Trabalho

CALCULANDO A DIMENSÃO FRACTAL
DA REDE VASCULAR DO SACO
VITELÍNICO DE EMBRIÃO DE CODORNA
Edbhergue Ventura Lola Costa1, Sarah Suely Nascimento Fonseca2, Jeine Emanuele Santos da
Silva3, Fernanda Katharine de Souza Lins Borba4 e Romildo de Albuquerque Nogueira5
Introdução
As aulas práticas permitem que o aluno
vivencie de maneira concreta um assunto
explanado pelo professor em sala de aula. Os
textos e as ilustrações em livros nem sempre são
suficientemente claras para a compreensão do
aluno,
sendo
necessário
o
professor
implementar através de práticas os temas
desenvolvidos teoricamente na sala de aula.
Vídeos,
animações
computacionais
e
experimentos que simulem fenômenos ou
comprovem teorias passam ser ferramentas
necessárias para fundamentar a aula,
melhorando o processo ensino-aprendizagem
[4].
Entender a dinâmica molecular de
processos como crescimento vascular sanguíneo
não é uma tarefa fácil. Portanto, experiências
que possam contribuir para a sua compreensão é
de extrema relevância científica. O processo de
crescimento
vascular
compreende
dois
mecanismos, denominados de vasculogênese
(desenvolvimento
de
vasos
sanguíneos
primordiais a partir de precursores de células
endotelias, os angioblastos) e angiogênese
(crescimento de novos vasos sanguíneos a partir
de vasos pré-existentes)[2]. Alguns modelos
experimentais utilizados para o estudo destes
dois processos têm sido o saco vitelínico e a
membrana corioalantóide de embriões de
galinha (Gallus domesticus) [3] e de codorna
(Coturnix japonica) [5].
A geometria fractal tem sido uma ótima
ferramenta utilizada na descrição de estruturas
ou objetos caracterizados pela auto-similaridade
e dependência de escala, como exemplo a rede
vascular sanguínea extra-embrionária de
embriões de galinha [1].
A proposta deste trabalho foi desenvolver
um protocolo experimental no qual o aluno
pudesse visualizar a rede vascular em
desenvolvimento, no caso a rede vascular do
saco vitelínico de codorna. Isso é possível por
meio de um sistema que permite a incubação de
ovos e a captura de imagens digitais da
vascularização. A aplicação da geometria fractal
permitirá calcular a dimensão da rede vascular
sanguínea do saco vitelínico em momentos
diferentes. A proposta pedagógica deste
trabalho
foi
construir
uma
prática
interdisciplinar envolvendo as disciplinas de:
Física, Fisiologia, Biofísica e Embriologia.
Material e Métodos
A. Incubadora e Sistema óptico
A incubadora consiste de câmaras que
permitem manter a temperatura e a umidade em
condições adequadas para o desenvolvimento
embrionário de codornas. A primeira câmara é
responsável pelo controle e geração de calor e
umidade. Enquanto que a segunda se destina ao
leito dos ovos se dividindo em dois ductos.
Uma terceira câmara serve de convergência do
ar quente úmido que passa através dos ductos
mencionados.
A incubadora é coberta em acrílico que permite
a visualização dos ovos por meio do sistema
óptico (lupa estereoscópica Olympus SZ-40
acoplada a uma câmara digital VT-813C.
Também foi utilizado uma câmara digital Sony
modelo DSC-W 130 para auxiliar na captura de
imagens.
B. Preparação das amostras
Um grupo de 5 ovos foram colocados na
incubadora e mantidos em condições ideais de
temperatura (37,5C) e umidade (em torno de
60%) essencial para uma adequada incubação.
_________________
1. Primeiro Autor é Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Biociência Animal, Departamento de Morfologia e Fisiologia
Animal, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Dom Manoel de Medeiros, Dois Irmãos, Recife, PE, CEP 52171-9000. Email: [email protected]
2. Segundo Autor é Graduanda de Lincenciatura em Física, Departamento de Física, Universidade Federal Rural de Pernambuco.
Rua Dom Manoel de Medeiros, Dois Irmãos, Recife, PE, CEP 52171-9000.
3. Terceiro Autor é Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Biociência Animal, Departamento de Morfologia e Fisiologia
Animal, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Dom Manoel de Medeiros, Dois Irmãos, Recife, PE, CEP 52171-9000.
4. Quarto Autor é Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Biociência Animal, Departamento de Morfologia e Fisiologia
Animal, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Rua Dom Manoel de Medeiros, Dois Irmãos, Recife, PE, CEP 52171-9000.
5. Quinto Autor é Professor Adjunto do Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Universidade Federal Rural de
Pernambuco. Rua Dom Manoel de Medeiros, Dois Irmãos, Recife, PE, CEP 52171-9000.
Apoio financeiro: FACEPE.
Nas 48 horas de incubação, janelas foram
abertas na casca dos ovos para visualização do
saco vitelínico, em seguida as janelas foram
cobertas com filme PVC. As imagens foram
capturadas em 72 horas (rede vascular nítida) e
96 horas. As imagens foram transferidas para
um computador (figura 1) e logo foram
segmentadas (figura 2). O processo de
segmentação das imagens consistiu em isolar
apenas os vasos do restante da imagem,
resultando em imagens binarizadas (vasos em
cor brancos e fundos de imagem em preto). Esse
processo foi realizado através do software Paint
da Microsoft. A dimensão fractal das imagens
segmentadas foram calculadas usando o
software BenoitTM versão 1.3 Fractal.
C. Calculando a dimensão fractal da
vascularização durante o desenvolvimento
embrionário.
A análise fractal foi usada para
parametrizar o processo vascular. A estrutura
fractal
se
caracteriza
pelas
seguintes
propriedades: auto-similaridade, ou seja, partes
do objeto ou processo possuem similaridade
com todo o objeto ou processo; dependência de
escala (scaling) significa que as medidas das
propriedades dependem das escalas nas quais
elas são medidas; dimensão fractal, que fornece
uma descrição quantitativa de auto-similaridade
e scaling. A rede vascular possui estas
características sendo assim um bom exemplo de
objeto fractal [1]. A dimensão fractal foi
calculada pelo método de contagem por caixas
(box-counting). A dimensão de contagem por
caixas é obtida cobrindo-se o objeto fractal com
N(r) caixas que contenham pelo menos um
ponto pixel do objeto fractal. Repete-se o
procedimento com caixas de diferentes
tamanhos e traça-se um gráfico duplo log de
N(r) em função de r (lados das caixas). A
inclinação desse gráfico com o sinal invertido é
a dimensão de contagem por caixas [2].
Resultados
.
A aula prática da disciplina de fractais e
caos para biocientistas foi ministrada aos cursos
de pós-graduação em Biociência Animal da
Universidade Federal Rural de Pernambuco. Os
estudantes acompanharam a incubação e
realizarão a captura das imagens da
vascularização do saco vitelínico dos embriões
de codorna. Os estudantes segmentaram as
imagens e calcularam a dimensão do boxcounting usando o software BenoitTM versão 1.3.
Os resultados das dimensões fractais obtidas
com 72 horas foi 1,38±0,017 enquanto que nas
96 horas 1,41 ±0,02, indicando que houve um
crescimento da rede vascular.
Discussão
Os alunos foram capazes de observar o
desenvolvimento vascular e entender os fatores
envolvidos neste processo (figura 3). Também
puderam calcular o desenvolvimento da rede
vascular do saco vitelínico de codorna através
de um parâmetro que é a dimensão fractal [6].
O protocolo experimental possibilitou o ensino
da teoria dos fractais usando uma prática
interdisciplinar, evolvendo as disciplinas de
Física, Fisiologia, Embriologia e Biofísica, além
de contextualizar as aplicações das referidas
ciências básicas no conhecimento zootécnico.
Agradecimentos
Agradecemos
a
FACEPE
pelo
fornecimento das bolsas de mestrado e
doutorado aos estudantes do curso de pósgraduação em Biociência Animal que
participaram deste trabalho.
Referências
[1] NUSSENZVEIG, H. M. Complexidade &
Caos. Rio de Janeiro: Editora UFRJ/COPEA
1999.
[2] FOLKMAN, J. Tumor angiogenesis factor.
Cancer Research, v.34, p2109-2113, 1974.
[3] DIAS, P. F. ; BERTI, F. V. ; SIQUEIRA Jr,
J.M. ; MARASCHIN, M. ; GAGLIARDI, A. R.
T. ; RIBEIRO-DO-VALLE, R. M. . Transresveratrol inhibits early blood vessel formation
(vasculogenesis) without impairment on
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107(2):118-127.. Journal of Pharmacological
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[4] MANECHINE, S.R.S.; GABINI, W.S.;
CALDEIRA, A.M.A.; DINIZ, R.E.S. Inserção
de conceitos cientifícos no cotidiano escolar.
Ensaio- Pesquisa em Educação em Ciências.
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[5]PARSONS-WINGERTER,P.; LWAI,
B.; YANG,M.C.; ELLIOTT,K.E.; MILANINIA
, A.; REDLITZ, A.; CLARK, J.I.; SAGE, E.H.
A novel assay of angiogenesis in the quail
chorioallantoic membrane: Stimulation by
bFGF and Inhibition by angiostatin according to
fractal dimension and grid intersection.
Microvascular Research. v. 55, p.201-214,
1998.
[6] VICO, P.G.; KYRIACOS, S.; HEYMANS,
O.; LOURYAN, S.; CARTILIER, L. Dynamic
study of the extraembryonic vascular network of
the chick embryo by fractal analysis. Journal
Theorical Biology, v.195, p.525-532, 1998.
Figura 1 – Imagem normal da rede
vascular do saco vitelínico.
Figura 2 – Segmentação da imagem, onde os
vasos estão em branco e a imagem de fundo em
preto.
Figura 3 – Alunos observando o processo de
desenvolvimento vascular extraembrionário na
incubadora.