Слишком высокий или слишком низкий уровень калия может быть смертельным. Новая математическая модель проливает свет на часто загадочные способы, которыми организм регулирует этот важный электролит.
Калий, распространенный минерал, которого много в таких продуктах, как бананы и листовая зелень , необходим для нормальной работы клеток. Он помогает сердечной мышце работать правильно и помогает в передаче электрических сигналов внутри клеток.
Используя существующие биологические данные, исследователи из Университета Ватерлоо построили математическую модель , которая имитирует то, как тело среднего человека регулирует поступление калия как в периоды истощения запасов калия, так и во время потребления калия. Поскольку так много продуктов содержат много калия, наши тела постоянно хранят, используют и утилизируют калий для поддержания здорового уровня — процесс, известный как поддержание гомеостаза калия. Понимание гомеостаза калия имеет важное значение для диагностики источника проблемы, когда что-то идет не так, например, когда заболевание почек или прием лекарств приводят к нарушению регуляции.
«Слишком много калия в организме или гиперкалиемия может быть столь же опасным, как гипокалиемия или слишком мало», — сказала Мелисса М. Штадт, доктор философии. студент прикладной математики и ведущий автор исследования. «Нарушение регуляции калия может привести к опасным и потенциально фатальным последствиям».
Модель можно использовать для виртуального испытания пациентов, что позволит исследователям создать десятки пациентов, а затем предсказать, у кого из них будет гипер- или гипокалиемия, на основе различных контролей.
«Многие наши модели — это части более крупной картины», — сказала Анита Лейтон, профессор прикладной математики и исследовательский руководитель Canada 150 в области математической биологии и медицины. «Эта модель — новая и захватывающая часть, помогающая нам понять, как работают наши невероятно сложные внутренние системы».
Модель особенно интересна, потому что она позволяет ученым проверить так называемую гипотезу перекрестного сигнала между мышцами и почками. Ученые выдвинули гипотезу, что скелетные мышцы, отвечающие за большую часть запасов калия в организме, могут напрямую сигнализировать почкам о том, что пора выводить излишки, когда запасов калия слишком много, и наоборот. Когда исследователи-математики проверили эту гипотезу в своей модели , она более точно отражала существующие биологические данные о гомеостазе калия, предполагая, что перекрестные помехи между мышцами и почками могут быть важной частью головоломки регуляции калия.
