外扰作用下细胞内稳态鲁棒性实验研究

作     者：杨国平 应磊 包家立 朱朝阳 YANG Guo-Ping;YING Lei;BAO Jia-Li;ZHU Chao-Yang

作者机构：浙江中医药大学信息技术学院杭州310053 浙江大学医学部浙江省生物电磁学重点实验室杭州310058 

出 版 物：《中国生物医学工程学报》 (Chinese Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2011年第30卷第3期

页      面：363-369页

核心收录：

学科分类：08[工学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 

基　　金：国家自然科学基金(61071060) 

主　　题：生物鲁棒性 内稳态 鲁棒域 稳定性 状态图 

摘      要：内稳态是一种重要的生理现象,是生物反应动态平衡的结果。以内皮细胞为对象,用H2O2作为外源扰动剂,建立一种外扰作用下细胞内钙稳态鲁棒性的分析方法,包括以控制理论Lyapunov及鲁棒性理论为基础的扰动前稳态点和稳定域、扰动后状态转移和稳定鲁棒域。通过对照和1、10、305、0、100μmol/L 5种不同剂量H2O2扰动人脐静脉内皮细胞实验,获得6组48个细胞(每组8个细胞)内钙浓度数据,分析细胞内钙稳态和扰动剂稳定鲁棒域。结果表明:(1)受扰动前,细胞内钙稳态点从0.709到8.189不等,表现出明显的个体差异;稳定域半径r从0.654到2.650不等,表明细胞稳定性较好,可以排除后续扰动实验中细胞不稳定对结果的影响。(2)受扰动后,细胞内钙初态对细胞受扰后内钙状态转移影响不大。(3)H2O2为1μmol/L时可使4个细胞发生渐进稳定,为10μmol/L时可使2个细胞渐近稳定,为30μmol/L时可使1个细胞渐近稳定,说明稳定鲁棒域与细胞个体有关;该内皮细胞种族的内钙稳态鲁棒域至少在50μmol/L以内。结论表明:利用控制理论方法设计生物鲁棒性实验,并实现细胞内钙稳态定量化分析,是一种有效的方法。