بر اساس مطالعه محققان در آلمان و ایالات متحده، برای حفظ تعادل سالم بین جذب مواد مغذی و جمعیت باکتری ها، روده انسان احتمالاً بین دو الگوی متمایز انقباض عضلانی تغییر می کند. از طریق شبیه سازی، یک تیم به رهبری کارن علیم در دانشگاه فنی مونیخ نشان داد که این الگوها به طور ذاتی با سرعت جریان مایع در روده مرتبط هستند.
روش هایی که سیستم گوارش ما مواد مغذی را جذب می کند، به شدت تحت تاثیر انقباضات ماهیچه ای در روده های ما قرار دارد. این می تواند از دو طریق ممکن رخ دهد: در پریستالسیس، عضلات اطراف روده کوچک به صورت شعاعی منقبض و شل می شوند. این انقباضات به صورت موجی منتشر می شوند و جریان سریع غذای هضم شده را در طول لوله هدایت می کنند. حمل و نقل ضعیف تر توسط تقسیم بندی انجام می شود - جایی که ماهیچه های دیواره داخلی روده منقبض می شوند و به شکلی شبیه به یک صفحه شطرنجی موج دار منقبض می شوند.
یکی دیگر از عوامل مهم در پشت جذب مواد مغذی در روده، تعداد زیادی از باکتری‌هایی است که در داخل روده زندگی می‌کنند که با هم به عنوان «میکروبیوتا» شناخته می‌شوند. این میکروب‌ها با جذب مواد مغذی با روده رقابت می‌کنند و نقش مهمی در عملکرد و سلامت عمومی روده ایفا می‌کنند، اما اگر تراکم آنها خیلی زیاد شود، می‌توانند عوارض جانبی خطرناکی نیز ایجاد کنند.
هر یک از این سه پدیده به طور مستقل با جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته اند - اما تاکنون، محققان هنوز نحوه ارتباط آنها را در نظر نگرفته اند. برای پاسخ به این سوال، تیم علیم روده کوچک را به عنوان یک استوانه توخالی و قابل تغییر شکل با مایعی مملو از مواد مغذی که در آن جریان دارد، مدل‌سازی کردند. آنها سپس از شبیه‌سازی دینامیک سیالات برای بررسی تفاوت‌های بین سرعت جریان تولید شده توسط پریستالسیس و تقسیم‌بندی استفاده کردند و به آنها اجازه می‌دهد اثرات حاصله را بر روی جمعیت‌های باکتری‌هایی که در روده جریان می‌یابند نظارت کنند.
این مدل نشان داد که سرعت جریان پایین‌تر مرتبط با تقسیم‌بندی باعث می‌شود که مواد مغذی برای مدت طولانی‌تری در روده باقی بمانند. این به بدن اجازه می‌دهد تا با مخلوط کردن مواد مغذی پراکنده نابرابر در غلظت‌های یکنواخت‌تر، مواد مغذی را به طور موثرتری جذب کند. به طور همزمان، به میکروبیوتا اجازه می دهد تا قبل از خارج شدن از روده بزرگتر شوند. در مقابل، پریستالسیس سرعت جریان را در روده افزایش می‌دهد - که منجر به سطوح پایین‌تر جذب مواد مغذی می‌شود، در حالی که باکتری‌ها را با سرعت بیشتری دفع می‌کند.
قرص خوراکی چاپ سه بعدی می تواند میکروبیوم روده را اسکن کند
از نتایج آنها، تیم Alim پیشنهاد می کند که روده به طور متناوب بین دو الگوی انقباض برای بهینه سازی کارایی جذب مواد مغذی و در عین حال تنظیم رشد میکروبیوتا تغییر می کند. کشف آنها درک جدیدی از پویایی پیچیده ای را ارائه می دهد که میکروبیوتا را به انقباضات عضلانی در روده مرتبط می کند و همچنین بینش مهمی در مورد نحوه عملکرد سیستم گوارش ما ارائه می دهد. با استخراج از این نتایج، محققان می توانند راه های جدیدی برای تشخیص و درمان بیماری های مرتبط با روده ایجاد کنند.
این تیم مطالعه را در Physical Review Letters به.
