КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

Авторы
Файлы

Васильев Ю.Г. Шумихина Г.В. Соболевский С.А. Статья в формате PDF 113 KB

Одной из проблем морфологических исследований в гистологии и применения данных, полученных при морфологическом анализе применительно к живым объектам, является попытки найти взаимосвязь между поcмepтной структурой, выявляемой на микропрепаратах и возможностью описания особенностей их функционирования. Определенную роль в разрешении этой проблемы может играть компьютерное моделирование некоторых биологических процессов. Достаточно перспективным, этом отношении, является выяснение распределения веществ в структурах биологических тканей с учетом законов диффузии, скорости метаболизма и трaнcмембранного переноса. Важно данное направление и в связи с невозможностью точного прижизненного определения содержания того или иного вещества в отдельных клетках и их частях, особенно в нервной системе.

Была использована методика изучения возможностей трофического обеспечения мозга с помощью математического моделирования диффузии кислорода, углекислого газа и глюкозы в программе EXCEL. Предложенный вариант моделирования рассматривает трaнcпортные потоки газов и глюкозы в реальных микрообъектах. Формирование модели предваряет приготовление серийных гистологических микропрепаратов и их объемную реконструкцию.

В компьютер заносились данные об объекте исследования. В каждом кровеносном сосуде математически определялась линейная скорость кровотока с учетом сопротивления и градиента давления. Выяснялась содержание глюкозы и растворенных газов по ходу сосуда (при этом для кислорода рассматривались кривые диссоциации оксигемоглобина в зависимости от парциального давления кислорода, состояния кислотно-щелочного равновесия, концентрации углекислого газа). В модели учитывались коэффициенты диффузии веществ, активный трaнcембранный и трaнcэндотелиальный перенос глюкозы.

В результате были получены интересные данные. Так выяснено, что содержание кислорода и глюкозы в нервной ткани, и особенно в телах нейронов носит крайне неравномерный хаpaктер. Это существенно отличает их распределение от углекислого газа. При этом зоны минимальной концентрации глюкозы и кислорода не совпадают, и если для одних нейронов хаpaктерен дефицит кислорода, то для других ведущим является низкие возможности компенсации по глюкозе. Расстояние в 25 мкм от капилляра является критическим не для газообмена, а для обмена глюкозы. Данные, получаемые с помощью математического моделирования соотносятся с экспериментальными и клиническими наблюдениями. Так гипогликемия со снижением содержания глюкозы в артериях до уровня 0,4∙10^{-6 г глюкозы/мм3}, известная, как грубо дезорганизующая функцию мозга, сопровождается следующими изменениями в рассматриваемой модели. Уже в перикапиллярных прострaнcтвах содержание глюкозы падает до 1,1-0,4∙10^{-6 г глюкозы/мм3}. Уровень глюкозы в межклеточном веществе в крайних ячейках вокруг мембраны тел части нейронов полностью истощается, что делает невозможным усиление ее всасывания из межклеточного вещества. В наиболее слабо обеспечиваемых глюкозой зонах тел нейронов содержание глюкозы снижается до 0,02-0,006∙10^{-6 г глюкозы/мм3}. В нейропиле имеются обширные дефицитарные по глюкозе участки диаметром 30-150 мкм, в которых содержание снижается до уровня предельно низких значений от 0 до 0,05-0,06∙10^{-6 г глюкозы/мм3}. Нейроны, удаленные более чем на 15 мкм от микрососудов, оказываются в условиях тотального недостатка рассматриваемого углевода.

Результаты математического моделирования позволяют предполагать активную роль нейроглии в трaнcпорте глюкозы, во всяком случае, в условиях ее дефицита. При глубоком дефиците глюкозы, приводящем к коме и прекоме, но не к гибели, отказ от данного показателя указывает на невозможность функционирования мозга вообще, что противоречит клиническим данным.

Математическое моделирование в стереологической реконструкции нервной трубки в сроки, когда в ней происходят процессы пролиферации и детерминации нейробластов, а также в ходе миграции нейробластов в области анатомических закладок органов также указывают на неравномерный хаpaктер распределения глюкозы и кислорода. Участки с относительно высоким содержанием этих веществ чередуются с областями с их низкой концентрацией. Участки дефицита глюкозы более локальны, но они же отличаются минимальным содержанием потрeбляемого вещества. Такое разнообразие распределения глюкозы и кислорода может явиться значимым фактором в процессе развития нервной системы.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИМФОИДНЫХ ОРГАНОВ И ЭПИТЕЛИОАССОЦИИРОВАННОЙ ЛИМФОИДНОЙ ТКАНИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ВВЕДЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ВАКЦИНЫ ВП-4

Статья в формате PDF 121 KB...

18 04 2024 19:50:32

ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИКИ К ПРОГНОЗУ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЛЕГКОГО БЕТОНА

Основным механизмом теплообмена для капиллярно-пористых физических систем (типа легкого бетона) является контактная теплопроводность, которая осуществляется благодаря связанным между собой процессам: переходом тепла от частицы к частице через непосредственные контакты между ними и переходом тепла через разделяющую промежуточную среду. С термодинамической точки зрения теплообмен в легких бетонах представляет собой теплоперенос (поток тепла Q), а точнее перенос энтропии (S), под действием градиента температуры (Т), осуществляемый, в соответствии со вторым законом термодинамики, от мест с более высокой к местам с меньшей температурой. Термодинамическая идентичность коэффициента теплопроводности () и S позволила, на базе второго закона термодинамики, вывести общее уравнение для прогноза теплопроводности легкого бетона в условиях его эксплуатации. Установлено, что релаксация теплопроводности (τ) пропорциональна затуханию объемных деформаций бетона (Θ), вызванных температурным градиентом и уровнем напряжения (η). Экспериментальные исследования теплопроводности легкого бетона подтвердили затухающий хаpaктер изменения Δλ как функции времени (t) и деформативности. ...

17 04 2024 19:52:15

Гистофизиологическая хаpaктеристика задней доли гипофиза при остром системном воспалении у крыс

Статья в формате PDF 114 KB...

16 04 2024 7:12:31

ОСОБЕННОСТИ ПРОДУКЦИИ ЦИТОКИНОВ ПРИ ВИЧ-ИНФЕКЦИИ

По мере прогрессирования ВИЧ-инфекции наблюдается дисбаланс в выработке цитокинов, хаpaктеризующийся переключением Тh-1 ответа на Тh-2. Это, в свою очередь, приводит к прогрессированию иммуносупрессии и развитию оппортунистических инфекций. Определено, что IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-10 и TGFβ могут обладать разнонаправленным действием в зависимости от локальных условий. Оценка иммунологических параметров может определять прогноз развития заболевания и коpрегировать интенсивность противовирусной терапии. ...

15 04 2024 15:56:34

ВЛИЯНИЕ ОКСИДА АЗОТА НА ЛИПИДНЫЙ СОСТАВ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ

Статья в формате PDF 130 KB...

14 04 2024 0:48:19

НАРКОМАНИЯ И ВИЧ-ИНФЕКЦИЯ

Статья в формате PDF 264 KB...

13 04 2024 12:58:49

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ СОСТАВ ВОДЫ

Статья в формате PDF 343 KB...

12 04 2024 5:27:12

АСИМПТОТИКА СОБСТВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ОПЕРАТОРА ДЕСЯТОГО ПОРЯДКА С СУММИРУЕМЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ

Статья в формате PDF 190 KB...

11 04 2024 5:23:10

МИКРОБНАЯ ДЕГРАДАЦИЯ НЕКОТОРЫХ ТОКСИЧНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЕ

Статья в формате PDF 113 KB...

10 04 2024 0:15:16

МИЛЕВИЧ ТАМАРА ПАВЛОВНА

Статья в формате PDF 305 KB...

09 04 2024 16:24:12

ПОКАЗАТЕЛИ ИНТЕРФЕРОНОГЕНЕЗА У БОЛЬНЫХ С РАЗЛИЧНЫМИ ФОРМАМИ ХРОНИЧЕСКОГО БРУЦЕЛЛЕЗА

Статья в формате PDF 117 KB...

08 04 2024 7:18:23

НОВЫЙ ПОДХОД К ОРГАНИЗАЦИИ СЕРОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВИЧ-ИНФЕКЦИИ

Статья в формате PDF 189 KB...

07 04 2024 4:56:41

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЗЕМЕЛЬНОГО НАЛОГА

Статья в формате PDF 135 KB...

06 04 2024 18:16:25

НАШ ВАРИАНТ ЩАДЯЩЕЙ МИКРОГАЙМОРОТОМИИ ПРИ УДАЛЕНИИ КИСТ ВЕРХНЕЧЕЛЮСТНОЙ ПАЗУХИ

Статья в формате PDF 122 KB...

05 04 2024 8:45:19

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕСОПИЛЬНО-ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Статья в формате PDF 132 KB...

04 04 2024 18:21:16

МОРФОКОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КРИТЕРИИ ИЗМЕНЕНИЙ НЕРВНЫХ ПРОВОДНИКОВ КОЖИ РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

Статья в формате PDF 109 KB...

03 04 2024 12:49:26

НЕКОТОРЫЕ АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕСЕННОГО НАСЛЕДИЯ БЕТХОВЕНА

Статья в формате PDF 120 KB...

02 04 2024 4:29:41

СОСУЩЕСТВОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ КОНКУРЕНЦИИ

Статья в формате PDF 102 KB...

01 04 2024 15:34:18

ВЫБОР СПОСОБА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОУДАРНИКА

Статья в формате PDF 284 KB...

31 03 2024 7:46:54

Эндотоксикоз и методы его коррекции у детей с аноректальными пороками развития

Статья в формате PDF 102 KB...

30 03 2024 1:33:19

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья в формате PDF 277 KB...

29 03 2024 17:25:24

ОБ ОДНОЙ ВЕКТОРНОЙ ЗАДАЧЕ ИНДУСТРИАЛЬНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ПСИХОЛОГИИ НА ГИПЕРГРАФЕ

Настоящая работа посвящена экономико-математическому моделированию процесса кадрового обеспечения организации с учетом основных положений и методов индустриально-организационной психологии [1]. ...