Специализированный компьютерный симулятор «SimEnPhysiol»

Abstract

Описан специализированный программный симулятор (СПС) для имитации комплексных реакций физиологических систем человека на возникновение нехватки энергии из-за малой скорости аэробного синтеза молекул АТФ в клетках. СПС базируется на математических моделях, представляющих многоуровневые физиологические механизмы обеспечения долговременного баланса энергии в каждой клетке тела. Ключом к созданию симулятора является бинарная модель, сводящая все клетки тела к одному из двух типов: энергетически сбалансированный или испытывающий дефицит энергии. Моделируются автономные механизмы клеток (АМК), а также многоклеточные локальные и общие физиологические механизмы. Принято, что при недостаточности АМК, клетка с дефицитом энергии активирует многоклеточные физиологические механизмы для восстановления нарушенного энергетического баланса. Фактически, помощь многоклеточных механизмов клеточным оказывается посредством регуляторов, основанных на отрицательной обратной связи. СПС позволяет имитировать любые динамические нагрузки на виртуальную клетку и оценить вклад каждого из физиологических регуляторов в противодействии дефицита энергии в вирутальной клетке. Приведены результаты тестовых исследований. СПС реализован в программной технологии DOT.NET, автономен для использования на ПК и ориентирован на физиолога-исследователя.

Описано спеціалізований програмний симулятор (СПС) для імітації комплексних реакцій фізіологічних систем людини на виникнення браку енергії через малу швидкість аеробного синтезу молекул АТФ в клітинах. СПС базується на математичних моделях, що представляють багаторівневі фізіологічні механізми забезпечення довготривалого балансу енергії в кожній клітині тіла. Ключем до створення симулятора є бінарна модель, що зводить всі клітини тіла до одного з двох типів: або клітина енергетично збалансована, або відчуває дефіцит енергії. Моделюються автономні механізми клітин (АМК), а також багатоклітинні локальні або загальні фізіологічні механізми. Прийнято, що при недостатній потужності АМК, клітина з дефіцитом енергії активує багатоклітинні фізіологічні механізми для відновлення свого порушеного енергетичного балансу. Фактично, допомога багатоклітинних механізмів клітинним виявляється за допомогою регуляторів, що засновані на негативному зворотному зв'язку. СПС дозволяє імітувати будь-які динамічні навантаження на віртуальну клітину і оцінити внесок кожного з фізіологічних регуляторів у протидії дефіциту енергії в вірутальний клітці. Наведено результати тестових досліджень. СПС реалізований за допомогою програмної технології DOT.NET, є автономним для використання на ПК та орієнтований на фізіолога-дослідника.

A specialized software simulator (SSS) is described. SSS simulates the human physiological complex reactions to the appearance of energy shortages (ATP molecules) in cells. SSS is based on mathematical models, representing multilevel physiological mechanisms that provide a long-term balance of energy in each cell of the body. The key to creating the SSS is a binary model that ignores the specialization of the cell and reduces them to two virtual cells differed them only by their energy status – a balanced cell or a cell experiencing energy deficit. Both the autonomous mechanisms (AM) of cells and multicellular local and general physiological mechanisms are modelled. It is assumed that under incapacity of the AM, the cell having an energy deficit activates the multicellular physiological mechanisms to restore the disturbed energy balance. In fact, the help of the mechanisms of the organism to cellular mechanisms is provided through regulators based on negative feedback. The SSS allows one to simulate every dynamic load on the virtual cell and to evaluate the contribution of each of the physiological regulators in counteracting the energy deficit in the virtual cell. The results of test studies are presented. The physiologist-researcher aimed SSS is implemented in the software technology DOT.NET, and is autonomous for use on a PC.