Olá! E bem-vindo novamente ao meu blog, esta semana para falar sobre envelhecimento!
A publicação é inspirada num livro que li recentemente chamado “LifeSpan – The Revolutionary Science of Why We Age – and Why We Don’t Have To” e escrito por David Sinclair.
Ao contrário do último livro que revi, não vou seguir o livro à risca. Vou focar-me nos pontos que considero mais importantes e interessantes discutir, partilhando a minha experiência quando fizer sentido.
De uma forma simples, o meu objetivo é partilhar uma possível resposta para as perguntas:
- Porque é que envelhecemos?
- O que podemos fazer para viver mais tempo?
Sempre foram questões sobre as quais tenho curiosidade e nunca tive uma resposta clara. Este livro oferece uma visão do passado, presente e futuro da ciência do envelhecimento, narrado por alguém que trabalha na área desde que eu nasci – em 1995 mudou-se para os Estados Unidos e começou a investigar exclusivamente envelhecimento.
Durante as próximas duas semanas vou então responder a estas duas perguntas, existindo ainda uma terceira pergunta – Que implicações é que aumentar o nosso tempo de vida pode ter na sociedade? – sobre a qual estou a ponderar fazer também uma publicação!
Vão reparar que vou utilizar vários termos específicos, devido ao tema em questão. Vou tentar explicar e/ou deixar uma referência para onde encontrar a informação.
Indice
Porque Envelhecemos?
Várias teorias surgiram ao longo do tempo!
Mas antes das teorias, vou só dizer que o propósito de uma teoria não é ser uma regra absoluta! A descoberta científica nunca está completa, e quando uma teoria consegue explicar o que anteriormente não era explicável, torna-se uma ferramenta para os cientistas descobrirem mais e gerarem mais questões, até que, eventualmente, não é possível responder a todas as novas interrogações e uma nova hipótese vai surgir… Ou seja, as teorias de que vou falar agora e mais tarde, apesar de poderem – ou não – estar ultrapassadas, foram importantes para desenvolver o conhecimento até ao ponto em que se encontra e vão continuar a ser importantes para desbravar o desconhecido!
Dito isto:
– Durante os anos 40 e 50, era popular a hipótese de que exposição a radiação ionizante causava envelhecimento prematuro.
Esta acabou por ser desmentida nos anos 60, pois apesar de ser verdade que a exposição a radiação ionizante poder, por exemplo, causar mutações no ADN, nenhum dos estudos efetuados mostrou mudanças significativas no tempo de vida dos animais estudados.
– Em 1963, o biólogo britânico Leslie Orgel lançou a sua teoria “Error Catastrophe Hypothesis” – diz que erros feitos durante o processo de cópia do ADN na replicação celular leva a mutações em genes, incluindo nos genes necessários para formar as proteínas utilizadas na cópia do ADN. O número de erros aumenta até chegar a um ponto crítico e falecermos.
O aumento constante de erros é o que causa o envelhecimento! Esta teoria foi considerada incompleta, pois não explica muitos dos sintomas observáveis à medida que se fica mais velho.
– Em 1956, Denham Harman publicou a “Free Radical Theory of Aging” que culpa o envelhecimento em radicais livres – átomos ou moléculas que contém eletrões desemparelhados que andam a passear pelas células a causam danos no ADN e na mitocôndria.
Esta teoria é provavelmente a mais famosa – ou a mais publicitada – de todas, porque mesmo hoje em dia, continuamos a comprar produtos antioxidantes para combater os radicais livres que possam existir no nosso corpo – estava a fazer alguma pesquisa e a primeira opção que a Google me dá é logo um artigo de informação sobre como radicais livres causam envelhecimento e devemos utilizar antioxidantes para o combater xD.
Na verdade, esta teoria já foi desmentida há mais que uma década, mas como o mercado mundial de antioxidantes está a subir e se espera que chegue aos 4,5 mil milhões de euros em 2022, compensa continuar com a publicidade e produção de bebidas, medicamentos e produtos outros produtos antioxidantes.
Atenção, antioxidantes – como vitaminas, zinco, … – têm benefícios para a nossa saúde! Só não são os publicitados. Eles estimulam as defesas naturais do nosso corpo, como a produção de enzimas responsáveis por remover os radicais livres que possam existir, no entanto, o seu efeito é reduzido em relação ao inicialmente esperado.
Grande parte das teorias existentes defendiam que a causa das células envelhecerem era a mutação/degradação do ADN. Com o passar do tempo as células perdiam informação genética e cometiam cada vez mais erros. Esta é, efetivamente, uma das causas de envelhecimento, podendo causar cancro e outras complicações de saúde. Felizmente, não é a causa principal pela qual se envelhece e é na maior parte dos casos reversível.
A prova de que o problema não é a perda de informação do ADN chegou quando se conseguiu clonar, com sucesso, diversos animais. Ao clonar um animal velho – se o ADN estivesse degradado – deveríamos obter um animal velho, no entanto, o clone é um animal novo com um tempo de vida semelhante ao do individuo original. Isto prova que o problema de envelhecer não deve estar no ADN, de outro modo, o clone não sobreviveria tanto tempo. – Isto vai ser importante mais à frente, pois como vamos ver, combater o envelhecimento seria mais complicado se não fosse possível reverter o dano existente no nosso genoma.
Como não existia uma teoria com uma causa singular para o envelhecimento, a comunidade cientifica reuniu-se e criou em 2013 os
“Hallmarks of Aging“
Ou seja, as principais causas de envelhecimento. Estas são:
Instabilidade genómica devido a dano no ADN;
A instabilidade genómica é causada devido a dano gradual que não consegue ser reparado naturalmente no nosso ADN. Como disse anteriormente, leva a mutações genéticas e a risco de cancro.
Desgaste da camada protetora dos cromossomas – os telómeros;
Os telómeros são estruturas protetoras dos cromossomas, constituídos por proteínas e ADN não codificante e que se desgastam a cada ciclo de replicação de ADN.
Encontram-se nas extremidades dos cromossomas e impedem que exista perda de genes ou outros problemas quando os cromossomas se replicam. Como se desgastam, há medida que envelhecemos, os telómeros ficam cada vez mais curtos, deixando de conseguir proteger o cromossoma na replicação, o que pode levar a diversos erros e tornar a célula inviável.
As células têm capacidade de reverter o encurtamento dos telómeros com a enzima telomerase. Geralmente não é uma enzima muito ativa, mas há formas de a estimular.
Alterações ao epigenoma que controla que genes estão ativos e inativos;
O epigenoma é responsável pela especialização das nossas células. Todas as células têm o mesmo ADN, quem controla a função de cada uma, é o epigenoma. Quando este se deteriora, as células perdem identidade – uma célula muscular deixa de cumprir a sua função, ou uma célula do fígado acha que é uma célula da pele agr xD (esta última é piada, mas percebem a ideia)
Quando há perda de informação epigenética, isso interfere com os genes que deviam estar ativos e inativos, causa caos dentro da célula e pode gerar células cancerosas.
Perda de manutenção saudável de proteínas – “proteostasis”;
Proteostase é o nome dado à manutenção das proteínas no seu estado ideal. Cada proteína no nosso corpo tem uma forma e função especifica que tem que ser respeitada. Existe um sistema – maioritariamente constituído por proteínas – que se assegura da formação e manutenção das proteínas existentes. Obviamente este sistema não é perfeito e às vezes falha, produzindo proteínas com defeito, ou demasiadas proteínas, ou muito poucas, ou proteínas que dão instruções erradas às células,… há várias possibilidades e todas elas causam confusão dentro da própria célula.
Há medida que envelhecemos, este tipo de erros é mais frequente, causando um efeito “bola de neve“
Desregulação da deteção de nutrientes devido a mudanças metabólicas;
Existem várias vias metabólicas no nosso corpo que dependem da existência de certos nutrientes para estarem ativas ou desativas.
Um exemplo simples é a insulina, que informa a célula da presença de glucose. Se não estiver a funcionar da maneira correta e não detetar a presença de glucose no corpo, este não a vai metabolizar.
A mitocôndria é a nossa fábrica de energia. Converte a comida que consumimos em energia (ATP) através de um processo oxidativo, que gera compostos reativos de oxigénio no final – radicais livres.
Há medida que envelhecemos, a mitocôndria começa a perder a capacidade de fornecer a mesma energia à célula e começa a libertar mais compostos reativos, pois não os consegue tratar internamente. Isto gera confusão dentro da célula e fadiga, pois já não se tem a mesma energia disponível.
Acumulação de células senescentes que causam inflamação nas células à volta;
Células senescentes são células que já não se conseguem dividir mais. Há várias razões para isto acontecer, mas a partir de um certo ponto, as células não se conseguem dividir corretamente, então, para evitar erros na divisão, elas não se reproduzem mais, evitando assim a formação de tumores. Normalmente, estas células destroem-se a elas próprias por apoptose ou o nosso sistema imunitário acaba por as remover.
No entanto, há medida que envelhecemos, o nosso corpo torna-se menos eficiente na sua remoção e controlo. Para piorar as coisas, estas células libertam compostos que provocam inflamação e confusão à sua volta.
Saturação das células estaminais;
Células estaminais são as células indiferenciadas, que se podem tornar em qualquer outra célula. São responsáveis pela reparação de tecidos, ajuda no sistema imunitário, produção de glóbulos vermelhos, etc.
Com o passar do tempo, a atividade das células estaminais, infelizmente diminui. Há várias razões para isto, os telómeros ficam mais curtos com cada replicação, as células senescentes interferem com as estaminais devido à inflamação que causam, entre outras…
Alterações na comunicação intercelular e produção de moléculas inflamatórias
Esta é um pouco causa das outras todas. A comunicação entre células têm cada vez mais erros e interferências, devido às células senescentes ou à perda de manutenção saudável de proteínas. Isto leva a inflamação e a várias doenças, como diabetes do tipo 2 e tumores.
Estas são as principais causas de envelhecimento! Se as combatermos, conseguimos abrandar o envelhecimento! Claro que não são tooodas as causas, mas é uma lista geral aceite pela comunidade cientifica dos problemas que devem ser investigados.
Resolver cada um dos desafios vai aumentar a média de anos saudáveis que vivemos, o que é incrível! No entanto, não vamos ultrapassar recordes e viver até aos 150 anos… Segundo o autor, existe algo que causa todos estes problemas e isso é que deve ser investigado… Mas o quê?
Para responder a esta questão, temos que dar um passo atrás.
Segundo o autor, todos os seres vivos são descendentes do primeiro ser vivo a existir no planeta. Uma única célula – muito provavelmente numa poça, ou um pequeno lago junto a uma zona vulcânica – formou-se ao longo do tempo. Primeiro a informação genética – ácidos nucleicos – formando o ARN (ácido ribonucleico), antecessor do ADN, depois, ácidos gordos acabariam por encapsular o material genético, formando a primeira membrana… Processos semelhantes repetem-se milhares de vezes, até que a combinação certa de ácidos nucleicos aparece e a célula consegue sobreviver e replicar o seu ARN.
Para sobreviver nas condições existentes na altura – altas temperaturas, radiação forte, sem oxigénio… – e tornar-se a célula que daria origem a todos os seres vivos, era necessário algo que só deve ter acontecido depois de vários passos de evolução, inúmeras mutações e vários anos de tentativa erro. Um circuito genético.
O circuito tinha que ser composto por 2 genes.
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O gene A, que impede a reprodução da célula em tempos difíceis – essencial para sobreviver naquela altura em que todos os tempos eram difíceis…
É importante, porque a reprodução gasta bastante energia. Energia essa que a célula tem que utilizar para sobreviver! Então é necessário um gene que pare a reprodução para a célula se focar no mais importante.
Fazendo uma analogia com o ser humano, provavelmente se estivermos em tempo de guerra, ou de fome, não estamos a pensar ter filhos… Estamos a tentar sobreviver, para no futuro, quando as condições forem mais apropriadas podermos reproduzir.
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O gene B codifica uma proteína silenciadora – A proteína silenciadora desativa o gene A quando o ambiente é propicio para a reprodução, para que a célula se possa dividir.
Esta proteína tem uma segunda função: ajuda a reparar o ADN (ARN no caso da primeira célula). – Quando o ADN da célula quebra, a proteína silenciadora sai do gene A e vai ajudar a corrigir o ADN. Assim, a célula para a reprodução e foca-se apenas em sobreviver.
- Por exemplo, se a célula se continuasse a dividir com o ADN afetado, muito provavelmente existiria um erro na reprodução e a célula acabaria por morrer. Então estas são as funções minimais essenciais para a vida existir.
Com este circuito genético, a célula conseguir recuperar quando está “ferida” e reproduzir quando está tudo bem, o que lhe dá condições para continuar a viver, mesmo em ambientes hostis! Avançando cerca de 4 mil milhões de anos, cá estamos nós! Apesar de muito mais complexo, o sistema de todos os seres vivos têm incorporado este mecanismo de defesa/reprodução, e se resistiu este tempo todo, é porque deve estar a resultar bem!
Outra coisa que importante em espécies unicelulares mais simples e que é essencial para espécies mais complexas como animais e plantas é a maneira como a informação biológica é codificada. E ela é essencialmente codificada de duas maneiras:
A primeira é a informação genética, o ADN – o autor compara-a a informação digital. É uma maneira fiável de guardar e copiar informação. Pode ser copiada inúmeras vezes com uma precisão incrível, tal como a informação digital guardada num computador.
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É graças a esta robustez que moléculas de ADN resistem durante horas em água a ferver e sobrevivem durante milhares de anos – foi recuperado ADN de Neandertais com pelo menos 40 mil anos.
Por serem tão fiável, cadeias de ácidos nucleicos têm sido a forma biológica de guardar informação dos últimos 4 mil milhões de anos.
A segunda é a informação epigenética – que o autor compara a informação analógica. Não é tão falada, em parte porque é um termo mais recente e também porque nem sempre é considerado um recipiente de informação. Como disse anteriormente, o epigenoma é o que define a função de uma célula. Todas as células têm o mesmo genoma, no entanto, executam diferentes funções – ex: células da pele, células musculares, células nervosas. Sem a informação epigenética as células perdem a sua identidade e os nossos órgãos e tecidos deixavam de ser funcionais.
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A informação epigenética é a responsável por responder às condições do ambiente circundante e a diferentes estímulos provenientes do interior ou do exterior da célula. Assim, têm guardados um número ilimitado de possibilidades de resposta, pronto para responder a condições nunca antes encontradas.
É com esta informação que o nosso organismo decide o que fazer quando temos dano no ADN, quando acabamos de comer e temos energia, quando fizemos exercício e estamos cansados, etc…
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O problema é que tal como a informação analógica (um DVD, por exemplo) existe uma degradação com o passar do tempo. E pior, alguma informação é perdida quando é copiada, levando ao envelhecimento gradual das células.
A esperança é que tal como se consegue retirar a informação de um DVD riscado, também deve ser possível polir o nosso epigenoma.
A teoria de David Sinclair tem por base estes mecanismos que parecem ser os essenciais para a sobrevivência de um ser vivo. A única diferença é que o ser humano (tal como todos os outros seres multicelulares) tem um sistema muito mais complexo, com mais variáveis. Mas as funções fundamentais são semelhantes.
Há três genes responsáveis pela longevidade que estão bem estudados pela comunidade cientifica. Todos têm funções similares e podem ser manipulados de maneira a expandir e melhorar a nossa vida. Eles são:
Sirtuína – São enzimas que controlam o empacotamento do ADN, regulando os genes que estão ativos e os que são silenciados. Estes reguladores epigenéticos são os mais importantes no controlo de sistemas celulares, no controlo de reprodução e na reparação de ADN. É o descendente do “gene B” que referi anteriormente.
– A sirtuína é o gene com que o autor tem trabalhado os últimos 25 anos. Em mamíferos existem 7 diferentes – SIRT 1 até SIRT 7 – e são feitos em praticamente todas as células do nosso corpo. Para funcionar corretamente, a sirtuína necessita de uma molécula chamada dinucleótido de nicotinamida e adenina (NAD). Esta informação é importante, porque quando envelhecemos vamos perdendo NAD, o que diminui a atividade da sirtuína e nos torna mais suscetíveis a doenças como diabetes, problemas cardiovasculares e alzheimer.
– Quando é estimulada por stresses moderados – como a falta de nutrientes -, a sirtuína traz vários benefícios, como proteger das doenças referidas anteriormente, prevenir inflamação, aumentar a atividade da mitocôndria, impedir a morte celular, …
mTOR – mTOR é o nome dado à proteína alvo da rapamicina em mamíferos. É encontrado em dois complexos de proteínas – TORC1 e TORC2 – e é responsável pelo controlo do crescimento celular e do metabolismo, em resposta aos nutrientes existentes, energia celular, fatores de crescimento e ao stress sentido pela célula.
– Tal como a sirtuína, mTOR foi encontrada em todos os organismos estudados. Como é o regulador do crescimento celular, tem um papel central no envelhecimento e está envolvido em doenças como obesidade, diabetes e cancro.
– O mTOR é regulado pela quantidade de proteína existente no organismo. Se tiver poucos aminoácidos (aminoácidos juntos formam proteínas. tipo legos…), ele sabe que estamos numa altura difícil, estimula as defesas, as células dividem-se menos e o corpo reutiliza componentes celulares antigos novamente para poupar energia – autofagia. Isto é importante, porque quando os nossos antepassados não tinham comida durante vários dias, esta via metabólica ativava-se e isso era o que nos permitia sobreviver.
AMPK – é a “proteína quinase ativada por AMP” – AMP é uma molécula de baixo teor energético na célula. AMPK controla o metabolismo das células quando estas têm baixo nível de energia. O objetivo principal é manter um balanço entre programas metabólicos e anabólicos para manter a célula equilibrada.
– Tal como os outros dois, é encontrada em todos os organismos em que foi procurada.
– Devido aos seus atributos funcionais de equilíbrio entre glucose/lípidos, sensibilidade à insulina, ingestão de comida, etc, a enzima AMPK é utilizada em tratamentos terapêuticos no tratamento de doenças metabólicas como diabetes do tipo 2 e obesidade.
Estes mecanismos de defesa são ativados como resposta a stress no nosso corpo. Muitas vezes o stress é demasiado forte e não conseguem combater da melhor forma, e à medida que envelhecemos, o número de problemas aumenta e a eficiência de resposta diminui – o que é chato…
No entanto, existem várias maneiras de estimular a ativação destes genes responsáveis pela longevidade sem danificar as células – como fazer exercício, dietas com baixa proteína, exposição a temperaturas variadas… vou falar disso na próxima publicação. Esse estímulo faz com que o organismo esteja mais preparado para enfrentar os diversos desafios que pode encontrar – isto tem um nome, é chamado hormese (em inglês hormesis) e defende que um pequeno estímulo pode ter um grande impacto de inibição (tipo uma vacina, entra no nosso corpo, não causa muitos problemas, mas depois temos proteção contra diferentes vírus).
Com isto, sinto que tenho toda a contextualização necessária para partilhar a teoria apresentada pelo autor.
“The Information Theory of Aging”
A teoria do envelhecimento por informação – e estipula algo do género:
- Quebras no ADN causa instabilidade genética, que distrai as proteínas sirtuínas, que muda o epigenoma, que leva a que as células percam a sua identidade e fiquem estéreis. Isto é a causa de doenças e com o tempo faz com que o organismo envelheça cada vez mais.
Esta teoria foi primeiro testada em células de levedura e é composta por vários passos que acontecem devido ao anterior. Vou explicar cada um deles:
Quando o ADN é danificado, é necessário um mecanismo para o reparar. Se bem se lembram, esse é o trabalho das proteínas sirtuínas, descendentes do gene B. Saem do gene que estão a silenciar e vão reparar o dano existente.
O gene que a sirtuína silencia é o que impede a reprodução, ou seja, enquanto o ADN está a ser reparado a célula não vai reproduzir.
Como está representado na imagem ao lado, a proteína SIRT deixa de silenciar o gene e vai reparar o ADN, deixando o gene ativo.
Por vezes, o dano causado ao ADN é tanto que as proteínas que a estão a reparar demoram a voltar para a célula, ou não voltam de todo. Isto faz com que a célula fique estéril. Outra coisa que por vezes acontece é que ao voltar, a proteína liga-se no local errado, ou na célula errada – ou seja, silencia um gene que não era suposto silenciar – criando ruído epigenético.
Enquanto somos jovens, existem, geralmente, proteínas SIRT suficientes para resolver os problemas existentes, no entanto, é necessária energia para a produção destas proteínas, e com o passar do tempo, essa energia pode não estar disponível. A quantidade de NAD está diretamente relacionada com a quantidade de proteínas SIRT existentes e há uma diminuição substancial de NAD quando ficamos mais velhos. Infelizmente, o número de problemas mantém-se…
O autor começou por provar que isto estes mecanismos aconteciam em leveduras com dois artigos, um em 1997 e outro em 1999, mas só em 2017 é que foi provado que as proteínas sirtuínas estabilizam o ADN humano e em 2018 provou-se que as proteínas sirtuínas estabilizam o ADN humano e previnem a senescencia celular. Nenhuma das duas mais recentes foi provada por ele já agora xD – mas foi graças a estes trabalhos que se provou os mecanismos de ação são semelhantes e que as curas também são semelhantes!
Existem também vários estudos que provam que a adição de SIRT, de NAD e de outros compostos em células e em animais aumentam o significativamente a sua longevidade, mas isso fica para a próxima semana.
O Pianista
O meu objetivo com esta publicação não é explicar as coisas demasiado a fundo, então vou utilizar uma analogia engraçada.
O nosso genoma é um piano. Cada tecla é um gene. Cada tecla produz uma nota. De instrumento para instrumento, o som vai ser sempre ligeiramente diferente, mesmo que quase impercetível – de pessoa para pessoa, também há mudanças no genoma, mesmo que muito pequenas.
Cada tecla pode ser tocada de várias maneiras e a várias velocidades. Para um pianista profissional, existem centenas de formas de tocar cada tecla e inúmeras maneiras de tocar todas as teclas juntas. O pianista é o epigenoma. O epigenoma manipula o genoma do mesmo modo que um pianista manipula o piano – claro que as condições em que o piano se encontram também são importantes para saber o que o pianista consegue fazer! Por melhor que ele seja, não consegue dar um concerto incrível com um piano de brincar com 7 teclas… Do mesmo modo, independentemente do epigenoma, um cão não pode virar um gato, existem limitações! Mas dá para perceber a ideia.
Agora imaginem que o pianista vai dar um concerto. Está no seu magnífico piano e começa. A música é linda! De vez em quando falha uma nota, mas ninguém repara… Com o passar do tempo, começa a falhar cada vez mais notas, cada vez com mais frequência até que arruína a música… – Ruído epigenético é mais ou menos igual. Quando somos jovens, está tudo perfeito, mesmo que existam falhas, ninguém repara. Com o passar do tempo, começam a aparecer cada vez mais falhas, como ADN danificado e acabam por levar a célula à exaustão, a tornar-se senescente, ao encurtamento dos telómeros, etc, e isto é o que nos faz envelhecer…
Conclusão
Ao longo dos anos, têm existido algumas teorias sobre o porquê de envelhecermos. Com a leitura deste livro, apercebi-me que é uma área da ciência bastante negligenciada – porque envelhecer não é considerado uma doença e então não tem muito financiamento – mas que na minha opinião tem um impacto enorme no nosso futuro.
Existem três genes principais que codificam proteínas responsáveis por defender o nosso organismo e aumentar a nossa longevidade e o declínio da quantidade dessas moléculas está diretamente relacionado com o envelhecimento.
As proteínas sirtuínas são responsáveis por silenciar certos genes ligados à reprodução e por reparar dano no ADN. Quando vão reparar ADN danificado, por vezes acabam por nunca voltar, o que torna a célula infértil e causa ruído epigenético. Quantas mais proteínas sirtuínas tivermos melhor, mas para as produzir é necessária energia – que com o passar do tempo deixa de estar tão disponível.
Apesar de não ter sido fácil descobrir, parece que existe uma causa identificável que é responsável pelo envelhecimento, o ruído epigenético. Isso é bom, porque se soubermos onde temos que nos focar, a progressão é mais rápida.
E é isto! Esta semana foi um bocado mais pesado, mas tinha que ser se quisesse tentar explicar o porquê de envelhecermos xD
Espero que tenham gostado e aprendido alguma coisa! Volto na próxima semana com a resposta à pergunta: “O que podemos fazer para viver mais tempo?”
Até lá, grande abraço 😉
Ricardo Ribeiro