Оценка риска неблагоприятного течения и исхода инфекционного заболевания с использованием математического моделирования воздействия факторов среды обитания (на примере оксида алюминия)

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2019-1-2.pdf
УДК: 
51-76
DOI: 
10.21668/health.risk/2019.1.02
Авторы: 

П.В. Трусов1, Н.В. Зайцева2, В.М. Чигвинцев1, 2

Организация: 

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия, 614990, г. Пермь, ул. Комсомольский проспект, 29
2 Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Россия, 614045, г. Пермь, ул. Монастырская, 82

Аннотация: 

Цель работы состоит в создании математической модели регуляции противовирусного иммунного ответа с учетом влияний, вызванных экспозицией химическими факторами различной природы. Анализ реакции организма на инфекцию проведен с учетом механизмов врожденного и приобретенного иммунитета. Построенная матема-тическая модель позволяет описывать пространственное распределение иммунных и инфекционных агентов в раз-личных органах и тканях с помощью учета времен запаздывания взаимодействия компонент процессов. Математи-ческая модель представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргу-ментом, отдельные слагаемые которой описывают скоростные характеристики процессов, действующих на эволюцию развития инфекционного заболевания. В работе предложен алгоритм проведения эксперимента по иден-тификации ряда параметров влияния химических факторов на взаимодействие нейроэндокринной и иммунной систем. Проведен расчет динамики показателей иммунной и нейроэндокринной систем при вирусной инфекции в условиях экспериментальной экспозиции оксидом алюминия. Представленный подход выполнен в рамках концепции мно-гоуровневой 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 причинах, объясняющих количественное изменение вирусного агента при иммунной реакции организма в условиях воздействия различных факторов. Данный подход может быть использован для уточнения параметров существующих популяционных моделей распространения и течения инфекций различного генеза и построения долгосрочного прогноза эпидемиологической ситуации, необхо-димого для проведения анализа риска инфекционных заболеваний, в том числе при воздействии на организм человека неблагоприятных факторов среды обитания.

Ключевые слова: 
математическая модель, динамическая система, вирусное заболевание, врожденный иммунитет, приобретенный иммунитет, нейроэндокринная регуляция
Трусов П.В., Зайцева Н.В., Чигвинцев В.М. Оценка риска неблагоприятного течения и исхода инфекционного за-болевания при воздействии факторов среды обитания на основные элементы иммунной системы (на примере оксида алюминия) // Анализ риска здоровью. – 2019. – № 1. – С. 17–29. DOI: 10.21668/health.risk/2019.1.02
Список литературы: 
  1. Heijnen C.J. Receptor regulation in neuroendocrine-immune communication: current knowledge and future perspectives // Brain, behavior and immunity. – 2007. – Vol. 21, № 1. – C. 1–8.
  2. 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.
  3. Ashley N.T., Demas G.E. Neuroendocrine-immune circuits, phenotypes, and interactions // Hormones and Behavior. – 2017. – Vol. 87. – P 25–34.
  4. 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.
  5. Ланин Д.В., Зайцева Н.В., Долгих О.В. Нейроэндокринные механизмы регуляции функций иммунной системы // Успехи современной биологии. – 2011. – № 2. – C. 122–134.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Полетаев А.Б., Морозов С.Г., Ковалев И.Е. Регуляторная метасистема (иммунонейроэндокринная регуляция гомеостаза). – М.: Медицина, 2002. – 166 c.
  9. 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. 122–145.
  10. 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.
  11. 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. – № 3. – C. 66–68.
  12. 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.
  13. Ланин Д.В. Анализ корегуляции иммунной и нейроэндокринной систем в условиях воздействия факторов риска // Анализ риска здоровью. – 2013. – № 1. – C. 73–81.
  14. 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.
  15. Методические подходы к оценке риска воздействия разнородных факторов среды обитания на здоровье населения на основе эволюционных моделей / Н.В. Зайцева, П.В. Трусов, П.З. Шур, Д.А. Кирьянов, В.М. Чигвинцев, М.Ю. Цинкер // Анализ риска здоровью. – 2013. – № 1. – C. 3–11.
  16. 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. – Vol. 2014.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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. 2, № 134. – P. 920–925.
  20. 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. – Vol. 161, № 1. – P. 181–97.
  21. 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.
  22. Haus E., Smolensky M.H. Biologic rhythms in the immune system // Chronobiology international. – 1999. – Vol. 16, № 5. – P. 581–622.
  23. 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.
  24. 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.
  25. Joklik W.K., Fields B.N. ed. Interferons. – New York: Raven Press Publ., 1985. – Р. 281–307.
  26. 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.
  27. 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. – Vol. 42, № 1. – P. 231–252.
  28. 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.
  29. Жданов В.М., Букринская А.Г. Репродукция миксовирусов (вирусов гриппа и сходных с ними). – М.: Медицина, 1969. – 280 c.
  30. 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 // Infection and Immunity. – 1998. – Vol. 66, № 3. – P. 912–922.
  31. Gloff C., Wills R. Pharmacokinetics and Metabolism of Therapeutic Cytokines. – New York: Plenum Press Publ., 1992. – Р. 127–150.
  32. Felig P., Frohman L. Endocrinology and metabolism. – New York: McGraw-Hill Publ., 2001. – 1562 p.
  33. 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.
  34. 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.
  35. Upregulation of IFN-γ and Soluble Interleukin-2 Receptor Release and Altered Serum Cortisol and Prolactin Concentration during General Anesthesia / J.M. Brand, P. Schmucker, T. Breidthardt, H. Kirchner // Journal of Interferon & Cytokine Research. – 2001. – Vol. 10, № 21. – P. 793–796. DOI: 10.1089/107999001753238024
  36. Effects of tumour necrosis factor-alpha (TNF-alpha), IL-1 beta and monocytes on lymphokine-activated killer (LAK) induction from natural killer (NK) cells and T lymphocytes / K. Yoneda, T. Osaki, T. Yamamoto, E. Ueta // Clinical & Experimental Immunology. – 1993. – Vol. 93, № 2. – P. 229–236.
  37. Hormone specific regulation of natural killer cells by cortisol. Direct inactivation of the cytotoxic function of cloned human NK cells without an effect on cellular proliferation / D.M. Callewaert, V.K. Moudgil, G. Radcliff, R.Waite // FEBS Letters. – 1991. – Vol. 285, № 1. – P. 108–110.
  38. Марчук Г.И., Бербенцова Э.П. Острые пневмонии. Иммунология, оценка тяжести, клиника, лечение. – М.: Наука, 1989. – 304 c.
  39. Wohlfartt C. Neutralization of Adenoviruses: Kinetics, Stoichiometry, and Mechanisms // J. Immunol. – 1988. – Vol. 62, № 7. – P. 2321–2328.
  40. Hormone specific regulation of natural killer cells by cortisol. Direct inactivation of the cytotoxic function of cloned human NK cells without an effect on cellular proliferation / D.M. Callewaert, V.K. Moudgil, G. Radcliff, R. Waite // FEBS Lett. – 1991. – Vol. 285, №1. – P. 108–110.
Получена: 
01.02.2019
Принята: 
28.02.2019
Опубликована: 
30.03.2019

Вы здесь

Главная