общая биохимия организма, процессы метаболизма в

ОБЩАЯ БИОХИМИЯ ОРГАНИЗМА, ПРОЦЕССЫ МЕТАБОЛИЗМА В
ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНАХ
Модуль биохимических превращений является ядром всей технологии
моделирования PureMedSim, использованной при разработке данного симулятора.
Данный модуль позволяет наблюдать все известные биохимические
превращения в организме человека в реальном масштабе времени. Результатом
работы является визуальное отображение сложных многогранных связей между
различными биохимическими процессами, протекающими в организме.
Модуль биохимических превращений представлен в главном меню
симулятора двумя режимами: systemic metabolism (общий обмен) и organ
metabolism (процессы метаболизма в отдельных органах). Режим systemic
metabolism доступен, когда в главном меню системы в качестве объекта
исследования выбран организм в целом. Режим organ metabolism доступен, когда
в главном меню в качестве объекта исследования выбран какой-либо конкретный
орган.
При выборе systemic metabolism появляется главное меню данного режима
(рис. 1). Здесь представлены основные показатели общего метаболизма в виде
графиков или количественно. На графиках показано:
1 – потребление глюкозы клетками различных органов (из крови). По
умолчанию установлен мозг, можно также выбрать любой другой орган левым
кликом на стрелке в строке над графиком, выделенной прямоугольником светлозеленого цвета.
2 – общий уровень глюкозы в венозной крови в различных органах. По
умолчанию установлен мозг, можно также выбрать любой другой орган левым
кликом на стрелке в строке над графиком, выделенной прямоугольником синего
цвета.
3 – концентрация инсулина и глюкагона в венозной крови в различных
органах. По умолчанию установлен мозг, можно также выбрать любой другой
орган левым кликом на стрелке в строке над графиком, выделенной
прямоугольником темно-зеленого цвета.
4 – синтез глюкозы из белков в печени и почках.
5 – концентрация мочевины в крови.
Все другие основные показатели общего метаболизма организма показаны в
количественном виде. Стрелками на схеме показаны направления
соответствующих биохимических процессов.
Входными данными для данного режима являются количественные
показатели потребляемых продуктов питания (задаются в подсистеме питания),
физические характеристики человека (заданы по умолчанию), определенных
условий внешней среды, связанных с газами (заданы по умолчанию).
Соответственно этому, любые изменения указанных показателей приведут к
соответствующим изменениям хода моделируемых биохимических процессов.
Если питание не задано, например, при первом запуске симулятора (в этом случае
показатели жиров, белков и углеводов в главном меню данного режима будут
равны 0), биохимические процессы будут протекать, как и в реальном организме,
за счет белков, которые находятся в мышечной ткани; углеводов, которые
образуются в результате гликогена в печени и мышцах; жиров из подкожной
клетчатки.
При выборе organ metabolism (главное меню показано на рис.2) будут
представлены все цепочки биохимических превращений различных ингредиентов
в конкретном органе (орган выбирается на экранном симуляторе) и последующие
биохимические превращения полученных субстратов, включая цикл Кребса и
орнитиновый цикл, а также процессы наработки энергии в клетках данного органа
и выход конечных необратимых продуктов распада.
Здесь и далее для удобства пользователя использованы различные цвета в
названиях соответствующих веществ. Желтым цветом выделены ключевые
вещества, представленные в системе полным завершенным циклом превращений.
Например, левый клик на желтом прямоугольнике с названием glucose приведет к
появлению полной схемы биохимических превращений данного вещества в
организме (рис.3).
Для получения в реальном масштабе времени количественного значения
любой ключевой субстанции в заданной схеме превращений, необходимо дать
левый клик на прямоугольнике желтого цвета с названием конкретного вещества.
В результате будет показана химическая формула данного вещества и его
количественное значение в данный момент времени (например, на рис.4 количество fructose-6-phosphate).
Красным цветом показано начало или конец цепочки превращений в данной
схеме (точка входа из главного меню данного режима). Голубым цветом показаны
вещества, которые присоединяются или отсоединяются от ключевых веществ
непосредственно в ходе соответствующей реакции (количественные значения не
выводятся). Розовым цветом выделены промежуточные вещества, образующиеся
в процессе метаболизма, которые еще не закончили свое биохимическое
превращение в данной схеме и могут быть использованы в других схемах
(количественные значения не выводятся). Зеленым цветом выделены вещества,
которые потребляются в процессе метаболизма (количественные значения не
выводятся). Темно синим цветом обозначены названия конкретных участков
данной схемы превращений.
В главном меню данного режима (рис.2) некоторые вещества выделены
серым цветом. Количественные значения отдельных из них можно увидеть в
режиме systemic metabolism, а схемы некоторых из них не детализированы
(количественные значения не выводятся).
Все превращения метаболитов из одного в другой регулируются
соответствующими ферментными системами, которые обозначены во всех схемах
в виде круглых кнопок с обозначением Е. По умолчанию заданы средние
показатели активности соответствующих ферментов. При левом клике на любой
кнопке с обозначением ферментной системы, появится окно с соответствующим
показателем активности данного фермента. Например, на рис. 5 показана
активность фермента glucose-6-phosphatеisomerase (в схеме превращения глюкозы
на рис.3 данный фермент находится между glucose-6-phosphatе и fructose-6phosphate).
Пользователь
системы
может
вручную
произвольно
изменять
количественные показатели активности любых ферментов и соответственно
изменять ход протекания того или иного биохимического процесса. Различные
нарушения метаболизма будут задаваться в виде определенных сценариев в
главном меню системы (эти сценарии будут представлять собой специально
заданные алгоритмы воздействия на активность соответствующих ферментов).
2
1
3
4
5
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5