Штучний шлунок допоміг розрахувати гідродинаміку перетравлення їжі

Вчені створили штучну модель нижнього відділу шлунка, щоб краще зрозуміти те, як фізичні сили впливають на процеси травлення, ґрунтуючись на законах гідродинаміки.

Щоб зрозуміти, як їжа перетравлюється в шлунку, вченим довелося побудувати модель одного з відділів цього органу

Шлунок складається з декількох основних частин - тіла, де знаходиться їжа, антрального відділ, де їжа подрібнюється і пилоричного сфінктера - клапана, який з'єднується з тонкою кишкою. Повільні скорочення м'язів починаються в тілі, причому швидкість і амплітуда хвиль збільшуються, утворюючи антральні хвилі м'язового скорочення в міру їх руху до сфінктеру.

Антральний пристрій, розроблений дослідниками з Франції, США і Швейцарії, складається з циліндра, закритого з одного кінця для імітації закритого пилоричного сфінктера, і полого поршня, який переміщується всередині циліндра для моделювання поширення хвиль в органі. Комп'ютерне моделювання та експериментальні вимірювання підтвердили, що прототип пристрою здатний створювати струменевий потік рідини, який спостерігається в антральному відділі.

Кількісно відсоток розщеплення їжі автори визначали, аналізуючи розпад грудок їжі в полях потоків, створюваних антральними хвилями м'язового скорочення. Дослідники вивчили безліч модельних рідких систем з різною в'язкістю, щоб врахувати фізичні властивості перевареної їжі. Розмір грудок їжі та інші параметри в штучному аналозі відділу шлунка були схожі з реальним органом.

Розпад грудок відбувався поблизу поверхні полого поршня, де поле потоку мало нижчі швидкості, але сильніше деформувалося, тим самим піддаючи грудку їжі більш високим зрушенням протягом більш тривалого періоду часу. Для грудок поблизу центру поршня розпаду не сталося, оскільки напруги і час перебування в цій області були меншими і коротшими.

Стаття вчених опублікована в журналі Physics of Fluids.