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A. Simonyan:
"Computermodell für den Blutglucosehaushalt im menschlichen Körper";
Betreuer/in(nen): P. Pfundner; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften, 2001.

Die Modellierung des endokrinen Blutglucosegleichgewichts erfolgte mit einem physiologischen Compartmentsystems. Für den Glucosehaushalt wurden fünf beteiligte Compartments ausgewählt: Das Blutcompartment, das Nierencompartment, das Darmcompartment, das Lebercompartment und das Muskel-, und Fettgewebecompartment inklusive dem Gehirn (Zentralnervensystem ZNS). Bei diesen Compartments können Anteile unterschieden werden, die entweder insulinunabhängig oder insulinabhängig Glucose an das Blutcompartment liefern oder Glucose aus dem Blutcompartment entfernen.

Diese einzelnen Compartments wurden einem pharmacokinetischem Modell entsprechend mit Transportsystemen verbunden. Das in der Problemstellung Abschnitt 2 erwähnte Analogmodell benutzte bis auf ein Insulincompartment die gleichen Compartments und verbindet sie über den Blutkreislauf. Der Nachteil dieses Modells liegt in der Unkenntnis der sich zudem ständig ändernden Blutverteilung im Körper. Transportmodelle hingegen benutzen Kenntnisse aus der Biochemie über den Transport von Körperflüssigkeiten über Zellmembranen hinweg. Die Transportmechanismen sind vor allem Diffusion, erleichterte Diffusion und aktive Transporte. Für ein solches Transportmodell ist eine Identifikation von beschreibenden Parametern, die ein stabiles Verhalten zeigen, möglich.

Ein aus der Literatur bekanntes Transportmodell wurde adaptiert und die dort identifizierten Parameter der einzelnen Transporter übernommen. Die Modellierung des Systems erfolgte mittels des Programmpaketes MATLAB. MATLAB ist als numerisches Berechnungs- und Simulationswerkzeug bestens geeignet, solche Aufgaben zu lösen. Zur Eingabe des Modells wurde die sogenannte Toolbox SIMULINK benutzt, die eine Eingabe in Form von grafischen Funktionsblöcken erlaubt. Dadurch wird vermieden, die einzelnen Differentialgleichungen samt verbindenden Gleichungen als zeilenorientiertes Programm in MATLAB eingeben zu müssen. Dieses grafische Layout des beschreibenden Gleichungssystem wird für die dynamischen Simulation von SIMULINK benutzt. Ergebnisse dieser Simulation können in den Arbeitsbereich von MATLAB übertragen und von MATLAB weiter verarbeitet werden. Änderungen können im Gegensatz zu einem zeilenorientierten Programm leicht und übersichtlich geändert werden. Zudem kann das grafische Layout als übersichtliche Dokumentation verwendet werden.

Die oben angeführten Compartments wurden einzeln für sich erstellt und auf Plausibilität überprüft. Dabei wurden den Compartments charakteristische Größen eingeprägt und die Reaktion in Form von Grafiken dokumentiert. Durch Zusammenschalten der einzelnen Compartments wurde das Gesamtsystem erhalten. Auch dieses wurde auf seine Reaktion auf externe Signale getestet.

Anstelle eines Insulincompartments wurden in Ergänzung zum Modell Insulin-Absorptions bzw. -Wirkungsprofile verwendet. Zwei Parameter in der Insulinwirkung bieten die einzige Möglichkeit im gesamten Modell für die Anpassung an einen individuellen Patienten. Mit Hilfe dieses durch die Insulinabsorption ergänzten Modells wurden charakteristische Verläufe der Blutglucose simuliert, diskutiert und dokumentiert. Um die Parameter wie z.B. Insulindosis, Nahrungsmenge, Simulationsdauer usw. leicht ändern zu können, wurde ein interaktives MATLAB-Programm geschrieben. Über diese Programm können die genannten Parameter verändert und die Simulation gestartet werden.

Zum besseren Verständnis des Diabetes ist dieser Krankheit ein ausführliches Kapitel gewidmet. Aus dem gleichen Grund wurde ein Kapitel über den Transportmechanismus und dessen biochemische Grundlagen beigefügt.