本文關鍵詞： 高原 急性生物學效應 綜合集成 信息計量 復雜系統(tǒng) 缺氧響應網(wǎng)絡　出處：《第三軍醫(yī)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：我國高原面積廣闊,政治、經(jīng)濟、軍事價值重大,隨著經(jīng)濟社會發(fā)展進步,對高原的開發(fā)拓展需求不斷增加,尤其是在特定情境下,批量人群需要短時間內由較低海拔平原地區(qū)進入高原地區(qū)開展相應活動。高原地區(qū)低氧、低氣壓、強紫外線等特殊環(huán)境因素對人造成了多個層面、不同程度的影響效應,損害了人的身心健康,降低了人在高原地區(qū)的作業(yè)能力,在宏觀層面體現(xiàn)為高原環(huán)境對急進人群的一種急性不良的生物學影響效應。目前,在高原急性生物學效應科學問題的相關研究領域,絕大多數(shù)業(yè)已進行的研究工作局限于各自的具體的生命科學與醫(yī)學研究領域,并且沿用傳統(tǒng)的基于還原論的研究方法,在傳統(tǒng)的生命科學和醫(yī)學的經(jīng)典研究框架下縱向深入開展,跨越學科領域的橫向集成研究開展尚少,研究領域之間的研究工作及其成果缺乏有效的系統(tǒng)集成,限制了研究成果整體效益的發(fā)揮與轉化,阻礙了對相關問題的更加全面和深入的認識。本課題旨在以生命科學與醫(yī)學領域的相關研究工作為基礎,以綜合集成體系為理論框架,將高原環(huán)境對急進人群的生物學影響效應問題作為復雜系統(tǒng)問題,系統(tǒng)融合多學科領域的理論與技術,從問題發(fā)現(xiàn)、問題認識和問題解決三個維度進行系統(tǒng)工程化集成研究的探索與實踐。研究內容(一)高原影響效應科學問題發(fā)現(xiàn)研究基于專業(yè)信息檢索獲取了急性高原病研究情況數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進行了清洗、轉化和抽取,在此基礎上,從總體情況、數(shù)量分布和發(fā)展趨勢三個方面分析了急性高原病研究的時間演化,構建了具備較好擬合優(yōu)度的研究發(fā)展趨勢擬合模型,從研究者和研究機構兩個方面分析了急性高原病研究的主體,從熱點關鍵詞和核心文獻兩個方面分析了急性高原病的研究熱點。(二)高原影響效應科學問題認識研究1.缺氧響應網(wǎng)絡結構組成分析確定了HIF-1信號通路的總體網(wǎng)絡和核心網(wǎng)絡。從定性方面分析了網(wǎng)絡節(jié)點和連線等網(wǎng)絡元素的生物學含義,從定量方面計算得到了節(jié)點與連線數(shù)量分布、中心性和凝聚子群等的量化指標,構建了核心網(wǎng)絡的冪律擬合模型。2.缺氧響應網(wǎng)絡動態(tài)演化分析構建了缺氧響應核心網(wǎng)絡形式化結構模型,對網(wǎng)絡在正常環(huán)境與極端環(huán)境下的隨機性和并發(fā)性等動態(tài)演化行為進行了仿真分析,確定了網(wǎng)絡中HIF、O2等反應物的時變演化規(guī)律,驗證了模型的有效性。(三)高原影響效應科學問題解決的工程實踐方案設計從資源形式上對影響效應的研究資源進行了類別劃分和具體界定,從性能指標和異構性兼容方面分析了方法資源集成需求,從資源訪問、內容建設和平臺拓展方面分析了知識資源集成需求。在此基礎上,從組成要素方面討論了方法資源集成的架構的設計,從主要功能方面討論了方法資源集成的Web服務設計;從內容組織層次方面討論了知識資源集成的架構設計,從表現(xiàn)形式、資源描述、界面導航、協(xié)同編輯和分面搜索等方面討論了知識資源集成的功能設計,分析了知識資源集成的軟件設計模式、知識管理建設模式和知識更新機制。研究方法第一,專業(yè)信息檢索及分析處理方法:運用專業(yè)信息檢索及分析處理方法對急性高原病研究情況數(shù)據(jù)進行分析處理。第二,時間序列分析方法:運用時間序列分析方法分析急性高原病研究隨時間發(fā)展演化的規(guī)律。第三,內容分析、關系分析、多元統(tǒng)計分析及社會網(wǎng)絡分析等方法:綜合運用這些方法分析急性高原病的研究主體和研究熱點。第四,復雜網(wǎng)絡分析方法:運用復雜網(wǎng)絡分析方法分析缺氧響應網(wǎng)絡的結構組成特性。第五,隨機Petri網(wǎng)綜合集成建模仿真方法:運用隨機Petri網(wǎng)方法分析缺氧響應網(wǎng)絡的動態(tài)演化特性。第六,信息系統(tǒng)分析與設計方法:運用信息系統(tǒng)分析與設計方法分析影響效應研究資源集成功能需求,設計資源集成方案。研究結果高原急性生物學效應研究的發(fā)展呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢,符合信息計量學的增長規(guī)律。高原急性生物學效應研究主體組成了特定性質的合作網(wǎng)絡。以缺氧為代表的機理機制研究是研究關注的焦點之一,基于研究關鍵詞的研究主題共現(xiàn)網(wǎng)絡以及以核心文獻為載體的研究文獻共引網(wǎng)絡構成了影響效應研究的知識網(wǎng)絡�；谛畔⒂嬃康挠绊懶獑栴}發(fā)現(xiàn)集成研究立足宏觀視角對影響效應問題進行了再度發(fā)掘。通過構建趨勢擬合模型,可實現(xiàn)對影響效應研究發(fā)展趨勢的精確化預測;通過知識圖譜的繪制,可實現(xiàn)對影響效應研究線索的科學、高效梳理。這種基于信息計量的集成研究為開展影響效應問題的集成研究確立了方向,同時也為高原急性生物學效應研究領域相關研究探索出快速精準把握研究方向的可行路徑。以mTOR酶為代表的反應物對于HIF-1信號傳導具有關鍵的影響力。HIF-1信號通路核心網(wǎng)絡中存在蝴蝶結構,該結構包含強連同核心、輸入以及卷須狀結構三種類型的組成部分。核心網(wǎng)絡的冪律擬合模型具有較好的擬合效果,證明了HIF-1信號通路核心網(wǎng)絡具有無標度特性,屬于較為典型的復雜網(wǎng)絡�；趶碗s網(wǎng)絡的缺氧響應網(wǎng)絡結構組成分析是立足系統(tǒng)視角從結構組成方面對影響效應核心問題的再度認識。通過對網(wǎng)絡結構進行定性與定量的集成分析,可以快速確定網(wǎng)絡中的關鍵反應物、核心組成部分及重要的功能單元;通過網(wǎng)絡的冪率擬合模型的構建與分析,可驗證課題的假設和并豐富現(xiàn)有研究結論,為基于復雜網(wǎng)絡的影響效應生物路徑等領域深入研究提供理論依據(jù)�；陔S機Petri網(wǎng)的缺氧響應核心網(wǎng)絡仿真模型可以較為客觀地描繪以O2濃度與HIF活性的動態(tài)演化關系為代表的缺氧響應網(wǎng)絡的動態(tài)演化行為,是研究高原急性生物學效應的一種可行且有效的仿真模型�；陔S機Petri網(wǎng)的缺氧響應網(wǎng)絡動態(tài)演化分析是立足系統(tǒng)視角從動態(tài)演化方面對影響效應核心問題的再度認識。基于隨機Petri網(wǎng)的建模仿真分析方法,可以構建影響效應的相關生物網(wǎng)絡的可執(zhí)行仿真模型,模擬各反應物的時間演化規(guī)律,預測其發(fā)展趨勢;可以通過模型的參數(shù)設定對極端環(huán)境進行模擬仿真,擺脫現(xiàn)場實驗室條件的束縛;可以實現(xiàn)對現(xiàn)有生物醫(yī)學研究結論的驗證和豐富;可為高原急性生物學效應領域的模型化集成研究探索可行的路徑,奠定研究的基礎�；诿嫦蛴绊懶芯抠Y源集成的智能信息化工程實踐方案,可以進一步構建智能化影響效應研究資源集成平臺,為相應的綜合集成研討廳體系的構建提供靈活高效的服務資源支撐以及豐富完善的信息資源支撐,為實現(xiàn)以缺氧為代表的機理機制問題等影響效應相關研究領域的成果資源整合以及專家團體的經(jīng)驗與智慧的升華,促進對影響效應相關科學問題的認識朝廣度和深度兩個維度的新發(fā)展提供有了力的支持。綜上,本課題致力于探索高原急性生物學效應科學問題的集成研究范式,側重于從宏觀層面將影響效應科學問題作為一種整體性的復雜系統(tǒng)科學問題進行研究。課題針對此問題的發(fā)現(xiàn)、認識和解決探索出基于信息計量、建模仿真等一系列高原急性生物學效應系統(tǒng)工程化集成研究方法與模式,豐富完善了高原衛(wèi)勤保障研究的理論與技術體系,對于其他生物醫(yī)學領域的研究也具有參考借鑒意義。
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【學位授予單位】：第三軍醫(yī)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R594.3;R-05
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本文編號：1504135