Математическое моделирование канало-отолитовой реакции на поворот вестибулярного аппарата в гравитационном поле

• Автор: Шуленина, Нейля Энверовна
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

I. Биомеханика механорецепторов ускорений
1.1 Анатомия и физиология вестибулярной системы
1.2. Теоретико-механическая модель купуло-эндолимфатической системы полукружного канала
1.3. Математическая модель динамики отолитовой мембраны
1.4. Математическое моделирование канало - отолитовой реакции на угловое движение в поле массовых сил (постановка задачи)
II. Динамика общего ионного тока в волосковых клетках II типа
2.1. Строение и физиология волосковой клетки
2.2. Математическая модель общего ионного тока
2.3. Идентификация параметров общего ионного тока
2.4. Анализ математических моделей динамики общего ионного тока
III. Математическая модель канало - отолитовой реакции и анализ модели
3.1. Математическая модель механоэлектрической трансдукции
3.2. Полная математическая модель, ее анализ и описание механических стимулов
3.3. Канало - отолитовые реакции в условиях невесомости и их сравнение с реакциями в земных условиях
3.4. Компьютерное моделирование канало - отолитовой реакции на поворот головы в поле массовых сил
Заключение
Литература
Приложение

В процессе эволюции в живых организмах создавались системы жизнеобеспечения для комфортного обитания на Земле, т.е. в условиях действия силы тяжести. Животное вынуждено принимать определенное положение по отношению к направлению действия силы тяжести, поэтому системы пищеварения, кровообращения и другие приспособлены к работе в определенном положении по отношению к вертикали. Возникла и система контроля положения тела: вестибулярная система у позвоночных обеспечивает ориентацию в гравитационном поле Земли.
Ориентация животного в трехмерном пространстве в земных условиях базируется на информации, поступающей в центральную нервную систему, по крайней мере, от четырех сенсорных образований. Отолитовые органы вестибулярной системы дают информацию о линейных ускорениях и наклоне относительно вектора силы тяжести; информация об угловых ускорениях обеспечивается полукружными каналами вестибулярной системы; зрительная система информирует об ориентации тела относительно визуального окружения; кинестетическая система снабжает информацией о положении конечностей тела [19].
Функция центральной нервной системы организма заключается в интегрировании полученной от разных систем информации об окружающем пространстве. Проблема взаимодействия различных систем ориентации живого организма в окружающем пространстве становится все более актуальной с развитием научно-технического прогресса: увеличением скоростей движения пилотируемых аппаратов, появлением возможности создания объектов с искусственной силой тяжести и др.
В нормальных земных условиях информация от сенсорных образований совместима, взаимно дополняется и согласуется с ожиданиями на основе предыдущего опыта. Однако в нестандартных (т.е. непривычных для организма) ситуациях (резкая смена скорости движения, нахождение в
условиях микрогравитации) или при заболеваниях вестибулярного аппарата информация от сенсорных систем является несовместимой и не согласуется с существующими в нервной системе моделями стимулов. Животное не может адекватно воспринимать свое положение в пространстве относительно других объектов. В таких условиях развивается так называемый «сенсорный конфликт» (нарушение межанализаторных взаимодействий) в информации, идущей по разным сенсорным каналам в интегративные структуры мозга. «Сенсорный конфликт» проявляется в развитии аномальных моторных и вегетативных реакций организма, крайним выражением которого является так называемая болезнь движения или «космический адаптационный синдром». При осуществлении орбитальных полетов в начальный и последующие периоды пребывания в условиях невесомости практически всеми космонавтами отмечается ряд специфических сенсорных и вегетативных реакций: ориентационные иллюзии, головокружение, координационные нарушения, тошнота, затруднения прослеживания зрительных объектов в поле зрения при визуальном управлении. Такие ощущения сильно затрудняют и мешают выполнению поставленных задач. В условиях Земли людям с заболеваниями вестибулярной системы плохо удается сохранять равновесие, что приводит к трудностям передвижения или неконтролируемым падениям, снижению трудоспособности. Сложные метеорологические условия и некоторые другие факторы обуславливают возникновение иллюзии пространственного положения у летчиков в полете. Поэтому становится важной задача анализа реакций разных сенсорных систем под воздействием стимула.
Актуальность темы. Вестибулярный аппарат играет ведущую роль в восприятии информации об ускорениях, действующих на организм, и первым реагирует на любые изменения ускорений (время реакции порядка 50-100 мс). Информация от вестибулярной системы поступает в центральную нервную систему, которая после обработки и сравнения с информацией от зрительной, тактильной систем и системы проприоцепции посылает команды на мышцы для
Д'о=*мЫ (2-23)
pi _ _ h.« (Fiiqu ) ~
h+qJMvL)
pi _ ~ hst (Уhold ) ~ ^st fytestl ) pi )
л;=ir • fci - д-)- Проведя аппроксимацию i-той трассы по формуле (2.22), получим оценки параметров Р8' Д4. Таким образом, если провести приближение каждой i-той трассы общего тока, зарегистрированной в результате эксперимента volt-clamp при V = V‘all, можно определить все Р‘. Приближение осуществлялось с использованием пакета программ Clampflt 8.0. В этой программе можно использовать различные методы приближения (существует стандартный набор). Точность приближения траекторий обычно указывается как среднее квадратичное отклонение для всей трассы. Для получения лучшего приближения, необходимо варьировать начальные условия для параметров.
Заметим, что особенно важны параметры Д, Д и Д0 (как постоянные времени процессов активации и инактивации).
2.4 Анализ математических моделей динамики общего ионного тока.
Используя методику идентификации параметров для модели динамики общего ионного тока с двумя параметрами инактивации hi и /гг, для многих клеток не удавалось определить эти параметры, выделить быструю или медленную инактивацию. Это связано, возможно, с самим типом представленных клеток, для которых характерен только один параметр инактивации.