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Numerical and Discrete Modeling of Reproductive Endocrinological Networks
Stötzel, Claudia

Main titleNumerical and Discrete Modeling of Reproductive Endocrinological Networks
Title variationsNumerische und Diskrete Modellierung von Netzwerken in der Reproduktions-Endokrinolgie
Author(s)Stötzel, Claudia
Place of birth: Frankfurt am Main
1. RefereeProf. Dr. Dr. h.c. Peter Deuflhard
Further Referee(s)Prof. Dr. Dres. h.c. Hans Georg Bock
Keywordsordinary differential equations; numerical modeling tools; discrete models; bovine estrous cycle; human menstrual cycle
Classification (DDC)510 Mathematics
518 Numerical analysis
571 Physiology
573 Physiological systems of animals
SummaryDie vorliegenden Dissertation beschäftigt sich mit der mathematischen Modellierung von endokrinologischen Netzwerken, die dem weiblichen Hormonzyklus zu Grunde liegen. Diese Netzwerke bestehen aus einer Vielzahl von biologischen Mechanismen in unterschiedlichen Teilen des Organismus. Ihr Zusammenspiel führt zu periodischen Veränderungen verschiedener Substanzen, die für die Reproduktion notwendig sind.
In jedem Zyklus werden Hormone aus der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse in die Blutbahn ausgeschüttet. So werden sie im ganzen Körper verteilt und steuern verschiedene Prozesse. Ihre wichtigste Aufgabe für die Reproduktion ist die Regulierung von Vorgängen in den Ovarien, wo sich Follikel und Gelbkörper entwickeln. Diese produzieren Steroide, die ebenfalls ins Blut abgegeben werden. Von dort aus beeinflussen sie wiederum die Prozesse in der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse. Aus dieser komplexen Rückkopplung ensteht der Hormonzyklus.
Für die Modellierung dieser Vorgänge ist ein hohes Abstraktionslevel notwendig, welches durch verschiedene Modellierungsansätze realisiert werden kann. In dieser Arbeit wurden einige dieser Ansätze realisiert. Erster Schritt bei allen Ansätzen ist die Darstellung der wichtigsten beteiligten Mechnismen in einem Flussdiagramm. Dieses kann im nächsten Schritt mit Hilfe von Hill-Funktionen als ein System von gewöhnlichen Differentialgleichungen, als stückweise definiertes affines Modell, oder direkt als rein regulatorisches Modell implementiert werden.
Mit Hilfe dieses Vorgehens wurde ein Differentialgleichungsmodell für den Hormonzyklus von Kühen von Grund auf entwickelt. Dieses wurde mit einem weiterentwickelten Modell des weiblichen Zyklus beim Menschen verglichen. Beide Modelle wurden validiert, indem sowohl Simulationen mit Messwerten einzelner Substanzen verglichen, als auch externe Einflüsse wie Medikamentengabe studiert wurden. Am Beispiel des Zyklus der Kuh wurden kontinuiertliche Analyse-Verfahren benutzt, um Stabilität, follikulare Wellenmuster, und Robustheit bezüglich Parameterstörungen zu untersuchen. Weiterhin wurde das Modell für den Kuhzyklus erheblich reduziert, wobei die wichtigsten Simulationsergebnisse erhalten blieben.
Um einen Blick auf alternative Modellansätze zu werfen, wurden entsprechende diskrete Modelle abgeleitet, exemplarisch für das Modell des Kuhzyklus. Aus einer stückweise affinen Version des Modells wurden Parameterbedingungen für das kontinuierliche Modell berechnet. Die Stabilität wurde global für ein rein diskretes Modell analysiert. Darüber hinaus wurden auch stark reduzierte diskrete Modelle hergeleitet, welche die wichtigsten dynamischen Eigenschaften des ursprünglichen Modells beibehalten.
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PDF-Datei von FUDISS_thesis_000000097416
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Number of pages162 S.
FU DepartmentDepartment of Mathematics and Computer Science
Year of publication2014
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2014-07-03
Created at2014-08-28 : 10:33:23
Last changed2014-08-29 : 08:19:08
 
Static URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000097416
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000097416-4
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