Modular Modeling of the Human Cardiovascular System

Abstract

Аннотация. В работе рассмотрена комплексная модель сердечно-сосудистой системы человека, созданная путем объединения ряда ранее существовавших математических моделей, использующих различные математические формализмы: одномерной модели артериальной системы человека, модели циркуляции крови под действием сокращений желудочка и модели долговременных эффектов регуляции сердца и почки. Объединение этих моделей было осуществлено с применением модульного и агентного подходов, которые были реализованы на языке Java в виде программных модулей к платформе BioUML. Написанные программные модули позволяют графически создавать агентные модели в виде модульных диаграмм, состоящих из связанных между собой блоков (модулей), и проводить численные расчеты. Все описанные модели были реализованы в BioUML и интегрированы в единую модульную модель сердечно-сосудистой системы человека. Модель была протестирована, и получены предварительные результаты симуляции некоторых классических патологий системы кровообращения человека. Модель доступна в составе пакета программ BioUML по адресу http://ie.biouml.org/bioumlweb. ВВЕДЕНИЕКомпьютерное моделирование сердечно-сосудистой системы (ССС) человека является одной из наиболее актуальных задач современной науки. Создание ее полной модели позволит перенести эксперименты в область in silico и увеличить производительность научных исследований в области создания лекарств нового поколения. На данный момент 1 Работа выполнена при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта фундаментальных исследований СО РАН № 91 и госконтракта 02.740.11.0705 Министерства образования и науки РФ. * axec@systemsbiology.ru

Mathematical Modeling of the Antihypertensive Drugs Action

“…Комплексная модель сердечно-сосудистой системы человека была построена на основе принципов модульного моделирования сложных биологических систем в платформе BioUML [15]. В ее основу легли модели сердца [23] и почки [24].…”

“…Пакет использует многошаговые методы Адамса и обратной производной. В рамках целой модели расчеты проводятся по принципу агентного моделирования, при котором взаимодействие модулей осуществляется специальной подпрограммой-планировщиком на основе установленных между ними связей, определяющих динамическую передачу сигналов (значений переменных) [15].…”

“…Ингибиторы ренина, АПФ и блокаторы рецепторов АТ 1 снижают активность РААС, стимулируя понижение АД. В данной работе мы продолжаем компьютерное моделирование и анализ модели сердечно-сосудистой системы человека, построенной ранее при использовании платформы BioUML (www.biouml.org) [15,16]. Целью нашего исследования стало изучение существующих и создание недостающих математических моделей фармакодинамики и фармакокинетики различных классов АГП, интеграция этих моделей в нашу модель сердечно-сосудистой системы, а также валидация обобщенной модели по данным клинических испытаний.…”

Personalization of Parameters and Validation of Model of the Human Cardiovascular System

“…Используемая в данной работе модель артериального дерева является частью созданной нами комплексной модели сердечнососудистой системы человека [10], детально процедура построения модели описана в [10,35]. Комплексная модель включает помимо артериального дерева, модель пульсирующего сердца [11] и модель почечной регуляции [36].…”

“…Однако она более сложна по сравнению с моделями с сосредоточенными параметрами (см., например, [9] для глобального моделирования артериальной системы с целью, например, исследования распространения пульсовой волны или моделирования таких ситуаций как последствий кровопотери и влияние невесомости. Ранее данная математическая модель была реализована на платформе BioUML [10].…”