Enfarte cerebral e incapacidade em idosos

RESUMO Introdução O acidente vascular cerebral (AVC) é a segunda causa de morte a nível mundial e a terceira nos países industrializados. A idade é o factor de risco não modificável mais importante para AVC, verificando-se um aumento da incidência de AVC até ao limite mais extremo da idade avançada. Presentemente, mais de metade de todos os AVCs ocorrem em doentes com mais de 75 anos, e, dado que a esperança de vida está a aumentar, sendo os muito idosos o segmento de crescimento mais rápido da população, é de esperar que este segmento da população venha a contribuir com uma proporção cada vez maior do número total de AVCs. O AVC no doente idoso apresenta características particulares, sendo diferente do AVC no doente mais jovem relativamente a factores de risco, a subtipos clínicos e etiológicos de AVC, e a prognóstico. O factor de risco ardiovascular mais importante para AVC em doentes idosos é a fibrilhação auricular. O enfarte cerebral em doentes idosos é clinicamente mais grave do que nos restantes doentes, associando-se esta maior gravidade a uma maior incidência de enfartes cardioembólicos. As taxas de letalidade são mais elevadas nos doentes mais idosos, e o estado funcional dos sobreviventes é, igualmente, pior, a curto e a longo prazo. Contudo, uma proporção importante de doentes idosos com AVC sobrevive em bom estado funcional. Até agora, muito poucos estudos procuraram identificar factores preditivos independentes de resultado em doentes idosos com AVC em geral, de qualquer subtipo patológico, e menos ainda em doentes idosos apenas com AVC isquémico. Objectivos: O objectivo principal deste estudo consistiu em descrever a contribuição do AVC para a passagem de um estado independente para um estado de dependência ou morte numa coorte de doentes idosos que sofreram o seu primeiro AVC isquémico ao longo da vida, e em identificar os factores que a determinam. Paralelamente, como objectivo secundário, foi analisada a demografia, factores de risco, aracterísticas clínicas e de resultado da coorte de doentes idosos, estratificada em dois grupos de idade. Métodos: No período entre 1 de Julho de 2003 e 31 de Dezembro de 2005, foram recrutados todos os doentes com idade igual ou superior a 70 anos, internados consecutivamente no Serviço de Medicina I do Hospital Egas Moniz, pelo seu primeiro AVC isquémico ao longo da vida. Foi adoptada a definição de AVC da Organização Mundial de Saúde (OMS). Os doentes foram avaliados na fase aguda, à data da alta hospitalar e em consultas de seguimento aos 1, 3 e 6 meses. Foi elaborado um protocolo padronizado para a avaliação na fase aguda, e outro para as consultas de seguimento. O protocolo destinado à fase aguda incluía informação sobre: (1) dados sociodemográficos; (2) factores de risco vascular e outras comorbilidades; (3) avaliação cognitiva pré-AVC; (4) avaliação de incapacidade pré-AVC; (5) dados de avaliação médica geral na fase aguda; (6) índice de comorbilidade médica geral de Charlson; (7) dados de avaliação neurológica do doente, quer de uma forma especificada, quer sintetizados numa escala de gravidade dos défices neurológicos, a “National Institutes of Health Stroke Scale” (NIHSS) e na classificação clínica do “Oxfordshire Community Stroke Project” (OCSP); (8) resultados laboratoriais de rotina primeiros valores após o início do AVC); (9) resultados dos principais exames complementares de diagnóstico: TC crâneo-encefálica sem contraste, lectrocardiograma, ecocardiograma trans-torácico, doppler das artérias cervicais extracraneanas; e outros exames, em doentes seleccionados; (10) a classificação etiológica dos AVCs segundo os critérios do “Trial of Org 10172 in Acute Stroke Treatment” (TOAST); (11) principais complicações neurológicas e médicas, ocorridas durante o internamento; (12) principais intervenções terapêuticas; (13) estado vital (morte à data da alta ou até aos 28 dias; data e causa de morte); (14) gravidade dos défices neurológicos e estado funcional à data da alta; (15) destino após a alta.O protocolo elaborado para as avaliações de seguimento incluía informação sobre:(1) estado vital (morte; data de morte; causa de morte); (2) local de residência; (3)terapêutica efectuada; (4) ocorrência de eventos cerebrovasculares recorrentes ou cardiovasculares; (5) presença de sintomas e/ou sinais de insufuciência cardíaca; (6) avaliação da gravidade dos defices neurológicos residuais; (7) avaliação funcional; (8) nova avaliação cognitiva (realizada apenas na consulta dos 6 meses).A análise estatística consistiu, em primeiro lugar, numa análise descritiva da coorte global de doentes seguida de uma análise comparativa dos doentes estratificados em dois grupos de idade (< 80 versus @ 80 anos), relativamente ao conjunto de todas as variáveis independentes e de resultado; em segundo lugar, no subgrupo de doentes sem incapacidade pré-AVC, após um processo de selecção de variáveis, foram desenvolvidos, pelo método de regressão logística múltipla backward stepwise, modelos preditivos para o resultado “morte ou dependência” versus “estar vivo e independente” aos 6 meses. Para a selecção das variáveis, procedeu-se em primeiro lugar a análise bivariada, tendo sido removidas as variáveis que não apresentavam associação significativa com o resultado. Em segundo lugar, as restantes variáveis foram classificadas em cinco grupos, sendo o primeiro constituído pelas variáveis demográficas (género e idade), o segundo, por uma variável do exame clínico geral, o terceiro, pelas variáveis da avaliação neurológica inicial, o quarto, por uma variável imagiológica, e o quinto por uma variável de comorbilidade médica geral. Resultados: População geral de doentes Durante o período de 30 meses em que se procedeu ao recrutamento prospectivo de doentes, foram internados consecutivamente 145 doentes que preenchiam os critérios de inclusão, dos quais 142 aceitaram participar no estudo. A idade média dos doentes era de 79,5±6,0 anos e 69,7% eram do sexo feminino. O factor de risco vascular mais frequente no conjunto da população foi a hipertensão arterial, atingindo 73,2% dos doentes. A diabetes mellitus e o consumo de tabaco, passado ou corrente, foram presentes em igual proporção de doentes (27,5%, cada). A fibrilhação auricular, antes ou durante o internamento hospitalar, foi detectada em 39,3% dos doentes. A proporção de doentes com incapacidade prévia ao AVC (score de Rankin modificado pré-AVC > 2) foi de 19%, traduzindo, pelo menos em parte, a presença de numerosas comorbilidades (insuficiência cardíaca em 39,4% dos doentes; doença osteo-articular em 38,7%; incontinência de esfincteres em 31,0%; défice cognitivo em 18,4%; défice visual em 18,3%; e défice auditivo em 15,6%). O índice de comorbilidade de Charlson foi superior a 1 em 54,9% dos doentes. Na avaliação neurológica inicial, através da escala de NIHSS,aproximadamente metade dos doentes (50,7%) tinha um score igual ou superior a 7, sendo este o valor mediano deste score para o conjunto dos doentes. Aos 28 dias e seis meses, as taxas de letalidade foram de 5,6% e 22,5%, respectivamente. Dos sobreviventes, aos seis meses, 44,5% apresentava incapacidade moderada ou grave (score de Rankin modificado > 2). No conjunto de toda a população, a proporção de doentes com score de Rankin modificado > 2 aumentou de 19% antes do AVC para 57% aos seis meses, sendo de 34,5% a proporção de doentes com incapacidade moderada ou grave. Nos 115 doentes sem incapacidade antes do AVC, a taxa de letalidade, aos seis meses, foi de 19,1%, e dos sobreviventes, 34,5% ficaram com incapacidade moderada a grave (score de Rankin modificado > 2). Comparação dos doentes estratificados em dois grupos de idade Dos 142 doentes que aceitaram participar no estudo, 75 (52,8%) tinham idade igual ou superior a 80 anos. Neste grupo de doentes, em comparação com o grupo mais jovem, havia mais doentes do sexo feminino (77,3% versus 61,2%; p=0,037), mais viúvos (54,7% versus 37,3%; p=0,038), menos doentes a viver em suas casas com esposa/companheiro (34,7% versus 56,7%; p = 0,008), mais doentes a viver com familiares ou cuidador (34,7% versus 17,9%; p = 0,024), e mais doentes a viver em instituição (8,0% versus 0,0%; p=0,029). Relativamente aos factores de risco vascular, o grupo mais idoso apresentou uma frequência mais elevada de fibrilhação auricular pré ou intra-hospitalar (48,6% versus 28,8%; p = 0,016) e de insuficiência cardíaca (49,3% versus 28,4%; p = 0,011), e uma frequência mais baixa de antecedentes de tabagismo (20,0% versus 35,8%; p=0,035), consumo de álcool (6,7% versus 22,4%; p=0,007) e doença arterial periférica (2,7% versus 13,4%; p=0,017). A incapacidade prévia ao AVC, definida pelo Índice de Barthel (score <100), ou pela escala de Rankin modificada (score >2), foi mais frequente no grupo mais idoso (56,0% versus 31,3%, com p = 0,003 e 29,3% versus 7,5%, com p = 0,001, respectivamente). A proporção de doentes com pressão arterial (PA) sistólica inicial elevada é menor no grupo de doentes mais idoso (57,3% versus 76,1%; p=0,018). Na avaliação neurológica inicial, este grupo apresentou uma maior proporção de doentes com afundamento do estado de consciência (62,7% versus 31,3%; p<0,001), afasia (42,7% versus 17,9%; p = 0,001), alteração da motilidade ocular (36,0% versus 20,9%; p = 0,047), e com um score de NIHSS inicial @ 7 (65,3% versus 34,3%; p<0,001). A distribuição dos subtipos clínicos do OCSP foi diferente entre os dois grupos de doentes (p=0,001). Os enfartes total e parcial da circulação anterior (TACI e PACI, respectivamente) foram mais frequentes no grupo de doentes com idade mais avançada (18,7% versus 6,0%, para o TACI; 48,0% versus 28,4%, para o PACI). Os enfartes lacunares e da circulação posterior (LACI e POCI, respectivamente) foram mais frequentes no grupo de doentes mais novo (52,2% versus 29,3%, para o LACI; 13,4% versus 4,0%, para o POCI). Na classificação etiológica, apenas o AVC por oclusão de pequenos vasos foi mais frequente no grupo de doentes menos idoso (22,4% versus 2,7%; p < 0,001). No final do período de seguimento, o grupo de doentes mais idoso tinha uma maior proporção de casos fatais (33,3% versus 10,4%; p=0,001), e, nos sobreviventes, uma maior proporção de doentes incapacitados, quer com a incapacidade definida pelo índice de Barthel (score < 100) ou pela escala escala de Rankin modificada (score > 2) (78,0% versus 51,7% com p=0,004 e 56,0% versus 35,0% com p=0,027, respectivamente). Modelos preditivos Na análise multivariável foi incluído apenas o grupo de doentes que não tinha incapacidade prévia ao AVC, constituído pelos 115 doentes que tinham um score de Rankin pré-AVC igual ou inferior a 2. No desenvolvimento dos modelos, as variáveis idade e género, a PA sistólica inicial codificada (@140 mmHg), a variável de imagem “cortical extenso” e o índice de comorbilidade de Charlson, são comuns a todos eles. As variáveis neurológicas, diferentes de modelo para modelo, são: o score de NIHSS, no modelo1; o score de coma de Glasgow (15 versus <15), no modelo 2; o subtipo clínico TACI, no modelo 3; e as variáveis neurológicas clínicas, afasia, extinção, parésia de mais do que um membro, campos visuais e motilidade ocular, no modelo 4. O modelo 1, em que o score de NIHSS constituiu a forma de avaliação do défice neurológico inicial, foi o que teve melhor exactidão preditiva, classificando correctamente 85,2% dos doentes e explicando 60% da variância no resultado (R2 de Nagelkerke). A capacidade discriminativa deste modelo, medida através da area under the receiver operating characteristic (ROC) curve (AUC), foi a mais elevada (0,893), embora não sendo estatisticamente diferente da AUC dos outros modelos. Os preditores independentes de mau resultado neste modelo foram o género feminino, a PA sistólica inicial @ 140 mmHg e o score de NIHSS inicial. Em todos os restantes modelos, as variáveis da avaliação neurológica inicial foram igualmente preditores independentes de resultado, em conjunto com o género feminino e o índice de comorbilidade de Charlson. A idade e a PA sistólica inicial foram também preditores independentes de resultado nos modelos 3 e 4, e a variável “cortical extenso” no modelo 2. Conclusões No presente estudo, considerando a totalidade dos doentes, aos 6 meses após o AVC, as proporções dos doentes que morrem ou ficam incapacitados, em particular a dos doentes incapacitados, são mais altas do que as encontradas em estudos incluíndo doentes de todas as idades com o seu primeiro AVC isquémico, reflectindo o pior prognóstico dos doentes mais idosos com AVC isquémico, em que uma proporção importante apresenta incapacidade já antes do AVC. No entanto, considerando apenas os doentes sem incapacidade prévia ao AVC, as proporções encontradas para morte ou incapacidade aos 6 meses foram próximas das de estudos de base populacional incluíndo doentes de todas as idades com o seu primeiro AVC isquémico. O presente estudo demonstrou que em doentes idosos que sofrem o seu primeiro AVC isquémico ao longo da vida, e que não tinham incapacidade prévia ao AVC, a gravidade do défice neurológico inicial é, do mesmo modo que nos doentes com AVC isquémico de todas as idades, o principal preditor independente de resultado. O score de NIHSS demonstrou ser um importante preditor independente de resultado em doentes idosos com AVC isquémico, eliminando a contribuição independente para o resultado de vários outros preditores potenciais, o que não aconteceu quando a gravidade do AVC foi medida através de outras variáveis de validade e fiabilidade mais incerta. O presente estudo demonstra como o resultado de uma análise multivariável é fortemente afectado pelas variáveis independentes utilizadas. Os vários modelos apenas diferiam na forma como foi avaliada a gravidade neurológica do AVC, originando, mesmo assim, resultados bastante diferentes. Este facto reforça a necessidade de utilizar para o desenvolvimento dos modelos variáveis clinicamente relevantes, com elevada fiabilidade e validade comprovadas. Uma das características dos doentes muito idosos é a presença de múltiplas comorbilidades simultaneamente. O presente estudo sugere que o efeito da comorbilidade sobre o resultado pode ocorrer por intermédio da maior gravidade neurológica do AVC,embora estes resultados necessitem de ser confirmados em estudos com maior número de doentes. Este achado, a confirmar-se, é da maior importância, levando a que a prevenção e tratamento da patologia cardiovascular e cerebrovascular deva ser encarada como um todo. O presente estudo mostra que os doentes muito idosos com AVC isquémico apresentam características epidemiológicas e clínicas específicas, mesmo quando a comparação é feita entre dois diferentes estratos de doentes idosos. Em particular, a maior frequência,neste grupo de doentes, de fibrilhação auricular, associada à maior frequência dos enfartes TACI e PACI da classificação clínica do OCSP, que são os subtipos clínicos mais frequentemente de etiologia cardioembólica, têm importantes implicações relativamente a prevenção e tratamento, reforçando a importância da anticoagulação terapêutica tanto para prevenção primária como secundária.

New analytical methodologies for doping control – detection of anabolic androgenic steroids in human urine

Dissertation submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia - Universidade Nova de Lisboa in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Biochemistry - Biotechnology)

A regulação endócrina dos balanços de cálcio

RESUMO: As concentrações circulantes de cálcio são notavelmente constantes a despeito das variações diárias na absorção intestinal e na eliminação renal deste elemento. A regulação da calcémia é um sistema complexo que compreende vários factores controladores (a calcémia, a fosforémia, as concentrações circulantes de paratormona (PTH) e calcitriol além de muitos outros factores como hormonas esteróides em geral, outros iões como o magnésio e outros factores hormonais) e vários órgãos alvo (glândulas paratiroideias, osso, rim e intestino). As respostas dos órgãos alvo também são muito variadas. No caso mais simples, a cristalização de sais de cálcio corresponde a uma mudança de fase em que participam moléculas orgânicas que a iniciam, aceleram ou inibem. Em geral a combinação de um factor controlador com o respectivo receptor de membrana (para polipeptídeos ou iões) ou intracelular (hormonas esteróides) é apenas o primeiro passo de uma cadeia bioquímica que introduz uma enorme amplificação na resposta. A esta variedade de mecanismos de resposta correspondem grandes diferenças nos tempos de resposta que podem ser de minutos a semanas. É hoje possível “observar” (medir) com apreciável rigor nos líquidos biológicos (sangue, urina, fezes, etc.) os factores mais importantes do sistema de regulação da calcémia (cálcio, fósforo, paratormona e calcitriol) assim como administrar estes factores em experiências agudas. Esta possibilidade reflecte – se na literatura neste campo que tem vindo a crescer. O advento das técnicas da biologia molecular tem permitido a caracterização molecular de algumas das disfunções da homeostase do cálcio e é de esperar um diagnóstico fisiopatológico cada vez mais rigoroso dessas disfunções. Com o avanço dos conhecimentos nesta área que não cessa de aumentar temos cada vez maiores capacidades para fazer diagnósticos e é cada vez mais difícil interpretar com rigor os correspondentes quadros metabólicos. A análise ou síntese de sistemas complexos é a actividade mais nobre dos engenheiros que lhes permite desenhar pontes, diques, barcos, aviões ou automóveis. Com o aparecimento de computadores de médio ou grande porte foi – lhes possível utilizar descrições matemáticas não só para desenhar sistemas como ainda para interpretar eventuais falhas na sua operação. Essas descrições matemáticas consistem numa sequência de operações realizadas num computador segundo um “programa informático” que receberam a designação genérica de modelos, por analogia com as famosas leis (equações) da física que foram deduzidas a partir de um certo número de postulados e que permitem representar matematicamente processos físicos. As famosas leis de Newton são talvez os exemplos mais famosos de “modelos” de sistemas físicos. A introdução de modelos matemáticos em biologia e particularmente em medicina só se deu recentemente.MÉTODOS No trabalho que aqui se apresenta construiu - se um modelo simplificado da homeostase do cálcio destinado ao cálculo de variáveis observáveis (concentrações de cálcio, fósforo, PTH e calcitriol) de modo a poderem comparar-se valores calculados com valores observados. A escolha dos componentes do modelo foi determinada pela nossa experiência clínica e pela informação fisiopatológica e clínica publicada. Houve a preocupação de construir o modelo de forma modular de modo a ser possível a sua expansão sem grandes transformações na descrição matemática (e informática) já existente. Na sua fase actual o modelo não pode ser usado como instrumento de diagnóstico. É antes uma ferramenta destinada a esclarecer “em princípio” mecanismos fisiopatológicos. Usou – se o modelo para simular um certo número de observações publicadas e para exemplificar a sua eventual aplicação clínica na simulação de situações hipotéticas e na análise de possíveis mecanismos fisiopatológicos responsáveis por situações de hipo ou hipercalcémias. Simultaneamente fez – se uma análise dos dados acumulados relativos a doentes vistos no Serviço de Endocrinologia do Instituto Português de Oncologia de Francisco Gentil – Centro Regional Oncológico de Lisboa, S.A. CONCLUSÕES Numa população de 894 doentes com patologias variadas do Instituto Português de Oncologia de Lisboa os valores da calcémia tiveram uma distribuição normal unimodal com uma média de 9.56 mg/dl, e um erro padrão de 0.41 mg/dl. Estas observações sugerem que a calcémia está sujeita a regulação. A partir dos resultados publicados em que o metabolismo do cálcio foi perturbado por infusões de cálcio, calcitriol ou PTH, de estudos bioquímicos e fisiológicos sobre os mecanismos de acção de factores controladores da calcémia e do estudo do comportamento de órgãos alvo (paratiroideias, intestino, osso e rim) foi possível construir um modelo matemático de parâmetros concentrados do sistema de regulação da calcémia. As expressões analíticas usadas foram baseadas na cinética enzimática de modo a que os seus parâmetros tivessem um significado físico ou fisiológico simples. O modelo revelou apreciável robustez e flexibilidade. É estável quando não perturbado e transita entre estados estacionários quando perturbado. Na sua forma actual gera simulações que reproduzem satisfatoriamente um número apreciável de dados experimentais colhidos em doentes. Isto não significa que possa ser usado como instrumento de diagnóstico aplicável a doentes individuais. O desenho do modelo comporta a adição posterior de novas relações quando surgirem situações para as quais se revele insuficiente. A utilização exaustiva do modelo permitiu explicitar aspectos do metabolismo do cálcio que ou não estão contidas na sua formulação actual – o aparecimento de hipertrofia ou de adenomas das paratiroideias e as alterações na estrutura óssea , a participação de outros factores controladores – magnésio, ou estão insuficientemente descritas – alterações do metabolismo do fósforo nos hipoparatiroidismos. A análise dos dados relativos aos doentes do Serviço de Endocrinologia do IPO permitiu o início da caracterização dos tipos de patologia que representam e de possíveis mecanismos fisiopatológicos subjacentes. Estas observações são o ponto de partida para análises futuras. São exemplos das relações encontradas: a distribuição dos doentes por dois grandes grupos conforme a calcémia é determinada pelas concentrações circulantes de PTH ou estas são determinadas pela calcémia; a distribuição sazonal das concentrações de Vit. D25. no sangue; a correlação negativa entre estas e as concentrações de PTH no sangue. Também foi possível extrair a cinética do controlo da PTH sobre a síntese de calcitriol. O estudo dos níveis circulantes de PTH no pós-operatório imediato de doentes paratiroidectomizados permitiu determinar as suas taxas de degradação metabólica. O modelo permitiu simular as relações Ca/PTH no sangue, Ca/Fracção excretada da carga tubular, Ca/P no sangue para valores normais ou altos de Ca. Foram feitas simulações de situações fisiopatológicas (em “doentes virtuais”): infusões crónicas de cálcio, PTH e calcitriol; alterações no comportamento de receptores. Estas simulações correspondem a experiências que não podem ser realizadas em humanos. São exemplos da utilização do modelo na exploração de possíveis mecanismos fisiopatológicos através da observação de resultados quantitativos inacessíveis à intuição. O modelo foi útil em duas fases do trabalho: Primeiro, durante a sua síntese implicou uma escolha criticamente selectiva de informação, sua análise quantitativa e processamento, uma explicitação rigorosa (analítica) das relações funcionais entre os controladores e as variáveis e da sua integração numa estrutura global; Segundo, a simulação de situações experimentais ou clínicas (dados do Serviço de Endocrinologia do IPO) em doentes obrigou a explicitar raciocínios fisiopatológicos habitualmente formulados em bases puramente intuitivas. Esta prática revelou comportamentos óbvios após as simulações – acção reduzida das infusões PTH (simulação de hiperparatiroidismos primários) enquanto não há inibição total da respectiva secreção, necessidade de aumento da massa secretora da paratiroideia nas insuficiências renais avançadas, etc. A síntese e utilização do modelo não implicaram uma preparação matemática avançada e foram possíveis mercê da disponibilidade de “software” interactivo especificamente desenhado para a simulação de sistemas dinâmicos em que os programas se escrevem em inglês usando a simbologia simples da álgebra elementar. A função nobre de modelos desta natureza é semelhante à dos modelos usados pelos físicos desde o século XVII: permitir explicações de carácter geral funcionando como uma ferramenta intelectual para manipulação de conceitos e para a realização de “experiências pensadas” (“thought experiments”) respeitando certos princípios físicos (princípios de conservação) que estabelecem as fronteiras da realidade. -------ABSTRACT: Calcium blood levels are remarkably constant despite great variations in calcium daily intake, intestinal absorption and renal excretion. The regulation of the calcium concentration in the blood is achieved by a complex system that includes several controller factors (mainly the serum levels of calcium, phosphorus, parathyroid hormone (PTH) and calcitriol but also of steroid hormones, ions such as magnesium and other hormonal factors) and several target organs (parathyroid glands, bone, kidney and intestine). The functional response to the controlling factors obeys a variety of kinetics. The precipitation of calcium salts is a simple phase transition in which organic molecules may provide nucleation centres or inhibit the process. The combination of a controller factor with its receptor located in the cell membrane (for peptides or ions) or in the nucleus (for steroid hormones) is only the first step of a biochemical chain that introduces a huge amplification in the response. To this great variability of response we have to add the times of response that vary from minutes to weeks. It is possible to “observe” (measure) with great accuracy in biological fluids (blood, urine, faeces, etc.) the most important factors intervening in the calcium regulation (calcium, phosphorus, PTH and calcitriol). The response of the system to acute infusions of the controlling factors has also been studied. Using molecular biology techniques it has been possible to characterize some calcium homeostasis dysfunctions and better physiopathological diagnosis are expected. With the increasingly new knowledge in this area we have better capacity to diagnose but it is harder to explain correctly the underlying metabolic mechanisms. The analysis or synthesis of complex systems is the noble activity of engineers that enables them to draw bridges, dams, boats, airplanes or cars. With the availability of medium-large frame computers it was possible to use mathematical descriptions not only to draw systems but also to explain flaws in its operations. These mathematical descriptions are generally known as models by analogy with the laws (equations) of physics that allow the mathematical description of physical processes. In practice it is not possible to find general solutions for the mathematical descriptions of complex systems but (numeric) computations for specific situations can be obtained with digital computers. The introduction of mathematical models in biology and particularly in medicine is a recent event. METHODS In this thesis a simplified model of calcium homeostasis was built that enables the computation of observable variables (concentrations of calcium, phosphorus, PTH and calcitriol) and allows the comparison between the simulation values and observed values. The choice of the model’s components was made according to our clinical experience and to the published clinical and physiopathological data. The model has a modular design that allows future expansions with minor alterations in its structure. In its present form the model cannot be used for diagnosis. It is a tool designed to enlighten physiopathological processes. To exemplify its possible clinical application in the simulation of hypothetical situations and in the analysis of possible mechanisms responsible for hypo or hypercalcemias the model was used to simulate a certain number of published observations. An analysis of clinical and laboratory data from the Endocrinology Department of the Portuguese Cancer Institute (I.P.O.F.G.-C.R.O.L.,S.A.) is also presented. CONCLUSIONS In a population of 188 patients without an identifiable disease of the calcium metabolism at the Portuguese Cancer Institute the calcemia levels had a unimodal distribution with an average of 9.56 mg/dL and a S.E.M of 0.41 mg/dL. This observation confirms that serum calcium is regulated. Using published data; in which calcium metabolism was disrupted by calcium, PTH or calcitriol infusions; from biochemical and physiological studies of the action of controller factors on the calcemia; in which the response of target organs (parathyroid glands, intestine, bone, kidney) was studied it was possible to build a mathematical model of concentrated parameters of the calcium homeostasis. Analytical expressions used were based on enzymatic kinetics. The model is flexible and robust. It is stable when not disturbed and changes between steady states when disturbed. In its present form it provides simulations that reproduce closely a number of experimental clinical data. This does not mean that it can be used as a diagnostic tool for individual patients. The exhaustive utilisation of the model revealed the need of future expansions to include aspects of the calcium metabolism not included in its present form –hypertrophy or adenomas of the parathyroid glands, bone structure changes, participation of other controller factors such as magnesium – or insufficiently described – phosphate metabolism in hypoparathyroidism. The analysis of the data collected from the I.P.O.’s Endocrinology Department allowed the initial characterization of the different pathologies represented and of their possible physiopathological mechanisms. These observations are a starting point for future analysis. As examples of the relations found were: the distribution of patients in two groups according to the dependency of calcium by PTH levels or PTH levels by calcium concentration; the seasonal distribution of the serum concentrations of D25; its negative correlation with PTH concentration. It was also possible to extract the kinetics of the control of the synthesis of calcitriol by PTH. The analysis of immediate post-surgical levels of PTH in parathyroidectomized patients allowed the determination of its metabolic clearance. The model also allowed the simulation of the relations between Ca/PTH in blood, serum Ca/Fraction of tubular load excreted and Ca/P in blood for normal and high values of calcium. Simulations were made of pathological situations (in “virtual patients”): chronic infusions of calcium, PTH and calcitriol; changes in the characteristics of receptors. These simulations are not possible in real persons. They are an example of the use of this model in exploring possible mechanisms of disease through the observation of quantitative results not accessible to simple intuition. This model was useful in two phases: Firstly, its construction required a careful choice of data, its quantitative analysis and processing, an analytical description of the relations between controller factors and variables and their integration in a global structure. Secondly, the simulation of experimental or clinical (I.P.O.’s Endocrinology Department) data implied testing physiopathological explanations that previously were based on intuition. The construction and utilisation of the model didn’t demand an advanced mathematical preparation since user-friendly interactive software was used. This software was specifically designed for the simulation of dynamic systems. The programs are written in English using elementary algebra symbols. The essential function of this type of models is identical to that of those used by physicists since the XVII century which describe quantitatively natural processes and are an intellectual tool for the manipulation of concepts and the performance of “thought experiments” based in certain physical principles (conservation principles) that are the frontiers of reality.------------------RESUMÉE: Les concentrations circulantes de calcium sont constantes même pendant des variations de l’absorption intestinale et de l’élimination rénale de cet élément. La régulation de la calcémie est un système complexe qui comprend plusieurs éléments contrôleurs (la calcémie, la phosphorémie, les concentrations circulantes de l’hormone parathyroïdienne (PTH) e du calcitriol et d’autres comme les hormones stéroïdes ou des ions comme le magnésium) et plusieurs organes (glandes parathyroïdiennes, l’os, le rein et l’intestin). Les réponses de ces organes sont variées. Dans le cas plus simple, la cristallisation des sels de calcium correspond à un changement de phase dans lequel y participent des molécules organiques que la débutent, l’accélèrent ou l’inhibent. Généralement la combinaison d’un élément contrôleur avec leur récepteur de membrane (pour les peptides ou les ions) ou intracellulaire (pour les hormones stéroïdes) n’est que le premier pas d’une chaîne biochimique qu’introduit une grande amplification de la réponse. A cette variété de réponses correspondent des grandes différences des temps de réponses qu’y vont des minuits a semaines. Il est possible « observer » (mesurer) dans les fluides biologiques (sang, urine, fèces, etc.) les éléments plus importants du système de régulation de la calcémie (calcium, phosphate, PTH et le calcitriol) et les administrer en expérimentes aigus. Cette possibilité est visible dans la littérature publiée dans ce domaine qui est en croissance permanente. L’avenir des techniques de biologie moléculaire a permis caractériser des nombreuses dysfonctions de la régulation de la calcémie et on attend un diagnostique physiopathologique de ces dysfonctions chaque fois plus rigoureuses. Les connaissances dans ce domaine s’agrandissent et on a de plus de capacités pour faire des diagnostiques et il est chaque fois plus difficile les interpréter. L’analyse ou synthèse de systèmes complexes est l’activité plus noble des ingénieurs qui les permit dessiner des ponts, bateaux, avions ou automobiles. Avec des ordinateurs de médium ou grand port il les est possible utiliser descriptions mathématiques pour dessiner les systèmes et interpréter des éventuelles fautes d’opération. Ces descriptions mathématiques sont une séquence d’opérations réalisées dans un ordinateur selon « un programme informatique » qui ont reçu la désignation générique de modèles, pour analogie avec les équations de la physique qui ont été déduits d’un nombre de postulées et qu’ont permit représenter des processus physiques en équations mathématiques. Les fameuses équations de Newton sont peut-être les exemples plus connus des systèmes physiques. L’introduction des modèles mathématiques en biologie et en particulier en médecine est un évènement récent. Dans ce travaille, on a construit un modèle simplifié de l’homéostasie du calcium pour calculer les variables observables (concentrations de calcium, phosphate, PTH et calcitriol) pour les comparer. Les choix des components a été déterminés par notre expérience clinique et par l’information physiopathologique et clinique publiée. Le modèle a été construit de façon modulaire ce que permit leur postérieur expansion sans des grandes altérations dans la description mathématique et informatique déjà existante. Dans cette forme le modèle ne peut être utilisé comme un instrument de diagnostique. Il est un outil pour éclairer la physiopathologie. Le modèle a été utilisé pour simuler un certain nombre d’observations publiées et pour exemplifier leur possible utilisation clinique dans la simulation des hypothèses et de la physiopathologie des situations d’hypo ou hypercalcémie. On a fait une analyse des éléments des procès cliniques des malades observées dans le Service d’Endocrinologie de l’IPOFG-CROL, SA. Dans une population de 894 malades avec des différentes pathologies les valeurs de calcémie on une distribution uni modale avec une Médie de 9.56 mg/dL et une erreur standard de 0.41 mg/dL. Ces observations suggèrent que la calcémie soit sujette de régulation. En utilisant des résultats de travaux publiés dans lesquels le métabolisme du calcium a été changé par des infusions de calcium, calcitriol ou PTH, des études biochimiques et physiologiques sur des mécanismes d’action des éléments contrôleurs de la calcémie et de l’étude du comportement des organes cible (parathyroïdes, intestin, rein, os), il a été possible de construire un modèle mathématique de paramètres concentrés du système de régulation de la calcémie. Les expressions analytiques utilisées ont été basées sur la cinétique enzymatique de façon à que les paramètres aient eu une signification physique ou biologique. Le modèle est stable quand il n’est pas perturbé et transit entre états stationnaires quand il est sujet a des perturbations. A ce moment il fait des simulations qui reproduisent de façon satisfaisant un nombre d’observations expérimentales. La construction du modèle permit l’addiction de nouvelles relations dans les cas ou il est insuffisant. L’utilisation exhaustive du modèle a permit expliciter des aspects du métabolisme du calcium qui y ne sont pas compris – l’hyperplasie ou la formation des adénomes des parathyroïdes, les altérations de la structure des os, la participation d’outres éléments régulateurs (magnésium), ou sont insuffisamment décrites – les altérations du métabolisme des phosphates dans l’hypoparathyroidism. L’analyse de l’information des malades du Service d’Endocrinologie a permit caractériser les pathologies représentées et leurs possibles mécanismes physiopathologiques. Ces observations sont le point de départ pour les analyses futures. Sont des exemples des relations trouvées: la distribution des malades par deux groupes: ceux dans lequel la calcémie est déterminée par la PTH ou ceux dans lesquels la PTH est déterminée par la calcémie; la distribution sazonale de la concentration de la vitamine D; la corrélation négative entre la vitamine D et la PTH. On a eu la possibilité de déduire la cinétique de control de la PTH sur la synthèse du calcitriol. L’étude des niveaux circulants de PTH sur des sujets parathyroidectomisées a permit déduire leur taux de dégradation métabolique. Le modèle a permit simuler les relations Ca/PTH dans le sang, Ca/fraction éliminée par le rein, Ca/P dans le sang pour des valeurs normales ou hautes de calcium. On a fait des simulations de situations physiopathologiques (dans “malades virtuelles”): Infusions chroniques de calcium, PTH ou calcitriol; altérations des récepteurs. Ces simulations ne peuvent pas être réalisées dans les humains. Sont des exemples d’utilisation du modèle dans l’exploration des possibles mécanismes de la physiopathologie en observant des résultats quantitatifs inaccessibles à l’intuition. Le modèle a été utile pendant deux étapes des travaux: La première, dans sa construction on a choisi l’information disponible, son analyse quantitative, l’explicitation rigoureuse (analytique) des relations fonctionnelles entre les contrôleurs et les variables et sa intégration dans une structure globale. La deuxième, la simulation de situations expérimentales ou cliniques (du Service d’Endocrinologie) a obligé d’expliciter des raisonnements physiopathologiques généralement formulés utilisant l’intuition. Cette pratique a montré des comportements – action réduite des infusions de PTH (jusqu’à l’inhibition totale de leur respective sécrétion), nécessité d’augmenter la masse sécréteuse de la parathyroïde dans les insuffisants rénales, etc. La synthèse et utilisation du modèle n’ont pas besoin d’une formation avancée en mathématique et sont possibles grâce à un programme interactif qui a été conçu pour la simulation des systèmes dynamiques dans lesquels le programme se construit en anglais en utilisant la symbolique élémentaire de l’algèbre. La fonction noble de ces modèles est semblable à celles des physiques du XVII siècle: Permettre établir explications générales en fonctionnant comme un outil intellectuel pour manipuler des concepts et pour la réalisation d’expérimentes pensées en respectant certains principes de la physique (principe de la conservation) qu’établissent les frontières de la réalité.

A score test for non-nested hypotheses with applications to discrete data models

This paper suggests that a convenient score test against non-nested alternatives can be constructed from the linear combination of the likelihood functions of the competing models. It is shown that this procedure is essentially a test for the correct specification of the conditional distribution of the variable of interest.

Sagres beer and its sponsorship strategy: Will Sagres score with Sport Lisboa e Benfica?

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

C-reactive protein in early risk assessment in acute pancreatitis

ABSTRACT:C-reactive protein (CRP) has been widely used in the early risk assessment of patients with acute pancreatitis (AP), but unclear aspects about its prognostic accuracy in this setting persist. This project evaluated first CRP prognostic accuracy for severity, pancreatic necrosis (PNec), and in-hospital mortality (IM) in AP in terms of the best timing for CRP measurement and the optimal CRP cutoff points. Secondly it was evaluated the CRP measured at approximately 24 hours after hospital admission (CRP24) prognostic accuracy for IM in AP individually and in a combined model with a recent developed tool for the early risk assessment of patients with AP, the Bedside Index for Severity in AP (BISAP). Two single-centre retrospective cohort studies were held. The first study included 379 patients and the second study included 134 patients. Statistical methods such as the Hosmer-Lemeshow goodness-of-fit test, the area under the receiver-operating characteristic curve, the net reclassification improvement, and the integrated discrimination improvement were used. It was found that CRP measured at approximately 48 hours after hospital admission (CRP48) had a prognostic accuracy for severity, PNec, and IM in AP better than CRP measured at any other timing. It was observed that the optimal CRP48 cutoff points for severity, PNec, and IM in AP varied from 170mg/l to 190mg/l, values greater than the one most often recommended in the literature – 150mg/l. It was found that CRP24 had a good prognostic accuracy for IM in AP and that the cutoff point of 60mg/l had a negative predictive value of 100%. Finally it was observed that the prognostic accuracy of a combined model including BISAP and CRP24 for IM in AP could perform better than the BISAP alone model. These results might have a direct impact on the early risk assessment of patients with AP in the daily clinical practice.--------- RESUMO: A proteina c-reactiva (CRP) tem sido largamente usada na avaliação precoce do risco em doentes com pancreatite aguda (AP), mas aspectos duvidosos acerca do seu valor prognóstico neste contexto persistem. Este projecto avaliou primeiro o valor prognóstico da CRP para a gravidade, a necrose pancreática (PNec) e a mortalidade intra-hospitalar (IM) na AP em termos do melhor momento para efectuar a sua medição e dos seus pontos-de-corte óptimos. Em segundo lugar foi avaliado o valor prognóstico da proteína c-reactiva medida aproximadamente às 24 horas após a admissão hospitalar (CRP24) para a IM na AP isoladamente e num modelo combinado, que incluiu uma ferramenta de avaliação precoce do risco em doentes com AP recentemente desenvolvida, o Bedside Index for Severity in Acute Pancreatitis (BISAP). Dois estudos unicêntricos de coorte retrospectivo foram realizados. O primeiro estudo incluiu 379 doentes e o segundo estudo incluiu 134 doentes. Metodologias estatísticas como o teste de Hosmer-Lemeshow goodness-of-fit, a area under the receiver-operating characteristic curve, o net reclassification improvement e o integrated discrimination improvement foram usadas. Verificou-se que a CRP medida às 48 horas após a admissão hospitalar (CRP48) teve um valor prognóstico para a gravidade, a PNec e a IM na AP melhor do que a CRP medida em qualquer outro momento. Observou-se que os pontos de corte óptimos da CRP48 para a gravidade, a PNec e a IM na AP variaram entre 170mg/l e 190mg/l, valores acima do valor mais frequentemente recomendado na literatura – 150mg/l. Verificou-se que a CRP medida aproximadamente às 24 horas após a admissão hospitalar (CRP24) teve um bom valor prognóstico para a IM na AP e que o ponto de corte 60mg/l teve um valor preditivo negativo de 100%. Finalmente observou-se que o valor prognóstico de um modelo combinado incluindo o BISAP e a CRP24 para a IM na AP pode ter um desempenho melhor do que o do BISAP isoladamente. Estes resultados podem ter um impacto directo na avaliação precoce do risco em doentes com AP na prática clínica diária.

Longitudinal evaluation of hemorheological markers in acute inflammatory diseases

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Contributo para a validação da versão portuguesa do instrumento de avaliação VOICE (service users perceptions of impatient care, Views on Inpatient Care)

RESUMO: Nos últimos anos assistiu-se a um reposicionamento das pessoas portadoras de doença mental na sociedade, no sentido de viverem em pleno os seus direitos, sem restrições. Esta tendência acompanhou as transformações que se têm vivido na forma como os utentes dos serviços de saúde interagem com os mesmos e com os profissionais de saúde, de forma a permitir uma maior autonomização e responsabilização no que concerne ao tratamento da sua doença, a relação que estabelecem com o seu médico, e a participação na avaliação e monitorização da qualidade dos serviços. Mais recentemente, também no mundo científico, esta afirmação se fez sentir, com o surgimento de investigação liderada por utentes, no sentido de estudar de forma adequada questões que partem do seu ponto de vista, e que possibilitem a produção de conhecimento significativa no contexto das suas experiências. Com o presente trabalho pretende-se contribuir para a validação da versão portuguesa do VOICE (Service Users’ Perceptions of Inpatient Care, Views on Inpatient Care) (Evans et al., 2012), instrumento para a avaliação dos serviços de internamento de agudos em psiquiatria, construído a partir de um investigação liderado por utentes e partindo das suas perspectiva. O VOICE é constituído por 19 questões, agrupadas em sete domínios: admissão; cuidados e tratamento; medicação; equipa de técnicos do internamento; terapia e atividades; ambiente e diferenças. O presente estudo envolveu uma amostra de 85 utentes de um serviço de internamento de agudos de uma instituição psiquiátrica do Norte de Portugal. A versão portuguesa do VOICE apresentou boa aceitação por parte dos utentes e boas características psicométricas - a consistência interna foi alta (α = 0,87) e todos, exceto um item (item 6), apresentam elevadas correlações item-total (variando de 0,18 - item 6 a 0,71 - item 11; M = 0,54, DP = 0,15), sugerindo ser um instrumento útil na avaliação dos serviços de internamento de agudos. No futuro torna-se necessário alargar o estudo a outros contextos de internamento e envolvendo amostras mais alargadas.-------------- ABSTRACT: In recent years there has been a gradual process to help people with the experience of mental illness regaining their full rights. Following the advances in the understanding of mental health problems, and the use of medication to help patients overcome symptoms, service-users have become more autonomous and responsible in the way they deal with health professionals, and are now called to participate in assessing and monitoring mental health services and policies. In the context of these transformations we have assisted to the emergence of research led by service-users (in this case of psychiatric and mental health services) in order to emphasize their point of view, and to enable the production of significant knowledge resulting from their experiences, and perceptions. The present study aims to contribute to the dissemination of service-user led research, based on the adaptation and validation of the Portuguese version of the VOICE - Service Users' Perceptions Questionnaire, Views on Inpatient Care. (Evans et al., 2012). The VOICE is composed of 19 questions, grouped in seven domains: admissions, care and treatment, medication, team of technicians during hospitalization, therapy and activities, environment and diversity. The present study involved a sample of 85 inpatient of a psychiatric institution in Northern Portugal. The Portuguese version of the VOICE showed good psychometric properties and was well accepted by patients [high internal consistency (α = 0,87); and high correlation of each item, except item 6, with the total score (ranging from 0.18 on item 6 to 0.71 on item 11; average=0,54; SD=0,15), suggesting it to be a useful tool for assessing inpatient services. In the future there is a need to extend the study to other contexts and include larger samples.

Utilidade da tomografia computorizada cardíaca na avaliação da doença coronária

RESUMO: Apesar de toda a evolução farmacológica e de meios complementares de diagnóstico possível nos últimos anos, o enfarte agudo do miocárdio e a morte súbita continuam a ser a primeira manifestação da aterosclerose coronária para muitos doentes, que estavam previamente assintomáticos. Os exames complementares de diagnóstico tradicionalmente usados para avaliar a presença de doença coronária, baseiam‐se na documentação de isquémia do miocárdio e por este motivo a sua positividade depende da presença de lesões coronárias obstrutivas. As lesões coronárias não obstrutivas estão também frequentemente implicadas no desenvolvimento de eventos coronários. Apesar de o risco absoluto de instabilização por placa ser superior para as lesões mais volumosas e obstrutivas, estas são menos prevalentes do que as placas não obstrutivas e assim, por questões probabilísticas, os eventos coronários resultam com frequência da rotura ou erosão destas últimas. Estudos recentes de imagiologia intracoronária avançada forneceram evidência de que apesar de ser possível identificar algumas características de vulnerabilidade em placas associadas ao desenvolvimento subsequente de eventos coronários, a sua sensibilidade e especificidade é muito baixa para aplicação clínica. Mais do que o risco associado a uma placa em particular, para o doente poderá ser mais importante o risco global da sua árvore coronária reflexo da soma das probabilidade de todas as suas lesões, sendo que quanto maior for a carga aterosclerótica maior será o seu risco. A angio TC cardíaca é a mais recente técnica de imagem não invasiva para o estudo da doença coronária e surgiu nos últimos anos fruto de importantes avanços na tecnologia de TC multidetectores. Estes avanços, permitiram uma progressiva melhoria da resolução espacial e temporal, contribuindo para a melhoria da qualidade dos exames, bem como uma significativa redução da dose de radiação. A par desta evolução tecnológica, foi aumentando a experiência e gerada mais evidência científica, tornando a angio TC cardíaca cada vez mais robusta na avaliação da doença coronária e aumentando a sua aplicabilidade clínica. Mais recentemente apareceram vários trabalhos que validaram o seu valor prognóstico, assinalando a sua chegada à idade adulta. Para além de permitir excluir a presença de doença coronária e de identificar a presença de estenoses significativas, a angio TC cardíaca permite identificar a presença de lesões coronárias não obstrutivas, característica impar desta técnica como modalidade de imagem não invasiva. Ao permitir identificar a totalidade das lesões ateroscleróticas (obstrutivas e não obstrutivas), a 18 angio TC cardíaca poderá fornecer uma quantificação da carga aterosclerótica coronária total, podendo essa identificação ser útil na estratificação dos indivíduos em risco de eventos coronários. Neste trabalho foi possível identificar preditores demográficos e clínicos de uma elevada carga aterosclerótica coronária documentada pela angioTC cardíaca, embora o seu poder discriminativo tenha sido relativamente modesto, mesmo quando agrupados em scores clínicos. Entre os vários scores, o desempenho foi um pouco melhor para o score de risco cardiovascular Heartscore. Estas limitações espelham a dificuldade de prever apenas com base em variáveis clínicas, mesmo quando agrupadas em scores, a presença e extensão da doença coronária. Um dos factores de risco clássicos, a obesidade, parece ter uma relação paradoxal com a carga aterosclerótica, o que pode justificar algumas limitações da estimativa com base em scores clínicos. A diabetes mellitus, por outro lado, foi um dos preditores clínicos mais importantes, funcionando como modelo de doença coronária mais avançada, útil para avaliar o desempenho dos diferentes índices de carga aterosclerótica. Dada a elevada prevalência de placas ateroscleróticas identificáveis por angio TC na árvore coronária, torna-‐se importante desenvolver ferramentas que permitam quantificar a carga aterosclerótica e assim identificar os indivíduos que poderão eventualmente beneficiar de medidas de prevenção mais intensivas. Com este objectivo, foi desenvolvido um índice de carga aterosclerótica que reúne a informação global acerca da localização, do grau de estenose e do tipo de placa, obtida pela angio TC cardíaca, o CT--‐LeSc. Este score poderá vir a ser uma ferramenta útil para quantificação da carga aterosclerótica coronária, sendo de esperar que possa traduzir a informação prognóstica da angio TC cardíaca. Por fim, o conceito de árvore coronária vulnerável poderá ser mais importante do que o da placa vulnerável e a sua identificação pela angio TC cardíaca poderá ser importante numa estratégia de prevenção mais avançada. Esta poderá permitir personalizar as medidas de prevenção primária, doseando melhor a sua intensidade em função da carga aterosclerótica, podendo esta vir a constituir uma das mais importantes indicações da angio TC cardíaca no futuro.---------------- ABSTRACT Despite the significant advances made possible in recent years in the field of pharmacology and diagnostic tests, acute yocardial infarction and sudden cardiac death remain the first manifestation of coronary atherosclerosis in a significant proportion of patients, as many were previously asymptomatic. Traditionally, the diagnostic exams employed for the evaluation of possible coronary artery disease are based on the documentation of myocardial ischemia and, in this way, they are linked to the presence of obstructive coronary stenosis. Nonobstructive coronary lesions are also frequently involved in the development of coronary events. Although the absolute risk of becoming unstable per plaque is higher for more obstructive and higher burden plaques, these are much less frequent than nonobstructive lesions and therefore, in terms of probability for the patient, coronary events are often the result of rupture or erosion of the latter ones. Recent advanced intracoronary imaging studies provided evidence that although it is possible to identify some features of vulnerability in plaques associated with subsequente development of coronary events, the sensitivity and sensibility are very limited for clinical application. More important than the individual risk associated with a certain plaque, for the patient it might be more important the global risk of the total coronary tree, as reflected by the sum of the diferent probabilities of all the lesions, since the higher the coronary Atherosclerotic burden, the higher the risk for the patient. Cardiac CT or Coronary CT angiography is still a young modality. It is the most recente noninvasive imaging modality in the study of coronary artery disease and its development was possible due to important advances in multidetector CT technology. These allowed significant improvements in temporal and spatial resolution, leading to better image quality and also some impressive reductions in radiation dose. At the same time, the increasing experience with this technique lead to a growing body of scientific evidence, making cardiac CT a robust imaging tool for the evaluation of coronary artery disease and increased its clinical indications. More recently, several publications documented its prognostic value, marking the transition of cardiac CT to adulthood. Besides being able to exclude the presence of coronary artery disease and of obstructive lesions, Cardiac CT allows also the identification of nonobstructive lesions, making this a unique tool in the field of noninvasive imaging modalities. By evaluating both obstructive and nonobstructive lesions, cardiac CT can provide for the quantification of total coronary atherosclerotic burden, and this can be useful to stratify the risk of future coronary events. In the present work, it was possible to identify significant demographic and clinical predictors of a high coronary atherosclerotic burden as assessed by cardiac CT, but with modest odds ratios, even when the individual variables were gathered in clinical scores. Among these diferent clinical scores, the performance was better for the Heartscore, a cardiovascular risk score. This modest performance underline the limitations on predicting the presence and severity of coronary disease based only on clinical variables, even when optimized together in risk scores, One of the classical risk factors, obesity, had in fact a paradoxical relation with coronary atherosclerotic burden and might explain some of the limitations of the clinical models. On the opposite, diabetes mellitus was one of the strongest clinical predictors, and was considered to be a model of more advanced coronary disease, useful to evaluate the performance of diferent plaque burden scores. In face of the high prevalence of plaques that can be identified in the coronary tree of patients undergoing cardiac CT, it is of utmost importance to develop tools to quantify the total coronary atherosclerotic burden providing the identification of patients that could eventually benefit from more intensive preventive measures. This was the rational for the development of a coronary atherosclerotic burden score, reflecting the comprehensive information on localization, degree of stenosis and plaque composition provided by cardiac CT – the CT-LeSc. This score may become a useful tool to quantify total coronary atherosclerotic burden and is expected to convey the strong prognostic information of cardiac CT. Lastly, the concept of vulnerable coronary tree might become more important than the concept of the vulnerable plaque and his assessment by cardiac CT Might become important in a more advance primary prevention strategy. This Could lead to a more custom-made primary prevention, tailoring the intensity of preventive measures to the atherosclerotic burden and this might become one of the most important indications of cardiac CT In the near future.

Nanostructuring silicon probes via electrodeposition: characterization of electrode coatings for acute in vivo neural recordings

Understanding how the brain works will require tools capable of measuring neuron elec-trical activity at a network scale. However, considerable progress is still necessary to reliably increase the number of neurons that are recorded and identified simultaneously with existing mi-croelectrode arrays. This project aims to evaluate how different materials can modify the effi-ciency of signal transfer from the neural tissue to the electrode. Therefore, various coating materials (gold, PEDOT, tungsten oxide and carbon nano-tubes) are characterized in terms of their underlying electrochemical processes and recording ef-ficacy. Iridium electrodes (177-706 μm2) are coated using galvanostatic deposition under different charge densities. By performing electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline it is determined that the impedance modulus at 1 kHz depends on the coating material and decreased up to a maximum of two orders of magnitude for PEDOT (from 1 MΩ to 25 kΩ). The electrodes are furthermore characterized by cyclic voltammetry showing that charge storage capacity is im-proved by one order of magnitude reaching a maximum of 84.1 mC/cm2 for the PEDOT: gold nanoparticles composite (38 times the capacity of the pristine). Neural recording of spontaneous activity within the cortex was performed in anesthetized rodents to evaluate electrode coating performance.

Modulation of electrical stimulation applied to human physiology and clinical diagnostic

The use, manipulation and application of electrical currents, as a controlled interference mechanism in the human body system, is currently a strong source of motivation to researchers in areas such as clinical, sports, neuroscience, amongst others. In electrical stimulation (ES), the current applied to tissue is traditionally controlled concerning stimulation amplitude, frequency and pulse-width. The main drawbacks of the transcutaneous ES are the rapid fatigue induction and the high discomfort induced by the non-selective activation of nervous fibers. There are, however, electrophysiological parameters whose response, like the response to different stimulation waveforms, polarity or a personalized charge control, is still unknown. The study of the following questions is of great importance: What is the physiological effect of the electric pulse parametrization concerning charge, waveform and polarity? Does the effect change with the clinical condition of the subjects? The parametrization influence on muscle recruitment can retard fatigue onset? Can parametrization enable fiber selectivity, optimizing the motor fibers recruitment rather than the nervous fibers, reducing contraction discomfort? Current hardware solutions lack flexibility at the level of stimulation control and physiological response assessment. To answer these questions, a miniaturized, portable and wireless controlled device with ES functions and full integration with a generic biosignals acquisition platform has been created. Hardware was also developed to provide complete freedom for controlling the applied current with respect to the waveform, polarity, frequency, amplitude, pulse-width and duration. The impact of the methodologies developed is successfully applied and evaluated in the contexts of fundamental electrophysiology, psycho-motor rehabilitation and neuromuscular disorders diagnosis. This PhD project was carried out in the Physics Department of Faculty of Sciences and Technology (FCT-UNL), in straight collaboration with PLUX - Wireless Biosignals S.A. company and co-funded by the Foundation for Science and Technology.

Knowledge management framework based on brain models and human physiology

The life of humans and most living beings depend on sensation and perception for the best assessment of the surrounding world. Sensorial organs acquire a variety of stimuli that are interpreted and integrated in our brain for immediate use or stored in memory for later recall. Among the reasoning aspects, a person has to decide what to do with available information. Emotions are classifiers of collected information, assigning a personal meaning to objects, events and individuals, making part of our own identity. Emotions play a decisive role in cognitive processes as reasoning, decision and memory by assigning relevance to collected information. The access to pervasive computing devices, empowered by the ability to sense and perceive the world, provides new forms of acquiring and integrating information. But prior to data assessment on its usefulness, systems must capture and ensure that data is properly managed for diverse possible goals. Portable and wearable devices are now able to gather and store information, from the environment and from our body, using cloud based services and Internet connections. Systems limitations in handling sensorial data, compared with our sensorial capabilities constitute an identified problem. Another problem is the lack of interoperability between humans and devices, as they do not properly understand human’s emotional states and human needs. Addressing those problems is a motivation for the present research work. The mission hereby assumed is to include sensorial and physiological data into a Framework that will be able to manage collected data towards human cognitive functions, supported by a new data model. By learning from selected human functional and behavioural models and reasoning over collected data, the Framework aims at providing evaluation on a person’s emotional state, for empowering human centric applications, along with the capability of storing episodic information on a person’s life with physiologic indicators on emotional states to be used by new generation applications.

Terapia celular com células mesenquimais por via intracoronária: contributos do estudo invasivo da microcirculação coronária

RESUMO: Introdução - A utilização de células e das suas propriedades para o tratamento das doenças cardiovasculares, é uma promessa para o futuro e talvez a única forma de ultrapassar algumas das insuficiências das terapêuticas atuais. A via de entrega das células mais utilizada na investigação tem sido a intracoronária, ganhando a microcirculação especial relevância, por ser onde ocorre a primeira interação com o tecido nativo. As células estaminais mesenquimais (CEM) têm propriedades que as tornam particularmente aptas para a Terapia Celular, mas as suas dimensões, superiores ao diâmetro dos capilares, tem motivado controvérsia quanto à sua entrega intracoronária. A cardiologia de intervenção tem atualmente técnicas que permitem a avaliação em tempo real e in vivo do estado da microcirculação coronária. A determinação do índice da resistência da microcirculação (IRM) fornece informação sobre a circulação dos pequenos vasos, de forma independente da circulação coronária e do estado hemodinâmico, mas a aplicabilidade clínica deste conhecimento encontra-se ainda por definir. Objectivos Esclarecer o potencial do IRM no estudo dos efeitos do transplante de CEM por via intracoronária. População e Métodos . Estudo pré-clínico com modelo animal (suíno) desenvolvido em 3 fases. Na Primeira Fase foram utilizados 8 animais saudáveis para estudar e validar a técnica de determinação de estudo da microcirculação. Efetuou-se a determinação do IRM com duas doses diferentes de papaverina para a indução da resposta hiperémica máxima (5 e 10 mg) e após a disfunção da microcirculação com injeção intracoronária de microesferas de embozene com 40 μm de diâmetro. Na Segunda Fase foram utilizados 18 animais saudáveis, randomizados em grupo controlo e grupo recetor de 30 x 106 CEM por via intracoronária. Foram avaliados de forma cega o IRM, a pressão aórtica, o fluxo coronário epicárdico e a ocorrência de alterações electrocardiográficas. Na Terceira Fase foram utilizados 18 animais, com enfarte agudo do miocárdio provocado (EAM), randomizados em grupo controlo, grupo recetor de CEM expandidas de forma convencional e grupo recetor de CEM expandidas com metodologia inovadora e de menores dimensões. Foi realizada uma exploração da dose/efeito com infusão faseada de 10 x 106, 15 x 106 e 20 x 106 CEM, com determinação do IRM, da pressão aórtica, do fluxo coronário epicárdico e da ocorrência de alterações eletrocardiográficas. Quatro semanas após a entrega das células foi novamente avaliado o IRM e foi efetuado o estudo anatomopatológico dos animais na procura de evidência de neoangiogénese e de regeneração miocárdica, ou de um efeito positivo da resposta reparadora após o enfarte. Resultados Nas 3 fases todos os animais mantiveram estabilidade hemodinâmica e eletrocardiográfica, com exceção da elevação de ST de V1-V3 verificada após a injeção das microesferas. Na Primeira Fase as duas doses de papaverina induziram uma resposta hiperémica eficaz, sem tradução com significado na determinação do IRM (variação da pressão distal de - 11,4 ± 5 e de - 10,6± 5 mmHg com as doses de 5 e 10 mg respetivamente (p=0,5). Com a injeção das microesferas o IRM teve uma elevação média de 310 ± 190 %, para um valor médio de 41,3 ± 16 U (p = 0,001). Na Segunda Fase não houve diferenças significativas dos parâmetros hemodinâmicos, do fluxo epicárdico e da avaliação eletrocardiográfica entre os dois grupos. O IRM de base foi semelhante e após a infusão intracoronária observou-se uma elevação expressiva do IRM nos animais que receberam células em comparação com o grupo controlo (8,8 U ± 1 vs. 14,2 U ± 1,8, P=0,02) e quanto ao seu valor de base (aumento de 112%, p=0,008). Na terceira Fase não houve novamente diferenças significativas dos parâmetros hemodinâmicos, do fluxo epicárdico e da avaliação eletrocardiográfica entre os três grupos. Houve uma elevação do IRM nos animais que receberam células a partir da 2ª dose (72% nas células convencionai e 108% nas células inovadoras) e que se manteve com a 3ª dose (100% nas células convencionais e 88% nas inovadoras) com significado estatístico em comparação com o grupo controlo (p=0,034 com a 2ªdose e p=0,024 com a 3ª dose). Quatro semanas após a entrega das CEM observou-se a descida do IRM nos dois grupos que receberam células, para valores sobreponíveis aos do grupo controlo e aos valores pós-EAM. Na avaliação anatomopatológica e histológica dos corações explantados não houve diferenças entre os três grupos. Conclusões O IRM permite distinguir alterações da microcirculação coronária motivadas pela entrega intracoronária de CEM, na ausência de alterações de outros parâmetros clínicos da circulação coronária utilizados em tempo real. As alterações do IRM são progressivas e passíveis de avaliar o efeito/dose, embora não tenha sido possível determinar diferenças com os dois tipos de CEM. No nosso modelo a injeção intracoronária não se associou a evidência de efeito benéfico na reparação ou regeneração miocárdica após o EAM.---------------------------- ABSTRACT: ABSTRACT Introduction The use of cells for the treatment of cardiovascular disease is a promise for the future and perhaps the only option to overcome some of the shortcomings of current therapies. The strategy for the delivery of cells most often used in current research has been the intracoronary route and due to this microcirculation gains special relevance, mainly because it is the first interaction site of transplanted cells with the native tissue. Mesenchymal stem cells (MSC) have properties that make them suitable for Cell Therapy, but its dimensions, larger than the diameter of capillaries, have prompted controversy about the safety of intracoronary delivery. The interventional cardiology currently has techniques that allow for real-time and in vivo assessment of coronary microcirculation state. The determination of the index of microcirculatory resistance index (IMR) provides information about small vessels, independently of the coronary circulation and hemodynamic status, but the clinical applicability of this knowledge is yet to be defined. Objectives To clarify the potential use of IMR in the study of the effects of MSC through intracoronary transplantation. Population and Methods Preclinical study with swine model developed in three phases. In Phase One 8 healthy animals were used to study and validate the IMR assessment in our animal model. IMR was assessed with two different doses of papaverine for inducing the maximal hyperaemic response (5 and 10 mg) and microcirculation dysfunction was achieved after intracoronary injection with embozene microspheres with 40 μm in diameter. In Phase Two we randomized 18 healthy animals divided between the control group and the one receiving 30 x 106 MSC through an intracoronary infusion. There we blindly evaluated IMR, the aortic pressure, the epicardial coronary flow and the occurrence of ECG changes. In Phase Three we used 18 animals with a provoked acute myocardial infarction (AMI), randomized into a control group, a MSC expanded conventionally receiver group and a MSC expanded with an innovative methodology receiver group. There was a stepwise infusion with doses of 10 x 106, 15 x 106 and 20 x 106 MSC with determination of IMR, the aortic pressure, the epicardial coronary flow and occurrence of electrocardiographic abnormalities. Four weeks after cell delivery we again measured the IMR and proceeded with the pathological study of animals in the search for evidence of neoangiogenesis and myocardial regeneration, or a positive effect in the reparative response following the infarction. Results All animals remained hemodynamically stable and with no electrocardiographic abnormalities, except for the ST elevation in V1-V3 observed after injection of the microspheres. In Phase One the two doses of papaverine achieved an hyperemic and effective response without significant differences in IMR (variation of the distal pressure -11.4 ± 5 and -10.6 ± 5 mmHg with the doses of 5 and 10 mg respectively (p = 0.5). With the injection of the microspheres the IMR had an average increase of 310 ± 190% for an average value of 41.3 ± 16 U (p = 0.001). In the second phase there were no significant differences in hemodynamic parameters, epicardial flow and electrocardiographic assessment between the two groups. The baseline IMR was similar and after intracoronary infusion there was a significant increase in animals receiving cells compared with the control group (8.8 ± U 1 vs. 14.2 ± 1.8, p = 0.02) and with their baseline (112% increase, p = 0.008). In the third phase again there were no significant differences in hemodynamic parameters, the epicardial flow and electrocardiographic evaluation between the three groups. There was a significant increase in IMR in animals that received cells from the 2nd dose (72% in conventional cells and 108% in the innovative cells) that remained with the 3rd dose (100% in conventional cells and 88% in the innovative) with statistical significance compared with the control group (p = 0.034 with 2nd dose, p = 0.024 with 3rd dose). Four weeks after delivery of the MSC we observed the fall of the IMR in the two groups that received cells with values overlapping those of the control group. In pathological and histological evaluation of removed hearts there were no differences among the three groups. Conclusions The IMR allows for the differentiation of changes in coronary microcirculation motivated by intracoronary delivery of MSC in the absence of modification in other clinical parameters. IMR changes are progressive and enable the evaluation of the effect / dose, though it has not been possible to determine differences in the two types of MSC. In our model, intracoronary injection of MSC was not associated with evidence of repair or myocardial regeneration after AMI.