人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的穩(wěn)定魯棒性研究.pdf

1、生物魯棒性是指生物系統(tǒng)在其內(nèi)部和(或)外部因素?cái)_動(dòng)下能保持其結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的一種特性。研究發(fā)現(xiàn),生物魯棒性普遍存在于生物系統(tǒng)的各個(gè)層次中。從生物系統(tǒng)的整體水平到分子水平,生物魯棒性無處不在,如生物系統(tǒng)內(nèi)的能量供應(yīng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)的晝夜節(jié)律及細(xì)菌趨化等現(xiàn)象都是由魯棒性機(jī)制所介導(dǎo)的。生物系統(tǒng)的魯棒性主要由以下幾種機(jī)制來維持:系統(tǒng)控制、故障一安全機(jī)制、模塊性和去偶聯(lián)。生物魯棒性也與疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),原有生物魯棒性的破壞就可能會(huì)導(dǎo)致疾病的

2、發(fā)生,而某些疾病(如代謝綜合癥等)則進(jìn)一步利用了魯棒性的機(jī)制來確保其狀態(tài)的維持和進(jìn)一步的發(fā)展。因此,從生物魯棒性的角度來認(rèn)識(shí)疾病也有助于我們更加深入地了解疾病發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制,同時(shí)也能幫助我們從系統(tǒng)的角度來探討治療疾病的有效方法。作為第二信使的Ca2+對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)揮其正常的功能具有重要的作用。細(xì)胞內(nèi)Ca2+代謝具有物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)換及信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)把物質(zhì)、能量和信息三大生命活動(dòng)要素聯(lián)系在一起。同時(shí),Ca2+也是反映

3、內(nèi)皮細(xì)胞正常狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。細(xì)胞胞質(zhì)游離鈣離子濃度([Ca2+]i)的異常升高與細(xì)胞的損傷和死亡密切相關(guān)。因此,探究?jī)?nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在受到細(xì)胞內(nèi)部因素和(或)外部因素?cái)_動(dòng)時(shí),它將如何保持其結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性對(duì)于我們認(rèn)識(shí)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)本質(zhì)的動(dòng)態(tài)特性具有重要的意義。本學(xué)位論文借助激光共聚焦顯微鏡技術(shù)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞胞質(zhì)游離Ca2+濃度的變化進(jìn)行了實(shí)時(shí)測(cè)定。選取K+及H2O2作為內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的外源擾動(dòng),測(cè)定了五種不同濃度的K+

4、和H2O2作用下內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)游離Ca2+的動(dòng)態(tài)變化過程。在分析數(shù)據(jù)之前,首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理。之后,使用了系統(tǒng)科學(xué)中的Lyapunov穩(wěn)定性定理、非線性系統(tǒng)中的狀態(tài)圖分析方法及基于Lyapunov穩(wěn)定性的系統(tǒng)穩(wěn)定魯棒性的判定方法來對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在K+(或H2O2)外源擾動(dòng)因素下的穩(wěn)定魯棒性進(jìn)行了分析。最后,也討論了歸一化處理這種方法對(duì)結(jié)果分析帶來的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以得到以下四個(gè)結(jié)論:
　　1.內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的鈣調(diào)節(jié)

5、系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng),它具有非線性系統(tǒng)的基本特征及典型特性。
　　2.內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在對(duì)抗不同濃度K+(或H2O2)擾動(dòng)時(shí),其Ca2+濃度的變化形式是不同的。在低濃度劑量(K+為5mmol/L,H2O2為1μmol/L)的擾動(dòng)下,Ca2+濃度能維持在穩(wěn)定的平衡狀態(tài),內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性較強(qiáng)。在中等濃度劑量(K+為7.5mmol/L和10mmol/L,H2O2為10μmol/L和30μmol/L)的擾動(dòng)下部分

6、細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度能維持在穩(wěn)定的平衡狀態(tài),而部分細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度的平衡狀態(tài)則被破壞,Ca2+濃度有所升高。在高濃度的擾動(dòng)劑量(K+為20mmol/L和50mmol/L,H2O2為50μmol/L和100μmol/L)作用下,幾乎所有的細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度的平衡狀態(tài)都被破壞,Ca2+濃度明顯升高。這說明只有在一定的擾動(dòng)范圍內(nèi),細(xì)胞的Ca2+濃度才能維持在穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。因此,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)抗擾動(dòng)的穩(wěn)定魯棒性具有區(qū)域性。

7、>　　3.內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性受到擾動(dòng)劑量的影響,隨著擾動(dòng)劑量的增加,系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性被逐漸破壞。另一方面,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性也受到細(xì)胞本身狀態(tài)的影響,不同細(xì)胞的穩(wěn)定魯棒性在同等強(qiáng)度擾動(dòng)劑量的作用下可能是不一樣的。因此,內(nèi)皮細(xì)胞本身的狀態(tài)和擾動(dòng)因素兩者共同決定了其鈣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性。
　　4.歸一化處理的方法有一定適用范圍,它只能用于比較處于一定鈣熒光強(qiáng)度范圍內(nèi)的不同細(xì)胞的鈣狀態(tài)變化。如果鈣熒光強(qiáng)度過