考虑具有多重影响因素的HIV-1病毒感染动力学模型

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艾滋病是一种由人免疫缺陷病毒引起的,以全身免疫系统严重损害为特征的传染性疾病,而引起该疾病的主要病原体为HIV-1病毒.HIV-1病毒感染的动力学模型是控制传染病传播的有力工具,并为研究体内病毒载量的动力学提供了思路.因此,对这些动态行为进行分析能更好地理解艾滋病并且针对艾滋病的各种药物治疗策略的发展起到重要作用.本文综合考虑诸多影响HIV-1病毒感染动力学性态因素,建立了具有多重影响因素的HIV-1病毒感染动力学模型,分析并讨论其数学结论和生物意义.第一章简要介绍了HIV-1病毒感染的研究背景及意义,分析了带有不同影响因素的HIV-1病毒感染模型的研究现状及本文的研究内容.第二章建立并研究了具有胞胞感染和体液免疫以及RTI的双离散时滞HIV-1病毒模型.首先,利用微分方程理论证明了系统解的非负有界性,通过计算基本再生数01,分析了系统平衡点的存在性.其次,通过计算证明了系统平衡点的局部稳定性.然后,构造合适的Lyapunov泛函,证明了系统平衡点的全局稳定性.同时,通过分析证明了Hopf分支的存在性.最后,利用数值模拟得到时滞以及逆转录酶抑制剂(RTI)的有效性取不同值时,系统稳定性的变化,验证了理论的正确性.结果表明细胞内部时滞不会影响系统的动力学性态,但免疫生成时滞对系统的动力学性态有着重要影响,即免疫生成时滞超过一定阈值时,系统将会由原来的稳定状态变成不稳定状态,并且这个转变是由系统通过Hopf分支而产生的.同时还发现本文系统在体液免疫生成时滞较大时才能通过Hopf分支产生周期振荡解.进一步通过研究发现,当逆转录酶抑制剂(RTI)的有效性不为0,即药物有效时,感染细胞和病毒均被消除,疾病得到有效治疗.第三章在第二章模型基础上,把病毒-细胞感染时滞和细胞-细胞感染时滞考虑为不同时滞,同时引入病毒生成时滞,并且将原来的离散时滞考虑为分布时滞,来研究系统的动力学性态.因此,建立并研究了一类具有多重影响因素的HIV-1病毒感染动力学模型.利用微分方程理论、Lyapunov泛函理论,依次证明了系统解的非负有界性、平衡点的存在性、平衡点的全局稳定性,并且讨论分析了Hopf分支的存在性.最后,利用数值模拟得到四个时滞取不同值时,系统稳定性的变化.结果发现病毒-细胞感染时滞和细胞-细胞感染时滞不同以及引入病毒生成时滞不会影响系统的动力学性态.但病毒生成时滞越大,系统趋于平衡态的时间越长.第四章回顾了前面的主要工作和主要结论,同时对本文工作的不足之处及需要进一步研究的问题和工作进行了讨论.
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