Modelowanie procesów biomedycznych



Pobieranie 178,25 Kb.
Strona1/4
Data14.02.2018
Rozmiar178,25 Kb.
  1   2   3   4

Modelowanie_1

1. Specyfika systemów żywych. Cele regulacji w biosystemach 1

2. Matematyczny opis modeli systemów biomedycznych 3

3. Modelowanie empiryczne 5

4. Systemy i modele kompartmentowe 9





  1. Specyfika systemów żywych. Cele regulacji w biosystemach


Systemy żywe są systemami otwartymi. Oznacza to istnienie wymiany materii i energii z otoczeniem. Są one systemami samosterowalnymi, tzn. ma miejsce ciągła wymiana informacji z otoczeniem, wewnętrzne przetwarzanie i wykorzystanie tej informacji. Służy to utrzymaniu struktury systemu i sterowaniu procesami metabolicznymi. Systemy żywe są systemami samoregenerującymi się w tym sensie, że są zdolne do długotrwałego zachowania struktury i funkcji. Tę cechę ma zarówno cały ustrój jak i pojedyncza komórka, lecz nie ma jej narząd oczekujący na przeszczep.

Schematyczne przedstawienie struktury systemy żywego. Wyróżniono współdziałające części energetyczną i informatyczną.


Wyróżnia się dwa podstawowe aspekty funkcjonowania systemów żywych: pierwszy związany jest z pobieraniem, gromadzeniem, przekazywaniem i wykorzystaniem energii, drugi dotyczy przechowywania, przetwarzania i wykorzystania informacji. Ten drugi aspekt służy zachowaniu stabilności procesów energetycznych. Wyróżnienie dwóch współpracujących podsystemów, energetycznej i informatycznej, jest podstawą systemowego podejścia do analizy systemów żywych. Przepływy materii, energii oraz informacji przedstawiono schematycznie na powyższym rysunku.

Struktura organizmu jest utrzymywana za pomocą sterowania genetycznego. Procesy w części genetycznej przebiegają wolno. Sterowanie fizjologiczne zapewnia właściwe funkcjonowanie efektorów i podsystemów zużywających energię i materię. Zużycie musi być skompensowane zwiększoną syntezą w systemie metabolicznym. Procesy w tej części przebiegają szybciej. Sterowanie genetyczne definiuje strukturę systemu, a procesy fizjologiczne wyznaczają jego funkcje: „To, co nazywamy strukturą, podlega bardzo powolnym zmianom. To co nazywamy funkcją, jest procesem podlegającym szybkim zmianom ”.

Istnieją dwa główne cele regulacji w systemach żywych:


  • podtrzymanie homeostazy, tzn. stałości środowiska wewnętrznego, drogą regulacji stężeń substancji,

  • podtrzymanie właściwego dopływu z zewnątrz drogą regulacji strumieni materii i energii.

Dwie cechy wyróżniają systemy żywe spośród innych systemów:

System otwarty zaopatrywany jest z zewnątrz w substraty, z których w procesach przetwarzania-tworzenia tj. anabolizmu, powstają komponenty zużywane przez organizm. Równocześnie ma miejsce rozkład substancji, tj. katabolizm, a jego produkty są wydalane. Zbiór procesów anabolizmu i katabolizmu to metabolizm.

W pewnym, choć ograniczonym, zakresie reakcje metaboliczne wykazują tendencję do stałości. Polega to np. na utrzymaniu stałości stężeń substancji przy zmiennych, w pewnych granicach, warunkach zewnętrznych. Takie wbudowane mechanizmy regulacyjne nazywa się sterowaniem wewnętrznym. Jest to sterowanie bierne. Nie wymaga ono nakładów ani energetycznych, ani pracy metabolicznej.



Następne piętro mechanizmów regulacyjnych, to czynne mechanizmy regulacyjne. Związane z tym sterowanie aktywne wymaga nakładów metabolicznych i w tym sensie ma charakter zewnętrzny. Jako przykład równoczesnego występowania biernego i czynnego mechanizmu sterowania, może posłużyć model opisujący transport tlenu do tkanek. W modelu tym współdziałają dwa mechanizmy regulacyjne: bierny - wykorzystujący różnicę stężeń tlenu w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym oraz aktywny - korygujący zmiany przepływu ilości utlenowanej krwi drogą rozszerzenia lub zwężania naczyń i drogą zmian ciśnienia tętniczego.



  1   2   3   4


©operacji.org 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna