Eine neue flexible Plug-and-Play-Schema für die Modellierung, Simulation und Magen emptying

A neue flexible Plug Vorhersage und Schema für die Modellierung spielen, Simulation und Vorhersage von Magen
Zusammenfassung
Hintergrund
In-silico-Modelle Entleerung, die zu erfassen versuchen, und beschreiben das physiologische Verhalten von biologischen Organismen, einschließlich Menschen, sind an sich komplex und zeitaufwendig in einer Rechenumgebung zu bauen und zu simulieren. Der Detaillierungsgrad der Beschreibung in das Modell integriert, hängt von der Kenntnis des Verhaltens des Systems auf diesem Niveau. Dieses Wissen ist aus der Literatur gesammelt und /oder durch die Kenntnis von neuen Experimenten erhalten verbessert. So Modellentwicklung ist ein iterativer Entwicklungsverfahren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein neues Plug-and-Play-Schema zu beschreiben, die Flexibilität und Einfachheit der Anwendung für die Modellierung und Simulation von physiologischen Verhalten von biologischen Organismen erhöht bietet.
Methoden
Dieses Schema erfordert die Modellierer (Benutzer) zuerst die Struktur der zusammenwirkenden Komponenten und experimentellen Daten in tabellarischer Form zu liefern. Das Verhalten der Komponenten in mathematischer Form beschrieben wurde, auch durch den Modellierer vorgesehen ist, wird von außen während der Simulation verbunden sind. Der Vorteil der Plug &Play-System für die Modellierung ist, dass es weniger Programmieraufwand erfordert und kann schnell auf neuere Modellierungsanforderungen angepasst werden, während auch die Art und Weise für die dynamische Modellbildung zu ebnen.
Ergebnisse
Zur Veranschaulichung der Papiermodelle die Dynamik des Verhaltens der Magenentleerung durch den Menschen erfahren. Die Flexibilität des Modells anzupassen, die Magenentleerung Verhalten unter unterschiedlichen Arten von Infusion von Nährstoffen im Darm (Ileum) vorherzusagen demonstriert. Die Prognosen wurden mit einem menschlichen Eingriff Studie überprüft. Der Fehler bei der Vorhersage der Halbzeit Entleerung wurde weniger als 6% erwiesen.
Schlussfolgerungen
ein neues Plug-and-Play-System für die Modellierung biologischer Systeme entwickelt, dass die Änderungen an der modellierten Struktur und das Verhalten mit reduzierter Programmierung erlaubt Bemühungen, durch das biologische System in ein Netzwerk von kleineren Subsystemen mit unabhängigen Verhalten abstrahieren. In der neuen Regelung, die Modellierung und Simulation wird eine automatische Maschine lesbar und ausführbar Aufgabe.
Schlüsselwörter Modellierung Magenfunktionsmodule Rückführkreis Einführung
Biologische Systemanalyse mit einer Reihe von Hypothesen zur Hand Entleerung ist ein zyklischer Prozess das beginnt mit einem experimentellen Design, Datenerfassung, Datenanalyse, Daten oder Hypothese Getriebene Modellierung, Simulation und Analyse [1, 2]. Bei jedem Zyklus (eines Teils) der Beschreibung des biologischen Systems wird entweder verfeinert zu verbessern oder die Hypothese Umadressierung. Dies bedeutet, dass in biologischen Systemen Analyse, die Daten /Hypothese getrieben Modell ständig Veränderungen unterworfen ist. Die meisten Systembiologie-Modellierungs-Tools, um den Benutzer
den Computer manuell über die unterstützten Programmiertools zu beauftragen, die Modellierung und Simulation Ziele zu erreichen [3- 5]. Eine solche beinhaltet eine Aufgabe, die biologischen Komponenten, zugehörigen Übertragungsfunktionen und das interaktive Verhalten zwischen den Komponenten programmatisch zu beschreiben. Es gibt ein paar moderne Systembiologie-Modellierungs-Tools wie SimBiology [6] und PhysioDesigner [7], die den Anwender mit grafischen Ergänzungen liefern häufig biologisch relevanten Komponenten und Steckverbinder aus der Werkzeugpalette und legen Sie sie in der Modellbau-Umgebung zur Auswahl verwendet. Dennoch müssen die funktionellen Beschreibungen aller Komponenten und Wechselwirkungen zwischen ihnen noch programmatisch beschrieben werden. Somit wird eine vollständige iterativen Systembiologie Modellierung Zyklus in der Praxis oft eine extrem schwierige Aufgabe. Eine groß angelegte Vereinfachung bei der Modellierung kann, wenn das funktionale Verhalten eines Bauteils Programmierung erreicht werden kann, und die Aufgabe, durch die Integration von Untereinheiten von vorprogrammierten Transferfunktionselemente ersetzt werden, vermieden werden.
Jede subphysiologischen Einheit wie ein Organ, oder ein Gewebe kann als mit einer eindeutig festgelegten Funktionsverhalten bezüglich seiner Ein- und Ausgänge festgelegt betrachtet werden. Das Verhalten eines biologischen Systems ist das integrierte Verhalten dieser Einheiten subphysiologischen unisono arbeiten. Somit aus physiologischer Sicht Untereinheiten von vorprogrammierten Transferfunktionselemente Integrieren der Funktionalität einer biologischen Komponente oder biologischen System als Ganzes zu realisieren, ist offenbar relevant.
Dieses Papier eine Umgebung für biologische Systeme Modellierung und Simulation beschrieben, die entlastet die Neuprogrammierung Aufwand in der Regel mit den Veränderungen in experimentellen Design und Modellierung verbunden. Um das Funktionieren der vorgeschlagenen Modellierungs- und Simulationsumgebung und ihre Flexibilität zeigen experimentelle Veränderungen anzupassen, die Magenentleerung Verhalten bei Menschen beobachtet wurde modelliert. Die Regulierung der Magenentleerung bildet in dem komplexen Prozess der Nahrungsaufnahme Regulierung eine Schlüsselrolle, die ein aktives Gebiet der Forschung ist [8-10]. Verschiedene Zelltypen, Hormone, Rezeptoren und alle neuronalen Signale wirken gleichzeitig in diesem System. Es ist derzeit weitgehend unklar, wie Signale aus verschiedenen Teilen im Darm wirken zusammen in einem Feedback-Mode über das zentrale Nervensystem durch die Schließung der Nahrungsaufnahme Verhalten zu regulieren. Die vorgeschlagene Modellierungsansatz könnte hilfreich sein, zu ermöglichen, dass die Forscher schnell und leicht Modellvarianten bauen und welche bietet die einheitliche Interpretation der experimentellen Daten entscheiden. Daher ist eine Studie zur Beeinflussung der Magenentleerung durch Darm Infusion von Nährstoffen gerichtet war für ein Proof-of-Concept Beispiel gewählt. Die Parameter des Modells aus experimentellen Daten aus einer Kontrollgruppe von Probanden gesammelt geschätzt wurden verwendet, um die Magenentleerung Rate für eine Interventionsgruppe vorherzusagen, die Ileum-Nährstoff-Infusion erhalten.
Konstruktion und Software-Umgebung
Aus biologischer Sicht des System-Modellierer die eine Befreiung von der Neuprogrammierung Bemühungen will im Zusammenhang mit experimentellen und Modellierung der Zeit ändert, muss die Modellierungs- und Simulationsumgebung der Benutzer die Unter physiologischen Einheiten zu spezifizieren, die modelliert im biologischen System Teil zusammen mit ihren Input /out Beziehungen in jeder einfach und leicht modifizierbar Format. Der Benutzer sollte auch in der Lage sein, die Modellierungs- und Simulationsumgebung mit allen experimentellen Daten der Bereitstellung auf der Systemebene oder Unter physiologischen Einheiten Ebenen gesammelt oder geliefert. Auch eine Modellspezifikation gegeben und experimentelle Daten, die z.B. als Eingabe in einem Textformat, sollte die Modellierungs- und Simulationsumgebung über das Modell und die Simulation der modellierten behavior.A Software-Architektur können die Anforderungen spezifiziert automatisch konstruieren in Abbildung 1. Im Mittelpunkt dieser Architektur dargestellt wird, ist die generische Modellierung und Simulation Framework dass umfasst ein Modellbauer, ein Modell-Simulator und eine Komponente Funktionsbibliothek. Der Modellbauer und Simulator sind vorkompilierte ausführbare Dateien. Der Simulator dynamisch lädt die Komponente Funktionsbibliothek während des Simulationslaufs. Der Benutzer liefert die Modellspezifikation und experimentelle Daten zu der generischen Modellierung und Simulation Framework über eine Modellspezifikation und Datendatei in einem vordefinierten Format. Der Modellbauer analysiert die Modellspezifikation Datei und erstellt ein Modell, wie vom Benutzer angegeben. Der Simulator lädt das konstruierte Modell und in Verbindung mit der Komponente Funktionsbibliothek simuliert das modellierte Verhalten mit entsprechenden Simulationsdaten. In den folgenden Abschnitten werden detaillierte Beschreibungen des Modellbauer liefern, das Modell-Simulator, der Komponente Funktionsbibliothek und Modellspezifikation und Datendatei. Abbildung 1 Allgemeine Modellierung und Simulation Framework.
Modellbauer
Ein biologisches System zum Zwecke der Modellierung eine Anordnung von unabhängigen Unter physiologischen Einheiten betrachtet werden können, die im Einklang arbeiten bestimmte biologische Ziele zu erreichen. Um das Verhalten eines solchen biologischen System zu modellieren, ist es bequem, eine Abstraktion zu wählen, dass jede Unter physiologischen Einheit als eigenständiges Bauteil darstellt, der zusammen mit anderen Komponenten ein Netzwerk von Komponenten bilden. Ein solches Netzwerk, verwendet, um ein System zu modellieren, ist dann Bestandteil basierten Systemmodells. Die Grundeinheit einer Komponente basierten Systemmodells
ist eine Komponente mit einer bestimmten Anzahl von Eingängen und Ausgängen. Diese Eingänge und Ausgänge sind durch eine mathematische Funktion verwandt. Die strukturelle Spezifikation
einer Komponente wird somit als der Name der Komponente zusammen mit dem Namen der Ein- und Ausgänge festgelegt, während die funktionale Spezifikation
einer Komponente als die mathematische Beziehung zwischen den Eingängen und Ausgängen definiert ist. Die Funktion des Modellbauer ist eine komponentenbasierte Systeme Modell angesichts der strukturellen und funktionellen Spezifikation der Komponenten, aus denen die modellierte biologischen System.
Modell Simulator
Das Modell Simulator zu konstruieren, simuliert die Komponente basierten Systemmodells für eine vordefinierte Anzahl Simulationszyklen. Eine Komponente Systemmodell mit einem Satz von Eingängen gesagt wird für eine vorgegebene Anzahl von Simulationszyklen simuliert werden, wenn jede Komponenten-Ausgang bei jedem Simulationszyklus ausgewertet wird. Eine gegebene Simulationszyklus soll abgeschlossen werden, wenn alle Komponenten-Ausgänge haben eine Komponente basierten Systemmodells in einer solchen Art und Weise für die Simulation Zyklus.Verfahren Modellbauer konstruiert bewertet worden, dass Zusätze oder Streichungen von Komponenten, falls erforderlich, ist immer möglich, bei der Abschluss eines Simulationszyklus. Zur Veranschaulichung dieser Konstruktion ein hypothetisches Komponente basierten Systemmodells mit 3 Komponenten, nämlich C1, C2 und C3, und der jeweiligen Verbindungen A, B, C und D unter den Komponenten ist in 2a gezeigt. Eine andere visuelle Darstellung des gleichen Strukturmodell ist in 2b dargestellt. Die beiden visuell dargestellt Systemmodelle sind nicht voneinander verschieden sind, außer daß in der letzteren die Kanten (Verbindungen), die die Komponenten als Informationskanäle dargestellt sind und jede Komponente einem der mehreren der Informationskanäle verbunden. Diese Darstellung intuitiv entspricht der physiologischen Situation von Organen durch die Blutgefäße und /oder Nervenbahnen verbunden. Bei jedem Simulationszyklus zur Zeit die Daten auf dem Informationskanal verfügbar ist, entweder an die Eingänge der Bauteile zu lesen (in der aktuellen Simulationszyklus verbunden ist) oder geschrieben auf den Informationskanal von den Ausgängen der Komponenten (derzeit erhältlich). Die Daten werden nur auf dem Informationskanal in dem aktuellen Simulationszyklus verbunden diesen Komponenten gelesen oder geschrieben werden. Dieses Modell Konstruktion und Simulation Funktion ermöglicht eine beliebige Anzahl von Modellkomponenten oder aus dem Systemmodell während der Simulation mit entsprechenden Kontrollstrukturen gelöscht hinzugefügt werden. Abbildung 2 Beispiel Systemmodell. (A) Strukturmodell Beschreibung des Beispiels Systemmodells. (B) Analoge visuelle Darstellung des Strukturmodells.
Component Funktionsbibliothek
Die Komponente Funktionsbibliothek enthält die funktionale Spezifikation (das heißt die mathematische Beziehung zwischen den Eingängen und den Ausgängen) der einzelnen Komponenten des Komponentensystems Modell darstellt. Da der Simulator das Modell in der Zeit zu simulieren, die funktionale Spezifikation der Komponenten werden beschrieben als Funktion der Zeit als auch programmiert wurde. Funktionale Spezifikation der Komponenten müssen vom Anwender und aktualisiert, um die Komponente Funktionsbibliothek definiert werden.
Modellspezifikation und experimentelle Datendatei
die Modellspezifikation und die experimentelle Datendatei durch den Benutzer enthält zwei Sätze von Informationen zur Verfügung gestellt. Die erste ist die strukturelle Beschreibung der Komponenten des Systems Modell bildet und die zweite ist die experimentellen Daten auf Experimente, die auf dem System durchgeführt. Der Name der Komponenten und den jeweiligen Ein- und Ausgänge sind reihenweise tabellarisch dargestellt. Der Name eines Ausgangs einer Komponente ist die gleiche wie die Eingabe einer anderen Komponente, wenn die beiden verbunden sind, und unterscheidet sich, wenn sie nicht verbunden sind. Eine zusätzliche Spalte, "Connect", vorhanden ist und hat einen Wert entweder "Ja" oder "Nein", dass verbindet oder trennt die Ein- /Ausgänge der jeweiligen Komponenten. Diese Spalte wird hinzugefügt, um eine zusätzliche Flexibilität einzuführen zuzuordnen oder die jeweilige Verbindung zwischen den Komponenten dissoziieren.
Für die hypothetischen System-Modell zuvor in 2a dargestellt, wobei die Komponenten, C1, C2 und C3 sind zeilenweise tabellarisch in Tabelle 1. der Eingang der Komponente C1 ist, A und D, und der Ausgang ist, B, die dann die Eingabe in die Komponente C2. Die Beschreibungen für die anderen Komponenten sind ähnlich. Beachten Sie, dass der Eingang C aus Komponente C3 durch Eingabe von "Nein" in der "Connect" Säule getrennt. Die experimentellen Daten ist zeitweise an der Zeile für jeden Eingang und dem Ausgang des Bauteils tabelliert. Beispielsweise 0 der Eingang A zu der Komponente C1 zum Zeitpunkt, beträgt 20 Einheiten und bleibt Null für den Rest der Zeit (5-30). Die Einträge sind leer, wenn experimentelle Daten nicht available.Table 1 Beispiel für Modellspezifikation Datei für das Strukturmodell Beschreibung des Modells in Abbildung 2 a
Ergebnisse | Magenentleerung sind, zusammen mit Darm-Motilität, Sekretion von Verdauungsenzymen und Peptidhormone sind wichtige physiologische Prozesse in der Regulation der Mahlzeit Verdauung beteiligt [11, 12]. Magenentleerung ist ein physiologischer Prozess, in dem der Magen nach und nach seinen Inhalt in den Dünndarm entleert wird. Der Inhalt wird dann stimulieren die Freisetzung von mehreren Hormone (CCK, PYY, GLP-1 etc.) durch die Darmschleimhaut, die Feedback-Signale durch verschiedene Nervenbahnen entlocken. Eine dieser Nervenbahnen dient als Rückmeldung an die Magenentleerung Prozess selbst. Die vagale afferenten Pfad beginnt mit dem Darm und endet an dem Nucleus tractus Solitarius (NTS) des zentralen Nervensystems [13]. Die Reaktion oder die negative Rückkopplung entsteht aus dem zentralen Nervensystem über die vagale Efferenzen und endet an Orten Magen einschließlich, verlangsamt die Magenentleerung des Magens [14]. Und in mehreren Studien wurde gefunden, dass Ileum-Infusion gezeigt worden Nährstoffe führt zu einer Verzögerung bei der Magenentleerung und Dünndarmdurchgangszeit, und eine verstärkte Freisetzung von Magen-Darm-Hormone. Untersuchung des Mechanismus dieser sogenannten ileal Bremsaktivierung ist von potentiellem Interesse für die Entwicklung von funktionellen Lebensmitteln, die Nährstoffe im distalen Teil des Dünndarms freizusetzen. Weiterhin Maljaars et al. [12] zeigten, dass ileal Infusion von Lipid (Safloröl) führte zu einer stärkeren Wirkung Darmbremse, wenn sie duodenual Infusion verglichen. Magenentleerung wurde in Ileum-Infusion im Vergleich zu duodenalen Infusion (206 min vs. 138 min) [12] signifikant verzögert. Zahlreiche Modelle wurden in der Literatur der Lage zu simulieren oder vorhersagen, die Magenentleerung beim Menschen [14-16] berichtet. in den meisten dieser Modelle jedoch der Magen und den Darm haben, wie die beteiligten Komponenten [17] betrachtet. Der vollständige Rückkopplungsschleife des Magenentleerung Verfahren beinhaltet zum Beispiel auch allmähliche Freisetzung der Nährstoffe aus dem Magen und anschließende Freisetzung von Hormonen, die neuronale Signale aus dem Magen-Darm-Trakt, die Wirkung weitere Freisetzung von Nahrung aus dem Magen (und auch die Aufnahme von neuen Lebensmittel) entlocken in ein Rückkopplungsschema über das zentrale Nervensystem haben nicht umfassend berücksichtigt worden. Abgesehen davon sind die Modellierungs- und Simulationsprogramme, wie sie in diesen Veröffentlichungen berichtet, beinhalten strenge Neuprogrammierung Schritte im Falle der Versuch muss neu gestaltet werden.
Um die Komponente basierend Modellierungsprozess innerhalb der vorgeschlagenen Modellierung zu veranschaulichen und Simulationsumgebung, diskutieren in den folgenden Abschnitten die Magenentleerung und Modellierung Simulation Prozess mit einem minimalen Satz von Komponenten. Die Prognosefähigkeit des Modells konstruiert Systeme werden dann mit entsprechenden Experimenten an menschlichen Probanden durchgeführt untersucht werden.
Modellierung Magenentleerung Verhalten
ein Systemebene Magenentleerung Modell zu konstruieren, die strukturelle Spezifikation aller Komponenten, die das Modell zusammen bilden mit den experimentellen Daten werden in dem Modellspezifikation und Datendatei beschrieben. Die funktionale Spezifikation der Komponenten werden dann auf die Komponente Funktionsbibliothek hinzugefügt werden. Die konstruierte Magenentleerung Modell zusammen mit der Komponente Funktionsbibliothek und den angegebenen experimentellen Daten in der Modellspezifikation und der Datendatei werden die Parameter des Modells zu schätzen, simuliert werden. In der Praxis wird das Modell einer bestimmten Fragestellung zu beantworten, verwendet. das heißt, "Wie funktioniert Nährstoff X Einflüsse Magenentleerung Rate Y?"
Struktur Spezifikation
Tabelle 2 den Inhalt der strukturellen Spezifikation und Datendatei für die Magenentleerung Modell zeigt. Eine schematische Darstellung des Strukturmodells ist in Abbildung 3 gezeigten Komponenten, die das Strukturmodell darstellen, sind Magen, Darm (GI) und des Zentralnervensystems (ZNS). NUT_INP (Nutrient Input), ist der Eingang zu der Komponente Stomach. Der andere Eingang, IR_VE (Intestinale Antwort - Vagal Efferenzen), ist das Feedback aus dem ZNS. Der Grund, warum der Ausgang und der Eingang des Magens kombiniert werden, und die gemeinhin als NUT_INP bezeichnet wird klar werden, wenn das Funktionsmodell des Magens beschrieben. Der andere Ausgang des Magens, NUT (Nährstoff) ist der Eingang für die nächste Komponente Darms. Ein externer Eingang NUT an den Eingang des Darmes gebunden ist ein Infusions Eingang, der die Magenentleerung Phänomene modulieren können. In der experimentellen Einstellung wird diese Infusion über einen Katheter in den gastrointestinalen Trakt (GI), wobei der Katheterspitze in dem distalen Dünndarm (Ileum) positioniert eingefügt verabreicht. Der Ausgang des Darmes, IR_VA (Intestinal Reaktion - Vagal Afferenzen) ist die Eingabe für die nächste Komponente CNS. Der Ausgang des ZNS, IR_VE, wie bereits erläutert, ist die Rückmeldung an die Komponente Stomach.Table 2 Abbildung 3 Schematische Darstellung des Strukturmodells für die Magenentleerung Beispiel.
Die experimentelle Datensegment des Strukturmodelldatei enthält Daten für jeden Zeitpunkt, der entweder die externen Eingangswerte auf dem Systemmodell oder experimentell an den Ausgängen der Komponenten Messwerten, die das System bilden. Im Magen-Modell Beispiel externen Eingang bei NUT_INP in Form eines standardisierten Frühstück Mahlzeit versorgt [18] zum Zeitpunkt "0" Minuten (als kalorische Wert des standardisierten Frühstück ausgedrückt), und die Infusion externen Eingang NUT zu einer Zeit '30 'min bis' 120 'Minuten in Schritten von 5 Minuten (als Kalorienwert pro 5 min geliefert ausgedrückt). Der Rest der Ein- /Ausgabewerte für alle Komponenten zwischen der Zeit '0' und '240' mit der Zeit Schritt von '5' Minuten waren entweder nicht gemessen oder nicht vorhanden ist und daher leer gelassen.
Funktionsbeschreibung
Die Dynamik Magenentleerung ist funktionell in der Komponente Magen beschrieben. Die Darm-Feedback die Magenentleerung Regelung ist funktionell als Bremsmechanismus implementiert, die die Magenentleerung Rate konstant verlangsamt. Für die Komponenten Darm und CNS anstelle eines Details physiologischen Modell, ein grau-Box-Modell mit einer minimalen Funktionselementen und zugehörigen Parameter wurden gewählt. Funktionsmodell Beschreibungen für jede Komponente die Magenentleerung Modell bilden, werden in den folgenden Unterabschnitten und den dazugehörigen Parametern beschrieben während der Modellkalibrierung geschätzt werden, sind in Tabelle 3.Table 3 Parameterdefinitionen gezeigt
Parametername
Einheit Parameter
Wert
Magenentleerung Rate konstant
k
m
i
n
-1
Zum abgeschätzt werden
Efferente Signalschwelle
THD
dimensions
Zum geschätzten
IR-Übertragungsrate konstant
IR_TR
E
-1
werden zu schätzen
In-vivo-Rate Zerfallskonstante
INV_DR
m
i
n
-1
Zum
kalorische Grad geschätzt werden
CAL_GRD
dimensions
0,6
Zeit bei maximaler Amplitude
T_MAX
min 10
konstanten Transfer
TRF_K
dimensions
1 konstanten Prozentsatz break
BRK
dimensions
3
Magen
Die Komponente Magen hat zwei Eingänge: N
U
T
_I
N
P Karten und I Liebe-R
_V
E
, zwei Ausgänge: NUT
und N
U
T
_I
N
P
. Für eine erste Kalorien Eingang, N
U
T
_I
N
P
(0), die kalorische Eingang N
U
T
_I
N
P
(t
) durch den Magen zu einem Zeitpunkt t
zurückgehalten wird durch Gleichung 1 beschrieben wird, wobei t die Zeit in Minuten ist, ist k die Magenentleerungsrate konstant per Minute und b ist die extrapolierte y-Achsenabschnitt von dem Anschlussabschnitt der Entleerungskurve [15]. NUT_INP (
t
)
=
NUT_INP (
0
)
*
1 | -
1 | -
e
-
k
*
t
b
(1) Umschreiben von Gleichung 1 in die Differenzgleichung Form Ergebnisse in Gleichung 2, wobei N
U
T
(t
+ Δ
t
) ist die Kalorien aus dem Magen in den Darm bei t vertrieben
+ Δ
t
und Δ
t Was ist die Simulationsintervall. NUT (
t
+
At
)
=
NUT_INP (
t
+
At
)
-
NUT_INP (
t
)
=
f
(
t
)
*
At
*
CAL_GRD ,
(2), wobei f
(
t
)
=
NUT_INP (
0
)
*
b
*
k
*
1 | -
e
-
k
*
t
b
-
1 | *
e
k
*
t
und CAL_GRD ist die kalorische durch den Darm absorbiert als der Prozentsatz Kalorien Eingang definiert Gradwert. Unter der Annahme einer gleichmäßigen Verteilung und Absorption von Kalorien entlang des Darms, der Anteil an Kalorien von Ileum resorbiert kann durch die prozentuale Fläche von Ileum angenähert werden. Die Gesamtlänge der Duodenum, Jejunum, Ileum und ist 25, 260, 395 cm [19]. Unter der Annahme eines konstanten Radius des Darms, 60% der prozentuale Fläche von Ileum ist und somit ein Wert von 0,6 wurde für CAL_GRD gewählt [20].
Im Modell der Magen-Geschwindigkeitskonstante k Entleerung wird um einen Prozentsatz reduziert BRK auf jedem Fall, dass die Darm-Übertragungsfunktion Antwort ableitenden sgmd
eine feste Schwelle konstant THD (efferente Signalschwelle konstant) überschreitet. Die intestinale Reaktion ableitenden Übertragungsfunktion sgmd
durch Gleichung 3. Der Wert von b in der Gleichung 1 definiert ist, wird dann als b
= e berechnet
k
* T
_L
A
G
k der Wert gegeben T
_L
A
G
, die anfängliche Verzögerung bei der Magenentleerung [15]. sgmd (
t
)
=
2
/
(
1 | +
e
-
IR_TR *
IR_VE (
t
)
)
-
1 | ,
(3), wo ich
R
_T
R Was ist der Darm-Übertragungsrate konstant, und ich
R
_V
E
der Darm-Vagus ableitenden Antwort von CNS ist.
Um einen geeigneten Wert für BRK finden, wir der Auffassung, dass das Modell mit einer Zeitauflösung von 1 Minute ausgewertet wird, so dass das System bei maximal 1 Bruchereignis pro Minute ausführen. Darüber hinaus für den Bereich der Nährstoff-induzierte Veränderung der Magen Halbzeit Entleerung wir als Referenzdaten von Robertson et al nahm. [21], die zeigen, dass die Zugabe von n-6 mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) vs. n-3 PUFA, um eine Mahlzeit in einer Erhöhung der Magenentleerungszeit Halb 155-237 Minuten belegt werden. Wir brauchten dann, dass 15 aufeinanderfolgende Pause Ereignisse ausreichend sein Thalf 155-237 Minuten zu erhöhen, um so eine deutliche Reduzierung der Magenentleerung und innerhalb der Länge der Infusionsdauer von 90 Minuten in dem Versuch eingesetzt zu ermöglichen. Dies ergab einen Wert von 0,03 oder 3% für BRK (dh 155 * 1.03 15≈237)
Darms
Die Komponente Darm hat einen Eingang. NUT
und einen Ausgang I
R
_V
A
. Die Darm-Vagus zuführenden Reaktion I
R
_V
A
(t
+ Δ
t
) zum Zeitpunkt t wird die gewundene Vagus zuführenden Antwort in E (willkürlich gewählt ) Einheiten an der Darmkalorien Eingang von 0 bis t als 4. IR_VA in Gleichung (
t
+
At
)
=
Σ
i
=
0
t
/
At
a
*
(
t
-
(
At
*
i
)
)
b
*
e
-
c
*
(
t
-
(
At
*
i
)
)
(4), wobei ein
= N
U
T
(Δ
t
* i
) * (c
* e
/b
) b
, die in-vivo (Darm-vagalen afferenten Reaktion) Zerfallskonstante c
=
I N
V
_D
R
und b
= T
_M
A
X
* c
, wo T_MAX der Zeitpunkt, an dem der Darm-Vagus-zuführenden Reaktion auf die Darm-Eingang maximal ist. Um einen Wert für T_MAX wählen haben wir die Zeit bis zur maximalen Antwort des Hormons am ehesten im Zusammenhang mit der Regulierung der Magenentleerung, das heißt CCK, als Referenz. Diese Zeit wurde von Figur ein A in [22] wie 10 Minuten lesen
CNS
Die Komponente CNS einen Eingang hat. Ich
R
_V
A
und einen Ausgang I
R
_V
E
. Die ableitenden Antwort des ZNS, ich
R
_V
E
an den zuführenden Eingang I
R
_V
A
ist in Gleichung 5 definiert IR_VE (
t
+
At
)
=
TRF_K *
IR_VA (
t
)
(5) Da wir nicht in der Lage waren, um quantitative Daten über Darm-Hirn-zuführenden-to-efferente Nervensignalübertragung zu finden, haben wir angenommen, eine direkte Proportionaleinheit Transfer (TRF_K = 1) aus Vereinfachungsgründen.
Gastric zur Kalibrierung
das experimentelle Protokoll Protokoll und Modellkalibrierung Entleerung und die Vorhersage der Magenentleerung gefolgt Modell die wichtigsten Grundsätze beschrieben in [23] mit geringfügigen Änderungen. Zum Zeitpunkt t = 0 min wurde ein Standard-feste Mahlzeit von der Freiwilligen verbraucht a. 13C Octansäure wurde dem Standard-Frühstück Mahlzeit hinzugefügt Magen zu messen Entleerung. Obwohl 13
CO 2
Atemtest nicht direkt die Magenentleerung zu messen, ist es gut mit dem Goldstandard-Szintigraphie in mehreren Studien gezeigt, zu korrelieren ist. Jedoch ist keines der verschiedenen mathematischen Modellen verwendet Thalf Werte aus der gemessenen 13C Anreicherungsdaten zu extrahieren, wurde allgemein für die verschiedenen Anwendungen des Tests geeignet erwiesen. Für eine eingehende Diskussion, wird der Leser auf [24] verwiesen. Die Methodik basiert auf der festen Halt von 13C-Octansäure in der festen Phase eines Standard-Testmahlzeit während der Passage durch den Magen-Umgebung, gefolgt von einem schnellen Zerfall der festen Phase im Duodenum mit anschließender Absorption von 13C Octansäure und hepatische Oxidation zu 13
CO 2
, die in der Atemluft ausgeatmet wird. Es hat sich, dass die Post-Magen-Metabolismus (Absorption von 13C Octansäure, den Leberstoffwechsel 13
CO 2
und Ausscheidung über den Atem) ähnlich sind, also weniger einflussreich gezeigt worden ist, zwischen Individuen [16]
Bei t = 30 Minuten wurde eine Lösung entweder Kochsalzlösung (Placebo) oder Safloröl (SO) enthält, wurde in Ileum infundiert. Die Perfusion wurde mit einer Pumpe durchgeführt, um die nasoileal Rohr verbunden. Die Infusion fortgesetzt für eine Dauer von 90 Minuten (das heißt, bis t 120 min =) mit einer Rate von 1 ml /min. Die Atemproben wurden an folgenden Zeitpunkten entnommen; 15 Minuten vor der Mahlzeit und bei 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 180, 210 und 240 Minuten nach dem Standard-Frühstück Mahlzeit. Aus jedem der Atemproben der prozentuale Dosis /h 13C abgeatmet wurden gemessen. Die Thalf und TLag wurden aus der prozentualen Dosis /h 13C-Messungen berechnet [25, 26].
Wenn die 13C-Atemtest Daten Inspektion wir mit großen inter- und intraindividuellen Schwankungen konfrontiert wurden von die Thalf Werte aus den 13C Anreicherung Werte geschätzt. Aus diesem Grund verzichteten wir von paarigen Testanalyse, sondern nahm einen populationsbasierten Ansatz. Wir unternahmen eine Modellvorhersagefähigkeit Test mit 3 verschiedenen Auswahlen des 13C-Daten, wie folgt, S1: die komplette Datensatzes; S2: Der Datensatz, aus dem alle Kurven, die eine oder mehrere Instanzen des Auftretens eines negativen zeigte 13C Anreicherungswert verworfen wurden; S3: der Datensatz, aus dem alle Kurven als Ausreißer basierend auf dem Chi-Quadrat-Kriterium eingestuft wurden verworfen. Ein Messwert wurde als Ausreißer, wenn der Chi-Quadrat-Score ( χ klassifiziert
i
2
=
(
x
i
-
x
̄
)
2
/
s
2
), wobei x
i Was ist der Mittelwert der 13C-Atemtest-Messungen für den i
t
h
Thema x
̄
der Gesamtmittel der ist 13C-Atemtest-Messungen und s ist die Standardabweichung, war größer als 1. Auswahl S1 die vollständigste ist, hat aber den Nachteil, dass die große interindividuelle Variation der Behandlungseffekt verschleiern kann somit die Bedeutung reduziert wird, die mit dem Modellvorhersagefähigkeit Tests zugeordnet werden können. Auswahl sollte S2 weniger leiden an diesem Problem, während mehr der Daten beibehalten wird. Auswahl S3 kann die strengsten für unser Modell Testzwecke in Betracht gezogen werden. Daher wir die Ergebnisse mit der Datenselektion S3 erhaltene Konzentrat und bringt Ergebnisse mit Selektionen S1 und S2 nur zum Vergleich.
In dem Kalibrierungsschritt die Magenentleerung Modellparameter in Tabelle 3 gezeigt wurden, geschätzt. Für Placebo Datenauswahl S3, die 13C-Messungen (Dosis /h [% 13C]) von den Freiwilligen 1, 6, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 (Daten zur Verfügung als Ergänzung zu das Manuskript Weitere Datei 1) in der Placebo-Infusion entsprechend wurden die% 13C Kurve Konstanten (a, b, c zu schätzen gewählt; y
= a
t
b
e
-c
t
[25]), von dem die Hälfte Entleerungszeit (T
H
ein
l
f
P
B
) und Verzögerungszeit (T
L
ein
g
P
B
) für Placebo-Infusion wurden durch den Einbau einer berechneten einzelne Kurve auf alle Daten (Bevölkerung Modell). Die Magen empyting Modellparameter wurden dann durch Simulieren des Modells mit den experimentellen Eingangsbedingungen entsprechend der Placebo-Infusion geschätzt und optimiert, um eine nichtlineare Kleinste-Quadrate-Anpassungsverfahren unter Verwendung der Parameter, die mit einem Halbentleerungszeit in einer Magenentleerungskurve führen, und Verzögerungszeit gleich T
H
ein
l
f
P
B
und T
L
ein
g
P
B
sind.

• Schutzwirkungen eines Magen-Darm-Mittel koreanischen roten Ginseng auf Magengeschwür Modelle in Mäusen enthalten
• Pancreaticogastrostomy in reiner laparoskopische pancreaticoduodenectomy-A Roman Bauchspeicheldrüsen-Magen Anastomosentechnik -