Модель компартментальная

Гл. 6 посвящена теории компартментальных моделей. [c.9]

Мы специально остановились на том, что темпы в биосистемах можно рассматривать как управляемые переменные, что цель системы управления можно формулировать в терминах поддержания постоянства темпов. Существуют два математически формализованных подхода, при которых основное внимание уделяется темпам процессов, происходящих в живых системах, потокам веществ, проходящих через биосистему. Один из них связан с рассмотрением термодинамических моделей открытых систем, другой — с так называемыми компартментальными моделями открытых систем. Мы кратко ознакомимся с первым из иих в разд. 1.8 компартментальным моделям посвящена гл. 6. [c.30]

В биокибернетической литературе чаще всего рассматриваются цели второго и третьего порядка — гомеостаз и получение наилучших характеристик. Цель первого порядка — управление темпами потоков, достижение стационарного неравновесия — исследуется в рамках теории термодинамических систем, а в последнее время — в компартментальных моделях открытых систем. Этим моделям посвящена ниже гл. 6, а сейчас мы кратко рассмотрим некоторые идеи термодинамического подхода к исследованию живых систем. [c.37]

Такие модели используются иногда для объяснения статистического характера энтропии [202]. Эту систему можно рассматривать и как простой аналог компартментальной модели с двумя компартментами, если совокупность частиц в каждом отделении представить как компартмент. Пусть в ящике находится всего шесть частиц. [c.39]

КОМПАРТМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ЖИВЫХ СИСТЕМ 6.1. Определения [c.159]

КОМПАРТМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ЖИВЫХ СИСТЕМ [ГЛ. 6 [c.160]

В других случаях в качестве компартментов рассматриваются взаимодействующие друг с другом вещества (или другие компоненты биосистемы), находящиеся в одном и том же объеме. Тогда кинетика реакций также описывается с помощью компартментальных моделей, а различным компартментам отвечают количества или концентрации различных веществ в одной и той же пространственной области. Так, в тканях и жидкостях тела происходят многочисленные реакции между химическими веществами, и участвующие в них субстраты, ферменты и продукты могут рассмат риваться как различные компартменты. В моделях наземных экологических систем часто делается допущение, что все исследуемые процессы происходят на некоторой ограниченной территории (иногда, как в классической модели экологических систем — модели Вольтерра, такое допущение делается неявно), и в качестве компартментов выступают численности или плотности различных видов или возрастных групп животных. [c.160]

В общем случае компартментальная модель содержит несколько связанных между собой компартментов, в которых протекают три типа процессов — обмен компонентами между отдельными компартментами, а также между компартментами и средой, превращение компонент друг в друга и, наконец, разнообразные процессы, приводящие к исчезновению рассматриваемых компонент или веществ. Процессы последнего типа мы будем обозначать общим термином утилизация. [c.160]

При описании экосистем компартментом считается обычно любой элемент системы, с которым связано накопление биомассы. Так, в обзоре по моделированию экосистем [344] рассматривается компартментальная модель популяции коловраток, в которой роль компартментов играют следующие величины количество молодых диплоидных самок, количество взрослых диплоидных яиц, количество гаплоидных яиц и т. д. [c.162]

Рис. 6.2. Схема компартментальной модели, а) Условное обозначение схемы, где X 2 концентрации рассматриваемой компоненты в компартментах, у , У2>. ..,у приток компоненты извне, — коэффициенты, определяющие темпы диффузии б) изображение при помощи матриц. Здесь х, у, V — векторы концентраций, притоков и условий

В компартментальных моделях обычно достаточно использовать уравнение переноса вещества с носителями, записанное в виде [c.169]

Фактически для всех уровней биосистем первичные темпы расхода метаболической энергии, происходящего в живых клетках организмов, оплачиваются универсальной энергетической валютой , т. е. АТФ. Однако при исследовании процессов жизнедеятельности с помощью компартментальных моделей часто вместо процессов, определяющих баланс АТФ, рассматривают процессы передачи, синтеза, накопления и утилизации тех компонент, которые участвуют в энергетическом балансе (кислорода, глюкозы, а в экосистемах — органического вещества). Тогда вместо (6.57) и (6.58) в рассмотрение вводится вектор темпов потоков веществ [c.182]

Таким образом, темпы утилизации вещества и энергии (или темпы возникновения, появления веществ, аналогичные этим темпам) играют особую роль в компартментальных моделях биологических систем. Именно они выступают в качестве первичных темпов, определяющих потребности живых систем. Рассмотренные же в двух предыдущих разделах процессы транспорта и процессы превращения компонент чаще всего выступают в роли генератора вторичных темпов. Изучение соотнощения между первичными и вторичными темпами лежит в основе компартментального моделирования. Мы поэтому постараемся представить схему компартментальной модели общего вида в такой форме, чтобы первичные и вторичные темпы процессов в ней были основными элементами структуры. [c.182]

Общая схема компартментальной модели [c.182]

ОБЩАЯ СХЕМА КОМПАРТМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ [c.183]

Рис. 6.4. Схема линеаризованной компартментальной модели. Первичные темпы в модели зависят от режима работы системы, условий внешней среды и, наконец, от некоторых переменных состояния системы, таких как общий объем или биомасса (матрицы 5 и Р, соответственно). Вторичные темпы регулируются внутренними механизмами управления н поддерживаются равными величинам первичных темпов (матрицы А, В к Q).

Уравнения (6.64) или (6.66) позволяют исследовать общие свойства компартментальных моделей живых систем — их динамические характеристики и поведение систем в стационарных режимах. Такое исследование представляет собой основу компартментального анализа живых систем. [c.185]

Рис. 6.8. Уравновешивание первичных и вторичных темпов в компартментальной модели энергоснабжения организма. Вектор уровней вещества х поступает на вход нелинейного блока Р, описывающего химические реакции в системе. Вектор темпов этих реакций у (размерности 2) вместе с вектором х (размерности 5) участвует в формировании первичных н вторичных темпов потоков вещества матрицы Л и Р поэтому имеют размерность (5X7). Стационарное состояние в системе возникает в том случае, когда вторичные темпы достигают величин, равных первичным темпам в системе.

Компартментальная модель экологической системы [c.192]

Какую же роль играют рецепторы — датчики значений пере- feнныx состояния — в концепции сохранительных свойств, как укладываются схемы регуляции с рецепторами в модели компартментальных систем Эти вопросы достаточно сложны, и в настоящем разделе мы можем изложить только некоторые принципиальные соображения. Начнем с того, что механизмы регуляции с рецепторами внутренней среды в эволюционном плане представляют собой довольно поздние образования, которые способны функционировать уже в условиях поддерживаемого стационарного неравновесного состояния. Хотя эти механизмы абсолютно необходимы для обеспечения нормального функционирования организма, их отключение не приводит к прекращению жизни. Хорошо известна, например, гипотермия — жизнь организма в условиях отключения нормальных механизмов терморегуляции. Известны факты, когда при травмах черепа температура продолжает оставаться на нормальном уровне, но теряется способность сс регулирования при изменении окружающей температуры [76] Жизнедеятельность организма продолжается и цри хирургических операциях под наркозом, когда многие [c.239]

Математические модели. Для обработки и интерпретации фармакокинетич, эксперимента используют разл. вариа/пы мат. моделирования. В т. паз. компартментальной (частевой, камерной) модели организм представлен как совокупность взаимосвязанных абстрактных частей (камер), между к-рыми и внутри к-рых происходят процессы распределения, метаболизма и выведения лек. в-ва. При условии, что скорости этик процессов пропорциональны концентрации (или кол-ву) лек. в-ва в той части, где этот процесс происходит, изменение концентрации определяется ур-нием [c.59]

Интегральные уравнения электомагнитного поля для кусочноч)дно-родной среды. При исследовании биоэлектрических и биомагнитных полей адекватное представление среды обычно достигается, если использовать кусочно-однородную модель, учитывающую компартментальное строение биологических объектов. Допускается, что объект состоит из небольшого числа соприкасающихся однородных областей, соответствующих определенным органам, тканям или жидкостям тела, которые можно считать в данных условиях однородными по электрическим свойствам. В одной их этих однородных областей расположен №оэлектрический генератор. При исследовании на клеточном уровне рассматривается истинный, или первичный, генератор дологического происхождения, находящийся в мембранах клеток возбудимых тканей. При исследовании на макроскопических уровнях обычно переходят к эквивалентному генератору, распределенному по всему рассматриваемому участку ткани или органу (нередко используют несколько этапов такой аппроксимации, переходя к эквивалентному генератору нужного уровня сложности). [c.178]

Рис. 1.10. Простая модель системы, содержащая два компартмепта. а) Закрытая система б) открытая система. Равновесное состояние в системе а) не совпадает со стационарным неравновесием в системе б). Эта модель может рассматриваться как простейший случай компартментальной системы, имеющей два ком-партмеита первый компартмент —совокупность частиц в левом отделении системы, второй -в правом.

Для биологических систем это определение является чрез вычайно удобным. Все живые системы есть открытые системы в которых протекают процессы обмена вещества и энергии. Су ществует широкий класс моделей биологических систем, в ко торых основное внимание направлено как раз на описание про цессов обмена, запасания и расходования веществ и энергии Такие модели называются компартментальными, и им будет посвящена следующая глава. В компартментальных моделях открытых систем выходные сигналы интеграторов всегда описывают запас веществ или энергии в системе, определяют их уровни — количества или концентрации. Значит, вектор состояния биосистемы является вектором концентраций веществ в этой системе. В терминах переменных типа темпов и уровней (разд. 1.7) вектор состояния часто представляет собой вектор уровней в системе. [c.135]

Модель Ф. Гродинза не относится к упомянутому выше классу компартментальных моделей. Основной чертой таких моделей является выделение каждого интересующего исследователя объема вещества, перемещающегося и преобразующегося в системе, в ее независимый элемент — компартмент. Тогда каждому компартменту отвечает своя переменная состояния. В рассматриваемом же случае своя переменная состояния отвечает только одному из двух представляющих интерес объемов вещества, а именно количеству СОг в тканях. Поскольку модель Ф. Гродинза не является компартментальной, ее вектор состояния не описывает уровней вещества в системе. Уровни вещества представляют собой выходные сигналы модели. [c.136]

Модели биологических систем, в которых используется цред-ставление о компартментах, называются компартментальными моделями. Такие модели, как правило, используются для исследования процессов переноса вещества и энергии внутри живой системы и обмена их со средой. В этом случае компартментам приписывается пространственная характеристика компартменту соответствует некоторая область или объем в биосистеме. [c.159]

Процессы в компартментальных моделях описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями, что позволяет широко использовать при их исследовании методы пространства состояний, рассмотренные в гл. 5. Если система описывается дифференциальными уравнениями в частных производных (например, если предполагается непрерывное изменение плотности распределения каких-либо веществ в пространстве), то модель не относится к компартментальным. Поскольку уравнения в частных производных используются для описания потоков вещества и энергии в пространстве, такие системы — в противовес компартментальным моделям — иногда называют потоковыми моделями flow systems — англ.). Таковы, например, модель био-аквоценоза [111], в которой рассматривается непрерывное изменение характеристик системы — освещенности и концентраций биомассы по глубине, модель терморегуляции в организме человека [298], где потоки тепла описываются уравнениями теплопроводности. Однако компартментальные модели и в этом случае могут служить хорошим приближенным описанием системы. [c.163]

Законы, определяющие процессы перемещения компонент в биосистемах, могут быть как простыми (в частности, таковы физические законы, описывающие пассивный транспорт вещества и энергии), так и чрезвычайно сложными (как, например, законы, регулирующие активный транспорт в биохимических системах или расселение и перемещение видов и отдельных групп животных). В компартментальных моделях живых систем в настоящее время исследуются, однако, лищь простейщие зависимости такого рода. Рассмотрим некоторые из них. [c.164]

Волучаем уравнение линейной компартментальной модели в виде х = А ХB v(6.18) [c.166]

В компартментальных моделях живых систем первичные темпы расхода энергии связаны, с одной стороны, с поддержанием структуры биосистемы (а в процессе развития — также с образованием и ростом новых подсистем и структурных образований), а с другой —с энергетическим обеспечением функционирования всех ее элементов. Темпы утилизации вещества и энергии, идущих на поддержание структуры бносистемы, определяются ее массой и объемом, специфическими свойствами составляющего ее биологического материала и, наконец, ее пространственным строением. В частности, от пространственного расположения компартментов системы зависит протяженность [c.180]

Рис. 6.3. Общая схема компартментальной модели биосистемы. Скорость изменения вектора концентраций к равна сумме скоростей утилизации, переноса и синтеза комноиеит. участвующих в обмене веществ. Поскольку величина темпов утилизации ие может регулироваться виутреиними механизмами системы, эти темпы играют роль независимых переменных—первичных темпов. Регулирующие механизмы должны уравновесить расход компонент их синтезом и доставкой. Поэтому темпы процессов, направленных иа компенсацию трат вещества и энергии, играют роль зависимых переменных — вторичных темпов. В стационарном состоянии вторичные темпы по величине должны быть равны первичным.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология