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Modèle de Guyton LTSI. Modèle de Guyton Description des mécanismes de régulation de la circulation 18 modules : Diversité des Systèmes physiologiques.

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1 Modèle de Guyton LTSI

2 Modèle de Guyton Description des mécanismes de régulation de la circulation 18 modules : Diversité des Systèmes physiologiques Diversité des Dynamiques des systèmes Objectifs « Re-Implémenter » le modèle dans la librairie M2SL Validation des résultats à partir des 4 expériences de Guyton Faciliter lintégration des systèmes, dynamiques résolutions et formalismes. Intégration dun nouveau modèle de ventricule gauche

3 Validation du modèle de Guyton FORTRAN Codes. C++ Codes. C Codes. f2c 4 expériences originales de Guyton Rapidité d exécution du code. (différents pas de simulation) commentaires Complexité (goto, relations E/S) structure linéaire difficulté dintroduire modèle (différentes résolutions) Librairie multiformalisme M2SL (LTSI) relations E/S entre les modules

4 Validation du modèle de Guyton Guyton Hemodynamic Autonomic control Aldostérone control Angiotensine control Blood viscosity Red Blood Cells Muscle blood flow control and po2 Non-muscle oxygen delivery and local blood flow control Antidiuretic hormone Vascular stress relaxation Thirst and drinking Adaptation of baroreceptors Heart vicious cycle mean circulatory pressures heart rate, stroke volume and total peripheral resistance capillary membrane dynamics pulmonary dynamics and fluids heart hypertrophy or deterioration tissue effect on thirst and salt intake plasma and tissue fluid protein gel protein dynamics kidney dynamics and excretion kidney salt output and salt intake electrolytes and cell water gel fluid dynamics

5 Validation du modèle de Guyton 4 expériences de Guyton, comparaison des Résultats Sorties du Modèle (Référence) Modèle implémenté dans la librairie Différences significatives avec les sorties du Modèle de Guyton (Références) Expérience 1Expérience 2Expérience 3Expérience 4 Pas de résultats au hr vts qlo pa mmo Réunion Ron White Equations du modèle complet Erreurs dans le code dorigine (équations différentes)

6 Validation du modèle de Guyton : Expérience 1 Après 2 heures : Masse rénale réduite (x 0.3) Après 4 jours : Augmentation de lapport en sel (x 5) Simulation totale : 8 jours VECextracellular fluid volume (liters)VBblood volume (liters) AUsympathetic stimulation (ratio to normal)QLOcardiac output (liters/min) RTPtotal peripheral resistance (mm Hg/liters/min)PAmean arterial pressure (mm Hg) HRheart rate (beats/min)ANCangiotensin concentration (ratio to normal) VUDurinary output (ml/min)

7 Validation du modèle de Guyton : Expérience 1 AURTPVB PAVECVU ANCQLOHR

8 Validation du modèle de Guyton : Expérience 2 Après 1 heures : Réduction de protéine plasmatique (/ 7) Après 108 heures : Réduction de protéine plasmatique (/ 3) Simulation totale : 5.5 jours VUDurinary output (ml/min)VGinterstitial gel volume (liters) VTSinterstitial fluid volume (liters) VPplasma volume (liters) PRPtotal plasma protein (grams)PIFinterstitial fluid pressure (mm Hg) PAmean arterial pressure (mm Hg)QLOcardiac output (liters/min)

9 Validation du modèle de Guyton : Expérience 2 PIFPRPQLO VPVTSVUD PAVG

10 Validation du modèle de Guyton : Expérience 3 Après 30 secondes : Augmentation du paramètre lié à lexercice (x60) Après 2 minutes : Retour aux conditions normales Simulation totale : 9 minutes VUD urinary output (ml/min)PVOmuscle venous oxygen pressure (mm Hg) PMO muscle cell oxygen pressure (mm Hg)PAmean arterial pressure (mm Hg) AUP sympathetic stimulation (ratio to normal)QLOcardiac output (liters/min) BFM muscle blood flow (liters/min)MMOrate of oxygen usage by muscle cells (ml O 2 /min)

11 Validation du modèle de Guyton : Expérience 3 VUDPVOPMO PAAUPQLO BFMMMO « Décalage » de la virgule

12 Validation du modèle de Guyton : Experiment 4 Experiment 4: Atrioventricular fistula 1.After 2 hours, a fistula which would double cardiac output was created by setting FIS After 4 days, the fistula was closed (FIS = 0). 3.Total experimental time was 9 days (216 hours). VECextracellular fluid volume (liters)VBblood volume (liters) AUsympathetic stimulation (ratio to normal)QLOcardiac output (liters/min) RTPtotal peripheral resistance (mm Hg/liters/min)PAmean arterial pressure (mm Hg) HRheart rate (beats/min)ANCangiotensin concentration (ratio to normal) VUDurinary output (ml/min)

13 Validation du modèle de Guyton : Expérience 4 AURTPVB PAVECVUD ANCQLOHR

14 Implementation dun nouveau modèle ventriculaire Structure de limplémentation du modèle global : – Chaque classe correspond a un système physiologique. – Définition des entrées-sorties de chaque classe. Intégration du nouveau modèle ventriculaire : 1.Identification du modèle original de ventricule gauche 2.Analyse E/S 3.Implémentation du nouveau modèle

15 Structure du modèle Circulatory Dynamic

16 Structure du modèle Circulation

17 Exemple : veines systémiques Pression Veineuse Gradient de pression Pression veineuse - Pression oreillette droite Division par une résistance Débit oreillette droite Différence de Débit Débit entrant - Débit sortant Volume oreillette droite Volume liée à lélasticité de loreillette droite Division par une compliance Pression oreillette droite

18 Structure du modèle Résistance systémique Résistance veineuse Résistance entre veine et OD Résistance pulmonaire Variation volume sanguin

19 Exemple : calcul des résistances Exemple Résistance systémique – Etirement des parois – Régulation autonomique – Valeur de base – Viscosité du sang – Autorégulation – Vasoconstriction liée à langiotensine

20 Structure du modèle VG VD Interaction VG/VD

21 Exemple : Ventricule Gauche Entrée : Pression oreillette gauche Débit cardiaque « normal » Entrée : Pression artérielle contractilité basale régulation autonomique, détérioration du VG, hypertrophie du VG, PA Sortie : Débit cardiaque

22 Modèle ventriculaire Phénomènes Electro-chimiques Phénomènes mécaniques Phénomènes hydrauliques Concentration en Calcium intracellulaire Modèles électrophysiologiques Beeler-Reuter Caractéristiques Force/Déformation du myocarde Caractéristiques Pression/Débit du ventricule Force passive, Force active Relation Volume Rayon CpCp 1 CaCa TF Sinus tronqué

23 Modèle ventriculaire Valve Mechano-hydraulic coupling Valve Mechanical Model Electrical Model SNA regulation PLA QLO (l/min) PA AUo

24 Modèle ventriculaire Guyton Hemodynamic Autonomic control Aldostérone control Angiotensine control Blood viscosity Red Blood Cells Muscle blood flow control and po2 Non-muscle oxygen delivery and local blood flow control Antidiuretic hormone Vascular stress relaxation Thirst and drinking Adaptation of baroreceptors Heart vicious cycle mean circulatory pressures heart rate, stroke volume and total peripheral resistance capillary membrane dynamics pulmonary dynamics and fluids heart hypertrophy or deterioration tissue effect on thirst and salt intake plasma and tissue fluid protein gel protein dynamics kidney dynamics and excretion kidney salt output and salt intake electrolytes and cell water gel fluid dynamics Left ventricle

25 Modèle ventriculaire : Mise en œuvre PLA QLO PA AUo Ventricule Gauche PLA : left atrial pressurePA : arterial pressure QLO : Left ventricular output Dans le modèle VG : débit instantané Dans le modèle Guyton : l/min valeur moyenne Calcul de QLO moyen (fenêtre glissante : 1s) « lissage » de QLO

26 Modèle ventriculaire : Mise en œuvre PLA QLO PA AUo Ventricule Gauche Régulation SNA AUo : régulation autonomique Inotropisme : Régulation de lactivité mécanique Chronotropisme : Régulation de la fréquence cardiaque Inotropisme : S = 1 (Guyton 72)Chronotropisme : S = 0.5 Méthode utilisée pour ajuster la sensibilité des paramètres de régulation (proposée par Guyton) AUo x S + 1 S : paramètre de sensibilité

27 Modèle ventriculaire : Mise en œuvre Modèle de Guytonminute Modèle Ventriculaireseconde Problèmes de simulation Pas de Simulation x 60 Classe Ventricule Gauche Facilement réalisable dans la librairie M2SL

28 Modèle ventriculaire Accès à des variables pulsées Débit cardiaquePression ventriculaire Accès à des variables moyennes Pression artérielle Expériences de Guyton

29 Modèle ventriculaire : Expérience 3 VUDPVOPMO PAAUPQLO BFMMMO

30 Perspectives Modèle Guyton 1972 Validation OK Intégration de la librairie M2SL : Structure modulable Intégration dun nouveau modèle ventriculaire : Plusieurs niveaux de résolution Simulation de signaux pulsés Réunion Ron White Modèle Guyton 1992 Etude des différences entre G-72 et G-92 Peptide auriculaire natriurétique Validation de G-92 ? Pas de données de références Evaluation de lintérêt dintégrer G-92 dans la librairie. (programme en C : OK)

31 Perspectives Possibilité de trouver des données dans la littérature Bruce N. Van Vliet and Jean-Pierre Montani Circulation and Fluid Volume Control In the Age of Genomics and Proteomics March 2005

32 Perspectives Applications de G-72 Nguyen CN, Simanski O, Kahler R, Schubert A, Janda M, Bajorat J, Lampe B. The benefits of using Guyton's model in a hypotensive control system. In Comput Methods Programs Biomed Apr 17 C-N. Nguyen, O. Simanski, R. Kahler, A. Schubert, B. Lampe. The benefits of using Guyton's model in hypotensive control system In IFAC MCBMS 2006 sept Applications « commande » en anesthésie

33 Conclusion Deux voies à privilégier : Guyton 1972 : Intégration de modèle à différentes résolutions Application Clinique Guyton 1992 : Implémentation dans la librairie Validation Intégration dun modèle pulsé

34 Structure du modèle Circulation Moyenne


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