Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Sosnovtseva O. V., Pavlov A. N., Mosekilde E., Holstein-Rathlou N. Synchronization phenomena in multimode dynamics of coupled nephrons [Сосновцева О. В., Павлов А. Н., Мосекильде Э., Гольштейн-Ратлоу Н. Эффекты синхронизации в многомодовой динамике связанных нефронов] // Известия вузов. ПНД. 2003. Т. 11, вып. 3. С. 133-147. DOI: 10.18500/0869-6632-2003-11-3-133-147

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2003-3_sosnovtseva-et-al.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
английский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
519.6:577.359
DOI: 
10.18500/0869-6632-2003-11-3-133-147

Synchronization phenomena in multimode dynamics of coupled nephrons
[Эффекты синхронизации в многомодовой динамике связанных нефронов]

Авторы: 
Сосновцева Ольга Владимировна, Датский технический университет
Павлов Алексей Николаевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Мосекильде Эрик, Технический университет Дании
Гольштейн-Ратлоу Нильс Х., Университет Копенгагена
Аннотация: 

Индивидуальная функциональная единица почек (нефрон) демонстрирует колебания в регуляции входящего потока крови с двумя различными временными масштабами: быстрые колебания, связанные с миогенной динамикой приносящей артериолы, и медленные колебания, обусловленные задержкой в канальцево-гломерулярной обратной связи. В данной работе исследуются взаимодействия этих двух мод в пределах одного нефрона и между нефронами. Помимо полной синхронизации, вейвлет-анализ экспериментальных данных и численные исследования детальной физиологической модели позволяют обнаружить существование частичной синхронизации, при которой соседние нефроны демонстрируют синхронное поведение по отношению к их медленной динамике, однако быстрая динамика остается несинхронной. 

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Исследования, описанные в данной публикации, стали возможны частично благодаря гранту N. SR-006-X1 американского Фонда гражданских исследований и разработок для независимых государств бывшего Советского Союза (CRDF). А.П. признает поддержку Министерства образования РФ и CRDF (грант Y1-P-06-06). Данная работа также была частично поддержана Грант INTAS (01-2061) и РФФИ (01-02-16709).
Список источников: 
  1. Cannon W.B. Organization for physiological homeostasis // Physiol. Rev. 1929. Vol. 9. P. 399.
  2. Nicolis С. and Prigogine I. Self-Organization in Nonequilibrium Systems. Wiley, New York, 1977.
  3. Glass L. and Mackey M.C. From Clocks to Chaos: The Rhythms оf Life. Princeton University Press, Princeton, 1988.
  4. Holstein-Rathlou N.-H., Wagner А.М. and Marsh D.J. Tubuloglomerular feedback dynamics ап renal blood flow autoregulation in rats // Am. J. Physiol. 1991. Vol. 260. P. F53; Chou K.H., Yu-Ming Chen, Mardarelis V.Z., Marsh D.J. and Holstein-Rathlou N.-H. Detection of interaction between myogenic and TGF mechanisms using nonlinear analysis // Am. J. Physiol. 1994. Vol. 267. P. F160; Feldberg R., Colding-Jorgensen M. and Holstein-Rathlou N.-H. Analysis оf interaction between TGF аnd the myogenic response in renal blood flow autoregulation // Am. J. Physiol. 1995. Vol. 269. P. F581.
  5. Holstein-Rathlou N.-H. and Leyssac P.P. TGF-mediated oscillations in the proximal intratubular pressure: Differences between spontaneously hypertensive rats and Wistar-Kyoto rats // Acta Physiol. Scand. 1986. Vol. 126. P. 333.
  6. Leyssac P.P. and Holstein-Rathlou N.-H. Effects оf various transport inhibitors оn oscillating TGF pressure response in thе rat // Pflugers Archiv. 1986. Vol. 407. P. 285.
  7. Holstein-Rathlou N.-H. and Marsh D.J. Renal blood flow regulation and arterial pressure fluctuations: A case study in nonlinear dynamics // Physiol. Rev. 1994, Vol. 74. P. 637.
  8. Holstein-Rathlou N.-H., Yip K.-P., Sosnovtseva O.V. and Mosekilde E. Synchronization phenomena in nephron-nephron interaction // Chaos. 2001. Vol. 11. P. 417.
  9. Postnov D.E., Sosnovtseva O.V., Mosekilde Е. and Holstein-Rathlou N.-H. Cooperative phase dynamics in coupled nephrons // Int. J. Moder Physics В. 2001. Vol. 15. P. 3079.
  10. Mormann F., Lehnertz K., David Р., and Elger С.Е. Меаn phase coherence as а measure оf phase synchronization and its application to the EEG оf epileptic patients // Physica D. 2000. Vol. 144. P. 358.
  11. Wang Х.-J. Multiple dynamical modes оf thalamic relay neurons: Rhythmic bursting and intermittent phase-locking // Neuroscience. 1994. Vol. 59. P. 21.
  12. Neiman А. and Russell D.F. Stochastic biperiodic oscillations in the electroreceptors оf paddlefish // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86. P. 3443.
  13. Jensen K.S., Mosekilde Е. and Holstein-Rathlou N.-H. Selfsustained oscillations and chaotic behaviour in kidney pressure regulation // Mondes Develop. 1986. Vol. 54/55. P. 91; Holstein-Rathlou N.-H. and Marsh D.J. A dynamic model of the tubuloglumerular feedback mechanism // Am. J. Physiol. 1990. Vol. 258. P. F1448; Holstein-Rathlou N.-H. and Marsh D.J. А dynamic model of renal blood flow autoregulation // Bull. Math. Biol. 1994. Vol. 56. P. 441.
  14. Mosekilde E. Topics in Nonlinear Dynamics: Applications to Physics, Biology and Economic Systems. World Scientific, Singapore, 1996; Barfred M., Mosekilde E., and Holstein-Rathlou N.-H. Bifurcation analysis of nephron pressure and flow regulation // Chaos. 1996. Vol. 6. P. 280.
  15. Andersen M.D., Carlson N., Mosekilde Е. and Holstein-Rathlou N.-H. Dynamic model of nephron-nephron interaction // in Membrane Transport and Renal Physiology / eds H. Layton and A. Weinstein. Springer-Verlag, New York, 2001.
  16. Leyssac Р.Р. and Holstein-Rathlou N.-H. Tubulo-glomerular feedback response: Enhancement in adult spontaneously hypertensive rats and effects оf anaesthetics // Pflugers Arch. 1989. Vol. 413. P. 267.
  17. Grossmann А., Morlet J. Decomposition оf hardy functions into square integrable wavelets of constant shape // S.I.A.M. J. Math. Anal. 1984. Vol. 15. P. 723; Daubechies I. Ten Lectures оn Wavelets. S.I.A.M., Philadelphia, 1992; Ivanov P.Ch., Amaral LAN., Goldberger A.L., Havlin S., Rosenblum M.G., Struzik Z.R., Stanley H.E. Multifractality in human heartbeat dynamics // Nature. 1999. Vol. 399. P. 461.
  18. Quiroga R.Q., Kraskov A., Kreuz T., Grassberger P. Performance of different synchronization measures in real data: A case study оп electroencephalographic signals // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 65. P. 041903.
  19. Chen Y.-M., Yip K.-P., Marsh D.J., and Holstein-Rathlou N.-H. Magnitude оf TGF-initiated nephron-nephron interactions is increased in SHR // Аm. J. Physiol. 1995. Vol. 269. P. F198.
  20. Lachaux J.P., Rodriguez E., Le Van Quyen M., Lutz А., Martinerie J., Varela F.J. Studying single-trials оf phase synchronous activity in the brain // Int.J. Bifurcation Chaos. 2000. Vol. 10. P. 2429.
  21. Sosnovtseva O.V., Pavlov A.N., Mosekilde E., Holstein-Rathlou N.-H. Bimodal oscillations in nephron autoregulation // Phys. Rev. Е. 2002. Vol. 66. P. 061909.
  22. Tass Р., Rosenblum M.G., Weule J., Kurths J., Pikovsky А., Volkmann J., Schnitzler A., Freund H.-J. Detection of n:m phase locking from noisy data: application to magnetoencephalography // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 3291.
  23. Stratonovich L.R. Topics in the Theory оf Random Noise. Gordon and Breach, New York, 1963.
Поступила в редакцию: 
05.09.2003
Принята к публикации: 
10.10.2003
Опубликована онлайн: 
23.11.2023
Опубликована: 
31.12.2003
  • 467 просмотров