Modelos de resposta à interação entre fármacos anestésicos : análise de regressão e análise de Clusters

Os avanços tecnológicos e científicos, na área da saúde, têm vindo a aliar áreas como a Medicina e a Matemática, cabendo à ciência adequar de forma mais eficaz os meios de investigação, diagnóstico, monitorização e terapêutica. Os métodos desenvolvidos e os estudos apresentados nesta dissertação resultam da necessidade de encontrar respostas e soluções para os diferentes desafios identificados na área da anestesia. A índole destes problemas conduz, necessariamente, à aplicação, adaptação e conjugação de diferentes métodos e modelos das diversas áreas da matemática. A capacidade para induzir a anestesia em pacientes, de forma segura e confiável, conduz a uma enorme variedade de situações que devem ser levadas em conta, exigindo, por isso, intensivos estudos. Assim, métodos e modelos de previsão, que permitam uma melhor personalização da dosagem a administrar ao paciente e por monitorizar, o efeito induzido pela administração de cada fármaco, com sinais mais fiáveis, são fundamentais para a investigação e progresso neste campo. Neste contexto, com o objetivo de clarificar a utilização em estudos na área da anestesia de um ajustado tratamento estatístico, proponho-me abordar diferentes análises estatísticas para desenvolver um modelo de previsão sobre a resposta cerebral a dois fármacos durante sedação. Dados obtidos de voluntários serão utilizados para estudar a interação farmacodinâmica entre dois fármacos anestésicos. Numa primeira fase são explorados modelos de regressão lineares que permitam modelar o efeito dos fármacos no sinal cerebral BIS (índice bispectral do EEG – indicador da profundidade de anestesia); ou seja estimar o efeito que as concentrações de fármacos têm na depressão do eletroencefalograma (avaliada pelo BIS). Na segunda fase deste trabalho, pretende-se a identificação de diferentes interações com Análise de Clusters bem como a validação do respetivo modelo com Análise Discriminante, identificando grupos homogéneos na amostra obtida através das técnicas de agrupamento. O número de grupos existentes na amostra foi, numa fase exploratória, obtido pelas técnicas de agrupamento hierárquicas, e a caracterização dos grupos identificados foi obtida pelas técnicas de agrupamento k-means. A reprodutibilidade dos modelos de agrupamento obtidos foi testada através da análise discriminante. As principais conclusões apontam que o teste de significância da equação de Regressão Linear indicou que o modelo é altamente significativo. As variáveis propofol e remifentanil influenciam significativamente o BIS e o modelo melhora com a inclusão do remifentanil. Este trabalho demonstra ainda ser possível construir um modelo que permite agrupar as concentrações dos fármacos, com base no efeito no sinal cerebral BIS, com o apoio de técnicas de agrupamento e discriminantes. Os resultados desmontram claramente a interacção farmacodinâmica dos dois fármacos, quando analisamos o Cluster 1 e o Cluster 3. Para concentrações semelhantes de propofol o efeito no BIS é claramente diferente dependendo da grandeza da concentração de remifentanil. Em suma, o estudo demostra claramente, que quando o remifentanil é administrado com o propofol (um hipnótico) o efeito deste último é potenciado, levando o sinal BIS a valores bastante baixos.

Polimorfismos genéticos no gene XRCC3 e dano no DNA em trabalhadores expostos ocupacionalmente a formaldeído

A exposição a formaldeído (FA), classificado como cancerígeno pela International Agency for Cancer Research (IARC), está epidemiologicamente associada a cancro e a alterações nucleares detectáveis pelo ensaio dos micronúcleos por bloqueio da citocinese (CBMN). Este método permite determinar vários marcadores de genotoxicidade, nomeadamente micronúcleos – biomarcadores de quebra ou perda de cromossomas; pontes nucleoplásmicas – biomarcador de re-arranjo cromossómico, pouca reparação e fusão de telómeros e, protusões nucleares – biomarcador de DNA amplificado. O gene X-ray repair cross-complementing group 3 (XRCC3) está envolvido na reparação de ligações cruzadas na recombinação de homólogos e quebras na cadeia dupla de DNA. Foi reportado pelo menos um polimorfismo no gene, o Thr241Met que tem sido associado a um aumento do dnao no DNA em vários estudos.

Effects of physical exercise training in DNA damage and repair - could the difference be in hOGG1 Ser326Cys polymorphism?

Acute physical exercise is associated with increased oxygen consumption, which could result in an increased formation of reactive oxygen species (ROS). ROS can react with several organic structures, namely DNA, causing strand breaks and a variety of modified bases in DNA. Physical exercise training seems to decrease the incidence of oxidative stress-associated diseases, and is considered as a key component of a healthy lifestyle. This is a result of exercise-induced adaptation, which has been associated with the possible increase in antioxidant activity and in oxidative damage repair enzymes, leading to an improved physiological function and enhanced resistance to oxidative stress (Radak et al. 2008). Human 8-oxoguanine DNA glycosylase 1 (hOGG1) is involved in the base excision repair (BER) pathway and encodes an enzyme responsible for removing the most common product of oxidative damage in DNA, 8-hydroxyguanine (8-OH-G). The genetic polymorphism of hOGG1 at codon 326 results in a serine (Ser) to cysteine (Cys) amino acid substitution (Ser326Cys). It has been suggested that the carriers of at least one hOGG1Cys variant allele exhibit lower 8-OH-G excision activity than the wild-type (Wilson et al. 2011). The aim of this study was to investigate the possible influence of hOGG1 Ser326Cys polymorphism on DNA damage and repair activity in response to 16 weeks of combined physical exercise training, in thirty healthy Caucasian men. Comet assay was carried out using peripheral blood lymphocytes and enabled the evaluation of DNA damage, both strand breaks and FPG-sensitive sites, and DNA repair activity. Genotypes were determined by PCR-RFLP analysis. The subjects with Ser/Ser genotype were considered as wild-type group (n=20), Ser/Cys and Cys/Cys genotype were analyzed together as mutant group (n=10). Regarding differences between pre and post-training in the wild-type group, the results showed a significant decrease in DNA strand breaks (DNA SBs) (p=0.002) and also in FPG-sensitive sites (p=0.017). No significant differences were observed in weight (p=0.389) and in lipid peroxidation (MDA) (p=0.102). A significant increase in total antioxidant capacity (evaluated by ABTS) was observed (p=0.010). Regarding mutant group, the results showed a significant decrease in DNA SBs (p=0.008) and in weight (p=0.028). No significant differences were observed in FPG-sensitive sites (p=0.916), in ABTS (p=0.074) and in MDA (p=0.086). No significant changes in DNA repair activity were observed in both genotype groups. This preliminary study suggests the possibility of different responses in DNA damage to physical exercise training, considering the hOGG1 Ser326Cys polymorphism.

Interação flebotomíneos, animais domésticos e dominância de Lutzomyia (Nyssomyia) intermedia (Lutz & Neiva, 1912) em área com alto grau de antropia, no Sul do Brasil

Relatam-se os resultados de coletas de flebotomíneos em área com elevado grau de antropia, no Município de São Jorge do Ivaí, Estado do Paraná, Brasil. A espécie predominante foi Lutzomyia (Nyssomyia) intermedia (Lutz & Neiva, 1912). Verificou-se que o número de flebotomíneos diminuiu sensivelmente em duas residências com o deslocamento de uma pocilga, à distância de 100 metros das residências, e a desobstrução do porão de uma das residências.

Implicações da agregação espacial de parasitas para a dinâmica populacional na interação hospedeiro-parasita

São discutidos aspectos relacionados ao padrão comumente observado de distribuição agregada de parasitas na população-hospedeira. Geralmente observa-se que a maioria dos hospedeiros alberga poucos parasitas, enquanto que poucos hospedeiros albergam a maior proporção dos parasitas. Assim sendo, são analisados fatores que podem influenciar o padrão de distribuição dos parasitas, a relação entre o nível de agregação dos parasitas e a prevalência de infecção, além da variação nesse nível de agregação em função da idade do hospedeiro. Também são considerados fatores que determinam a diversidade de espécies em comunidades de parasitas, os diferentes tipos de competição entre os parasitas e sua relação com o controle biológico. Finalmente são discutidos processos biológicos considerados como de estabilização e de instabilidade sobre o comportamento dinâmico de interações hospedeiro-parasita.

Doenças mitocondriais: síndrome da depleção do mtDNA

As citopatias mitocondriais constituem um importante grupo de doenças metabólicas de expressão clínica heterogénea, para as quais não existe uma terapia eficaz. A maioria destas doenças é causada por uma disfunção ao nível da fosforilação oxidativa (OXPHOS), originando consequentemente uma deficiente produção de energia. O correto funcionamento da OXPHOS resulta de uma interação coordenada entre o genoma nuclear e mitocondrial. Assim, as doenças mitocondriais podem ser causadas por defeitos moleculares no genoma mitocondrial, no nuclear, ou em ambos, originando as doenças da comunicação intergenómica, que resultam na perda ou na instabilidade do DNA mitocondrial (mtDNA), e podem causar quer deleções múltiplas, quer depleção do genoma mitocondrial. A síndrome da depleção do mtDNA constitui um grupo de doenças raras, autossómicas recessivas, que se manifestam maioritariamente após o nascimento, causando a morte de muitos doentes durante a infância ou início da adolescência devido a uma redução acentuada do número de cópias do mtDNA. Trata-se de uma síndrome fenotipicamente heterogénea, apresentando-se sob três apresentações clínicas: hepatocerebral, miopática e encefalomiopática. A caracterização molecular destes doentes é importante não só para permitir a realização de aconselhamento genético e diagnóstico pré-natal adequados, mas também para melhorar a compreensão da fisiopatologia da doença e as opções terapêuticas.

Momentos de interação em que as emoções se aprendem : estudo exploratório sobre a prestação materna e infantil em jogo livre

Numa amostra com 99 díades mãe-filho (sem condições evidentes de risco), tendo os bebês entre 3 e 6 meses, analisamos breves sequências de jogo livre. Pretendíamos estudar a interacção mãe-filho num registo próximo do dia a dia. Para o efeito, avaliamos: a expressão facial, expressão vocal, posicionamento e manipulação, expressão afetiva, reciprocidade, directividade e jogo proporcionados pelas mães. Nos bebês observamos as respostas faciais, vocais, afectivas, a capacidade de responder reciprocamente e comportamento em jogo. Os resultados indicam que os comportamentos maternos muito sensíveis e adequados e os seus opostos – muito desajustados – são minoritários. De fato, a maioria das mães combina sensibilidade com alguma intrusão. A generalidade das crianças apresenta receptividade às solicitações maternas, mas não são raros os comportamentos difíceis e de resistência. A sensibilidade materna e a cooperação infantil apresentaram uma forte associação. Por fim, verificamos que os comportamentos maternos e infantis foram afectados pelo sexo da criança, pela educação e pelas idades maternas e o nível socioeconômico das famílias

Dissecting the role of CLASP1 in the mammalian development

A mitose é o evento celular, através do qual uma células transmite uma cópias do seu DNA às células filhas. Este processo é mediado pelo fuso mitótico, o qual consiste numa rede bipolar microtubulos. A dinâmica dos microtubulos é regulada por proteínas associadas a estes (MAPs – Microtubule-Associated Proteins), tais como as proteínas associadas às extremidades positivas dos microtubulos (+TIPs – Plus-ends Tracking proteins). As proteínas associadas às CLIPs (CLASPs – CLIP-associated proteins) pertencem a esta família e estão altamente conservadas nos eucariotas. Estas interagem com os microtubulos regulando o fuso mitótico, a segregação dos cromossomas e o comportamento dos microtubulos ao nível do cinetocoro. Assim, as CLASPs têm sido descritas como essenciais à manutenção da integridade genética durante a divisão celular. Um modelo animal knockout para o gene Clasp1 é uma ferramenta indispensável à descoberta do papel da CLASP1 a nível fisiológico. Nos animais knockout foi observado um fenótipo letal, no qual 100% dos recém-nascidos morreram poucos minutos após o nascimento, no decurso de falência respiratória. Após análise histopatológica, observamos que os pulmões dos animais knockout apresentam um atraso no desenvolvimento. Porém, a análise da expressão de marcadores de diferenciação celular, mostrou que os pneumócitos tipo I e II estão presente e diferenciados nos animais knockout aquando do seu nascimento. No entanto, um defeito primário a nível pulmonar ainda não pode ser excluído. Níveis elevados de glicogénio no parênquima alveolar dos animais knockout sugerem imaturidade pulmonar ou deficiente produção do líquido surfactante. Adicionalmente, ainda não está esclarecido de que forma pode este atraso explicar a letalidade observada nos recémnascidos knockout. Verificamos também que expressão de CLASP1 é transiente ao longo do desenvolvimento, sendo particularmente elevada no cérebro, o que pode explicar o seu papel já descrito na biologia dos neurónios. A CLASP1 é ubiquamente expressa em mamíferos adultos, o que sugere que esta proteína é também importante em tecidos diferenciados. Nesta fase, o significado biológico da CLASP1 em mamíferos ainda não foi descortinado. No entanto, nenhum animal knockout para Clasp1 foi capaz de sobreviver ex uterus, o que sugere um papel fundamental desta proteína na fase final do desenvolvimento dos mamíferos.

Um jogo a dois : Interação mãe-bebé e auto-regulação infantil

O objetivo do presente estudo exploratório é estudar a relação entre a qualidade da relação mãe-bebé e o comportamento regulatório do bebé aos 3 meses de vida. Adicionalmente, é propósito do presente trabalho averiguar a influência dos fatores demográficos nesta relação mãe-filho(a), na auto-regulação e na interações destes dois fatores. Para o efeito, foi selecionada aleatoriamente uma sub-amostra de 13 casos (de uma amostra de 90 casos), sem fatores assinaláveis de risco. A seleção da amostra tal como a posterior recolha de dados foram realizadas no Hospital de Santa Maria. A relação mãe-bebé foi estudada e filmada em situação de jogo livre e os filmes cotados com a escala CARE-Index. A capacidade de auto-regulação do bebé foi estudada e filmada na situação experimental Face to Face Still-Face e os filmes foram cotados segundo a segundo, utilizando as escalas IRSS e MRSS. Quando avaliámos a qualidade diádica, sendo esta uma amostra sem fatores assinaláveis de risco, encontramos 7 díades em risco moderado, sendo este um resultado inesperado e que independentemente do tamanho da amostra poderá ser um alerta. Nesta pequena amostra foi possível encontrar associações entre os comportamentos infantis e maternos e os indicadores demográficos. Com efeito, a idade materna esteve positivamente correlacionada com o comportamento defensivo do bebé. Do lado dos pais, a idade paterna esteve positivamente correlacionada com a cooperação infantil e com a qualidade diádica (pais mais velhos serão mais pacientes?). A passividade infantil esteve negativamente correlacionada com a escolaridade materna ou com a sensibilidade materna. Por fim, os dados indicam diferenças entre géneros (coincidentemente com investigações anteriores), i.e., os rapazes apresentam mais comportamentos negativos no episódio de Still-Face e as raparigas exibem mais comportamentos de autoconforto sugerindo maior resiliência comparativamente aos rapazes. Relativamente à auto-regulação infanti, o efeito Still-Face foi verificado através do aumento significativo dos comportamentos negativos e de autoconforto por parte dos bebés aquando da inexpressividade da mãe (segundo episódio). O resultado mais interessante deste trabalho, foi a distinção de três tipos de auto-regulação: i) Instável ansioso ou negativo sem recuperação, ii) negativo com recuperação e iii) positivo. Este resultado associado a recentes pesquisas abre a discussão sobre a formação de padrões de comportamento em idades tão precoces.

DNA interaction and cytotoxicity studies of new ruthenium(II) cyclopentadienyl derivative complexescontaining heteroaromatic ligands

Four ruthenium(II) complexes with the formula [Ru(eta(5)-C(5)H(5))(PP)L][CF(3)SO(3)], being (PP = two triphenylphosphine molecules), L = 1-benzylimidazole, 1; (PP = two triphenylphosphine molecules), L = 2,2'bipyridine, 2; (PP = two triphenylphosphine molecules), L = 4-Methylpyridine, 3; (PP = 1,2-bis(diphenylphosphine) ethane), L = 4-Methylpyridine, 4, were prepared, in view to evaluate their potentialities as antitumor agents. The compounds were completely characterized by NMR spectroscopy and their crystal and molecular structures were determined by X-ray diffraction. Electrochemical studies were carried out giving for all the compounds quasi-reversible processes. The images obtained by atomic force microscopy (AFM) suggest interaction with pBR322 plasmid DNA. Measurements of the viscosity of solutions of free DNA and DNA incubated with different concentrations of the compounds confirmed this interaction. The cytotoxicity of compounds 1234 was much higher than that of cisplatin against human leukemia cancer cells (HL-60 cells). IC(50) values for all the compounds are in the range of submicromolar amounts. Apoptotic death percentage was also studied resulting similar than that of cisplatin. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Entropy analysis of DNA code dynamics in human chromosomes

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the most fundamental aspect of life but present day scientific knowledge has merely scratched the surface of the problem posed by its decoding. While experimental methods provide insightful clues, the adoption of analysis tools supported by the formalism of mathematics will lead to a systematic and solid build-up of knowledge. This paper studies human DNA from the perspective of system dynamics. By associating entropy and the Fourier transform, several global properties of the code are revealed. The fractional order characteristics emerge as a natural consequence of the information content. These properties constitute a small piece of scientific knowledge that will support further efforts towards the final aim of establishing a comprehensive theory of the phenomena involved in life.

Shannon, rényie and tsallis entropy analysis of DNA using phase plane

This paper analyzes DNA information using entropy and phase plane concepts. First, the DNA code is converted into a numerical format by means of histograms that capture DNA sequence length ranging from one up to ten bases. This strategy measures dynamical evolutions from 4 up to 410 signal states. The resulting histograms are analyzed using three distinct entropy formulations namely the Shannon, Rényie and Tsallis definitions. Charts of entropy versus sequence length are applied to a set of twenty four species, characterizing 486 chromosomes. The information is synthesized and visualized by adapting phase plane concepts leading to a categorical representation of chromosomes and species.

Fractional dynamics in DNA

This paper addresses the DNA code analysis in the perspective of dynamics and fractional calculus. Several mathematical tools are selected to establish a quantitative method without distorting the alphabet represented by the sequence of DNA bases. The association of Gray code, Fourier transform and fractional calculus leads to a categorical representation of species and chromosomes.

Wavelet analysis of human DNA

This paper studies the human DNA in the perspective of signal processing. Six wavelets are tested for analyzing the information content of the human DNA. By adopting real Shannon wavelet several fundamental properties of the code are revealed. A quantitative comparison of the chromosomes and visualization through multidimensional and dendograms is developed.

Histogram-based DNA analysis for the visualization of chromosome, genome and species information

We describe a novel approach to explore DNA nucleotide sequence data, aiming to produce high-level categorical and structural information about the underlying chromosomes, genomes and species. The article starts by analyzing chromosomal data through histograms using fixed length DNA sequences. After creating the DNA-related histograms, a correlation between pairs of histograms is computed, producing a global correlation matrix. These data are then used as input to several data processing methods for information extraction and tabular/graphical output generation. A set of 18 species is processed and the extensive results reveal that the proposed method is able to generate significant and diversified outputs, in good accordance with current scientific knowledge in domains such as genomics and phylogenetics.