A Systems Engineering Approach to Modeling and Analysis of Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD)

La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est une maladie pulmonaire progressive caractérisée par une limitation du débit d'air. Cette étude développe un cadre d'ingénierie des systèmes pour représenter les détails mécanistiques importants de la MPOC dans un modèle du système cardio-respiratoire. Dans ce modèle, nous présentons le système cardio-respiratoire comme un système de contrôle biologique intégré responsable de la régulation de la respiration. Quatre composants du système de contrôle d'ingénierie sont pris en compte : le capteur, le régulateur, l'actionneur et le processus lui-même. Les connaissances sur l'anatomie et la physiologie humaines sont utilisées pour développer des modèles mathématiques mécanistiques appropriés pour chaque composant. Suite à une analyse systématique du modèle informatique, nous identifions trois paramètres physiologiques associés à la reproduction des manifestations cliniques de la MPOC - les changements du volume expiratoire forcé (FEV), des volumes pulmonaires et de l'hypertension pulmonaire. Nous quantifions les changements de ces paramètres (résistance des voies respiratoires, élasticité pulmonaire et résistance pulmonaire) comme ceux qui entraînent une réponse systémique diagnostique de la MPOC. Une analyse multivariée révèle que les changements de résistance des voies respiratoires ont un impact global sur le système cardio-respiratoire humain et que le circuit pulmonaire est soumis à un stress anormal dans la plupart des patients atteints de MPOC en environnements hypoxiques. Cette étude fournit une approche d'ingénierie des systèmes pour modéliser et analyser la MPOC, ce qui peut aider à mieux comprendre la maladie et à développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les auteurs principaux sont Varghese Kurian, Navid Ghadipasha, Michelle Gee, Anais Chalant, Teresa Hamill, Alphonse Okossi, Lucy Chen, Bin Yu , Babatunde A. Ogunnaike et Antony N. Beris. La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est une pathologie respiratoire progressive caractérisée par une limitation du flux aérien .