پاورپوینت مدلسازی سیستم تنظیم گلوکز-انسولین و نوسانات مربوط به ترشح طولانی مدت انسولین

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

سمينار درس مدلسازي

عنوان: مدلسازي سيستم تنظيم گلوکز-انسولين و نوسانات مربوط به ترشح طولاني مدت انسولين

اسلاید 2 :

عناوين بحث:

1- مقدمه اي در رابطه با سيستم تنظيم انسولين-گلوکز

2- مدلسازي

3- مقايسه با ساير مدلهاي مطرح

4- بررسي نتايج شبيه سازي

5- نتيجه گيري

اسلاید 3 :

1- مقدمه:

غلظت گلوکز انسان در يک رنج باريکي (70-110 mg/dl ) قرار دارد.

فاکتورهاي بيروني که قندخون را متاثرمي کنند عبارتند از: جذب غذا، نرخ هضم غذا، تمرين و.

انسولين و گلوکاگون دو هورمون درون ريز پانکراس اندکه به ترتيب از سلولهاي آلفا و بتا در جزاير لانگرهانس ترشح مي شوند و مسئول حفظ غلظت قند خون در رنج طبيعي خود مي باشند.

اسلاید 4 :

سلولهاي بتا انسولين ترشح مي کنند که از طريق افزايش جذب گلوکز اضافي توسط کبد و ديگر بافت ها (مثل ماهيچه ها)، و جلوگيري از توليد گلوکز کبدي، منجر به کاهش سطح قند خون خواهد شد.

وقتي قندخون پايين باشد، سلولهاي آلفا گلوکاگون ترشح مي کنند که با وادار کردن سلولهاي کبد به آزاد کردن گلوکز، منجر به افزايش قند خون مي شوند.

اسلاید 5 :

اگر گلوکز خون کسي خارج از رنج نرمال باشد، اين فرد دچار افت قند خون(hypoglycemia) يا زيادي قند خون(hyperglycemia) خواهد شد .

ديابت يا مرض قند يک بيماري مرتبط با سيستم تنظيم انسولين-گلوکز است که در آن با افزايش غيرطبيعي قند خون مواجهيم.

ديابت دو کلاس عمده دارد:
تيپ1 (ديابت جوانان و وابسته به انسولين)
تيپ2 (ديابت بزرگسالان و غيروابسته به انسولين)

يکي از مسائل مهم در ارتباط با ديابت عوارض آن است که عبارتند از:
مشکلات بينايي(retinopathy) ،مشکلات کليوي(nephropathy) و مشکلات عصبي.

اسلاید 6 :

تحقيقات نشان داده که ترشح انسولين از پانکراس به صورت نوساني است و اين نوسانات با سه نرخ خيلي سريع با پريودي حدود10 ثانيه، سريع با پريود15-5 دقيقه وآهسته با پريود 150-50دقيقه رخ مي دهند که اين نوسانات آهسته به نوسانات ultradian معروف اند.

نوسانات ultradian بعد از بلع غذا، جذب دهاني گلوکز، جذب امعايي پيوسته يا تزريق درون سياهرگي گلوکز بهتر ديده مي شود.

مکانيزم دقيق اين نوسانات هنوز به خوبي شناخته شده نيست.

A )بلع غذا(meal ingestion)
B )جذب دهاني گلوکز(oral glucose intake)
C ) جذب پيوسته از روده(continuous enteral nutrition)
(D تزريق ثابت گلوکز(constant glucose infusion)

اسلاید 7 :

تابه حال مدلهاي رياضي مختلفي براي فهم بهتر مکانيزم عملکرد سيستم تنظيم گلوکز- انسولين ارائه شده اند که مورد توجه ترين آنها مدل مينيمال بوده است که کمترين تعداد پارامتر ها را دارد.

تيپ مدلهاي استفاده شده را از نظررياضي مي توان به صورت زير طبقه بندي کرد:
معادلات ديفرانسيل معمولي(ODE) ، معادلات ديفرانسيل تاخيري (DDE)، معادلات ديفرانسيل جزئي(PDE) ، معادلات انتگرالي fredholm در مسئله تخمين پارامترها (FIE) ،معادلات ديفرانسيل تصادفي(SDE) و معادلات ديفرانسيل انتگرالي(IDE) .

پکيج هاي نرم افزاري متعددي هم براي شبيه سازي و تحليل عددي اين مدل ها وجود دارد.

اسلاید 8 :

مدلسازی سيستم نوسان انسولين-گلوکز

اسلاید 9 :

دو فاکتور عمده در اين سيستم انسولين و گلوکز و در حقيقت نرخ تغيير آنهاست.

اساس کار قانون بقاي جرم و نوشتن آن يک بار براي انسولين و يک بار براي گلوکز است :

اسلاید 10 :

2-1- توليد انسولين:

انسولين فقط مي تواند از طريق سلول هاي بتا وآن هم در پاسخ به افزايش گلوکز خون توليد شود.

رهايش انسولين پس از تحريک گلوکز بلافاصله اتفاق نمي افتد و با تاخير همراه است.کل اين تاخير در حدود 5-15دقيقه است و از زماني که گلوکز افزايش مي يابدتا لحظه اي که به فضاي بين سلولي رسيده وبه اصطلاح به remote-Insulin تبديل مي شود در نظر گرفته مي شود.

اسلاید 11 :

نتايج فيزيولوژيکي نشان مي دهند که توليد انسولين به صورت تابعي سيگموئيد از غلظت گلوکزاست :

معادله رياضي که براي اي تابع نوشته مي شودطوري که خواص فوق را ارضا کند به اين صورت است :

پارامتر هاي تابع فوق از روش هاي تجربي بدست آمده اند.

اسلاید 12 :

2-2- کاهش انسولين (clearence) :

انسولين مي تواندتوسط همه بافت هاي حساس به انسولين پاک سازي شود. کبد و کليه به ترتيب محل هاي اوليه پاکسازي انسولين سياهرگي و انسولين محيطي مي باشند. انسوليني که توسط کبد و کليه جذب نشده باشد سرانجام توسط ديگر بافت ها مثل ماهيچه و سلول هاي چرب جذب خواهد شد.

تجربيات نشان داده اند که رابطه کاهش انسولين متناسب است با غلظت آن. بنابراين ما نرخ پاکسازي را بصورت di که يک ثابت مثبت است، در نظرمي گيريم.

اسلاید 13 :

2-3- توليد گلوکز:
دو منبع براي توليد گلوکز وجود دارد:

يکي گلوکز آزاد شده از کربوهيدرات هاي غذايي مثل نشاسته يا قند که عمده ترين راه هاي جذب آن از طريق بلع غذاو جذب دهاني گلوکز جذب روده اي پيوسته و يا تزريق ثابت آن است . ما اين منبع را با يک Gin>0 نشان داده ايم يعني فرض کرده ايم که جذب گلوکز از اين روش با نرخ ثابتي انجام مي شود.
دومين منبع، کبد است.وقتي سطح گلوکز پلاسما افت مي کند،سلولهاي بتا رهايش انسولين را متوقف مي کنند، ولي سلولهاي آلفا، شروع به رهايش گلوکاگون مي کنند که منجر به توليد گلوکز توسط کبد مي شود. گرچه انسولين مستقيما روي کبد اثر مي کند ولي اثر آن چند دقيقه طول مي کشد و زمان آن در افراد مختلف متفاوت است.

اسلاید 14 :

ما توليد گلوکز کبدي را که تابعي از ميزان انسولين خون است با نشان مي دهيم. اين تابع هم به شکل سيگموئيد با شيب منفي است.

وقتي غلظت انسولين سه برابر بيشتر از سطح پايه آن باشد، کبد توليد گلوکز را سريعا متوقف مي کند بنابراين با افزايش x مقدار f به صفر مي رسد.

اسلاید 15 :

2-4- مصرف گلوکز:
مصرف گلوکز هم شامل دو قسمت است: يکي مصرف غير وابسته به انسولين وديگري وابسته به انسولين.
مصرف کنندگان غير وابسته به انسولين عمدتا مغز و سلولهاي عصبي اند که اين مصرف را با نشان داده ايم

تابع زير براي ارضاي شرايط فوق در نظر گرفته مي شود:

اسلاید 16 :

مصرف وابسته به انسولين بيشتر توسط ماهيچه، سلولهاي چربي و ديگر بافت ها است. ما جذب وابسته به انسولين را با نشان ميدهيم.

که يک ثابت است .

اسلاید 18 :

مدل با دو زمان تاخير:
با توجه به موارد فوق، مدل ارائه شده به اين فرم خواهد بود:

شرايط اوليه:

اسلاید 19 :

نتايج شبيه سازي به ازاي پارامترهاي مختلف :
نوسانات ultradian خود نگهدارند که در شکل واضح است.
رنج تغيير تاخير ترشح گلوکز کبدي در افراد مختلف بسيار متفاوت است. در اينجا با تغيير آن از 4.5 دقيقه تا 36 دقيقه همچنان مي بينيم که نوسانات برقرارمی باشند که نشان دهنده مقاوم بودن مدل است.

اسلاید 20 :

A )غلظت گلوکز

B ) نرخ ترشح انسولين

C ) پاکسازي گلوکز

D ) غلظت انسولين

E ) توليد گلوکز کبدي