Математическая модель для описания регуляции противовирусного иммунного ответа с учетом функциональных нарушений в организме человека

Бесплатный доступ

Создана математическая модель регуляции противовирусного иммунного ответа с учетом функциональных нарушений адаптивных (нейроэндокринной и иммунной) систем, вызванных химическими факторами различного генеза. Анализ иммунного ответа проведен с учетом видов иммунитета (врожденный и приобретенный), для характеристики которых выбраны некоторые количественные параметры: врожденный иммунитет - интерферон и NK-клетки; приобретенный - вирусспецифические цитотоксические Т-клетки и антителообразующие В-лимфоциты. Регуляторные механизмы, учитываемые в модели, охватывают влияние гормонов оси гипоталамус - гипофиз - надпочечники (кортиколиберин, адренокортикотропный гормон, кортизол) и продуцируемых различными регуляторными клетками иммунной системы цитокинов (интерлейкины-1 и -2). Представленная модель учитывает пространственную организацию инфекционных и иммунных процессов в различных органах и тканях с помощью введения времен запаздывания взаимодействия компонент. Модель включает систему 18 обыкновенных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом, параметры которой характеризуют скорости различных процессов, влияющих на динамику развития инфекции. Параметры идентифицированы на основании опубликованных экспериментальных данных, описывающих процесс инфицирования организма вирусом. Реализован расчет динамики показателей иммунной и нейроэндокринной систем при вирусной инфекции с учетом нарушения синтетической функции костного мозга. Модель разработана в рамках концепции многоуровневой модели организма человека, учитывающей взаимодействия между системами и функциональное состояние включенных в рассмотрение органов в условиях воздействия на них неблагоприятных факторов различного генеза. Проведенное исследование дает качественное представление о биологических факторах, объясняющих кинетику возбудителя при вирусной инфекции в условиях воздействия факторов различного генеза и может быть использовано для уточнения параметров существующих популяционных моделей распространения и течения инфекций различного генеза и построения долгосрочного прогноза эпидемиологической ситуации, необходимого для проведения анализа риска инфекционных заболеваний, в том числе при воздействии на организм человека неблагоприятных факторов среды обитания.

Еще

Математическая модель, динамическая система, вирусное заболевание, врожденный иммунитет, приобретенный иммунитет, нейроэндокринная регуляция

Короткий адрес: https://readera.org/142212839

IDR: 142212839   |   DOI: 10.21668/health.risk/2017.4.13

Список литературы Математическая модель для описания регуляции противовирусного иммунного ответа с учетом функциональных нарушений в организме человека

  • Воронин Е.Е., Латышева И.Б. ВИЧ-инфекция в Российской Федерации//Уральский медицинский журнал. -2016. -№ 9 (142). -C. 6-8.
  • Жданов В.М., Букринская А.Г. Репродукция миксовирусов (вирусов гриппа и сходных с ними). -М.: Медицина, 1969. -280 c.
  • Зайцева Н.В., Ланин Д.В., Черешнев В.А. Иммунная и нейроэндокринная регуляция в условиях воздействия химических факторов различного генеза. -Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2016. -236 c.
  • Ланин Д.В., Зайцева Н.В., Долгих О.В. Нейроэндокринные механизмы регуляции функций иммунной системы//Успехи современной биологии. -2011. -№ 2. -C. 122-134.
  • Ланин Д.В., Лебедева Т.М. Воздействие химических факторов среды обитания на функции и взаимосвязи регуляторных систем у детей//Гигиена и санитария. -2016. -Т. 95, № 1. -C. 94-96.
  • Марчук Г.И., Бербенцова Э.П. Острые пневмонии. Иммунология, оценка тяжести, клиника, лечение. -М.: Наука, 1989. -304 c.
  • Методические подходы к оценке интегрального риска здоровью населения на основе эволюционных математических моделей/Н.В. Зайцева, П.З. Шур, И.В. Май, Д.А. Кирьянов//Здоровье населения и среда обитания. -2011. -№ 10. -C. 6-9.
  • Оценка состояния иммунной системы детского населения как маркера техногенного загрязнения окружающей среды/Л.А. Степаненко, М.Ф. Савченков, С.В. Ильина, Е.В. Анганова, Е.Д. Савилов//Гигиена и санитария. -2016. -Т. 95, № 12. -C. 1129-1133.
  • Полетаев А.Б., Морозов С.Г., Ковалев И.Е. Регуляторная метасистема (иммунонейроэндокринная регуляция гомеостаза). -М.: Медицина, 2002. -166 c.
  • Савилов Е.Д., Ильина С.В. Особенности инфекционной патологии детского населения в условиях техногенного загрязнения окружающей среды//Эпидемиология и вакцинопрофилактика. -2012. -№ 1 (62). -C. 58-63.
  • Савилов Е.Д., Мальцев М.В. Эпидемиологическая характеристика вирусного гепатита С в условиях крупного промышленного города//Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. -2007. -№ 1. -C. 70-71.
  • Степаненко Л.А., Ильина С.В., Савилов Е.Д. Особенности состояния специфического иммунитета к управляемым инфекциям у детей (на примере кори и полиомиелита) в условиях воздействия техногенной нагрузки//Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. -2007. -№ S3. -C. 66-68.
  • Техногенное загрязнение окружающей среды и здоровье населения: анализ ситуации и прогноз/Е.Д. Савилов, Е.В. Анганова, С.В. Ильина, Л.А. Степаненко//Гигиена и санитария. -2016. -Т. 95, № 6. -C. 507-512.
  • A mathematical model of the immune and neuroendocrine systems mutual regulation under the technogenic chemical factors impact/N.V. Zaitseva, D.A. Kiryanov, D.V. Lanin, V.M. Chigvintsev //Computational and Mathematical Methods in Medicine. -2014. -URL: https://www.hindawi.com/journals/cmmm/2014/492489/abs/(дата обращения: 18.04.2017).
  • Activation of virus specific CTL clones: antigen-dependent regulation of interleukin 2 receptor expression/M.E. Andrew, A.M. Churilla, T.R. Malek, V.L. Braciale, T.J. Braciale//J. Immunol. -1985. -Vol. 134, № 2. -P. 920-925.
  • Antibody-forming cells in the nasal-associated lymphoid tissue during primary influenza virus infection/S.I. Tamura, T. Iwasaki, A.H. Thompson, H. Asanuma, Z. Chen, Y. Suzuki, C. Aizawa, T. Kurata//Journal of General Virology. -1998. -Vol. 79, № 2. -P. 291-299.
  • Ashley N.T., Demas G.E. Neuroendocrine-immune circuits, phenotypes, and interactions//Hormones and Behavior. -2017. -Vol. 87. -P. 25-34.
  • Bairagi N., Chatterjee S., Chattopadhyay J. Variability in the secretion of corticotropin-releasing hormone, adrenocorticotropic hormone and cortisol and understandability of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis dynamics -a mathematical study based on clinical evidence//Mathematical Medicine and Biology. -2008. -Vol. 25, № 1. -P. 37-63.
  • Bellavance M., Rivest S. The neuroendocrine control of the innate immune system in health and brain diseases//Immunological Reviews. -2012. -Vol. 248, № 1. -P. 36-55.
  • Bocharov G.A., Romanyukha A.A. Mathematical model of antiviral immune response III. Influenza A virus infection//Journal of Theoretical Biology. -1994. -Vol. 167, № 4. -P. 323-360.
  • Chapman C.R., Tuckett R.P., Song C.W. Pain and Stress in a Systems Perspective: Reciprocal Neural, Endocrine, and Immune Interactions//Journal of Pain. -2008. -Vol. 9, № 2. -P. 22-145.
  • Circadian rhythm of interleukin-1 production of monocytes and the influence of endogenous and exogenous glucocorticoids in man/P. Zabel, H.J. Horst, C. Kreiker, M. Schlaak//Klinische Wochenschrift. -1990. -Vol. 68, № 24. -P. 1217-1221.
  • Cytokine kinetics and other host factors in response to pneumococcal pulmonary infection in mice/Y. Bergeron, N. Ouellet, A. Deslauriers, M. Simard, M. Olivier, M. Bergeron//Infect. Immun. -1998. -Vol. 66, № 3. -P. 912-922.
  • Demas G.E., Adamo S.A., French S.S. Neuroendocrine-immune crosstalk in vertebrates and invertebrates: Implications for host defence//Functional Ecology. -2011. -Vol. 25, № 1.-P. 29-39.
  • Effect of compassion meditation on neuroendocrine, innate immune and behavioral responses to psychosocial stress/T.W. Pace, L.T. Negi, D.D. Adame, S.P. Cole, T.I. Sivilli, T.D. Brown, M.J. Issa, C.L. Raison//Psychoneuroendocrinology. -2009. -№ 34. -P. 87-98.
  • Felig P., Frohman L. Endocrinology and metabolism. 4er ed. -New York: McGraw-Hill, 2001. -1562 p.
  • Gloff C., Wills R. Pharmacokinetics and Metabolism of Therapeutic Cytokines/eds. B. Ferraiolo, M. Mohler, C. Gloff. -New York: Plenum Press, 1992. -P. 127-150.
  • Haus E., Smolensky M.H. Biologic rhythms in the immune system//Chronobiology international. -1999. -Vol. 16, № 5. -P. 581-622.
  • Heffner K.L. Neuroendocrine Effects of Stress on Immunity in the Elderly: Implications for Inflammatory Disease//Immunology and Allergy Clinics of North America. -2011. -Vol. 31, № 1. -P. 95-108.
  • Heijnen C.J. Receptor regulation in neuroendocrine-immune communication: current knowledge and future perspectives//Brain, behavior, and immunity. -2007. -Vol. 21, № 1. -P. 1-8.
  • Inflammatory responses in influenza A virus infection/I. Julkunen, K. Melen, M. Nyqvist, J. Pirhonen, T. Sareneva, S. Matikainen//Vaccine. -2000. -Vol. 19, № 1. -P. 32-37.
  • Interleukin 2 receptors on human B cells. Implications for the role of interleukin 2 in human B cell function/A. Muraguchi, J.H. Kehrl, D.L. Longo, D.J. Volkman, K.A. Smith, A.S. Fauci//The Journal of experimental medicine. -1985. -№ 1 (161). -P. 181-97.
  • Joklik W.K. Interferons/B.N. Fields, ed. -New York: Raven Press, 1985. -P. 281-307.
  • Keenan K.P., Combs J.W., McDowell E.M. Regeneration of hamster tracheal epithelium after mechanical injury//Virchows Archiv B Cell Pathology Including Molecular Pathology. -1983. -№ 1 (42). -P. 231-252.
  • Kerdiles Y., Ugolini S., Vivier E. T cell regulation of natural killer cells//The Journal of Experimental Medicine. -2013. -Vol. 210, № 6. -P. 1065-1068.
  • Mathematical model of antiviral immune response. I. Data analysis, generalized picture construction and parameters evaluation for hepatitis B/G.I. Marchuk, R.V. Petrov, A.A. Romanyukha, G.A. Bocharov//Journal of Theoretical Biology. -1991. -Vol. 151, № 1. -P. 1-40.
  • Miyake S. Mind over cytokines: Crosstalk and regulation between the neuroendocrine and immune systems//Clinical and Experimental Neuroimmunology. -2012. -Vol. 3, № 1. -P. 1-15.
  • Pathophysiology of hypercortisolism in depression/B.J. Carroll, F. Cassidy, D. Naftolowitz, N.E. Tatham, W.H. Wilson, A. Iranmanesh, P.Y. Liu, J.D. Veldhuis//Acta Psychiatrica Scandinavica. -2007. -Vol. 115. -P. 90-103.
  • Ronni T., Sareneva T., Pirhonen J., Julkunen I. Activation of IFN-alpha, IFN-gamma, MxA, and IFN regulatory factor 1 genes in influenza A virus-infected human peripheral blood mononuclear cells//Journal of immunology. -1995. -Vol. 154, № 6. -P. 2764-2774.
  • Sareneva T., Matikainen S., Kurimoto M., Julkunen I. Influenza A virus-induced IFN-alpha/beta and IL-18 synergistically enhance IFN-gamma gene expression in human T cells//Journal of immunology. -1998. -Vol. 160, № 12. -P. 6032-6038.
  • Suarez E.C., Sundy J.S., Erkanli A. Depressogenic vulnerability and gender-specific patterns of neuro-immune dysregulation: What the ratio of cortisol to C-reactive protein can tell us about loss of normal regulatory control//Brain, Behavior, and Immunity. -2015. -№ 44. -P. 137-147.
  • Vinther F., Andersen M., Ottesen J.T. The minimal model of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis//Journal of Mathematical Biology. -2011. -Vol. 63, № 4. -P. 663-690.
  • Wohlfartt C. Neutralization of Adenoviruses: Kinetics, Stoichiometry, and Mechanisms//J Immunol. -1988. -№ 7 (62). -P. 2321-2328.
  • World Health Organization World Health Organization. World health statistics 2016: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals//World Health Organization. -2016. -121 p.
Еще
Статья научная