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题名持续缺氧对闭环呼吸系统的影响及其动力学机制研究
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作者
夏露源
段利霞
王智慧
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机构
北方工业大学理学院
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第3期782-800,共19页
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基金
国家自然科学基金(12272002)
北方工业大学校内人才培养(2023XN075-01,2023YZZKY19)资助项目.
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文摘
呼吸控制系统精确控制呼吸节律的生成和维持,以适应机体在不同生理和病理状态下的需求.当机体动脉血中的氧分压低于正常范围时,可能引发病理性呼吸急促.Pre-Bötzinger复合体作为呼吸节律起源的关键部位,其中包含呼气神经元、吸气神经元和跨时相神经元,这些神经元通过神经调节和化学调节等多种机制协同工作,共同调控呼吸节律.呼吸过程涉及神经元网络的放电活动、肺泡的扩张与收缩、以及血液中氧气的传输等多个时间尺度的相互作用.在一定的缺氧条件下,闭环系统可以实现自我恢复.文章主要研究在不同的初始放电状态时,持续性缺氧干扰后系统的自我恢复能力.研究结果表明,系统的恢复情况可分为:完全恢复至常氧水平、部分恢复至轻度缺氧水平或完全无法恢复.基于方波电流的简洁性,简化了模型并应用动力学分析方法,探讨了产生不同缺氧反应的动力学机制.分岔分析表明,系统在施加持续缺氧前、缺氧过程中、移除缺氧后以及再次达到稳定状态的各个阶段的分岔结构变化是影响系统恢复能力的关键因素,并且只有缺氧前后分岔结构不发生改变的情形下,系统才具备自我恢复至常氧的能力.本研究增进了持续缺氧干扰对呼吸节律影响的理解,研究节律恢复的外部因素和生理条件的联系,以及节律恢复的内在动力学机制.
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关键词
呼吸节律
闭环呼吸控制模型
分岔分析
快慢变量分离
簇放电
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Keywords
respiratory rhythm
closed-loop respiratory control model
bifurcation analysis
fast-slow analysis
bursting
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分类号
Q322
[生物学—遗传学]
Q424
[生物学—神经生物学]
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