For at opretholde en sund balance mellem næringsstofabsorption og bakteriepopulationer veksler den menneskelige tarm sandsynligvis mellem to forskellige mønstre af muskelsammentrækning, ifølge en undersøgelse foretaget af forskere i Tyskland og USA. Gennem simuleringer har et team ledet af Karen Alim ved Technical University of Munich viste, at disse mønstre er uløseligt forbundet med hastigheden af væske, der strømmer gennem tarmen.
Måden, hvorpå vores fordøjelsessystem absorberer næringsstoffer, er stærkt påvirket af muskelsammentrækninger i vores tarme. Dette kan ske på to mulige måder: i peristaltikken trækker musklerne omkring tyndtarmen sig radialt sammen og slapper af. Disse sammentrækninger forplanter sig som en bølge, der driver hurtige strømme af fordøjet mad langs røret. Svagere transport er drevet af segmentering – hvor musklerne på tarmens indre vægge trækker sig sammen og slapper af i et mønster, der ligner et rislende skakternet.
En anden afgørende faktor bag optagelsen af næringsstoffer i tarmen er det store antal bakterier, der lever inde i tarmene, tilsammen kendt som "mikrobiota". Disse mikrober konkurrerer med tarmen, da de optager næringsstoffer og spiller en afgørende rolle for tarmens funktion og generelle sundhed – men kan også udløse farlige bivirkninger, hvis deres tæthed bliver for høj.
Hvert af disse tre fænomener er blevet undersøgt uafhængigt i nogen detaljer - men indtil videre har forskere endnu ikke overvejet, hvordan de kan hænge sammen. For at besvare dette spørgsmål modellerede Alims team tyndtarmen som en hul, deformerbar cylinder med en næringsstoffyldt væske, der strømmer igennem. De brugte derefter væskedynamiksimuleringer til at undersøge forskellene mellem strømningshastigheder genereret af peristaltik og segmentering, hvilket gav dem mulighed for at overvåge de resulterende virkninger på populationer af bakterier, der strømmer gennem tarmen.
Modellen viste, at de langsommere strømningshastigheder forbundet med segmentering fik næringsstoffer til at forblive i tarmen i længere tid. Dette ville gøre det muligt for kroppen at absorbere næringsstoffer mere effektivt ved at blande ujævnt spredte næringsstoffer til mere ensartede koncentrationer. Samtidig ville det give mikrobiotaen mulighed for at vokse sig større, før den skylles ud af tarmen. I modsætning hertil fremskyndede peristaltikken strømningshastigheder gennem tarmen - hvilket førte til lavere niveauer af næringsstofabsorption, mens bakterier skylles ud i en hurtigere hastighed.
3D-printet spiselig pille kan scanne tarmmikrobiomet
Ud fra deres resultater foreslår Alims team, at tarmen veksler mellem de to sammentrækningsmønstre for at optimere effektiviteten af næringsstofabsorptionen, mens den regulerer væksten af mikrobiota. Deres opdagelse giver en ny forståelse af den komplekse dynamik, der forbinder mikrobiotaen med muskelsammentrækninger i tarmen, og giver også vigtig indsigt i, hvordan vores fordøjelsessystemer fungerer. Ved at trække på disse resultater kunne forskere udvikle nye måder at diagnosticere og behandle tarmrelaterede sygdomme.
Holdet beskriver undersøgelsen i Physical Review Letters.
