Arquitetura e implementação de um repositório para plantas

Arquitetura e implementação de um repositório para
plantas medicinais em uso no Brasil
Marcela Mayumi Mauricio Yagui1, Ana Cláudia de Macedo Vieira3,
Sérgio Manuel Serra da Cruz1,2
1
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - Programa PET-SI/UFRRJ
Seropédica – RJ – Brasil
2
Programa Pós Graduação em Modelagem Matemática e Computacional/UFRRJ
Seropédica – RJ – Brasil
3
Universidade Federal do Rio de Janeiro/UFRJ - Programa PET- Farmácia/UFRJ
Rio de Janeiro – RJ – Brasil
{marcela,serra}@pet-si.ufrrj.br, [email protected]
Abstract. This paper presents a systems architecture and a medicinal plants
database. Unlike other systems, our proposal brings together a variety of
methodologies adopted from pharmacobotany domain. These characteristics
may aid needs of students and researchers to manage semi-structured data
which is currently scattered in various repositories in the laboratory.
Resumo. Este trabalho apresenta uma arquitetura, um sistema web e um
banco de dados de plantas medicinais, para o laboratório de
Farmacobotânica da UFRJ. Diferentemente dos demais sistemas, a proposta
reúne uma diversidade de metodologias adotadas em Farmacobotânica. Essas
características suprirão as necessidades de alunos e pesquisadores, pois
facilitará e gestão de dados semiestruturados referentes às pesquisas, que
atualmente se encontram dispersos em diversos repositórios no laboratório.
1. Introdução
O interesse pelas plantas medicinais é crescente em todo o mundo. O Brasil possui
grande diversidade da flora mundial com cerca de 20% das espécies de plantas
conhecidas no planeta, distribuídas em biomas tais como Amazônia, Cerrado, Mata
Atlântica, Caatinga e Pantanal. As espécies nativas que ocorrem nestes ambientes
apresentam grande variabilidade biológica, morfológica, anatômica e química, muitos
dos quais ainda desconhecidos pela ciência. Contudo, a flora brasileira vem sendo
progressivamente destruída (SOUZA e SOUZA, 1993; VARANDA, 2006; PORTAL
BRASIL, 2012) e, deste modo, muitas espécies vegetais estão em fase de extinção, e
outras já desapareceram antes de serem conhecidas pela comunidade científica
(PORTAL BRASIL, 2012).
Pesquisas científicas em Farmacobotânica são de longa duração e produzem
grandes volumes de dados semiestruturados, eles são provenientes de múltiplas origens
e são registrados em diversos meios e dispositivos. Por exemplo, esses estudos podem
utilizar dados digitais e registros manuais em papel, formulários de entrevistas, utilizar
fotografias e pranchas analógicas, podem registrar dados e anotações em dispositivos
móveis, capturar fotos de câmeras de microscópios digitais, utilizar mapas e imagens de
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satélites e dados de sensores e de aparatos científicos típicos da área (CRUZ et al.,
2010).
A análise de dados e produção de resultados científicos referentes aos estudos
em Farmacobotânica é uma atividade morosa quando comparada aos estudos em
computação. A coleta de amostras de plantas, dados primários e materiais
frequentemente é feita de forma manual tanto no campo experimental quanto em
diversas fontes de dados dispersas em vários meios. Essas buscas de dados e de
referências estão, inicialmente, associadas às obras clássicas que, muitas vezes, apenas
ilustram detalhes anatômicos de plantas, posteriormente, novas buscas mais refinadas
são realizadas em bases de dados indexadas não ligadas. Portanto, a associação e o
registro adequado desses dados são um desafio diário para os pesquisadores da área.
Outro fato recorrente que dificulta a realização desse tipo de estudos se relaciona
com a recuperação de informações químico-anatômicas das plantas medicinais. Tais
estudos seguem metodologias experimentais complexas e suas etapas podem ser
executadas por diversas pessoas, neste caso os resultados parciais são registrados em
cadernos de bancada, arquivos digitais e imagens, sendo armazenados em diversos
repositórios sem o uso de padrões de anotações. Por fim, é importante ressaltar que os
estudos em Farmacobotânica são a base para posteriores estudos Fitoquímicos e
farmacológicos complexos, e em vários casos, os dados ficam limitados ao grupo de
trabalho e não são compartilhados com a comunidade.
O objetivo deste artigo é apresentar um projeto de uma arquitetura, que engloba
a construção de um sistema web e um banco de dados de plantas medicinais para o
laboratório de Farmacobotânica da UFRJ que tem por finalidade facilitar a gestão de
dados científicos daquele domínio do conhecimento. O artefato é fruto da parceria
estabelecida entre grupos do Programa de Educação Tutorial (PET) do estado do Rio de
Janeiro.
Este trabalho está organizado da seguinte forma, a seção 2 caracteriza a área de
aplicação, a seção 3 apresenta a arquitetura proposta, a seção 4 mostra a construção do
protótipo da arquitetura, a seção 5 indica os trabalhos relacionados, e a seção 6 conclui
o trabalho.
2. Farmacobotânica
Pode-se definir a Farmacobotânica como uma área das Ciências Farmacêuticas que
estuda a identificação de plantas para compor a base de medicamentos de origem
vegetal, fazendo o uso de ferramentas complexas, como a sistemática, organografia,
anatomia, histoquímica e microquímica. A Farmacobotânica compreende uma área
muito relevante e tem ganhado destaque no ensino da Farmácia em instituições de
países em desenvolvimento, já que os medicamentos baseados em plantas medicinais,
em sua grande maioria, são produzidos com base em pesquisas na área. A padronização
de dados das pesquisas desta área produz informações de grande relevância e que visam
atender a grupos de pesquisa, alunos e consumidores. (OLIVEIRA e AKISUE, 1997;
CRUZ e VIERA, 2010).
3. Arquitetura Proposta
A arquitetura proposta está em fase de implementação e testes. Através de um
levantamento prévio dos requisitos necessários para sua construção, obtidos por
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intermédio de entrevistas com os usuários finais, foi possível obter uma melhor
compreensão do ambiente em que a arquitetura será utilizada e das necessidades que ela
deverá suprir. Em virtude disso, inicialmente foram elaborados diagramas na linguagem
UML em vias de auxiliar na visão geral do sistema e de seus componentes, usuários e
módulos, de modo a facilitar nesta fase de implementação e garantir que todos os
requisitos levantados anteriormente sejam contemplados e que a eficiência do sistema
seja otimizada.
O banco de dados relacional foi projetado para armazenar dados de uma monografia de
plantas medicinais, e mantém registros, tais como, nome científico, nomes populares,
sinônimos científicos, parte utilizada, caracterização macroscópica e microscópica com
suas respectivas imagens, formas de uso, indicação terapêutica, uso popular,
contraindicações e interações, substâncias ativas, atividade farmacológica, origem e as
referências bibliográficas.
3.1. Diagrama de Casos de Uso
O diagrama descreve a relação entre atores e casos de uso do software e permite dar
uma visão geral e de alto nível do sistema (SILVA e VIDEIRA, 2001). A Figura 1
constitui uma representação das principais funcionalidades do sistema e do modo como
os usuários interagem com as mesmas.
Figura 1. Diagrama de Casos de Uso do sistema
De acordo com a Figura 1, algumas funcionalidades do sistema podem ser
observadas, de acordo com níveis de usuários pré-estabelecidos. Os usuários precisam
autenticar uma sessão para ter acesso às suas respectivas funções.
O usuário Visitante pode realizar as seguintes atividades:
- Consultar Planta Medicinal: Permite consultar todos dados referentes às pesquisas das
plantas medicinais do laboratório, com o uso de parâmetros de busca pré-definidos;
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- Gerar Relatório: Possibilita a consulta e geração de informações gerenciais e
estatísticas do uso do sistema;
- Visualizar Mapa de Localização: Exibição de um mapa contendo a localização de
coleta de uma planta medicinal cadastrada no sistema;
- Consultar artigos: Mostra uma lista de artigos publicados pela equipe do laboratório,
além de fazer buscas nas bases de dados indexadas;
- Contatar Administradores: Permite a um Visitante enviar dúvidas ou sugestões sobre
um registro de planta medicinal para os Administradores.
O usuário Pesquisador, além de ter a possibilidade de executar os casos de uso
anteriores, pode realizar funções gerenciais, como:
- Gerenciar Pesquisador: Permite a gestão dos dados referentes a um Pesquisador;
- Gerenciar Artigos: Gestão dos artigos publicados;
- Gerar Relatório: Possibilita a consulta e geração de informações gerenciais e
estatísticas do uso do sistema;
- Gerenciar Planta Medicinal, sendo opcional a execução de Gerenciar Imagem e
Gerenciar Referências Bibliográficas: Permite a gestão dos dados referentes aos estudos
farmacobotânicos de uma planta medicinal, bem como a gestão de suas imagens, dados
experimentais e referências bibliográficas relacionadas;
O usuário Administrador tem acesso a todas as funções do sistema, podendo
realizar também:
- Gerenciar Administrador: Permite a gestão dos dados referentes a um Administrador;
- Validar dados: Autoriza a publicação dos dados realizada por um Pesquisador ou por
visitantes.
3.2. Banco de Dados em Farmacobotânica
A Figura 2 constitui uma representação do banco de dados e das relações existentes
entre os dados armazenados dos usuários e do catálogo de plantas medicinais e das
pesquisas em Farmacobotânica.
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Figura 2. Fragmento do diagrama Entidade-Relacionamento da arquitetura
Observa-se na Figura 2 a representação do diagrama Entidade-Relacionamento
(DER) com as seguintes relações: Uma Planta Medicinal é uma espécie vegetal
utilizada para fins terapêuticos, e armazena referência a um Nome científico, que é a
forma universal de identificação do nome da espécie de organismo. Uma Planta
Medicinal está relacionada com os seus Nomes populares, que são os nomes atribuídos
aos organismos pela população; os Sinônimos científicos; e a Parte utilizada, que
armazena a parte da planta na qual as propriedades curativas podem ser originadas. Uma
parte está relacionada com a Caracterização macroscópica, que indica a análise e
descrição de estruturas maiores, que podem ser realizadas sem o uso de instrumento
óptico ou com pequenas lentes de aumento; Caracterização microscópica que faz a
utilização de instrumentos ópticos, como microscópios, onde são observadas
características com a forma da célula vegetal, as estruturas e seu conteúdo; as Formas
de uso das plantas medicinais; a Indicação terapêutica mostra os usos já pesquisados e
recomendados por especialistas; Uso popular, que registra o conhecimento empírico de
uma planta; as Contraindicações e interações, onde uma contraindicação significa que
um determinado emprego de uma substância não é adequado devido a uma
circunstância particular de um indivíduo, e uma interação ocorre quando o efeito
causado por uma droga, quando combinada com outra no mesmo período, é diferente
que se fosse consumida sozinha; Substâncias ativas, onde a ação das drogas com o
organismo ocorre devido à existência de princípios ativos, que são formados por um ou
mais componentes químicos; Atividade farmacológica, que estuda os medicamentos e a
ação que eles têm nos organismos vivos. Durante pesquisas em Farmacobotânica, são
geradas diversas Imagens, que podem ser associadas com as Caracterizações
macroscópica e microscópica. Uma Planta medicinal pode ser georreferenciada com o
registo do seu local de Origem da coleta, como também a indicação da latitude e
longitude. As Referências bibliográficas da pesquisa são armazenadas para posterior
consulta. A entidade Usuários armazena registros relativos aos dados dos usuários que
realizam a gestão do sistema, que são caracterizados por Nível de Usuário, que indica a
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função administrativa a qual ele pertence. Essa gestão do sistema pode ser realizada por
meio da gestão de Usuários, Artigos ou todos os dados associados a uma Planta
Medicinal.
3.3. Mapeamento das espécies
As APIs do Google Maps permitem que programadores adicionem a tecnologia do
Google Maps em páginas da web. Cada API possui uma série de recursos embutidos, e
as suas funcionalidades próprias podem ser utilizadas isoladas ou em conjunto com as
demais APIs do Google Maps. (GOOGLE, 2015). Neste projeto, as APIs tornam-se
imprescindíveis para a associação de imagens de espécies vegetais e anatômicas com
seu local de coleta. Tal procedimento poderá ser obtido por meio da inserção das
coordenadas geográficas do local da coleta no sistema. Isso irá permitir uma
recuperação precisa da localização geográfica da coleta de uma planta, o que
proporcionará aos usuários uma visão ampla e geral da aérea georreferenciada. Além
disso, ao ponto geográfico poderão ser associadas às imagens da planta coletadas
diretamente no campo.
4. Protótipo
O paradigma da prototipação foi utilizado neste projeto de arquitetura, a fim de realizar
um maior entendimento do domínio do problema por parte do desenvolvedor, e das
necessidades enfrentadas pelos usuários finais do sistema, conforme definido por
Pressman (2011, p.62). O protótipo foi desenvolvido na plataforma web, com a
linguagem de programação PHP e o Sistema Gerenciador de Banco de Dados MySQL.
Figura 3. Tela do protótipo do sistema
A Figura 3 mostra uma tela do protótipo de interface da arquitetura proposta.
Fazendo uso da API do Google Maps, o sistema exibe um mapa contendo
georreferenciada a área de coleta de determinada planta medicinal, bem como a imagem
fotografada no momento da coleta. O menu superior representa a navegabilidade do
sistema, com cada item do menu indicando o acesso a uma funcionalidade definida
previamente na fase de Elicitação e Análise de requisitos.
5. Trabalhos Relacionados
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Os Royal Botanic Gardens de Londres (UNESCO, 2015) possuem uma vasta coleção de
banco de dados sobre plantas e fungos. Dentre esta coleção, está presente o Medicinal
Plant Names Services (MPNS). O MPNS trata da construção de uma base mundial para
nomes e as respectivas referências bibliográficas sobre plantas medicinais. Esse banco
de dados permite aos profissionais de saúde e pesquisadores que tenham acesso às
informações sobre as plantas e produtos vegetais relevantes para a pesquisa
farmacológica, medicina tradicional e alimentos funcionais (KEW, 2015).
O Plant List of Accepted Nomenclature, Taxonomy and Symbols Database
(PLANTS) é o banco de dados sobre espécies vegetais com o maior número de acessos
do mundo. Fornece informações padronizadas sobre as plantas vasculares, musgos,
hepáticas e líquens dos Estados Unidos. Ele abrange os atributos nome, listas de
verificação, dados de distribuição, espécie, resumos, características, imagens,
informações culturais, links da Web, e referências. O PLANTS Gallery possui um rico
acervo digital de fotos e figuras, armazenado mais de 50.000 imagens de plantas norteamericanas, bem como imagens de plantas de outros países (USDA, 2015).
No Brasil, o banco de dados PLANT foi desenvolvido pela Faculdade de
Farmácia da UFMG, o banco de dados indexa referências bibliográficas de publicações
brasileiras sobre plantas medicinais. Ele possui indexados aproximadamente 2.000
artigos publicados desde 1920 até atualmente em 22 periódicos do Brasil (MANHÃ et
al., 2008).
Existem diversos bancos de dados associados à área da botânica. Contudo, estes
bancos estão desacoplados de sistemas quer permitam aos pesquisadores anexarem seus
dados experimentais juntamente com os dados das plantas. Portanto, este trabalho se
diferencia dos demais por interligar bases de dados distintas, correlacionar
semanticamente imagens e permitir a visualização de mapas com a localização das
coletas das plantas pela API do Google Maps.
6. Conclusão
Graças à parceria estabelecida entre grupos PET, vislumbrou-se uma oportunidade de
consorciar atividades de extensão para apoiar atividades de pesquisa na área de plantas
medicinais e modelar e desenvolver um sistema de informação que possa dar suporte ao
ensino e pesquisa de Farmacobotânica.
A ferramenta é única em seu domínio e se apoia na necessidade de registrar,
relacionar imagens, consultar e interligar bases de dados distintas no que tange as
plantas medicinais para apoiar o desenvolvimento de novos medicamentos fitoterápicos.
Através do desenvolvimento deste sistema, será possível auxiliar professores e
pesquisadores no que diz respeito à gestão de dados relativos às pesquisas realizadas
pelo laboratório. Graças à organização dos dados pela ferramenta, os alunos e outros
pesquisadores poderão se beneficiar dos recursos do software na descoberta de novas
aplicações para plantas medicinais brasileiras.
7. Referências Bibliográficas
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