| DC Field | Value | Language |
| dc.contributor.advisor1 | Rocha, Bernardo Martins | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9127577198387019 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Santos, Rodrigo Weber dos | - |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6653435398940498 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Chapiro, Grigori | - |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0311818140902541 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Campos, Joventino de Oliveira | - |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/7613126506226410 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Oliveira, Rafael Sachetto | - |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/5509401058975677 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Queiroz, Rafael Alves Bonfim de | - |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/8602778120667424 | pt_BR |
| dc.creator | Pigozzo, Rodrigo Bittencourt | - |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/8277519866036161 | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2026-10-09T10:29:53Z | - |
| dc.date.available | 2026-10-08 | - |
| dc.date.available | 2026-10-09T10:29:53Z | - |
| dc.date.issued | 2026-09-25 | - |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21449 | - |
| dc.description.abstract | Cardiac arrhythmias are a serious health problem that can lead to sudden cardiac
arrest, heart failure, and ultimately death. Alternans is frequently observed in patients
with cardiac arrhythmias, particularly those affecting the ventricles. It consists of a
beat-to-beat variation in the duration or amplitude of the cardiac action potential, which
may also be reflected in changes in the electrocardiogram. Understanding the mechanisms
that lead to its occurrence is therefore clinically relevant. In this effort, mathematical
models of cellular electrophysiology are fundamental tools, as they allow the controlled
investigation of the conditions that favor the onset of alternans. The ability of a model
to reproduce alternans depends on its formulation and its parameters, and studies that
systematically identify which parameters govern the occurrence of this phenomenon are
still scarce. Determining these parameters is essential both to understand the mechanisms
of alternans and to assess the consistency of the models themselves. The main objective of
this work was to identify the parameters that most influence the occurrence of alternans,
employing sensitivity analysis techniques, with emphasis on Monte Carlo Filtering (MCF),
in addition to Sobol indices. To accelerate these analyses, which would otherwise require
a prohibitive number of full-model simulations, surrogate models (emulators) were used,
with the classical Monte Carlo method serving as reference. In addition to Polynomial
Chaos Expansion (PCE), two other surrogate modeling techniques were investigated:
Gaussian Processes (GP) and Random Forests (RF), employed both in the regression of
the quantities of interest and in the direct classification of alternans occurrence, with a
systematic comparison between the two strategies in terms of accuracy and computational
cost. The approach was applied to three cell models of increasing complexity: the simplified
modified Mitchell-Schaeffer model, the detailed ten Tusscher-Panfilov model, and the
Mahajan-Shiferaw model. The results identified the determining parameters for alternans
in each model. For the biophysically detailed models, the conductance of the L-type
calcium current stood out as the most influential parameter, demonstrating the ability of
the approach to recover physiologically relevant relationships from the internal structure
of the models, as well as to identify interactions between parameters that are not evident
a priori. | pt_BR |
| dc.description.resumo | Arritmias cardíacas são um grave problema de saúde que pode levar à parada
cardíaca súbita, à insuficiência cardíaca e, por fim, à morte. O alternans é frequentemente
observado em pacientes com arritmias cardíacas, particularmente naquelas que afetam
os ventrículos. Trata-se de uma variação, batimento a batimento, na duração ou na
amplitude dos potenciais de ação cardíacos, que também pode se refletir em alterações do
eletrocardiograma. Compreender os mecanismos que levam à sua ocorrência é, portanto,
clinicamente relevante. Nesse esforço, os modelos matemáticos da eletrofisiologia celular são
ferramentas fundamentais, por permitirem investigar, de forma controlada, as condições
que favorecem o surgimento do alternans. A capacidade de um modelo reproduzir o
alternans depende de sua formulação e de seus parâmetros, e ainda são escassos os estudos
que identificam, de forma sistemática, quais parâmetros governam a ocorrência desse
fenômeno. Determinar esses parâmetros é essencial tanto para compreender os mecanismos
do alternans quanto para avaliar a coerência dos próprios modelos. O objetivo principal
deste trabalho foi identificar os parâmetros que mais influenciam a ocorrência de alternans,
empregando técnicas de análise de sensibilidade, com destaque para a Filtragem de Monte
Carlo (MCF), além dos índices de Sobol. Para acelerar essas análises, que exigiriam um
número proibitivo de simulações do modelo completo, foram utilizados modelos substitutos,
tendo como referência o método de Monte Carlo clássico. Além da Expansão em Caos
Polinomial (PCE), foram investigadas duas outras técnicas de modelagem substituta: os
Processos Gaussianos (GP) e as Florestas Aleatórias (RF), empregadas tanto na regressão
das quantidades de interesse quanto na classificação direta da ocorrência de alternans,
com comparação sistemática entre as duas estratégias em termos de precisão e custo
computacional. A abordagem foi aplicada a três modelos celulares de complexidade
crescente: o modelo simplificado de Mitchell-Schaeffer modificado, o modelo detalhado de
ten Tusscher-Panfilov e o modelo de Mahajan-Shiferaw. Os resultados identificaram os
parâmetros determinantes para o alternans em cada modelo. Para os modelos biofisicamente
detalhados, a condutância da corrente de cálcio do tipo L destacou-se como o parâmetro
mais influente, evidenciando a capacidade da abordagem de recuperar, a partir da estrutura
interna dos modelos, relações fisiologicamente relevantes, além de identificar interações
entre parâmetros não evidentes a priori. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.department | ICE – Instituto de Ciências Exatas | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFJF | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Arritmias | pt_BR |
| dc.subject | Alternans | pt_BR |
| dc.subject | Índices de Sobol | pt_BR |
| dc.subject | Filtragem de Monte Carlo | pt_BR |
| dc.subject | Expansão em caos polinomial | pt_BR |
| dc.subject | Arrhythmias | pt_BR |
| dc.subject | Alternans | pt_BR |
| dc.subject | Sobol indices | pt_BR |
| dc.subject | Monte Carlo filtering | pt_BR |
| dc.subject | Polynomial chaos expansion | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
| dc.title | Análise de sensibilidade de alternâncias cardíacas em modelos celulares de eletrofisiologia | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| Appears in Collections: | Doutorado em Modelagem Computacional (Teses)
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