电磁场扰动下的细胞系统鲁棒性

生物鲁棒性是生物系统抵抗外界扰动或内部参数摄动引起系统行为变化的一种能力。电磁场是一种外界物理因素,可以对生物体产生影响。为了建立一种电磁场扰动下生物系统稳定鲁棒性的研究方法,以Lyapunov理论为基础,用电磁场细胞暴露系统实时记录了在磁感应强度B为0、0.09、0.38、0.76、7.33、14.78 m T的电磁场暴露下细胞内活性氧自由基(ROS)和钙离子(Ca2+)的含量,分析了电磁场扰动前的细胞状态稳态点和稳定域,以及电磁场扰动后的状态转移和稳定鲁棒域。结果表明:(1)细胞无扰时ROS的稳态点是46.157～120.913,Ca2+的稳态点是25.430～55.686,ROS的稳定域半径是1.688～10.278,Ca2+的稳定域半径是2.782～13.345;(2)B<7.33 m T的电磁场扰动没有提高胞内ROS含量,B为14.78 m T的电磁场扰动可阶跃性提高胞内ROS含量,B为0和0.09 m T的电磁场扰动没有提高胞内Ca2+含量,B为0.38 m T的电磁场扰动可持续性提高胞内Ca2+含量。结论是:(1)无电磁场扰动时,细胞内ROS和Ca2+状态可以保持稳定;(2)电磁场扰动在较高水平(如B为14.78 m T)时,才能改变细胞内ROS和Ca2+的状态;(3)细胞的鲁棒域与电磁场的磁感应强度无关。