生物细胞钙激发和簇振荡的动力学研究

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发表于 2022-8-30 18:21:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
    簇振荡是生命科学中非常重要而普遍的现象,具有多样性和复杂性的特点,而且在生物信息编码中起着关键作用,因此理解簇振荡活动的产生和转迁机制具有重要意义。实验发现生物细胞钙激发和胰腺β细胞都能产生复杂的簇振荡模式。钙离子作为细胞内传递信息的第二信使,具有控制着心脏如何跳动,大脑如何处理信息等功能。胰腺β细胞不能正常地分泌胰岛素就会导致糖尿病的发生。因此了解钙振荡和胰腺β细胞的簇振荡模式具有重要的研究价值。    本文应用快慢动力学分析、微分方程定性理论及数值模拟等方法,研究内在参数变化时,引起的钙振荡和β细胞的各种放电模式,并通过快子系统的分岔分析来解释各种模式之间的转迁机理。这对揭示生物钙振荡和胰腺β细胞的生理学机制具有一定的理论指导意义。    第一章介绍了本论文的研究目的及意义、国内外钙振荡及胰腺β细胞的研究进展以及本文的主要工作。    第二章介绍了钙流交换机理和各类通道调节机理,现有的关于钙振荡和胰腺β细胞的数学模型,细胞动力学中常见的分岔类型,以及簇振荡研究的快慢动力学分析方法等基本概念与方法。    第三章运用分岔理论分析并结合数值模拟方法,深入分析了钙泵对钙振荡的影响。首先给出了全系统的钙振荡区域,然后指出了系统存在复杂的钙振荡行为,包括准周期的簇振荡,复杂的周期簇振荡和简单峰振荡, 并利用快慢动力学分析解释了各种钙振荡行为之间的转迁机制。    第四章针对β细胞的具有三个不同时间尺度的Chay-Keizer模型,探讨了不同尺度的慢变量在簇振荡产生过程中的作用。通过选取钾离子通道的电导和对ATP敏感的钾离子通道的电导作为控制参数,表明不同尺度的慢变量相互作用可以使系统产生快、中、慢三种不同周期的簇振荡现象。该系统存在着不同类型的簇放电模式,利用快慢动力学分析解释了其产生的机理。    第五章针对耦合胰腺β细胞系统,利用耦合系统的分岔分析解释了簇同步动力学行为的产生机理。第一部分研究了胰腺β细胞的电耦合系统,指出随着电耦合强度的增加,处于峰放电的电耦合系统将会产生复杂的同步放电行为。其次,发现在合适的耦合强度条件下,处于方波簇放电的电耦合系统会产生经由“fold/fold”滞后环的“fold/torus”簇同步现象。第二部分研究了胰腺β细胞的化学耦合系统,指出处于峰放电的化学耦合系统在弱耦合时也能够产生簇同步现象,但与电耦合情形相比,化学耦合系统的快子系统的分岔结构更为复杂。其次,处于方波簇放电的化学耦合系统会产生反相同步的逆加周期序列,并且当耦合强度足够大时,化学耦合系统会产生“fold/subHopf”簇同步现象。





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