A tápanyag-felszívódás és a baktériumpopulációk közötti egészséges egyensúly fenntartása érdekében az emberi bélben valószínűleg két különböző izom-összehúzódási minta váltakozik – derült ki egy németországi és amerikai kutatók tanulmányából. Szimulációkon keresztül egy csapat által vezetett Karen Alim a München Műszaki Egyetem kimutatta, hogy ezek a minták szorosan összefüggenek a bélben átáramló folyadék sebességével.
Emésztőrendszerünk tápanyagfelvételének módját nagymértékben befolyásolják a beleinkben lévő izomösszehúzódások. Ez két lehetséges módon történhet: perisztaltikában a vékonybelet körülvevő izmok sugárirányban összehúzódnak és ellazulnak. Ezek az összehúzódások hullámként terjednek, és az emésztett élelmiszer gyors áramlását hajtják a cső mentén. A gyengébb szállítást a szegmentáció okozza – amikor a bél belső falán lévő izmok összehúzódnak és ellazulnak hullámzó sakktáblára emlékeztető mintázatban.
A tápanyagok bélben történő felszívódásának másik kulcsfontosságú tényezője a bélben élő baktériumok nagy száma, amelyek együttesen „mikrobiótaként” ismertek. Ezek a mikrobák versengenek a bélrendszerrel, miközben felszívják a tápanyagokat, és döntő szerepet játszanak a bélrendszer működésében és általános egészségi állapotában – de veszélyes mellékhatásokat is kiválthatnak, ha sűrűségük túl magas lesz.
E három jelenség mindegyikét egymástól függetlenül tanulmányozták részletesen – de a kutatók eddig még nem gondolták át, hogyan kapcsolhatók össze. A kérdés megválaszolásához Alim csapata a vékonybelet üreges, deformálható hengerként modellezte, amelyen tápanyaggal teli folyadék áramlik át. Ezután folyadékdinamikai szimulációkkal vizsgálták a perisztaltika és a szegmentáció által generált áramlási sebességek közötti különbségeket, lehetővé téve számukra a bélen keresztül áramló baktériumpopulációkra gyakorolt hatások nyomon követését.
A modell kimutatta, hogy a szegmentálással összefüggő lassabb áramlási sebesség miatt a tápanyagok hosszabb ideig maradtak a bélben. Ez lehetővé tenné a szervezet számára a tápanyagok hatékonyabb felszívódását az egyenetlenül eloszlatott tápanyagok egyenletesebb koncentrációba keverésével. Ezzel egyidejűleg lehetővé tenné, hogy a mikrobiota nagyobbra nőjön, mielőtt kiürülne a bélből. Ezzel szemben a perisztaltika felgyorsította az áramlási sebességet a bélben – ami a tápanyag felszívódásának alacsonyabb szintjéhez vezet, miközben gyorsabban üríti ki a baktériumokat.
A 3D-nyomtatott ehető tabletta képes beolvasni a bél mikrobiómát
Eredményeik alapján Alim csapata azt sugallja, hogy a bél váltakozik a két összehúzódási minta között, hogy optimalizálja a tápanyag-felszívódás hatékonyságát, miközben szabályozza a mikrobiota növekedését. Felfedezésük új megértést kínál a mikrobiotát a bélben lévő izomösszehúzódásokkal összekapcsoló összetett dinamikáról, és fontos betekintést nyújt az emésztőrendszerünk működésébe is. Ezekből az eredményekből merítve a kutatók új módszereket dolgozhatnak ki a bélrendszeri betegségek diagnosztizálására és kezelésére.
A csapat ismerteti a tanulmányt Fizikai áttekintés betűk.
