人类血糖调控模型及其应用基础研究

发布时间：2017-05-12 20:18

  本文关键词：人类血糖调控模型及其应用基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人类血糖代谢系统的调控规律，一直是医生和学者研究的重要课题。早到生物控制论的提出，建立血糖系统的数学描述模型，就已经成为各国学者们的论题。近年来随着系统生物学的迅速崛起，高通量技术带来的数据的有力支持，数学、物理、化学领域的重大突破，都为人类血糖调控模型的建立奠定了强而有力的基础。 论文根据血糖代谢的生理学规律，应用定性建模的基本方法，建立了人类血糖调控模型的总体部分：葡萄糖系统和胰岛素系统。之后综合利用代谢控制分析（MCA）和流平衡分析（FBA）方法，根据米氏动力学，分别定量的建立了葡萄糖系统中的各个子模型和胰岛素系统中的各个子模型。分别对各个子模型进行了仿真，依据生理学和病理学，通过对参数的调整，使模型分别适合普通人的情形和Ⅱ型糖尿病患者的情形。通过改变输入，模拟了葡萄糖耐量实验效果和正常的日常饮食效果。并对各个子模型的普通人与Ⅱ型糖尿病患者的仿真结果作了对比分析。最后依据药理学，通过合理的改变参数，模拟了Ⅱ型糖尿病患者在服用不同糖尿病治疗药物之后的血糖和胰岛素代谢情况，并对结果进行了分析。 ①葡萄糖内源性生产效率模型（EGP） 本设计中的EGP模型假设葡萄糖的内源性生成速率的快速抑制与门静脉中的胰岛素信号有关，而且与血液中葡萄糖的直接信息、胰岛素的延迟信息和胰岛素的期望值相关。 ②血液中葡萄糖出现速率模型（Ra） 本设计基于已知的关于胃排空和小肠吸收的生理学规律，建立一个非线性的模型，在这个模型中，胃部依然被分为两个房室，一个用来表示事食物的固态形式，一个用来表示事物的食糜状态；小肠部位的反应用一个房室描述。 ③葡萄糖利用率模型(U) 为了描述人体进餐（或注射葡萄糖）之后身体组织对葡萄糖的利用率，包括胰岛素依赖性利用率（主要发生在肌肉、脂肪等周缘组织中）和胰岛素非依赖性利用率（主要发生在血浆中）。 我们假设葡萄糖利用率模型由两个房室构成，胰岛素非依赖性利用率发生在第一房室，这个值是固定的，表示葡萄糖被脑细胞和红细胞吸收。胰岛素依赖性利用率发生在第二房室（远房室），它依赖于葡萄糖在组织中的非线性行为。 ④胰岛素分泌模型（S） 本设计中假设胰岛素由胰岛β细胞分泌，并通过肝门静脉传递进入血液循环，它与门静脉转换速率，血糖浓度变化，葡萄糖信号和胰岛素信号延迟等因素有关。 ⑤肾脏清除模型(E) 当血液中的葡萄糖浓度超过一个特定的阈值是，肾脏会排泄多余葡萄糖，以保证内环境处于稳态，它与血糖浓度相关，被假定为线性的。 模型的仿真结果表明本设计建立的血糖调控系统是符合生理学描述的可靠模型，可以动态、定量的监测正常人和Ⅱ型糖尿病患者的血糖代谢规律，有助于更好地研究人类血糖代谢规律。对于糖尿病的预测、个性化治疗和药物筛选具有重要的参考价值。
【关键词】：血糖调控系统模型 系统生物学 代谢控制分析 流平衡分析 米氏动力学
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.04
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 论文工作及章节安排14-16
• 第2章 构建人类血糖调控模型的理论和方法16-34
• 2.1 人类血糖调控规律的生理学描述16-20
• 2.1.1 机体内环境及其稳态16-17
• 2.1.2 机体生理功能的调节17-18
• 2.1.3 体内的控制系统18-20
• 2.2 构建人类血糖调控模型的基本流程和方法20-31
• 2.2.1 构建一般系统生物学模型的基本流程20-21
• 2.2.2 构建一般系统生物学模型的理论依据21-26
• 2.2.3 构建一般系统生物学模型的基本方法26-31
• 2.3 人类血糖调控模型的数学描述31-33
• 2.3.1 葡萄糖系统31-32
• 2.3.2 胰岛素系统32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 人体葡萄糖系统代谢过程的数学建模34-46
• 3.1 葡萄糖内源性生产效率模型（EGP）34-36
• 3.1.1 内源性葡萄糖生成的生理描述34-35
• 3.1.2 葡萄糖内源性生产效率模型的构建35-36
• 3.2. 血液中葡萄糖出现速率模型（Ra）36-42
• 3.2.1 血液中葡萄糖出现过程的生理学描述36-38
• 3.2.2 血液中葡萄糖出现速率模型的构建38-42
• 3.3 葡萄糖利用率模型(U)42-45
• 3.3.1 葡萄糖利用率的生理学描述42-43
• 3.3.2 葡萄糖利用率模型的构建43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 人体胰岛素系统代谢过程中的数学建模46-51
• 4.1 胰岛素分泌模型（S）46-48
• 4.1.1 胰岛素分泌的生理学描述46-47
• 4.1.2 胰岛素分泌模型的构建47-48
• 4.2 肾脏清除模型（E）48-50
• 4.2.1 肾脏清除率的生理学意义48-49
• 4.2.2 肾脏清除模型的构建49-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 人类血糖调控模型仿真结果及其应用分析51-60
• 5.1 连续摄入葡萄糖的子模型仿真结果分析51-54
• 5.2 葡萄糖系统模型仿真结果54-55
• 5.3 胰岛素系统模型仿真结果55-57
• 5.4 人类血糖调控模型在药物筛选方向上的应用分析57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果67-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：360771