Introduction to Modeling in Physiology and Medicine pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Cobelli, Claudio (EDT)/ Carson, Ewart R. (EDT)

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 122.04

装帧:

isbn号码:9780121602406

丛书系列:

图书标签:

• 生理学建模
• 医学建模
• 数学建模
• 生物医学工程
• 系统生物学
• 计算生理学
• 模型分析
• 生物力学
• 医学物理学
• 工程学

好的，这是一本关于生物医学建模的虚构图书简介，旨在详细描述其内容，但避开您提供的书名《Introduction to Modeling in Physiology and Medicine》。 --- 《生命系统的计算视角：从分子到系统的深度解析》 图书简介 在当代生命科学与医学研究中，对复杂生物系统的理解已不再仅仅依赖于传统的实验观察和定性描述。随着计算能力的飞速提升和生物学数据的爆炸性增长，将数学和计算工具应用于生理学和医学现象的研究已成为前沿领域的核心驱动力。《生命系统的计算视角：从分子到系统的深度解析》正是这样一本旨在为研究人员、高级本科生和研究生提供全面、深入指导的专著。本书的核心目标是构建一座坚实的桥梁，连接生物学直觉与严谨的数学建模实践，使用户能够有效地设计、实现和解释生物医学模型。 本书的结构经过精心设计，从基础的数学工具开始，逐步深入到复杂的系统级建模，覆盖了从分子动力学到器官系统功能的全景图谱。我们坚信，有效的建模始于对基本原理的深刻理解，因此，第一部分着重于必要的数学和计算前置知识。 第一部分：建模的基石——数学与计算工具箱 本部分为后续的复杂建模奠定了坚实的数学基础。我们详细介绍了常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）在描述时间演化和空间分布现象中的应用。对于初学者而言，我们将从最简单的指数衰减模型入手，逐步过渡到高阶的非线性动力学系统。重点内容包括： 微分方程基础与定性分析： 详细讲解了相平面分析、稳定性和分岔理论，这些工具对于理解模型行为的定性变化至关重要，例如疾病的爆发阈值或药物作用的临界浓度。 数值方法与实现： 涵盖了欧拉法、龙格-库塔（Runge-Kutta）族方法等在求解ODE和PDE中的应用，并讨论了在MATLAB、Python（使用SciPy/NumPy库）等主流计算环境中实现这些算法的最佳实践。我们特别强调了刚性（Stiffness）问题的识别与处理，这在许多药代动力学和细胞信号通路模型中是常见挑战。 概率论与随机过程： 鉴于生物系统的固有随机性（如基因表达的随机性、离子通道的开关），本章深入探讨了马尔可夫链、随机微分方程（SDE）以及蒙特卡洛模拟方法，展示了如何利用这些工具描述内在的变异性。 第二部分：分子与细胞层面的动力学建模 在掌握了基础工具后，本书的第二部分聚焦于生命过程最微观的层面。本部分旨在展示如何将生化反应、基因调控和细胞器功能转化为可量化的数学框架。 生化反应动力学： 详细解析了质量作用定律和Michaelis-Menten动力学，并将其扩展到复杂的酶促反应网络。我们提供了对代谢通量分析（MFA）和概化加性模型（GEMs）的介绍，重点说明了如何构建和求解大型代谢网络的稳态与动态行为。 基因调控网络： 这是系统生物学的核心领域之一。本书系统地介绍了布尔网络、微分方程模型（如Hill函数描述的激活与抑制）以及随机过程模型（如Gillespie算法）在描述基因开关、振荡器和双稳态系统中的应用。我们通过具体的案例，如Lambda噬菌体模型和细胞周期调控网络，演示了如何通过模型揭示生物逻辑。 细胞信号传导： 信号通路是细胞响应环境变化的关键。本部分重点分析了如何使用基于质量作用定律的ODE系统来刻画复杂的磷酸化级联反应（如MAPK通路）。同时，我们探讨了空间异质性对信号传导的影响，引入了包含扩散项的反应-扩散方程。 第三部分：组织与器官系统的整合建模 将微观机制整合到宏观功能是理解疾病病理和指导临床干预的关键。《生命系统的计算视角》的第三部分将视角提升到组织和器官层面，处理涉及多尺度、多物种和复杂边界条件的建模问题。 药物动力学与药效学（PK/PD）： 详细阐述了经典的房室模型（Compartmental Models）及其局限性。随后，我们深入介绍了基于生理学的药代动力学模型（PBPK），它整合了器官血流、药物结合和组织渗透等生理参数，为个体化给药提供了坚实的理论基础。 血液动力学与循环系统： 针对心血管系统，本书覆盖了从血管壁张力到全循环灌注的建模。我们使用了弹性管道方程描述动脉血流，并探讨了基于单元的建模方法（如Lumped-Parameter Models）来模拟心脏泵血功能，以及如何将这些模型扩展到描述高血压或休克状态下的系统响应。 电生理与组织传导： 重点分析了神经元和心肌细胞的电生理模型，从Hodgkin-Huxley模型的基础构建块到描述大片组织兴奋传导的单域和多域模型。这部分内容对于理解心律失常和癫痫的机制至关重要。 免疫与炎症反应： 针对涉及多个细胞群（如T细胞、巨噬细胞）和多种化学因子（如细胞因子）的复杂相互作用，本书展示了如何利用ODE系统和空间模型来模拟感染的进程、疫苗的应答以及慢性炎症的失调。 第四部分：模型验证、不确定性量化与临床转化 一个模型的价值不仅在于其数学上的优雅，更在于其与真实数据的拟合程度和预测能力。《生命系统的计算视角》的最后一部分聚焦于模型验证和实际应用中的挑战。 参数估计与数据拟合： 详细介绍了最小二乘法、最大似然估计以及贝叶斯方法（如MCMC）在校准模型参数中的应用。我们提供了如何处理噪声数据和高维参数空间优化的实用指南。 模型不确定性与敏感性分析： 强调了识别模型中最具影响力的参数的重要性。本章讲解了如何进行全局和局部敏感性分析，并讨论了如何量化模型预测的不确定性区间，这是向临床决策者提供可靠建议的前提。 多尺度与多物种整合： 探讨了如何将前文建立的分子、细胞模型“嵌入”到器官模型中，以实现真正意义上的多尺度模拟，例如，如何将单个离子通道的随机性反馈到整个心脏跳动的模拟中。 从桌面到床旁： 最后，我们讨论了计算模型在临床试验设计、生物标志物发现以及个性化治疗方案推荐中的实际案例和伦理考量，展望了数字孪生技术在未来医学中的潜力。 本书的特色在于其深度与广度的平衡。它不仅提供了理论框架，更通过大量的实际编程示例（使用伪代码和主流语言片段）和案例研究，确保读者能够将所学知识转化为解决实际问题的能力。本书旨在培养新一代的“计算生物学家”和“数学医生”，他们能够熟练地运用计算工具，以前所未有的精确度来洞察生命的奥秘。 ---

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