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Previous issue date: 2010-02-28 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The study of the mechanisms that set off allergic reactions is being a subject of great scientific interest. Anaphylaxis, severe systemic allergic reaction, occupies a prominence place in researches. Different laboratory experiments, in vivo as well as in vitro, and also different mathematical models based on experimental results, tries to investigate if mast cells takes part in those mechanisms or not. However, the obtained results are inconclusive, dividing the scientific community in two groups: one considering that mast cells have a prime role in releasing histamine, and another one which considers that histamine is not the determinative neurotransmitter in the anaphylactic reaction. Previous works proposed differential models to simulate processes related to anaphylactic reactions in the cellular scale for the cell membrane potential generation mechanism. More recently, it has been proposed a probabilistic model, in the tissue scale, to simulate an in vitro antigen response. In the organism level scale, multi-compartimental models have been proposed for the kinetics of histamine in the blood. Nevertheless, no work, until now, has proposed the construction of a model that is able to describe the processes that participate in the mechanism of anaphylactic reaction in different scales.
In this work, a model is proposed that integrates the cellular and the tissue scales, allowing to model in vitro experiments, being capable to be extended to the organism scale by the inclusion of the blood flow to model in vivo experiments. The proposed model couples the electric response in the cellular level with the reaction-diffusion of histamine and antigens in the tissue, considering the reaction mechanism mediated by the mast cells. To integrate these two scales, it is proposed here a constitutive relation based on experimental results for the mechanical response (tissue contraction) to electric stimulus. This model allows to design experiments specifically related to the anaphylaxis reaction, indicating the parameters that should be estimated. With this model, numerical simulations have been performed for a wide variation range of the parameters to identify the different domains of the model. A dimensionless parameter based analysis is presented for the obtained results. / O estudo dos mecanismos que desencadeiam as reações alérgicas é um tema de grande interesse científico na atualidade. A anafilaxia, reação alérgica sistêmica severa, tem ocupado um lugar de destaque nas pesquisas. Diferentes experimentos em laboratório, tanto in vivo quanto in vitro, assim como diferentes modelos matemáticos baseados nos resultados experimentais, têm procurado investigar a participação ou não dos mastócitos nesse mecanismo. No entanto, os resultados obtidos não são conclusivos, dividindo a comunidade científica em dois grupos: os que consideram determinante o papel dos mastócitos responsáveis pela liberação de histamina e os que consideram que a histamina não é o neurotransmissor determinante na reação anafilática. Trabalhos anteriores propuseram modelos diferenciais para simular processos relacionados com a reação anafilática na escala celular para o mecanismo de geração de potencial na membrana das células. Mais recentemente foi proposto, a nível de tecido, um modelo probabilístico para simular a resposta in vitro a antígenos. A nível de organismo têm sido propostos modelos de multi compartimentos para a cinética da histamina no fluido sanguíneo. Contudo, nenhum trabalho até o momento abordou a construção de um modelo capaz de descrever os processos que participam no mecanismo de reação anafilática nas diversas escalas. Neste trabalho propomos um modelo que integra as escalas celular e do tecido, que permite modelar experimentos in vitro, e que pode ser estendido para escala do organismo incluindo o fluxo sanguíneo para modelar experimentos in vivo. O modelo proposto integra o mecanismo de resposta elétrica a nível celular com o processo de reação-difusão da histamina e dos antígenos no tecido, considerando o mecanismo de reação mediado por mastócitos. Para integrar as duas escalas propomos uma relação constitutiva baseada em resultados experimentais da resposta mecânica (contração do tecido) a estímulos elétricos. Este modelo permite o desenho de novos experimentos especificamente direcionados ao estudo da reação anafilática, indicando os parâmetros a serem estimados. Utilizando-se o modelo proposto, foram realizadas simulações numéricas para uma ampla faixa de variação dos parâmetros visando identificar domínios com diferentes comportamentos do modelo. Uma análise dos resultados obtidos baseada em parâmetros adimensionais é apresentada.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede-server.lncc.br:tede/129 |
| Date | 28 February 2010 |
| Creators | Orellana, Esbel Tomás Valero |
| Contributors | Karam Filho, José, Suárez, Diego Gervasio Frías, Almeida, Regina Célia Cerqueira de, Costa, Michel Iskin da Silveira, Silva Neto, Antonio José da, Santos, Fabrício Ríos |
| Publisher | Laboratório Nacional de Computação Científica, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, LNCC, BR, Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC, instname:Laboratório Nacional de Computação Científica, instacron:LNCC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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