title: Finding the Homeostatic Set Point of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid Axis with Different Modelling Approaches
Creators: name: Schuster, Hannah
Publisher: name: TU Wien
Year: 2021
Subjects: subject: Transferfunktion
subject: Minimales mathematisches Model
subject: Model Validierung
subject: Set-Point Theorie
subject: thyreotroper Regelkreis
subject: Schilddrüsenerkrankung
subject: Transfer Function
subject: Minimal Mathematical Model
subject: Model Validation
subject: Set-Point Theory
subject: Hypothalamus-Pituitary-Thyroid Axis
subject: Thyroid Disease

description: Derzeit basiert die Behandlung von Schilddrüsenerkrankungen auf veröffentlichter Literatur, Leitfäden für die klinische Praxis sowie auf bewährten Verfahren, welche auf klinischer Erfahrung und akzeptierten Referenzbereich für die Konzentration von Schilddrüsenhormonen aufbauen. Diese Strategie führt im Regelfall zum gewünschten Ergebnis kann jedoch ebenso zu Fehldiagnosen und suboptimalen Behandlungsergebnissen führen.Diese Arbeit handelt von einem Model des thyreotropen Regelkreises. Dieser wird auch als Hypophysen-Schilddrüsen-Achse bezeichnet und kann dazu herangezogen werden das Verständnis der Mechanismen dieses hormonalen Regelkreises sowie die Diagnostik und Therapie von Schilddrüsenerkrankungen zu verbessern.Aus diesem Grund wurde das wechselseitige Verhältnis zwischen dem Hypophysenhormon TSH und dem Schilddrüsenhormon FT4 modelliert. Weitere im thyreotropen Regelkreis involvierte Hormone wurden aufgrund von Gründen, welche im Zuge der Arbeit genauer erörtert wurden, vernachlässigt.Der Modellansatz basiert einerseits auf einem analytischen Ansatz und andererseits auf einer Schätzung der Parameter während der Simulation. Neben einem Vergleich der beiden Modellansätze steht vor allem die Validierung des Modells mit Patientendaten, welche während einer Studie an der Medizinischen Universität Wien erhoben wurden, im Mittelpunkt dieser Arbeit. Des weiteren werden andere Versuche die Hypophysen-Schilddrüsen-Achse zu modellieren erörtert.Die aus dieser Modellierung resultierende exponentiell fallende Kurve, welche die Beziehung zwischen dem Hypophysenhormon TSH und dem Schilddrüsenhormon FT4 grafisch darstellt, kann dazu verwendet werden das für den Patienten optimale Hormonlevel zu bestimmen. Dieser auch als Set-Point bezeichnete Wert steht in direktem Zusammenhang mit dem Erreichen des euthyreoten Zustandes beziehungsweise eines symptomfreien Zustandes. Obwohl es auf Grund von fehlenden Daten nicht möglich war die Set-Point Theorie zu validieren, wurden die auf unterschiedlichen basierenden Modellansätzen berechneten Werte verglichen um den Einfluss des Modellansatzes auf den Set-Point zu bestimmen. Dieses Modell soll bei Patienten mit einer Hypothyreose oder einer Hyperthyreose, bei denen die Hypophyse und der Hypothalamus nicht von einer Erkrankung oder Medikamenten beeinflusst wird, zum Einsatz kommen, um die Therapie zu erleichtern.
description: At the moment, the treatment of thyroid disorders is based on published literature, clinical practice guidelines and best local practice, which is based on clinical experience and accepted normal ranges of thyroid function tests. This strategy might work out in most situations, but can also lead to misdiagnosis and suboptimal treatment outcomes.The main focus of this thesis lies on the modelling of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid axis. The purpose of such a model is to gain insight into the mechanism of the hormonal feedback loop and to improve the diagnostic process as well as the treatment of thyroid dysfunctions. Therefore, two different approaches of modelling were used to simulate the relationship between the pituitary hormone TSH and the thyroid hormone FT4, one analytical and the other with parameter estimation in Simulink. Other involved hormones have been neglected due to various reasons. Apart from a comparison of the different modelling approaches, the main part of this thesis is the validation of the model with medical data, which was collected during a study at the Medical University of Vienna. In addition, other attempts at modelling the HPT-axis are discussed.The resulting exponentially decreasing curve, which depicts relationship between the pituitary hormone TSH and the thyroid hormone FT4, can be used to calculate the homeostatic set point of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid axis. The set point theory states that a unique set point connected to the euthyroid state exists for every human being. The calculated set point can be used to improve therapy of thyroid dysfunctions and consequently the state of many patients, who would otherwise suffer from discomforts even though their hormone levels are located in the normal range. Although, it was not possible to validate the set point theory with the available data, the influence of the modelling approach on the set point was examined. The resulting model should be used to improve the therapy of thyroid disorders and consequently the quality of life of the patient as long as the hypothalamus and pituitary are not influenced by disorders and drugs.