I. ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 6
I.1 Актуальность ....................................................................................................... 6
I.2 Научная новизна.................................................................................................. 8
I.3 Степень разработанности темы исследования............................................... 10
I.4 Цель и задачи диссертационного исследования ............................................ 14
I.5 Объект и предмет исследования...................................................................... 16
I.6 Методология и методы диссертационного исследования ............................ 17
I.7 Теоретическая значимость работы.................................................................. 18
I.8 Практическая значимость работы ................................................................... 18
I.9 Положения, выносимые на защиту ................................................................. 19
I.10 Степень достоверности..................................................................................... 20
I.11 Личный вклад .................................................................................................... 20
I.12 Публикации........................................................................................................ 21
I.13 Апробация результатов..................................................................................... 21
I.14 Объем и структура диссертации...................................................................... 21
II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... 22
II.1 Регуляция в биологических системах ............................................................. 22
II.1.1 Общие представления о регулировании в биологических системах....... 22
II.1.2 Регуляция как динамическая устойчивость ............................................... 24
II.1.3 Узко специализированная не сетевая регуляция ....................................... 25
II.1.4 Действие узко специализированной регуляции на примере экспрессии
lac-оперона ..................................................................................................... 26
II.1.5 Динамическая регуляция.............................................................................. 28
3
II.2 Вариабельность сердечного ритма и феномен респираторной синусовой
аритмии............................................................................................................... 31
II.2.1 Вариабельность сердечного ритма как маркер нарушений вегетативной
нервной регуляции ........................................................................................ 31
II.2.2 Связь ВСР с респираторной системой........................................................ 33
II.2.3 Математическое моделирование 0.1 Гц колебаний в ССС....................... 35
II.3 Колебания микроциркуляторного кровотока................................................. 36
II.3.1 Общая анатомия микроциркуляции............................................................ 37
II.3.2 Анатомия кожной микроциркуляции ......................................................... 39
II.3.3 Измерение кожной микроциркуляции методом лазерной доплеровской
флоуметрии.................................................................................................... 41
II.3.4 Спектральный анализ колебаний микроциркуляторного кровотока и их
связь с регуляторными механизмами.......................................................... 43
II.3.5 Математические модели микроциркуляторного кровотока ..................... 45
II.4 Клетки врожденного иммунитета человека при метаболических
нарушениях ........................................................................................................ 50
II.4.1 Полиморфноядерные нейтрофильные гранулоциты (нейтрофилы)........ 50
II.4.2 Метаболические нарушения и сахарный диабет 2 типа ........................... 52
II.4.3 Математическое моделирова6ие функциональных свойств нейтрофилов
......................................................................................................................... 55
II.5 Ионные каналы в биологических мембранах клеток .................................... 57
II.5.1 Структурно-функциональные особенности ионных каналов .................. 58
II.5.2 Структурно-функциональные свойства Ca2+
-активируемого и KV каналов
......................................................................................................................... 64
II.5.3 Воротный механизм K+
-каналов.................................................................. 74
II.5.4 Кинетика воротного механизма K+
-каналов .............................................. 78
4
II.5.5 Математические модели воротного механизма и воротной проводимости
ионных каналов ............................................................................................. 82
II.6 Молекула ДНК................................................................................................... 91
II.6.1 Структура ДНК.............................................................................................. 92
II.6.2 Открытые состояния ДНК............................................................................ 95
II.6.3 Транскрипция ................................................................................................ 97
II.6.4 Механические силы и моменты сил в ДНК-белковых взаимодействиях
....................................................................................................................... 101
II.6.5 Модели ДНК................................................................................................ 105
III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ................................................................ 116
III.1 Моделирование кровотока в сердечно-сосудистой системе человека ...... 116
III.1.1 Феномен респираторной синусовой аритмии в нестационарных условиях
....................................................................................................................... 117
III.1.2 Моделирование низкочастотных колебаний кровотока в
микроциркуляторном русле (МЦР) при стохастических воздействиях 138
III.2 Моделирование фагоцитарного ответа гранулоцитов на микробные частицы
........................................................................................................................... 159
III.2.1 Описание модели фагоцитарного ответа гранулоцитов на микробные
частицы......................................................................................................... 160
III.2.2 Результаты моделирования фагоцитарного ответа нейтрофилов.......... 164
III.3 Моделирование одиночного ионного канала в биологических мембранах
клетки ............................................................................................................... 169
III.3.1 Базовая модель и ее модификации ............................................................ 170
III.3.2 Анализ модели и методы численного решения уравнений .................... 175
III.3.3 Результаты и обсуждение численных расчетов и анализа моделируемых
характеристик .............................................................................................. 180
5
III.4 Моделирование конформационной динамики ДНК.................................... 186
III.4.1 Уравнение Синус-Гордона для неоднородной ДНК, состоящей из двух
неодинаковых однородных последовательностей, разделенных границей
....................................................................................................................... 186
III.4.2 Моделирование движения кинка в однородных и неоднородных
последовательностях ДНК с учетом диссипации.................................... 203
III.4.3 Новая неоднородная модель ДНК............................................................. 212
III.4.4 Эффекты на границе ................................................................................... 225
III.4.5 Эффект Касмана .......................................................................................... 233
III.4.6 Моделирование природных молекул ДНК............................................... 242
III.4.7 Влияние внешних воздействий.................................................................. 265
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 274
V. ВЫВОДЫ......................................................................................................... 277
VI. СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.......................................... 278
VII. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................... 280
VIII.ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ............................ 326
