Hipotalamus-hipofiz-adrenal Ekseninin Doğrusal Olmayan Denetimi

Abstract

Bu tez çalışmasında canlıların sirkadyen ritm ve immünolojik strese verilen fizyolojik yanıt mekanizmasında önemli rol oynayan hipotalamus-hipofiz-adrenal ekseninin otomatik denetimine ilişkin bir çalışma sunulmaktadır. Hipotalamus-hipofiz-adrenal ekseninin matematiksel modeli doğrusal olmayan türevsel denklemlerden meydana gelmektedir. Bu nedenle geri adımlamalı ve geri beslemeye dayalı doğrusallaştırma olarak bilinen doğrusal olmayan denetim yöntemleri tercih edilmektedir. Denetim mekanizmasında girdi adrenokortikotropin enjeksiyonu olup, denetimde aynı hormonunun ve kortizolün plazma derişim düzeyleri ölçülerek işlem yapılmaktadır. Kortizolün günlük ritmini koruyabilmek için yukarıda bahsedilen denetleyiciler adrenokortikotropin hormonunun enjeksiyonunu ayarlamak suretiyle kortizolün belirlenen periyodik sinüzoidal bir ritmi takip etmesini sağlar. İlk yapılan benzetimlerde negatif değerli derişimler görüldüğünden denetim kazançlarının değiştirilmesi gerekli olmuştur. Bu işlemleri yaparken geri adımlamalı ve geri beslemeye dayalıu doğrusallaştırmaya dayalı denetim süreçlerinde kazançlar ayrı ayrı ayarlanmak durumunda kalınmıştır. Sonuçlar göstermektedir ki, gerek geri beslemeye dayalı doğrusallaştırma gerekse de ger adımlamalı denetimlerde kazançları uygun şekilde seçmek kaydıyla iyi performans elde edilmiştir. Kazançları seçerken öncelikli olarak negatif değerli derişimlerin oluşmamasına dikkat edilmiştir. Bunun yanı sıra derişim profilinde titreşim oluşmamasına da özen gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Hipotalamus-Hipofiz-Adrenal ekseni, homeostazi, sirkadyen ritmler, geri adımlamalı denetim, geri beslemeye dayalı doğrusallaştırma.

In this thesis, an automatic control of the Hypothalamus-Pituitary-Adrenal axis which has main role in circadian rhythms and immune stress responses in humans' organisms and mammalian organisms. The Hypothalamus-Pituitary-Adrenal axis has nonlinear system equations so that we go to nonlinear approaches which are back-stepping and feedback linearization and the input is adrenocorticotropin hormone which is admit by the nonlinear system and simulate both plasma concentrations changes of cortisol and adrenocorticotropin. To keep to the daily rhythm of the cortisol, the controllers set the adrenocorticotropin injection and also, we have to mention that we add sinusoidally varying cortisol as reference to the controllers of back-stepping and feedback linearization and the purpose of this addition to keep mechanism of biological clock. Simulation performed using MATLAB for the controllers, the initial results show negative concentrations which are physically wrong but then we overcome this issue by selecting proper gains and we should mention these gains is different for back-stepping and feedback linearization, The results showed that, both back-stepping and feedback linearization controllers well performed the synchronization of the cortisol concentration for daily periodic rhythm and results show that the negative concentrations and ability to overcome this problem by selecting proper gains for both controllers. Keywords: Hypothalamus–Pituitary–Adrenal axis, Homeostasis, Circadian rhythm, Back-stepping control, Feedback linearization control.