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 светло-зеленого 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-6-phosphate).
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).
4 5 3 2 1
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
