na literatura de língua inglesa ainda está em processo. Então, posso apenas oferecer um relato provisório sobre a literatura desse campo: Émile Reynaud é um nome que geralmente se procura em vão nos índices remissivos de livros em língua inglesa sobre história do filme, bem como a palavra animação!55Em alguns índices remissivos, a palavra aparece ocasionalmente. Todavia, em geral, é apenas uma referência! E esta é frequentemente um desperdício, dando a sensação de que se está livre para ignorar a consideração sobre a animação seja de quem for! Como em The Major Film Theories (ANDREW, 1976), em que aparece sob “Animated Film” (Filme Animado), que se refere a Siegfried Kracauer ter se sentido livre para ignorá-la em sua consideração da natureza do cinema como baseado na fotografia. Nas ocasiões em que seu nome aparece, e isso ocorre com uma certa frequência, é colocado na pré-história do cinema: ora ele e seu Praxinoscópio são meramente incluídos em uma lista de dispositivos ópticos proto-cinemáticos; ora ele e a variedade de suas invenções recebem um tratamento mais sinóptico, no máximo chegando a um parágrafo.

    +

    Tudo isso já era de se esperar, visto que tais textos basearam-se em uma teleologia que faz do cinema, ou seja, do filme fotográfico, não apenas o objetivo, mas a medida. Por esse prisma, seu Théâtre Optique é visto como um dos dispositivos proto-cinemáticos que prepararam o caminho para o cinema, para os irmãos Lumière, aos quais é dado permanentemente o lugar de honra. O caso-limite disso, para mim, é aquele de Dai Vaughan (1990, p. 63)VAUGHAN, D. Let there be Lumière. In: ELSAESSER, T. (ed.). Early Cinema: Space, Frame Narrative. London: BFI Publishing, 1990. em seu adequadamente intitulado “Let there be Lumière” (!), no qual ela equipara suas primeiras projeções públicas à singularidade do Big Bang! Porém, isso também é verdadeiro mesmo quando um esforço para complicar o advento do cinema é subestimado, como na seção de Roberta Pearson (1996, p. 14)PEARSON, R. Early Cinema. In: NOWELL-SMITH, Geoffrey (ed.). The Oxford History of World Cinema. Oxford: Oxford University Press, 1996., “Early Cinema”, do The Oxford History of World Cinema. O aspecto mais triste do livro é que Reynaud não é encontrado no índice remissivo (nem em nenhum outro lugar, tanto quanto pude perceber), nem mesmo na seção “Tricks and Animation” (Trucagens e Animação), ponto ao qual retornarei.

    +

    No máximo, o Théâtre Optique é considerado por historiadores como tão próximo do cinema quanto um tal dispositivo poderia estar sem ser cinema. Segundo David Parkinson (1995, p. 12)PARKINSON, D. History of Film. London: Thames and Hudson, 1995. escreve, “as animações encantadoras [de Reynaud] (...) trouxeram o cinema para o limiar da existência”. No entender de Robert Sklar (1993, p. 18)SKLAR, R. Film: An International History of the Medium. New York: Harry N. Abrams, 1993., o Théâtre Optique é uma “tela de entretenimento [que] falhou naquilo que o cinema viria a fornecer. Apenas a falta de um nome mais adequado deve tê-lo mantido distante de uma fama duradoura como um símbolo de frivolidade tecnológica, tal como o Stanley Steamer, o automóvel movido a vapor, que fracassou ao enfrentar o motor de combustão interna”! Para Peter Cowie (1971, p. 192)COWIE, P. A Concise History of the Cinema, v. 1: Before 1940. London/New York: Zwemmer/ Barnes, 1971., o Théâtre Optique é um “reconhecimento” (visto que Reynaud usou fotografia no período mais tardio da operação desta) “de que o futuro pertencia à fotografia”. Noël Burch (1990, p. 9)BURCH, N. Life to Those Shadows. Berkeley: University of California Press, 1990. observa isso como “uma espécie de beco sem saída”. Richard Abel (1994, p. 15)ABEL, R. The Ciné Goes to Town: French Cinema, 1896-1914. Berkeley: University of California Press, 1994. designa-o meramente como um lugar de exibição de filmes no momento em que surgiram os irmãos Lumière, Méliès, Pathé, etc. (O subtítulo de Abel diz tudo: “Cinema Francês, 1896-1914”). E, então, há a caracterização de Reynaud feita por Eric Rhode (1976, p. 25)RHODE, E. A History of the Cinema from its Origins to 1970. New York: Hill and Wang, 1976., com estas palavras isoladas: “Émile Reynaud, que supostamente jogou suas máquinas no Sena”! Talvez, a passagem mais estranha e contundente esteja no índice remissivo de Steve Neale (1985)NEALE, S. Cinema and Technology: Image, Sound, Colour. London: BFI, Macmillan, 1985. em Cinema and Technology: Image, Sound, Colour, no qual o Théâtre Optique é listado, mas sem a localização da página, a única entrada sem informação!

    +

    Em textos assim, que, de fato, o mencionam, não há análise real sobre Reynaud nem envolvimento com ele, nem com o Théâtre Optique por seus próprios méritos. Ao contrário, Reynaud é tipicamente marginalizado, apresentado como um acompanhamento opcional em relação ao curso/atração principal dos irmãos Lumière, bem como a própria animação é tratada em relação ao cinema. Ocasionalmente, a bajulação acompanha o escárnio, explícito ou implícito, de sua obra como sendo insuficientemente cinema, como acontece em certos casos com a própria animação. Nesse sentido, é exemplar o tratamento que Reynaud recebe das mãos de C.W. Ceram (1965)CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965. no texto canônico The Archaeology of Cinema (A Arqueologia do Cinema), que parece configurar o padrão para o tratamento equivocado que Reynaud sofreu, na melhor das hipóteses, nas histórias do filme em língua inglesa, que, de algum modo, lhe dão tratamento significante. Ceram está dividido, ao mesmo tempo elogiando e condenando Reynaud, dentro de seu projeto maior para diminuí-lo e marginalizá-lo. Ele escreve:

    +

    Os shows [de Reynaud] continuaram a atrair fregueses até bem depois de filmes genuínos serem oferecidos em numerosos cinemas. De fato, as imagens em movimento de Reynaud (...) têm um curioso encanto até hoje. Talvez isto baseie-se na irrealidade com a qual as figuras um pouco fantasmagóricas movem-se através de espaços curiosamente mortos (ibidem, p. 194).66Esta caracterização do fantasmal e do morto cruza-se com meus “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004); “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005), republicado no site do International Journal of Baudrillard Studies (2008); tanto quanto com o meu “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, partes I e II. A parte II está em Animation Studies, no site da Society for Animation Studies (CHOLODENKO, 2007d). A parte I irá juntar-se àquela em breve. Ver nota 10 infra. +

    +

    Então, contradizendo o efeito da palavra genuíno (e dos dois usos de curioso), o autor dá uma reviravolta e declara: “de um ponto de vista relativo, a realização de Reynaud é extraordinária. Ele projetou imagens coloridas, contínuas e genuínas, numa época em que ninguém mais estava fazendo isso (...)”.

    +

    Todavia, qualquer reconhecimento significativo de Ceram (ibidem) em relação a Reynaud, neste caso, é imediatamente sabotado pelas palavras “ponto de vista relativo” e o fato de que, para Ceram, as “imagens coloridas, contínuas e genuínas” não poderiam ser consideradas, não mais do que as “imagens em movimento” de Reynaud, como “filmes genuínos”!

    +

    Com efeito, ao prosseguir, Ceram (ibidem) muda os termos de novo e volta-se contra qualquer quantum de reconhecimento de Reynaud que tenha aparecido até então, com estas palavras: “porém, com toda a objetividade, devemos reconhecer que Reynaud era um desenhista medíocre, um visionário encantador, mas dificilmente um artista...”

    +

    Quanto ao tratamento dado a Reynaud na literatura dos estudos de animação em língua inglesa, é decepcionante, não parece ser em larga medida melhor do que a sua contraparte nos Film Studies. Talvez, Donald Crafton tenha dado o tom e os termos para esse entendimento de Reynaud nos estudos de animação no mundo anglófono, mesmo que, ao tratar de Reynaud, siga a deixa de Ceram e não a de Stephenson. Nem, acrescento, a deixa de Robert Russett e de Cecile Starr (1976), que deram a Reynaud uma única sentença de reconhecimento em seu Experimental Animation: Origins of a New Art (Animação Experimental: Origens de uma Nova Arte), na página intitulada “A Note on the Origins of Animation” (Uma Nota sobre as Origens da Animação):

    +

    No início, toda animação era experimental. Provinha do Teatro Óptico (1892) de Émile Reynaud, o qual, embora não fotografado para reprodução em massa, superou outros dispositivos de movimento-ilusão (tais como o Phenakistiscópio de Joseph Plateau e o próprio Praxinoscópio de Reynaud) na habilidade para retratar uma história inteira diante de um grande público em uma tela maior do que o tamanho natural. (STARR; RUSSETT, 1976RUSSETT, R.; STARR, C. Experimental Animation: Origins of a New Art. Rev. ed., New York: Da Capo Press, 1976., p. 32)

    +

    O próprio subtítulo do livro pioneiro e igualmente canônico de Crafton (1982)CRAFTON, D. Before Mickey: The Animated Film 1898-1928. Cambridge, MA: The MIT Press, 1982, 1987., Before Mickey: The Animated Film 1898-1928 (Antes de Mickey: O Filme Animado 1898-1928), já evidencia o problema, dado que o Théâtre Optique de Reynaud estreou em 1892! Baseando suas análises em Ceram, que é de modo explícito indicado em rodapé, Crafton (ibidem, p. 6) coloca de lado todos os dispositivos ópticos anteriores a 1895 ao escrever: “uma certeza é que o cinema de animação não poderia ter existido antes de o cinema vir a existir por volta de 1895”. Ao fazer dos filmes de animação meramente “uma subespécie de filme [i.e. cinema live action] em geral”, Crafton (ibidem) maquinalmente exclui a possibilidade de considerar Reynaud um animador. De fato, afirma que Reynaud “tem sido de forma ludibriosa chamado de ‘o pai do desenho animado”’ (ibidem). Assim, a obra de Reynaud não é considerada animação por ele. No máximo, declara, mesmo deixando a questão para nós (como ficará claro na parte III deste paper): “porque seu aparelho utilizou muitos princípios gerais do cinema e porque ele projetou ‘imagens em movimento’ para um público, Reynaud pode ser legitimamente considerado um precursor do cinema” (ibidem, p. 7)! Depois, Crafton muda os termos de suas análises para o problema da influência, sugerindo:

    +

    Todavia, sua contribuição atual para a história do filme animado é mais romântica do que real. Conceitualmente, seus programas não estavam muito distantes dos shows de lanterna do século XIX, e não há sinais de que suas encantadoras peças de Pierrô tenham influenciado algum dos primeiros animadores. O método de desenhar de Reynaud, diretamente sobre o filme, tinha uma pequena instrução a oferecer (ibidem).

    +

    Permita-me interromper: acredito que alguém poderia ler o trabalho de pintura na película dos famosos animadores Norman McLaren e Len Lye como uma refutação de qualquer tentativa de considerar tal prática como não animação, não verdadeira animação, em outras palavras, uma defesa implícita de Reynaud como um animador. Crafton continua:

    +

    É improvável que algum dos pioneiros da animação tenha visitado suas produções no Musée Grévin (as quais, aliás, foram substituídas por projeções cinematográficas pouco depois de 1900), ou sequer sabido de seu trabalho. (ibidem)

    +

    Dadas as 500 mil pessoas que assistiram às projeções de Reynaud em 8 anos, é difícil compreender como Crafton pode dizer que é improvável que algum dos pioneiros da animação tenha feito isso.

    +

    Na verdade, para nós, a maior parte das asserções de Crafton é problemática, levantando sérios questionamentos sobre sua conclusão de que Reynaud não é um animador. De fato, quanto à questão da influência, em seu subsequente livro Émile Cohl, Caricature and Film (Émile Cohl, Caricatura e Filme), Crafton (1990, p. 91)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990. revê sua posição, dizendo sobre Cohl: “é possível também que o protocinemático ‘Pantomimas Luminosas’ de Reynaud o tenha atraído”. Contudo, para fazer referência novamente a The Oxford History of World Cinema, na seção “Tricks and Animation”, Crafton (1990a, p. 71)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990., lamentavelmente, abstém-se de fazer qualquer menção a Reynaud, dizendo: “a história geral do filme animado começa com o uso de efeitos transitórios de trucagens em filmes por volta da virada do século” (pergunto: o que é o “geral” em “história geral”?!). Assim, nesta publicação que vende a si própria na capa como “A História Definitiva do Cinema Mundial”, Reynaud não merece sequer um olhar, seja em termos de história do filme de animação, seja do cinema!

    +

    Parece que, após Before Mickey, de Crafton, referências a Reynaud se tornaram raras em livros de língua inglesa sobre animação, apenas Giannalberto Bendazzi (em tradução), Paul Wells e Esther Leslie reconhecem sua existência. Por outro lado, pode-se questionar que, desde então, boa parte das publicações surgidas abordam temas diferentes da proto-animação, assim, a ausência de Reynaud não é algo calculado e levado em conta. De todo modo, gostaria de pensar que este artigo pode ajudar a iniciar tal retorno e reconsideração, até mesmo servir como uma recuperação de Reynaud, na verdade, uma reanimação, uma volta dos mortos, entre os quais ele estava, para os estudos de animação e Film Studies, paralelamente com o projeto maior de recuperar, de reanimar a história da animação para os estudos de animação, para os Film Studies e, sem dúvida, para todos os estudos.

    +

    Felizmente, a publicação italiana de 1988, de Bendazzi, Cartoons: Il Cinema d’Animazione 1888-1988 foi traduzida e publicada em inglês, em 1994, como Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation (Cartoons: 100 Anos de Cinema de Animação). Com o seu tratamento e sua abordagem ponderados das invenções de Reynaud focados no Théâtre Optique, Bendazzi (1994, p. xv) começa a situá-lo a partir de Ceram e Crafton. Ele reconhece que “os primeiros shows animados (Pantomimes lumineuses, Paris, 1892)” foram os de Reynaud e o descreve como “o inventor da animação” (ibidem, p. 6), cuja:

    +

    (...) contribuição única (...) expandiu a dimensão do tempo e teoricamente abriu ilimitadas possibilidades para imagens em sucessão rápida (...). Daquele momento em diante, as imagens (...) iriam flutuar, contando uma história, formando um movimento narrativo (ibidem).

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    É também aqui, no Prefácio do livro, que encontramos a homenagem de Alexeïeff a Reynaud como inventor não apenas do filme de animação, mas do cinema como uma de suas formas77E Bendazzi também faz homenagem a Reynaud como artista, um reconhecimento, ao contrário do desdém de Ceram. Nesse sentido, eles seguem Georges Sadoul (1945, p. 24), que é só elogios quanto ao lado artístico em Reynaud, dizendo de seu Autour d’une cabine: “para voltar a ver um desenho animado com tal duração, tal perfeição e espírito, será necessário aguardar o amadurecimento de Walt Disney”. Ver também Sadoul (1972a, p. 215), em que há uma entrada para Reynaud, descrevendo-o como “criador imaginativo dos desenhos animados do pré-cinema, que foi o primeiro a organizar apresentações regulares de imagens animadas (em cores e com acompanhamento sonoro) no Musée Grévin em Paris, em 1892. Um artista de gênio e um maravilhoso ‘pintor no filme’”. E Sadoul (1972b, p. 19, 278), curiosamente, nomeia Pauvre Pierrot (1891) e Autour d’une cabine (1894), ambos de Reynaud, “as primeiras obras-primas do desenho animado”! De fato, Auzel (1992, p. 112) afirma sobre Sadoul: “certos historiadores do cinema, como Georges Sadoul, têm razão em considerar a obra de Reynaud como um momento capital da criação cinematográfica e do cinema de animação (...)”..

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    Quanto a Wells (1998)_______. Understanding Animation. London: Routledge, 1998., em seu favor, devemos dizer que, em sua “Introdução” a Understanding Animation, faz referência à reivindicação de Stephenson, até mesmo cita sua apreciação laudatória palavra por palavra. Ao mesmo tempo, não está claro se ele subscreve a abordagem de Stephenson, dado que, até na citação, Wells categoriza o Théâtre Optique de Reynaud como “proto-cinema”, não parece considerá-lo animação e presume a “questão mais significativa” re: o Théâtre Optique é um caso de indústria, não de arte88Em sua brochura anterior, Around the World in Animation, Wells (1997) também situou Reynaud em termos de cinema, ao escrever sobre o “proto-cinema pioneiro do Théâtre Optique criado pelo francês Émile Reynaud”.. Em 2002, Wells parece rever sua posição, situando Reynaud sob o termo “proto-animação” no Glossário, em Animation: Genre and Authorship (Animação: Gênero e Autoria). Ali, Wells (2002, p. 136)_______. Animation: Genre and Authorship. London: Wallflower, 2002. afirma que o “Theatre [sic] Optique (...) pode reivindicar ser o primeiro mecanismo autêntico a aparentemente projetar imagens animadas em uma tela”. A palavra “aparentemente”, no entanto, continua inexplicada. Em todo caso, com essa publicação, Wells reconhece a natureza duplamente progênita de Reynaud – proto-cinema, proto-animação – embora, diferente de Stephenson, Alexeïeff e Bendazzi, ele hesite em nomeá-lo como animador.

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    Quanto a Leslie (2002)LESLIE, E. Hollywood Flatlands: Animation, Critical Theory and the Avant-Garde. London: Verso, 2002., refere-se a Reynaud em seu Hollywood Flatlands: Animation, Critical Theory and the Avant-Garde (Planícies de Hollywood: Animação, Teoria Crítica e as Vanguardas). Contudo, trata-o de forma apressada e, surpreendentemente, até se omite de afirmar com clareza que o Théâtre Optique não projetava apenas para “família e amigos” (ibidem, p. 3), mas para um público eventualmente em número de 500 mil espectadores, e outros detalhes-chave relacionados a isso, para não mencionar o postulado de que o papel de Reynaud fora decisivo em animar o filme de animação. Em vez de ser colocado em primeiro plano por Leslie, ele aparece largamente emaranhado na tessitura das páginas iniciais de seu texto, em que Émile Cohl, Étienne-Jules Marey e outros têm grande presença.

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    Aqui, devo acrescentar que Manovich (2001, 2002)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., em The Language of New Media, ocupa-se do Teatro Praxinoscópico de Reynaud, de 1879, mas informa a data equivocada de 1892, sugerindo que ele quis se referir em vez disso ao Théâtre Optique de Reynaud, embora sua descrição pareça adequar-se melhor ao Teatro Praxinoscópico, principalmente porque seu parágrafo seguinte é sobre “os mais imediatos predecessores do cinema” e seu uso do looping. Mesmo aí onde esperarávamos abordagens até privilegiadas de Reynaud e seu Théâtre Optique, elas estão faltando. A contribuição singular de Reynaud é decepcionantemente preterida, tanto por Manovich quanto por Leslie.

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    Dessa forma, enquanto vários livros sobre animação nem ao menos referenciam Reynaud, mesmo entre aqueles que o fazem, vários lhe dão bem menos reconhecimento do que, a nosso ver, ele merece. Em suma, onde Reynaud é de algum modo considerado, tende-se a encontrar estudiosos do cinema em publicações de língua inglesa situando-o, não como um cineasta, ou não como um verdadeiro, genuíno cineasta, mas, em vez disso, como um precursor do filme, do cinema: um proto-cinemático. E estudiosos de animação em publicações de língua inglesa fazem o mesmo com a sua própria disciplina, situando-o não como um animador, ou não como um verdadeiro, genuíno animador, e na melhor das hipóteses, como um precursor da animação: como proto-animação.

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    III

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    Portanto, Reynaud sofreu uma histórica marginalização, até mesmo um apagamento, pelo cinema e por seus profissionais, a exemplo do que o cinema e seus profissionais fizeram com a animação em si; a literatura inglesa dos Film Studies pesquisada até agora e a literatura de língua inglesa de estudos sobre animação têm, em larga medida, duplicado isso. Assim, proponho que, se a animação tem sido marginalizada, e até apagada pelos Film Studies, Reynaud revela-se para mim o mais marginalizado, o mais apagado, a figura singular na história do cinema e da animação, e não apenas nos Film Studies, mas também nos estudos de animação. Sua contribuição é, em grande parte, não reconhecida, ou muito pouco admitida. Nesses livros que o postulam como “proto-cinemático” ou “proto-animador”, na melhor das hipóteses, Reynaud é tratado como um Moisés, um líder que traz seu povo para a Terra Prometida, mas não pode, ele mesmo, atravessá-la.

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    Todavia, para nós, alguma coisa dele deve fazer essa travessia, por dentro, com e sem aqueles que assim o fazem. Em outras palavras, ele é uma figura da fronteira, das bordas; e dessas que são sempre perturbadoras, até mesmo para o pensamento e para localizá-las. Para nós, uma tal figura é privilegiada em animação, porque é um in-betweener.99Ver meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit”, sobre esta figura re: o quadro, o litoral, etc. Um in-betweener como o espectro; e para mim, Reynaud é um espectro singular, transformando o proto- em proteu e assombrando, como as figuras em suas Pantomimes lumineueses, (o advento) não apenas (d)a animação, mas (d)o cinema, mesmo quando esse espectro (incluindo o de Reynaud) assombra os estudos de animação e os Film Studies.1010Ver meu trabalho sobre o espectro e o Cryptic Complex como figuras privilegiadas da animação, cinema, filme e fotografia nos artigos listados na nota 6 supra. Para nós, portanto, seu trabalho seria, ao mesmo tempo, filme de proto-animação e filme de animação, nem simplesmente filme de proto-animação nem filme de animação; ao mesmo tempo ambos, proto-cinema e cinema, nem meramente proto-cinema nem cinema; ao mesmo tempo, instituindo de modo singular o filme de animação e o cinema, instituindo singularmente todo filme como uma forma de animação.

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    Assim, não é de surpreender, e por várias razões, que Reynaud não seja bem conhecido no mundo anglófono, nem sequer como animador do filme animado. Todavia, e minhas palavras agora mesmo o indicaram, para mim e também para Alexeïeff e Stephenson, Reynaud fez mais com seu Théâtre Optique: ele animou não apenas o filme animado, mas o cinema.

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    +Fig.1
    Reynaud com o Théâtre Optique
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    Não que pudesse haver um único animador do cinema, porém ele é privilegiado, na verdade, singular, em sua relação com isso. Foi seu aparelho que me levou a reivindicar em minha “Introdução” a The Illusion of Life que:

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    (...) o filme de animação não apenas precedeu o advento do cinema, mas o engendrou; que o desenvolvimento de todas essas tecnologias do século XIX – brinquedos ópticos, estudos em persistência da visão, o projetor, a tira de celuloide etc. –, exceto para a fotografia, deveria resultar em sua combinação/sintetização no aparelho de animação do Théâtre Optique de Émile Reynaud, em 1892; que, invertendo a sabedoria convencional [essa animação era o enteado do cinema, sua forma mais inferior, como uma criança para o adulto cinema (isto é, caso pertencesse ao cinema de algum modo)], o cinema pode então ser pensado como um “enteado” da animação. (CHOLODENKO, 1991CHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 9-10)1111Ver também o que Broadfoot e Butler (1991, p. 284) dizem sobre Reynaud. Ao mesmo tempo que nomeio Reynaud na “Introdução” e em meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” (CHOLODENKO, 1991, p. 113), este ensaio retoma e desenvolve a partir de tais inscrições, procurando elaborar e, portanto, reanimar o lugar de Reynaud na história do filme de animação e animação do filme. +

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    Uma inversão desse tipo jamais fez o cinema deixar de ser um “caso particular de animação”, e os Film Studies, como estudo de cinema, nunca foram um caso particular, portanto, de estudos de animação.

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    +Fig. 2
    Interior do Cabinet
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    +Fig. 3
    Fotografia exterior do museu com poster à esquerda
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    Ao assegurar sua patente para o Théâtre Optique em 14 de janeiro de 1889, Reynaud iniciou as projeções do que Ceram (1965), em Archaeology of the Cinema, chama de “imagens vivas” de Reynaud, no Cabinet Fantastique, do Museu Grévin em Paris, em 28 de outubro de 1892, eventualmente projetando seu Théâtre Optique 12.800 vezes para mais de 500 mil espectadores, como indiquei, até a performance de encerramento em 28 de fevereiro de 1900.1212Ver: CERAM, 1965, p. 193-194; e AUZEL, 1992, p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948, p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007, p. 483, n. 2. +

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    Ao olhar mais de perto essa imagem externa do Museu Grévin, pode-se ver, à esquerda, o poster de Jules Chéret para o que Reynaud chamava de “Pantomimes Lumineuses”.

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    Aqui, segue um close-up do poster.

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    +Fig. 4
    Poster de Pantomimes Lumineuses
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    +Fig. 5
    Imagem de fitas de filmes
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    +Fig. 6
    Imagem da grande roda
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    As projeções de Reynaud consistiam em filmes curtos (com ao menos 10 minutos de duração) de narrativas curtas, compostas por desenhos coloridos retroprojetados em uma tela para um público espectador. Os desenhos vinham sobre fitas de celuloide transparente1313Que ele tenha usado tiras ou fitas de celuloide é assegurado por Stephenson (1973, p. 25), Crafton (1982, 1987, p. 7) e Crafton (1990, p. 122). Bendazzi (1994, p. 5) diz “uma grande fita, um verdadeiro filme com o apoio de uma tela...”. Em Sadoul (1945, p. 63), lê-se: “uma série horizontal de imagens desenhadas sobre cristaloide (placa de gelatina)”. Toulet também diz que ele pintava as imagens em gelatina. A imagem da fita em Auzel (TOULET, 1995, p. 61) surge para mostrar uma tira sozinha de celuloide. O filme de Celuloide (nitrato de celulose) foi inventado nos anos de 1880 e Reynaud aparenta ter tirado vantagem disso para o seu Théâtre Optique. Todavia, seja celuloide ou gelatina (como um distinto do celuloide), uma coisa parece clara: suas tiras ou fitas não eram feitas de placas de vidro, como havia sido sugerido.. Cada quadro era separado do seguinte por uma perfuração que funcionava (imagem 6) com um pino na bobina metálica, essa grande roda, para mover os filmes para frente e para trás. Seu dispositivo de perfuração/pino havia sido nomeado pelo famoso historiador de filme francês Georges Sadoul (1945, p. 18)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. “a primeira forma de filme sem a qual o cinema teria sido apenas um sonho de um inventor imaginativo e romântico” e reivindicado por Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, E. Le brevet du "Théâtre Optique". In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. como objeto de seu pai que fora “apropriado” pelos irmãos Lumière, para seu cinematógrafo1414Paul Reynaud (1945, p. 31), o filho de Émile, fez tal afirmação em L’Office Français d’édition (repetida em Auzel [1992, p. 49]). Ver os debates sobre a controvérsia em torno da placa dedicada aos Lumière no Apêndice à publicação de Noverre, de 1926, em particular, os comentários de Pierre Noguès, especialmente sua carta publicada em réplica a outra dos irmãos Lumière, na qual reivindicam o privilégio da invenção da cinematografia. Noguès (1926, p. 84) sustenta o argumento de que o sistema de perfuração criado por Reynaud seria a base para o Cinematógrafo Lumière, cuja glória e sucesso, segundo ele, são exclusivamente devidos àquele., o qual teve sua estreia pública em 28 de dezembro de 1895, três anos e dois meses depois do Théâtre Optique de Reynaud.

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    Na verdade, Dominique Auzel (1992, p. 60-62)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992. relata que, em janeiro ou fevereiro de 1894, os irmãos Lumière pediram o favor de assistir, nos bastidores, ao funcionamento do aparelho operado por Reynaud, tanto quanto reitera a anedota de Maurice Noverre de que tiveram uma demonstração completa em sua fábrica, forçando Reynaud a comentar, posteriormente, que “esses homens vêm ver esses aparelhos com uma frequência um pouco demasiada”1515Paul Reynaud (1945, p. 31) também registra a visita aos bastidores e reflete sobre ela. Reynaud também observa que Thomas Alva Edison veio ver o Théâtre Optique de seu pai na Exposição Universal em Paris, no ano de 1889 (ibidem, p. 30-31), algo que Auzel também constata, acrescentando que os irmãos Lumière, igualmente, o viram lá (ibidem, p. 48). Ambos, Paul Reynaud e Auzel concluem que Edison, tanto quanto os irmãos Lumière, falsificou o sistema de perfuração patenteado e criado por Reynaud.. O argumento está, portanto, claramente construído, o de que Reynaud influenciou os irmãos Lumière, influência esta que eles jamais reconheceram. Uma questão é suscitada: é possível que, com um uso tão amplo do termo animado, os Lumière o evitassem em sua própria publicidade, seus programas impressos, etc., como um artifício para tentar mascarar sua relação com o Théâtre Optique de Reynaud, ao mesmo tempo que suas declarações publicadas parecem ter sempre evitado mencionar Reynaud?!1616Além disso, Auzel (1992, p. 62) comenta que a resenha sobre o aparelho dos Lumière em La Revue générale, ao concluir com estas palavras – “Le cinématographe permet de montrer à toute une assemblée, en les projetant sur un écran, des scènes animées, durant près d’une minute” (O cinematógrafo permite mostrar cenas animadas projetadas sobre uma tela, para um público, durante quase um minuto) –, visto não ser encontrada a palavra fotográfico entre cenas e animadas, “subentende uma negação total do Théâtre Optique”. Contudo, para nós, o verdadeiro termo animado serve para inscrever Reynaud, seu uso, em um reconhecimento implícito. Outro ponto: na aplicação de patente para o Théâtre Optique de Reynaud, em 1º de dezembro de 1888, ele afirma: “as poses [sucessivas] podem ser desenhadas à mão ou impressas por qualquer procedimento de reprodução, em preto ou em cores, ou obtidas a partir da natureza por meio da fotografia” (les poses [successives] peuvent être dessinées à la main ou imprimées par un procédé quelconque de reproduction, en noir ou en couleurs, ou obtenues d’après nature par la Photographie) (REYNAUD, 1945REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., p. 58). Isso significa que Reynaud antevia seu dispositivo projetando não apenas imagens desenhadas, mas fotografadas, e poderia ter entrado com uma ação legal contra os irmãos Lumière (e Edison) por violação de patente.

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    Aqui vai outra imagem do Théâtre Optique de Reynaud.

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    +Fig. 7
    Segunda imagem do Théâtre Optique
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    Para mim, Reynaud e seu aparelho de animação se deparam com dois caminhos de uma só vez: para trás, em direção aos primeiros dispositivos de animação anteriores ao seu Théâtre Optique, até mesmo brinquedos filosóficos, entre eles os seus próprios, o Praxinoscópio e o Teatro Praxinoscópio – na verdade, de volta para o primórdio de dispositivos que oferecem a ilusão da vida e a vida da ilusão (incluindo autômatos e teatro de autômatos, a Fantasmagoria de Robertson, nos anos de 1790, etc. – tudo o que Ceram exclui da pré-história do cinema1717As várias exclusões de Ceram (1965, p. 15, 17, 21) como desempenhando “nenhum papel na história da cinematografia” incluem: “cenas animadas”, teatros de sombra chineses, indianos e javaneses, os autômatos barrocos, o teatro de marionetes, “o escritor” de “Jacques Dros” [sic] e as sugestões de “Heron [sic] de Alexandria” de seu Peri automatopoietikes (Construção de Teatros Autômatos). Ver: “Speculations on the Animatic Automaton” (CHOLODENKO, 2007b).) –, e, para frente, em direção ao cinema, ao Cinematógrafo (nome que os irmãos Lumière deram a seu dispositivo, mas que serve, para nós, como termo genérico para o aparelho cinematográfico), dispositivo que, a meu ver, do mesmo modo, anima a ilusão da vida e a vida da ilusão1818Para uma enumeração de todos os modos segundo os quais o Théâtre Optique prefigurou o cinema, incluindo as trucagens de Méliès, o cinema sonoro, o musical, o filme a cores, etc., ver: AUZEL, 1992, p. 94-114. E isso inclui, obviamente, a inauguração da narrativa fílmica por Reynaud..

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    +Fig. 8
    Sujets Animés
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    +Fig. 9
    Jouet d’optique
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    +Fig. 10
    Praxinoscope-Théâtre
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    +Fig. 11
    Projections animées
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    +Fig. 12
    Appareil nouveau
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    +Fig. 13
    Poster do Musée Grévin
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    De tal forma Reynaud acreditava estar fazendo animação, que isso estava ali para todos verem: ele colocou em primeiro plano o termo-chave animado na publicidade de seu trabalho. O termo segue adiante em suas propagandas para o Praxinoscópio em 1877 – “temas animados” e “temas animados a cores” (imagem 8), em um anúncio, e “os desenhos animados do Praxinoscópio”, seu “brinquedo óptico produzindo a ilusão de movimento” (imagem 9), em outro –, em seu anúncio do Teatro Praxinoscópio em 1879 – “cenas animadas curiosas” (imagem 10) –, em seu anúncio de 1880 para as Projeções do Praxinoscópio – como “projeções animadas” e “temas que animam a si próprios” (imagem 11) –, em sua vinheta publicitária de 1892 para o Théâtre Optique – “cenas animadas” (imagem 12) –, e em seu programa posterior do Théâtre Optique – “projeções animadas” (imagem 13).

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    Crucial para nossa temática, o termo-chave de Reynaud, animado, prossegue com a expressão-chave fotografias animadas, por meio da qual o cinema foi conhecido em seus primeiros tempos, ao menos na França, Inglaterra e colônias desta.

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    Se o espaço permitisse, eu teria desconstruído esta expressão demasiado carregada – fotografias animadas – de modo mais amplo do que o esquema simples a seguir, o qual, apesar de tudo, funciona: a animação – como gráficos animados, isto é, desenhos animados (escrituras animadas, também) – subordina o cinema – como um foto-gráfico animado, uma subcategoria do gráfico, cuja predicação é também marcada no termo familiar cinemato-grafia e que Jacques Derrida (1976, p. 9)DERRIDA, J. Of Grammatology. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1976. explicitamente nomeia uma forma da grafia como escritura. Na medida em que a foto-grafia é um caso particular de grafia, a escritura/desenho com a luz; e a cinemato-grafia é um caso particular de grafia, a escritura/desenho com o movimento (kinema, kinesis), no caso da fotografia, a animação engloba e subordina ambas, a escritura/desenho com vida e movimento, a vida e o movimento de tudo e todos.

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    Assim, em resposta ao fato de os Film Studies terem expulsado a animação de seu campo, considerando-a uma não forma de filme e, em vez disso, uma forma do gráfico, gostaríamos de dizer que sim, a animação é uma forma do gráfico. Todavia, também o é o cinema, quer dizer, os Film Studies se equivocaram e erraram ao não considerar o cinema uma forma do gráfico! Forma de escritura e desenho, até mesmo do modo como Derrida trata do gráfico, e eu o faço seguindo Derrida em meus artigos “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation” (Uma Cilada para Roger Rabbit, ou Uma Cilada para a Animação) e “The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation” (A Ilusão dos Primórdios: Uma Teoria do Desenho e Animação) (CHOLODENKO, 2000_______. The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation. Afterimage, v. 28, n. 1, July/Aug., 2000.).

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    Em poucas palavras, a animação subordina o cinema. O cinema é uma forma de animação, um caso singular, uma forma reduzida e condicional de animação! E o Théâtre Optique de Reynaud é um exemplar privilegiado dessa subordinação do cinema à animação, seus gráficos animados projetados para um público em uma sala são cronologicamente anteriores, subentendem de modo lógico e gramatológico, modelam teoricamente, para não mencionar a possibilidade de influenciar, direta e historicamente, a animação de fotografias animadas dos irmãos Lumière e seus avatares.

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    Poderíamos acrescentar uma questão correlata: tal reviravolta significa que a animação não pode mais ser marginalizada pelos Film Studies do modo complacente que adotou, vendo-a como a mais baixa, a menos significativa forma de cinema, do filme.

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    Aqui, permita-me chamar sua atenção para algumas imagens que increvem a animação na primeira história do cinema, imagens que marcam seus realizadores como animadores, o que eles fizeram como animações, e seus exibidores como expositores da animação.

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    Primeiro, a Inglaterra e suas colônias. Aqui vai um anúncio britânico (imagem 14) para o Teatrógrafo de Robert W. Paul em 1º de dezembro de 1896. Está escrito: “Fotografias animadas”.

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    +Fig. 14
    Paul’s Theatrograph
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    +Fig. 15
    Exterior do Egyptian Hall
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    Aqui, temos o exterior do Salão Egípcio em Londres, onde, em 1896, David Devant apresentou o Teatrógrafo de Paul – renomeado, significativamente para nossos propósitos, Animatógrafo – em seu show de magia. Note as palavras: “Improved animated photographs. The finest in London” (fotografias animadas aprimoradas. As mais refinadas em Londres).

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    Aqui, é necessária uma observação: na medida em que o termo de Paul, animatógrafo, marca para mim a inextricável coimplicação desconstrutiva do gráfico e da animação – ao mesmo tempo, a escritura/desenho da animação e a animação da escritura/desenho –, cujas coimplicações desconstrutivas eu elaboro a partir de Derrida em “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation” e “The Illusion of The Beginning” e cujas formas nomeio como grafemático e o animático – e, na medida em que o Théâtre Optique de Reynaud atualiza essa coimplicação em sua performance, ele poderia ter sido chamado por esse nome, animatógrafo, subordinando o cinematográfico ao animatográfico.

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    A meu ver, o desenho precisa ser pensado de formas mais amplas, desafiadoras e complexas, por meio do grafemático e do animático.1919Um argumento dado por mim em “The Illusion of the Beginning” (CHOLODENKO, 2000, p. 10). Também meus artigos “Who Framed Roger Rabbit” (idem, 1991b) e “The Illusion of the Beginning” se empenham em fazê-lo, bem como meu “Still Photography?” (idem, 2005). “The Illusion of the Beginning” trata do gráfico como desenho, pensado a partir de Derrida, de Baudrillard e de Borges, relacionando-o com a animação. Meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” debate o gráfico como escritura, pensado a partir de Derrida, vinculando-o à animação, enquanto meu “Still Photography?” discute o gráfico como fotografia e filme, pensado a partir de Baudrillard, relacionando-o com a animação. Uso o termo animático em todos esses ensaios e o termo grafemático em “The Illusion of the Beginning”. A coimplicação de escritura/desenho – como o grafemático – e a animação – como o animático – significa que a escritura/desenho é uma forma de animação e esta, por sua vez, é uma forma de escritura/desenho. Como um exemplo privilegiado dessa coimplicação, o Théâtre Optique de Reynaud anima seus desenhos no processo de fazê-los aparecer e ao mesmo tempo desaparecer, na verdade, movendo-os adiante e retirando-os para então colocá-los novamente à mostra. Em todos os modos de desenho que eu delineio nesses dois artigos, até mesmo no âmbito do aparelho animatográfico, na verdade, animático, seguindo a lógica de ambos o grafemático e o animático, Reynaud está animando suas charmosas, encantadoras e sedutoras Pantomimas Luminosas, doravante para seu público nos teatros.

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    A consequência dessa coimplicação desconstrutiva do grafemático e do animático no animatográfico é que, ao transformar fotografias em fotografias animadas, isto é, em cinema, a animação duplica a si própria como uma animação atualizada pelo filme, da animação virtual presente desde sempre na fotografia como uma forma do gráfico. De modo que, agora, em vez de continuar a dizer que a animação engendrou, isto é, animou o cinema, exceto pela fotografia, podemos dizer que a animação animou o cinema incluindo a fotografia, incluindo a animação em fotografia, dado que a fotografia é a forma de animação que a animação reanimou como cinema.

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    Deve-se notar que isso constitui uma correção à diferença, que Stephenson esboça na citação acima, entre cinema como movimento (portanto, animação para ele) e cinema como fotografia (portanto, não animação para ele). Tal retificação é permitida porque localizamos o movimento (portanto, animação) na fotografia.

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    Assim, para todos aqueles teóricos do filme, como Siegfried Kracauer, no dizer de Dudley Andrew (1976, p. 111)ANDREW, D. The Major Film Theories. London: Oxford University Press, 1976., que fazem da “fotografia (...) o primeiro e básico ingrediente do cinema”, o que incluiria o outro teórico realista do filme, André Bazin, gostaríamos de propor que há dois ingredientes-chave anteriores à fotografia, incluindo e, a meu ver, subordinando gráfico e animação, cada um coimplicado no outro, inextricavelmente. A fotografia é uma forma de animação, do animatográfico, na verdade, do animático, uma proposição que eu desenvolvo não apenas em “The Illusion of the Beginning”, mas também em meu “Still Photography?”.

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    Nesse sentido, apesar de Gilles Deleuze (1986)DELEUZE, G. Cinema 1: The Movement-Image. Trans. Hugh Tomlinson and Barbara Habberjam. London: The Athlone Press, 1986. afirmar em Cinema 1: A Imagem em Movimento que o fotograma é imóvel e que o cinema nos dá não o fotograma, mas, em vez disso, uma imagem intermediária, ele parece ao mesmo tempo insinuar que o fotograma não é absolutamente imóvel, mas, em vez disso, uma duração pequena de tempo e movimento. Diríamos que o fotograma (o still fílmico) anima e é animado por essa pequena duração.2020Portanto, relacionando Deleuze com Jean Baudrillard, como eu o faço sobre a stillness da fotografia em “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005). +

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    +Fig. 16
    Poster do Egyptian Hall
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    Aqui, um poster do Salão Egípcio, apresentando o Mutagraph de John Neville Maskelyne, patenteado em 1897. Maskelyne era o diretor do Salão. Está escrito: “Fotografias animadas... As primeiras e (novamente) mais refinadas de Londres”.

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    +Fig. 17
    Carl Hertz
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    Temos aqui o primeiro poster de filme na Austrália, de Carl Hertz, 1896. Lê-se no alto: “A maior atração do século”. E, na parte de baixo: “Fotografias animadas em cores naturais”. Até onde eu pude precisar, foi o Animatógrafo de Paul que ele adquiriu e trouxe, e não o Cinematógrafo dos irmãos Lumière! Então, isso é um caso de propaganda enganosa!

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    +Fig. 18
    Charles Urban
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    Vemos aí a Companhia de Comércio de Charles Urban, em Londres, 1900, distribuindo os Star Films de Georges Méliès para o mundo. Na vitrine, pode-se ler: “Produtores e exportadores essenciais a todos os requisitos pertinentes à fotografia animada”.

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    E, agora, vão algumas imagens da França.

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    +Fig. 19
    Le Monde Animé par L’aléthorama
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    Primeiro, um poster de 1896 para “O Aléthorama”. Do significado grego de visão da verdade, de aletheia. Lê-se, arrebatadoramente, para nós: “Le Monde animé Par L’Aléthorama”. (O Mundo animado Pelo Aléthorama).

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    +Fig. 20
    Le Gioscope
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    Segundo, um poster de 1899 para o Gioscope. Aqui, novamente: “Photographies animées” (Fotografias Animadas). Note-se a imagem, típica para o período, de um trem chegando na estação.

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    +Fig. 21
    Le Biophonographe
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    Terceiro, um poster de 1900 para o Biophonographe de Auguste Baron. Novamente (embora seja difícil perceber no feixe de luz do projetor): “Photographie animée et parlante” (Fotografia animada e falante).

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    +Fig. 22
    Ballon Cinéorama
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    Por último, um anúncio do Balão Cineorama de Raoul Grimoin-Sanson, para a Feira Mundial de 1900, em Paris. Lê-se: “La grande attraction nouvelle” (A Grande Nova Atração), com “Projections panoramiques animées” (Projeções Panorâmicas Animadas) escrito no balão.2121Para mim, a demarcação de fotografias animadas como “The greatest attraction of the century” no poster de Carl Hertz, no ano de 1896, e, aqui, como “The Grand New Attraction” aproxima meus artigos da noção canônica elaborada por Tom Gunning, de “cinema de atrações”, especialmente meu “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004) e “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, Part II (idem, 2007d). O ponto mais significante no retorno ao envolvimento com Gunning neste último artigo é que, ao elaborar a natureza de seu cinema de atrações, Gunning involuntariamente torna a animação a primeira, a última e permanente atração de cinema, portanto, também involuntariamente torna seu cinema de atrações, animação de atrações. Infelizmente, ele não “saiu do chão” como projeto.

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    +Fig. 23
    Das Lebende Bild
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    E, aqui, da Alemanha, uma imagem “Shop Cinema” de Karl Knubbel, em 1903, em Berlim. Lê-se: “Das lebende bild”. A Imagem em Movimento, a Imagem Viva. Esses termos, “animado” e “vivo”, usados antes do termo “fotografia, assim como o próprio termo “fotografia, por si só, serão deixados de lado em favor das expressões “imagens em movimento (moving pictures – britânico) ou “figuras em movimento (motion pictures – notadamente, América do Norte), quando ter conhecimento dessas imagens como “animadas, como “vivas, irá, do mesmo modo, desaparecer.

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    Todavia, a animação como termo não desaparece por inteiro. O fato de aparecer em nomes de brinquedos filosóficos proto-cinemáticos, nomes tão carregados como Zootrópio (o tropo, girando, da vida – W.G. Horner, 1834), Praxinoscópio (exibição de ações – Reynaud, 1877REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945.), Zoopraxinoscópio (visualização ao vivo – Eadweard Muybridge, 1880), Viviscópio (visualização da vida – criador e data desconhecidos) – que inscrevem a vida e o movimento da animação – e de passar igualmente aos nomes dos primeiros dispositivos cinemáticos, não apenas o Animatógrafo de Paul (UK) e o Mutagráfico de W.K.L. Dickson (USA), mas o Bioscópio (visualização da vida) – fez da palavra uma designação usada por tantos inventores que se tornou para Ceram (1965, p. 187)12Ver: CERAM, 1965, p. 193-194; e AUZEL, 1992, p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948, p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007, p. 483, n. 2. um termo evocando “mais que qualquer outro (...) os primeiros tempos da projeção”, quando, “para muitos, os seguidores das imagens dos primeiros tempos, aquela palavra mágica resumia todo o entretenimento”.

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    O nome Bioscópio foi usado por Jules Dubosq e Léon Foucauld em seus primeiros projetores, assim como por Georges Demeny, Birt Acres, Robert W. Paul, Charles Urban e, como Bioscop, pelos irmãos Skladanowsky, na Alemanha. E a esses nomes acrescentaríamos o Vitascópio (visualização da vida – USA), de J. Stuart Blackton. Tais animados e animantes nomes também significam para mim o dom do aparelho da animação em si, da vida e do movimento, até mesmo a reanimação do mundo e o tema que tenho proposto em uma variedade de publicações, que as palavras grandiosas no poster do Alethorama anunciam.2222Sobre essa reanimação, ver: CHOLODENKO, 1991, p. 18, 21 e 36, nota 34; idem, 2004, p. 110-111; idem, 2007a, p. 20-23, 69; e idem, 2007b, p. 496. +

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    +Fig. 24
    Mutoscope
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    Na medida em que prefixos como bio- e vita- persistem em dispositivos cinemáticos, como o Biograph, e em nomes de companhias, tais como (imagem 24) American Mutoscope e Biograph (fundada por Elias Koopman, Harry Marvin, Herman Casler e W.K.L. Dickson, em 1896) e Vitagraph (criada por J. Stuart Blackton e Albert Smith em 1897), a marca da animação igualmente persiste nesse registro para além dos primeiros cinco anos do século XX, como, aliás, tem sido no novo século, com o American Zoetrope de Francis Ford Coppola.2323Muta- e muto-, como em Mutoscópio, do latin mutare, mudar, são prefixos que também demarcam a animação, na medida em que a animação tem a ver com mutação, metamorfose. Obviamente, isso também ocorre com o Cinématographe (França), visto que registra a escritura do movimento. Do grego kinema, kinein, podemos entender figurar a animação como dotada de e com movimento, isto é, a escritura/desenho, como o fizeram o Kinetógrafo de Edison, como câmera fotográfica (1891), e seu Kinetoscópio, como aparelho de visualização (1891) antes dele.

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    +Fig. 25
    Cinématographe
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    E essa marca da animação deve ser encontrada também na dedicatória em homenagem aos irmãos Lumière, no lado de fora do Grand Café, em cujo interior, eles apresentaram suas primeiras projeções em Paris, onde se lê: “Aqui, em 28 de dezembro de 1895, aconteceram as primeiras projeções públicas de fotografia animada com auxílio do aparelho cinematográfico inventado pelos irmãos Lumière” (AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 94).2424A dedicatória também é citada em Cholodenko (1991, p. 19). Nota: Auzel diz que a inscrição para os Lumière é gravada diretamente na fachada do número 14 do Boulevard des Capucines. Não recordo disso. De fato, pensava ter visto uma placa, conforme disse em Cholodenko, 1991. Contudo, não percebi a placa dedicada aos outros! +

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    +Fig. 26
    Empire Theatre Program
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    Gostaria de reiterar minha afirmação de 1991, com o acréscimo das palavras “o aparelho animatográfico”, que deveria ser lida como: “fotografia animada com auxílio do aparelho animatográfico, o aparelho animático!” (exceto por causa da redundância!) (CHOLODENKO, 1991aCHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 19) – aparelho da ilusão de vida (imagem 26) e a vida da ilusão, incluindo a fotografia animada.

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    Observamos o Programa do Empire Theatre, em inglês, para os filmes dos irmãos Lumière e, na parte inferior, as seguintes palavras-chave “illusion of life” (ilusão da vida).

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    Na mesma fachada do prédio, que mostra a dedicatória em homenagem aos irmãos Lumière, Dominique Auzel (1992, p. 96) nos diz que há uma placa bem pequena (tanto que não percebi quando lá estive), muito frágil, um post-scriptum ou um codicilo para a gravura indelével consagrada aos irmãos Lumière, no qual se pode ler: “Para Reynaud, Marey, Demeny, Lumière e Méliès, pioneiros do cinema, homenagem dos profissionais, por ocasião do cinquentenário 28-12-1945”.

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    Ora, essa organização considerou Reynaud um pioneiro do cinema!

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    +Fig. 27
    Musée Grévin Tableau
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    Aqui, mostro um incrível tableau (“non-vivant”), instalado no Museu Grévin. Vi, pessoalmente, oito anos atrás. Apresenta Émile Reynaud demonstrando seu Théâtre Optique a Georges Méliès, em pé à esquerda, Auguste Lumière, sentado à esquerda, Louis Lumière, sentado à direita, e Gabriel Thomas, diretor do museu, em pé, atrás de Reynaud, à direita.

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    De certo, isso animou meu pensamento sobre as relações da animação com o cinema!

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    E isso inclui como alguém deve pensar nesta afirmativa de Manovich:

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    (...) a construção manual de imagens no cinema digital representa um retorno às práticas pro-cinemáticas do século XIX, quando imagens eram pintadas e animadas à mão. Na virada do século XX, o cinema iria delegar essas técnicas manuais à animação e definir-se como mídia de gravação. À medida que o cinema entra na era digital, essas técnicas vão se tornando novamente lugar-comum no processo de filmagem. Consequentemente, o cinema não pode mais ser claramente diferenciado da animação. (MANOVICH, 2001, 2002MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., p. 295)

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    Essa imagem de Reynaud demonstrando seu Théâtre Optique aos irmãos Lumière e a Georges Méliès ilustra as afirmações que propus e as análises que desenvolvi, sustenta uma proposição bem diferente e uma mudança na reivindicação de Manovich. A animação delegou sua subforma, o fotográfico, ao cinema e, portanto, o cinema jamais poderia ser claramente distinto da animação! Isso quer dizer também que, depois de tanto tempo na sombra dos irmãos Lumière (lumière, é claro, significa “luz” em francês) e de Méliès, com a minha análise e aquela mudança, Reynaud passa a ser visto como jamais tendo estado na sombra deles, fazendo-os juntar-se a ele em sua sombra, seu espectro. Isso também significa que o filme digital “retorna às práticas pro-cinemáticas do século XIX, quando imagens eram pintadas e animadas à mão”, como declara Manovich. É um retorno pre-eminente para nós a Reynaud, primeiro “pintor do filme”, exatamente como Auzel afirma, que não fora abandonado pelo filme digital nem jamais o deixou”2525Quando Manovich (2001, p. 304) declara que “a pintura digital à mão é (...) o mais óbvio exemplo do retorno do cinema às suas origens no século XIX – neste caso, as imagens de slides em lanterna mágica feitos à mão, o Phenakitiscópio e o Zootrópio”, ele infelizmente exime-se de mencionar, quanto mais de colocar em primeiro plano, Reynaud e suas invenções..

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    Eu os deixo com uma imagem e sua proposição, com a esperança de que animem seu pensamento sobre as relações da animação com o cinema, um pensamento que, para mim, também deve reanimar aquele espectro que assombra não apenas o filme de animação, mas o cinema, que assombra, na verdade, não apenas o filme de animação, mas seu próprio advento, o espectro cujo nome é Émile Reynaud.

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      Ver: BROADFOOT, K.; BUTLER, R., 1991BROADFOOT, K.; BUTLER, R. The Illusion of Illusion. CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991..
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      +CHOLODENKO, 1991aCHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 10, 22, 23 e 29. Ver também: CHOLODENKO, “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation”, 1991b, p. 213. Permitam-me acrescentar aqui: Manovich não é o primeiro e único, depois de mim, a postular que todo filme é uma forma de animação. Griffin (1994, p. 107)GRIFFIN, S. Pronoun Trouble: The "Queerness" of Animation. Spectator, University of Southern California, 1994. Dossier: "Do You Read Me?: Queer Theory and Social Praxis", Eric Freedman (ed.). o fez em seu “Pronoun Trouble: The ‘Queerness’ of Animation”.
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      Uma complicação das datas surge aqui: Driscoll (2002, p. 270)DRISCOLL, M. From Kino-Eye to Anime-Eye/ai: The Filmed and the Animated in Imamura Taihei's Media Theory. Japan Forum, v. 14, n. 2, 2002. afirma que Imamura “publicou os primeiros ensaios do seu Theory of Animation, de 1948, na mesma época de seu mais famoso texto de 1940, Theory of Documentary Film”. Então, se os primeiros ensaios de Imamura foram publicados em 1940 e, tal como Naum Kleiman (1988, p. xii) escreve na “Introdução” a Eisenstein on Disney, “os primeiros fragmentos de Disney foram escritos em setembro e outubro de 1940”, não apenas os primeiros ensaios de Imamura e seu livro foram publicados décadas antes, eles foram possíveis, não apenas publicados, mas escritos antes que Eisenstein elaborasse os primeiros fragmentos do que se tornaria Eisenstein on Disney. Uma pesquisa posterior seria necessária aqui, porém, basta dizer que 1940 surge como um ano-chave para dois textos decisivos sobre a animação.
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      Como se pode inferir de minha discussão segundo a qual ainda não há, infelizmente, monografias sobre Reynaud em inglês, há três publicações em francês, nenhuma das quais, obviamente, traduzida para o inglês e em cujas informações eu tenho baseado minhas análises. Tais obras serviram para resgatar Reynaud, na França, do histórico esquecimento forjado por lá, não apenas pelo cinematógrafo dos irmãos Lumière e o cinema que se seguiu a partir dele, mas por aqueles que escreveram a história do cinema, incluindo a do cinema francês. As monografias reanimadoras de Reynaud são: La Verité sur l’invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux (NOVERRE, 1926NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926.); Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918 (L’OFFICE FRANÇAIS D’EDITION, 1945) e Émile Reynaud et l’image s’anima (AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992.). A de Noverre ocupa o lugar de honra ao ser o primeiro livro ou, no caso, uma brochura, cujo objetivo é fazer Reynaud ressurgir, retornar à visibilidade e ser reconhecido por suas contribuições. Em seu prefácio, o próprio Noverre (1926, p. 5)NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926. é congratulado por ensinar ao mundo todo que “o inventor das projeções animadas e da cinematografia em movimento contínuo do filme é Émile Reynaud, um francês”. De fato, a invocação de um Reynaud Prometeu (ibidem, p. 61)REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. feita por Noverre é reiterada por Alexeïeff (1994, p. xix)ALEXEIEFF, A. Preface. In: BENDAZZI, Giannalberto. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994..
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      Quanto ao livro primoroso de Auzel (1992, p. 43-44)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., o qual repete a história de Sadoul sobre essa projeção de fotografias animadas, primeira no mundo, diante de numerosas personalidades e antecipando em treze anos aquela dos irmãos Lumière, alguém poderia apenas desejar que fosse imediatamente traduzida para o inglês. Para Auzel (ibidem, p. 48), Reynaud, com seu aparelho Théâtre Optique, patenteia “a alma da projeção animada”. Por causa disso, Auzel (ibidem, p. 104) afirma que Reynaud é o “criador da sétima arte”, isto é, do cinema. Todavia, em nenhum lugar pude encontrá-lo afirmando explicitamente que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Em vez disso, enfatiza as diferenças entre animação e cinema em Reynaud, o qual via o cinema como “vulgar e ‘antiartístico’” (ibidem, p. 101), usou fotografia e, quando o fez, como um meio, não um fim, sempre retocou a imagem fotográfica com seu próprio desenho e pinturas. De fato, Auzel (ibidem, p. 110) designa Reynaud como “pintor de filmes”, reiterando o título da monografia de 1945, a primeira na história do cinema. Também distingue entre os dessins animés (desenhos animados) e filmes de animação “no sentido estrito do termo: reprodução cinematográfica de desenhos inteira e anteriormente realizados”, dizendo que Reynaud “não é o primeiro a ter realizado um filme de animação”, considerando-o “um dos mais imediatos precursores do film d’animation”. Ele apoia essa distinção declarando que “o cinema de animação foi inventado duas vezes na França. Primeiro, vinte anos, bem antes (...) com Reynaud, pioneiro desafortunado e desencorajado, depois por um outro pioneiro solitário, Émile Cohl” (ibidem, p. 107). Na medida em que o sentido estrito do termo define, a meu ver, uma forma de filme de animação e Reynaud animou o filme como tal, criou não apenas o filme de animação, mas a animação de filme, a distinção de Auzel não é determinante para o nosso debate. De fato, não importa quão esforçadamente Auzel tente obrigar a definir Reynaud, e ele o tenta com bastante empenho, para nós, ele parece escorregar após uma série de posições contraditórias. Por exemplo, Reynaud fez dessin animé, mas ele não fez dessin animé; a obra de Reynaud é um microcosmo de cinema, mas não é cinema; seu trabalho está deste ou daquele lado do cinema; ele é o criador da sétima arte, mas ele não fez, de fato, era antagonista ao cinema, etc.
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      Acrescento: não apenas Auzeul (ibidem) declara Reynaud “criador da sétima arte”, do cinema, procurando por sua origem em sua obra, como é parcialmente antecipador do que Manovich virá nos dizer em 2001:
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      No momento do animatique (ou animação de imagens sintéticas de computador), último campo de exploração do cinema imagem por imagem, o paradoxo é que o cinema fotográfico constitui um parêntese frágil, enquanto o de Émile Reynaud, com seu conceito de ‘animação de um suporte’, permanece operativo e exemplarmente nas fronteiras das tecnologias de ponta (MANOVICH, 2001MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., p. 22).

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      Ele acrescenta: “o animatique (...) é certamente o último campo de exploração do cinema sem câmera, prefigurado por Reynaud” (ibidem, p. 109). Em outras palavras, a animação de computador é o avatar do Théâtre Optique de Reynaud e dos filmes animados que ele criou. Contudo, em nenhum lugar, como disse, encontrei Auzel explicitamente declarando que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Longe disso, parece desejar manter a diferença entre eles. Por fim, recentemente, uma história do cinema francês foi traduzida para o inglês, qual seja, Cinema is 100 Years Old (TOULET, 1995TOULET, E. Cinema is 100 Years Old. Trans. Susan Emanuel. London: Thames and Hudson, 1995. (Originalmente publicado em Paris: Gaflimard/Réunion des Musées Nationaux, 1998).). Nele, Emmanuelle Toulet (ibidem, p. 70-71) traz uma seção sobre Reynaud, intitulada “O Filme Animado Nasceu”, mas ela sugere, contraditoriamente, que o Théâtre Optique “o levou ao limiar da invenção do filme”.
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      Em alguns índices remissivos, a palavra aparece ocasionalmente. Todavia, em geral, é apenas uma referência! E esta é frequentemente um desperdício, dando a sensação de que se está livre para ignorar a consideração sobre a animação seja de quem for! Como em The Major Film Theories (ANDREW, 1976ANDREW, D. The Major Film Theories. London: Oxford University Press, 1976.), em que aparece sob “Animated Film” (Filme Animado), que se refere a Siegfried Kracauer ter se sentido livre para ignorá-la em sua consideração da natureza do cinema como baseado na fotografia.
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      Esta caracterização do fantasmal e do morto cruza-se com meus “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004_______. The Crypt, the Haunted House, of Cinema. Cultural Studies Review, v. 10, n. 2, Sept., 2004.); “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005_______. Still Photography? Afterimage, v. 32, n. 5, Mar./Apr., 2005. Reimpresso em The International Journal of Baudrillard Studies website, v. 5, n. 1, Jan. 2008. Disponível em: <http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudies/vol5_1/v5-1-article5-cholodenko.html>. Acesso em: 20 Set. 2016.
      http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudi... +
      ), republicado no site do International Journal of Baudrillard Studies (2008); tanto quanto com o meu “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, partes I e II. A parte II está em Animation Studies, no site da Society for Animation Studies (CHOLODENKO, 2007d_______. (The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix, Parts I and II. The Society for Animation Studies, 2007d. Disponíveis respectivamente em: <https://journal.animationstudies.org/the-death-of-the-animator-or-the-felicity-of-felix-part-i/> e <https://journal.animationstudies.org/the-death-of-the-animator-or-the-felicity-of-felix/>. Acesso em: 21 Set. 2016.
      https://journal.animationstudies.org/the... +
      ). A parte I irá juntar-se àquela em breve. Ver nota 10 infra.
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      E Bendazzi também faz homenagem a Reynaud como artista, um reconhecimento, ao contrário do desdém de Ceram. Nesse sentido, eles seguem Georges Sadoul (1945, p. 24)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., que é só elogios quanto ao lado artístico em Reynaud, dizendo de seu Autour d’une cabine: “para voltar a ver um desenho animado com tal duração, tal perfeição e espírito, será necessário aguardar o amadurecimento de Walt Disney”. Ver também Sadoul (1972a, p. 215)_______. Dictionary of Film Makers. Ed. and trans. Peter Morris. Berkeley: University of California Press, 1972a. (originalmente publicado como Dictionnaire des Cinéastes, Paris: Editions du Seuil, 1965)., em que há uma entrada para Reynaud, descrevendo-o como “criador imaginativo dos desenhos animados do pré-cinema, que foi o primeiro a organizar apresentações regulares de imagens animadas (em cores e com acompanhamento sonoro) no Musée Grévin em Paris, em 1892. Um artista de gênio e um maravilhoso ‘pintor no filme’”. E Sadoul (1972b, p. 19, 278)_______. Dictionary of Films. Ed. and trans. Peter Morris. Berkeley: University of California Press, 1972b. (Originalmente publicado em Paris: Editions du Seuil, 1965)., curiosamente, nomeia Pauvre Pierrot (1891) e Autour d’une cabine (1894), ambos de Reynaud, “as primeiras obras-primas do desenho animado”! De fato, Auzel (1992, p. 112)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992. afirma sobre Sadoul: “certos historiadores do cinema, como Georges Sadoul, têm razão em considerar a obra de Reynaud como um momento capital da criação cinematográfica e do cinema de animação (...)”.
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      Em sua brochura anterior, Around the World in Animation, Wells (1997)WELLS, P. Around the World in Animation. London: BFI, 1997. também situou Reynaud em termos de cinema, ao escrever sobre o “proto-cinema pioneiro do Théâtre Optique criado pelo francês Émile Reynaud”.
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      Ver meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit”, sobre esta figura re: o quadro, o litoral, etc.
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      Ver meu trabalho sobre o espectro e o Cryptic Complex como figuras privilegiadas da animação, cinema, filme e fotografia nos artigos listados na nota 6 supra.
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      Ver também o que Broadfoot e Butler (1991, p. 284)BROADFOOT, K.; BUTLER, R. The Illusion of Illusion. CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991. dizem sobre Reynaud. Ao mesmo tempo que nomeio Reynaud na “Introdução” e em meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” (CHOLODENKO, 1991CHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 113), este ensaio retoma e desenvolve a partir de tais inscrições, procurando elaborar e, portanto, reanimar o lugar de Reynaud na história do filme de animação e animação do filme.
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      Ver: CERAM, 1965CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965., p. 193-194; e AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948QUIGLEY, JR., Martin. Magic Shadows: The Story of the Origin of Motion Pictures. Washington, D.C.: Georgetown University Press, 1948., p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007SCHAFFER, W Animation 1: The Control-Image. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007., p. 483, n. 2.
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      Que ele tenha usado tiras ou fitas de celuloide é assegurado por Stephenson (1973, p. 25)STEPHENSON, R. The Animated Film. London/New York: The Tantivy Press/A. S. Barnes & Co, 1973., Crafton (1982, 1987, p. 7)CRAFTON, D. Before Mickey: The Animated Film 1898-1928. Cambridge, MA: The MIT Press, 1982, 1987. e Crafton (1990, p. 122)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990.. Bendazzi (1994, p. 5)BENDAZZI, G. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994. (Tradução de Cartoons: Il Cinema d'Animazione 1888-1988. Venezia: Marilio Editori, 1988). diz “uma grande fita, um verdadeiro filme com o apoio de uma tela...”. Em Sadoul (1945, p. 63)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., lê-se: “uma série horizontal de imagens desenhadas sobre cristaloide (placa de gelatina)”. Toulet também diz que ele pintava as imagens em gelatina. A imagem da fita em Auzel (TOULET, 1995TOULET, E. Cinema is 100 Years Old. Trans. Susan Emanuel. London: Thames and Hudson, 1995. (Originalmente publicado em Paris: Gaflimard/Réunion des Musées Nationaux, 1998)., p. 61) surge para mostrar uma tira sozinha de celuloide. O filme de Celuloide (nitrato de celulose) foi inventado nos anos de 1880 e Reynaud aparenta ter tirado vantagem disso para o seu Théâtre Optique. Todavia, seja celuloide ou gelatina (como um distinto do celuloide), uma coisa parece clara: suas tiras ou fitas não eram feitas de placas de vidro, como havia sido sugerido.
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      +Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., o filho de Émile, fez tal afirmação em L’Office Français d’édition (repetida em Auzel [1992, p. 49]). Ver os debates sobre a controvérsia em torno da placa dedicada aos Lumière no Apêndice à publicação de Noverre, de 1926, em particular, os comentários de Pierre Noguès, especialmente sua carta publicada em réplica a outra dos irmãos Lumière, na qual reivindicam o privilégio da invenção da cinematografia. Noguès (1926, p. 84)NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926. sustenta o argumento de que o sistema de perfuração criado por Reynaud seria a base para o Cinematógrafo Lumière, cuja glória e sucesso, segundo ele, são exclusivamente devidos àquele.
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      +Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, E. Le brevet du "Théâtre Optique". In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. também registra a visita aos bastidores e reflete sobre ela. Reynaud também observa que Thomas Alva Edison veio ver o Théâtre Optique de seu pai na Exposição Universal em Paris, no ano de 1889 (ibidem, p. 30-31), algo que Auzel também constata, acrescentando que os irmãos Lumière, igualmente, o viram lá (ibidem, p. 48). Ambos, Paul Reynaud e Auzel concluem que Edison, tanto quanto os irmãos Lumière, falsificou o sistema de perfuração patenteado e criado por Reynaud.
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      Além disso, Auzel (1992, p. 62) comenta que a resenha sobre o aparelho dos Lumière em La Revue générale, ao concluir com estas palavras – “Le cinématographe permet de montrer à toute une assemblée, en les projetant sur un écran, des scènes animées, durant près d’une minute” (O cinematógrafo permite mostrar cenas animadas projetadas sobre uma tela, para um público, durante quase um minuto) –, visto não ser encontrada a palavra fotográfico entre cenas e animadas, “subentende uma negação total do Théâtre Optique”. Contudo, para nós, o verdadeiro termo animado serve para inscrever Reynaud, seu uso, em um reconhecimento implícito.
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      As várias exclusões de Ceram (1965, p. 15, 17, 21)CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965. como desempenhando “nenhum papel na história da cinematografia” incluem: “cenas animadas”, teatros de sombra chineses, indianos e javaneses, os autômatos barrocos, o teatro de marionetes, “o escritor” de “Jacques Dros” [sic] e as sugestões de “Heron [sic] de Alexandria” de seu Peri automatopoietikes (Construção de Teatros Autômatos). Ver: “Speculations on the Animatic Automaton” (CHOLODENKO, 2007b_______. Speculations on the Animatic Automaton. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007b.).
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      Para uma enumeração de todos os modos segundo os quais o Théâtre Optique prefigurou o cinema, incluindo as trucagens de Méliès, o cinema sonoro, o musical, o filme a cores, etc., ver: AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 94-114. E isso inclui, obviamente, a inauguração da narrativa fílmica por Reynaud.
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      Um argumento dado por mim em “The Illusion of the Beginning” (CHOLODENKO, 2000_______. The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation. Afterimage, v. 28, n. 1, July/Aug., 2000., p. 10). Também meus artigos “Who Framed Roger Rabbit” (idem, 1991b) e “The Illusion of the Beginning” se empenham em fazê-lo, bem como meu “Still Photography?” (idem, 2005). “The Illusion of the Beginning” trata do gráfico como desenho, pensado a partir de Derrida, de Baudrillard e de Borges, relacionando-o com a animação. Meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” debate o gráfico como escritura, pensado a partir de Derrida, vinculando-o à animação, enquanto meu “Still Photography?” discute o gráfico como fotografia e filme, pensado a partir de Baudrillard, relacionando-o com a animação. Uso o termo animático em todos esses ensaios e o termo grafemático em “The Illusion of the Beginning”.
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      Portanto, relacionando Deleuze com Jean Baudrillard, como eu o faço sobre a stillness da fotografia em “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005_______. Still Photography? Afterimage, v. 32, n. 5, Mar./Apr., 2005. Reimpresso em The International Journal of Baudrillard Studies website, v. 5, n. 1, Jan. 2008. Disponível em: <http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudies/vol5_1/v5-1-article5-cholodenko.html>. Acesso em: 20 Set. 2016.
      http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudi... +
      ).
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      Para mim, a demarcação de fotografias animadas como “The greatest attraction of the century” no poster de Carl Hertz, no ano de 1896, e, aqui, como “The Grand New Attraction” aproxima meus artigos da noção canônica elaborada por Tom Gunning, de “cinema de atrações”, especialmente meu “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004_______. The Crypt, the Haunted House, of Cinema. Cultural Studies Review, v. 10, n. 2, Sept., 2004.) e “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, Part II (idem, 2007d). O ponto mais significante no retorno ao envolvimento com Gunning neste último artigo é que, ao elaborar a natureza de seu cinema de atrações, Gunning involuntariamente torna a animação a primeira, a última e permanente atração de cinema, portanto, também involuntariamente torna seu cinema de atrações, animação de atrações.
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      Sobre essa reanimação, ver: CHOLODENKO, 1991, p. 18, 21 e 36, nota 34; idem, 2004, p. 110-111; idem, 2007a_______. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007a., p. 20-23, 69; e idem, 2007b, p. 496.
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      +Muta- e muto-, como em Mutoscópio, do latin mutare, mudar, são prefixos que também demarcam a animação, na medida em que a animação tem a ver com mutação, metamorfose.
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      A dedicatória também é citada em Cholodenko (1991, p. 19)_______. Who Framed Roger Rabbit, or The Framing of Animation. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991b.. Nota: Auzel diz que a inscrição para os Lumière é gravada diretamente na fachada do número 14 do Boulevard des Capucines. Não recordo disso. De fato, pensava ter visto uma placa, conforme disse em Cholodenko, 1991. Contudo, não percebi a placa dedicada aos outros!
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      Quando Manovich (2001, p. 304)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002. declara que “a pintura digital à mão é (...) o mais óbvio exemplo do retorno do cinema às suas origens no século XIX – neste caso, as imagens de slides em lanterna mágica feitos à mão, o Phenakitiscópio e o Zootrópio”, ele infelizmente exime-se de mencionar, quanto mais de colocar em primeiro plano, Reynaud e suas invenções.
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    • +26
      Essa tradução foi possível graças a uma bolsa PNPD/CAPES concedida pelo Programa de Pós-Graduação em Educação, Arte e História da Cultura, da Universidade Mackenzie-SP. Incorporei sugestões de revisão feitas por Christine Veras, doutoranda pela School of Art, Design and Media, da Nanyang Technological University em Cingapura.
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    Fontes das imagens

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    • Emmanuelle Toulet, Cinema is 100 Years Old, trad. Susan Emanuel, London: Thames and Hudson, 1995.
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    Referências

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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      Jan-Apr 2017
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    Histórico

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    • +Recebido
      Set 2016
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    • +Aceito
      Dez 2016
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    +Open-access A Animação do Cinema +

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    The animation of cinema

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    + +Sobre o autor +
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    Resumo

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    Este ensaio procura reavivar o nome, a obra e as realizações do mais significante pioneiro animador do filme, na melhor das hipóteses, marginalizado e, na pior, apagado pelos Film Studies e Animation Studies de língua inglesa: Émile Reynaud. Ele ganhou o Prêmio McLaren-Lambart da Society for Animation Studies (SAS) de melhor ensaio. E continua seu trabalho autoral sobre teorizações da animação, iniciado em 1991, quando organizou A Ilusão da Vida: Ensaios sobre + Animação, a primeira antologia do mundo com ensaios acadêmicos teorizando animação.

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    Palavras-chave
    Émile Reynaud; Théâtre Optique; animação; cinema

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    Abstract

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    This essay seeks to resurrect the name, work and achievements of the most significant pioneering film animator at best marginalized, at worst effaced, by English language Film Studies and Animation Studies: Émile Reynaud. It won the 2010 McLaren-Lambart Award from the Society for Animation Studies for best essay. It continues the author’s work on the theorising of animation begun in 1991 when he edited The Illusion of + Life: Essays on Animation, the world’s first anthology of scholarly essays theorising animation.

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    Keywords
    Émile Reynaud; Théâtre Optique; animation; cinema

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    I

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    Foi o que a minha tia de 91 anos de idade, direto de Nova Jersey, falou ao telefone; eu estava em Sydney, no dia 4 de fevereiro do ano passado! Não lhe disse à época que, para nós, a animação jamais deixou de ser “o grande lance em filme”, que, a cada encontro com o filme, há um outro com a animação-cinema, ou seja, com o filme live action. Sendo assim, não é o caso de que apenas recentemente, com o advento da animação digital, o filme tenha se tornado animação.

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    Para nós, o filme jamais deixou de ser animação.

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    Eis, então, a premissa-chave com a qual este artigo deslancha, a premissa-chave que entrelaça várias de minhas publicações sobre animação – não apenas é a animação uma forma de filme, mas o filme, todo filme, o filme como tal, é uma forma de animação. Para nós, não apenas a animação jamais deixou de animar o cinema, a animação jamais deixou de assombrá-lo, curiosamente retornando a ele e o reanimando: o filme, os Film Studies e a teoria do filme como cinema de animação, filme de animação, film animation studies e teoria do filme de animação – mesmo se ela – a animação – passa despercebida, inexplorada, irreconhecida. Em suma, para nós, a animação é a primeira, última e permanente atração do cinema, do filme.

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    A animação em sua forma contemporânea, especialmente aquela gerada por computador (tanto quanto o anime), encaminhou essa noção – a de que todo filme é uma forma de animação – de volta às origens e com uma vingança, devolvendo a animação ao que ela jamais deixou ou ao que jamais a deixou, colocando a animação em primeiro plano como o verdadeiro núcleo do cinema contemporâneo. De fato, o verdadeiro núcleo da contemporânea cultura de massas hipermidiatizada e imediata – da “cultura da animação”, para usar o termo de Lev Manovich (2006)_______. Quoted in the Sage Publications flyer announcing its new. Animation: An Interdisciplinary Journal, 2006. –, ao mesmo tempo que a animação, jamais deixou de ser para nós o verdadeiro núcleo do cinema e cultura “como tal”, certamente não apenas da cultura “como tal”, mas do mundo “como tal”, do universo “como tal” – mundo-animação, universo-animação.

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    Levando tudo isso em conta, a marginalização, o apagamento da animação dos Film Studies (e outras disciplinas), fez da animação o seu (e o delas) ponto cego (CHOLODENKO, 2007c_______. Introduction to SCMS Panel: Animation - Film and Media Studies' "Blind Spot". The Society for Animation Studies Newsletter, v. 20, n. 1, Spring, 2007c.). Contudo, essa verdadeira transformação da animação em ponto cego trouxe à tona outro sentido, um tanto diferente, de ponto cego e de animação como ponto cego. Neste sentido, ponto cego é aquela entidade que ao mesmo tempo não é vista, que de fato jamais é vista, mas que permite a alguém vê-la, sendo ela a verdadeira condição para a possibilidade de visão – a cegueira que torna a vista ao mesmo tempo possível e impossível. Sob esse prisma, a animação torna-se o ponto cego do ponto cego, o ponto cego como tal. Por outro lado, não é mais algo que os Film Studies, qualquer coisa ou qualquer um que sejam, não querem ver, mas, em vez disso, não podem ver, jamais podem, quer queiram, quer não. Isso significa que, se não se pode ver a animação como tal, não se pode ver a vida como tal, nem o movimento como tal11Ver: BROADFOOT, K.; BUTLER, R., 1991., tampouco o que os anima – a animação/animando da animação/animando. De fato, para nós, não apenas não se pode vê-la, como também não há como tal para ela, a pedir marcas de citação em torno de como tal sempre que é referenciada. Além disso, esse ponto cego permite ver qualquer coisa ou qualquer um como tal, permite ver até mesmo a si próprio como tal, mas permite bem menos ver-se vendo a si próprio – a verdadeira premissa da reflexividade sobre si, da autorreflexão – impossível per se.

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    No decorrer deste artigo, oferecerei um resumo de aspectos-chave históricos, historiográficos e teóricos e implicações da proposição segundo a qual o cinema é uma forma de animação e jamais deixou de ser animação. Sem dúvida, para nós, esses componentes históricos, historiográficos e teóricos estão necessária e inextricavelmente misturados, mesmo quando são também inevitavelmente especulativos, em especial por causa do que dissemos sobre o ponto cego do ponto cego – o verdadeiro objeto de nossas especulações – e o como tal. Sua implicação é a de que ninguém pode determinar ou concluir sobre uma origem pura para a animação, nem mesmo para o filme; com efeito, para qualquer ou todas as coisas que a animação anima.

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    Tendo essa advertência em mente, prosseguirei com a minha proposição: o cinema é uma forma de animação, jamais deixou de ser animação.

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    II

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    Aqui, história e historiografia serão requisitadas desde o princípio.

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    Uma expressão frequentemente citada sobre esse problema, segundo o qual o cinema é uma forma de animação, encontra-se na assertiva de Lev Manovich (2001, 2002, p. 302)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002.: “nascido da animação, o cinema afastou a animação para sua periferia, apenas para, por fim [o cinema digital] tornar-se um caso particular de animação”.

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    Embora, infelizmente, Manovich seja o único que eu encontro sendo citado hoje em dia por essa proposição, não foi o único nem o primeiro a publicar a afirmativa segundo a qual todo filme é uma forma de animação. Eu a tornei o primeiro ponto-chave de minha “Introdução” a The Illusion of Life (A Ilusão da Vida), publicado em 1991, ou seja, dez anos antes – alegando que não apenas é a animação uma forma de filme, mas o filme, todo filme, o filme como tal, é uma forma de animação22CHOLODENKO, 1991a, p. 10, 22, 23 e 29. Ver também: CHOLODENKO, “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation”, 1991b, p. 213. Permitam-me acrescentar aqui: Manovich não é o primeiro e único, depois de mim, a postular que todo filme é uma forma de animação. Griffin (1994, p. 107) o fez em seu “Pronoun Trouble: The ‘Queerness’ of Animation”..

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    De imediato, isso significa que preciso modificar a afirmativa de Manovich: para mim, o “por fim” ao qual Manovich se refere está desde sempre no começo.

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    Por outro lado, é crucial afirmar que eu não fui o primeiro a reivindicar que o filme per se é uma forma de animação.

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    Ao escrever, em 1973, sobre Émile Reynaud, o aclamado animador Alexandre Alexeïeff diz:

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    De certo, a invenção do cinema foi patenteada por Reynaud, que não teve dinheiro suficiente para processar os irmãos Lumière e vencer. Em todo caso, é legítimo considerar o cinema como um tipo específico de animação, uma espécie de substituto vulgar, industrial (...) o qual era destinado a substituir o trabalho criativo de um artista, tal como Émile Reynaud, pela fotografia de modelos humanos em movimento. (ALEXEÏEFF, 1994ALEXEIEFF, A. Preface. In: BENDAZZI, Giannalberto. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994., p. xix e xx)

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    Ainda em 1973, Ralph Stephenson declarou sobre Reynaud:

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    Quaisquer que sejam seus méritos como um artista genuíno, não há dúvidas sobre o seu lugar na história da animação. Ele não apenas inventou a técnica, mas originou uma nova arte e foi o primeiro a desenvolver o filme animado (na verdade, o cinema, caso se entenda por cinema o movimento, não a fotografia) em um espetáculo. (STEPHENSON, 1973STEPHENSON, R. The Animated Film. London/New York: The Tantivy Press/A. S. Barnes & Co, 1973., p. 26)

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    Permita-me acrescentar: mesmo antes de Alexeïeff e Stephenson, o filósofo de filmes e mídia japonês Taihei Imamura teve a mesma ideia em seu livro de 1948, Theory of Animation (Teoria da Animação), ao postular a animação como anterior ao filme e como sua base, um postulado sobre o qual nos informa Mark Driscoll (2002, p. 280)DRISCOLL, M. From Kino-Eye to Anime-Eye/ai: The Filmed and the Animated in Imamura Taihei's Media Theory. Japan Forum, v. 14, n. 2, 2002..

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    Serguei Eisenstein (1988)EISENSTEIN, S. Eisenstein on Disney. Trans. Alan Upchurch, London: Methuen, 1988. convenceu-se disso ainda antes, entre 1940 e 1943, no que se tornaria Eisenstein on Disney, quando postulou a animação como a essência do filme33Uma complicação das datas surge aqui: Driscoll (2002, p. 270) afirma que Imamura “publicou os primeiros ensaios do seu Theory of Animation, de 1948, na mesma época de seu mais famoso texto de 1940, Theory of Documentary Film”. Então, se os primeiros ensaios de Imamura foram publicados em 1940 e, tal como Naum Kleiman (1988, p. xii) escreve na “Introdução” a Eisenstein on Disney, “os primeiros fragmentos de Disney foram escritos em setembro e outubro de 1940”, não apenas os primeiros ensaios de Imamura e seu livro foram publicados décadas antes, eles foram possíveis, não apenas publicados, mas escritos antes que Eisenstein elaborasse os primeiros fragmentos do que se tornaria Eisenstein on Disney. Uma pesquisa posterior seria necessária aqui, porém, basta dizer que 1940 surge como um ano-chave para dois textos decisivos sobre a animação..

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    Se você está se perguntando agora “quem foi Émile Reynaud?”, você está dando sustentação ao meu argumento.

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    Ok, eu explico. Émile Reynaud inventou o Praxinoscópio, o Teatro Praxinoscópio e o Théâtre Optique.

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    Todavia, antes de prosseguir com minha explicação das realizações de Reynaud, vejamos como ele é conhecido na literatura de Film Studies e estudos de animação.

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    Aqui vão três premissas: uma arqueologia extensa e intensa do tratamento dado a Reynaud por essa literatura encontra-se além do alcance deste artigo; minha pesquisa é, em grande parte, restrita à literatura em inglês quanto a esses campos44Como se pode inferir de minha discussão segundo a qual ainda não há, infelizmente, monografias sobre Reynaud em inglês, há três publicações em francês, nenhuma das quais, obviamente, traduzida para o inglês e em cujas informações eu tenho baseado minhas análises. Tais obras serviram para resgatar Reynaud, na França, do histórico esquecimento forjado por lá, não apenas pelo cinematógrafo dos irmãos Lumière e o cinema que se seguiu a partir dele, mas por aqueles que escreveram a história do cinema, incluindo a do cinema francês. As monografias reanimadoras de Reynaud são: La Verité sur l’invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux (NOVERRE, 1926); Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918 (L’OFFICE FRANÇAIS D’EDITION, 1945) e Émile Reynaud et l’image s’anima (AUZEL, 1992). A de Noverre ocupa o lugar de honra ao ser o primeiro livro ou, no caso, uma brochura, cujo objetivo é fazer Reynaud ressurgir, retornar à visibilidade e ser reconhecido por suas contribuições. Em seu prefácio, o próprio Noverre (1926, p. 5) é congratulado por ensinar ao mundo todo que “o inventor das projeções animadas e da cinematografia em movimento contínuo do filme é Émile Reynaud, um francês”. De fato, a invocação de um Reynaud Prometeu (ibidem, p. 61) feita por Noverre é reiterada por Alexeïeff (1994, p. xix).Quanto ao livro primoroso de Auzel (1992, p. 43-44), o qual repete a história de Sadoul sobre essa projeção de fotografias animadas, primeira no mundo, diante de numerosas personalidades e antecipando em treze anos aquela dos irmãos Lumière, alguém poderia apenas desejar que fosse imediatamente traduzida para o inglês. Para Auzel (ibidem, p. 48), Reynaud, com seu aparelho Théâtre Optique, patenteia “a alma da projeção animada”. Por causa disso, Auzel (ibidem, p. 104) afirma que Reynaud é o “criador da sétima arte”, isto é, do cinema. Todavia, em nenhum lugar pude encontrá-lo afirmando explicitamente que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Em vez disso, enfatiza as diferenças entre animação e cinema em Reynaud, o qual via o cinema como “vulgar e ‘antiartístico’” (ibidem, p. 101), usou fotografia e, quando o fez, como um meio, não um fim, sempre retocou a imagem fotográfica com seu próprio desenho e pinturas. De fato, Auzel (ibidem, p. 110) designa Reynaud como “pintor de filmes”, reiterando o título da monografia de 1945, a primeira na história do cinema. Também distingue entre os dessins animés (desenhos animados) e filmes de animação “no sentido estrito do termo: reprodução cinematográfica de desenhos inteira e anteriormente realizados”, dizendo que Reynaud “não é o primeiro a ter realizado um filme de animação”, considerando-o “um dos mais imediatos precursores do film d’animation”. Ele apoia essa distinção declarando que “o cinema de animação foi inventado duas vezes na França. Primeiro, vinte anos, bem antes (...) com Reynaud, pioneiro desafortunado e desencorajado, depois por um outro pioneiro solitário, Émile Cohl” (ibidem, p. 107). Na medida em que o sentido estrito do termo define, a meu ver, uma forma de filme de animação e Reynaud animou o filme como tal, criou não apenas o filme de animação, mas a animação de filme, a distinção de Auzel não é determinante para o nosso debate. De fato, não importa quão esforçadamente Auzel tente obrigar a definir Reynaud, e ele o tenta com bastante empenho, para nós, ele parece escorregar após uma série de posições contraditórias. Por exemplo, Reynaud fez dessin animé, mas ele não fez dessin animé; a obra de Reynaud é um microcosmo de cinema, mas não é cinema; seu trabalho está deste ou daquele lado do cinema; ele é o criador da sétima arte, mas ele não fez, de fato, era antagonista ao cinema, etc.Acrescento: não apenas Auzeul (ibidem) declara Reynaud “criador da sétima arte”, do cinema, procurando por sua origem em sua obra, como é parcialmente antecipador do que Manovich virá nos dizer em 2001: + No momento do animatique (ou animação de imagens sintéticas de computador), último campo de exploração do cinema imagem por imagem, o paradoxo é que o cinema fotográfico constitui um parêntese frágil, enquanto o de Émile Reynaud, com seu conceito de ‘animação de um suporte’, permanece operativo e exemplarmente nas fronteiras das tecnologias de ponta (MANOVICH, 2001, p. 22). + Ele acrescenta: “o animatique (...) é certamente o último campo de exploração do cinema sem câmera, prefigurado por Reynaud” (ibidem, p. 109). Em outras palavras, a animação de computador é o avatar do Théâtre Optique de Reynaud e dos filmes animados que ele criou. Contudo, em nenhum lugar, como disse, encontrei Auzel explicitamente declarando que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Longe disso, parece desejar manter a diferença entre eles. Por fim, recentemente, uma história do cinema francês foi traduzida para o inglês, qual seja, Cinema is 100 Years Old (TOULET, 1995). Nele, Emmanuelle Toulet (ibidem, p. 70-71) traz uma seção sobre Reynaud, intitulada “O Filme Animado Nasceu”, mas ela sugere, contraditoriamente, que o Théâtre Optique “o levou ao limiar da invenção do filme”.; e, mesmo assim, minha pesquisa de Film Studies na literatura de língua inglesa ainda está em processo. Então, posso apenas oferecer um relato provisório sobre a literatura desse campo: Émile Reynaud é um nome que geralmente se procura em vão nos índices remissivos de livros em língua inglesa sobre história do filme, bem como a palavra animação!55Em alguns índices remissivos, a palavra aparece ocasionalmente. Todavia, em geral, é apenas uma referência! E esta é frequentemente um desperdício, dando a sensação de que se está livre para ignorar a consideração sobre a animação seja de quem for! Como em The Major Film Theories (ANDREW, 1976), em que aparece sob “Animated Film” (Filme Animado), que se refere a Siegfried Kracauer ter se sentido livre para ignorá-la em sua consideração da natureza do cinema como baseado na fotografia. Nas ocasiões em que seu nome aparece, e isso ocorre com uma certa frequência, é colocado na pré-história do cinema: ora ele e seu Praxinoscópio são meramente incluídos em uma lista de dispositivos ópticos proto-cinemáticos; ora ele e a variedade de suas invenções recebem um tratamento mais sinóptico, no máximo chegando a um parágrafo.

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    Tudo isso já era de se esperar, visto que tais textos basearam-se em uma teleologia que faz do cinema, ou seja, do filme fotográfico, não apenas o objetivo, mas a medida. Por esse prisma, seu Théâtre Optique é visto como um dos dispositivos proto-cinemáticos que prepararam o caminho para o cinema, para os irmãos Lumière, aos quais é dado permanentemente o lugar de honra. O caso-limite disso, para mim, é aquele de Dai Vaughan (1990, p. 63)VAUGHAN, D. Let there be Lumière. In: ELSAESSER, T. (ed.). Early Cinema: Space, Frame Narrative. London: BFI Publishing, 1990. em seu adequadamente intitulado “Let there be Lumière” (!), no qual ela equipara suas primeiras projeções públicas à singularidade do Big Bang! Porém, isso também é verdadeiro mesmo quando um esforço para complicar o advento do cinema é subestimado, como na seção de Roberta Pearson (1996, p. 14)PEARSON, R. Early Cinema. In: NOWELL-SMITH, Geoffrey (ed.). The Oxford History of World Cinema. Oxford: Oxford University Press, 1996., “Early Cinema”, do The Oxford History of World Cinema. O aspecto mais triste do livro é que Reynaud não é encontrado no índice remissivo (nem em nenhum outro lugar, tanto quanto pude perceber), nem mesmo na seção “Tricks and Animation” (Trucagens e Animação), ponto ao qual retornarei.

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    No máximo, o Théâtre Optique é considerado por historiadores como tão próximo do cinema quanto um tal dispositivo poderia estar sem ser cinema. Segundo David Parkinson (1995, p. 12)PARKINSON, D. History of Film. London: Thames and Hudson, 1995. escreve, “as animações encantadoras [de Reynaud] (...) trouxeram o cinema para o limiar da existência”. No entender de Robert Sklar (1993, p. 18)SKLAR, R. Film: An International History of the Medium. New York: Harry N. Abrams, 1993., o Théâtre Optique é uma “tela de entretenimento [que] falhou naquilo que o cinema viria a fornecer. Apenas a falta de um nome mais adequado deve tê-lo mantido distante de uma fama duradoura como um símbolo de frivolidade tecnológica, tal como o Stanley Steamer, o automóvel movido a vapor, que fracassou ao enfrentar o motor de combustão interna”! Para Peter Cowie (1971, p. 192)COWIE, P. A Concise History of the Cinema, v. 1: Before 1940. London/New York: Zwemmer/ Barnes, 1971., o Théâtre Optique é um “reconhecimento” (visto que Reynaud usou fotografia no período mais tardio da operação desta) “de que o futuro pertencia à fotografia”. Noël Burch (1990, p. 9)BURCH, N. Life to Those Shadows. Berkeley: University of California Press, 1990. observa isso como “uma espécie de beco sem saída”. Richard Abel (1994, p. 15)ABEL, R. The Ciné Goes to Town: French Cinema, 1896-1914. Berkeley: University of California Press, 1994. designa-o meramente como um lugar de exibição de filmes no momento em que surgiram os irmãos Lumière, Méliès, Pathé, etc. (O subtítulo de Abel diz tudo: “Cinema Francês, 1896-1914”). E, então, há a caracterização de Reynaud feita por Eric Rhode (1976, p. 25)RHODE, E. A History of the Cinema from its Origins to 1970. New York: Hill and Wang, 1976., com estas palavras isoladas: “Émile Reynaud, que supostamente jogou suas máquinas no Sena”! Talvez, a passagem mais estranha e contundente esteja no índice remissivo de Steve Neale (1985)NEALE, S. Cinema and Technology: Image, Sound, Colour. London: BFI, Macmillan, 1985. em Cinema and Technology: Image, Sound, Colour, no qual o Théâtre Optique é listado, mas sem a localização da página, a única entrada sem informação!

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    Em textos assim, que, de fato, o mencionam, não há análise real sobre Reynaud nem envolvimento com ele, nem com o Théâtre Optique por seus próprios méritos. Ao contrário, Reynaud é tipicamente marginalizado, apresentado como um acompanhamento opcional em relação ao curso/atração principal dos irmãos Lumière, bem como a própria animação é tratada em relação ao cinema. Ocasionalmente, a bajulação acompanha o escárnio, explícito ou implícito, de sua obra como sendo insuficientemente cinema, como acontece em certos casos com a própria animação. Nesse sentido, é exemplar o tratamento que Reynaud recebe das mãos de C.W. Ceram (1965)CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965. no texto canônico The Archaeology of Cinema (A Arqueologia do Cinema), que parece configurar o padrão para o tratamento equivocado que Reynaud sofreu, na melhor das hipóteses, nas histórias do filme em língua inglesa, que, de algum modo, lhe dão tratamento significante. Ceram está dividido, ao mesmo tempo elogiando e condenando Reynaud, dentro de seu projeto maior para diminuí-lo e marginalizá-lo. Ele escreve:

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    Os shows [de Reynaud] continuaram a atrair fregueses até bem depois de filmes genuínos serem oferecidos em numerosos cinemas. De fato, as imagens em movimento de Reynaud (...) têm um curioso encanto até hoje. Talvez isto baseie-se na irrealidade com a qual as figuras um pouco fantasmagóricas movem-se através de espaços curiosamente mortos (ibidem, p. 194).66Esta caracterização do fantasmal e do morto cruza-se com meus “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004); “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005), republicado no site do International Journal of Baudrillard Studies (2008); tanto quanto com o meu “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, partes I e II. A parte II está em Animation Studies, no site da Society for Animation Studies (CHOLODENKO, 2007d). A parte I irá juntar-se àquela em breve. Ver nota 10 infra. +

    +

    Então, contradizendo o efeito da palavra genuíno (e dos dois usos de curioso), o autor dá uma reviravolta e declara: “de um ponto de vista relativo, a realização de Reynaud é extraordinária. Ele projetou imagens coloridas, contínuas e genuínas, numa época em que ninguém mais estava fazendo isso (...)”.

    +

    Todavia, qualquer reconhecimento significativo de Ceram (ibidem) em relação a Reynaud, neste caso, é imediatamente sabotado pelas palavras “ponto de vista relativo” e o fato de que, para Ceram, as “imagens coloridas, contínuas e genuínas” não poderiam ser consideradas, não mais do que as “imagens em movimento” de Reynaud, como “filmes genuínos”!

    +

    Com efeito, ao prosseguir, Ceram (ibidem) muda os termos de novo e volta-se contra qualquer quantum de reconhecimento de Reynaud que tenha aparecido até então, com estas palavras: “porém, com toda a objetividade, devemos reconhecer que Reynaud era um desenhista medíocre, um visionário encantador, mas dificilmente um artista...”

    +

    Quanto ao tratamento dado a Reynaud na literatura dos estudos de animação em língua inglesa, é decepcionante, não parece ser em larga medida melhor do que a sua contraparte nos Film Studies. Talvez, Donald Crafton tenha dado o tom e os termos para esse entendimento de Reynaud nos estudos de animação no mundo anglófono, mesmo que, ao tratar de Reynaud, siga a deixa de Ceram e não a de Stephenson. Nem, acrescento, a deixa de Robert Russett e de Cecile Starr (1976), que deram a Reynaud uma única sentença de reconhecimento em seu Experimental Animation: Origins of a New Art (Animação Experimental: Origens de uma Nova Arte), na página intitulada “A Note on the Origins of Animation” (Uma Nota sobre as Origens da Animação):

    +

    No início, toda animação era experimental. Provinha do Teatro Óptico (1892) de Émile Reynaud, o qual, embora não fotografado para reprodução em massa, superou outros dispositivos de movimento-ilusão (tais como o Phenakistiscópio de Joseph Plateau e o próprio Praxinoscópio de Reynaud) na habilidade para retratar uma história inteira diante de um grande público em uma tela maior do que o tamanho natural. (STARR; RUSSETT, 1976RUSSETT, R.; STARR, C. Experimental Animation: Origins of a New Art. Rev. ed., New York: Da Capo Press, 1976., p. 32)

    +

    O próprio subtítulo do livro pioneiro e igualmente canônico de Crafton (1982)CRAFTON, D. Before Mickey: The Animated Film 1898-1928. Cambridge, MA: The MIT Press, 1982, 1987., Before Mickey: The Animated Film 1898-1928 (Antes de Mickey: O Filme Animado 1898-1928), já evidencia o problema, dado que o Théâtre Optique de Reynaud estreou em 1892! Baseando suas análises em Ceram, que é de modo explícito indicado em rodapé, Crafton (ibidem, p. 6) coloca de lado todos os dispositivos ópticos anteriores a 1895 ao escrever: “uma certeza é que o cinema de animação não poderia ter existido antes de o cinema vir a existir por volta de 1895”. Ao fazer dos filmes de animação meramente “uma subespécie de filme [i.e. cinema live action] em geral”, Crafton (ibidem) maquinalmente exclui a possibilidade de considerar Reynaud um animador. De fato, afirma que Reynaud “tem sido de forma ludibriosa chamado de ‘o pai do desenho animado”’ (ibidem). Assim, a obra de Reynaud não é considerada animação por ele. No máximo, declara, mesmo deixando a questão para nós (como ficará claro na parte III deste paper): “porque seu aparelho utilizou muitos princípios gerais do cinema e porque ele projetou ‘imagens em movimento’ para um público, Reynaud pode ser legitimamente considerado um precursor do cinema” (ibidem, p. 7)! Depois, Crafton muda os termos de suas análises para o problema da influência, sugerindo:

    +

    Todavia, sua contribuição atual para a história do filme animado é mais romântica do que real. Conceitualmente, seus programas não estavam muito distantes dos shows de lanterna do século XIX, e não há sinais de que suas encantadoras peças de Pierrô tenham influenciado algum dos primeiros animadores. O método de desenhar de Reynaud, diretamente sobre o filme, tinha uma pequena instrução a oferecer (ibidem).

    +

    Permita-me interromper: acredito que alguém poderia ler o trabalho de pintura na película dos famosos animadores Norman McLaren e Len Lye como uma refutação de qualquer tentativa de considerar tal prática como não animação, não verdadeira animação, em outras palavras, uma defesa implícita de Reynaud como um animador. Crafton continua:

    +

    É improvável que algum dos pioneiros da animação tenha visitado suas produções no Musée Grévin (as quais, aliás, foram substituídas por projeções cinematográficas pouco depois de 1900), ou sequer sabido de seu trabalho. (ibidem)

    +

    Dadas as 500 mil pessoas que assistiram às projeções de Reynaud em 8 anos, é difícil compreender como Crafton pode dizer que é improvável que algum dos pioneiros da animação tenha feito isso.

    +

    Na verdade, para nós, a maior parte das asserções de Crafton é problemática, levantando sérios questionamentos sobre sua conclusão de que Reynaud não é um animador. De fato, quanto à questão da influência, em seu subsequente livro Émile Cohl, Caricature and Film (Émile Cohl, Caricatura e Filme), Crafton (1990, p. 91)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990. revê sua posição, dizendo sobre Cohl: “é possível também que o protocinemático ‘Pantomimas Luminosas’ de Reynaud o tenha atraído”. Contudo, para fazer referência novamente a The Oxford History of World Cinema, na seção “Tricks and Animation”, Crafton (1990a, p. 71)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990., lamentavelmente, abstém-se de fazer qualquer menção a Reynaud, dizendo: “a história geral do filme animado começa com o uso de efeitos transitórios de trucagens em filmes por volta da virada do século” (pergunto: o que é o “geral” em “história geral”?!). Assim, nesta publicação que vende a si própria na capa como “A História Definitiva do Cinema Mundial”, Reynaud não merece sequer um olhar, seja em termos de história do filme de animação, seja do cinema!

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    Parece que, após Before Mickey, de Crafton, referências a Reynaud se tornaram raras em livros de língua inglesa sobre animação, apenas Giannalberto Bendazzi (em tradução), Paul Wells e Esther Leslie reconhecem sua existência. Por outro lado, pode-se questionar que, desde então, boa parte das publicações surgidas abordam temas diferentes da proto-animação, assim, a ausência de Reynaud não é algo calculado e levado em conta. De todo modo, gostaria de pensar que este artigo pode ajudar a iniciar tal retorno e reconsideração, até mesmo servir como uma recuperação de Reynaud, na verdade, uma reanimação, uma volta dos mortos, entre os quais ele estava, para os estudos de animação e Film Studies, paralelamente com o projeto maior de recuperar, de reanimar a história da animação para os estudos de animação, para os Film Studies e, sem dúvida, para todos os estudos.

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    Felizmente, a publicação italiana de 1988, de Bendazzi, Cartoons: Il Cinema d’Animazione 1888-1988 foi traduzida e publicada em inglês, em 1994, como Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation (Cartoons: 100 Anos de Cinema de Animação). Com o seu tratamento e sua abordagem ponderados das invenções de Reynaud focados no Théâtre Optique, Bendazzi (1994, p. xv) começa a situá-lo a partir de Ceram e Crafton. Ele reconhece que “os primeiros shows animados (Pantomimes lumineuses, Paris, 1892)” foram os de Reynaud e o descreve como “o inventor da animação” (ibidem, p. 6), cuja:

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    (...) contribuição única (...) expandiu a dimensão do tempo e teoricamente abriu ilimitadas possibilidades para imagens em sucessão rápida (...). Daquele momento em diante, as imagens (...) iriam flutuar, contando uma história, formando um movimento narrativo (ibidem).

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    É também aqui, no Prefácio do livro, que encontramos a homenagem de Alexeïeff a Reynaud como inventor não apenas do filme de animação, mas do cinema como uma de suas formas77E Bendazzi também faz homenagem a Reynaud como artista, um reconhecimento, ao contrário do desdém de Ceram. Nesse sentido, eles seguem Georges Sadoul (1945, p. 24), que é só elogios quanto ao lado artístico em Reynaud, dizendo de seu Autour d’une cabine: “para voltar a ver um desenho animado com tal duração, tal perfeição e espírito, será necessário aguardar o amadurecimento de Walt Disney”. Ver também Sadoul (1972a, p. 215), em que há uma entrada para Reynaud, descrevendo-o como “criador imaginativo dos desenhos animados do pré-cinema, que foi o primeiro a organizar apresentações regulares de imagens animadas (em cores e com acompanhamento sonoro) no Musée Grévin em Paris, em 1892. Um artista de gênio e um maravilhoso ‘pintor no filme’”. E Sadoul (1972b, p. 19, 278), curiosamente, nomeia Pauvre Pierrot (1891) e Autour d’une cabine (1894), ambos de Reynaud, “as primeiras obras-primas do desenho animado”! De fato, Auzel (1992, p. 112) afirma sobre Sadoul: “certos historiadores do cinema, como Georges Sadoul, têm razão em considerar a obra de Reynaud como um momento capital da criação cinematográfica e do cinema de animação (...)”..

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    Quanto a Wells (1998)_______. Understanding Animation. London: Routledge, 1998., em seu favor, devemos dizer que, em sua “Introdução” a Understanding Animation, faz referência à reivindicação de Stephenson, até mesmo cita sua apreciação laudatória palavra por palavra. Ao mesmo tempo, não está claro se ele subscreve a abordagem de Stephenson, dado que, até na citação, Wells categoriza o Théâtre Optique de Reynaud como “proto-cinema”, não parece considerá-lo animação e presume a “questão mais significativa” re: o Théâtre Optique é um caso de indústria, não de arte88Em sua brochura anterior, Around the World in Animation, Wells (1997) também situou Reynaud em termos de cinema, ao escrever sobre o “proto-cinema pioneiro do Théâtre Optique criado pelo francês Émile Reynaud”.. Em 2002, Wells parece rever sua posição, situando Reynaud sob o termo “proto-animação” no Glossário, em Animation: Genre and Authorship (Animação: Gênero e Autoria). Ali, Wells (2002, p. 136)_______. Animation: Genre and Authorship. London: Wallflower, 2002. afirma que o “Theatre [sic] Optique (...) pode reivindicar ser o primeiro mecanismo autêntico a aparentemente projetar imagens animadas em uma tela”. A palavra “aparentemente”, no entanto, continua inexplicada. Em todo caso, com essa publicação, Wells reconhece a natureza duplamente progênita de Reynaud – proto-cinema, proto-animação – embora, diferente de Stephenson, Alexeïeff e Bendazzi, ele hesite em nomeá-lo como animador.

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    Quanto a Leslie (2002)LESLIE, E. Hollywood Flatlands: Animation, Critical Theory and the Avant-Garde. London: Verso, 2002., refere-se a Reynaud em seu Hollywood Flatlands: Animation, Critical Theory and the Avant-Garde (Planícies de Hollywood: Animação, Teoria Crítica e as Vanguardas). Contudo, trata-o de forma apressada e, surpreendentemente, até se omite de afirmar com clareza que o Théâtre Optique não projetava apenas para “família e amigos” (ibidem, p. 3), mas para um público eventualmente em número de 500 mil espectadores, e outros detalhes-chave relacionados a isso, para não mencionar o postulado de que o papel de Reynaud fora decisivo em animar o filme de animação. Em vez de ser colocado em primeiro plano por Leslie, ele aparece largamente emaranhado na tessitura das páginas iniciais de seu texto, em que Émile Cohl, Étienne-Jules Marey e outros têm grande presença.

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    Aqui, devo acrescentar que Manovich (2001, 2002)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., em The Language of New Media, ocupa-se do Teatro Praxinoscópico de Reynaud, de 1879, mas informa a data equivocada de 1892, sugerindo que ele quis se referir em vez disso ao Théâtre Optique de Reynaud, embora sua descrição pareça adequar-se melhor ao Teatro Praxinoscópico, principalmente porque seu parágrafo seguinte é sobre “os mais imediatos predecessores do cinema” e seu uso do looping. Mesmo aí onde esperarávamos abordagens até privilegiadas de Reynaud e seu Théâtre Optique, elas estão faltando. A contribuição singular de Reynaud é decepcionantemente preterida, tanto por Manovich quanto por Leslie.

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    Dessa forma, enquanto vários livros sobre animação nem ao menos referenciam Reynaud, mesmo entre aqueles que o fazem, vários lhe dão bem menos reconhecimento do que, a nosso ver, ele merece. Em suma, onde Reynaud é de algum modo considerado, tende-se a encontrar estudiosos do cinema em publicações de língua inglesa situando-o, não como um cineasta, ou não como um verdadeiro, genuíno cineasta, mas, em vez disso, como um precursor do filme, do cinema: um proto-cinemático. E estudiosos de animação em publicações de língua inglesa fazem o mesmo com a sua própria disciplina, situando-o não como um animador, ou não como um verdadeiro, genuíno animador, e na melhor das hipóteses, como um precursor da animação: como proto-animação.

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    III

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    Portanto, Reynaud sofreu uma histórica marginalização, até mesmo um apagamento, pelo cinema e por seus profissionais, a exemplo do que o cinema e seus profissionais fizeram com a animação em si; a literatura inglesa dos Film Studies pesquisada até agora e a literatura de língua inglesa de estudos sobre animação têm, em larga medida, duplicado isso. Assim, proponho que, se a animação tem sido marginalizada, e até apagada pelos Film Studies, Reynaud revela-se para mim o mais marginalizado, o mais apagado, a figura singular na história do cinema e da animação, e não apenas nos Film Studies, mas também nos estudos de animação. Sua contribuição é, em grande parte, não reconhecida, ou muito pouco admitida. Nesses livros que o postulam como “proto-cinemático” ou “proto-animador”, na melhor das hipóteses, Reynaud é tratado como um Moisés, um líder que traz seu povo para a Terra Prometida, mas não pode, ele mesmo, atravessá-la.

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    Todavia, para nós, alguma coisa dele deve fazer essa travessia, por dentro, com e sem aqueles que assim o fazem. Em outras palavras, ele é uma figura da fronteira, das bordas; e dessas que são sempre perturbadoras, até mesmo para o pensamento e para localizá-las. Para nós, uma tal figura é privilegiada em animação, porque é um in-betweener.99Ver meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit”, sobre esta figura re: o quadro, o litoral, etc. Um in-betweener como o espectro; e para mim, Reynaud é um espectro singular, transformando o proto- em proteu e assombrando, como as figuras em suas Pantomimes lumineueses, (o advento) não apenas (d)a animação, mas (d)o cinema, mesmo quando esse espectro (incluindo o de Reynaud) assombra os estudos de animação e os Film Studies.1010Ver meu trabalho sobre o espectro e o Cryptic Complex como figuras privilegiadas da animação, cinema, filme e fotografia nos artigos listados na nota 6 supra. Para nós, portanto, seu trabalho seria, ao mesmo tempo, filme de proto-animação e filme de animação, nem simplesmente filme de proto-animação nem filme de animação; ao mesmo tempo ambos, proto-cinema e cinema, nem meramente proto-cinema nem cinema; ao mesmo tempo, instituindo de modo singular o filme de animação e o cinema, instituindo singularmente todo filme como uma forma de animação.

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    Assim, não é de surpreender, e por várias razões, que Reynaud não seja bem conhecido no mundo anglófono, nem sequer como animador do filme animado. Todavia, e minhas palavras agora mesmo o indicaram, para mim e também para Alexeïeff e Stephenson, Reynaud fez mais com seu Théâtre Optique: ele animou não apenas o filme animado, mas o cinema.

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    +Fig.1
    Reynaud com o Théâtre Optique
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    Não que pudesse haver um único animador do cinema, porém ele é privilegiado, na verdade, singular, em sua relação com isso. Foi seu aparelho que me levou a reivindicar em minha “Introdução” a The Illusion of Life que:

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    (...) o filme de animação não apenas precedeu o advento do cinema, mas o engendrou; que o desenvolvimento de todas essas tecnologias do século XIX – brinquedos ópticos, estudos em persistência da visão, o projetor, a tira de celuloide etc. –, exceto para a fotografia, deveria resultar em sua combinação/sintetização no aparelho de animação do Théâtre Optique de Émile Reynaud, em 1892; que, invertendo a sabedoria convencional [essa animação era o enteado do cinema, sua forma mais inferior, como uma criança para o adulto cinema (isto é, caso pertencesse ao cinema de algum modo)], o cinema pode então ser pensado como um “enteado” da animação. (CHOLODENKO, 1991CHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 9-10)1111Ver também o que Broadfoot e Butler (1991, p. 284) dizem sobre Reynaud. Ao mesmo tempo que nomeio Reynaud na “Introdução” e em meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” (CHOLODENKO, 1991, p. 113), este ensaio retoma e desenvolve a partir de tais inscrições, procurando elaborar e, portanto, reanimar o lugar de Reynaud na história do filme de animação e animação do filme. +

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    Uma inversão desse tipo jamais fez o cinema deixar de ser um “caso particular de animação”, e os Film Studies, como estudo de cinema, nunca foram um caso particular, portanto, de estudos de animação.

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    +Fig. 2
    Interior do Cabinet
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    +Fig. 3
    Fotografia exterior do museu com poster à esquerda
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    Ao assegurar sua patente para o Théâtre Optique em 14 de janeiro de 1889, Reynaud iniciou as projeções do que Ceram (1965), em Archaeology of the Cinema, chama de “imagens vivas” de Reynaud, no Cabinet Fantastique, do Museu Grévin em Paris, em 28 de outubro de 1892, eventualmente projetando seu Théâtre Optique 12.800 vezes para mais de 500 mil espectadores, como indiquei, até a performance de encerramento em 28 de fevereiro de 1900.1212Ver: CERAM, 1965, p. 193-194; e AUZEL, 1992, p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948, p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007, p. 483, n. 2. +

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    Ao olhar mais de perto essa imagem externa do Museu Grévin, pode-se ver, à esquerda, o poster de Jules Chéret para o que Reynaud chamava de “Pantomimes Lumineuses”.

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    Aqui, segue um close-up do poster.

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    +Fig. 4
    Poster de Pantomimes Lumineuses
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    +Fig. 5
    Imagem de fitas de filmes
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    +Fig. 6
    Imagem da grande roda
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    As projeções de Reynaud consistiam em filmes curtos (com ao menos 10 minutos de duração) de narrativas curtas, compostas por desenhos coloridos retroprojetados em uma tela para um público espectador. Os desenhos vinham sobre fitas de celuloide transparente1313Que ele tenha usado tiras ou fitas de celuloide é assegurado por Stephenson (1973, p. 25), Crafton (1982, 1987, p. 7) e Crafton (1990, p. 122). Bendazzi (1994, p. 5) diz “uma grande fita, um verdadeiro filme com o apoio de uma tela...”. Em Sadoul (1945, p. 63), lê-se: “uma série horizontal de imagens desenhadas sobre cristaloide (placa de gelatina)”. Toulet também diz que ele pintava as imagens em gelatina. A imagem da fita em Auzel (TOULET, 1995, p. 61) surge para mostrar uma tira sozinha de celuloide. O filme de Celuloide (nitrato de celulose) foi inventado nos anos de 1880 e Reynaud aparenta ter tirado vantagem disso para o seu Théâtre Optique. Todavia, seja celuloide ou gelatina (como um distinto do celuloide), uma coisa parece clara: suas tiras ou fitas não eram feitas de placas de vidro, como havia sido sugerido.. Cada quadro era separado do seguinte por uma perfuração que funcionava (imagem 6) com um pino na bobina metálica, essa grande roda, para mover os filmes para frente e para trás. Seu dispositivo de perfuração/pino havia sido nomeado pelo famoso historiador de filme francês Georges Sadoul (1945, p. 18)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. “a primeira forma de filme sem a qual o cinema teria sido apenas um sonho de um inventor imaginativo e romântico” e reivindicado por Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, E. Le brevet du "Théâtre Optique". In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. como objeto de seu pai que fora “apropriado” pelos irmãos Lumière, para seu cinematógrafo1414Paul Reynaud (1945, p. 31), o filho de Émile, fez tal afirmação em L’Office Français d’édition (repetida em Auzel [1992, p. 49]). Ver os debates sobre a controvérsia em torno da placa dedicada aos Lumière no Apêndice à publicação de Noverre, de 1926, em particular, os comentários de Pierre Noguès, especialmente sua carta publicada em réplica a outra dos irmãos Lumière, na qual reivindicam o privilégio da invenção da cinematografia. Noguès (1926, p. 84) sustenta o argumento de que o sistema de perfuração criado por Reynaud seria a base para o Cinematógrafo Lumière, cuja glória e sucesso, segundo ele, são exclusivamente devidos àquele., o qual teve sua estreia pública em 28 de dezembro de 1895, três anos e dois meses depois do Théâtre Optique de Reynaud.

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    Na verdade, Dominique Auzel (1992, p. 60-62)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992. relata que, em janeiro ou fevereiro de 1894, os irmãos Lumière pediram o favor de assistir, nos bastidores, ao funcionamento do aparelho operado por Reynaud, tanto quanto reitera a anedota de Maurice Noverre de que tiveram uma demonstração completa em sua fábrica, forçando Reynaud a comentar, posteriormente, que “esses homens vêm ver esses aparelhos com uma frequência um pouco demasiada”1515Paul Reynaud (1945, p. 31) também registra a visita aos bastidores e reflete sobre ela. Reynaud também observa que Thomas Alva Edison veio ver o Théâtre Optique de seu pai na Exposição Universal em Paris, no ano de 1889 (ibidem, p. 30-31), algo que Auzel também constata, acrescentando que os irmãos Lumière, igualmente, o viram lá (ibidem, p. 48). Ambos, Paul Reynaud e Auzel concluem que Edison, tanto quanto os irmãos Lumière, falsificou o sistema de perfuração patenteado e criado por Reynaud.. O argumento está, portanto, claramente construído, o de que Reynaud influenciou os irmãos Lumière, influência esta que eles jamais reconheceram. Uma questão é suscitada: é possível que, com um uso tão amplo do termo animado, os Lumière o evitassem em sua própria publicidade, seus programas impressos, etc., como um artifício para tentar mascarar sua relação com o Théâtre Optique de Reynaud, ao mesmo tempo que suas declarações publicadas parecem ter sempre evitado mencionar Reynaud?!1616Além disso, Auzel (1992, p. 62) comenta que a resenha sobre o aparelho dos Lumière em La Revue générale, ao concluir com estas palavras – “Le cinématographe permet de montrer à toute une assemblée, en les projetant sur un écran, des scènes animées, durant près d’une minute” (O cinematógrafo permite mostrar cenas animadas projetadas sobre uma tela, para um público, durante quase um minuto) –, visto não ser encontrada a palavra fotográfico entre cenas e animadas, “subentende uma negação total do Théâtre Optique”. Contudo, para nós, o verdadeiro termo animado serve para inscrever Reynaud, seu uso, em um reconhecimento implícito. Outro ponto: na aplicação de patente para o Théâtre Optique de Reynaud, em 1º de dezembro de 1888, ele afirma: “as poses [sucessivas] podem ser desenhadas à mão ou impressas por qualquer procedimento de reprodução, em preto ou em cores, ou obtidas a partir da natureza por meio da fotografia” (les poses [successives] peuvent être dessinées à la main ou imprimées par un procédé quelconque de reproduction, en noir ou en couleurs, ou obtenues d’après nature par la Photographie) (REYNAUD, 1945REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., p. 58). Isso significa que Reynaud antevia seu dispositivo projetando não apenas imagens desenhadas, mas fotografadas, e poderia ter entrado com uma ação legal contra os irmãos Lumière (e Edison) por violação de patente.

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    Aqui vai outra imagem do Théâtre Optique de Reynaud.

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    +Fig. 7
    Segunda imagem do Théâtre Optique
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    Para mim, Reynaud e seu aparelho de animação se deparam com dois caminhos de uma só vez: para trás, em direção aos primeiros dispositivos de animação anteriores ao seu Théâtre Optique, até mesmo brinquedos filosóficos, entre eles os seus próprios, o Praxinoscópio e o Teatro Praxinoscópio – na verdade, de volta para o primórdio de dispositivos que oferecem a ilusão da vida e a vida da ilusão (incluindo autômatos e teatro de autômatos, a Fantasmagoria de Robertson, nos anos de 1790, etc. – tudo o que Ceram exclui da pré-história do cinema1717As várias exclusões de Ceram (1965, p. 15, 17, 21) como desempenhando “nenhum papel na história da cinematografia” incluem: “cenas animadas”, teatros de sombra chineses, indianos e javaneses, os autômatos barrocos, o teatro de marionetes, “o escritor” de “Jacques Dros” [sic] e as sugestões de “Heron [sic] de Alexandria” de seu Peri automatopoietikes (Construção de Teatros Autômatos). Ver: “Speculations on the Animatic Automaton” (CHOLODENKO, 2007b).) –, e, para frente, em direção ao cinema, ao Cinematógrafo (nome que os irmãos Lumière deram a seu dispositivo, mas que serve, para nós, como termo genérico para o aparelho cinematográfico), dispositivo que, a meu ver, do mesmo modo, anima a ilusão da vida e a vida da ilusão1818Para uma enumeração de todos os modos segundo os quais o Théâtre Optique prefigurou o cinema, incluindo as trucagens de Méliès, o cinema sonoro, o musical, o filme a cores, etc., ver: AUZEL, 1992, p. 94-114. E isso inclui, obviamente, a inauguração da narrativa fílmica por Reynaud..

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    +Fig. 8
    Sujets Animés
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    +Fig. 9
    Jouet d’optique
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    +Fig. 10
    Praxinoscope-Théâtre
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    +Fig. 11
    Projections animées
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    +Fig. 12
    Appareil nouveau
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    +Fig. 13
    Poster do Musée Grévin
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    De tal forma Reynaud acreditava estar fazendo animação, que isso estava ali para todos verem: ele colocou em primeiro plano o termo-chave animado na publicidade de seu trabalho. O termo segue adiante em suas propagandas para o Praxinoscópio em 1877 – “temas animados” e “temas animados a cores” (imagem 8), em um anúncio, e “os desenhos animados do Praxinoscópio”, seu “brinquedo óptico produzindo a ilusão de movimento” (imagem 9), em outro –, em seu anúncio do Teatro Praxinoscópio em 1879 – “cenas animadas curiosas” (imagem 10) –, em seu anúncio de 1880 para as Projeções do Praxinoscópio – como “projeções animadas” e “temas que animam a si próprios” (imagem 11) –, em sua vinheta publicitária de 1892 para o Théâtre Optique – “cenas animadas” (imagem 12) –, e em seu programa posterior do Théâtre Optique – “projeções animadas” (imagem 13).

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    Crucial para nossa temática, o termo-chave de Reynaud, animado, prossegue com a expressão-chave fotografias animadas, por meio da qual o cinema foi conhecido em seus primeiros tempos, ao menos na França, Inglaterra e colônias desta.

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    Se o espaço permitisse, eu teria desconstruído esta expressão demasiado carregada – fotografias animadas – de modo mais amplo do que o esquema simples a seguir, o qual, apesar de tudo, funciona: a animação – como gráficos animados, isto é, desenhos animados (escrituras animadas, também) – subordina o cinema – como um foto-gráfico animado, uma subcategoria do gráfico, cuja predicação é também marcada no termo familiar cinemato-grafia e que Jacques Derrida (1976, p. 9)DERRIDA, J. Of Grammatology. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1976. explicitamente nomeia uma forma da grafia como escritura. Na medida em que a foto-grafia é um caso particular de grafia, a escritura/desenho com a luz; e a cinemato-grafia é um caso particular de grafia, a escritura/desenho com o movimento (kinema, kinesis), no caso da fotografia, a animação engloba e subordina ambas, a escritura/desenho com vida e movimento, a vida e o movimento de tudo e todos.

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    Assim, em resposta ao fato de os Film Studies terem expulsado a animação de seu campo, considerando-a uma não forma de filme e, em vez disso, uma forma do gráfico, gostaríamos de dizer que sim, a animação é uma forma do gráfico. Todavia, também o é o cinema, quer dizer, os Film Studies se equivocaram e erraram ao não considerar o cinema uma forma do gráfico! Forma de escritura e desenho, até mesmo do modo como Derrida trata do gráfico, e eu o faço seguindo Derrida em meus artigos “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation” (Uma Cilada para Roger Rabbit, ou Uma Cilada para a Animação) e “The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation” (A Ilusão dos Primórdios: Uma Teoria do Desenho e Animação) (CHOLODENKO, 2000_______. The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation. Afterimage, v. 28, n. 1, July/Aug., 2000.).

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    Em poucas palavras, a animação subordina o cinema. O cinema é uma forma de animação, um caso singular, uma forma reduzida e condicional de animação! E o Théâtre Optique de Reynaud é um exemplar privilegiado dessa subordinação do cinema à animação, seus gráficos animados projetados para um público em uma sala são cronologicamente anteriores, subentendem de modo lógico e gramatológico, modelam teoricamente, para não mencionar a possibilidade de influenciar, direta e historicamente, a animação de fotografias animadas dos irmãos Lumière e seus avatares.

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    Poderíamos acrescentar uma questão correlata: tal reviravolta significa que a animação não pode mais ser marginalizada pelos Film Studies do modo complacente que adotou, vendo-a como a mais baixa, a menos significativa forma de cinema, do filme.

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    Aqui, permita-me chamar sua atenção para algumas imagens que increvem a animação na primeira história do cinema, imagens que marcam seus realizadores como animadores, o que eles fizeram como animações, e seus exibidores como expositores da animação.

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    Primeiro, a Inglaterra e suas colônias. Aqui vai um anúncio britânico (imagem 14) para o Teatrógrafo de Robert W. Paul em 1º de dezembro de 1896. Está escrito: “Fotografias animadas”.

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    +Fig. 14
    Paul’s Theatrograph
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    +Fig. 15
    Exterior do Egyptian Hall
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    Aqui, temos o exterior do Salão Egípcio em Londres, onde, em 1896, David Devant apresentou o Teatrógrafo de Paul – renomeado, significativamente para nossos propósitos, Animatógrafo – em seu show de magia. Note as palavras: “Improved animated photographs. The finest in London” (fotografias animadas aprimoradas. As mais refinadas em Londres).

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    Aqui, é necessária uma observação: na medida em que o termo de Paul, animatógrafo, marca para mim a inextricável coimplicação desconstrutiva do gráfico e da animação – ao mesmo tempo, a escritura/desenho da animação e a animação da escritura/desenho –, cujas coimplicações desconstrutivas eu elaboro a partir de Derrida em “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation” e “The Illusion of The Beginning” e cujas formas nomeio como grafemático e o animático – e, na medida em que o Théâtre Optique de Reynaud atualiza essa coimplicação em sua performance, ele poderia ter sido chamado por esse nome, animatógrafo, subordinando o cinematográfico ao animatográfico.

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    A meu ver, o desenho precisa ser pensado de formas mais amplas, desafiadoras e complexas, por meio do grafemático e do animático.1919Um argumento dado por mim em “The Illusion of the Beginning” (CHOLODENKO, 2000, p. 10). Também meus artigos “Who Framed Roger Rabbit” (idem, 1991b) e “The Illusion of the Beginning” se empenham em fazê-lo, bem como meu “Still Photography?” (idem, 2005). “The Illusion of the Beginning” trata do gráfico como desenho, pensado a partir de Derrida, de Baudrillard e de Borges, relacionando-o com a animação. Meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” debate o gráfico como escritura, pensado a partir de Derrida, vinculando-o à animação, enquanto meu “Still Photography?” discute o gráfico como fotografia e filme, pensado a partir de Baudrillard, relacionando-o com a animação. Uso o termo animático em todos esses ensaios e o termo grafemático em “The Illusion of the Beginning”. A coimplicação de escritura/desenho – como o grafemático – e a animação – como o animático – significa que a escritura/desenho é uma forma de animação e esta, por sua vez, é uma forma de escritura/desenho. Como um exemplo privilegiado dessa coimplicação, o Théâtre Optique de Reynaud anima seus desenhos no processo de fazê-los aparecer e ao mesmo tempo desaparecer, na verdade, movendo-os adiante e retirando-os para então colocá-los novamente à mostra. Em todos os modos de desenho que eu delineio nesses dois artigos, até mesmo no âmbito do aparelho animatográfico, na verdade, animático, seguindo a lógica de ambos o grafemático e o animático, Reynaud está animando suas charmosas, encantadoras e sedutoras Pantomimas Luminosas, doravante para seu público nos teatros.

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    A consequência dessa coimplicação desconstrutiva do grafemático e do animático no animatográfico é que, ao transformar fotografias em fotografias animadas, isto é, em cinema, a animação duplica a si própria como uma animação atualizada pelo filme, da animação virtual presente desde sempre na fotografia como uma forma do gráfico. De modo que, agora, em vez de continuar a dizer que a animação engendrou, isto é, animou o cinema, exceto pela fotografia, podemos dizer que a animação animou o cinema incluindo a fotografia, incluindo a animação em fotografia, dado que a fotografia é a forma de animação que a animação reanimou como cinema.

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    Deve-se notar que isso constitui uma correção à diferença, que Stephenson esboça na citação acima, entre cinema como movimento (portanto, animação para ele) e cinema como fotografia (portanto, não animação para ele). Tal retificação é permitida porque localizamos o movimento (portanto, animação) na fotografia.

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    Assim, para todos aqueles teóricos do filme, como Siegfried Kracauer, no dizer de Dudley Andrew (1976, p. 111)ANDREW, D. The Major Film Theories. London: Oxford University Press, 1976., que fazem da “fotografia (...) o primeiro e básico ingrediente do cinema”, o que incluiria o outro teórico realista do filme, André Bazin, gostaríamos de propor que há dois ingredientes-chave anteriores à fotografia, incluindo e, a meu ver, subordinando gráfico e animação, cada um coimplicado no outro, inextricavelmente. A fotografia é uma forma de animação, do animatográfico, na verdade, do animático, uma proposição que eu desenvolvo não apenas em “The Illusion of the Beginning”, mas também em meu “Still Photography?”.

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    Nesse sentido, apesar de Gilles Deleuze (1986)DELEUZE, G. Cinema 1: The Movement-Image. Trans. Hugh Tomlinson and Barbara Habberjam. London: The Athlone Press, 1986. afirmar em Cinema 1: A Imagem em Movimento que o fotograma é imóvel e que o cinema nos dá não o fotograma, mas, em vez disso, uma imagem intermediária, ele parece ao mesmo tempo insinuar que o fotograma não é absolutamente imóvel, mas, em vez disso, uma duração pequena de tempo e movimento. Diríamos que o fotograma (o still fílmico) anima e é animado por essa pequena duração.2020Portanto, relacionando Deleuze com Jean Baudrillard, como eu o faço sobre a stillness da fotografia em “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005). +

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    +Fig. 16
    Poster do Egyptian Hall
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    Aqui, um poster do Salão Egípcio, apresentando o Mutagraph de John Neville Maskelyne, patenteado em 1897. Maskelyne era o diretor do Salão. Está escrito: “Fotografias animadas... As primeiras e (novamente) mais refinadas de Londres”.

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    +Fig. 17
    Carl Hertz
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    Temos aqui o primeiro poster de filme na Austrália, de Carl Hertz, 1896. Lê-se no alto: “A maior atração do século”. E, na parte de baixo: “Fotografias animadas em cores naturais”. Até onde eu pude precisar, foi o Animatógrafo de Paul que ele adquiriu e trouxe, e não o Cinematógrafo dos irmãos Lumière! Então, isso é um caso de propaganda enganosa!

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    +Fig. 18
    Charles Urban
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    Vemos aí a Companhia de Comércio de Charles Urban, em Londres, 1900, distribuindo os Star Films de Georges Méliès para o mundo. Na vitrine, pode-se ler: “Produtores e exportadores essenciais a todos os requisitos pertinentes à fotografia animada”.

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    E, agora, vão algumas imagens da França.

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    +Fig. 19
    Le Monde Animé par L’aléthorama
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    Primeiro, um poster de 1896 para “O Aléthorama”. Do significado grego de visão da verdade, de aletheia. Lê-se, arrebatadoramente, para nós: “Le Monde animé Par L’Aléthorama”. (O Mundo animado Pelo Aléthorama).

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    +Fig. 20
    Le Gioscope
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    Segundo, um poster de 1899 para o Gioscope. Aqui, novamente: “Photographies animées” (Fotografias Animadas). Note-se a imagem, típica para o período, de um trem chegando na estação.

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    +Fig. 21
    Le Biophonographe
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    Terceiro, um poster de 1900 para o Biophonographe de Auguste Baron. Novamente (embora seja difícil perceber no feixe de luz do projetor): “Photographie animée et parlante” (Fotografia animada e falante).

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    +Fig. 22
    Ballon Cinéorama
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    Por último, um anúncio do Balão Cineorama de Raoul Grimoin-Sanson, para a Feira Mundial de 1900, em Paris. Lê-se: “La grande attraction nouvelle” (A Grande Nova Atração), com “Projections panoramiques animées” (Projeções Panorâmicas Animadas) escrito no balão.2121Para mim, a demarcação de fotografias animadas como “The greatest attraction of the century” no poster de Carl Hertz, no ano de 1896, e, aqui, como “The Grand New Attraction” aproxima meus artigos da noção canônica elaborada por Tom Gunning, de “cinema de atrações”, especialmente meu “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004) e “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, Part II (idem, 2007d). O ponto mais significante no retorno ao envolvimento com Gunning neste último artigo é que, ao elaborar a natureza de seu cinema de atrações, Gunning involuntariamente torna a animação a primeira, a última e permanente atração de cinema, portanto, também involuntariamente torna seu cinema de atrações, animação de atrações. Infelizmente, ele não “saiu do chão” como projeto.

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    +Fig. 23
    Das Lebende Bild
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    E, aqui, da Alemanha, uma imagem “Shop Cinema” de Karl Knubbel, em 1903, em Berlim. Lê-se: “Das lebende bild”. A Imagem em Movimento, a Imagem Viva. Esses termos, “animado” e “vivo”, usados antes do termo “fotografia, assim como o próprio termo “fotografia, por si só, serão deixados de lado em favor das expressões “imagens em movimento (moving pictures – britânico) ou “figuras em movimento (motion pictures – notadamente, América do Norte), quando ter conhecimento dessas imagens como “animadas, como “vivas, irá, do mesmo modo, desaparecer.

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    Todavia, a animação como termo não desaparece por inteiro. O fato de aparecer em nomes de brinquedos filosóficos proto-cinemáticos, nomes tão carregados como Zootrópio (o tropo, girando, da vida – W.G. Horner, 1834), Praxinoscópio (exibição de ações – Reynaud, 1877REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945.), Zoopraxinoscópio (visualização ao vivo – Eadweard Muybridge, 1880), Viviscópio (visualização da vida – criador e data desconhecidos) – que inscrevem a vida e o movimento da animação – e de passar igualmente aos nomes dos primeiros dispositivos cinemáticos, não apenas o Animatógrafo de Paul (UK) e o Mutagráfico de W.K.L. Dickson (USA), mas o Bioscópio (visualização da vida) – fez da palavra uma designação usada por tantos inventores que se tornou para Ceram (1965, p. 187)12Ver: CERAM, 1965, p. 193-194; e AUZEL, 1992, p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948, p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007, p. 483, n. 2. um termo evocando “mais que qualquer outro (...) os primeiros tempos da projeção”, quando, “para muitos, os seguidores das imagens dos primeiros tempos, aquela palavra mágica resumia todo o entretenimento”.

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    O nome Bioscópio foi usado por Jules Dubosq e Léon Foucauld em seus primeiros projetores, assim como por Georges Demeny, Birt Acres, Robert W. Paul, Charles Urban e, como Bioscop, pelos irmãos Skladanowsky, na Alemanha. E a esses nomes acrescentaríamos o Vitascópio (visualização da vida – USA), de J. Stuart Blackton. Tais animados e animantes nomes também significam para mim o dom do aparelho da animação em si, da vida e do movimento, até mesmo a reanimação do mundo e o tema que tenho proposto em uma variedade de publicações, que as palavras grandiosas no poster do Alethorama anunciam.2222Sobre essa reanimação, ver: CHOLODENKO, 1991, p. 18, 21 e 36, nota 34; idem, 2004, p. 110-111; idem, 2007a, p. 20-23, 69; e idem, 2007b, p. 496. +

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    +Fig. 24
    Mutoscope
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    Na medida em que prefixos como bio- e vita- persistem em dispositivos cinemáticos, como o Biograph, e em nomes de companhias, tais como (imagem 24) American Mutoscope e Biograph (fundada por Elias Koopman, Harry Marvin, Herman Casler e W.K.L. Dickson, em 1896) e Vitagraph (criada por J. Stuart Blackton e Albert Smith em 1897), a marca da animação igualmente persiste nesse registro para além dos primeiros cinco anos do século XX, como, aliás, tem sido no novo século, com o American Zoetrope de Francis Ford Coppola.2323Muta- e muto-, como em Mutoscópio, do latin mutare, mudar, são prefixos que também demarcam a animação, na medida em que a animação tem a ver com mutação, metamorfose. Obviamente, isso também ocorre com o Cinématographe (França), visto que registra a escritura do movimento. Do grego kinema, kinein, podemos entender figurar a animação como dotada de e com movimento, isto é, a escritura/desenho, como o fizeram o Kinetógrafo de Edison, como câmera fotográfica (1891), e seu Kinetoscópio, como aparelho de visualização (1891) antes dele.

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    +Fig. 25
    Cinématographe
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    E essa marca da animação deve ser encontrada também na dedicatória em homenagem aos irmãos Lumière, no lado de fora do Grand Café, em cujo interior, eles apresentaram suas primeiras projeções em Paris, onde se lê: “Aqui, em 28 de dezembro de 1895, aconteceram as primeiras projeções públicas de fotografia animada com auxílio do aparelho cinematográfico inventado pelos irmãos Lumière” (AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 94).2424A dedicatória também é citada em Cholodenko (1991, p. 19). Nota: Auzel diz que a inscrição para os Lumière é gravada diretamente na fachada do número 14 do Boulevard des Capucines. Não recordo disso. De fato, pensava ter visto uma placa, conforme disse em Cholodenko, 1991. Contudo, não percebi a placa dedicada aos outros! +

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    +Fig. 26
    Empire Theatre Program
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    Gostaria de reiterar minha afirmação de 1991, com o acréscimo das palavras “o aparelho animatográfico”, que deveria ser lida como: “fotografia animada com auxílio do aparelho animatográfico, o aparelho animático!” (exceto por causa da redundância!) (CHOLODENKO, 1991aCHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 19) – aparelho da ilusão de vida (imagem 26) e a vida da ilusão, incluindo a fotografia animada.

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    Observamos o Programa do Empire Theatre, em inglês, para os filmes dos irmãos Lumière e, na parte inferior, as seguintes palavras-chave “illusion of life” (ilusão da vida).

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    Na mesma fachada do prédio, que mostra a dedicatória em homenagem aos irmãos Lumière, Dominique Auzel (1992, p. 96) nos diz que há uma placa bem pequena (tanto que não percebi quando lá estive), muito frágil, um post-scriptum ou um codicilo para a gravura indelével consagrada aos irmãos Lumière, no qual se pode ler: “Para Reynaud, Marey, Demeny, Lumière e Méliès, pioneiros do cinema, homenagem dos profissionais, por ocasião do cinquentenário 28-12-1945”.

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    Ora, essa organização considerou Reynaud um pioneiro do cinema!

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    +Fig. 27
    Musée Grévin Tableau
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    Aqui, mostro um incrível tableau (“non-vivant”), instalado no Museu Grévin. Vi, pessoalmente, oito anos atrás. Apresenta Émile Reynaud demonstrando seu Théâtre Optique a Georges Méliès, em pé à esquerda, Auguste Lumière, sentado à esquerda, Louis Lumière, sentado à direita, e Gabriel Thomas, diretor do museu, em pé, atrás de Reynaud, à direita.

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    De certo, isso animou meu pensamento sobre as relações da animação com o cinema!

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    E isso inclui como alguém deve pensar nesta afirmativa de Manovich:

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    (...) a construção manual de imagens no cinema digital representa um retorno às práticas pro-cinemáticas do século XIX, quando imagens eram pintadas e animadas à mão. Na virada do século XX, o cinema iria delegar essas técnicas manuais à animação e definir-se como mídia de gravação. À medida que o cinema entra na era digital, essas técnicas vão se tornando novamente lugar-comum no processo de filmagem. Consequentemente, o cinema não pode mais ser claramente diferenciado da animação. (MANOVICH, 2001, 2002MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., p. 295)

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    Essa imagem de Reynaud demonstrando seu Théâtre Optique aos irmãos Lumière e a Georges Méliès ilustra as afirmações que propus e as análises que desenvolvi, sustenta uma proposição bem diferente e uma mudança na reivindicação de Manovich. A animação delegou sua subforma, o fotográfico, ao cinema e, portanto, o cinema jamais poderia ser claramente distinto da animação! Isso quer dizer também que, depois de tanto tempo na sombra dos irmãos Lumière (lumière, é claro, significa “luz” em francês) e de Méliès, com a minha análise e aquela mudança, Reynaud passa a ser visto como jamais tendo estado na sombra deles, fazendo-os juntar-se a ele em sua sombra, seu espectro. Isso também significa que o filme digital “retorna às práticas pro-cinemáticas do século XIX, quando imagens eram pintadas e animadas à mão”, como declara Manovich. É um retorno pre-eminente para nós a Reynaud, primeiro “pintor do filme”, exatamente como Auzel afirma, que não fora abandonado pelo filme digital nem jamais o deixou”2525Quando Manovich (2001, p. 304) declara que “a pintura digital à mão é (...) o mais óbvio exemplo do retorno do cinema às suas origens no século XIX – neste caso, as imagens de slides em lanterna mágica feitos à mão, o Phenakitiscópio e o Zootrópio”, ele infelizmente exime-se de mencionar, quanto mais de colocar em primeiro plano, Reynaud e suas invenções..

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    Eu os deixo com uma imagem e sua proposição, com a esperança de que animem seu pensamento sobre as relações da animação com o cinema, um pensamento que, para mim, também deve reanimar aquele espectro que assombra não apenas o filme de animação, mas o cinema, que assombra, na verdade, não apenas o filme de animação, mas seu próprio advento, o espectro cujo nome é Émile Reynaud.

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      Ver: BROADFOOT, K.; BUTLER, R., 1991BROADFOOT, K.; BUTLER, R. The Illusion of Illusion. CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991..
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      +CHOLODENKO, 1991aCHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 10, 22, 23 e 29. Ver também: CHOLODENKO, “Who Framed Roger Rabbit, or the Framing of Animation”, 1991b, p. 213. Permitam-me acrescentar aqui: Manovich não é o primeiro e único, depois de mim, a postular que todo filme é uma forma de animação. Griffin (1994, p. 107)GRIFFIN, S. Pronoun Trouble: The "Queerness" of Animation. Spectator, University of Southern California, 1994. Dossier: "Do You Read Me?: Queer Theory and Social Praxis", Eric Freedman (ed.). o fez em seu “Pronoun Trouble: The ‘Queerness’ of Animation”.
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      Uma complicação das datas surge aqui: Driscoll (2002, p. 270)DRISCOLL, M. From Kino-Eye to Anime-Eye/ai: The Filmed and the Animated in Imamura Taihei's Media Theory. Japan Forum, v. 14, n. 2, 2002. afirma que Imamura “publicou os primeiros ensaios do seu Theory of Animation, de 1948, na mesma época de seu mais famoso texto de 1940, Theory of Documentary Film”. Então, se os primeiros ensaios de Imamura foram publicados em 1940 e, tal como Naum Kleiman (1988, p. xii) escreve na “Introdução” a Eisenstein on Disney, “os primeiros fragmentos de Disney foram escritos em setembro e outubro de 1940”, não apenas os primeiros ensaios de Imamura e seu livro foram publicados décadas antes, eles foram possíveis, não apenas publicados, mas escritos antes que Eisenstein elaborasse os primeiros fragmentos do que se tornaria Eisenstein on Disney. Uma pesquisa posterior seria necessária aqui, porém, basta dizer que 1940 surge como um ano-chave para dois textos decisivos sobre a animação.
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      Como se pode inferir de minha discussão segundo a qual ainda não há, infelizmente, monografias sobre Reynaud em inglês, há três publicações em francês, nenhuma das quais, obviamente, traduzida para o inglês e em cujas informações eu tenho baseado minhas análises. Tais obras serviram para resgatar Reynaud, na França, do histórico esquecimento forjado por lá, não apenas pelo cinematógrafo dos irmãos Lumière e o cinema que se seguiu a partir dele, mas por aqueles que escreveram a história do cinema, incluindo a do cinema francês. As monografias reanimadoras de Reynaud são: La Verité sur l’invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux (NOVERRE, 1926NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926.); Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918 (L’OFFICE FRANÇAIS D’EDITION, 1945) e Émile Reynaud et l’image s’anima (AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992.). A de Noverre ocupa o lugar de honra ao ser o primeiro livro ou, no caso, uma brochura, cujo objetivo é fazer Reynaud ressurgir, retornar à visibilidade e ser reconhecido por suas contribuições. Em seu prefácio, o próprio Noverre (1926, p. 5)NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926. é congratulado por ensinar ao mundo todo que “o inventor das projeções animadas e da cinematografia em movimento contínuo do filme é Émile Reynaud, um francês”. De fato, a invocação de um Reynaud Prometeu (ibidem, p. 61)REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. feita por Noverre é reiterada por Alexeïeff (1994, p. xix)ALEXEIEFF, A. Preface. In: BENDAZZI, Giannalberto. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994..
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      Quanto ao livro primoroso de Auzel (1992, p. 43-44)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., o qual repete a história de Sadoul sobre essa projeção de fotografias animadas, primeira no mundo, diante de numerosas personalidades e antecipando em treze anos aquela dos irmãos Lumière, alguém poderia apenas desejar que fosse imediatamente traduzida para o inglês. Para Auzel (ibidem, p. 48), Reynaud, com seu aparelho Théâtre Optique, patenteia “a alma da projeção animada”. Por causa disso, Auzel (ibidem, p. 104) afirma que Reynaud é o “criador da sétima arte”, isto é, do cinema. Todavia, em nenhum lugar pude encontrá-lo afirmando explicitamente que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Em vez disso, enfatiza as diferenças entre animação e cinema em Reynaud, o qual via o cinema como “vulgar e ‘antiartístico’” (ibidem, p. 101), usou fotografia e, quando o fez, como um meio, não um fim, sempre retocou a imagem fotográfica com seu próprio desenho e pinturas. De fato, Auzel (ibidem, p. 110) designa Reynaud como “pintor de filmes”, reiterando o título da monografia de 1945, a primeira na história do cinema. Também distingue entre os dessins animés (desenhos animados) e filmes de animação “no sentido estrito do termo: reprodução cinematográfica de desenhos inteira e anteriormente realizados”, dizendo que Reynaud “não é o primeiro a ter realizado um filme de animação”, considerando-o “um dos mais imediatos precursores do film d’animation”. Ele apoia essa distinção declarando que “o cinema de animação foi inventado duas vezes na França. Primeiro, vinte anos, bem antes (...) com Reynaud, pioneiro desafortunado e desencorajado, depois por um outro pioneiro solitário, Émile Cohl” (ibidem, p. 107). Na medida em que o sentido estrito do termo define, a meu ver, uma forma de filme de animação e Reynaud animou o filme como tal, criou não apenas o filme de animação, mas a animação de filme, a distinção de Auzel não é determinante para o nosso debate. De fato, não importa quão esforçadamente Auzel tente obrigar a definir Reynaud, e ele o tenta com bastante empenho, para nós, ele parece escorregar após uma série de posições contraditórias. Por exemplo, Reynaud fez dessin animé, mas ele não fez dessin animé; a obra de Reynaud é um microcosmo de cinema, mas não é cinema; seu trabalho está deste ou daquele lado do cinema; ele é o criador da sétima arte, mas ele não fez, de fato, era antagonista ao cinema, etc.
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      Acrescento: não apenas Auzeul (ibidem) declara Reynaud “criador da sétima arte”, do cinema, procurando por sua origem em sua obra, como é parcialmente antecipador do que Manovich virá nos dizer em 2001:
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      No momento do animatique (ou animação de imagens sintéticas de computador), último campo de exploração do cinema imagem por imagem, o paradoxo é que o cinema fotográfico constitui um parêntese frágil, enquanto o de Émile Reynaud, com seu conceito de ‘animação de um suporte’, permanece operativo e exemplarmente nas fronteiras das tecnologias de ponta (MANOVICH, 2001MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002., p. 22).

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      Ele acrescenta: “o animatique (...) é certamente o último campo de exploração do cinema sem câmera, prefigurado por Reynaud” (ibidem, p. 109). Em outras palavras, a animação de computador é o avatar do Théâtre Optique de Reynaud e dos filmes animados que ele criou. Contudo, em nenhum lugar, como disse, encontrei Auzel explicitamente declarando que o cinema fotográfico é uma forma de animação. Longe disso, parece desejar manter a diferença entre eles. Por fim, recentemente, uma história do cinema francês foi traduzida para o inglês, qual seja, Cinema is 100 Years Old (TOULET, 1995TOULET, E. Cinema is 100 Years Old. Trans. Susan Emanuel. London: Thames and Hudson, 1995. (Originalmente publicado em Paris: Gaflimard/Réunion des Musées Nationaux, 1998).). Nele, Emmanuelle Toulet (ibidem, p. 70-71) traz uma seção sobre Reynaud, intitulada “O Filme Animado Nasceu”, mas ela sugere, contraditoriamente, que o Théâtre Optique “o levou ao limiar da invenção do filme”.
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      Em alguns índices remissivos, a palavra aparece ocasionalmente. Todavia, em geral, é apenas uma referência! E esta é frequentemente um desperdício, dando a sensação de que se está livre para ignorar a consideração sobre a animação seja de quem for! Como em The Major Film Theories (ANDREW, 1976ANDREW, D. The Major Film Theories. London: Oxford University Press, 1976.), em que aparece sob “Animated Film” (Filme Animado), que se refere a Siegfried Kracauer ter se sentido livre para ignorá-la em sua consideração da natureza do cinema como baseado na fotografia.
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      Esta caracterização do fantasmal e do morto cruza-se com meus “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004_______. The Crypt, the Haunted House, of Cinema. Cultural Studies Review, v. 10, n. 2, Sept., 2004.); “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005_______. Still Photography? Afterimage, v. 32, n. 5, Mar./Apr., 2005. Reimpresso em The International Journal of Baudrillard Studies website, v. 5, n. 1, Jan. 2008. Disponível em: <http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudies/vol5_1/v5-1-article5-cholodenko.html>. Acesso em: 20 Set. 2016.
      http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudi... +
      ), republicado no site do International Journal of Baudrillard Studies (2008); tanto quanto com o meu “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, partes I e II. A parte II está em Animation Studies, no site da Society for Animation Studies (CHOLODENKO, 2007d_______. (The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix, Parts I and II. The Society for Animation Studies, 2007d. Disponíveis respectivamente em: <https://journal.animationstudies.org/the-death-of-the-animator-or-the-felicity-of-felix-part-i/> e <https://journal.animationstudies.org/the-death-of-the-animator-or-the-felicity-of-felix/>. Acesso em: 21 Set. 2016.
      https://journal.animationstudies.org/the... +
      ). A parte I irá juntar-se àquela em breve. Ver nota 10 infra.
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      E Bendazzi também faz homenagem a Reynaud como artista, um reconhecimento, ao contrário do desdém de Ceram. Nesse sentido, eles seguem Georges Sadoul (1945, p. 24)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., que é só elogios quanto ao lado artístico em Reynaud, dizendo de seu Autour d’une cabine: “para voltar a ver um desenho animado com tal duração, tal perfeição e espírito, será necessário aguardar o amadurecimento de Walt Disney”. Ver também Sadoul (1972a, p. 215)_______. Dictionary of Film Makers. Ed. and trans. Peter Morris. Berkeley: University of California Press, 1972a. (originalmente publicado como Dictionnaire des Cinéastes, Paris: Editions du Seuil, 1965)., em que há uma entrada para Reynaud, descrevendo-o como “criador imaginativo dos desenhos animados do pré-cinema, que foi o primeiro a organizar apresentações regulares de imagens animadas (em cores e com acompanhamento sonoro) no Musée Grévin em Paris, em 1892. Um artista de gênio e um maravilhoso ‘pintor no filme’”. E Sadoul (1972b, p. 19, 278)_______. Dictionary of Films. Ed. and trans. Peter Morris. Berkeley: University of California Press, 1972b. (Originalmente publicado em Paris: Editions du Seuil, 1965)., curiosamente, nomeia Pauvre Pierrot (1891) e Autour d’une cabine (1894), ambos de Reynaud, “as primeiras obras-primas do desenho animado”! De fato, Auzel (1992, p. 112)AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992. afirma sobre Sadoul: “certos historiadores do cinema, como Georges Sadoul, têm razão em considerar a obra de Reynaud como um momento capital da criação cinematográfica e do cinema de animação (...)”.
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      Em sua brochura anterior, Around the World in Animation, Wells (1997)WELLS, P. Around the World in Animation. London: BFI, 1997. também situou Reynaud em termos de cinema, ao escrever sobre o “proto-cinema pioneiro do Théâtre Optique criado pelo francês Émile Reynaud”.
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      Ver meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit”, sobre esta figura re: o quadro, o litoral, etc.
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      Ver meu trabalho sobre o espectro e o Cryptic Complex como figuras privilegiadas da animação, cinema, filme e fotografia nos artigos listados na nota 6 supra.
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      Ver também o que Broadfoot e Butler (1991, p. 284)BROADFOOT, K.; BUTLER, R. The Illusion of Illusion. CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991. dizem sobre Reynaud. Ao mesmo tempo que nomeio Reynaud na “Introdução” e em meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” (CHOLODENKO, 1991CHOLODENKO, A. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991a., p. 113), este ensaio retoma e desenvolve a partir de tais inscrições, procurando elaborar e, portanto, reanimar o lugar de Reynaud na história do filme de animação e animação do filme.
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      Ver: CERAM, 1965CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965., p. 193-194; e AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 75. Ver também: QUIGLEY, 1948QUIGLEY, JR., Martin. Magic Shadows: The Story of the Origin of Motion Pictures. Washington, D.C.: Georgetown University Press, 1948., p. 147-148. De imediato, Quigley (ibidem, p. 148) também destaca a contribuição de Reynaud por seu “pioneirismo no uso dramático da mídia, tanto quanto introdutor de dispositivos técnicos os quais foram prontamente adaptáveis ao uso de imagens em movimento”, porém, ao mesmo tempo, situa-o como um showman de sombras mágicas que influenciou a arte-ciência “da válida imagem em movimento” (ibidem) muito mais do que pertencendo a isso. Gostaria de dizer que Reynaud, tal como a (sua) animação, assustadoramente duplica o cinema, pertencendo-lhe sem pertencer-lhe. É uma parte e aparte dele ao mesmo tempo, um pertencimento assustador que “provoca mal-estar à verdadeira propriedade do próprio pertencimento”, para citar William Schaffer, com referência a “Who Framed Roger Rabbit”. Ver: SCHAFFER, 2007SCHAFFER, W Animation 1: The Control-Image. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007., p. 483, n. 2.
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      Que ele tenha usado tiras ou fitas de celuloide é assegurado por Stephenson (1973, p. 25)STEPHENSON, R. The Animated Film. London/New York: The Tantivy Press/A. S. Barnes & Co, 1973., Crafton (1982, 1987, p. 7)CRAFTON, D. Before Mickey: The Animated Film 1898-1928. Cambridge, MA: The MIT Press, 1982, 1987. e Crafton (1990, p. 122)_______. Émile Cohl, Caricature, and Film. Princeton: Princeton University Press, 1990.. Bendazzi (1994, p. 5)BENDAZZI, G. Cartoons: One Hundred Years of Cinema Animation. London: John Libbey, 1994. (Tradução de Cartoons: Il Cinema d'Animazione 1888-1988. Venezia: Marilio Editori, 1988). diz “uma grande fita, um verdadeiro filme com o apoio de uma tela...”. Em Sadoul (1945, p. 63)SADOUL, G. Le centenaire d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., lê-se: “uma série horizontal de imagens desenhadas sobre cristaloide (placa de gelatina)”. Toulet também diz que ele pintava as imagens em gelatina. A imagem da fita em Auzel (TOULET, 1995TOULET, E. Cinema is 100 Years Old. Trans. Susan Emanuel. London: Thames and Hudson, 1995. (Originalmente publicado em Paris: Gaflimard/Réunion des Musées Nationaux, 1998)., p. 61) surge para mostrar uma tira sozinha de celuloide. O filme de Celuloide (nitrato de celulose) foi inventado nos anos de 1880 e Reynaud aparenta ter tirado vantagem disso para o seu Théâtre Optique. Todavia, seja celuloide ou gelatina (como um distinto do celuloide), uma coisa parece clara: suas tiras ou fitas não eram feitas de placas de vidro, como havia sido sugerido.
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      +Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, P. Les Débuts de la Cinématographie: Les Dessins animés d'Émile Reynaud. In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945., o filho de Émile, fez tal afirmação em L’Office Français d’édition (repetida em Auzel [1992, p. 49]). Ver os debates sobre a controvérsia em torno da placa dedicada aos Lumière no Apêndice à publicação de Noverre, de 1926, em particular, os comentários de Pierre Noguès, especialmente sua carta publicada em réplica a outra dos irmãos Lumière, na qual reivindicam o privilégio da invenção da cinematografia. Noguès (1926, p. 84)NOVERRE, M. La Verité sur l'invention de la projection animée: Émile Reynaud, sa vie et ses travaux. Brest: Imprimé pour L'auteur, 1926. sustenta o argumento de que o sistema de perfuração criado por Reynaud seria a base para o Cinematógrafo Lumière, cuja glória e sucesso, segundo ele, são exclusivamente devidos àquele.
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      +Paul Reynaud (1945, p. 31)REYNAUD, E. Le brevet du "Théâtre Optique". In: L'OFFICE Français d'Edition (ed.). Émile Reynaud, Peintre de films 1844-1918. Paris: Cinémathèque Française, 1945. também registra a visita aos bastidores e reflete sobre ela. Reynaud também observa que Thomas Alva Edison veio ver o Théâtre Optique de seu pai na Exposição Universal em Paris, no ano de 1889 (ibidem, p. 30-31), algo que Auzel também constata, acrescentando que os irmãos Lumière, igualmente, o viram lá (ibidem, p. 48). Ambos, Paul Reynaud e Auzel concluem que Edison, tanto quanto os irmãos Lumière, falsificou o sistema de perfuração patenteado e criado por Reynaud.
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      Além disso, Auzel (1992, p. 62) comenta que a resenha sobre o aparelho dos Lumière em La Revue générale, ao concluir com estas palavras – “Le cinématographe permet de montrer à toute une assemblée, en les projetant sur un écran, des scènes animées, durant près d’une minute” (O cinematógrafo permite mostrar cenas animadas projetadas sobre uma tela, para um público, durante quase um minuto) –, visto não ser encontrada a palavra fotográfico entre cenas e animadas, “subentende uma negação total do Théâtre Optique”. Contudo, para nós, o verdadeiro termo animado serve para inscrever Reynaud, seu uso, em um reconhecimento implícito.
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      As várias exclusões de Ceram (1965, p. 15, 17, 21)CERAM, C.W. Archaeology of the Cinema. London: Thames and Hudson, 1965. como desempenhando “nenhum papel na história da cinematografia” incluem: “cenas animadas”, teatros de sombra chineses, indianos e javaneses, os autômatos barrocos, o teatro de marionetes, “o escritor” de “Jacques Dros” [sic] e as sugestões de “Heron [sic] de Alexandria” de seu Peri automatopoietikes (Construção de Teatros Autômatos). Ver: “Speculations on the Animatic Automaton” (CHOLODENKO, 2007b_______. Speculations on the Animatic Automaton. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007b.).
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      Para uma enumeração de todos os modos segundo os quais o Théâtre Optique prefigurou o cinema, incluindo as trucagens de Méliès, o cinema sonoro, o musical, o filme a cores, etc., ver: AUZEL, 1992AUZEL, D. Émile Reynaud et l'image s'anima. Paris: Du May, 1992., p. 94-114. E isso inclui, obviamente, a inauguração da narrativa fílmica por Reynaud.
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      Um argumento dado por mim em “The Illusion of the Beginning” (CHOLODENKO, 2000_______. The Illusion of the Beginning: A Theory of Drawing and Animation. Afterimage, v. 28, n. 1, July/Aug., 2000., p. 10). Também meus artigos “Who Framed Roger Rabbit” (idem, 1991b) e “The Illusion of the Beginning” se empenham em fazê-lo, bem como meu “Still Photography?” (idem, 2005). “The Illusion of the Beginning” trata do gráfico como desenho, pensado a partir de Derrida, de Baudrillard e de Borges, relacionando-o com a animação. Meu ensaio “Who Framed Roger Rabbit” debate o gráfico como escritura, pensado a partir de Derrida, vinculando-o à animação, enquanto meu “Still Photography?” discute o gráfico como fotografia e filme, pensado a partir de Baudrillard, relacionando-o com a animação. Uso o termo animático em todos esses ensaios e o termo grafemático em “The Illusion of the Beginning”.
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      Portanto, relacionando Deleuze com Jean Baudrillard, como eu o faço sobre a stillness da fotografia em “Still Photography?” (CHOLODENKO, 2005_______. Still Photography? Afterimage, v. 32, n. 5, Mar./Apr., 2005. Reimpresso em The International Journal of Baudrillard Studies website, v. 5, n. 1, Jan. 2008. Disponível em: <http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudies/vol5_1/v5-1-article5-cholodenko.html>. Acesso em: 20 Set. 2016.
      http://www2.ubishops.ca/baudrillardstudi... +
      ).
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      Para mim, a demarcação de fotografias animadas como “The greatest attraction of the century” no poster de Carl Hertz, no ano de 1896, e, aqui, como “The Grand New Attraction” aproxima meus artigos da noção canônica elaborada por Tom Gunning, de “cinema de atrações”, especialmente meu “The Crypt, the Haunted House, of Cinema” (CHOLODENKO, 2004_______. The Crypt, the Haunted House, of Cinema. Cultural Studies Review, v. 10, n. 2, Sept., 2004.) e “(The) Death (of) the Animator, or: The Felicity of Felix”, Part II (idem, 2007d). O ponto mais significante no retorno ao envolvimento com Gunning neste último artigo é que, ao elaborar a natureza de seu cinema de atrações, Gunning involuntariamente torna a animação a primeira, a última e permanente atração de cinema, portanto, também involuntariamente torna seu cinema de atrações, animação de atrações.
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      Sobre essa reanimação, ver: CHOLODENKO, 1991, p. 18, 21 e 36, nota 34; idem, 2004, p. 110-111; idem, 2007a_______. Introduction. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life 2: More Essays on Animation. Sydney: Power Publications, 2007a., p. 20-23, 69; e idem, 2007b, p. 496.
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      +Muta- e muto-, como em Mutoscópio, do latin mutare, mudar, são prefixos que também demarcam a animação, na medida em que a animação tem a ver com mutação, metamorfose.
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      A dedicatória também é citada em Cholodenko (1991, p. 19)_______. Who Framed Roger Rabbit, or The Framing of Animation. In: CHOLODENKO, A. (ed.). The Illusion of Life: Essays on Animation. Sydney: Power Publications and the Australian Film Commission, 1991b.. Nota: Auzel diz que a inscrição para os Lumière é gravada diretamente na fachada do número 14 do Boulevard des Capucines. Não recordo disso. De fato, pensava ter visto uma placa, conforme disse em Cholodenko, 1991. Contudo, não percebi a placa dedicada aos outros!
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      Quando Manovich (2001, p. 304)MANOVICH, L. The Language of New Media, Cambridge: The MIT Press, 2001, 2002. declara que “a pintura digital à mão é (...) o mais óbvio exemplo do retorno do cinema às suas origens no século XIX – neste caso, as imagens de slides em lanterna mágica feitos à mão, o Phenakitiscópio e o Zootrópio”, ele infelizmente exime-se de mencionar, quanto mais de colocar em primeiro plano, Reynaud e suas invenções.
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    • +26
      Essa tradução foi possível graças a uma bolsa PNPD/CAPES concedida pelo Programa de Pós-Graduação em Educação, Arte e História da Cultura, da Universidade Mackenzie-SP. Incorporei sugestões de revisão feitas por Christine Veras, doutoranda pela School of Art, Design and Media, da Nanyang Technological University em Cingapura.
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    Fontes das imagens

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    • Emmanuelle Toulet, Cinema is 100 Years Old, trad. Susan Emanuel, London: Thames and Hudson, 1995.
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    Referências

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    • _______. Animation: Genre and Authorship. London: Wallflower, 2002.
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    Datas de Publicação

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    • +Publicação nesta coleção
      Jan-Apr 2017
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    Histórico

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    • +Recebido
      Set 2016
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    • +Aceito
      Dez 2016
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