Alternativ 3: Rollen som lokal politileder

FISIOLOGIA

Em 1965, Arthur Guyton foi um dos autores do artigo A Mathematical Model of Respiratory Control System (Milhron et al., 1965). A representação do sistema circulatório num modelo de dois compartimentos com recurso a relações lineares entre as variáveis, proposta por Guyton em 1966, é considerada um contributo significativo para a compreensão da regulação da circulação (Keener e Sneyd, 2009). A perspetiva da modelação em fisiologia médica é patente nas obras do autor, utilizadas com frequência no ensino da fisiologia médica (Guyton, 1986; Hall, 2011).

Grodins et al., (1967) publicaram um modelo de três compartimentos (pulmão, cérebro e outros tecidos) que descreve o comportamento do _𝑂2, do _𝐶𝑂2 e do _𝑁2 e que tem servido como referência para o desenvolvimento de outros modelos. O modelo de Gordins é considerado o desenvolvimento do protótipo apresentado pelo mesmo autor em 1964. Um dos primeiros modelos em que se descrevem os processos energéticos durante o exercício foi publicado por Margaria (1976). Este modelo era um modelo hidráulico qualitativo e só cerca de uma década depois foi publicada a resolução algébrica de um modelo equivalente (Morton, 1985).

Wilson e co-autores apresentaram uma proposta do controlo da respiração mitocondrial em que a taxa de respiração mitocondrial é dependente do rácio extramitocondrial do [𝐴𝑇𝑃] [𝐴𝐷𝑃]⁄ [𝑃𝑖] e do nível de redução do citocromo c (relativo ao rácio [𝑁𝐴𝐷+_{] [𝑁𝐴𝐷𝐻]⁄ ) (Wilson et al., 1977; Erecińska e Wilson, 1978). Os autores deram} continuidade ao estudo da regulação energética e, mais tarde, incluíram o parâmetro da 𝑃𝑂2 no seu modelo matemático e confirmaram a dependência da fosforilação oxidativa da concentração de _{𝑂2, experimentalmente avaliada em preparação isolada de} mitocôndrias de rato (Wilson et al., 1979).

38 Em 1990, Linnarsson apresentou o que considerou como o contributo da engenheira de sistemas para a compreensão da resposta bioenergética na transição do repouso para o exercício. No mesmo ano, diversos autores apresentaram contributos para o estudo dos mecanismos de controlo dos gases ventilatórios (Hughson, 1990), propondo orientações para a construção de modelos da dinâmica dos gases (Swanson, 1990) e indicando os determinantes fisiológicos da cinética do O2 (Whipp e Ward, 1990).

Barstow et al., (1990) publicaram um modelo de três compartimentos condensados (sistema pulmonar, circulatório e músculo em exercício) e demonstraram como a interação entre o sistema circulatório e respiratório explica as características da fase inicial (fase I, cardiodinâmica) e da fase intermédia (fase II), na transição do repouso para o exercício.

Wagner (1993) apresentou um modelo numérico que integrava no mesmo sistema de equações os processos de difusão e convecção entre o ar ambiente e a mitocôndria, baseado em equações apresentadas separadamente por outros autores. (Riley e Cournand, 1949; Scheid e Piiper, 1986) Com este modelo, Wagner demonstra que, em altitude extrema, a difusão do _𝑂2 pode tornar-se o fator limitante para a diminuição do desempenho em atividades motoras. O modelo então apresentado sofre evoluções, mas, em 2011, ainda era utilizada uma aproximação linear para descrever o comportamento da dissociação da Hb em função da _𝑃𝑂2 (Wagner, 2011). Em 2014, Wagner faz parte do grupo de investigação que apresenta uma versão do modelo com múltiplas equações não lineares para estimar a produção de espécimes reativas de _𝑂2 na altitude elevada e extrema (Cano et al., 2014). Wagner é coautor dos trabalhos que conduziram à medição da pressão parcial de _𝑂2 mitocondrial em exercício (_{𝑃𝑂2𝑚) por RMN (Richardson, et al., 1995,} 2006).

Cabrera et al., (1998) apresentaram um modelo matemático do balanço de massa e das características da cinética do glicogénio, glicose, piruvato, lactato, 𝑂2, 𝐶𝑂2 e ATP entre o compartimento esplâncnico, muscular e “outros tecidos”. O modelo testa a regulação do lactato em situação de hipoxia, em repouso. Em 1999, o mesmo grupo de autores apresentou a análise do metabolismo do lactato em exercício, numa evolução do modelo de 1998 (Cabrera et al., 1999). Zhou et al., (2005), do Center for Modeling Integrated Metabolic Systems, sob orientação de Marco Cabrera, apresentaram um modelo do metabolismo cardíaco em situação de isquemia com três domínios distintos (sanguíneo,

39 citosólico e mitocondrial), incluindo 31 espécimes químicos. Lai et al., (2009; 2007; 2006), do mesmo grupo de investigação, apresentaram versões melhoradas de modelos de transporte e utilização de _𝑂2, incluindo a componente de regulação metabólica e do fluxo, com utilização da monitorização da oximetria do tecido muscular em situação de exercício de intensidade moderada, pesada e severa. O modelo apresentado em 2009 estuda a concentração de _𝑂2 nas dimensões espacial e temporal, enquanto os modelos anteriores consideram apenas a evolução no tempo (i.e., consideram os valores no comprimento do capilar como sendo um ponto ao qual aplicam todas as propriedades físicas dos capilares, designados como modelos de parâmetros condensados).

Mader (2003) apresentou um modelo do controlo metabólico da produção oxidativa e glicolítica de ATP, como função do consumo de ATP em repouso e em exercício. O modelo de Mader utiliza um sistema de duas equações diferenciais não lineares de primeira ordem e 29 equações algébricas. Este modelo é complementado com a distribuição e eliminação do lactato no compartimento muscular e sanguíneo. O modelo adequa-se à representação dos três sistemas energéticos (aeróbio, anaeróbio láctico e anaeróbio aláctico).

Stuhmiller e Stuhmiller (2005) desenvolveram um modelo da respiração, circulação e utilização de _𝑂2 para predizer o efeito da exposição aguda ao monóxido de carbono. Este modelo esteve na base do trabalho de Ng e Stuhmiller (2011), com um novo modelo que integra a resposta ao exercício e explora a influência da fadiga em ambientes hipóxicos, baseado no comportamento da _𝑃𝑂2, e que descreve a dinâmica da ventilação, lactatémia e débito cardíaco.

Bourdillon et al., (2009) apresentaram um modelo matemático para calcular o valor dos coeficientes de difusão do _{𝑂2 pulmonar e tecidular e estimar a contribuição do sangue} arterial, capilar e venoso para o sinal da oximetria muscular obtida por espectroscopia de quase infravermelhos a diferentes altitudes.

Moxnes et al., (2012) recorreram à modelação matemática para testar a relação entre a potência e capacidade dos sistemas energéticos aeróbio e anaeróbio láctico e a potência desenvolvida durante a atividade física em ergómetro. Moxnes e Sandbakk (2012) desenvolveram um modelo de produção e remoção do lactato no compartimento muscular

40 e sanguíneo, validado com um sujeito e relatam divergências nas simulações em exercício inferiores a 0,5 _{𝑚𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿}−1.

Benson et al., (2013) desenvolveram um modelo baseado no modelo de Barstow et al., (1990) para descrever as interações dinâmicas entre a cinética do _{𝑉̇𝑂2𝑝 e a resposta} ventilatória, circulatória e neuromuscular no transporte e utilização de _𝑂2.

Lador et al., (2013) modelaram a transição do repouso para o exercício (100 W) em normoxia e em alta altitude (“5000 m”) para identificar alterações no comportamento da cinética do _𝑉̇𝑂2.

A utilização da modelação matemática da eliminação de _𝐶𝑂2 na explicação do funcionamento do pulmão normal ou atelectásico foi recentemente apresentada por Pomprapa et al., (2014).

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