Ein Geschlossenes Nichtlineares Modell Zur Simulation Des Kurzzeitverhaltens Des Kreislaufsystems Und Seine Anwendung Zur Identifikation

ISBN-13: 9783540108788 / Niemiecki / Miękka / 1981 / 228 str.

D. Maller

Opis

Die Entwicklung von mathematischen Modellen zur Simulation biologischer Systeme ist Gegenstand interdisziplinarer Forschung. Der Wert solcher Modelluntersuchungen liegt be grUndet in der Maglichkeit Kombinationen detaillierter Einzelbefunde zu einem konsistenten und widerspruchsfreien Gesamtverhalten zu verbinden. 1st das Modell hinreichend genau verifiziert, dann sind z.B. Modellvorhersagen zu in vivo nicht meBbaren GraBen maglich, oder es kannen aufgrund von Modellergebnissen gezielte experimentelle untersuchungen stimuliert werden. Der Titel der Arbeit solI das komplexe bearbeitete Gebiet in pragnanter Form charakterisieren. 1m nachhinein ist jedoch an zumerken, daB dieser Forderung durch einen umfassenderen Titel besser Rechnung getragen ware, wenn man durchdenkt, daB es eine Reihe von unphysiologisch geschlossenen Modellen gibt (KurzschluB unter Auslassung biologischer Teilsysteme) So mUBte der Titel der Arbeit besser lauten: "Ein physiologisch vollstandig geschlossenes nichtlineares Modell zur Simulation des Kurzzeitverhaltens des Kreislauf systems und seine Anwendung zur Identifikation von Parametern" Die vorliegende Dissertation wurde an der Universitat Bremen unter der Betreuung von Herrn Professor Dr.-Ing. D. Popovic durchgefUhrt. Sie entstand wahrend meiner Tatigkeit als Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Physiologischen Institutes der Johannes Gutenberg-Universitat in Mainz."

Spis treści

1. Einführung.- 1.1 Simulationsmodelle und Identifikationsverfahren in der Anwendung auf das Herzkreislaufsystem.- 1.2 Problemstellung der Arbeit.- 2. Geschlossenes Kreislaufmodell des Kurzzeitverhaltens Unter Einbezug des Barorezeptorreflexbogens — Orbis Cardiovascularis -.- 2.1 Zur Physiologie des kardiovaskulären Systems.- 2.2 Ableitung der hämodynamischen Gleichungen des ungeregelten kardiovaskulären Systems.- 2.2.1 Allgemeine Problematik.- 2.2.2 Ableitung der hämodynamischen Gleichungen zur Biomechanik des kardiovaskulären Systems unter Einbezug der Windkessel-Theorie.- 2.3 Ableitung der kardialen Gleichungen des ungeregelten kardiovaskulären Systems unter Einbezug des Frank-Starling Mechanismus.- 2.4 Einstellverhalten der verschiedenen Drucke und des Stromzeitvolumens im ungeregelten kardiovaskulären System.- 2.5 Die Regelung des arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz unter Einbezug des Barorezeptorreflexbogens als spezifischer Afferenz.- 2.6 Zustandsraumbeschreibung und Stabilitätsanalyse des geregelten kardiovaskulären Simulationsmodells.- 2.7 Modellerweiterung unter Einbezug des Zusammenhangs zwischen Sauerstoffaufnahme und Belastung.- 2.8 Implementierung des erweiterten Simulationsmodells im SIDAS-System.- 2.8.1 Allgemeine Problematik der Simulation kontinuierlicher Systeme.- 2.8.2 Das SIDAS-Programmsystem.- 2.8.3 Anwendung des Spezialblocks SP5.- 2.9 SIDAS-Simulationsergebnisse des erweiterten geschlossenen geregelten Kreislaufmodells bei Simulation unterschiedlicher physiologischer und pathophysiologischer Zustände.- 2.9.1 Das Verhalten des ungestörten Systems.- 2.9.2 Das Einstellverhalten verschiedener KreislaufgröBen bei sprungförmiger ergometrischer Belastung.- 2.9.3 Einstellverhalten der mittleren Blutströmungs- geschwindigkeit bei sprungförmiger ergometrischer Belastung.- 2.9.4 Vergleich der Modellergebnisse mit leistungsphysiologischen und klinischen Befunden.- 2.9.5 Empfindlichkeitsanalyse des geschlossenen kardiovaskulären Simulationsmodells.- 2.9.6 Einstellverhalten bei Simulation einer Belastungsphase bei unterschiedlichen pathophysiologischen Zuständen.- 2.9.6.1 Einstellverhalten bei gleichzeitiger sprungförmiger Aufschaltung eines zusätzlichen Widerstands und einer zusätzlichen ergometrischen Belastung.- 2.9.6.2 Einstellverhalten bei Simulation einer Belastungsphase bei einem pulmonalen Hochdruck.- 2.9.6.3 Einstellverhalten bei Simulation einer Belastungsphase bei einer Herzinsuffizienz.- 2.9.7 Zusammenfassende Diskussion des Fehlens der Adaptation des Barorezeptorreflexbogens.- 3. Kritischer Vergleich und Ausblick zur Biologischen Wertigkeit des Vorgestellten Simulationsmodells.- 4. Parameteridentifikation des Geschlossenen Kreislaufmodells des Kurzzeitverhaltens mit Hilfe Eines Selbstanpassenden Referenzmodells Unter Einbezug des Gradientenverfahrens.- 4.1 Zur Problematik der Parameteridentifikation mit Hilfe eines selbstanpassenden Referenzmodells.- 4.2 Prinzip des Gradientenverfahrens.- 4.3 Implementierung des geschlossenen Kreislaufmodells im Programmpaket NLP.- 4.4 Identifizierbarkeit der Modellparameter.- 4.5 Stabilität des Identifikationsverfahrens.- 4.6 Kritischer Vergleich und Ausblick.- 5. Anhang.- Vorbemerkungen.- 5.2.2-9 Ableitung der Gleichung des Druckgradienten Gl. 2.2-9.- 5.2.2-14 Ableitung der Gleichung des Druckgradienten Gl. 2.2-14.- 5.2.2-21 Ableitung der Gleichung des Gradienten des Stromzeitvolumens Gl. 2.2-21.- 5.2.2-22 Ableitung der Gleichung des Gradienten des Stromzeitvolumens Gl. 2.2-22.- 5.2.2-24 Ableitung der Gleichung des Gradienten des Stromzeitvolumens Gl. 2.2-24.- 5.2.3-7 Ableitung der Volumenbeziehung Gl. 2.3-7.- 5.2.4-5 Ableitung der Gleichung des pulsatilen Druckverlaufs im Zeitabschnitt der Systole Gl. 2.4-5.- 5.2.5-3 Ableitung der Übertragungsfunktion des Verzögerungsgliedes 1. Ordnung (VZ -Glied) in Gl. 2.5-3.- 5.2.8-1 SIDAS Blockarten.- 5.2.8-2 SIDAS Liste der Struktur nach Bild 2.8-1.- 5.2.8-3 Fortranprogramm des Spezialblocks SP5.- 5.4.2-12 Ableitung der Vektorgleichung Gl. 4.2-12.- 5.4.3-1 Fortranprogramm des im Programmpaket NLP implementierten Referenzmodells.- 5.5.1 Tabelle der verwendeten Modellparameter des Orbis Cardiovascularis.- 5.5.2 Datensatz des gemessenen Herzfrequenzverlaufs bei ergometrischer Belastung von 118 W zur Identifikation der Parameter KHF und THF (s. Bild 4.4-6 und 4.4-7).- 5.5.3 Datensatz des gemessenen Blutdruckverlaufs PAS bei ergometrischer Belastung von 100 W zur Identifikation der Parameter KL, KR und KHF (s. Bild 4.4-4 und 4.4-5).- 6. Literatur.