SimThyr

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SimThyr

SimThyr 3.1 unter Linux (openSUSE 11)
SimThyr 3.1 unter Linux (openSUSE 11)
Basisdaten

Hauptentwickler Johannes W. Dietrich
Entwickler Ludwig-Maximilians-Universität München, Universitätsklinikum Ulm, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum
Erscheinungsjahr 2001
Aktuelle Version 4.0.6[1]
(23. April 2022)
Aktuelle Vorabversion 1.0[1]
(20. November 2000)
Betriebssystem macOS, Mac-Betriebssysteme, Linux, Microsoft Windows, ReactOS, FreeBSD
Programmier­sprache Pascal, Object Pascal
Kategorie Biomedizinische Kybernetik, Biosimulation, Physiologie, Systembiologie, Theoretische Biologie
Lizenz BSD-Lizenz
deutschsprachig nein
http://simthyr.sf.net

SimThyr ist ein freies dynamisches Simulationsprogramm der Schilddrüsenhomöostase.[2] Die quelloffene Software beruht auf einem nichtlinearen Modell des Hypophysen-Schilddrüsen-Regelkreises.[3][4][5] Neben Simulationen in der Zeit-Domäne erlaubt sie auch Untersuchungen mit verschiedenen Methoden der Sensitivitätsanalyse. Die Simulations-Engine unterstützt mehrere Threads und Prozessor-Kerne. Die graphische Benutzeroberfläche von SimThyr ermöglicht die Visualisierung von Zeitreihen, die Modifikation konstanter Strukturparameter des Regelkreises (u. a. um bestimmte Erkrankungen zu simulieren), die Speicherung von Parametersätzen als XML-Dateien (in der Terminologie von SimThyr als "Szenarien" bezeichnet) und den Export der Simulationsergebnisse in verschiedenen Formaten, u. a. für die Auswertung mit statistischer Software. Der Einsatzzweck des Programms liegt u. a. in Bildung und In-silico-Forschung.[5][6]

Mathematisches Modell

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Das der Software zugrundeliegende Modell berücksichtigt grundlegende biochemische, physiologische und pharmakologische Prinzipien, u. a. Michaelis-Menten-Kinetiken, nicht-kompetitive Hemmung und empirisch ermittelte kinetische Parameter[2]. Das Modell wurde in Studien mit gesunden Versuchspersonen und in Kohorten mit Hypothyreose und Thyreotoxikose validiert.[7]

Wissenschaftliche Anwendungen

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Einsatz von SimThyr für Bildungszwecke in einem Computerlernraum

Mehrere Studien haben SimThyr für in-silico-Untersuchungen der Schilddrüsenregulation eingesetzt.[8][9]

Die ursprüngliche Version wurde u. a. entwickelt, um Hypothesen über die Genese der pulsatilen TSH-Sekretion zu überprüfen.[10] Spätere Versionen der Software wurden für die Entwicklung der Theorie des TSH-T3-Shunts in der Schilddrüsenhomöostase,[11] für die Validierung berechneter Parameter des Regelkreises wie der Sekretionsleistung der Schilddrüse (SPINA-GT) und der Summenaktivität peripherer Dejodinasen (SPINA-GD)[12][13] sowie zur Untersuchung allostatischer Mechanismen, die zum Non-Thyroidal-Illness-Syndrom führen, eingesetzt.[14][15]

Studien mit SimThyr haben auch gezeigt, dass die Freisetzung von TSH neben T4 durch zahlreiche weitere Faktoren beeinflusst wird und dass sich die Beziehung zwischen T4-Konzentration und TSH bei Euthyreose, Hypothyreose und Thyreotoxikose unterscheidet.[16]

Öffentliche Wahrnehmung, Diskussion und Rezeption der Software

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Da SimThyr freie Software ist, steht der Quelltext allgemein zur Verfügung, was den wissenschaftlichen Diskurs und die Bewertung des zugrundeliegenden Modells erleichtert.[17][18] Die freie Verfügbarkeit hat darüber hinaus ökonomische Vorteile.[19][20]

SimThyr hat einen Editor, der die Modifikation der meisten Strukturparameter und damit die systematische Untersuchung von Variationen erlaubt.[21] Diese Funktionalität ermöglicht die Simulation verschiedener Funktionsstörungen der Schilddrüse und der Hypophyse. Sznerian können als MIRIAM- und MIASE-kompatible XML-Dateien gespeichert werden.

Andererseits wurden die Komplexität der Benutzeroberfläche und die mangelnde Unterstützung der Simulation therapeutischer Effekte kritisiert.[22]

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Einzelnachweise

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  1. ↑ a b sourceforge.net.
  2. ↑ a b JW Dietrich, G Landgrafe, EH Fotiadou: TSH and Thyrotropic Agonists: Key Actors in Thyroid Homeostasis. In: Journal of Thyroid Research. 2012. Jahrgang, 2012, S. 351864, doi:10.1155/2012/351864, PMID 23365787, PMC 3544290 (freier Volltext).
  3. ↑ R Hoermann, JE Midgley, R Larisch, JW Dietrich: Homeostatic Control of the Thyroid-Pituitary Axis: Perspectives for Diagnosis and Treatment. In: Frontiers in Endocrinology. 6. Jahrgang, 2015, S. 177, doi:10.3389/fendo.2015.00177, PMID 26635726, PMC 4653296 (freier Volltext).
  4. ↑ Julian Berberich: Mathematical Modeling of the Pituitary-Thyroid Feedback Loop: Matlab/Simulink Files for Simulation and Sensitivity Analysis. In: zenodo. 13. September 2018, doi:10.5281/zenodo.1415331.
  5. ↑ a b Johannes W. Dietrich: Der Hypophysen-Schilddrüsen-Regelkreis : Entwicklung und klinische Anwendung eines nichtlinearen Modells. Logos-Verlag, Berlin 2002, ISBN 978-3-89722-850-4.
  6. ↑ Johannes W. Dietrich, John E. M. Midgley, Rudolf Hoermann: Homeostasis and Allostasis of Thyroid Function. Frontiers Media SA, Lausanne 2018, ISBN 978-2-88945-570-6.
  7. ↑ R Hoermann, MJ Pekker, JEM Midgley, R Larisch, JW Dietrich: Triiodothyronine secretion in early thyroid failure: The adaptive response of central feedforward control. In: European Journal of Clinical Investigation. 50. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2020, S. e13192, doi:10.1111/eci.13192, PMID 31815292.
  8. ↑ André Ramos, Rafael Chaves, Elói Favero: Simulação baseada em Dinâmica de Sistemas para o ensino da fisiologia do eixo Hipotálamo-hipófise-tireoide no contexto da graduação em medicina. In: Brazilian Symposium on Computers in Education (Simpósio Brasileiro de Informática Na Educação - SBIE). 30. Jahrgang, Nr. 1, 11. November 2019, ISSN 2316-6533, S. 962, doi:10.5753/cbie.sbie.2019.962 (portugiesisch).
  9. ↑ Devleena Ghosh, Chittaranjan Mandal: Clustering Based Parameter Estimation of Thyroid Hormone Pathway. In: IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics. PP. Jahrgang, 2020, S. 1, doi:10.1109/TCBB.2020.2995589, PMID 32750849.
  10. ↑ J. W. DIETRICH, A. TESCHE, C. R. PICKARDT, U. MITZDORF: Thyrotropic Feedback Control: Evidence for an Additional Ultrashort Feedback Loop from Fractal Analysis. In: Cybernetics and Systems. 35. Jahrgang, Nr. 4, 2004, S. 315–331, doi:10.1080/01969720490443354.
  11. ↑ R Hoermann, JE Midgley, R Larisch, JW Dietrich: Integration of Peripheral and Glandular Regulation of Triiodothyronine Production by Thyrotropin in Untreated and Thyroxine-Treated Subjects. In: Horm Metab Res. 47. Jahrgang, Nr. 9, 2015, S. 674–80, doi:10.1055/s-0034-1398616, PMID 25750078 (zenodo.org).
  12. ↑ JW Dietrich, G Landgrafe-Mende, E Wiora, A Chatzitomaris, HH Klein, JE Midgley, R Hoermann: Calculated Parameters of Thyroid Homeostasis: Emerging Tools for Differential Diagnosis and Clinical Research. In: Frontiers in Endocrinology. 7. Jahrgang, 2016, S. 57, doi:10.3389/fendo.2016.00057, PMID 27375554, PMC 4899439 (freier Volltext).
  13. ↑ Rudolf Hoermann, John E. M. Midgley, Rolf Larisch, Johannes W. Dietrich: The role of functional thyroid capacity in pituitary thyroid feedback regulation. In: European Journal of Clinical Investigation. 48. Jahrgang, Nr. 10, Oktober 2018, S. e13003, doi:10.1111/eci.13003, PMID 30022470.
  14. ↑ R Hoermann, JE Midgley, R Larisch, JW Dietrich: Is pituitary TSH an adequate measure of thyroid hormone-controlled homoeostasis during thyroxine treatment? In: European Journal of Endocrinology. 168. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2013, S. 271–80, doi:10.1530/EJE-12-0819, PMID 23184912.
  15. ↑ A Chatzitomaris, R Hoermann, JE Midgley, S Hering, A Urban, B Dietrich, A Abood, HH Klein, JW Dietrich: Thyroid Allostasis-Adaptive Responses of Thyrotropic Feedback Control to Conditions of Strain, Stress, and Developmental Programming. In: Frontiers in Endocrinology. 8. Jahrgang, 2017, S. 163, doi:10.3389/fendo.2017.00163, PMID 28775711, PMC 5517413 (freier Volltext).
  16. ↑ JE Midgley, R Hoermann, R Larisch, JW Dietrich: Physiological states and functional relation between thyrotropin and free thyroxine in thyroid health and disease: in vivo and in silico data suggest a hierarchical model. In: Journal of Clinical Pathology. 66. Jahrgang, Nr. 4, April 2013, S. 335–42, doi:10.1136/jclinpath-2012-201213, PMID 23423518 (bmj.com [abgerufen am 4. Dezember 2018]).
  17. ↑ Dan Gezelter: SimThyr – simulation software for pituitary thyroid feedback | The OpenScience Project. In: The OpenScience Project. Archiviert vom Original am 4. April 2019; abgerufen am 6. Februar 2019.
  18. ↑ Henrik Glensbo: Fokus i 2020 - stofskiftesygdom.dk. In: www.stofskiftesygdom.dk. Stofskiftesygdom, abgerufen am 2. April 2020.
  19. ↑ Jiří Lupínek: Freeware simulační a vizualizační nástroje pro GNU/Linux. Západočeská univerzita v Plzni, 2012 (tschechisch).
  20. ↑ M. Oguz Arslan: Özgür ve Açık Kaynak Yazılımın Ekonomik Faydaları: Saglık Sektörü Için Bir Degerlendirme [Economic Benefits of Free and Open Source Software: An Evaluation for Health Sector.]. In: Hacettepe Sağlık İdaresi Dergisi. 17. Jahrgang, 2014, S. 119–31 (researchgate.net).
  21. ↑ J. W. Dietrich: SimThyr 4.0 Handbook and Reference. 2017, doi:10.6084/m9.figshare.4902098.
  22. ↑ Simon Xian He Han: THYROSIM: A Web Application for Human Thyroid System Regulation Education and Research. UCLA, Los Angeles 2013 (englisch, escholarship.org).
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