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Valsalva机动非齐次时滞微分方程系统的持续不稳定性。 (英语) Zbl 1437.92034号

摘要:延迟微分方程在数学建模中被广泛用于描述物理和生物系统,通常会引发振荡行为。在生理系统中,这种不稳定可能意味着(i)试图恢复体内平衡或(ii)系统功能障碍。在本研究中,我们分析了描述自主神经系统对瓦尔萨尔瓦动作(VM)反应的非线性、非自治、非均匀开环神经控制模型。我们将该模型从5种状态简化为2种状态(预测交感神经张力和心率),并使用交感神经延迟的双参数分岔分析对简化模型的稳定性进行分类(\(D_s\))和时间尺度(\(\tau_s\)). 中的稳定区域\(D_s\)\(\tau_s\)-对这个非齐次系统及其齐次模拟的平面进行了数值和解析分类,确定了跨临界和Hopf分岔。结果表明,齐次和非齐次系统均保持Hopf分岔,而非齐次在跨临界分岔处稳定过渡。该分析与执行虚拟机的三名受试者的血压和心率数据的结果进行了比较:一名对照受试者表现出下沉行为,一名对照对象表现出稳定的焦点行为,以及一名姿势性直立性心动过速综合征(POTS)患者也表现出稳定焦点行为。结果表明,交感神经信号过度激活引起的不稳定可能导致自主神经功能障碍。

MSC公司:

92C30型 生理学(一般)
92C20美元 神经生物学
34K18型 泛函微分方程的分岔理论
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参考文献:

[1] Asl,F.M。;Ulsoy,A.G.,《线性时滞微分方程组的分析》,J.Dyn。系统。事务处理。ASME,125,215-223(2003)
[2] Banks,H.T。;Banks,J.E。;博马尔科,R。;Laubmeier,A.N。;新泽西州迈尔斯。;伦德洛夫,M。;Tillman,K.,用延迟微分方程模拟大黄蜂种群动态,Ecol。型号。,351,14-23(2017)
[3] 贝尔曼,R。;Cooke,K.L.,《微分微分方程》(1963),爱思唯尔科学:英国·Zbl 0105.06402号
[4] 毕,P。;Ruan,S.,《时滞微分方程的分歧及其在肿瘤和免疫系统相互作用模型中的应用》,SIAM J.Appl。动态。系统。,1847-1888年12月(2013年)·Zbl 1284.34118号
[5] 硼,W.F。;Boulpaep,E.L.,《医学生理学:细胞和分子方法》(2017),爱思唯尔公司,第三版
[6] Cheng,L。;秀坤,W。;Cao,H.,简化铁路轮对模型极限环的双参数分岔分析,非线性动力学。,93, 2415-2431 (2018) ·Zbl 1398.34053号
[7] d'Onofrio,A。;加蒂,F。;Cerrai,P。;Freschi,L.,肿瘤-免疫系统相互作用的延迟诱导振荡动力学,数学。计算。型号。,51, 572-591 (2010) ·Zbl 1190.34088号
[8] Engelborghs,K。;Luzianina,T。;Roose,D.,使用DDE-BIFTOOL对时滞微分方程进行数值分岔分析,ACM Trans。数学。解决方案。,28, 1-21 (2002) ·兹比尔1070.65556
[9] Guglielmi,N。;Hairer,E.,为刚性延迟微分方程实施Radau IIA方法,《计算》,67,1(2001)·Zbl 0986.65069号
[10] Hall,J.E.、Guyton和Hall医学生理学教科书(2016),Elsevier公司:Elsevie公司,宾夕法尼亚州费城,第13版
[11] 汉密尔顿,W.F。;WoodBury,R.A。;Jr.Harper,H.T.,《咳嗽和劳累期间男性的动脉、脑脊液和静脉压力》,《美国心脏杂志》,27,6,871(1943)
[12] 基恩,A。;Krauskopt,B。;Postlethwaite,C.M.,《延迟微分方程气候模型》,《混沌》,27,114309(2017)
[13] Krauskopf,B。;Sieber,J.,厄尔尼诺南方涛动延迟诱发共振的分岔分析,Proc。数学。物理。工程科学。,420, 2169, 1-18 (2014) ·Zbl 1320.86004号
[14] Kuang,Y.,时滞微分方程及其在人口动力学中的应用,191(1993),学术出版社:加州圣地亚哥学术出版社·Zbl 0777.34002号
[15] 卢克。;克拉克,J.W。;Ghorbel,F.H。;威尔,D.L。;Bidani,A.,《用于分析瓦尔萨尔瓦动作的人体心肺系统模型》,美国生理学杂志。心脏循环。生理学。,281、6、H2661-H2679(2001)
[16] Luzianina,T。;Roose,D。;Bocharov,G.,《时滞免疫模型的数值分歧分析》,J.Compute。申请。数学。,184, 165-176 (2005) ·兹比尔1072.92025
[17] Mahdi,A。;Sturdy,J。;Ottesen,J.T。;Olufsen,M.S.,压力反射控制系统传入动力学建模,PLoS Compute。生物学,9,12,1-18(2013)
[18] Makroglou,A。;李,J。;Kuang,Y.,《葡萄糖-胰岛素调节系统和糖尿病的数学模型和软件工具:概述》,应用。数字。数学。,56, 559-573 (2006) ·Zbl 1085.92020年
[19] Nelson,P。;Perelson,A.S.,HIV-1感染延迟微分方程模型的数学分析,数学。生物科学。,179, 73-94 (2002) ·Zbl 0992.92035号
[20] C.H.Olsen,《压力反射对心率调节的建模》,2014年,北卡罗来纳州立大学,北卡罗莱纳州罗利。论文,未注明日期。
[21] Olufsen,M.S。;Ottesen,J.T。;Tran,H.T。;Ellwein,L.M。;利普西茨,洛杉矶。;Novak,V.,《从坐姿到站立姿势变化期间的血压和血流变化:模型开发和验证》,J.Appl。生理学。,99, 4, 1523-1537 (2005)
[22] Ottesen,J.T.,具有时滞的气压反射反馈机制建模,J.Math。生物学,36,1,41-63(1997)·Zbl 0887.92015号
[23] 巴拉马丘克,I.S。;贝克,J。;Kimpinski,K.,《瓦尔萨尔瓦动作在直立障碍诊断中的作用》,美国生理学杂志。雷古尔。集成。计算。生理学。,310、3、R243-252(2016)
[24] Randall,E.B。;Billeschou,A。;布林斯,L.S。;Mehlsen,J。;Olufsen,M.S.,《针对瓦尔萨尔瓦动作的自主神经功能的基于模型的分析》,J.Appl。生理学。(2019)
[25] Rao,F。;卡西洛·查韦斯,C。;Kang,Y.,具有捕食延迟的扩散反应捕食模型的动力学:延迟和空间分量的影响,J.Math。分析。申请。,461, 1177-1214 (2018) ·Zbl 1385.92044号
[26] Roose,D。;Szalai,R.,《时滞微分方程的连续性和分岔分析》,359-394(2007),Springer:Springer-Dordrecht·Zbl 1132.34001号
[27] 阮,S。;Wei,J.,超越函数的零点及其在双时滞微分方程稳定性中的应用,Dyn。Contin公司。离散。冲动。系统。,10, 863-874 (2003) ·Zbl 1068.34072号
[28] Shinozaki,H.等人。;Mori,T.,利用Lambert W函数对线性时滞系统进行鲁棒稳定性分析:一些极点结果,Automatica,421791-1799(2006)·Zbl 1114.93074号
[29] Sipahi,R。;尼古列斯库,S.-i。;阿卜杜拉,C.T。;Micheils,W。;Gu,K.,时滞系统的稳定性和稳定性,IEEE控制系统。Mag.,31,38-65(2011)·兹比尔1395.93271
[30] Szalai,R。;Stepan,G。;Hogan,S.J.,使用特征矩阵的周期时滞微分方程分岔的延续,SIAM J.Sci。计算。,28, 4, 1301-1317 (2006) ·Zbl 1118.37037号
[31] Tanaka,H。;Monohan,K.D。;Seals,D.R.,《年龄预测最大心率再访》,J.Am.Coll。心脏病学。,37, 1, 153-156 (2001)
[32] 维埃勒,B。;Chauvet,G.,人类呼吸稳定性的延迟方程分析,数学。生物科学。,152, 105-122 (1998) ·Zbl 0930.92006号
[33] Weimer,L.H.,《自主测试:常见技术和临床应用》,神经学家,16,4,215-222(2010)
[34] Wesseling,K.H。;Settels,J.J.,气压和心肺反射的循环模型,血压和心率变异性,456-67(1993),IOS出版社:荷兰阿姆斯特丹IOS出版社
[35] Wilhelm,T.,最小的双稳态化学反应系统,BMC系统。生物学,9(2009)
[36] Yi,S。;Ulsoy,A.G.,使用矩阵Lambert函数求解线性延迟微分方程组,美国控制会议论文集,2433-2438(2006),IEEE
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