人类血糖调控模型与其应用基础分析

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1、哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学

2、。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日人类血糖调控系统及其应用基础研究

3、摘要人类血糖代谢系统的调控规律，一直是医生和学者研究的重要课题。早到生物控制论的提出，建立血糖系统的数学描述模型，就已经成为各国学者们的论题。近年来随着系统生物学的迅速崛起，高通量技术带来的数据的有力支持，数学、物理、化学领域的重大突破，都为人类血糖调控模型的建立奠定了强而有力的基础。论文根据血糖代谢的生理学规律，应用定性建模的基本方法，建立了人类血糖调控模型的总体部分：葡萄糖系统和胰岛素系统。之后综合利用代谢控制分析（MCA）和流平衡分析（FBA）方法，根据米氏动力学，分别定量的建立了葡萄糖系统中的各个子模型

4、和胰岛素系统中的各个子模型。分别对各个子模型进行了仿真，依据生理学和病理学，通过对参数的调整，使模型分别适合普通人的情形和Ⅱ型糖尿病患者的情形。通过改变输入，模拟了葡萄糖耐量实验效果和正常的日常饮食效果。并对各个子模型的普通人与Ⅱ型糖尿病患者的仿真结果作了对比分析。最后依据药理学，通过合理的改变参数，模拟了Ⅱ型糖尿病患者在服用不同糖尿病治疗药物之后的血糖和胰岛素代谢情况，并对结果进行了分析。①葡萄糖内源性生产效率模型（EGP）本设计中的EGP模型假设葡萄糖的内源性生成速率的快速抑制与门静脉中的胰岛素信号有关，而

5、且与血液中葡萄糖的直接信息、胰岛素的延迟信息和胰岛素的期望值相关。②血液中葡萄糖出现速率模型（Ra）本设计基于已知的关于胃排空和小肠吸收的生理学规律，建立一个非线性的模型，在这个模型中，胃部依然被分为两个房室，一个用来表示事食物的固态形式，一个用来表示事物的食糜状态；小肠部位的反应用一个房室描述。③葡萄糖利用率模型(U)为了描述人体进餐（或注射葡萄糖）之后身体组织对葡萄糖的利用率，包括胰岛素依赖性利用率（主要发生在肌肉、脂肪等周缘组织中）和胰岛素非依赖性利用率（主要发生在血浆中）。我们假设葡萄糖利用率模型由两个

6、房室构成，胰岛素非依赖性利用率发生在第一房室，这个值是固定的，表示葡萄糖被脑细胞和红细胞吸收。胰岛素依赖性利用率发生在第二房室（远房室），它依赖于葡萄糖在组织中的非线性行为。④胰岛素分泌模型（S）人类血糖调控模型及其应用基础研究本设计中假设胰岛素由胰岛β细胞分泌，并通过肝门静脉传递进入血液循环，它与门静脉转换速率，血糖浓度变化，葡萄糖信号和胰岛素信号延迟等因素有关。⑤肾脏清除模型(E)当血液中的葡萄糖浓度超过一个特定的阈值是，肾脏会排泄多余葡萄糖，以保证内环境处于稳态，它与血糖浓度相关，被假定为线性的。模型的仿

7、真结果表明本设计建立的血糖调控系统是符合生理学描述的可靠模型，可以动态、定量的监测正常人和Ⅱ型糖尿病患者的血糖代谢规律，有助于更好地研究人类血糖代谢规律。对于糖尿病的预测、个性化治疗和药物筛选具有重要的参考价值。关键词：血糖调控系统模型；系统生物学；代谢控制分析；流平衡分析；米氏动力学人类血糖调控模型及其应用基础研究AbstractTTheregulationofhumanglucosemetabolismsystemhasbeenanimportanttopicintheresearchofpractitio

8、nersandscholars.Eversciencethebiologicalcontroltheorybeenputforward,howtobuildthemathematicalmodelofbloodglucosesystemhasbecomethetopicofscholars.Inrecentyears,withtherapidriseofsystemsbiology,t