A mathematical model of potassium homeostasis: Effect of feedforward and feedback controls
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Notice bibliographique
Résumé
Maintaining normal potassium (K+) concentrations in the extra- and intracellular fluid is critical for cell function. K+ homeostasis is achieved by ensuring proper distribution between extra- and intracellular fluid compartments and by matching K+ excretion with intake. The Na+-K+-ATPase pump facilitates K+ uptake into the skeletal muscle, where most K+ is stored. Na+-K+-ATPase activity is stimulated by insulin and aldosterone. The kidneys regulate long term K+ homeostasis by controlling the amount of K+ excreted through urine. Renal handling of K+ is mediated by a number of regulatory mechanisms, including an aldosterone-mediated feedback control, in which high extracellular K+ concentration stimulates aldosterone secretion, which enhances urine K+ excretion, and a gastrointestinal feedforward control mechanism, in which dietary K+ intake increases K+ excretion. Recently, a muscle-kidney cross talk signal has been hypothesized, where the K+ concentration in skeletal muscle cells directly affects urine K+ excretion without changes in extracellular K+ concentration. To understand how these mechanisms coordinate under different K+ challenges, we have developed a compartmental model of whole-body K+ regulation. The model represents the intra- and extracellular fluid compartments in a human (male) as well as a detailed kidney compartment. We included (i) the gastrointestinal feedforward control mechanism, (ii) the effect of insulin and (iii) aldosterone on Na+-K+-ATPase K+ uptake, and (iv) aldosterone stimulation of renal K+ secretion. We used this model to investigate the impact of regulatory mechanisms on K+ homeostasis. Model predictions showed how the regulatory mechanisms synthesize to ensure that the extra- and intracelluller fluid K+ concentrations remain in normal range in times of K+ loading and fasting. Additionally, we predict that without the hypothesized muscle-kidney cross talk signal, the model was unable to predict a return to normal extracellular K+ concentration after a period of high K+ loading or depletion.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle