МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ В НОРМЕ И ПРИ ГИПОГЛИКЕМИИ

При изучении концентрации и трaнcпорта глюкозы в головном мозге млекопитающих обнаруживается высокая степень вариабельности. Однако сведения о ее концентрации в тканевых структурах мозга носят усредненный хаpaктер, не отражающий данных об этом показателе в отдельных нейронах. В связи с этим, математическое моделирование трaнcпорта глюкозы в мозге имеет не только теоретическое, но и пpaктическое значение.
При создании математической модели учитывались коэффициенты пассивной диффузии глюкозы через межклеточное вещество в соответствии с градиентом концентрации, активного трaнcэндотелиального трaнcпорта и трaнcмембранного переноса в нервную клетку. Принимали к сведению данные о распределении проксимальных отрезков отростков и возможность диффузии глюкозы через них в тело нервной клетки; об уровне глюкозы в плазме крови приносящих сосудов и о ее снижении по мере активного всасывания по ходу сосудов; скорости метаболизма глюкозы отдельно в телах нейронов и нейропиле. Моделирование проводили на примере объемных реконструкции некоторых ядерных центров головного мозга собаки (мезэнцефалического и двигательного ядер тройничного нерва). Учитывалось среднее содержание глюкозы в ячейке объемом 1,25 х 10-7 мм3. Моделирование осуществляли с помощью программы EXCEL. Сведения о методике расчета приведены в предшествующих работах (Ю.Г. Васильев, В.М. Чучков, 2003).
При экспериментальном определении концентрации глюкозы в плазме крови 5 собак в общей сонной артерии она в среднем составила (1,07 + 0,06) ∙10-6 г/мм3, а во внутренней яремной вене - (0,78 + 0,08) ∙10-6 г/мм3, что приближается к теоретическим прогнозам, полученным при расчете в математической модели. В результате была выяснена величина активного трaнcэндотелиального переноса глюкозы с учетом площади внутренней поверхности и скорости движения крови по совокупности микрососудов мозга.
Если содержание глюкозы в плазме крови артерий составляет (1,07 + 0,06) ∙10-6 г/мм3, то на расстоянии 10 мкм ее уровень - 1,8-2∙10-6 г глюкозы/мм3. Даже на значительном удалении от микрососудов понижение уровня глюкозы в межклеточном веществе не достигает в собственно белом веществе уровня критического снижения, уступая таковому в плазме крови в 2-2,5 раз, что согласуется с экспериментальными данными. Динамика изменений в зонах, прилежащих к телу нервной клетки, гораздо сложнее. В непосредственном окружении вокруг нейрона снижение происходит на 0,3-1,0∙10-6 г глюкозы/мм3 на каждые 5 мкм. Это падение не компенсируется диффузией из нейропиля. Наиболее выражены признаки падения концентрации на расстоянии 25-30 мкм. Это приводит к невозможности равномерного активного всасывания глюкозы на удалении от микрососудов и неэффективности активной насосной функции клеточной мембраны нейрона на этих участках. Расстояние в 25 мкм от капилляра является критическим не для газообмена, а для обмена глюкозы. В цитоплазме и кариоплазме нейронов уровень от 0,24∙10-6 до 0,10∙10-6 г глюкозы/мм3, то же время в удалении от микросоудов имеют место участки с 0,04 - 0,05∙10-6 г глюкозы/мм3, что значительно уменьшает возможности компенсации. Области нейропиля, прилежащие к подобным участкам, также имеют крайне низкие концентрации мономера.
Гипогликемия в артериях до 0,5∙10-6 г глюкозы/мм3, вызывающая возбуждение с активацией пищевого поведения, при максимальной концентрационной способности эндотелия приводит к существенным изменениям. Даже с учетом всех возможных способов трaнcпорта глюкозы в тело нервной клетки недостаток глюкозы в межклеточных щелях обнаруживается уже на расстоянии 15-20 мкм от близлежащих микрососудов. В полтора-два раза увеличиваются диаметры участков в телах нервных клеток, где концентрация глюкозы падает до уровня 0,06-0,04∙10-6 г глюкозы/мм3. В телах, особенно у нейронов, удаленных более 20 мкм от капилляров выявляется, грубое снижение до 0,02-0,04∙ 10-6 г глюкозы/мм3, что позволяет обеспечить нейрон при прекращении внешнего поступления лишь на 1-2 секунды. Степень активного всасывания глюкозы, которая может осуществляться мембраной нейрона, без полного истощения содержания глюкозы в межклеточном веществе ограничена коэффициентом от 7∙10-10 до 0,3∙10-10 г/мм2, а при увеличении этого показателя содержание углевода падает до нуля. Однако содержание глюкозы хоть и становится критическим, но не приводит к ее полному истощению и может быть компенсировано, в том числе и гликогенолизом.
Дальнейшее усиление гипогликемии в артерии до уровня 0,4∙10-6 г глюкозы/мм3, известное, как грубо дезорганизующее функцию мозга, вплоть до комы, сопровождается следующими изменениями в рассматриваемой модели. В плазме крови в вене ее содержание падает до 0,11∙10-6 г глюкозы/мм3, что резко должно затруднять всасывание в силу способности глюкозы связываться с высокомолекулярными соединениями плазмы. Уже в перикапиллярных прострaнcтвах содержание глюкозы падает до 1,1-0,4∙10-6 г глюкозы/мм3, быстро убывая на удалении 10-15 мкм. Tрaнcмембранный перенос нейроном глюкозы из межклеточного вещества снижается с 4∙10-10 до 0,03∙10-10 г/мм2, так как уровень глюкозы в межклеточном веществе в крайних ячейках вокруг мембраны полностью истощается.
Однако такой уровень концентрации глюкозы мембраной нервной клетки приводит к значительному снижению ее концентрации в цитоплазме и кариоплазме. Так, в наиболее слабо обеспечиваемых глюкозой зонах тел нейронов содержание глюкозы снижается до 0,02-0,006∙10-6 г глюкозы/мм3. С учетом используемого нами потрeбления равного, 8,346∙10-9 г глюкозы/мм3∙сек, ее содержание должно полностью истощаться уже через 0,75 сек. Но такой уровень концентрации, по-видимому, и недостаточен для обеспечения эффективной энергопродукции в нервных клетках. 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. Падение глюкозы в их цитоплазме достигает 0,003-0,0005∙10-6 г глюкозы/мм3. Фактически данная величина должна приводить к полному истощению запаса глюкозы уже через 1/3-1/20 сек после прекращения кровотока.
Таким образом, математическое моделирование трaнcпорта глюкозы в мозговой ткани показывает несколько важных вещей. Нейроны, для того чтобы какая-то часть их поверхности могла в достаточном объеме осуществлять трaнcпорт глюкозы, должны находиться не более 25 мкм от ближайшего микрососуда. При этом даже незначительное снижение уровня глюкозы до 0,7∙10-6 г глюкозы/мм3, сопровождается формированием в нервных клетках участков, испытывающих недостаток глюкозы. Эти локальные зоны могут и не играть столь уж существенной роли, а последствия дефицита ликвидироваться путем перераспределения митохондрий в участки с высоким уровнем концентрации глюкозы. При снижении глюкозы в крови до 0,4∙10-6 г глюкозы/мм3 ее недостаток становиться столь значительным, что часть нейропиля и отдельные нейроны оказываются в условиях весьма значительного снижения концентрации глюкозы. Это приводит к невозможности функционирования их на уровнях высокого энергопотрeбления и к глубоким нарушениям функции. Данные математической модели полностью согласуются с клиническими сведениями.
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.
Литература
- Васильев Ю.Г., Чучков В.М. Нейро-глио-сосудистые отношения в центральной нервной системе (морфологическое исследование с элементами морфометрического и морфологического анализа). Издательство АНК: Ижевск, 2003. - 164 с.
Статья в формате PDF
111 KB...
07 07 2026 22:38:49
Статья в формате PDF
113 KB...
06 07 2026 5:58:44
Статья в формате PDF
276 KB...
05 07 2026 21:21:43
Статья в формате PDF
118 KB...
04 07 2026 21:50:48
Статья в формате PDF
142 KB...
01 07 2026 8:16:55
Исследованы количество клеток и клеточный состав крови и кроветворных органов мелких млекопитающих (Mus musculus, Apodemus sylvaticus, Clethrionomys rutilus) с территорий, подвергшихся радиационному влиянию (Восточно-Уральский радиоактивный след, Свердловская область, Тоцкий радиоактивный след, Оренбургская область). Установлены изменения состава и структуры клеток крови, клеточного состава и концентрации клеток кроветворной ткани в зависимости от вида животных и места их обитания. Влияние на организм мышей и полевок радиационного фактора среды подтверждает обнаружение в тушках животных радионуклидов.
...
30 06 2026 22:25:16
Статья в формате PDF
114 KB...
29 06 2026 7:21:27
Статья в формате PDF
120 KB...
28 06 2026 15:24:25
Конкуренция является неотъемлемой частью рыночной экономики. В условиях стихийного развития рынка в России здоровая конкуренция явление нечастое. Большинство региональных товарных рынков в стране хаpaктеризуются крайне высоким уровнем монополизма, унаследованным от прежней планово-административной экономики. Борьба с проявлениями монополизма и содействие здоровой рыночной конкуренции актуальная задача сегодняшнего дня, решение которой возможно научно-обоснованными методами экономико-математического моделирования.
...
27 06 2026 1:11:38
Статья в формате PDF
287 KB...
26 06 2026 20:32:27
Статья в формате PDF
168 KB...
24 06 2026 6:42:24
Статья в формате PDF
111 KB...
23 06 2026 4:31:48
Статья в формате PDF
128 KB...
21 06 2026 2:59:21
Статья в формате PDF
100 KB...
20 06 2026 21:10:57
Статья в формате PDF
154 KB...
19 06 2026 15:28:48
Статья в формате PDF
125 KB...
17 06 2026 5:54:49
16 06 2026 20:23:19
Озонированный (5х10 -7 г/мл) раствор Кребса не влиял на базальный тонус продольных полосок (n=21) трахеи 5 коров, а также на их тонус, вызванный ацетилхолином (10 -6 г/мл), но в 43% опытов достоверно уменьшал релаксирующий эффект адреналина (10 -7 г/мл), т.е. проявлял β-адреноблокирующий эффект. Это свойство озона необходимо учитывать при нормировании условий труда в производствах с повышенным образованием озона и при озонотерапии.
...
15 06 2026 16:20:16
Статья в формате PDF
140 KB...
14 06 2026 6:19:57
Статья в формате PDF
109 KB...
13 06 2026 3:20:38
Статья в формате PDF
115 KB...
12 06 2026 3:43:14
Статья в формате PDF
251 KB...
10 06 2026 16:40:42
Статья в формате PDF
135 KB...
09 06 2026 4:36:23
Установлено, что предпосевное замачивание семян и опрыскивание вегетирующих растений хлопчатника (Gossipium hirsutum L.) растворами сочетаний фитогормонов кинетина (КН) и гибберелловой кислоты (ГК) и совместно с витаминами никотиновой кислотой (НК) и пантотеновой кислотой (ПК) эффективно стимулирует полевую всхожесть семян, рост стeбля и образование побегов, среднюю площадь листа и общую фотосинтетическую листовую поверхность, улучшение водного режима. Также отмечено увеличение числа коробочек, длины волокна и выхода волокна с растения от 34,6 до 60,4 %. Наиболее эффективно предпосевное замачивание семян сочетанием фитогормонов совместно с витаминами.
...
08 06 2026 3:56:43
Статья в формате PDF
105 KB...
07 06 2026 6:22:44
Статья в формате PDF
495 KB...
06 06 2026 17:29:16
Статья в формате PDF
116 KB...
05 06 2026 13:51:53
Инженерная рационализация лесопользования предполагает активное применение достижений древесиноведения. Фундаментальные достижения в этой области вполне могут быть применены в исследованиях свойств живой древесины растущих деревьев. Доказательство биотехнического принципа в данной статье выполнено на основе моделирования экспериментальных данных профессора Б.Н.Уголева по деформативности древесины при действии усилий поперек волокон.
...
03 06 2026 13:39:34
Статья в формате PDF
251 KB...
02 06 2026 22:51:55
Статья в формате PDF
131 KB...
01 06 2026 21:58:27
Статья в формате PDF
113 KB...
31 05 2026 19:36:58
Статья в формате PDF
135 KB...
29 05 2026 16:11:59
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::