Стремясь бороться с ожирением и улучшить всасывание лекарств, ученые тщательно изучили, как желудочный сок в желудке расщепляет проглоченную пищу и другие вещества.
Однако мало известно о том, как сложные структуры потока и механические нагрузки, возникающие в желудке, способствуют пищеварению.
Исследователи из Франции, Мичигана и Швейцарии построили прототип искусственного антрального отдела желудка, или нижней части желудка, чтобы представить более глубокое понимание того, как физические силы влияют на переваривание пищи на основе динамики жидкости. В Physics of Fluids, изданном AIP Publishing, они раскрывают классифицирующий эффект, основанный на разрушении жидких капель в сочетании с явлениями переноса, полученными в результате дополнительного компьютерного моделирования.
Соответствующие части желудка — это тело, в котором хранится пища; антральный отдел, где перемалывается пища; и привратник, или пилорический сфинктер, тканевый клапан, который соединяется с тонкой кишкой. Медленноволновые сокращения мышц начинаются в теле, скорость и амплитуда волны возрастают, образуя волны антрального сокращения (ACW) по мере их распространения к привратнику.
Антральное устройство исследователей состоит из цилиндра с крышкой на одном конце, имитирующей закрытый привратник, и полого поршня, который движется внутри цилиндра, воспроизводя ACW. Как подтверждено компьютерным моделированием и экспериментальными измерениями, прототип воспроизводит характеристики ретропульсивного струйного течения, которые существуют в антральном отделе.
Распад пищевых продуктов определяется количественно путем определения разрушения капель жидкости в полях потока, создаваемых ACW. Исследователи изучили различные модельные жидкостные системы с различной вязкостью, чтобы учесть широкий спектр физических свойств переваренной пищи. Размер капли и другие параметры напоминают условия в реальном желудке.
Разрушение капли происходило вблизи поверхности полого поршня, где поле потока показывало более низкие скорости, но более высокие скорости деформации, таким образом подвергая каплю более высоким напряжениям сдвига в течение более длительного периода времени. Для капель около центра поршня разрушения не происходило, потому что напряжения и время пребывания меньше и короче.
Результаты, извлеченные из этого простого прототипа, позволили лучше понять процесс распада, который происходит в желудке. Капли у стены будут распадаться по мере продвижения к привратнику. Капли в центре возвращаются к телу без значительного уменьшения размера, чтобы позже распасться. Можно воспринимать это комбинированное действие ACW как классифицирующий эффект.