Моделирование регулирования глюкозы в крови

Концентрация глюкозы в крови является одним из интегральных показателей внутренней среды, который отражает обмен в организме углеводов, белков и жиров. Глюкоза в крови является не только источником энергии для синтеза жиров и белков, но используется как субстрат для их синтеза. Новообразование углеводов из жирных кислот и аминокислот происходит в печени.
Нормальное функционирование клеток нервной системы, поперечнополосатых и гладких мышц, для которых глюкоза является важнейшим энергосубстратом, возможно лишь при наличии притока к ним глюкозы с целью обеспечения их энергетических потребностей. Это достигается при содержании в литре крови у человека в среднем 1 г (0,8—1,2 г) глюкозы. Когда уровень содержания глюкозы в крови находится в норме, гликоген образовывается в печени и мышцах, также протекают процессы синтеза жиров, клеткам мозга необходима глюкоза, также мышцы и другие ткани в ней нуждаются. В условиях гипергликемии избыточное количество глюкозы удаляется из крови через почки, увеличивается синтез гликогена. При гипогликемии усиливается гликогенолиз под влиянием адреналина и глюкагона.
Поддержание оптимальной концентрации глюкозы в крови — обеспечивается за счет действия множества факторов, сочетание слаженной работы многих систем организма. Ведущая роль в поддержании динамического равновесия между процессами образования и утилизации глюкозы принадлежит гормональной регуляции.
Цель работы состоит в возможности применения моделирования в регулировании уровня глюкозы в крови.

1. Необходимость инсулина в организме

В современном обществе достаточно широко встречается такое заболевание, как сахарный диабет. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, в мире сахарным диабетом страдает от 3% до 10% населения. Протекание заболевания может быть осложнено поражениями сердечно-сосудистой системы, которые классифицируют как микроваскулярные (диабетическая нефропатия, потеря зрения, ампутации конечностей, центральная автономная и периферическая нейропатия) и макроваскулярные (инфаркт миокарда, инсульт, периферический атеросклероз) [1].
Среди социально значимых заболеваний заболевание сахарным диабетом занимает лидирующую позицию. Большая частота сердечно-сосудистых осложнений связана с особенностями нарушения обмена веществ в организме при данной патологии. При заболевании на сахарный диабет наблюдаются серьезные нарушения липидного и белкового обмена. При патологии липидного обмена наблюдаются изменения атерогенных свойств плазмы крови, то есть повышением уровня липопротеидов низкой и очень низкой плотности и триацилглицеридов и снижением содержания липопротеидов высокой плотности, что приводит к быстрому прогрессированию атеросклероза и развитию его осложнений [3].
Основными и наиболее выраженными признаками (симптомами) при высоком содержании сахара в крови являются:
• Сухость во рту, жажда, учащение мочеиспускания (в том числе в ночное время) и увеличение количества выделяемой мочи.
Проявление таких признаков может быть связано со следующим механизмом. При нормальном содержании сахара в крови, в моче он не появляется. В процессе нормальной работы в организме очень экономно используется так называемое «биологическое топливо» - глюкоза. В этом механизме большую роль играет работа почек. Дело в том, что почки являются важным регулятором постоянства внутренней среды организма: они удерживают в крови нужные вещества, выводят ненужные, а также избавляют организм от накопившихся излишков различных веществ. При накоплении сахара в...

Итак, изложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что координация скоростей гликолиза, глюконеогенеза, синтеза и распада гликогена с участием гормонов обеспечивает: предотвращение чрезмерного повышения концентрации глюкозы в крови после приёма пищи; запасание гликогена и его использование в промежутках между приёмами пищи; снабжение глюкозой мышц, потребность которых в энергии быстро возрастает при мышечной работе; снабжение глюкозой клеток, которые при голодании в качестве источника энергии используют преимущественно глюкозу (нервные клетки, эритроциты, мозговое вещество почек, семенники).
Результаты исследования показывают, что адаптивная система нейронечеткого вывода ANFIS показывает удовлетворительные результаты на сравнительно коротких прогнозах, в то время как для более длительных прогнозов ошибка прогнозирования резко возрастает. Необходимы дополнительные исследования для оценки влияния на точность прогноза числа входных данных и их состава.
Процесс диагностирования в системе обеспечивается нейронными сетями не сложной архитектуры в условиях четкой симптоматики в случае нечеткой симптоматики. При этом, основываясь на фундаментальном результате Фунахаши о том, что с помощью НС можно аппроксимировать с любой заданной точностью любую непрерывную на компакте функцию, появляется возможность использования нечетких спецификаций для решения задач четкой диагностики. Открытым остается вопрос об эффективности такого использования.