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O modelo matemático novo pode ajudar a prever o risco da anemia

Uma colaboração entre um médico-pesquisador no Hospital Geral de Massachusetts (MGH) e um matemático da Universidade de Harvard conduziu à revelação de um modelo matemático que reflete como os glóbulos vermelhos mudam em tamanho e índice da hemoglobina durante seu tempo de quatro meses. Em seu relatório publicado em linha na edição adiantada de PNAS, no John Higgins, no centro da DM, do MGH para a biologia de sistemas e o departamento da patologia, e no L. Mahadevan, PhD, escola de Harvard da engenharia e ciências aplicadas (MARES), igualmente descreva como seu modelo pode ser usado para fornecer a informação clínica valiosa.

“Este estudo descreve uma maneira prometedora de prever quem é provável se tornar anémico antes que faça realmente, e está baseado nos testes executados rotineiramente nos hospitais,” diz Higgins. “Mais geralmente, nós encontramos que um tipo de análise matemática de uso geral na física pode ser aplicado aos dados clínicos e descobrir os detalhes novos de fisiologia humana que podem ajudar a melhorar o diagnóstico.”

Mahadevan adiciona, “nós mostra que é possível usar modelos mínimos para comprimir a informações disponíveis em dados clínicos existentes em alguns parâmetros, que podem então servir como uma base quantitativa para comparar características através da toda a população.” É igualmente um membro do departamento de Universidade de Harvard de Organismic e biologia evolutiva e o instituto de Wyss para a engenharia biològica inspirada.

Em adultos saudáveis, ao redor 250 bilhão glóbulos vermelhos oxigênio-levando (RBCs) são liberados da medula cada dia, e um número similar é cancelado da circulação sanguínea. Quando for sabido muito sobre como estas pilhas se tornam inicialmente das células estaminais do sangue-sistema, menos é sabido muito sobre como os RBC se amadurecem e são destruídos eventualmente. Os estudos recentes revelaram que os RBC muito novos, que são maiores e têm uns níveis mais altos da hemoglobina do que pilhas maduras, experimentam uma perda rápida em tamanho e o índice da hemoglobina durante seus dias primeiros. Como as pilhas amadureça-se, continuam a perder o volume e a hemoglobina, mas em umas taxas significativamente mais lentas.

Para o estudo actual, os investigador trabalharam para desenvolver uma descrição matemática relativamente simples de como o volume e o índice da hemoglobina do RBC médio mudam ao longo do tempo. Partindo das características conhecidas de pilhas novas e maduras, desenvolveram equações esse aproximado como as pilhas novas são transformadas em pilhas maduras. Após ter construído seu modelo com dados dos indivíduos saudáveis, descobriram que os dados dos pacientes com três tipos de anemia correspondem aos valores de parâmetro diferentes no modelo.

Por exemplo, parece que os RBC dos indivíduos saudáveis estão cancelados da circulação sanguínea antes que encolham além de um tamanho específico. Mas nos pacientes com anemia suave da ferro-deficiência ou uma condição genética chamou o traço do thalassemia, RBC continuam a encolher após o ponto inicial do afastamento para pilhas saudáveis. Procurando uma população crescente de RBC pequenos em amostras de sangue dos indivíduos que tiveram uma análise de sangue normal e foram então sobre desenvolver mais tarde a anemia da ferro-deficiência 30 a 90 dias, os investigador podiam prever a revelação da anemia da ferro-deficiência.

“Procurar o deslocamento inicial deste ponto inicial pode permitir que nós identifiquem uma anemia tornando-se significativamente mais cedo do que nós podemos agora,” Higgins diz. “A anemia inexplicado da ferro-deficiência nos adultos é frequentemente um sinal de uma desordem muito mais séria. Um estudo mostrou que 11 por cento daqueles com a anemia da ferro-deficiência não causada pelo sangramento óbvio realmente tiveram o cancro do cólon. Nos casos goste daqueles, diagnosticando a anemia que 90 dias mais cedo seria comparáveis a diagnosticar o cancro subjacente 90 dias mais logo.”

Um professor adjunto da biologia de sistemas na Faculdade de Medicina de Harvard, Higgins nota que a experiência Mahadevan trazido a sua colaboração era inestimável. “Há muito poucos cientistas matematicamente sofisticados que são tão conhecedors sobre a biomedicina quanto Mahadevan, e sua curiosidade ilimitada permite-o ou mesmo obriga- de compreender todos os aspectos necessários do sistema biológico. Mostrou repetidamente como a matemática complexa pode conduzir aos modelos intuitivos simples de fenômenos biológicos, e é estes modelos simples que avançam verdadeiramente nossa compreensão.”

Mahadevan, de Valpine Professor de matemática aplicada nos MARES de Harvard e um professor de Organismic e biologia evolutiva, diz, “trazer dados clínicos, experiência matemática e computacional e cultura científica junto para carregar nos problemas conectados à prática de medicina é precisamente o que é necessário trazer a medicina para se transformar um assunto quantitativo finamente ajustado. A combinação rara de John de conhecimento, os talentos e o entusiasmo são um exemplo maravilhoso desta aproximação.”