Prediciendo la Actividad Cardíaca de la Almeja Tivela stultorum con Digoxina Utilizando Redes Neuronales Artificiales / Predicting the Cardioactivity of Tivela stultorum clam with Digoxin Using Artificial Neural Networks

Resumen: Las redes neuronales artificiales (RNA) son un método computacional extensamente utilizado para resolver problemas complejos y realizar predicciones en sistemas de relación no lineal. En este trabajo se utilizaron RNA para predecir la respuesta fisiológica obtenida al adicionar una concentración específica de digoxina a corazones de Tivela stultorum, un organismo modelo para probar fármacos cardíacos que se pretenden utilizar en humanos. Las entradas de la RNA fueron el peso, volumen, largo y ancho del corazón, la concentración de digoxina, el volumen utilizado para la dilución de digoxina, el máximo y mínimo de contracción, tiempo de llenado, y frecuencia cardíaca antes de adicionar la digoxina, las salidas fueron el máximo y mínimo de contracción, tiempo de llenado y frecuencia cardíaca esperados después de agregar digoxina al corazón. Las RNA se entrenaron, validaron y probaron con los resultados de experimentos in vivo. Para elegir la red óptima se utilizó el valor más pequeño del error medio cuadrado. Se obtuvo una correlación alta entre los valores predichos y calculados, excepto en el caso del tiempo de llenado. Se lograron obtener predicciones acertadas de la cardioactividad de la almeja T. stultorum cuando se les agrega una concentración específica de digoxina haciendo uso de RNA; esto con el fin de utilizarse como una herramienta para facilitar las pruebas en el laboratorio de los efectos de la digoxina.

Abstract: Artificial neural networks (ANN) are a computational method that has been widely used to solve complex problems and carry out predictions on nonlinear systems. Multilayer perceptron artificial neural networks were used to predict the physiological response that would be obtained by adding a specific concentration of digoxin to Tivela stultorum hearts, this organism is a model for testing cardiac drugs that pretends to be used in humans. The MLP-ANN inputs were weight, volume, length, and width of the heart, digoxin concentration and volume used for diluting digoxin, and maximum contraction, minimum contraction, filling time, and heart rate before adding digoxin, and the outputs were the maximum contraction, minimum contraction, filling time, and heart rate that would be obtained after adding digoxin to the heart. ANNs were trained, validated, and tested with the results obtained from the in vivo experiments. To choose the optimal network, the smallest square mean error value was used. Perceptrons obtained a high performance and correlation between predicted and calculated values, except in the case of the filling time output. Accurate predictions of the T. stultorum clams cardioactivity were obtained when a specific concentration of digoxin was added using ANNs with one hidden layer; this could be useful as a tool to facilitate laboratory experiments to test digoxin effects.

Conhecimento de um grupo de pacientes sobre medicamentos digitálicos por eles utilizados / Análisis del conocimiento de los pacientes sobre el uso de los medicamentos digitálicos / Analysis of patients' knowledge about the use of digitalis medicines

Este estudo teve como objetivo descrever o conhecimento dos pacientes que utilizam medicamentos digitálicos, no queconcerne ao nome, dose, frequência, horário, efeitos esperados e efeitos colaterais. Trata-se de um estudo quantitativodescritivo do qual participaram 25 pacientes de umhospital do interior do Estado de Minas Gerais, através de umquestionário estruturado. Destacou-se que 14 (56%)conhecem o nome do medicamento, com relação à dose,10 (40%) adesconhecem, 9 (36%) desconhecem a frequência, 13 (52%) desconhecem o horário, 18 (72%) desconhecem oefeitoesperado e 23 (92%) desconhecem os efeitos colaterais. Verificou-se escasso conhecimento acerca dos medicamentosdigitálicos, sendo de extrema necessidade que a equipe de enfermagem propicie aos pacientes em estudoaçõeseducativas.

This study aimed to describe knowledge of patientstaking digitalis medicines in relation to the name,dose, frequency,time, expected effects and side effects. It was conducted a descriptive-quantitative study by means ofa questionnaireadministered to 25 patients at a hospital in the State of Minas Gerais. It was found that 14 (56%) know the name of thedrug, 10 (40%) are unaware of the dose, 9 (36%) areunaware of the frequency, 13 (52%) are unaware ofthe time, 18 (72%)are unaware of the effect expected and 23 (92%) areunaware of the side effects. The limited knowledgeabout the drugdigitalis demonstrated the urgent need for the nursing staff to provide educational activities to patients.

Este estudio tuvo como objetivo describir el conocimiento de los pacientes que utilizan medicamentos digitálicos en loque concierne al nombre, dosis, frecuencia, horario, efectos esperados y efectos secundarios. Se realizó un estudiocuantitativo y descriptivo a través de un cuestionario aplicado a 25 pacientes de un hospital del interior del Estado deMinas Gerais. Se confirmó que 14 (56%) conocen el nombre del medicamento, 10 (40%) desconocen la dosis, 9 (36%)desconocen la frecuencia, 13 (52%) desconocen el horario, 18 (72%) desconocen el efecto esperado y 23(92%) desconocenlos efectos secundarios. El escaso conocimiento acerca de los medicamentos digitálicos mostró la extrema necesidad delequipo de enfermería de proporcionar a los pacientes en estudio acciones educativas.

Digoxin's roles in heart failure patients: An overview / Los roles de digoxina en pacientes con insuficiencia cardíaca: Una revisión / Os papéis da digoxina em pacientes com insuficiência cardíaca: Uma revisão geral

Digitalis, particularly digoxin, have played an important role in the treatment of heart failure (HF) for over 200 years. In the past three decades, with the greatest knowledge of the pathophysiology of the disease, neurohumoral blockers were more effective in reducing morbidity and mortality and gained greater prominence. In addition, studies have suggested that digoxin does not reduce the risk of death and, in some cases, may even increase it. Thus, its use has been questioned and discouraged. This review aims to look at the pharmacology of digoxin, studies on its benefits and risks in patients with moderate to severe systolic HF and diastolic HF also. This review looks forward to answering the following question: Is there still room for the use of digitalis in HF?.

Los digitálicos, y digoxina en particular, han jugado un papel importante en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca (IC) por más de 200 años. En las últimas tres décadas, con un mayor conocimiento de la fisiopatología de la enfermedad, los bloqueadores neurohumorales se mostraron más eficaces en la reducción de la morbi-mortalidad y ganaron mayor prominencia. Además, los estudios han sugerido que digoxina no reduce el riesgo de muerte y, en algunos casos, puede incluso aumentarlo. De esta manera, su uso ha sido muy cuestionado y desalentado. Esta revisión trata de contemplar la farmacología de digoxina, los estudios sobre sus beneficios y los riesgos en pacientes con IC sistólica moderada a severa y también en la IC diastólica. Se busca con esta revisión, contestar la siguiente pregunta: ¿existe todavía espacio para el uso del digitálicos en la IC?.

Os digitais, e a digoxina em especial, têm desempenhado papel importante no tratamento da Insuficiência Cardíaca (IC) há mais de 200 anos. Nas últimas três décadas, com o maior conhecimento da fisiopatologia da doença, os bloqueadores neuro-humorais mostraram-se mais eficazes em reduzir a morbi-mortalidade e ganharam maior destaque. Além disso, estudos sugeriram que a digoxina não reduz o risco de morrer e, em algumas situações, pode, inclusive, aumentá-lo. Desta forma, seu uso chegou a ser bastante questionado e desestimulado. Esta revisão procura contemplar a farmacologia da digoxina, os estudos sobre seus benefícios e riscos em pacientes com IC sistólica moderada a grave e também na IC diastólica. Procuramos, com esta revisão, responder à seguinte questão: ainda existe espaço para o uso de digitais na IC?.

Estudio de la relación entre las características electromoleculares de los digitálicos y su acción farmacológica / Relationship between the electromolecular properties of digitalis compounds and their pharmacological properties

Pese a su reducido margen de seguridad, los digitálicos siguen utilizándose en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca congestiva y la fibrilación auricular crónica. Con el descubrimiento de su estructura, se han realizado remodelaciones para disminuir su toxicidad. Investigaciones recientes reportan que la eficacia digitálica radica en la electronegatividad del anillo "D" esteroideo, generada por la lactona e hidroxilo que poseen estos compuestos. En el presente trabajo, damos cuenta de la importancia que tiene esta propiedad molecular, que aunada a la conformación estructural, dan lugar a cambios significativos en las propiedades farmacológicas como el inotropismo y el margen de seguridad. Así, evaluamos una serie de once compuestos derivados de digitoxigenina, con grupos que sustituyen sobre el anillo "D" al hidroxilo y/o la lactona, los cuales denominamos -OH, -Lac, D-01, D-02, D-03, D-07, D-14, D-15, D-20, D-21 y D-22. La electronegatividad y la energía conformacional de cada compuesto se determinaron por el método Duhamm. El estudio farmacológico se realizó en corazones aislados de cobayo con base en el modelo de Langendorff y, en corazón de perro conforme al modelo cardiopulmonar de Starling. Los resultados permiten observar que la modulación de la acción digitálica está centrada, estructuralmente, en los sustituyentes de la fracción "D". El efecto inotrópico positivo y el margen de seguridad, medido como el cociente de la dosis tóxica sobre la dosis inotrópica, están relacionados con el aumento de electronegatividad y con una disminución de las energías rotacional y translacional que definen la conformación molecular; en consecuencia, estas propiedades son imprescindibles en la eficacia digitálica.

In spite their reduced therapeutic index, digitalis-type drugs continue being used for treating diseases such as congestive heart failure and chronic atrial fibrillation. Thanks to the development of several methods, their structural determination has been feasible, so, structural modifications have been worked out to modulate their toxicity. Several reports realizes that efficacy for these digitalis-type drugs lies on the electronegativity centered on the steroidal moiety (D-ring) generated by either lactone and hydroxyl sub-stituents attached to the steroidal moiety. In this work, we report how electronegativity, and so structural conformation, does modify their pharmacological properties, e.g., inotropism and safety margin. Thus, we evaluated a series of eleven drugs derived from digitoxigenin, named -OH, -Lac, D-01, D-02, D-03, D-07, D-14, D-15, D-20, D-21 and D-22, with groups that substitute both lactone and hydroxyl groups on the steroidal D-ring. Electronegativity and conformational energy were determined by Duhamm's method. The pharmacological evaluation for these drugs was accomplished in guinea pigs isolated hearts (according to the model proposed by Langendorff) and dog's isolated heart (as established by Starling's in vivo model). The results may suggest that digitalis-like action lies on the substituents attached to the D-ring. Positive inotropic effect and therapeutic index are related with increases in electronegativity as well with decreases in rotational and traslational energies; therefore, these molecular properties have such importance for the digitalis efficacy. (Arch Cardiol Mex 2003; 73:11-17).