Искусственный желудок помог рассчитать гидродинамику переваривания пищи
Чтобы понять, как пища переваривается в желудке, ученым пришлось построить модель одного из отделов этого органа
Желудок состоит из нескольких основных частей — тела, где находится пища, антрального отдел, где пища измельчается и пилорического сфинктера — клапана, который соединяется с тонкой кишкой. Медленноволновые сокращения мышц начинаются в теле, причем скорость и амплитуда волн увеличиваются, образуя антральные волны мышечного сокращения по мере их движения к сфинктеру.
Антральное устройство, разработанное исследователями из Франции, США и Швейцарии, состоит из цилиндра, закрытого с одного конца для имитации закрытого пилорического сфинктера, и полого поршня, который перемещается внутри цилиндра для моделирования распространения волн в органе. Компьютерное моделирование и экспериментальные измерения подтвердили, что прототип устройства способен создавать струйный поток жидкости, который наблюдается в антральном отделе реального органа.
Количественно процент расщепления пищи авторы определяли, анализируя распад комков пищи в полях потоков, создаваемых антральными волнами мышечного сокращения. Исследователи изучили множество модельных жидких систем с различной вязкостью, чтобы учесть физические свойства переваренной пищи. Размер комков пищи и другие параметры в искусственном аналоге отдела желудка были схожи с реальным органом.
Распад комков происходил вблизи поверхности полого поршня, где поле потока имело более низкие скорости, но сильнее деформировалось, тем самым подвергая комок пищи более высоким сдвиговым напряжениям в течение более длительного периода времени. Для комков вблизи центра поршня распада не произошло, поскольку напряжения и время пребывания в этой области были меньше и короче.
Статья ученых опубликована в журнале Physics of Fluids.