人類(lèi)血糖調(diào)控模型及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、人類(lèi)血糖代謝系統(tǒng)的調(diào)控規(guī)律,一直是醫(yī)生和學(xué)者研究的重要課題。早到生物控制論的提出,建立血糖系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述模型,就已經(jīng)成為各國(guó)學(xué)者們的論題。近年來(lái)隨著系統(tǒng)生物學(xué)的迅速崛起,高通量技術(shù)帶來(lái)的數(shù)據(jù)的有力支持,數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)領(lǐng)域的重大突破,都為人類(lèi)血糖調(diào)控模型的建立奠定了強(qiáng)而有力的基礎(chǔ)。
　　論文根據(jù)血糖代謝的生理學(xué)規(guī)律,應(yīng)用定性建模的基本方法,建立了人類(lèi)血糖調(diào)控模型的總體部分:葡萄糖系統(tǒng)和胰島素系統(tǒng)。之后綜合利用代謝控制分析(MCA)

2、和流平衡分析(FBA)方法,根據(jù)米氏動(dòng)力學(xué),分別定量的建立了葡萄糖系統(tǒng)中的各個(gè)子模型和胰島素系統(tǒng)中的各個(gè)子模型。分別對(duì)各個(gè)子模型進(jìn)行了仿真,依據(jù)生理學(xué)和病理學(xué),通過(guò)對(duì)參數(shù)的調(diào)整,使模型分別適合普通人的情形和Ⅱ型糖尿病患者的情形。通過(guò)改變輸入,模擬了葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)效果和正常的日常飲食效果。并對(duì)各個(gè)子模型的普通人與Ⅱ型糖尿病患者的仿真結(jié)果作了對(duì)比分析。最后依據(jù)藥理學(xué),通過(guò)合理的改變參數(shù),模擬了Ⅱ型糖尿病患者在服用不同糖尿病治療藥物之后的血糖

3、和胰島素代謝情況,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。
　?、倨咸烟莾?nèi)源性生產(chǎn)效率模型(EGP)
　　本設(shè)計(jì)中的EGP模型假設(shè)葡萄糖的內(nèi)源性生成速率的快速抑制與門(mén)靜脈中的胰島素信號(hào)有關(guān),而且與血液中葡萄糖的直接信息、胰島素的延遲信息和胰島素的期望值相關(guān)。
　　②血液中葡萄糖出現(xiàn)速率模型(Ra)
　　本設(shè)計(jì)基于已知的關(guān)于胃排空和小腸吸收的生理學(xué)規(guī)律,建立一個(gè)非線性的模型,在這個(gè)模型中,胃部依然被分為兩個(gè)房室,一個(gè)用來(lái)表示事食物的固

4、態(tài)形式,一個(gè)用來(lái)表示事物的食糜狀態(tài);小腸部位的反應(yīng)用一個(gè)房室描述。
　?、燮咸烟抢寐誓Ｐ?U)
　　為了描述人體進(jìn)餐(或注射葡萄糖)之后身體組織對(duì)葡萄糖的利用率,包括胰島素依賴性利用率(主要發(fā)生在肌肉、脂肪等周緣組織中)和胰島素非依賴性利用率(主要發(fā)生在血漿中)。
　　我們假設(shè)葡萄糖利用率模型由兩個(gè)房室構(gòu)成,胰島素非依賴性利用率發(fā)生在第一房室,這個(gè)值是固定的,表示葡萄糖被腦細(xì)胞和紅細(xì)胞吸收。胰島素依賴性利用率發(fā)生在第

5、二房室(遠(yuǎn)房室),它依賴于葡萄糖在組織中的非線性行為。
　　④胰島素分泌模型(S)
　　本設(shè)計(jì)中假設(shè)胰島素由胰島β細(xì)胞分泌,并通過(guò)肝門(mén)靜脈傳遞進(jìn)入血液循環(huán),它與門(mén)靜脈轉(zhuǎn)換速率,血糖濃度變化,葡萄糖信號(hào)和胰島素信號(hào)延遲等因素有關(guān)。
　?、菽I臟清除模型(E)
　　當(dāng)血液中的葡萄糖濃度超過(guò)一個(gè)特定的閾值是,腎臟會(huì)排泄多余葡萄糖,以保證內(nèi)環(huán)境處于穩(wěn)態(tài),它與血糖濃度相關(guān),被假定為線性的。
　　模型的仿真結(jié)果表明本設(shè)計(jì)