Transcriptional regulation of the sodium-sulfate cotransporter NaSi-1 gene

Inorganic sulfate is one of the most abundant anions in mammalian plasma and is essential for proper cell growth and development, as well as detoxification and activation of many biological compounds. To date, little is understood how physiological levels of sulfate are maintained in the body. Our studies, and of others, have identified the NAS(i)-1 protein to be a functional sulfate transporter in the kidney and intestine, and due to this localization, constitutes a strong candidate gene for maintaining body sulfate homeostasis. Several factors, including hormones and metabolic conditions, have been shown to alter NAS(i)-1 mRNA and protein levels in vivo. In this study, we describe the transcriptional regulation of NaSi-1, with a focus on the mouse NaSi-1 gene (Nas1) that was recently cloned in our laboratory. Vitamin D (1,25-(OH)(2)D-3) and thyroid hormone (T-3) led to an increase in Nas1 promoter activity in OK cells. Mutational analysis of the Nas1 promoter resulted in identification of a direct repeat 6-type vitamin-D-responsive element (DR6 VDRE) at -525 to -508 and an imperfect inverted repeat 0-type T-3 responsive element (IRO T3RE) at -426 to -425 which conferred 1,25-(OH)(2)D-3 and T-3 responsiveness respectively. These findings suggest for vitamin D and thyroid hormone regulation of NaSi-1, may provide important clues to the physiological control of sulfate homeostasis.

A new species of Dactylostomum Woolcock, 1935 (Digenea: Opecoelidae) from the goatfish Upeneichthys lineatus (Bloch & Schneider) (Mullidae) in Western Australian waters

Dactylostomum nicolli n. sp. is described from the intestine of the goatfish Upeneichthys lineatus (Bloch & Schneider) (Mullidae) caught off Point Peron, Western Australia. The problem of assigning the new species to the appropriate genus, especially with regard to its close resemblance to Paropecoelus Pritchard, 1966, which also infects goatfishes, is discussed. This is the second report of Dactylostomum Woolcock, 1935 from an Australian marine fish. The new species is distinguished by its elongate form, simple ventral sucker papillae and irregularly shaped ovary.

Bartoliella pritchardae n.g., n.sp. (Digenea: Opecoelidae) in Epinephelides armatus (Serranidae) from temperate marine waters of Western Australia

An opecoelid, Bartoliella pritchardae n. g., n. sp., is described from the intestine of Epinephelides armatus from Western Australia. The new genus has been assigned to the subfamily Opecoelininae Gibson & Bray, 1984, bringing the number of genera in the subfamily to two. Although the new genus is similar to Opecoelina Manter, 1934 morphologically, the pedunculate ventral sucker and complete absence of a cirrus-sac necessitate the erection of a new genus. A formal re-definition of the subfamily is given, based on the diagnoses of the genera Opecoelina and Bartoliella n. g.

Allopodocotyle skoliorchis n. sp. (Opecoelidae: Plagiorporinae) from Parequula melbournensis (Castelnau) (Gerreidae), a temperate marine fish in Australian waters

A new species of Allopodocotyle Pritchard, 1966 is described from the intestine and pyloric caeca of Parequula melbournensis (Gerreidae) caught from the waters off South and Western Australia. The new species is distinguished from other species by its larger eggs, broader form, pre-bifurcal genital pore and a number of other measurable features that are discussed. Of the species that share morphological similarities with Allopodocotyle skoliorchis n. sp., it is the only species known from a gerreid; all the other species are from serranids.

Lactobacillus ruminis is a predominant lactic acid producing bacterium in the caecum and rectum of the pig

Aims: To identify the predominant lactic acid producing bacteria in the small intestine, caecum and the rectum of the healthy pig. Methods and Results: Samples obtained from the large intestine of healthy pigs post-mortem were cultured using a modified agar-MRS medium in roll tubes. Thirteen isolates were selected on the basis of their morphological characteristics and Gram stain reaction for gene sequencing. These isolates were characterized by DNA sequence analysis of 16S rDNA. Eight isolates were identified as Lactobacillus ruminis , two as Enterococcus faecium , one as Mitsuokella multiacidus and two as Escherichia coli . Conclusion: This is the first report of Lact. ruminis as the dominant lactic acid bacteria in the large intestine of the pig. Significance and Impact of the Study: The results suggest that Lact. ruminis is a dominant bacterium in the large intestine of the healthy pig. Future work should focus on the role of this bacterium in relation to the physiological function of the intestine and the health of the animal.

Efeitos da inalação passiva da fumaça de cigarro sobre as pregas vocais de ratos

Poucos estudos demonstram as reações patológicas devidas à inalação de fumaça pelas vias aéreas de ratos. OBJETIVO: Estudar e analisar os possíveis efeitos histopatologicos produzidos pela inalação crônica de fumaça de cigarro nas pregas vocais de ratos. DESENHO DE ESTUDO: Experimental. MATERIAL E MÉTODOS: 36 ratos masculinos (Rattus norvergicus Wistar), de 60 dias de idade, foram mantidos em gaiolas e expostos à inalação da fumaça produzida por 10 cigarros, 3 vezes ao dia, 7 dias por semana, para períodos de 25, 50 e 75 dias, e os controles respectivos. Os animais foram sacrificados e as suas laringes dissecadas e submetidas a análise histológica com coloração de Hematoxilina e Eosina e analisados através de microscopia simples. RESULTADOS: Os ratos expostos ao cigarro exibiram menor (p <0,05) massa corporal que o grupo controle. Havia hiperplasia e metaplasia escamosa na extremidade livre da prega vocal e hiperplasia escamosa na porção mediana da prega vocal em todos os 3 períodos de estudo. Além disso, o grupo de 50 dias revelou metaplasia com queratinização nesta área. Não foram observadas alterações morfológicas em outras áreas da laringe e reação inflamatória da lâmina propria. CONCLUSÃO: Foi concluído que a inalação passiva de fumaça de cigarro rende mudanças morfológicas importantes no epitélio da prega vocal que podem, eventualmente, progredir para neoplasia.

Expressão de transtirretina no sistema gastrointestinal do murganho

A transtirretina (TTR) é uma proteína plasmática constituída por quatro subunidades idênticas de aproximadamente 14KDa e de massa molecular de 55 KDa (Blake et al., 1978). A TTR é responsável pelo transporte de tiroxina (T4) (Andrea et al., 1980) e retinol (vitamina A), neste último tipo de transporte através da ligação à proteina de ligação ao retinol (RBP) (Kanai et al., 1968). É sintetizada principalmente pelo fígado e secretada para o sangue (Murakami et al., 1987) e também sintetizada pelas células epiteliais do plexo coróide e secretada para o líquido cefaloraquidiano (LCR) (Aleshire et al., 1983). Existem outros locais que expressam TTR mas em menor quantidade, nomeadamente: a retina do olho (Martone et al., 1988), o pâncreas (Kato et al., 1985), o saco vitelino visceral (Soprano et al., 1986) o intestino (Loughna et al., 1995); o estômago, coração, músculo e baço (Soprano et al., 1985). A TTR é uma proteína, do ponto de vista filogenético, extremamente conservada o que já de si é um indicador da sua importância biológica (Richardson, 2009) O objectivo deste trabalho foi avaliar a expressão de transtirretina ao longo do sistema gastrointestinal do murganho, nos seguintes órgãos esófago, estômago, duodeno, cólon e também bexiga, com cerca de 3 meses de idade. O segundo objectivo foi identificar as células responsáveis por essa expressão, nos órgãos em estudo. Foi possível verificar que apenas o estômago apresenta valores de expressão normalizada de TTR diferente de zero, expressão essa muito inferior à do fígado, tal como se esperava. Por imunohistoquímica/imunofluorescência foi possível determinar que as células que expressam TTR são pouco abundantes e estão presentes na região glandular do estômago do murganho e também do humano. Para além disto, verificou-se que a TTR co-localiza com somatostatina e que as células que sintetizam TTR correspondem às células D, responsáveis pela secreção de somatostatina

Assessment of guanylin peptides system in type 2 diabetes

Os doentes com diabetes mellitus tipo 2 apresentam predisposição para a retenção de sódio e são frequentemente hipertensos. No entanto, os mecanismos implicados na dificuldade do rim diabético em mobilizar o sódio são, ainda, pouco compreendidos. Os peptídeos da família das guanilinas estão envolvidos na regulação do transporte de electrólitos e água nos epitélios intestinal e renal, através da activação do receptor guanilato ciclase-C (GC-C) e subsequente libertação intracelular de GMPc. O objectivo do presente estudo foi a avaliação da actividade do sistema dos peptídeos das guanilinas (SPG) e do seu papel na regulação do balanço de sódio num modelo animal de diabetes tipo 2. Ratinhos machos C57BL/6 foram submetidos a uma dieta com alto teor de gordura e rica em hidratos de carbono simples (ratinhos diabéticos) ou a uma dieta normal (ratinhos controlo). A expressão renal e intestinal da guanilina (GN), uroguanilina (UGN) e do receptor GC-C assim como os níveis de GMPc na urina e plasma foram avaliados nos ratinhos controlo e diabéticos, durante a ingestão de dietas normo (NS) e hiper-salina (HS). Nos ratinhos diabéticos, durante a dieta NS verificou-se um aumento significativo da pressão arterial que foi acompanhado de redução da expressão do ARNm da GN, UGN e do GC-C no intestino e de aumento da expressão de ARNm da UGN no rim. A dieta HS induziu um aumento da expressão do ARNm da UGN no jejuno dos ratinhos controlo mas não nos diabéticos. Os ratinhos diabéticos apresentaram níveis urinários de GMPc inferiores aos controlos, em condições de dieta NS. Em conclusão, os nossos resultados sugerem que na diabetes tipo 2 ocorre uma redução da actividade intestinal do SPG que é acompanhada por um aumento compensatório da actividade renal do SPG. A diminuição da actividade do SPG intestinal na diabetes tipo 2 deve-se não só a uma redução da expressão dos peptídeos GN e UGN, mas também a uma redução da expressão do seu receptor, GC-C. Estes resultados sugerem que o SPG pode contribuir para a sensibilidade ao sódio na diabetes.

Trypanosoma (Herpetosoma) rangeli Tejera, 1920: nota prévia sobre a histopatologia em camundongos infectados experimentalmente

Male mice (NMRI strain) of 3 and 5 g were inoculated i. p. with 8 x 10(6) and 9 x 10(4) metatrypomastigotes/g harvested from a 12-day-old LIT culture of Trypanosoma rangeli of the "Dog-82" strain. At regular intervals after inoculation, the animals were sacrificed and portions of heart, liver, spleen, lung, thigh, kidney, stomach, intestine, brain, sternum, and vertebral column were embedded in paraffin, sectioned, and stained with haematoxylin-eosin and Giemsa colophonium. Pathology was encountered in the first five tissues cited above. The subcutaneous, periosteal, interstitial, and peribronchial connective tissues, and later the muscle cells of the heart, were heavily parasitized by amastigotes and trypomastigotes. The possible reasons for the decrease in tissue parasitosis at the same time that the parasitemia is reaching its peak, and for the low level of inflammation in the parasitized tissues, are discussed. The observations of other workers, as well as the results described here, indicate that certain strains of T. rangeli under certain conditions may well cause pathological alterations in mammals.

Hepatobiliary alterations in massive biliary ascariasis: histopathological aspects of an autopsy case

Hepatobiliary alterations found in an autopsy case of massive Biliary Ascariasis, are reported on histological grounds. Severe cholangitis was the main finding, but other changes were also detected, such as pyloric and intestinal metaplasia, hyperplasia of the epithelial lining, with intraductal papillomas and adenomatous proliferation. Remnants of the worm were observed tightly adhered to the epithelium, forming microscopic intrahepatic calculi. Mucopolysaccharides, especially acid, showed to be strongly positive on the luminal border, and in proliferated glands around the ducts. The authors discuss the similarity between such findings and Oriental Cholangiohepatitis, and suggest that inflammation and the presence of the parasitic remnants are responsible for the hyperplastic and metaplastic changes, similarly with what occurs in chlonorchiasis, fascioliasis and schistosomiasis.

Oogram studies in mice infected with Schistosoma mansoni and treated with dexamethasone

Mice infected with about 90 cercariae of Schistosoma mansoni (LE strain) were treated during five consecutive days with dexamethasone (50 mg/Kg, subcutaneously), starting on the 42th day of infection. Groups of five mice were then daily sacrificed from the first day after onset of treatment until the first day after. The perfusion of the portal system was performed and a piece of the intestine was processed for qualitative and quantitative oograms. This treatment carries to larger numbers of eggs in the tissues of treated mice, when compared with untreated groups. No changes were observed in the kinetics of oviposition, as all stages of viable eggs were observed in the tissues of treated and control mice. These data reinforce the hypothesis of a partial blockade of the egg excretion in immunossupressed mice.

Sensibilidade à insulina pós-prandial: mecanismos fisiológicos e de activação e fisiopatologia na obesidade

RESUMO A acção hipoglicemiante da insulina é máxima no estado pós-prandial e depende da substância hepática sensibilizadora da insulina (HISS). Esta dissertação visa o estudo do mecanismo de acção da insulina no estado pós-prandial e em particular da via dependente da HISS, em modelos animais fisiológicos e patológicos (obesidade e diabetes mellitus tipo 2). Avaliaram-se diferentes tipos de refeição quanto ao seu efeito potenciador da acção da insulina, em ratos Sprague-Dawley (modelo fisiológico). A administração intragástrica de glícidos não afecta a acção da insulina, mas a refeição mista (lípidos, glícidos e proteínas), promove a sensibilização para a acção da insulina, através de um processo que parece ser iniciado no intestino e envolve a activação da via da HISS. Nos estudos de obesidade, o primeiro modelo utilizado foi o rato alimentado com dieta hiperlipídica (HFD), no qual se observou uma insulinorresistência pós-prandial devida quase exclusivamente à perda de acção da HISS, que se correlaciona com a adiposidade (corporal e abdominal) e parece ser devida à diminuição da sua síntese. O segundo modelo de obesidade usado foi o rato Zucker obeso (OZR), modelo genético que apresenta uma diminuição idêntica de ambas as componentes de acção da insulina (dependente e independente da HISS). A alteração na via da HISS parece localizar-se a jusante da sua síntese, sugerindo que um ou vários pontos comuns entre as vias de sinalização intracelular da HISS e da insulina per se estão alterados, resultando num diminuto aporte de glucose. No OZR, a acção da HISS não se altera com a idade, apresentando-se baixa também às 52 semanas de idade. Em ratos não obesos (LZR), a acção da HISS diminui entre as 9 e 52 semanas, sendo acompanhada por um decréscimo menos acentuado, embora significativo, da acção da insulina per se. A diminuição da acção da HISS com a idade parece ser a principal causa de insulinorresistência pós-prandial em LZR velhos, não se agravando no OZR. No modelo de diabetes tipo 2 estudado, o rato Zucker diabético (ZDF), também ambas as componentes de acção da insulina estavam diminuídas. No entanto, a alimentação com ração Purina, ligeiramente mais energética e lipídica do que a ração standard, agrava a disfunção da via da HISS nestes animais, sugerindo que a sensibilidade à insulina em ratos ZDF é muito susceptível a factores nutricionais. A via da HISS é essencial para potenciar a acção da insulina do estado de jejum para o pós-prandial e a sua disfunção é em grande medida responsável pela insulinorresistência observada nos modelos animais de obesidade e diabetes estudados. xix SUMMARY Hypoglycemic insulin action is maximal in the postprandial state and depends on the hepatic insulin sensitizing substance (HISS). The present thesis focus on the postprandial insulin action and, in particular, on the HISS-dependent pathway, both in physiological and pathological (obesity and type 2 diabetes mellitus) animal models. Different meals were tested in Sprague-Dawley rats (physiological model) for their capacity to potentiate insulin action. It was observed that intragastric administration of either glucose or sucrose does not affect insulin sensitivity, unlike the mixed meal, composed of lipids carbohydrates and proteins, which significantly potentiated insulin action through a process that seems to be initiated at the intestine and involves activation of the HISS pathway. For the obesity studies, the first of the two obesity models used was the high fat-fed rat (HFD), in which the postprandial insulin resistance was almost exclusively caused by the decrease of HISS action, probably due to the impairment of HISS synthesis. This impairment correlates with both corporal and abdominal adiposity. The second obesity model used was the obese Zucker rat (OZR), a genetic model, which presented a similar impairment of both components of insulin action (HISSdependent and –independent). The modification in HISS pathway in OZR seems to be located downstream from HISS synthesis, that is, at its site of action – the skeletal muscle -, suggesting that one or several points common to both HISS and insulin per se signaling cascades are defective, resulting in a decreased glucose uptake. In OZR, HISS action does not decrease with age and is also low at 52 weeks of age. In non-obese rats (LZR), HISS action decreases from 9 to 52 weeks and it is accompanied by a lower, although significant, impairment of insulin action per se. HISS action impairment with aging seems to be the major cause of insulin resistance in old LZR, whereas insulin resistance is not aggravated in aging OZR. In the type 2 diabetes model, the diabetic Zucker rat (ZDF), both components of insulin action were also equally impaired. However, feeding the animals with Purina rat chow, which is slightly more caloric and more lipidic, induces additional HISS deterioration when compared with the standard lab diet, suggesting that insulin sensitivity in ZDF is very susceptible to nutritional factors. In conclusion, HISS pathway is essential to potentiate insulin action from the fasted to the fed state and its dysfunction is highly responsible for the insulin resistance observed in the obesity and diabetes animal models studied.

Mecanismos biopatológicos da metastização ganglionar no carcinoma gástrico. Implicações para a cirurgia radical

RESUMO A constatação de que o carcinoma gástrico continua a ser a segunda causa de morte por doença oncológica no mundo em geral e em particular em Portugal, assim como a verificação da elevada incidência e letalidade no nosso país, justifica uma particular atenção a esta doença. Apesar de avanços recentes na acção adjuvante e neo-adjuvante de terapêuticas não cirúrgicas, com algumas referências a melhorias na sobrevivência, estas terapêuticas não têm eficácia curativa. Sendo assim, a cirurgia continua a constituir a única esperança de cura no carcinoma gástrico. Em consequência, a correcta selecção da técnica a aplicar, assim como a sua correcta execução, vão ter influência marcante na sobrevivência do doente. Os estudos dos centros oncológicos diferenciados em várias zonas geográficas demonstram que a cirurgia radical, com adequada extensão da gastrectomia e com linfadenectomia alargada permite obter as melhores sobrevivências. O tipo de cirurgia mais praticado nos referidos centros oncológicos diferenciados é a gastrectomia com linfadenectomia D2, ou seja, com excisão da segunda estação ganglionar. Este tipo de cirurgia não aumenta a mortalidade, mas aumenta a morbilidade. No entanto, verifica-se que muitos doentes não desenvolvem metastização que atinja a estação ganglionar de nível 2 e, por outro lado, muitos outros ultrapassam esta estação ganglionar. Ou seja, a linfadenectomia D2 é exagerada para alguns doentes, é necessária e suficiente para muitos, mas pelo contrário, é insuficiente para outros. A questão radica na necessidade de equilíbrio em oferecer a cada doente a cirurgia necessária para obter a melhor sobrevivência, ainda que à custa de maior morbilidade e, por outro lado, conseguir identificar os factores que determinam que alguns doentes não necessitem de ser submetidos a uma terapêutica tão agressiva. Se a primeira questão é eminentemente fisiopatológica e consiste em compreender os mecanismos da metastização ganglionar no carcinoma gástrico, de modo a poder prever a incidência e extensão da metastização ganglionar em cada doente em particular e, assim, adequar a terapêutica. No estudo de 50 doentes, que elaborámos, a interpretação fisiopatológica apoia-se na avaliação de parâmetros aceites como convencionais e de parâmetros oncológicos. Dentro dos parâmetros convencionais estudámos a localização do tumor, a sua dimensão, a classificação de Borrmann, as alterações metabólicas, a gastrina sérica, a citologia peritoneal, a infecção pelo Helicobacter pylori (Hp), a metaplasia intestinal, a classificação de Ming, a classificação de Lauren, a invasão em profundidade da parede gástrica (T), a metastização no “early gastric câncer”, a classificação TNM, o CEA 19.9 e o CA 72.4 séricos. Para identificar quais os marcadores oncobiológicos mais adequados, efectuámos uma revisão da literatura relativamente a: Ki-67, p53, caderina-E, ERBB2, Instabilidade de Microssatélites, MUC 1, Sialil Tn e Sialil Lewis X. De acordo com os resultados referidos na literatura, seleccionámos para estudo os seguintes marcadores: Ki-67, p53, caderina-E, ERBB2 e Instabilidade de Microssatélites. Relacionámos todos estes parâmetros com a metastização ganglionar, nos aspectos de frequência da metastização, número de gânglios metastizados (classificação N da UICC) e metastização das cadeias ganglionares distais (classificação N japonesa). No que se refere à execução do programa cirúrgico, foram obtidos níveis de radicalidade semelhantes ou superiores aos referidos na literatura internacional, com frequência de complicações ao nível da referida na literatura europeia. No que se refere ao estudo dos factores de metastização ganglionar verificámos que os parâmetros que apresentam maior relação com a frequência da metastização são: a dimensão ≥ 5 cm; a profundidade de invasão da parede (T) atingindo as camadas profundas; o tipo infiltrativo na classificação de Borrmann; a expressão de Ki-67 > 75%; a expressão de p53 positiva; a expressão de caderina-E anormal; a associação de Ki-67 ≥ 50% + caderina-E anormal + p53 positiva; a associação de dimensão ≥ 5 cm + p53 positiva; a associação de T3/T4 + p53 positiva; a presença de marcadores tumorais elevados. A ausência de metastização ganglionar ou metastização limitada à primeira estação ganglionar, em que é suficiente uma cirurgia conservadora de tipo D1, relaciona-se com a dimensão < 5 cm; a invasão em profundidade da parede (T) limitada às camadas superficiais; a ausência de expressão de p53; a ausência de níveis elevados de marcadores tumorais. Recorrendo ao estudo dos quatro parâmetros que podem ser determinados no pré-operatório – dimensão, invasão em profundidade, expressão de p53 e marcadores tumorais convencionais foi possível identificar 75% dos tumores N0 e 50% do conjunto dos tumores N0 + N1, ou seja, os tumores que não carecem de linfadenectomia alargada. Estudando a dimensão, a presença de Hp, a invasão em profundidade, os níveis elevados de marcadores tumorais, a expressão de p53, Ki-67, de Caderina-E e de Instabilidade de Microssatélites foi possível caracterizar os tumores que envolvem maior risco de invadir as cadeias ganglionares distais e que, portanto, carecem de linfadenectomia alargada. Verifica-se assim que, com esta metodologia, é possível identificar uma percentagem significativa dos casos que não carecem de linfadenectomia alargada assim como daqueles que necessitam deste tipo de cirurgia.

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.