Modelování biologických procesů

Přednášející:

Vladimír Rogalewicz (gar.), Marcel Jiřina

Cvičící:

Vladimír Rogalewicz (gar.), Marcel Jiřina

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Základní pojmy a principy modelování systémů obecně. Teoretická i aplikační analýza vlastností modelů reprezentujících různé medicínské, biochemické, epidemiologické, ekologické a biologické systémy. Modely jednodruhových a dvoudruhových populací. Epidemiologické modely. Modely farmakokinetiky

Požadavky:

Zápočet: dostatečná účast na cvičení (75%) a ústní prezentace vybraného zpracovaného modelu

Zkouška: písemná - nutno získat alespoň 50 bodů ze 100

Osnova přednášek:

1.Základní pojmy modelování a simulace. Obecné techniky modelování. Postup při vytváření modelu a při simulačních experimentech. [1], str. 3-10

2.Biologické systémy a jejich vlastnosti. Experimenty s biologickými systémy. Modely a jejich popis. [1], str. 11-21

3.Matematický model. Formální popis systému. Rovnice jako model. [1], str. 22-23

4.Kompartmentové modely. [1], str. 24-31

5.Modely jednodruhových populací. Spojité modely (Malhusův, logistický), spojité modely se zpožděním. [1], str. 32-45

6.Modely jednodruhových populací - diskrétní modely. Diskrétní modely se zpožděním. [1], str. 46-61

7.Modely dvoudruhových populací. Modely dravec - kořist [1], str. 62-73

8.Modely dvoudruhových populací. Modely konkurence. Modely spolupracujících populací (symbióza) [1], str. 74-79

9.Epidemiologické modely. Základní koncept. Modely SIR, SI, SIS, SEIR [1], str. 80-90

10.Modely dynamiky venerických onemocnění. [1], str. 91-95

11.Modely farmakokinetiky. Matematické modelování farmakokinetiky. [1], str. 102-104

12.Distribuce metabolitů v organizmu. Obecný model vlivu léků. [1], str. 105-115

13.Identifikace parametrů. Kriteriální funkce, optimalizační algoritmy. [1], str. 116-129

14.Rezerva

Osnova cvičení:

1.Odvození zákonů modelování z všeobecně známých modelů.

2.Plánování experimentů. Forresterův model světa. Vztahy mezi vládou a obyvatelstvem. Syntéza a dekompozice.

3.Příklady jednoduchých matematických modelů z běžného života.

4.Vylučování léku z organizmu. Systém příjmu potravy. Distribuce jódu v organizmu savců.

5.Příklady modelů vycházejících z logistické funkce.

6.Modely s věkovou strukturou (Leslieho model)

7.Příklady ze života (dynamika vývoje populací dravce a kořisti)

8.Modely dravec-kořist se zpožděním.

9.Epidemie chřipky na anglické chlapecké internátní škole; epidemie moru v Bombaji

10.Model vývoje AIDS v homosexuální populaci

11.Některé jednoduché problémy distribuce léků.

12.Příklady využití modelů farmakoekonomiky.

13.Speciální software pro modelování a simulace.

14.Rezerva

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1].Jiří Holčík: Modelování a simulace biologických systémů, Nakladatelství ČVUT, Praha, 2006, 133 str., ISBN 80-01-03470-4 (základní)

[2].J. Mazumdar: An Introduction to Mathematical Physiology and Biology, Second Edition, Cambridge University Press, 1999, ISBN 978-0-521-64675-8 (doplňková)

[3].Vincent C. Rideout, Mathematical and Computer Modeling of Physiological Systems, Prentice-Hall, 1991, ISBN 978-0135633540 (doplňková)

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Systémová integrace procesů ve zdravotnictví - kombinované (povinný předmět)