Contribuições para uma melhor compreensão do Ensino Superior das Artes Visuais, na União Europeia

Dissertação de Doutoramento em Teoria Curricular e Metodologias de Ensino.

Uma aplicação Web para apoio a laboratórios remotos reconfiguráveis baseados na norma IEEE 1451.0

Nos últimos anos, o processo de ensino e aprendizagem tem sofrido significativas alterações graças ao aparecimento da Internet. Novas ferramentas para apoio ao ensino têm surgido, nas quais se destacam os laboratórios remotos. Atualmente, muitas instituições de ensino disponibilizam laboratórios remotos nos seus cursos, que permitem, a professores e alunos, a realização de experiências reais através da Internet. Estes são implementados por diferentes arquiteturas e infraestruturas, suportados por vários módulos de laboratório acessíveis remotamente (e.g. instrumentos de medição). No entanto, a sua inclusão no ensino é ainda deficitária, devido: i) à falta de meios e competências técnicas das instituições de ensino para os desenvolverem, ii) à dificuldade na partilha dos módulos de laboratório por diferentes infraestruturas e, iii) à reduzida capacidade de os reconfigurar com esses módulos. Para ultrapassar estas limitações, foi idealizado e desenvolvido no âmbito de um trabalho de doutoramento [1] um protótipo, cuja arquitetura é baseada na norma IEEE 1451.0 e na tecnologia de FPGAs. Para além de garantir o desenvolvimento e o acesso de forma normalizada a um laboratório remoto, este protótipo promove ainda a partilha de módulos de laboratório por diferentes infraestruturas. Nesse trabalho explorou-se a capacidade de reconfiguração de FPGAs para embutir na infraestrutura do laboratório vários módulos, todos descritos em ficheiros, utilizando linguagens de descrição de hardware estruturados de acordo com a norma IEEE 1451.0. A definição desses módulos obriga à criação de estruturas de dados binárias (Transducer Electronic Data Sheets, TEDSs), bem como de outros ficheiros que possibilitam a sua interligação com a infraestrutura do laboratório. No entanto, a criação destes ficheiros é bastante complexa, uma vez que exige a realização de vários cálculos e conversões. Tendo em consideração essa mesma complexidade, esta dissertação descreve o desenvolvimento de uma aplicação Web para leitura e escrita dos TEDSs. Para além de um estudo sobre os laboratórios remotos, é efetuada uma descrição da norma IEEE 1451.0, com particular atenção para a sua arquitetura e para a estrutura dos diferentes TEDSs. Com o objetivo de enquadrar a aplicação desenvolvida, efetua-se ainda uma breve apresentação de um protótipo de um laboratório remoto reconfigurável, cuja reconfiguração é apoiada por esta aplicação. Por fim, é descrita a verificação da aplicação Web, de forma a tirar conclusões sobre o seu contributo para a simplificação dessa reconfiguração.

Seroprevalência da Brucelose nos últimos cinco anos na Unidade Local de Saúde do Alto-Minho

A brucelose é uma zoonose com elevada importância, causada por bactérias gram-negativas que são altamente patogénicas para uma grande variedade de animais e humanos. Existem zonas endémicas onde esta se prolifera com mais facilidade. Neste estudo os dados são relativos ao distrito de Viana do Castelo, os dados são recolhidas da base de dados da Unidade Local de Saúde do Alto-Minho, uma zona não considerada endémica. Os animais infetados são a principal fonte de contaminação e dispersão da brucelose, é necessário uma reduzida carga bacteriana para ocorrer a infeção. Trata-se de uma doença que está longe de ser erradicada, impondo-se tomar medidas preventivas em relação à contaminação. Os testes usados na sua deteção podem ser alterados e melhorados de acordo com o estádio da doença. Na ULSAM são usados o teste de Wright e eventualmente a pesquisa microbiológica da bactéria Brucella. É pertinente saber o número de testes positivos que ocorrem por ano, se existe alguma sazonalidade relacionada com a doença, assim como, relacionar os parâmetros bioquímicos com um teste de Wright positivo. Os dados foram recolhidos entre o ano 2009-2013 com um número total de testes de 1035, dos quais o número total de positivos para o teste são 102, mas apenas trinta são positivos com significância. Os dados foram recolhidos através do programa Clinidata utilizado como base de armazenamento de dados da ULSAM e foram tratados estatisticamente com o programa SPSS juntamente com o Excel. Este estudo permitiu concluir que o número de casos em 2009 e 2010 era superior aos restantes anos, o que descreve uma tendência para diminuição do número de casos de brucelose atualmente no distrito de Viana do Castelo. Em relação a sazonalidade, os meses que apresentam uma percentagem superior a 50% em relação seroprevalência são os meses de Junho, Novembro e Dezembro. Os resultados revelam como declarado pela Organização Mundial de Saúde que o Distrito de Viana do Castelo não é uma zona endémica. Através da análise estatística foi possível concluir que um dos parâmetros bioquímicos, neste caso o número de leucócitos, poderá estar diretamente relacionado com um teste de Wright positivo, uma vez que, 37% da amostra de testes positivos revelam leucopenia.

Projecto e ensaio de um motor de indução em disco com armadura supercondutora

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Acta Pediátrica Portuguesa

Introdução e Objectivos: As infeções respiratórias agudas são a principal causa de mortalidade e morbilidade em crianças até aos 3 anos, em parte devido às características anatómicas e fisiológicas próprias desta faixa etária mas também muito por conta dos factores de risco a que são expostas A promoção de saúde assume assim vital importância no que concerne a capacitação e empowerment dos cuidadores face a este contexto O objectivo deste estudo foi analisar a influência de uma sessão de educação acerca da prevenção de infeções respiratórias, ministrada a cuidadores de crianças até aos 3 anos, na condição de saúde da criança (nº de infeções respiratórias das vias aéreas superiores (IVAS) e inferiores (IVAI), uso de antibióticos, recurso a serviços de saúde, absentismo das crianças ao infantário e absentismo laboral) metodologia: Estudo quasi-experimental com uma amostra de 57 cuidadores de crianças até aos 3 anos, aprovado pela Comissão de ética da Reitoria da Universidade do Porto Os cuidadores do grupo experimental (GE=35) assistiram a uma sessão de educação acerca da prevenção das infeções respiratórias, desenhada de acordo com as necessidades sentidas dos mesmos Os cuidadores do Grupo de Controlo (GC=22) não assistiram a esta sessão Foi realizado um follow- -up durante 2 meses de Inverno, ao longo do qual os cuidadores de ambos os grupos responderam a um Diário de Registos Online, com uma periodicidade de 15 dias, acerca da condição de saúde das crianças. Resultados: 15 dias após a sessão de educação o GE teve menos IVAS (GE=31% vs GC=64%; p=0,038), menos recurso a serviços de saúde (GE=20% vs GC= 50%; p=0,036) e menos dias totais de absentismo das crianças ao infantário (GE=4 dias vs GC=20 dias; p=0,032), comparativamente com o GC. Após os 2 meses de follow-up ainda se continuaram a verificar diferenças significativas entre os grupos para o recurso a serviços de saúde (GE=25% vs GC= 33%; p=0,039) e verificou-se ausência de IVAI no GE comparativamente ao GC que teve uma incidência de 5% (p=0,035). Conclusões: A sessão de educação acerca da prevenção de infeções respiratórias teve uma influência positiva na diminuição do nº de IVAS e IVAI, no recurso a serviços de saúde e no absentismo das crianças ao infantário.

Controlo de acesso ao meio em redes ad hoc móveis IEEE 802.11

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica, especialidade de Telecomunicações, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Unidade de interação e controlo para uma cadeira de rodas elétrica automática

Num mundo onde cerca de 1% da população necessita de utilizar uma cadeira de rodas para a sua deslocação, a acessibilidade a este tipo de veículo no exterior ainda encontra-se num estado bastante precário. Falta de rampas nos passeios, buracos, caminhos em declive e determinados obstáculos como carros estacionados por cima do passeio, são alguns de muitos exemplos dos desafios que uma pessoa em cadeira de rodas enfrenta quando tenta deslocar-se no exterior, o que faz com que a autonomia e a segurança na condução de uma cadeira de rodas seja bastante reduzida, sendo por muitas vezes necessário recorrer de forma constante à ajuda de terceiros, que, por consequência, reduz a sua, já limitada, liberdade de locomoção. É com base nestes problemas que o projeto RevoChair surgiu. Este projeto consiste no desenvolvimento de um sistema para cadeira de rodas elétrica que permita ao utilizador movimentar-se no exterior automaticamente, sempre que possível, sem ter de se preocupar com os obstáculos a sua volta. Esta tese incide-se concretamente sobre três dos problemas do desenvolvimento deste projeto, a definição das componentes necessárias para a implementação do sistema, a forma como o utilizador interage com o sistema e a forma como os componentes comunicam entre si, tendo como foco a unidade de interação e a unidade de controlo responsável por gerir a comunicação entre os diversos componentes do sistema.

Sistema de visão e laser para percepção em ambientes subaquáticos

A exploração do meio subaquático utilizando visão computacional é ainda um processo complexo. Geralmente são utilizados sistemas de visão baseados em visão stereo, no entanto, esta abordagem apresenta limitações, é pouco precisa e é exigente em termos computacionais quando o meio de operação é o subaquático. Estas limitações surgem principalmente em dois cenários de aplicação: quando existe escassez de iluminação e em operações junto a infraestruturas subaquáticas. Consequentemente, a solução reside na utilização de fontes de informação sensorial alternativas ou complementares ao sistema de visão computacional. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um sistema de percepção subaquático que combina uma câmara e um projetor laser de um feixe em linha, onde o projetor de luz estruturada _e utilizado como fonte de informação. Em qualquer sistema de visão computacional, e ainda mais relevante em sistemas baseados em triangulação, a sua correta calibração toma um papel fulcral para a qualidade das medidas obtidas com o sistema. A calibração do sistema de visão laser foi dividida em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à calibração da câmara, onde são definidos os parâmetros intrínsecos e os parâmetros extrínsecos relativos a este sensor. A segunda etapa define a relação entre a câmara e o laser, sendo esta etapa necessária para a obtenção de imagens tridimensionais. Assim, um dos principais desafios desta dissertação passou por resolver o problema da calibração inerente a este sistema. Desse modo, foi desenvolvida uma ferramenta que requer, pelo menos duas fotos do padrão de xadrez, com perspectivas diferentes. O método proposto foi caracterizado e validado em ambientes secos e subaquáticos. Os resultados obtidos mostram que o sistema _e preciso e os valores de profundidade obtidos apresentam um erro significativamente baixo (inferiores a 1 mm), mesmo com uma base-line (distância entre a centro óptico da câmara e o plano de incidência do laser) reduzida.

Sentido de coerência : ligação materno-fetal e estilo de vida da mulher durante a gravidez

RESUMO - Um dos grandes desafios actuais enfrentados pela Saúde Pública diz respeito ao fardo representado pelas doenças crónicas não transmissíveis enquanto co-responsáveis pela maioria das mortes que ocorrem no mundo, pela significativa e progressiva redução da qualidade de vida e aumento das incapacidades dos indivíduos afectados e por uma fasquia bastante elevada das despesas em saúde. Entretanto, a complexa dinâmica genética, biológica, psicológica, afectiva, sócio-cultural e ambiental que envolve o comportamento humano, tão amplamente relacionado com algumas destas doenças – doenças cardiovasculares, alguns tipos de cancro, obesidade, hipertensão, diabetes e doenças osteo-articulares – impõe o desafio constante da busca de novas e efectivas intervenções em promoção da saúde que influenciem positivamente os estilos de vida dos indivíduos, dos grupos e das comunidades. Sendo o sentido de coerência um traço da personalidade do indivíduo desenvolvido sob a influência directa ou indirecta dos mesmo factores acima referidos, o estabelecimento de uma relação entre este constructo e os comportamentos humanos pode revelar-se promissor para a elaboração de novas intervenções em promoção da saúde. Por sua vez, a gravidez, talvez por influência da ligação materno-fetal, pode representar um ponto de viragem na vida da mulher no que respeita ao sentido de coerência e aos comportamentos de saúde e um bom começo na vida do bebé que irá nascer sob a influência dos mesmos. Com a finalidade de contribuir para a construção de intervenções efectivas em promoção da saúde, através da descoberta de prováveis potencialidades salutogénicas dos constructos referidos – sentido de coerência e ligação materno-fetal –, foi desenvolvido um estudo quantitativo, observacional que teve por objectivos: ampliar o conhecimento sobre as mudanças do sentido de coerência no decorrer da vida, especificamente durante a gravidez; ampliar o conhecimento acerca das relações de alguns factores de natureza sócio-demográfica, psico-afectiva e obstétrica com o sentido de coerência das mulheres grávidas e com a ligação materno-fetal; e identificar possíveis relações entre o sentido de coerência, a ligação materno-fetal e o estilo de vida das mulheres grávidas, este último representado pelos hábitos alimentares, consumo de cafeína, consumo de álcool, hábitos tabágicos, prática regular de actividade física e ganho de peso durante a gravidez. O presente relatório descreve a concepção e os resultados deste estudo, que envolveu a uma amostra de 61 mulheres grávidas que estavam a ser acompanhadas nos serviços de saúde materna dos Centros de Saúde de Carnaxide extensão Linda-a-Velha e de Oeiras, no Distrito de Lisboa, Portugal, entre os meses de Fevereiro e Julho de 2005. Os resultados demonstram que, para a amostra de 61 mulheres grávidas que responderam ao inquérito por questionário de auto-resposta, foram encontradas associações estatisticamente significativas entre o sentido de coerência e a escolaridade e entre o sentido de coerência e a percepção do próprio estado de saúde. Além disso, foi encontrada alguma evidência das associações entre o sentido de coerência e a faixa etária, estado civil e rendimento mensal familiar e foi observada alguma tendência para que as mulheres grávidas com níveis de sentido de coerência mais elevados consumissem menos álcool do que as mulheres grávidas com níveis de sentido de coerência inferiores. Entretanto, as demais associações testadas não foram confirmadas. Relativamente à ligação materno-fetal, foram encontradas, para a amostra de 41 mulheres grávidas que participaram do segundo momento de colheita de dados do estudo, entre a 20ª e a 24ª semanas de gravidez, associações estatisticamente significativas com a escolaridade e o nível de rendimento familiar das mulheres grávidas, não tendo sido confirmadas as demais associações testadas. Embora não tenham sido estatisticamente evidenciadas as relações entre o sentido de coerência e a ligação materno-fetal e entre estes e os comportamentos de saúde, o carácter preliminar destes resultados, devido à subjectividade do processo de selecção não probabilístico da amostra estudada e à reduzida dimensão desta amostra, e a escassez de estudos descritos na literatura fazem com que seja prudente a realização de estudos de follow-up, com amostras de maiores dimensões, aleatórias e representativas da população, para que sejam estabelecidas quaisquer conclusões acerca destas questões.-----------------------------ABSTRACT - One of the greatest challenges faced by Public Health in nowadays is the burden represented by chronic diseases as co-responsible for the majority of deaths that occurs in the world, for the meaningful and progressive reduction of quality of life and increase of disabilities in affected individuals and for an important part of health expenses. However, the complexity of the genetic, biological, psychological, emotional, social, cultural and environmental dynamics that involves human behaviours related to some of these diseases – cardiovascular diseases, some kind of cancers, obesity, hypertension, diabetes and joint and bone diseases – poses the continuous challenge of searching for new and effective interventions of health promotion that positively influence individuals, groups and community lifestyles. Due to the fact that sense of coherence is an individual personality trace directly or indirectly influenced by the same factors listed above, the discovery of a relationship between this construct and human behaviours might be promising to the creation of new health promotion interventions. On the other hand, pregnancy may represent a turn point to the mother’s life and a good start in the baby’s life in relation to sense of coherence and health behaviours and It might occur because of the influence of maternal-fetal attachment. With the purpose of contributing with the creation of effective health promotion interventions through the discovery of probable salutogenic potentials in the referred constructs – sense of coherence and maternal-fetal attachment – , it was developed a quantitative observational study with the following objectives: to increase knowledge about changes in sense of coherence throughout life, specifically during pregnancy; to increase knowledge about the relationship between sense of coherence and maternal-fetal attachment and some social, demographical, psychological, emotional and obstetric factors of pregnant women; to identify probable relationships between sense of coherence, maternal-fetal attachment and pregnant women’s lifestyles, represented by diet habits, caffeine consumption, alcohol consumption, smoking habits, physical activity habits and weigh gain during pregnancy. This report describes the structure and the findings of this study involving a sample of 61 pregnant women who had been followed by health professionals in the mother health services of Carnaxide (Linda-a-Velha unity) and Oeiras Health Centres, in Lisbon, Portugal, between February and July of 2005. The results show that, for the 61 pregnant women who filled the self-reported questionnaire, it was found a statistically significant association between sense of coherence and education level. It was also found some evidence of the associations between sense of coherence and age, marital status and mensal household income and a trend toward pregnant women with higher levels of sense of coherence to drink less alcoholic beverages than pregnant women with lower levels of sense of coherence. However, the others associations tested were not confirmed. Regarding maternal-fetal attachment, it was found, for the sample of 41 women who participated in the second moment of data collection, between the 20th and the 24th week of pregnancy, statistically significant associations with education level and mensal household income. The others associations tested were not confirmed. Although the associations between sense of coherence and maternal-fetal attachment and between these constructs and health behaviours were not confirmed, all findings presented here are considered preliminary because of small dimension of sample and non-probabilistic criteria used for sample selection. What’s more, there are almost no studies described in the literature which could confirm or contradict these findings. Therefore, it is better to be careful and develop follow-up studies, with bigger and representative of population samples, before draw any conclusions about these theme.

Matemática 100 stress: um projeto aberto no IPP

A Era Tecnológica em que nos vemos inseridos, cujos avanços acontecem a uma velocidade vertiginosa exige, por parte das Instituições de Ensino Superior (IES) uma atitude proactiva no sentido de utilização dos muitos recursos disponíveis. Por outro lado, os elementos próprios da sociedade da informação – flexibilidade, formação ao longo da vida, acessibilidade à informação, mobilidade, entre muito outros – atuam como fortes impulsionadores externos para que as IES procurem e analisem novas modalidades formativas. Perante a mobilidade crescente, que se tem revelado massiva, a aprendizagem tende a ser cada vez mais individualizada, visual e prática. A conjugação de várias formas/tipologias de transmissão de conhecimento, de métodos didáticos e mesmo de ambientes e situações de aprendizagem induzem uma melhor adaptação do estudante, que poderá procurar aqueles que melhor vão ao encontro das suas expetativas, isto é, favorecem um processo de ensino-aprendizagem eficiente na perspetiva da forma de aprender de cada um. A definição de políticas estratégicas relacionadas com novas modalidades de ensino/formação tem sido uma preocupação constante na nossa instituição, nomeadamente no domínio do ensino à distância, seja ele e-Learning, b-Learning ou, mais recentemente, “open-Learning”, onde se inserem os MOOC – Massive Open Online Courses (não esquecendo a vertente m-Learning), de acordo com as várias tendências europeias (OECD, 2007) (Comissão Europeia, 2014) e com os objetivos da “Europa 2020”. Neste sentido surge o Projeto Matemática 100 STRESS, integrado no projeto e-IPP | Unidade de e-Learning do Politécnico do Porto que criou a sua plataforma MOOC, abrindo em junho de 2014 o seu primeiro curso – Probabilidades e Combinatória. Pretendemos dar a conhecer este Projeto, e em particular este curso, que envolveu vários docentes de diferentes unidades orgânicas do IPP.

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.

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