Kunstig mave afslører væskedynamik i madfordøjelsen

I bestræbelserne på at bekæmpe fedme og øge lægemiddelabsorptionen, forskere har grundigt undersøgt, hvordan mavesaft i maven nedbryder indtaget mad og andre stoffer. Imidlertid, mindre vides om, hvordan de komplekse strømningsmønstre og mekaniske belastninger produceret i maven bidrager til fordøjelsen.

Forskere fra Frankrig, Michigan, og Schweiz byggede en prototype af en kunstig antrum, eller nederste del af maven, at præsentere en dybere forståelse af, hvordan fysiske kræfter påvirker madfordøjelsen baseret på væskedynamik. I Fysik af væsker , de afslører en klassificeringseffekt baseret på opløsningen af ​​væskedråber kombineret med transportfænomener afledt af komplementære computersimuleringer.

De relevante dele af maven er corpus, hvor fødevarer opbevares; antrum, hvor mad er malet; og pylorus, eller pylorus sphincter, vævsklappen, der forbinder til tyndtarmen. Langsom-bølge muskelsammentrækninger begynder i corpus, med bølgehastighed og amplitude stigende for at danne de antrale kontraktionsbølger (ACW'er), når de udbreder sig mod pylorus.

Forskernes antrum-apparat består af en cylinder, lukket i den ene ende for at efterligne en lukket pylorus, og et hult stempel, der bevæger sig inde i cylinderen for at replikere ACW'er. Som verificeret gennem computersimuleringer og eksperimentelle målinger, protypen producerer de karakteristika af retropulsiv jetstrøm, der findes i antrum.

Fødevaredesintegration kvantificeres ved at bestemme opdelingen af ​​væskedråber i strømningsfelter produceret af ACW'er. Forskerne undersøgte forskellige modelvæskesystemer med forskellig viskositet for at tage højde for de brede fysiske egenskaber ved fordøjet mad. Dråbestørrelsen og andre parametre ligner forhold i en rigtig mave.

Dråbebrud fandt sted nær overfladen af ​​det hule stempel, hvor strømningsfeltet udviste langsommere hastigheder, men højere tøjningshastigheder, dermed udsætte faldet for højere forskydningsspændinger i længere tid. Der skete ingen brud for fald nær midten af ​​stemplet, fordi belastningerne og opholdstiderne er mindre og kortere.

"Resultaterne udvundet fra denne simple prototype har uddybet indsigten i den disintegrationsproces, der finder sted i maven, " sagde medforfatter Damien Dufour. "Dråber nær væggen vil bryde op, når de transporteres mod pylorus. Dråberne i midten vender tilbage mod corpus, uden større størrelsesreduktion, at gå i opløsning senere. Man kan opfatte denne kombinerede handling af ACW'erne som en klassificeringseffekt."

Artiklen "Undersøgelse af de disperserende karakteristika for antral kontraktionsbølgestrøm i en forenklet model af den distale mave" er forfattet af Damien Dufour, Franz X. Tanner, Kathleen Feigl, og Erich J. Windhab. Artiklen vises i Fysik af væsker den 3. aug. 2021.