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使用灵敏度方法探索1型糖尿病模型的动力学特性。 (英语) Zbl 07545907号

总结:糖尿病在全球的高发病率以及对医疗服务提供者的高昂费用,需要进一步研究以了解该疾病的不同观点。本文建立了1型糖尿病葡萄糖稳态系统的数学模型,以更好地了解疾病途径。当模型阈值为{T} _0(0)<1),并与控制的糖尿病平衡状态交换稳定性,即当(mathcal){T} _0(0) > 1\). 使用偏秩相关系数(PRCC)和Sobol方法进行敏感性分析,以确定影响模型参数。在与糖尿病动力学相关的不同重要时间点进行敏感性分析。我们的敏感性分析侧重于葡萄糖稳态系统的模型参数,即在摄入食物后系统恢复稳态的3到4小时时间间隔。PRCC和Sobol’方法表明,在进行敏感性分析的所有时间点,胰岛素清除率和吸收率是确定模型响应变量的影响参数。PRCC方法也表明模型皮下团注项很重要,因此确定了所有参数{T} _0(0)\)在确定糖尿病模型动力学方面具有影响力。Sobol方法通过识别参数之间的关系来补充敏感性分析。敏感性分析方法在识别一些有影响的参数时是一致的,并证明在每个时间点都有影响的因素。PRCC和Sobol方法在识别影响参数方面的一致性{T} _0(0))\)它们的动态关系突出了统计和数学分析方法在理解由葡萄糖稳态系统中的参数建模的过程中的重要性。

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92至XX 生物学和其他自然科学
90倍X 运筹学、数学规划
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参考文献:

[1] Al-Ali,H。;Boutayeb,W。;Boutayeb,A。;Merabet,N.,关于生长激素影响的1型糖尿病数学模型,(2019年第八届建模仿真和应用优化国际会议。2019年,第八届模型仿真和应用最优化国际会议,ICMSAO 15-17 2019(2019),IEEE),https://ieeexplore.ieee.org/document/8902178
[2] 阿尔阿里,H。;Boutayeb,W。;Boutayeb,A。;Merabet,N.,生长激素对葡萄糖稳态影响的数学模型,ARIMA J.,30,31-42(2019)
[3] 安德森,R.M。;May,R.M.,《人类传染病》(1991),牛津大学出版社:牛津大学出版社伦敦/纽约
[4] 鼓风机,S.M。;Dowlatabadi,H.,疾病传播复合模型的敏感性和不确定性分析,以HIV模型为例,国际。统计师。修订版,62229-243(1994)·Zbl 0825.62860号
[5] Boutayeb,W。;Lamlili,M.E.N。;Boutayeb,A。;Derouich,M.,《β细胞质量、胰岛素和葡萄糖动力学的数学建模和模拟:糖尿病遗传易感性的影响》,J.Biomed。科学。工程,330,7(2014)
[6] L.Brevaut,M.Balesdent,N.B'Erend,R.Le Riche,航天飞行器优化设计不同全局敏感性分析方法的比较,见:第十届结构和多学科优化世界大会,WCSMO-102013。
[7] Brown,S.A。;科瓦切夫,B.P。;Raghinaru,D。;Lum,J.W。;白金汉,B.A。;库德瓦,Y.C。;拉菲尔,L.M。;利维,C.J。;Pinsker,J.E。;瓦德瓦,R.P。;Dassau,E.,《1型糖尿病闭环控制的六个月随机多中心试验》,N.Engl。《医学杂志》,381、18、1707-1717(2019)
[8] Buppajarntham,S。;Junpaparp,P。;萨拉梅,R。;Anastasopoulou,C。;Eric,B.S.,胰岛素:参考范围、解释、收集和面板(2019),https://emedicine.medscape.com/article/2089224-overview。(2019年3月23日访问)
[9] 坎特利,J。;Ashcroft,F.M.,问答:胰岛素分泌与2型糖尿病:为什么β细胞会失效?,BMC生物。,2015年3月33日
[10] 陈,X。;Wang,W。;谢国荣。;Hontecillas,R。;Verma,M。;Leber,A。;Bassaganya-Riera,J。;Abedi,V.,通过时空元建模对幽门螺杆菌感染免疫反应模型的多分辨率敏感性分析,Front。申请。数学。统计人员。,5, 4 (2019)
[11] 诊所,梅奥,糖尿病-症状和原因(2020年),https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/diabetes/symptoms-causes/syc-20371444。(2020年5月25日访问)
[12] 诊所,梅奥,糖尿病;诊断和治疗,梅奥医学教育和研究基金会(2021年),https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/diabetes/diagnosis-treatment/drc-20371451。(2021年5月11日访问)
[13] Daneshkhah,A。;Bedford,T.,使用高斯过程对系统可用性进行概率敏感性分析,Reliab。工程系统。安全。,112, 82-93 (2013)
[14] Daneshkhah,A。;Hosseinian-Far,A。;Chatrabgoun,O.,《恶化资产寿命分布不确定性下的可持续维护策略》,(云计算和大数据分析战略工程(2017),施普林格:施普林格-查姆),29-50
[15] Daneshkhah,A。;股票,N.G。;Jeffrey,P.,恶化基础设施资产优化预防性维护策略的概率敏感性分析,Reliab。工程系统。安全。,163, 33-45 (2017)
[16] 糖尿病.co.uk,β细胞-它们的作用,在胰岛素中的作用(2021年),http://www.diabetes.co.uk/body/beta-cells.html。(2021年5月11日访问)
[17] O.迪克曼。;Heesterbeek,J.A.P。;Metz,J.A.P.,《关于异质种群传染病模型中基本繁殖率(R_0)的定义和计算》,J.Math。《生物学》,28(1990),365ñ382·Zbl 0726.92018号
[18] Dietz,K.,《传染病基本生殖数的估算》,《统计方法医学研究》,第2、1、23-41页(1993年)
[19] Gramacy,R.B.,tgp:贝叶斯非平稳、半参数非线性回归和树高斯过程模型设计的R包,J.Stat.Softw。,2007年9月19日,http://www.jstatsoft.org/v19/i09
[20] 海达尔,A。;Tsoukas,医学硕士。;Bernier Twardy,S。;耶鲁,J.F。;Rutkowski,J。;Bossy,A。;皮特卡,E。;El Fathi,A。;斯特劳斯,N。;Legault,L.,《治疗1型糖尿病的新型双氢吗啡胰岛素和普拉姆林肽人工胰腺:一项随机对照交叉试验》,《糖尿病护理》,43,3,597-606(2020)
[21] 霍莉,J.M.P。;Amiel,S.A。;Sandhu,R.R。;Rees,L.H。;Wass,J.A.H.,《生长激素在糖尿病中的作用》,J.内分泌杂志。,118, 3, 353-364 (1988)
[22] Homma,T。;Saltelli,A.,非线性模型全局敏感性分析中的重要性度量,Reliab。工程系统。安全。,52, 1, 1-17 (1996)
[23] 国际糖尿病联合会(2021),https://idf.org/aboutdiabetes/type-1-diabetes.html。(2021年5月访问)
[24] Iooss,B。;Lema Oth tre,P.,《全球敏感性分析方法综述》,(复杂系统仿真优化中的不确定性管理(2015),Springer:Springer Boston,MA),101-122
[25] Iooss,B。;Prieur,C.,《相关输入敏感性分析的Shapley效应:与Sobol指数、数值估计和应用的比较》,《国际不确定性杂志》。数量。,9, 5 (2019) ·Zbl 1498.62143号
[26] M.C.肯尼迪。;Petropoulos,G.P.,GEM-SA:灵敏度分析的高斯仿真机,(地球观测建模中的灵敏度分析(2017),爱思唯尔),341-361
[27] Kim,S。;Park,M.,《生长激素对人类葡萄糖代谢和胰岛素抵抗的影响》,《儿科年鉴》。内分泌学。梅塔博尔。,22, 3, 145 (2017)
[28] Koutny,T.,糖尿病的葡萄糖动力学模型,(生物信息学和生物医学工程国际会议(2017),施普林格:施普林格商学院),314-332
[29] Kraegen,E.W。;Chisholm,D.J.,不同皮下胰岛素输注模式下的胰岛素反应:动力学模型研究,糖尿病,26,3,208-213(1984)
[30] LaSalle,J.P.,《动力系统的稳定性》(CBMS-NSF应用数学区域会议系列,第25卷(1976年),SIAM:SIAM Philadelphia)·Zbl 0364.93002号
[31] 李,J。;布雷克利,D。;Smith,R.J.,《(R_0)的失效》,计算。数学。《医学方法》,2011年,第527610条,第(2011)页·Zbl 1227.92045号
[32] 李,J。;Johnson,J.D.,《皮下注射胰岛素类似物的数学模型:微型回顾,离散Contin》。动态。系统。序列号。B、 12401年12月2日(2009年)·Zbl 1170.92008年
[33] 李,J。;Kuang,Y.,《皮下注射胰岛素类似物治疗1型糖尿病中血浆胰岛素动力学的系统建模》,数学。Biosci公司。工程师:MBE,6,1,41(2009)·Zbl 1159.92024号
[34] 马格德莱恩,N。;Chaillous,L。;吉勒姆,I。;波里埃,J.Y。;Krempf,M。;穆格,C.H。;Carpentier,E.Le。,1型糖尿病葡萄糖-胰岛素动力学的长期模型,IEEE Trans。生物识别。工程师,62,6,1546-1552(2015)
[35] 新泽西州Malunguza。;南达科他州Hove-Musekwa。;Mukandavile,Z.,《在艾滋病毒高流行环境中,肛交对异性恋者传播艾滋病毒的影响》,J.Theoret。生物学,437163-178(2018)·Zbl 1394.92127号
[36] 圣马力诺。;霍格,I.B。;Ray,C.J。;Kirschner,D.E.,《系统生物学中执行全局不确定性和敏感性分析的方法》,J.Theoret。生物学,254178-196(2008)·Zbl 1400.92013年
[37] MATLAB and Statistics Toolbox Release 2019b,MATLAB和统计工具箱Release 2018 9b(2019),The MathWorks,Inc.,美国马萨诸塞州纳蒂克
[38] Medlineplus医学百科全书,1型糖尿病,Medlinepls(2020),https://medlineplus.gov/ency/article/000305.htm。(2020年6月29日访问)
[39] Mosekilde,E。;Jensen,K.S。;粘合剂,C。;普拉明,S。;Thorsteinsson,B.,皮下注射可溶性胰岛素的吸收动力学建模,J.J.药代动力学。生物制药。,17, 67ñ87 (1989)
[40] 穆坎达维雷,Z。;Liao,S。;Wang,J。;加夫,H。;史密斯,D.L。;Morris,J.G.,《估计2008-2009年津巴布韦霍乱疫情的生殖数量》,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,108,21,8767-8772(2011)
[41] 穆坎达维雷,Z。;史密斯,D.L。;Morris,J.G.,《海地霍乱:生殖数量和疫苗接种覆盖率估计》,《科学》。代表,3997(2013)
[42] Mukhopadhyay,A。;加埃塔诺,A.De。;Arino,O.,《静脉内葡萄糖耐量试验建模:单分布延迟模型的全球研究》,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 4、2、407(2004)·Zbl 1070.34110号
[43] 努奇,G。;Cobelli,C.,皮下胰岛素动力学模型。批判性评论,计算。方法生物识别程序。,62, 3, 249-257 (2000)
[44] 奥克利,J.E。;O'Hagan,A.,《复杂模型的概率敏感性分析:贝叶斯方法》,J.R.Stat.Soc.Ser。B统计方法。,66, 3, 751-769 (2004) ·Zbl 1046.62027号
[45] 奥哈根,A。;伯纳多,J.M。;J.O.伯杰。;Dawid,A.P。;Smith,A.F.M.,《复杂计算机代码的不确定性分析和其他推理工具》(1998年)
[46] 巴塔克,V。;新墨西哥州帕塔克。;O'Neill,C.L。;Guduric-Fuchs,J。;Medina,R.J.,《1型糖尿病的治疗:当前情景和未来展望》,临床。医学见解:内分泌糖尿病,12,文章1179551419844521 pp.(2019)
[47] Puckett,W.R。;Lightfoot,E.N.,《根据个体糖尿病患者数据开发的多次皮下注射胰岛素模型》,美国生理学杂志-内分泌学。梅塔博尔。,269、6、E1115-E1124(1995)
[48] R.核心团队,《R:统计计算的语言和环境》(2013年),R统计计算基金会,奥地利维也纳。网址:http://www.R-project.org
[49] 罗塞蒂,P。;Pampanelli,S。;Fanelli,C。;波切拉蒂,F。;科斯塔,E。;托龙,E。;Scionti,L.公司。;Bolli,G.B.,《1型糖尿病患者在进餐时给予快速作用胰岛素类似物的基础胰岛素强化替代:每日四次注射NPH胰岛素与晚餐或睡前注射甘精胰岛素的三个月比较》,《糖尿病护理》,26,5,1490-1496(2003)
[50] Sacks,J。;韦尔奇,W.J。;米切尔·T·J。;Wynn,H.P.,《计算机实验的设计与分析》,统计学。科学。,4, 4, 409-423 (1989) ·Zbl 0955.62619号
[51] Saeedi,P。;彼得森,I。;Salpea,P.,2019年全球和区域糖尿病流行率估计以及2030年和2045年预测:国际糖尿病联合会糖尿病地图集、糖尿病研究和临床实践的结果(2019年)
[52] Saltelli,A。;南卡罗来纳州塔兰托拉。;Chan,K.S.,模型输出全局敏感性分析的定量模型依赖方法,技术计量学,41,1,39-56(1999)
[53] 赛诺菲·安提斯,产品专著《apidra胰岛素-葡聚糖》(2021),http://products.sanofi.ca/en/apidra.pdf,(2021年10月25日访问)
[54] 施瓦兹,J。;Mulligan,K。;Lee,J。;Lo,J。;文,M。;努尔,M。;Grunfeld,C。;Schambelan,M.,重组人生长激素对脂肪堆积的HIV感染患者肝脏脂质和碳水化合物代谢的影响,临床杂志。内分泌学。元数据。,87, 2, 942-945 (2002)
[55] Shimoda,S.E。;西田,K.E。;佐木田,M.I。;Konno,Y.U。;Ichinose,K.E。;Uehara,医学硕士。;Nowak,T.A。;Shichiri,M.O.,可穿戴式人工内分泌胰腺长期临床应用的短效胰岛素模拟物闭环皮下胰岛素输注算法,Front。医学生物学。工程师:国际期刊。医学电子学会。生物工程,8,3,197-211(1997)
[56] 史密斯,D.L。;McKenzie,F.E。;斯诺,R.W。;Hay,S.I.,《重新审视疟疾的基本生殖数量及其对疟疾控制的影响》,《公共科学图书馆·生物学》。,5,第e42条,第(2007)页
[57] Sobol,I.M.,非线性数学模型的灵敏度估计,数学。模型1。计算。实验,1,4,407-414(1993)·Zbl 1039.65505号
[58] Sudret,B.,使用多项式混沌展开的全局灵敏度分析,Reliab。工程系统。安全。,93, 7, 964-979 (2008)
[59] 塔里恩,C。;Teufel,E。;图Û,J。;邦迪亚,J。;Pfleiderer,H.J.,甘精胰岛素和其他胰岛素制剂的综合药代动力学模型,IEEE Trans。生物识别。工程师,52,12,1994-2005(2005)
[60] 泰勒,A。;Finster,J。;Mintz,D.,人类生长激素的代谢清除率和产生率,J.Clin。投资。,48, 12, 2349-2358 (1969)
[61] 托普,B。;Promislow,K。;德弗里斯,G。;Miura,R.M。;Finegood,T.D.,《β细胞质量、胰岛素和葡萄糖动力学模型:糖尿病的途径》,J.Theoret。生物学,206,4,605-619(2000)
[62] Watson,S.,《自身免疫性疾病:类型、症状、原因等》(2021年),https://www.healthline.com/health/autoimmune-disorders。(2021年2月访问)
[63] Wilinska,M.E。;Chassin,L.J。;沙勒,H.C。;Schaupp,L。;Pieber,T.R。;Hovorka,R.,《1型糖尿病中的胰岛素动力学:快速胰岛素的连续和团注给药》,IEEE Trans。生物识别。工程,52,1,3-12(2004)
[64] 怀斯,B。;Zieve,D.,生长激素测试:MedlinePlus医学百科全书,A.D.A.M(2019),https://medlineplus.gov/ency/article/003706.htm。(2019年3月23日访问)
[65] 吴杰。;Dhingra,R。;甘比尔,M。;Remais,J.V.,《传染病模型的敏感性分析:方法、进展及其应用》,J.R.Soc.Interface,10,文章20121018 pp.(2013)
[66] 张晓云。;Trame,M.N。;Lesko,L.J。;Schmidt,S.,《Sobol敏感性分析:指导系统药理学模型开发和评估的工具》,CPT:Pharmacomet。系统。药理学。,169-79年4月2日(2015年)
[67] Zi,Z.,应用于系统生物学模型的敏感性分析方法,IET系统。生物学,5,6,336-346(2011)
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