Insight into the multicopper oxidases stability

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biochemistry

Establishing a cell biology platform: isolation and preservation of human blood products

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

Functional and therapeutical implications of ligand recognition by the scavenger-like lymphocyte receptors CD5 and CD6

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

Leader succession: The impact of leaders’ background characteristics on organizations’ performance

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

In-situ X-ray diffraction studies during growth of Ni-Ti shape memory alloy films and their complementary ex-situ characterization

Shape Memory Alloy (SMA) Ni-Ti films have attracted much interest as functional and smart materials due to their unique properties. However, there are still important issues unresolved like formation of film texture and its control as well as substrate effects. Thus, the main challenge is not only the control of the microstructure, including stoichiometry and precipitates, but also the identification and control of the preferential orientation since it is a crucial factor in determining the shape memory behaviour. The aim of this PhD thesis is to study the optimisation of the deposition conditions of films of Ni-Ti in order to obtain the material fully crystallized at the end of the deposition, and to establish a clear relationship between the substrates and texture development. In order to achieve this objective, a two-magnetron sputter deposition chamber has been used allowing to heat and to apply a bias voltage to the substrate. It can be mounted into the six-circle diffractometer of the Rossendorf Beamline (ROBL) at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble, France, enabling an in-situ characterization by X-ray diffraction(XRD) of the films during their growth and annealing. The in-situ studies enable us to identify the different steps of the structural evolution during deposition with a set of parameters as well as to evaluate the effect of changing parameters on the structural characteristics of the deposited film. Besides the in-situ studies, other complementary ex-situ characterization techniques such as XRD at a laboratory source, Rutherford backscattering spectroscopy(RBS), Auger electron spectroscopy (AES), cross-sectional transmission electron microscopy (X-TEM), scanning electron microscopy (SEM), and electrical resistivity (ER) measurements during temperature cycling have been used for a fine structural characterization. In this study, mainly naturally and thermally oxidized Si(100) substrates, TiN buffer layers with different thicknesses (i.e. the TiN topmost layer crystallographic orientation is thickness dependent) and MgO(100) single crystals were used as substrates. The chosen experimental procedure led to a controlled composition and preferential orientation of the films. The type of substrate plays an important role for the texture of the sputtered Ni-Ti films and according to the ER results, the distinct crystallographic orientations of the Ni-Ti films influence their phase transformation characteristics.

Functional role of macrobenthos in estuarine sediment dynamics

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia for the degree of Doctor of Philosophy in Environmental Engineering

The influence of sludge characteristics from fullscale MBR in membrane filterability

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,perfil Sanitária

Functional domains of Bacillus subtilis transcription factor AraR and identification of aminoacids important for nucleoprotein complex assembly and effector-binding.

Journal of Bacteriology (Apr 2006) 3024-3036

Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

Functional studies on magnetic resonance

Dissertation submitted in Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa for the degree of Master in Biomedical Engineering

Insuficiência cardíaca. Uma epidemia do século XXI. O desafio do diagnóstico

Resumo: A insuficiência cardíaca, já denominada de epidemia do século XXI é, de entre as doenças cardiovasculares, a única cuja incidência e prevalência continuam a crescer, apesar dos imensos progressos feitos na área da terapêutica nas últimas duas décadas. Caracteriza-se por elevada mortalidade – superior à do conjunto das neoplasias malignas -, grande morbilidade, consumo de recursos e custos exuberantes. É um dos problemas mais graves de Saúde Pública dos Países industrializados, cujo manejo deverá constituir uma prioridade para os Serviços Nacionais de Saúde. Todavia, o reconhecimento universal da gravidade desta situação tem originado poucas soluções concretas para conter a epidemia, cujo protagonismo não cessa de aumentar. É possível hoje prevenir, tratar de forma a retardar a evolução da doença ou até revertê-la, desde que diagnosticada atempadamente. Qualquer atitude nestas áreas pressupõe um diagnóstico correcto, precoce e completo da situação, sem o qual não haverá um tratamento adequado. O diagnóstico tem preocupado bem menos os investigadores e os clínicos que a terapêutica. É, contudo, comprovadamente difícil a todos os níveis dos Cuidados de Saúde e constitui certamente a primeira barreira ao controlo da situação. OBJECTIVOS: À luz do conhecimento actual e da nossa própria experiência, propusemo-nos analisar os problemas do diagnóstico da insuficiência cardíaca e a forma como eles se repercutem no manejo da doença e na saúde das populações. Foram objectivos desta dissertação avaliar como a evolução dos modelos de insuficiência cardíaca e de disfunção ventricular influenciaram a definição e os critérios de diagnóstico da doença ao longo do tempo; as consequências geradas pela falta de consenso quanto à definição e aos critérios de diagnóstico nas diferentes fases de evolução desta entidade; discutir o papel da clínica e dos exames complementares no diagnóstico da síndrome e nas estratégias de rastreio da disfunção cardíaca; apontar alguns caminhos e possíveis metodologias para o manejo da doença de forma a que possamos, no futuro, diagnosticar melhor para melhor prevenir, tratar e conter a epidemia. METODOLOGIA: A metodologia utilizada neste trabalho decorre directamente da actividade assistencial diária e da investigação clínica gerada no interesse pelos problemas com que nos deparámos, ao longo dos anos, na área da insuficiência cardíaca. A par com o estudo epidemiológico da insuficiência cardíaca em Portugal, desenvolvemos um protocolo original para a avaliação da qualidade do diagnóstico no ambulatório e do papel da clínica e dos diferentes exames complementares no diagnóstico da síndrome. Avaliámos os problemas do diagnóstico da insuficiência cardíaca em meio hospitalar através de um inquérito endereçado aos Directores de Serviço, pelo Grupo de Estudo de Insuficiência Cardíaca da Sociedade Portuguesa de Cardiologia. Analisámos a qualidade do diagnóstico da insuficiência cardíaca codificado à data da alta hospitalar. Após a criação de uma área específica, vocacionada para o internamento de doentes com insuficiência cardíaca, avaliámos o seu impacto no diagnóstico e tratamento da síndrome. Também testámos o desempenho dos peptídeos natriuréticos no diagnóstico dos diferentes tipos de insuficiência cardíaca sintomática, em meio hospitalar. Os resultados parciais da investigação clínica foram sendo comunicados à comunidade científica e publicados em revistas da especialidade. Discutimos, nesta dissertação, os artigos publicados e em publicação, à luz do estado actual da arte na área do diagnóstico. Reflectimos sobre as consequências das dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca e apontamos possíveis caminhos para implementar o rastreio. RESULTADOS: Em 1982, muito no início da nossa actividade clínica, cientes da complexidade da insuficiência cardíaca e do desafio que a sua abordagem constituía para os clínicos,empenhávamo-nos no desenvolvimento de uma classificação fisiopatológica original da insuficiência cardíaca, que foi tema para a Tese de Doutoramento da Professora Doutora Fátima Ceia em 1989. sistemático da doença, melhorar os cuidados prestados aos doentes e diminuir os custos envolvidos no manejo da síndrome. No artigo 1 – Insuficiência cardíaca: novos conceitos fisiopatológicos e implicações terapêuticas – publicado em 1984, descrevemos, à luz do conhecimento da época, a insuficiência cardíaca como uma doença sistémica, resultado da interacção entre os múltiplos mecanismos de compensação da disfunção cardíaca. Desenvolvemos “uma classificação fisiopatológica com implicações terapêuticas” original, onde delineámos os diferentes tipos de insuficiência cardíaca, as suas principais características clínicas, hemodinâmicas, funcionais e anatómicas e propuzemos terapêutica individualizada de acordo com a definição e o diagnóstico dos diferentes tipos de insuficiência cardíaca. Em 1994, no artigo 2 – A insuficiência cardíaca e o clínico no fim do século vinte – salientamos a forma como os diferentes mecanismos de compensação interagem, influenciam a evolução da doença no tempo, produzem síndromes diferentes e fundamentam a actuação terapêutica. Discutimos a evolução da definição da doença de acordo com o melhor conhecimento da sua fisiopatologia e etiopatogenia. Sublinhamos a necessidade de desenvolver estratégias para a prevenção da doença, o diagnóstico precoce e o tratamento atempado. Ainda no primeiro capítulo: Insuficiência cardíaca: da fisiopatologia à clínica – um modelo em constante evolução – revisitámos os sucessivos modelos fisiopatológicos da insuficiência cardíaca: cardio-renal, hemodinâmico, neuro-hormonal e imuno-inflamatório e a sua influência na definição da síndrome e nos critérios de diagnóstico. Analisámos a evolução do conceito de disfunção cardíaca que, à dicotomia da síndrome em insuficiência cardíaca por disfunção sistólica e com função sistólica normal, contrapõe a teoria do contínuo na evolução da doença. Esta última, mais recente, defende que estas duas formas de apresentação não são mais do que fenótipos diferentes, extremos, de uma mesma doença que origina vários cenários, desde a insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal à disfunção sistólica ventricular grave No capítulo II - O diagnóstico da insuficiência cardíaca: problemas e consequências previsíveis - analisamos as consequências da falta de critérios de diagnóstico consensuais para a insuficiência cardíaca em todo o seu espectro, ao longo do tempo. As dificuldades de diagnóstico reflectem-se nos resultados resultados dos estudos epidemiológicos. Vivemos essa dificuldade quando necessitámos de definir critérios de diagnóstico exequíveis no ambulatório, abrangendo todos os tipos de insuficiência cardíaca e de acordo com as Recomendações, para o programa EPICA –EPidemiologia da Insuficiência Cardíaca e Aprendizagem – desenhado para os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 3 – Epidemiologia da insuficiência cardíaca e Aprendizagem – desenhado para os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 3 – Epidemiologia da insuficiência cardíaca – discutimos as consequências dos grandes estudos epidemiológicos terem adoptado ao longo dos anos definições e critérios de diagnóstico muito variáveis,conduzindo a valores de prevalência e incidência da doença por vezes também muito diferentes. O problema agudiza-se quando se fala em insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal ou com disfunção diastólica, ou ainda em rastreio da disfunção cardíaca assintomática, situações para as quais tem sido extraordinariamente difícil consensualizar critérios de diagnóstico e estratégias. É notória a ausência de grandes estudos de terapêutica no contexto da insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal ou com disfunção diastólica que, à falta de Recomendações terapêuticas baseadas na evidência, continuamos a tratar de acordo com a fisiopatologia. Assim, discrepâncias provavelmente mais relacionadas com os critérios de diagnóstico utilizados do que com diferenças reais entre as populações, dificultam o nosso entendimento quanto ao real peso da insuficiência cardíaca e da disfunção ventricular assintomática. Também comprometerão certamente a correcta alocação de recursos para necessidades que, na realidade, conhecemos mal. O artigo 4 – Prévalence de l’ insuffisance cardiaque au Portugal – apresenta o desenho dos estudos EPICA e EPICA-RAM. O EPICA foi dos primeiros estudos a avaliar a prevalência da insuficiência cardíaca sintomática global, na comunidade, de acordo com os critérios da Sociedade Europeia de Cardiologia. Definimos critérios ecocardiográficos de disfunção cardíaca para todos os tipos de insuficiência cardíaca, nomeadamente para as situações com fracção de ejecção normal, numa época em que ainda não havia na literatura Recomendações consensuais. No artigo 5 – Prevalence of chronic heart failure in Southwestern Europe: the EPICA study - relatamos a prevalência da insuficiência cardíaca em Portugal con-supra-diagnosticada em 8,3%. A codificação hospitalar falhou uma percentagem significativa de doentes com insuficiência cardíaca, minimizando assim o peso da síndrome, com eventual repercussão na alocação dos recursos necessários ao seu manejo no hospital e para a indispensável interface com os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 8 – Tratamento da insuficiência cardíaca em hospitais portugueses: resultados de um inquérito – todos os inquiridos relataram dificuldades no diagnóstico atempado da insuficiência cardíaca. Os Directores dos Serviços de Cardiologia reclamam mais recursos humanos vocacionados e estruturas hospitalares especializadas no diagnóstico e tratamento da síndrome, enquanto que os Directores dos Serviços de Medicina necessitam de facilidades de acesso aos métodos complementares de diagnóstico como a ecocardiografia e de maior apoio do Cardiologista. As dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca,a todos os níveis de cuidados, acarretam assim consequências epidemiológicas, sócio-económicas e financeiras nefastas para o doente individual, a planificação do Sistema Nacional de Saúde e para a Saúde Pública No capítulo III relembramos a importância do diagnóstico completo da insuficiência cardíaca que, para além do diagnóstico sindromático e anatomo-funcional, deverá incluir o diagnóstico etiológico, e das comorbilidades. Muitos destes aspectos podem comprometer a interpretação dos exames complementares de diagnóstico e, não raramente, as indicações dos fármacos que influenciam a sobrevida dos doentes, a estratégia terapêutica e o prognóstico da síndrome Conscientes das dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca nos Cuidados Primários de Saúde e do papel preponderante dos especialistas em Medicina Familiar na contenção da epidemia, propusemo-nos, como objectivos secundários do estudo EPICA (artigo 5), investigar a acuidade diagnóstica dos instrumentos à disposição daqueles colegas, na prática clínica diária: a clínica e os exames complementares de diagnóstico de primeira linha. O artigo 10 – The diagnosis of heart failure in primary care: value of symptoms and signs - documenta o valor limitado dos sinais, sintomas e dados da história pregressa, quando usados isoladamente, no diagnóstico da síndrome. Todos têm baixa sensibilidade para o diagnóstico. Têm maior valor preditor os associados às situações congestivas, mais graves: a dispneia paroxística nocturna (LR 35,5), a ortopneia (LR 39,1), a dificuldade respiratória para a marcha em plano horizontal (LR 25,8), o ingurgitamento jugular > 6 cm com hepatomegalia e edema dos membros inferiores (LR 130,3), que estão raramente presentes na população de insuficientes cardíacos do ambulatório (sensibilidade <10%). O galope ventricular (LR 30,0), a taquicardia >110ppm (LR 26,7) e os fervores crepitantes (LR 23,3) também estão associados ao diagnóstico, mas são também pouco frequentes na população estudada (sensibilidade < 36%). São ainda preditores do diagnóstico o tratamento prévio com digitálico (LR 24,9) e/ou com diurético (LR 10,6), uma história prévia de edema pulmonar agudo (LR 54,2) ou de doença das artérias coronárias (LR 7,1). No artigo 11- Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy - confirmámos que a hipertensão arterial é, de entre os factores de risco e/ou etiológicos, a causa mais frequente de insuficiência cardíaca no ambulatório, em Portugal (80%). Trinta e nove por cento dos doentes do estudo EPICA têm história de doença coronária e 15% de fibrilhação auricular. Quantificámos a comorbilidade e analisámos a sua potencial influência no facto da prescrição terapêutica estar aquém das Recomendações internacionais em Portugal, como aliás em toda a Europa. No artigo 12 - The value of electrocardiogram and X-ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – demonstrámos que os dados do ECG e do RX do tórax não permitem predizer o diagnóstico de insuficiência cardíaca na comunidade; 25% dos doentes com insuficiência cardíaca objectiva tinham ECG ou RX do tórax normais. No artigo 13 - Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in primary care - comparámos sete questionários e sistemas de pontuação habitualmente utilizados nos grandes estudos, para o diagnóstico da insuficiência cardíaca. Mostraram ter, na sua maioria, uma concordância razoável ou boa entre si. Foram muito específicos (>90%) mas pouco sensíveis. Aumentaram a probabilidade do diagnóstico de 4,3% pré-teste para 25 a 30% pós-teste. Revelaram-se um melhor instrumento para a exclusão da causa cardíaca dos sintomas do que para o diagnóstico da síndrome O artigo 14 - Epidemiologia da insuficiência cardíaca em Portugal continental: novos dados do estudo EPICA – compara as características dos doentes com suspeita clínica, não comprovada, de insuficiência cardíaca (falsos positivos), com os casos de insuficiência cardíaca. Os primeiros são mais idosos, mais mulheres, com mais excesso de peso, menos história de doença das artérias coronárias. Confirma ainda que a clínica, o ECG e o Rx tórax não permitem diferenciar os doentes com insuficiência cardíaca por disfunção sistólica ventricular daqueles que têm fracção de ejecção normal. Perante o desafio do diagnóstico da insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal, as dificuldades de acesso à ecocardiografia na comunidade e os custos acrescidos do exame, pretendemos averiguar no artigo 15 - The diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care setting: an EPICA-RAM sub-study - o desempenho do BNP no rastreio dos doentes com a suspeita clínica do diagnóstico, a enviar para ecocardiografia. Testámos o desempenho do teste como preditor do diagnóstico clínico da insuficiência cardíaca com função sistólica preservada, bem como dos indicadores ecocardiográficos de disfunção diastólica utilizados no estudo: dilatação da aurícula esquerda e hipertrofia ventricular esquerda. O teste apenas foi bom preditor da dilatação da aurícula esquerda, mas não do diagnóstico clínico deste tipo de insuficiência cardíaca, nem da presença de hipertrofia ventricular esquerda diagnosticada por ecocardiografia (área abaixo da curva ROC: 0,89, 0,56 e 0,54 respectivamente). Concluímos que, isoladamente, não será um bom método de rastreio da doença na comunidade, nem poderá substituir o ecocardiograma no doente com a suspeita clínica do diagnóstico, pelo menos nas fases precoces, pouco sintomáticas da doença. Estudámos e comparámos o desempenho dos peptídeos natriuréticos do tipo B - BNP e NT-proBNP - no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática, por disfunção sistólica e com fracção de ejecção preservada, no internamento hospitalar. Avaliámos doentes e voluntários normais, de forma a estabelecermos os cut-off do nosso laboratório. Relatámos os resultados deste trabalho no artigo 16 – Valor comparativo do BNP e do NT-proBNP no diagnóstico da insuficiência cardía-ca. Ambos os testes tiveram um excelente desempenho no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática, em meio hospitalar, mas nenhum foi capaz de diferenciar a insuficiência cardíaca com disfunção sistólica ventricular da que tem fracção de ejecção normal Revimos, à luz do conhecimento actual, o desempenho dos diferentes exames complementares, nomeadamente dos peptídeos natriuréticos e da ecocardiografia, no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática global, por disfunção sistólica ventricular e com fracção de ejecção normal e discutimos os critérios mais recentemente propostos e as últimas Recomendações internacionais Discutimos as estratégias propostas para o rastreio da disfunção ventricular assintomática que é, na comunidade, pelo menos tão frequente quanto a sintomática. Existe evidência de que tratar precocemente a disfunção ventricular sistólica assintomática se traduz em benefícios reais no prognóstico e, tal como no caso da disfunção sistólica sintomática, é custo-eficiente. Autilização do método padrão para o rastreio da disfunção cardíaca na população obrigaria à realização de ecocardiograma a todos os indivíduos, o que é técnica e economicamente incomportável. Vários estudos têm vindo a testar diversas estratégias alternativas, na procura de uma metodologia que seja, também ela, custo-eficiente. Os autores são unânimes no aspecto em que nenhum exame, quando avaliado isoladamente, foi útil para o rastreio da disfunção cardíaca. Contudo apontam para o ECG e/ou os peptídeos natriuréticos, integrados ou não em esquemas de pontuação clínica, como testes úteis para o pré-rastreio para ecocardiografia. Permitem diminuir os pedidos de ecocardiograma e os custos do rastreio, que se torna tão custo-efectivo quanto o do cancro da mama ou do colo do útero. Alguns autores preconizam ainda a avaliação qualitativa da disfunção cardíaca por ecocardiograma portátil, no contexto de ECG anómalo ou de peptídeo natriurético elevado, antes da referenciação para o ecocardiograma completo. Apontam esta estratégia como sendo a mais custo-eficiente para o rastreio da disfunção cardíaca. Finalmente, tecemos alguns comentários finais quanto a perspectivas de futuro para o manejo da insuficiência cardíaca. É premente estabelecer uma definição precisa e universal da síndrome e critérios de diagnóstico consensuais, claros, objectivos, simples e reprodutíveis para todo o espectro da insuficiência cardíaca, para que possamos num futuro próximo avaliar de forma correcta a extensão do problema, organizar cuidados médicos eficientes e acessíveis a todos e melhorar o prognóstico dos doentes, numa política imprescindível e inevitável de contenção dos custos. Perante os problemas de diagnóstico da síndrome no ambulatório, consideramos ser necessário implementar programas de formação continuada e facilitar o diálogo e a colaboração entre Cuidados Primários de Saúde e Unidades especializadas no manejo da doença, à imagem do que fizemos pontualmente aquando do programa EPICA e do que está a ser desenvolvido em vários países europeus e nos Estados Unidos da América, sob a forma de redes alargada de prestação de cuidados, para a insuficiência cardíaca. As clínicas de insuficiência cardíaca, a laborar sobretudo em meio hospitalar, já deram provas quanto à maior conformidade do diagnóstico (e tratamento) de acordo com as Recomendações, assim como na melhoria da qualidade de vida e sobrevida dos doentes. No artigo 17 - Implementar as Recomendações na prática clínica: benefícios de uma Unidade de Insuficiência Cardíaca Aguda - relatamos a nossa experiência quanto à melhoria da qualidade dos cuidados prestados, nas áreas do diagnóstico e tratamento, numa unidade funcional dedicada ao internamento dos doentes com insuficiência cardíaca aguda. Defendemos que estas áreas específicas de internamento se devem articular com outras,nomeadamente hospitais de dia de insuficiência cardíaca, podendo ou devendo até ser diferentes na sua estrutura e recursos, de acordo com as necessidades das populações no seio das quais são implementadas. Cabe-lhes um papel determinante na interacção com os Cuidados Primários de Saúde, na formação médica continuada e de outros profissionais de saúde e na recepção e orientação dos doentes referenciados para a especialidade.São ainda necessários esforços redobrados para a identificação e controlo dos factores de risco e para o estabelecimento de estratégias de rastreio da disfunção ventricular na comunidade. Tal é passível de ser feito e é custo-eficiente, mas exige a colaboração de técnicos de saúde, investigadores e poder político para avaliar das necessidades reais, implementar e controlar a qualidade destas estratégias, sem as quais não conseguiremos conter a epidemia. SUMMARY: Despite there has been substantial progress in the treatment of heart failure over the last several decades, it is the only cardiovascular disorder that continues to increase in both prevalence and incidence. Characterised by very poor survival and quality of life heart failure is responsible for among the highest healthcare costs for single conditions in developed countries. Heart failure is therefore becoming an increasing concern to healthcare worldwide and must be a priority to National Health Services. It is already called the epidemic of the 21 st century. A correct diagnosis is the cornerstone leading to effective management of the syndrome. An early, accurate and complete diagnosis has become crucial with the identification of therapies that can delay or reverse disease progression and improve both morbidity and mortality. Diagnostic methods may need to encompass screening strategies, as well as symptomatic case identification. Until now, investigation has been over focused on pharmacological treatment; relatively little work has been done on assessing diagnostic tools. This is actually a difficult condition to diagnose at all levels of care, and misdiagnosis must be the first barrier to the control of the epidemic. AIMS Considering current and up-dated knowledge and ourown experience we analyse the problems in diagnosing heart failure and cardiac dysfunction and how they affect patient’s clinical outcome and public health care. It was our aim to analyse how increasing knowledge about cardiac dysfunction influenced the concept of heart failure, its definition and diagnostic criteria; the problems resulting from the use of non consensual definitions and diagnostic criteria; the role of clinical data and diagnostic tests on the diagnosis of the syndrome and on the screening for cardiac dysfunction in the community; to discuss best strategies to enhance diagnostic management of heart failure in all its spectrum, in order to halt the epidemic in the near future. METHODS: The investigation on which the present dissertation is based was developed progressively, along the years, during our every-day clinical practice. Various original clinical investigations and review papers, related to challenges in heart failure management and especially to diagnosis, were presented in scientific meetings and/or published gradually as partial results were obtained. The EPICA Programme (epidemiology of heart failure and awareness), a large-scale epidemiological study on heart failure in Portugal, addressed as secondary endpoints, problems of heart failure misdiagnosis in primary care and the value of clinics and different diagnostic tests to confirme or refute the diagnosis of the syndrome suspected on clinical grounds. But problems on the diagnosis of heart failure are not confined to primary care. Therefore, under the auspices of the Working Group of Heart Failure of the Portuguese Society of Cardiology, a survey on the management of heart failure at hospital was addressed to the heads of Portuguese Cardiology and Internal Medicine Wards. Compliance with Guidelines on diagnosis and treatment of heart failure, perceived difficulties and requests to a better management of the syndrome were ascertained. We have then explored the validity of a coded diagnosis of heart failure at death/discharge from the Department of Medicine of S. Francisco Xavier Hospital, and the rate of misdiagnosis. Gains on compliance with Guidelines on the diagnosis and treatment of heart failure, before and after the implementation of an acute heart failure unit in this Department were assessed. We also compared the performance of type-B natriuretic peptides – BNP and NT-proBNP – on systolic and diastolic heart failure diagnosis, in order to implement the more adequate test. In this thesis we discuss our published papers against the state of the art on heart failure diagnosis, and actual consequences of misdiagnosing. We revisit the accuracy of the different diagnostic testes to a definite diagnosis of the disease. Finally we analyse the different ways of screening for cardiac TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 309 310 Summary dysfunction and the more cost-efficient strategies to enhance heart failure diagnosis and management. RESULTS Since 1982, at the very beginning of our clinical activity, already aware of the complexity of the management of heart failure, we were involved in the development of an original pathophysiological heart failure classification, theme of Professor Fátima Ceia Doctoral Thesis discussed in 1989. Paper 1 - Heart Failure. New pathophysiological approach to therapy – published in 1984, described heart failure as a systemic disease resulting from the interaction of the different compensatory mechanisms. We proposed a new dynamic, pathophysiological and aetiological approach to the diagnosis of heart failure syndromes, based on clinics and conventional non-invasive assessment with drug management implications. In 1994, in paper 2 – Heart failure and the physician - towards the XXI century – we discussed the way how the compensatory mechanisms interact, produce the different heart failure syndromes and affect the evolution of the disease. Changing definitions according to the knowledge of the pathophysiology of heart failure at that time were revisited. The need for a universally accepted definition leading to early and accurate diagnosis and treatment of the syndrome was pointed-out. We called for strategies to prevent heart failure. In an up-dated review titled: Heart failure: from pathophysiology to clinics – a model in constant evolution – we revisit the changing pathophysiological models of heart failure – cardio-renal, haemodynamic, neuro-hormonal and imuno-inflamatory models - and their influence on the definition of the syndrome. Traditional dicotomization of heart failure in systolic and diastolic dysfunction is discussed. Rather than being considered as separate diseases with a distinct pathophysiology, systolic and diastolic heart failure may be merely different clinical presentations within a phenotypic spectrum of one and the same disease. Implications for the definition and diagnosis of heart failure are self evident. In chapter II – The diagnosis of heart failure: problems and foreseeable consequences - we analyse epidemiological, clinical and financial consequences of non consensual definition and diagnostic criteria of heart failure for individual patients, Healthcare Systems and Public Health. Problems resulting from the absence of a universally accepted definition of heart failure are clearly illustrated by current epidemiological data and were revisited in paper 3 – Epidemiology of heart failure. In various epidemiological studies measured prevalence and incidence of the syndrome diverge significantly. This worrying variation is certainly more due to different definitions and used diagnostic criteria than true differences between populations. We faced these difficulties when we had to design the EPICA programme, a large population-based study where we had to define simple, effective and easy to obtain diagnostic criteria of heart failure, for the whole spectrum of the disease, in primary care setting. The problem grew when we focused on heart failure with normal ejection function where diagnostic criteria were far from consensual. Therefore large trials on heart failure with normal ejection fraction and consensual evidence-based Guidelines on diagnosis and treatment of diastolic heart failure are still missing. Paper 4 – Prevalence of heart failure in Portugal - presents the design of the EPICA Programme. The EPICA study was one of the first large epidemiological studies addressing the prevalence of global heart failure, in the community, according to the European Guidelines for the diagnosis of the syndrome. We had to define simple, precise echocardiographic criteria to confirm a suspected diagnosis of heart failure on clinical grounds, in all its spectrum. At that time, Guidelines for heart failure with normal ejection fraction where far from consensual and non applicable to the ambulatory. In paper 5 - Prevalence of heart failure in Southwestern Europe: the EPICA study - we reported the prevalence of heart failure in mainland Portugal. From 5434 attendants of primary care centres, representative of the Portuguese population above 25 years, 551 had heart failure, leading to a prevalence of global heart failure of 4.35%, increasing sharply with age in both genders; 1.36% had systolic dysfunction and 1.7% normal ejection fraction. TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 310 Summary 311 In paper 6 – Epidemiology of heart failure in primary care in Madeira: the EPICA-RAM study - we report an overall prevalence of heart failure of 4.69%, with systolic dysfunction in 0.76% and with a normal ejection fraction in 2.74% of the cases. Discrepancies in the prevalence of the different types of heart failure between mainland and Madeira are probably related to different Public Health Care organization. Both studies showed that only half of the patients with a suspected diagnosis of heart failure on clinical grounds had the diagnosis confirmed by objective evidence of cardiac dysfunction. It’s therefore probable that unnecessary drugs were prescribed to patients who didn’t need them while others, who would benefit, were not correctly treated for heart failure. Paper 7 – Diagnosis of heart failure in primary care – is a review of the state of the art of the diagnosis of heart failure in primary care setting. It focused on main challenges faced by primary care physicians, namely difficulties on the access to imaging and strategies to screen for cardiac dysfunction. General practitioners awareness and training on the diagnosis and treatment of the syndrome are crucial to halt the epidemic. But problems on the diagnosis of heart failure are not exclusive of primary care. Heart failure is the first cause of hospitalization of patients above 65 years in medical wards, and accounts for more than 70% of the costs with the syndrome. In paper 9 – Validity of a diagnosis of heart failure: implications of misdiagnosing – we reported a prevalence of heart failure in patients hospitalized in our Medicine Department, during a six month period, of 17%. The diagnosis was actually sub-coded at death /discharge. The accuracy of the death / discharge coded diagnosis was 72.2%; the syndrome was under-diagnosed in 21.1% of the cases and over-diagnosed in 8.3%. The discharge codes failed a significant percentage of heart failure cases, biased the actual burden of the syndrome and compromise the allocation of resources to manage in-hospital heart failure and to develop specialised programmes of interaction with primary care. In paper 8 – Treatment of heart failure in Portuguese hospitals: results of a questionnaire – everybody reported difficulties in the management of heart failure. Heads of Cardiology Wards needed more specialised physicians and nurses as well as specific heart failure units for the management of the syndrome, and Heads of Internal Medicine Wards demand more facilities, easier access to echocardiography, and support from heart failure specialised cardiologists. Difficulties in the diagnosis of heart failure at all levels of care, have huge epidemiological, clinical and economic consequences for the individual patient, National Health Services and Public Health. In chapter III, we revisit the relevance of a complete diagnosis of heart failure. An appraisal based on symptoms alone is clearly an incomplete and inaccurate representation of the severity of cardiovascular disease. Determination of cardiac status requires evaluation of composite etiologic, anatomic, and physiologic diagnoses. Functional class and comorbidities must complement the diagnosis, leading to the more appropriate and individualized treatment. Aware of the uncertainty of the diagnosis of heart failure in primary care setting and of the role of General Practitioners in the management of the syndrome, we have evaluated in pre-specified substudies of the EPICA programme, the accuracy of clinics and tests available to the diagnosis of heart failure in the community. Paper 10 – The diagnosis of heart failure in primary care: value of symptoms and signs – confirmed that symptoms and signs and clinical history have limited value in diagnosing heart failure when used alone. The signs and symptoms that best predicted a diagnosis of heart failure were those associated with more severe disease. Among current symptoms, the history of paroxysmal nocturnal dyspnoea (LR 35.5), orthopnea (LR 39.1) and dyspnoea when walking on the flat (LR 25.8) were associated with a diagnosis of heart failure. However, these symptoms were not frequent within this population (sensitivity < 36%). Jugular pressure > 6 cm with hepatic enlargement, and oedema of the lower limbs (LR 130.3), a ventricular gallop (LR 30.0), a heart rate above 110 bpm (LR 26.7), and rales (LR 23.3), were all associated with a diagnosis of heart failure but TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 311 312 Summary were infrequent findings (sensitivity < 10%). Prior use of digoxin (LR 24.9) and/or diuretics (LR 10.6), an history of coronary artery disease (LR 7.1) or of pulmonary oedema (LR 54.2) were also associated with a greater likelihood of having heart failure. In paper 11 – Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy – aetiological features and therapy relevant comorbidities were analysed. Hypertension was the more frequent risk factor/aetiology of heart failure in the community in Portugal (about 80%). Thirty nine percent had an history of coronary artery disease, and 15% had atrial fibrillation. In paper 12 – The value of electrocardiogram and X-ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – we reported that ECG and X-ray features are not sufficient to allow heart failure to be reliably predicted in the community. Twenty five percent of patients with heart failure had a normal ECG or chest X-ray. In paper 13 – Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in the primary care – we compared the accuracy of seven clinical questionnaires and scores for the diagnosis of heart failure in the community, and their concordance. Concordance was good between most of the questionnaires. Their low sensibility impairs their usefulness as diagnostic instruments, but their high specificity (>90%) makes them useful for the identification of patients with symptoms and signs from non-cardiac cause. In paper 14 – Epidemiology of heart failure in mainland Portugal: new data from the EPICA study -characteristics of patients with a definite diagnosis of heart failure and of those in whom the diagnosis of heart failure suspected on clinical grounds was excluded (false positive) were compared. The laters were older, more frequently women, had excessive weight, and a history of coronary artery disease was less frequent. Clinics, ECG and chest X-ray could not distinguish patients with heart failure due to systolic dysfunction from those with normal ejection fraction. Considering the limited and costly access to echocardiography in the community we address in paper 15 - the diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care: an EPICA-RAM substudy. The performance of BNP as a predictor of a diagnosis of heart failure with preserved systolic function according to ESC Guidelines, left ventricular hypertrophy and dilated left atria by echocardiography was tested. BNP was a good predictor of a dilated left atria, but not of the diagnosis of heart failure with preserved systolic function or of left ventricular hypertrophy (AUC: 0.89, 0.56, and 0.54 respectively). We conclude that BNP measurement alone was not a suitable screening test for heart failure with normal ejection fraction in the community, at least in patients with no or mild symptoms.In paper 16 – Comparative value of BNP and NTproBNP on the diagnosis of heart failure – we first established normal values and cut-offs for our laboratory.Then we assess the diagnostic accuracy of both peptides for the in-hospital diagnosis of heart failure due to systolic dysfunction and with normal ejection fraction. BNP and NT-proBNP had an excellent and similar accuracy to the diagnosis of both types of symptomatic heart failure, but none could distinguish patients with systolic heart failure from those with normal ejection fraction. We revisited the role of the various tests on the diagnosis of heart failure with systolic dysfunction, and with normal ejection fraction and discussed the more recent International Guidelines. There is a great piece of evidence that early treatment of asymptomatic left ventricular systolic dysfunction is cost-effective. Therefore, several screening strategies were investigated. ECG and type B natriuretic peptides measurements, alone or as part of clinical scores, allowed cost-effective community-based screening for left ventricular systolic dysfunction, especially in high-risk subjects. A programme including hand-held echocardiography, following NT-proBNP or ECG pre-screening prior to traditional echocardiogram was the most cost-effective.Screening strategies for left ventricular dysfunction proved no more costly than existing screening programmes such as those for cervical or breast cancer. Conversely, as far as we know, there is no proven strategy to efficiently screen for diastolic dysfunction in the community.Finally we discuss perspectives for heart failure TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 312 Summary 313 management in the near future. Simple, reliable and consensual diagnostic procedures are crucial to evaluate the actual burden of the disease, to comply with Guidelines and to reduce healthcare utilisation and costs. As the management of the syndrome in primary care has been hampered by perceived difficulties in diagnosis, improving diagnostic skills is essential and remains a continuous challenge for primary care clinicians. Moreover, patients may require more investigations and treatments that may not be available or very familiar to General Practitioners. Shared care is therefore necessary. Disease management programmes when available and accessible, are the preferred choice to address this issue. This multidisciplinary model of care delivered in specialized heart failure clinics, heart failure day hospitals and many other heart failure care stru-ctures, have shown success in improving quality of life, and reducing morbi-mortality and costs. In paper 17 - Translating Guidelines into clinical practice: benefits of an acute heart failure unit - we report a better compliance with Guidelines on diagnosis and treatment of heart failure after the implementation of a specialized heart failure unit in our Internal Medicine Department. We defend the implementation of heart failure programme management networks to provide optimal care for both patients and health care providers. They may consist of different structures to better address the needs of the referred patient, the referral physician and the regional health care system, and should have a crucial role in transition between primary and secondary care. Managing heart failure requires resources across the entire spectrum of care. Strategies to prevent heart failure include both primary and secondary prevention, and should encompass risk factors control and screening strategies for cardiac dysfunction in the community. Screening for high risk patients and, at least, for patients with asymptomatic systolic dysfunction is cost effective. Therefore, to improve heart failure outcomes and halt the epidemic, this will require shared efforts from investigators, clinicians and politicians. Health care strategy with adequate funding are imperative for successfull heart failure management. RÉSUMÉ: L’insuffisance cardiaque, déjà appelée d’épidémie du XXIeme siècle, est un problème de Santé Publique partout en Europe. Malgré les immenses progrès faits dans le domaine du traitement, dans les deux dernières décennies, l’insuffisance cardiaque est parmi les maladies cardiovasculaires la seule dont l’incidence et prévalence ne cessent d’augmenter. Ses principales caractéristiques sont une mortalité très élevée -supérieure à celle de l’ensemble des cancers - et un impact économique considérable sur les Systèmes de Santé. La prise en charge des insuffisants cardiaques doit ainsi être envisagée comme une priorité absolue. Toutefois, et bien que la sévérité de la situation soit universellement reconnue, Gouvernements et Systèmes de Santé n’ont pris que très peu de mesures concrètes, visant à freiner l’épidémie qui ne cesse de croître. Nous pouvons aujourd’hui prévenir et, sinon guérir l’insuffisance cardiaque, du moins la traiter de façon à freiner la progression de la maladie, ainsi nous soyons capables de faire le diagnostique à temps. Toute attitude térapêutique présume un diagnostique précoce et complet de la situation, sans lequel nulle attitude correcte ne pourra être prise. OBJECTIFS: Nous nous proposons analyser les problèmes du diagnostique de l’insuffisance cardiaque, à la lumière des connaissances actuelles et de notre propre expérience. Parmi les objectifs de ce travail, nous avons évalué la façon d’ont l’évolution des concepts d’insuffisance et de dysfonction cardiaque a influencé la définition et les critères de diagnostique, au cours des temps, et les conséquences du manque de consensus quant à la définition et aux critères de diagnostique pour les différentes phases d’évolution de la maladie. Nous avons discuté le rôle des symptômes, signaux et examens complémentaires dans le diagnostique de l'insuffisance cardiaque et dans les stratégies de screening de la dysfonction cardíaque. Finalement nous avons discuté quelques chemins et possibles stratégies à envisager pour la prise en charge de ces malades pour que, dans un future proche, nous soyons capables de mieux les traiter, mais aussi de mieux prévenir la maladie de façon à freiner l’épidémie. MÉTHODOLOGIE: La méthodologie utilisée pour ce travail dérive directement de l’expérience acquise dans la prise en charge des malades, et de l’investigation gérée par les difficultés perçues quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque, au long des années. Quand de l’élaboration de l’étude EPICA née de la nécessité d’obtenir des données épidémiologiques nationales en ce qui concerne l’insuffisance cardiaque au Portugal, nous avons conçu, selon un dessin original, un protocole d’investigation qui nous a permis d’évaluer la qualité du diagnostique de l’insuffisance cardiaque réalisé par les médecins de famille ainsi que le rôle des symptômes, des signaux, des données de l´histoire clinique, de l’électrocardiogramme e de la radiographie du thorax, dans le diagnostique de l’ insuffisance dans l’ambulatoire. Nous avons aussi investigué la qualité du diagnostique établi pendant l’hospitalisation. Nous avons déterminé la réelle prévalence de l’insuffisance cardíaque hospitalisée dans notre service au long de six mois et celle qui a été codifiée au moment de la sortie de l´hôpital. Nous avons encore comparé la qualité do diagnostique avant et après l’ouverture d’une unité d’insuffisance cardiaque et la performance des différents peptides natriurétiques dans le diagnostique du syndrome. Sous la forme de réponse à un questionnaire, qui leur a été adressé par le Groupe de Travail d’insuffisance cardiaque de la Société Portugaise de Cardiologie, sur la prise en charge de l’insuffisance cardiaque, les Directeurs des Services de Cardiologie et Médicine Interne de tout le Pays se sont prononcés sur à leurs difficultés, en ce qui concerne le diagnostique et le traitement de l’insuffisance cardiaque. Les résultats des investigations partielles ont été communiqués à la communauté scientifique et publiés dans les journaux de la spécialité, au long de ces dernières années. Cette dissertation est constituée par les papiers publiés et en publication auxquels nous avons additionné une révision de l’état actuel de l’art du diagnostique de l’insuffisance cardiaque, ainsi q’une réflexion sur les 317 TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 317 318 Résumé conséquences des difficultés éprouvées au diagnostique de la maladie et sur la manière d’améliorer la prise en charge de l’insuffisance cardiaque.RÉSULTATS: En 1982, l’hors de notre début d’activité, nous avons eu très tôt la perception de la complexité de l’insuffisance cardiaque et du défi que constituait, pour les cliniciens, la prise en charge de ces malades. Nous avons participé au développement d’une classification physiopathologique originale qui a servi de base pour le doctorat de la Professeur Fátima Ceia en 1989. L’article 1 – Insuffisance cardiaque : nouveaux concepts physiopathologiques et leurs applications thérapeutiques – publié en 1984, nous décrivons déjà l’insuffisance cardiaque comme une maladie systémique, résultat de l’interaction des différents mécanismes de compensation de la dysfonction cardiaque. Nous proposons « une classification physiopathologique avec application thérapeutique » originale, où nous définissons les différents types d’insuffisance cardiaque et leurs caractéristiques cliniques, hémodynamiques, fonctionnelles et anatomiques et proposons un traitement individualisé d’accord avec la définition et le diagnostique de chacun de ces différents types d’insuffisance cardiaque. En 1994, l’article 2 – L’insuffisance cardiaque et le clinicien à la fin du XXème siècle – fait une description détaillée de comment les différents mécanismes de compensation interagissent, influencent l’évolution de la maladie, produisent les différents syndromes et justifient le choix du type de traitement. Nous discutons l’évolution de la définition de la maladie d’accord avec l’évolution de l’investigation et une meilleure connaissance de la physiopathologie de la dysfonction cardiaque. Nous soulignons la nécessité du diagnostique et du traitement précoces et quant urgent il est de développer des stratégies capables de prévenir la maladie. Les investigateurs défendent aussi l’existence d’un continu entre l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale e celle qui s’accompagne de dysfonction systolique ventriculaire. Ce concept défend l’existence de plusieurs syndromes d’insuffisance cardiaque qui ne représenteront que des phénotypes différents d’une même maladie. Des nouvelles Recommandations pour le diagnostique et exclusion de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale / dysfonction diastolique surgissent. Nous revisitons ces nouveaux concepts dans le chapitre: L’insuffisance cardiaque: de la physiopathologie à la clinique - un modèle en constante évolution. Au chapitre II – Le diagnostique de l’insuffisance cardiaque: problèmes et conséquences prévisibles - nous analysons les conséquences du manque de critères de diagnostique consensuels pour l’insuffisance cardiaque au long de tout son spectre. Les difficultés avec le diagnostique se répercutent sur les résultats des grandes études épidémiologiques. Nous avons senti cette difficulté quand, lors de l’élaboration du programme EPICA – ÉPidémiologie de l’Insuffisance Cardiaque et Apprentissage - nous avons voulu définir les critères pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque de tous les types, applicables à l’ambulatoire et d’accord avec les Recommandations Internationales. L’article 3 - Épidémiologie de l’insuffisance cardiaque – analyse les conséquences des différentes définitions et critères de diagnostique utilisés dans les grandes études épidémiologiques qui, au long des années, ont publié des prévalences et incidences très variables de l’insuffisance cardiaque. Ce problème s’aggrave encore quand il s’agit de l’épidémiologie de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale ou dysfonction diastolique, ou des stratégies pour le screening de la dysfonction cardiaque asymptomatique, situations à définitions et critères encore moins consensuels. L’inexistence de Recommandations appuyées sur l’évidence, pour le traitement de l’insufisance cardiaque à fraction d’éjection normale ou à dysfonction diastolique, est une autre des conséquences de ces difficultés. C’est ainsi que des différences de méthodologie, de définitions et de critères de diagnostique, plutôt que des différences réelles entre les populations, difficultent notre connaissance quant à la réelle surcharge que l’insuffisance cardiaque et la dysfonction cardiaque imposent au Système National de Santé. Il est ainsi difficile de prévoir les recours nécessaires, à attribuer à une situation qui est mal connue. L’ article 4 – Prévalence de l’insuffisance cardiaque au Portugal – présente le dessin des études EPICA et EPICA-RAM. EPICA a été l’une des premières études TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 318 Résumé 319 à évaluer la prévalence de l’insuffisance cardiaque symptomatique globale, de l’ambulatoire, suivant les Recommandations de la Société Européenne de Cardiologie pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. Nous y définissons des critères echocardiographiques précis pour tous les types d’insuffisance cardiaque, notamment celle à fraction d’éjection normale, alors qu’à l’époque il n’y avait pas encore de Recommandations consensuelles pour le diagnostic de cette situation. L’article 5 – Prevalence of chronic heart failure in Southwestern Europe : the EPICA study - relate la prévalence de l’insuffisance cardiaque au Portugal continental en 1998. Dans une population de 5434 individus âgés de plus 25 ans, représentative de la population portugaise nous avons identifié 551 cas d’insuffisance cardiaque, correspondant à une prévalence de 4,3%, qui augmente avec l´âge, chez les deux genres ; chez 1,3% la dysfonction ventriculaire est systolique, alors que 1,75% ont une fraction d’éjection normale. L’article 6 – Epidemiology of chronic heart failure in Primary Care in the Autonomic Region of Madeira: the EPICA-RAM study – a suivi le même protocole d’investigation et relate une prévalence de l’insuffisance cardiaque globale de 4,69%, 0,76 % à dysfonction ventriculaire systolique et 2,74% à fraction d’éjection normale. Ces deux études confirment que quand le diagnostique est suspecté par la clinique il ne se confirme objectivement qu’en la moitié des cas, ce qui fait supposer que beaucoup de malades seront sous médication inappropriée pour l’insuffisance cardiaque alors que d’autres, qui auraient tout intérêt à la faire, en seront probablement privés. L’article 7 – Diagnosis of chronic heart failure in Primary Care - revoit l’état de l’art quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans la communauté et discute les principaux défis auxquels les médecins de famille sont soumis, notamment les difficultés d’accès aux examens complémentaires de diagnostique et le screening de la dysfonction cardiaque asymptomatique dans la population en général. Mais les problèmes de diagnostique de l’insuffisance cardiaque, se posent transversalement à tous les niveaux, à l’hôpital comme chez le médecin de famille. Bien que l’insuffisance cardiaque soit la première cause d’hospitalisation après les 65 ans, responsable pour la plupart des coûts consommés par le syndrome, le diagnostique y est sous-estimé. L’article 9 – Validity of a diagnosis of heart failure : implications of misdiagnosing – démontre que l’insuffisance cardiaque a été la première cause d’hospitalisation dans notre service, pendant une période de six mois, ayant une prévalence de 17% et a été largement sous codifiée. La sous codification du diagnostique ne fait que diminuer le vrai poids du syndrome, menant à l’allocation incorrecte de recours pour la prise en charge de l’insuffisance cardiaque à l´hôpital et pour l’établissement de programmes capables de faire l’indispensable interface avec l’ambulatoire. En réponse au questionnaire sur la prise en charge de l’insuffisance cardiaque, que nous résumons dans l’article 8 – Traitement de l’insuffisance cardiaque dans les hôpitaux portugais : résultats d’un questionnaire - les Directeurs des Services de Médicine Interne ont relaté leurs difficultés d’accès à l’échocardiographie en temps utile et réclamé plus de collaboration du cardiologue; les Directeurs des Services de Cardiologie demandent plus de spécialistes et de structures vocationnées pour le diagnostique et traitement de l’insuffisance cardiaque. Les difficultés posées par le diagnostique de l’insuffisance cardiaque à tous les niveaux de soins, entraînent des conséquences épidémiologiques, socioéconomiques et financières néfastes pour le patient, la planification du Système National de Santé et la Santé Publique. Au chapitre III nous rappelons l’importance du diagnostique complet de l’insuffisance cardiaque. Au diagnostique anatomique, fonctionnel et du syndrome, il faut absolument joindre l’étiologie, la classe fonctionnelle e les comorbidités qui conditionnent souvent l’interprétation des testes de diagnostique, le traitement et le pronostique. Conscients des difficultés éprouvées para les médecins de famille, pour diagnostiquer correctement et en temps utile l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire, et du rôle de ces Spécialistes en ce qui concerne la contention de l’épidémie, nous nous sommes proposés, comme objectifs secondaires de l’étude EPICA,d’investiguer la performance des instruments de diagnostique disponibles et à portée de ces cliniciens. L’article 10 – The diagnosis of heart failure in primary TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 319 320 Résumé care: value of symptoms and signs – documente les limitations des symptômes, signaux et des données cliniques, quand utilisés de forme isolée, pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. Ils sont tous peu sensibles et ceux qui ont la plus grande valeur prédictive sont ceux qui s’associent aux formes congestives, plus graves, de la maladie: la dyspnée paroxysmale nocturne (LR 35,5), l’orthopnée (LR 39,1), la difficulté respiratoire pendant la marche en plan horizontal (LR 25,8), l’ ingurgitation jugulaire > 6 cm accompagnée d’ hépatomégalie e d’oedème des membres inférieurs (LR 130,3), le galop ventriculaire (LR 30,0), la tachycardie >110ppm (LR 26,7) et les crépitations pulmonaires (LR 23,3) sont ainsi associés au diagnostique, mais sont très peu fréquents chez les insuffisants cardiaques tout venant de l’ambulatoire. Un traitement antérieur avec du diurétique (LR 10,6) ou de la digoxine (LR 24,9), ou encore un épisode antérieur d’oédeme pulmonaire aigu (LR 54,2), sont d’autres prédicteurs du diagnostique. L’article 11 – Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy – confirme que l´hypertension artérielle est, d’entre tous les facteurs de risque, la principale étiologie de l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire au Portugal (80%). Trente neuf pourcent des malades inclus dans l’étude EPICA avaient une histoire de maladie coronarienne et 15% de fibrillation auriculaire. Nous avons encore analysé la comorbidité et son influence sur la prescription, en sachant que la prescription des médicaments recommandés pour l’insuffisance cardiaque est, au Portugal comme d’une forme générale en Europe, bien inférieur au désirable. L’article 12 - The value X- ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – démontre que les données de l’électrocardiogramme e de la radiographie du thorax, par sois même, ne prédisent pas correctement le diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire; 25% des insuffisants cardiaques inclus dans EPICA avaient un électrocardiogramme où une radiographie du thorax normal. Al’article 13 - Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in primary care – nous avons comparé sept questionnaires ou scores cliniques habituellement utilisés pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans les grandes études épidémiologiques et de médicaments. Ils ont démontré avoir une concordance à peine raisonnable à bonne entre eux, et être très spécifiques (>90%) pour le diagnostique mais peu sensibles. Ils augmentent la probabilité du diagnostique de 4,3% prétest vers 25 à 30% post-test et se révèlent ainsi des instruments plus utiles dans l’exclusion d’une cause cardiaque pour les symptômes que pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. L’article 14 – Épidémiologie de l’insuffisance cardiaque au Portugal continental : nouvelles données de l’étude EPICA – compare les caractéristiques des malades qui, ayant une clinique compatible avec le syndrome, ont été inclus dans EPICA mais n’avaient pas de dysfonction cardiaque objective (faux positifs), avec ceux qui ont eu leur diagnostique objectivement confirmé. Les premiers étaient plus âgés, il y avait plus de femmes, plus de poids excessif, moins de maladie coronarienne. L’investigation confirme encore que les données de l’électrocardiogramme e de la radiographie du torax ne distinguent pas les insuffisants cardiaques qui ont une dysfonction systolique ventriculaire de ceux qui ont une fraction d’éjection normale. Face au défi du diagnostique de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale, aux difficultés d’accès à l’échocardiographie dans l’ambulatoire, au prix de l’examen et aux critères encore peu consensuels pour le diagnostique de cette situation, nous avons analysé et publié à l’article 15 – The diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care setting: an EPICA-RAM substudy - la valeur des peptides natriurétiques du type B, NTproBNP, comme test de triage des malades qui, parmi ceux qui présentent une clinique compatible avec le syndrome, devront confirmer objectivement le diagnostique par échocardiographie. Ainsi, nous avons évalué la performance du test comme prédicteur : du diagnostique d’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale, selon les Recommandations internationales, d’hypertrophie ventriculaire gauche et de dilatation de l’auricule gauche. Le NT-proBNP n’à été bon prédicteur que de ce dernier paramètre, ce qui nous fait conclure que le test ne permet pas de trier les malades de façon à diminuer les nécessités d’échocardiographie face à une hypothèse clinique d’insuffisance cardiaque, du moins en ce qui concerne les cas peu évolués, fréquemment asymptomatiques, de TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 320 Résumé 321 l’ambulatoire. Nous avons aussi comparé la performance des peptides natriurétiques du type B - BNP et NT-proBNP – quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque symptomatique à dysfonction ventriculaire systolique et à fraction d’éjection normale, traitée à l’hôpital. Les résultats de cette investigation sont révélés dans l’article 16 – Comparative value of BNP and NT-proBNP for the diagnosis of heart failure. Les deux tests ont démontré une performance excelente et comparable dans le diagnostique du syndrome, mais aucun n’a été capable de distinguer les deux types d’insuffisance cardiaque. Nous avons revu et discuté l’état de l’art quant au rôle des différents examens complémentaires, notamment des peptides natriurétiques et de l’échocardiographie, dans le diagnostique des différents types d’insuffisance et de dysfonction cardiaque, ainsi que les toutes dernières Recommandations internationales. Nous avons analysé les stratégies proposées pour le screening de la dysfonction ventriculaire asymptomatique, qui est au moins aussi fréquente dans l’ambulatoire que l’insuffisance cardiaque symptomatique. Par ailleurs, l’évidence montre que le traitement précoce de la dysfonction ventriculaire asymptomatique, est efficace et diminue les coûts. Le gold standard pour le screening de la dysfonction ventriculaire imposerait la réalisation d’un échocardiogramme à toute la population, ce qui est incomportable. Plusieurs stratégies ont été investiguées, ces dernières années, à la recherche de celle qui sera la plus efficace tout en épargnant le plus possible. Tous affirment que aucun examen isolé ne pourra être suffisant pour ce screening. Par contre, l’électrocardiogramme et/ou les peptides natriurétiques, incorporés ou non en scores cliniques, sont souvent évoqués comme testes efficaces pour le pré-screening des patients à envoyer à l’échocardiographie. Son utilisation diminue le nombre ’échocardiogrammes nécessaires et la dépense, tout en étant au moins aussi efficace que le screening du cancer du sein ou du colle de l’utérus, exige un investissement qui n’est en rien supérieur. Quelques auteurs ont démontré que l'exécution d’un échocardiogramme qualitatif, fait avec un échocardiographe portable, après l’ECG ou la détermination du BNP/ NT-proBNP et avant l’échocardiogramme complet, améliore encore la stratégie pour le screening de la dysfonction cardiaque. Finalement nous terminons avec quelques commentaires concernant les perspectives futures pour la prise en charge de l’insuffisanc e cardiaque. Il est absolument urgent et primordial d’établir d’une définition précise et universelle, ainsi que de critères de diagnostique objectifs, simples et reproductibles, applicables à tout le spectre de l’insuffisance cardiaque, de façon à ce que, dans un futur proche, nous soyons capables de connaître le véritable poids de l’insuffisance cardiaque, d’organiser une prise en charge le plus efficace possible tout en respectant l’inévitable contention des dépenses publiques. Les problèmes de diagnostique de l’ambulatoire exigent que les médecins de famille disposent de programmes de formation continus et que le dialogue avec l’hôpital et les spécialistes soit facilité, tel que nous l’avons fait, de forme programmée, systématiquement,pendant le programme EPICA. Les cliniques d’insuffisance cardiaque et les programmes structurés de prise en charge de l’insuffisance cardiaque ont démontré leur efficacité. Ils permettent une meilleure implémentation des Recommandations de diagnóstique et traitement, améliorent la qualité de vie et la survie des insuffisants cardiaques qui y sont suivis. Dans l’article 17 - Translating Guidelines into clinical practice : benefits of an acute heart failure unit - nous rendons compte de notre expérience en ce qui concerne les gains obtenus quant au diagnostic et traitement des insuffisants cardiaques hospitalisés dans notre service avant et après l’ouverture d’une unité d’insuffisance cardiaque et qui nous a permi d’amelliorer la qualité des soins prêtés à ces malades. Nous défendons que ces unités spécialement vocationnées pour la prise en charge de l’insuffisance cardiaque doivent se multiplier, s’intégrer en programmes plus vastes d’organisation de soins à prêter aux insuffisants cardiaques, qui incluent notamment l´hôpital de jour et adopter des structures variables d’accord avec les nécessités des populations qu’elles servent. Ces programmes de prise en charge de l’insuffisance cardiaque pourront assumer un rôle déterminant dans la formation scientifique des médecins, spécialement des médecins de famille, dans l’interface entre les soins primaires et l’hôpital et dans la référentiation des insuffisants cardiaques. Tous les efforts pour identifier et corriger précocement les facteurs de risque cardiovasculaire et développer TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 321 Résumé des stratégies pour le screening de la dysfonction cardiaque doivent être multipliés comme stratégies de prévention. Tout cela est possible, efficace à un pris semblable à celui d’autres programmes déjà en cours, mais exige la collaboration de tous, population, professionnels de santé, investigateurs et pouvoir politique qui viabilise l’évaluation des nécessités, le montage de ces programmes multidisciplinaires, et en contrôle la qualité, de façon à ce que très vite nous puissions contrôler cette épidémie.

Metal ions and protein folding: conformational and functional interplay

Dissertation presented to obtain a PhD degree in Biochemistry at Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Alterações da substância branca cerebral relacionadas com o envelhecimento

INTRODUÇÃO: Estudos prévios, com técnicas de imagem, documentam de forma consistente a existência de alterações da substância branca cerebral relacionadas com o envelhecimento (ASBRE). Tais alterações poderão ter um papel importante no declínio funcional do idoso, reflectindo‐se sobretudo no desempenho motor e cognitivo, com repercussão evidente na prática clínica. Apesar disso, a caracterização em definitivo dos fenótipos clínicos e da evolução das ASBRE continua por esclarecer, possivelmente pelas dificuldades metodológicas de que se reveste o seu estudo, incluindo: a adequação das baterias neuropsicológicas, a utilização de amostras de doentes com diferentes graus de severidade e de envolvimento regional, as limitações das diferentes escalas e a sensibilidade dos diferentes métodos de imagem. A Ressonância Magnética (RM) de difusão tem revelado grande sensibilidade para as alterações isquémicas, admitindo‐se que poderá permitir uma melhor caracterização das ASBRE e deste modo possibilitar uma correlação mais precisa com as variáveis cognitivas e motoras, permitindo avaliar ainda a substância branca aparentemente normal (SBAN). OBJECTIVOS: Descrever a evolução imagiológica das ASBRE no intervalo de um ano e analisar a sua expressão clínica e impacto funcional; identificar factores preditivos de progressão das ASBRE e de declínio funcional associado. Descrever a expressão clínica e perfil evolutivo dos doentes com ASBRE com envolvimento preferencial da região parieto‐occipital; comparar este grupo de doentes com os doentes com ASBRE, sem envolvimento preferencial desta região. Medir os coeficientes de difusão aparente (CDA), utilizando regiões de interesse (RDI), em diferentes localizações da substância branca, incluindo substância branca lesada e SBAN, descrever sua evolução temporal no intervalo de um ano e determinar suas correlações clínicas e imagiológicas. MÉTODOS: Utilizando uma amostra de conveniência, foram estudados 30 doentes, com mais de 65 anos, sem incapacidade funcional ou com incapacidade mínima, avaliada pela escala de actividades instrumentais da vida diária (IADL), apresentando ASBRE em TC. Foi utilizado um protocolo exaustivo de avaliação clínica (com particular destaque para as funções motoras e cognitivas) e imagiológica, em dois momentos de avaliação separados por um ano de intervalo (t0 e t1). As ASBRE foram avaliadas com escalas visuais, escala ARWMC e escala de Fazekas, e os doentes foram estudados em função do grau de severidade (ligeiro versus moderado a grave na escala de Fazekas) e de um envolvimento preferencial posterior (definido como 2 ou mais pontos na escala ARWMC na região parieto‐occipital por comparação com a região frontal). Os CDA foram avaliados mediante estudo de RDI, na substância branca frontal lesada (SBFL) e SBAN frontal, parieto‐occipital e dos pedúnculos cerebelosos. Para verificar diferenças na ordem de distribuição das variáveis foi usado o teste de Mann‐Whitney e para comparação de proporções, o teste exacto de Fisher. Na comparação entre a avaliação em t0 e t1 foi usado o teste Wilcoxon Signed Ranks na comparação da distribuição da ordem das variáveis e o teste McNemar na análise de frequências. Na análise correlacional foram utilizados os testes de T para variáveis emparelhadas e as correlações entre estas foram efectuadas com o coeficiente de correlação de Spearman ou de Pearson. O trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética do hospital onde foi realizado e todos os doentes incluídos assinaram um consentimento informado. RESULTADOS: A idade média da população estudada foi 72,5 anos (17 doentes eram do sexo masculino). No final de um ano, 1 doente tinha falecido e 3 doentes não completaram a avaliação imagiológica. Registou‐se uma progressão significativa das ASBRE segundo a escala ARWMC (t0: 8,37 / t1: 9,65 ; p<0,001). Na análise funcional, motora e cognitiva, não houve um agravamento significativo. Avaliando os doentes em t0 e t1 segundo o grau de severidade das ASBRE, o grupo com atingimento moderado a grave (ASBRE2) comparado com o grupo com atingimento ligeiro (ASBRE1) apresentava: maior extensão de lesão da substância branca (ARWMC t0: 11,9 / 4,8 ; p<0.001 ; t1: 14,0 / 5,9 ; p<0,001); tendência a pior desempenho funcional (IADL t0: 90,7 / 99,2 ; p=0,023; t1: 86,4 / 96,7 ; p=n.s.) e motor (SPPB t0: 9,8 / 10,3 ; p=n.s. ; t1: 9,5 / 10,5 ; p=0,058); tendência a maior compromisso do humor (Escala Cornell t0: 6,7 / 3,5 ; p=0,037; t1: 6,2 / 4,5 ; p=n.s.). Analisando a evolução, de t0 para t1, de cada um dos grupos (ASBRE2 e ASBRE1) registou‐se: aumento da extensão da lesão da substância branca em ambos (ASBRE2: 12,0 / 14,0;z=‐2,687 ; p=0,007; ASBR1: 4,8 / 5,9 ; z=‐2,724 ; p=0,006); variação não significativa funcional e motora; tendência ao agravamento em ambos na prova de Cancelamento de dígitos (ASBRE2: 17,5 / 17,4 ; p=n.s. ; ASBRE1: 19,9 / 16,9 ; z=‐2,096 ; p=0,036);tendência à melhoria em ambos no MMS (ASBRE2: 25,7 / 27,5 ; z=‐2,155 ; p=0,031; ASBRE1: 27,5 / 28,2 ; p=n.s). Avaliando os doentes em t0 e t1 em função do padrão de distribuição das ASBRE, os doentes com um envolvimento preferencial posterior (ASBREP) comparados com os restantes (ASBREnP), apresentavam: maior extensão da lesão (ARWMC t0: 10,8 / 6,9 ; p=0,025; t1: 12,9 / 7,6 ; p=0,011); diferenças não significativas no desempenho motor; tendência a melhor desempenho na prova dos Labirintos (t0: 8,1 / 11,8 ; p=0,06; t1: 8,7 / 9,5 ; p=n.s.) e Cancelamento de dígitos (t0: 20,9 / 17,4 ; p=0,045; t1: 18,5 / 16,3 ; p=n.s.); tendência a maior compromisso depressivo na GDS (t0: 5,0 / 3,68 ; p=n.s. ; t1: 5,7 / 3,3 p=0,033). Analisando o perfil evolutivo de t0 para t1, registou‐se: aumento da extensão da lesão nos dois grupos (ASBREP: 10,8 / 12,9 ; z=‐2,555 ; P=0,011; ASBREnP: 6,4 / 7,6 ; z=‐2,877 ; p=0,04); variação em sentidos diferentes com melhoria funcional no grupo ASBREP (91,0 / 95,5 ; z=‐0,926 ; p=0,036) e agravamento no grupo ASBREnP (96,7 / 89,8 ; z=‐2,032 ; p=0,042); variação sem sentidos diferentes, com agravamento significativo no grupo ASBREnP no item estação de pé do SPPB (ASBREP 3,8/3,9 p=n.s.; ASBREnP 3,9/3,6; z=‐2,236 ; p=0,025); tendência à melhoria nos dois grupos no MMS (ASBREP: 27,2 / 28,2 ; p=n.s.; ASBREnP: 26,3 / 27,7 ; z=‐2,413 ; p=0,016) e tendência em sentidos diferentes no Trail Making, com eventual melhoria no grupo ASBREP (113,9 / 91,6 ; p=n.s.) e agravamento no grupo ASBREnP (113,7 / 152,0 ; z=‐2,155 ; p=0,031). Na análise da imagem, utilizando a escala ARWMC e o estudo dos CDA, na avaliação transversal na inclusão, a comparação entre as pontuações médias da escala ARWML nas diferentes regiões mostrava diferenças significativas (F=39,54 , p<0,0001). A análise comparativa post‐hoc de Bonferroni mostrou valores significativamente mais altos para as regiões frontais e parieto‐occipitais (p<0,0001). Os valores médios dos CDA eram significativamente diferentes entre regiões (F=44,56; p<0,0001), sendo mais altos na SBFL (p<0,0001). Não existia diferença significativa entre os valores registados na SBAN nas regiões frontais e parieto‐occipitais. As pontuações regionais da escala ARWMC e os valores médios dos CDA correlacionavam‐se todos de forma positiva. A pontuação da escala ARWMC na região frontal correlacionava‐se significativamente com os valores do CDA da SBFL (r=0,467 ; p=0,012). Existia tendência para uma correlação positiva entre as pontuações da escala ARWMC na região frontal e os valores médios dos CDA na SBAN frontal (r=0,276 ; p=0,155). As pontuações da escala ARWMC e os CDA correlacionavam‐se de forma positiva com a idade e com a tensão arterial (TA). Foram encontradas correlações significativas entre: idade e SBAN frontal (r=0,440 ; p=0,019); TA diastólica e SBFL (r=0,386 ; p=0,034); TA sistólica e SBAN Parieto‐occipital (r=0,407 ; P=0,032). Na avaliação motora e cognitiva, dado elevado número de variáveis, foi efectuada uma análise de factor principal. Registou‐se uma tendência global negativa na correlação entre as pontuações da escala visual na região frontal, os valores dos CDA, e o desempenho motor e cognitivo. Na análise evolutiva, (n=19), registou‐se variação significativa dos CDA, com aumento na SBFL (Direita: z=‐2,875 ; p=0,004 ; Esquerda: z=‐2,113 ; p=0,035) e diminuição na SBAN dos pedúnculos cerebelosos (Direita: z=‐2,094 ; p=0,036 ; Esquerda: z=‐1,989 ; p=0,047). Foi observada uma correlação negativa entre a variação do CDA na SBAN dos pedúnculos cerebelosos e na SBFL contralateral (SBAN pedúnculo cerebeloso Esquerdo / SBFL Direita: r=‐0,133 ; p=n.s.; SBAN pedúnculo cerebeloso Direito / SBFL Esquerda: r=‐0,561 ; p=0,012). Os valores dos CDA à direita correlacionavam‐se de forma positiva com a velocidade da marcha (r=0,562 ; p=0,012). CONCLUSÕES: A progressão das ASBRE pode ser observada com uma escala visual detalhada no intervalo de um ano. Contudo, o eventual agravamento da incapacidade funcional, motora e cognitiva, não parece ser apreciável em igual intervalo de tempo. A maior severidade das ASBRE associa‐se a uma tendência para um maior compromisso funcional, motor e possivelmente do humor. A questão da progressão em escalas simplificadas, de um estádio ligeiro para um estádio moderado a grave, não é elucidada pelos resultados do presente trabalho. Os doentes com um envolvimento preferencial da região parieto‐occipital poderão constituir um subgrupo distinto que, apesar de ter maior extensão de lesão, parece ter um melhor desempenho motor e cognitivo. O perfil evolutivo destes doentes parece igualmente ser distinto, não se observando a tendência ao agravamento funcional, motor e cognitivo (sobretudo em provas de função executiva) que se encontra nos restantes doentes. A análise transversal na inclusão, utilizando uma escala visual e o estudo dos CDA, sugere que a severidade das ASBRE se correlaciona com o compromisso motor e cognitivo, bem como com a idade e com a TA. Uma maior vulnerabilidade da substância branca frontal à lesão vascular parece ter um papel importante no compromisso motor e na disfunção executiva, (essencialmente à custa do compromisso da atenção), possivelmente associada à desconexão dos circuitos fronto‐subcorticais. A análise dos CDA sugere que isso é válido igualmente para a SBAN e sublinha que, as imagens de RM convencional poderão não traduzir a verdadeira extensão da lesão e consequentemente do compromisso motor e cognitivo. A relação entre a progressão da doença vascular em lesões frontais constituídas e a redução do CDA no pedúnculo cerebeloso contralateral poderá estar associada a um pior desempenho motor. A disrupção dos circuitos fronto‐cerebelosos, determinando hipometabolismo e diminuição da perfusão no cerebelo, poderá ser responsável pela diminuição do CDA no cerebelo. ABSTRACT INTRODUCTION: Previous studies, with new imaging techniques, have consistently documented the presence of age‐related white matter lesions (ARWML), emphasizing their role in agerelated functional decline, mainly related to motor and cognitive impairment, and inherent consequences in clinical practice. However clinical significance of ARWML remains to be elucidated, probably on account of methodological difficulties such as: specific neuropsychological batteries, utilization of samples with different degrees of severity and regional involvement, utilization of different imaging scales and different sensitivity of imaging techniques. Recently, Diffusion Weighted Magnetic Ressonance imaging (DWI) has shown a higher sensitivity to ischemic lesions, suggesting it might be superior for characterization of ARWML, allowing more precise correlation with motor and cognitive variables, and evaluating also normal appearing white matter (NAWM). OBJECTIVES: To describe imagiologic evolution of ARWML within one year interval and to analyse its clinical and functional significance. To identify predictors of ARWML progression and associated functional impairment. To describe clinical characteristics and evolution profile of patients with predominantly posterior lesions; to compare this group of patients with patients without predominantly posterior lesions. To study average Apparent Diffusion Coeficcients (ADC) in different white matter regions using regions of interest (ROI); to analyse their evolution profile and to determine their clinical and imagiologic correlations. METHODS: A sample of 30 patients older than 65 years, without functional impairment or with minimal impairment, according to the Instrumental Activities of Daily Lliving scale, with ARWML on CT scan, were studied in a cross‐sectional design. An extensive clinical(with detailed motor and cognitive evaluation) and imagiologic protocol was applied in two one‐year interval separate moments (t0 and t1). ARWML were studied using visual scales, ARWMC and Fazekas’s scale, and patients were studied according to degree of severity (Fazekas scale mild versus moderate / severe) and preferential involvement of the posterior region (defined as 2 or more points in the ARWMC scale in the parietooccipital region compared with frontal region). Evaluation of ADC was performed using ROI in frontal lesioned white matter (FLWM) and NAWM (frontal, parieto‐occipital and cerebellar regions). To study differences in the distribution of variables the Mann‐Whitney test was used and to compare proportions the exact Fisher Test was used. To compare temporal evolution profile between t0 and t1, the Wilcoxon Signed ranks Test was used to analyse the distribution of variables and the Mc Nemar Test to analyse frequencies. Correlation analysis was performed using Spearman or Pearson tests. The study was approved by the local Ethics Committee and all patients signed an informed consent. RESULTS: Mean age was 72.5 years (17 patients were male). By the end of the study, one patient was dead and 3 patients did not undergo brain imaging. There was a higher extent of ARWML evaluated with the ARWMC scale (t0: 8.37 / t1: 9.65 ; p<0.001). Functional, motor and cognitive performance did not progress significantly. Evaluating patients in t0 and t1 according to the degree of severity (Fazekas scale), the moderate / severe group of patients (WML2), compared with the mild group (WML1), showed: higher extent of lesion (ARWMC scale t0: 11.9 / 4.8 ; p<0.001 ; t1: 14.0 / 5.9 ; p<0.001); tendency to worse functional (IADL t0: 90.7 / 99.2 ; p=0.023; t1: 86.4 / 96.7 ; p=n.s.) and motor (SPPB t0: 9.8 / 10.3 ; p=n.s. ; t1: 9.5 / 10.5 ; p=0.058) performance; tendency to higher depressive scores (Cornell Scale t0: 6.7 / 3.5 ; p=0.037; t1: 6.2 / 4.5; p=n.s.). Analysing the evolution profile from t0 to t1 of each group (WML2 and WML1), there was a higher extent of lesion (ARWMC scale) in both (WML2: 12.0 / 14.0; z=‐2.687 ; p=0.007; WML1: 4.8 / 5.9 ; z=‐2.724 ; p=0.006); non‐significant variation in functional and motor performances; tendency to worse performance on the Digit Cancelling (WML2: 17.5 / 17.4 ; p=n.s. ; WML1: 19.9 / 16.9 ; z=‐2.096 ; p=0,036) and to better performance on the MMS (WML2: 25.7 / 27.5 ; z=‐2.155 ; p=0.031; WML1: 27.5/ 28.2 ; p=n.s). Evaluating patients in t0 and t1 according to the regional distribution of ARWML, patients with predominantly posterior lesions (WMLP) compared with the rest of the group (WMLnP), showed: higher extent of lesion (ARWMC scale t0: 10.8 / 6.9 ; p=0.025; t1:12.9 / 7.6 ; p=0.011); non significant differences on motor evaluation; tendency to a better performance on Maze (t0: 8.1 / 11.8 ; p=0.06; t1: 8.7 / 9.5 ; p=n.s.) and Digit cancelling (t0: 20.9 / 17.4 ; p=0.045; t1: 18.5 / 16.3 ; p=n.s.) tests;tendency to higher scores on GDS (t0: 5.0 / 3.68 ; p=n.s. ; t1: 5.7 / 3.3 p=0.033). Analysing the evolution profile from t0 to t1 of each group (WMLP and WMLnP), there was: higher extent of lesion (ARWMC scale) in both groups (WMLP: 10.8 / 12.9 ;z=‐2,555 ; P=0,011; WMLnP: 6.4 / 7.6 ; z=‐2.877; p=0.04); variation in different directions with better functional performance in the group WMLP (91.0 / 95.5 ;z=‐0.926 ; p=0.036) and worse in WMLnP (96.7 / 89.8 ; z=‐2.032 ; p=0.042); variation in different directions with worse motor performance in one SPPB item (total stands) in the group WMLnP (WMLP 3.8/3.9 p=n.s.; ASBREnP 3.9/3.6; z=‐2.236 ; p=0.025);tendency to improvement in both groups in MMS (WMLP: 27.2 / 28.2 ; p=n.s.; WMLnP:26.3 / 27.7 ; z=‐2.413 ; p=0.016); tendency to a variation in different directions in the Trail Making Test, with possible improvement in the group WMLP (113.9 / 91.6 ;p=n.s.) and worsening in the group WMLnP (113.7 / 152.0 ; z=‐2.155 ; p=0.031). Imaging analysis in the inclusion, using the ARWMC scale and ADC evaluation, showed significant differences in different regions (F=39.54, p<0.0001). Comparative post‐hoc Bonferroni analysis showed significantly higher scores in the frontal and parieto‐occipital regions (p<0.0001. ADC values were significantly different between regions (F=44.56; p<0.0001), being higher in FLWM (p<0‐0001). There was no significant difference between ADC in NAWM in frontal and parieto‐occipital regions. ARWMC scores and ADC values correlated positively. Significant correlations were found between frontal ARWMC score and FLWM ADC values (r=0.467 ; p=0.012). ARWMC scores and ADC values correlated positively with age and blood pressure. Significant correlations were: age and frontal NAWM (r=0.440 ; p=0.019); Diastolic blood pressure and FLWM (r=0.386 ; p=0.034); sistolic blood pressure and parietooccipital NAWM (r=0.407 ; P=0.032). Due to the higher number of motor and cognitive variables a preliminary study was done, using principal component analysis. A global tendency to a negative correlation was found between ARWMC scores, ADC values and motor and cognitive performances. Evolutive analysis of ADC (n=19), showed a significant variation, with higher values in t1 in FLWM (Right: z=‐2.875 ; p=0.004 ; Left: z=‐2.113 ; p=0.035) and lower values in t1 in cerebellar NAWM (Right: z=‐2.094 ; p=0.036 ; Left: z=‐1.989 ; p=0.047). A negative correlation was found between ADC variation in cerebellar NAWM and contralateral FLWM (Left cerebellar NAWM / Right FLWM: r=‐0.133 ; p=n.s.; Right cerebellar NAWM/ Left FLWM: r=‐0.561 ; p=0.012). ADC values on the right correlated positively with walking speed (r=0,562 ; p=0,012). CONCLUSIONS: Progression of ARWML can be documented with a detailed visual scale in a one year interval. However, functional, motor and cognitive impairment, do not seem to progress significantly within the same period. A higher severity of ARWML is associated with a tendency to a worse functional and motor performance (and possibly to higher scores in depression scales). The issue of progression in a simplified visual scale from a mild to a moderate / severe degree of ARWML is not further elucidated. Patients with predominantly posterior lesions may be a subset of ARWML patients, with a different profile, that despite higher extent of lesion, seem to fair better than the rest of the group, namely with better performance on motor and cognitive tests. Evolution profile of this subset of patients also seems to be different, without a clearcut tendency to worsening functional, motor and cognitive (particularly for executive function tests) performance that is observed in the rest of the group. Imaging analysis, with a visual scale and ADC evaluation, suggests that severity of ARWML correlates negatively with cognitive and motor performance and positively with age and blood pressure. A higher vulnerability of frontal white matter to vascular disease seems to play an important role in motor and cognitive dysfunction, mainly determined by impairment of attention skills associated with frontal‐subcortical disconnection. DWI results, suggest that this may also be true for NAWM, underlining that conventional MR images may not represent the true extent of cognitive decline. The relation between vascular disease progression inside frontal lesions and ADC reduction in contralateral cerebellar peduncles, may be associated with a worse motor performance. Disruption of fronto‐cerebellar cicuits, with associated regional hypometabolism, may be responsible for the reduction of cerebellar ADC.

Natural and amyloid self-assembly of S100 proteins: structural basis of functional diversity

The S100 proteins are 10-12 kDa EF-hand proteins that act as central regulators in a multitude of cellular processes including cell survival, proliferation, differentiation and motility. Consequently, many S100 proteins are implicated and display marked changes in their expression levels in many types of cancer, neurodegenerative disorders, inflammatory and autoimmune diseases. The structure and function of S100 proteins are modulated by metal ions via Ca2+ binding through EF-hand motifs and binding of Zn2+ and Cu2+ at additional sites, usually at the homodimer interfaces. Ca2+ binding modulates S100 conformational opening and thus promotes and affects the interaction with p53, the receptor for advanced glycation endproducts and Toll-like receptor 4, among many others. Structural plasticity also occurs at the quaternary level, where several S100 proteins self-assemble into multiple oligomeric states, many being functionally relevant. Recently, we have found that the S100A8/A9 proteins are involved in amyloidogenic processes in corpora amylacea of prostate cancer patients, and undergo metal-mediated amyloid oligomerization and fibrillation in vitro. Here we review the unique chemical and structural properties of S100 proteins that underlie the conformational changes resulting in their oligomerization upon metal ion binding and ultimately in functional control. The possibility that S100 proteins have intrinsic amyloid-forming capacity is also addressed, as well as the hypothesis that amyloid self-assemblies may, under particular physiological conditions, affect the S100 functions within the cellular milieu.

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.