للحفاظ على توازن صحي بين امتصاص العناصر الغذائية ومجموعات البكتيريا، من المحتمل أن تتناوب الأمعاء البشرية بين نمطين متميزين من تقلص العضلات، وفقًا لدراسة أجراها باحثون في ألمانيا والولايات المتحدة. من خلال المحاكاة، فريق بقيادة كارين عليم في الجامعة التقنية في ميونخ أظهر أن هذه الأنماط ترتبط ارتباطًا جوهريًا بسرعة تدفق السوائل عبر القناة الهضمية.
تتأثر الطرق التي يمتص بها الجهاز الهضمي العناصر الغذائية بشكل كبير بتقلصات العضلات في الأمعاء. يمكن أن يحدث هذا من خلال طريقتين محتملتين: في التمعج، تنقبض العضلات المحيطة بالأمعاء الدقيقة وتسترخي بشكل قطري. تنتشر هذه الانقباضات كموجة، مما يؤدي إلى تدفق سريع للطعام المهضوم على طول الأنبوب. يكون النقل الأضعف مدفوعًا بالتجزئة - حيث تنقبض العضلات الموجودة على الجدران الداخلية للأمعاء وتسترخي بنمط يشبه رقعة الشطرنج المتموجة.
هناك عامل حاسم آخر وراء امتصاص العناصر الغذائية في الأمعاء وهو الأعداد الهائلة من البكتيريا التي تعيش داخل الأمعاء، والمعروفة باسم "الميكروبات". تتنافس هذه الميكروبات مع الأمعاء لأنها تمتص العناصر الغذائية، وتلعب دورًا حاسمًا في عمل الأمعاء وصحتها العامة، ولكنها يمكن أن تسبب أيضًا آثارًا جانبية خطيرة إذا أصبحت كثافتها عالية جدًا.
وقد تمت دراسة كل من هذه الظواهر الثلاث بشكل مستقل بشيء من التفصيل، ولكن حتى الآن، لم يفكر الباحثون بعد في كيفية الارتباط بينها. للإجابة على هذا السؤال، قام فريق عليم بتصميم نموذج للأمعاء الدقيقة على شكل أسطوانة مجوفة قابلة للتشوه يتدفق من خلالها سائل محمل بالمغذيات. ثم استخدموا محاكاة ديناميكيات الموائع لفحص الاختلافات بين سرعات التدفق الناتجة عن التمعج والتجزئة، مما سمح لهم بمراقبة التأثيرات الناتجة على تجمعات البكتيريا التي تتدفق عبر القناة الهضمية.
أظهر النموذج أن سرعات التدفق الأبطأ المرتبطة بالتجزئة تسببت في بقاء العناصر الغذائية في القناة الهضمية لفترة أطول. وهذا من شأنه أن يسمح للجسم بامتصاص العناصر الغذائية بكفاءة أكبر، عن طريق خلط العناصر الغذائية المنتشرة بشكل غير متساو في تركيزات أكثر تجانسًا. وفي الوقت نفسه، سيسمح للميكروبات بالنمو بشكل أكبر قبل طردها من القناة الهضمية. في المقابل، أدى التمعج إلى تسريع سرعة التدفق عبر القناة الهضمية، مما أدى إلى انخفاض مستويات امتصاص العناصر الغذائية، مع طرد البكتيريا بمعدل أسرع.
يمكن للحبوب الصالحة للأكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد مسح ميكروبيوم الأمعاء
ومن خلال النتائج التي توصلوا إليها، يقترح فريق عليم أن الأمعاء تتناوب بين نمطي الانكماش لتحسين كفاءة امتصاص العناصر الغذائية، مع تنظيم نمو الكائنات الحية الدقيقة. يقدم اكتشافهم فهمًا جديدًا للديناميكيات المعقدة التي تربط الكائنات الحية الدقيقة بانقباضات العضلات في الأمعاء، كما يوفر نظرة مهمة حول كيفية عمل أنظمتنا الهضمية. ومن خلال الاستفادة من هذه النتائج، يمكن للباحثين تطوير طرق جديدة لتشخيص وعلاج الأمراض المرتبطة بالأمعاء.
يصف الفريق الدراسة في استعراض للحروف البدنية.
