TURINYS
Įvadas
1. Matematinių modelių apžvalga
1. Kraujodaros sistema
2. Granulocitopoezės matematinis modelis
1. Tiesinė analizė
2. Netiesinė analizė
3. Monocitų – granulocitų matematinis modelis
4. Kraujo retikulocitų dinamikos matematinis modelis
5. Efektyvios ir neefektyvios eritpoezės hipotezės
matematinė realizacija
6. Trombocitų gamybos matematinis modelis
7. Eksperimentas
Išvados
Literatūros sąrašas
Įvadas
Kraujo gamyba yra aktyviai kontroliuojamas reguliuojamas
procesas, pasižymintis grįžtamojo ryšio poetikinetiniais mechanizmais.
Įvairių patologijų atveju, eksperimentinių poveikių, o taip pat normalios
kraujodaros atveju, periferiniame kraujyje vyksta subrendusių kraujo
ląstelių skaitlingumo svyravimai. Kadangi kraujodaros sistemoje valdymo
signalo perdavimas yra susijęs su tokiais, palyginus ilgalaikiais
procesais, kaip ląstelių dauginimasis, augimas ir vystimasis, tai galima
teigti, kad ciklinių svyravimų atsiradimo priežastis yra laiko vėlavimas
grįžtamojo ryšio mechanizmuose. Šių mechanizmų sutrikimai iššaukia
periodines kraujo ligas. Šių ligų metu simptomai kartojasi laiko diapazone
nuo milisekundžių (ms) iki valandų su pastoviu periodu, nepriklausančiu nuo
išorinių (organizmo atžvilgiu) poveikių.
Kraujo ląstelių skaičiaus svyravimai sveikame organizme
dažniausiai skiriasi nuo svyravimų esant patologijai (tai įtakoja ląstelių
brendimas ir diferenciacija). Nagrinėjant tuos skirtumus matematinių
modelių pagalba galima gauti svarbias išvadas apie kraujodaros sistemos
struktūrą bei funkcionavimą, o taip pat nurodyti optimalius patologijų
aptikimo bei gydymo būdus.
Šiuo metu organizmo fiziologijoje, o ypač tokiose srityse kaip
kraujo gamyba, imunologija ir endokrinologija, pagrindine problema tampa
tarpusavio sąveika, o taip pat vystymosi ir brendimo procesai. Dėl to
matematiniam organizmo fiziologinių sistemų modeliavimui būtina taikyti
diferiancialines-skirtumines lygtis, kurios atsižvelgia į šį labai svarbų
biologinėms sistemoms pasėkmių efektą.
1. MATEMATINIŲ MODELIŲ APŽVALGA
Matematinio modeliavimo metodas plačiai taikomas, norint geriau
suprasti kraujodaros reguliacijos mechanizmų prigimtį. Taikant šį metodą
nagrinėjamos fiziologinės sistemos. Yra svarbu sukurti modelį, kuris
atspindėtų realią situaciją. Matematiniai modeliai, įvertinantys
fiziologinių sistemų elgesį, yra imituojami naudojant įvairia skaimenines
ir analogines technikas.
1. KRAUJODAROS PROCESAI
Dauguma fiziologinių procesų pasižymi ryškiu kintamųjų svyravimu. Tai
taip pat galioja ir forminių kraujo elementų atveju. Tuomet galima teigti,
kad organizme galioja kontrolės mechanizmai, veikiantys grįžtamojo ryšio
principu. Neabejotina, kad ciklinių veiksnių sveikame organizme tyrimas,
taip pat tyrimas svyravimų ir veiksnių, esant patologijai, eksperimentinio
kišimosi būdu gali suteikti naudingos informacijos apie organizmo sistemų
funkcionavimą. Be to, svyravimai sveikame organizme dažniausiai skiriasi
nuo svyravimų esant patologijai. Tų skirtumų žinojimas, jų išreiškimas
griežtomis matematinėmis formulėmis palengvintų patologijų aptikimą ir jų
gydymą.
Yra paskelbta daug eksperimentinių duomenų apie subrendusių kraujo
ląstelių skaičiaus svyravimus gyvūnų ir žmonių kraujyje įvairių patologijų
atveju, po eksperimentinio kišimosi, normalios kraujo apytakos atveju.
Daugumoje matematinių modelių ląstelių skaičiaus svyravimai aiškinami tuo,
kad kraujo apytakos sistemoje egzistuoja vėlavimas, kuris susidaro dėl
ląstelių brendimo ir diferenciacijos.
Kraują sudaro plazma ir joje esantys forminiai elementai: raudonieji
kraujo kūneliai (eritrocitai), baltieji kraujo kūneliai (monocitai,
granulocitai ir limfocitai) bei trombocitai. Kiekviena kraujo ląstelių
rūšis atlieka organizme savo specialią funkciją ir turi konkretų apibrėžtą
gyvenimo ciklą.
Limfocitų susidarymas vadinamas limfopoeze, visų kitų kraujo ląstelių –
mielopoeze (eritrocitų – eritropoeze, granulocitų – granulocitopoeze ir
t.t.). Kraujo gamyba vyksta kraujodaros organuose: mielopoezė –
raudonuosiuose kaulų čiulpuose, limfopoezė – blužnyje, limfmazgiuose ir
kitose limfinio audinio sankaupose.
Visų kraujo gamybos krypčių pradininkės – tai vienodos taip vadinamos
kamieninės kraują gaminančios ląstelės (KKL – kraujodaros kamieninės
ląstelės). Ilgainiui jos diferencijuojasi ir tampa jau vienos ar kitos
konkrečios kraujo ląstelių grupės pradininkėmis: eritroblastais,
limfoblastais, monoblastais ir megakarioblastais. Kamieninės kraujodaros
ląstelės pasižymi šiomis savybėmis:
1) sugeba pačios palaikyti savo populiacijos dydį tam tikrose ribose;
2) sugeba diferencijuotis į tam tikrą rūšį.
Kamieninių kraujodaros ląstelių diferenciacijos procesas (pav.1.1)
vyksta keliomis stadijomis ir yra negrįžtamas:
ląstelės iš labiau
diferencijuotos būsenos negali grįžti į mažiau diferencijuotą.
Diferenciacijos proceso metu kamieninės kraujodaros ląstelės apsiriboja
galimybe pasirinkti diferenciacijos kryptį. Be to keičiasi reguliacijos
pobūdis.Kamieninė kraujodaros
ląstelė
Pav. 1.1 Kamieninių kraujodaros ląstelių diferenciacijos procesas
Neabejotina, kad kraujodara yra griežtai reguliuojamas procesas.
Reguliavimas čia – tai ne vien tik kraujo ląstelių skaičiaus palaikymas.
Kraujodaros reguliacija žymiai sudėtingesnė: ji išlaiko dinaminį stabilumą
nuolat keičiantis organizmo poreikiams. Tai humoralinė reguliacija. Tačiau,
esant nuolatiniam ir dideliam kraujo ląstelių poreikiui, didelis jautrumas
jam galėtų išsekinti organizmo kraujodaros sistemą – išsekinti kamieninių
kraujodaros ląstelių populiaciją. Bet eksperimentai rodo, kad kraujodara
atsistato ir po labai didelio ląstelių netekimo. Galima teigti, kad
egzistuoja grubesnė reguliacijos sistema, priklausanti tik nuo kamieninių
kraujo ląstelių skaičiaus, t.y. lokalinio reguliacijos lygio.
Taigi egzistuoja du kraujodaros reguliacijos lygiai:
Pirmas lygis – tai toli veikianti humoralinė reguliacija, kurią atlieka
įvairūs hormonai – poetinai. Šio tipo reguliacija pasižymi operatyvumu,
dideliu jautrumu pareikalavimui ir veikia jau iš dalies diferencijuotas
ląsteles, turinčias didelį proliferacijos potencialą. Jis veikia grįžtamojo
ryšio principu.
Antrasis lygis – tai lokalinė reguliacija kamieninių kraujo ląstelių
populiacijos lygiu. Labai įdomi hipotezė, kuri sako, kad kraujodaros
mikroaplinkoje egzistuoja taip vadinamos “nišos” ir jose kaupiasi KKL. Ir
tik tos kamieninės ląstelės, kurioms neužtenka vietos “nišose”, ima
diferencijuotis. Jei yra laisvų “nišų”, vyksta KKL prolifemija, t.y.
kamieninės kraujo ląstelės dauginasi ir užpildo laisvas vietas. Taip
palaikomas pastovus KKL populiacijos dydis. Aiškios ribos tarp kamieninių
kraujodaros ląstelių ir ląstelių – pradininkių nėra.
Kraujas sudarytas iš ląstelių ir tarp ląstelinės medžiagos – plazmos.
Organizmo gyvybinėje veikloje kraujas atlieka labai svarbų vaidmenį.
Organams ir audiniams jis pristato maisto medžiagas ir išneša apykaitos
produktus. Kraujas audiniams taip pat atneša deguonį ir išneša iš jų
anglies dioksidą. Per kraują vidaus sekrecijos liaukų hormonai veikia
atskirų organų ir organizmo sistemų funkciją. Kraujas atlieka ir apsigynimo