Untuk menjaga keseimbangan yang sehat antara penyerapan nutrisi dan populasi bakteri, usus manusia kemungkinan besar berganti-ganti antara dua pola kontraksi otot yang berbeda, menurut sebuah penelitian yang dilakukan oleh para peneliti di Jerman dan Amerika. Melalui simulasi, tim yang dipimpin oleh Karen Alim di Universitas Teknik Munich menunjukkan bahwa pola-pola ini secara intrinsik terkait dengan kecepatan cairan mengalir melalui usus.
Cara sistem pencernaan kita menyerap nutrisi sangat dipengaruhi oleh kontraksi otot di usus kita. Hal ini dapat terjadi melalui dua cara yang mungkin: pada gerak peristaltik, otot-otot di sekitar usus kecil berkontraksi dan berelaksasi secara radial. Kontraksi ini merambat sebagai gelombang, mendorong aliran cepat makanan yang dicerna sepanjang tabung. Transportasi yang lebih lemah didorong oleh segmentasi – di mana otot-otot di dinding bagian dalam usus berkontraksi dan rileks dalam pola yang menyerupai papan catur yang beriak.
Faktor penting lainnya di balik penyerapan nutrisi di usus adalah banyaknya bakteri yang hidup di dalam usus, yang dikenal sebagai “mikrobiota”. Mikroba ini bersaing dengan usus saat mereka menyerap nutrisi, dan memainkan peran penting dalam fungsi dan kesehatan usus secara umum – namun juga dapat memicu efek samping yang berbahaya jika kepadatannya menjadi terlalu tinggi.
Masing-masing dari ketiga fenomena ini telah dipelajari secara independen dan mendetail – namun sejauh ini, para peneliti belum mempertimbangkan bagaimana ketiga fenomena tersebut dapat dihubungkan. Untuk menjawab pertanyaan ini, tim Alim memodelkan usus kecil sebagai silinder berongga dan dapat berubah bentuk dengan cairan sarat nutrisi yang mengalir melaluinya. Mereka kemudian menggunakan simulasi dinamika fluida untuk menguji perbedaan antara kecepatan aliran yang dihasilkan oleh peristaltik dan segmentasi, sehingga memungkinkan mereka memantau efek yang dihasilkan pada populasi bakteri yang mengalir melalui usus.
Model tersebut menunjukkan bahwa kecepatan aliran yang lebih lambat terkait dengan segmentasi menyebabkan nutrisi bertahan lebih lama di usus. Hal ini akan memungkinkan tubuh menyerap nutrisi dengan lebih efisien, dengan mencampurkan nutrisi yang tersebar tidak merata ke dalam konsentrasi yang lebih seragam. Pada saat yang sama, hal ini akan memungkinkan mikrobiota tumbuh lebih besar sebelum dikeluarkan dari usus. Sebaliknya, peristaltik mempercepat kecepatan aliran melalui usus – sehingga menurunkan tingkat penyerapan nutrisi, sekaligus membuang bakteri dengan lebih cepat.
Pil yang dapat dimakan yang dicetak 3D dapat memindai mikrobioma usus
Dari hasil penelitiannya, tim Alim menyarankan agar usus bergantian antara dua pola kontraksi untuk mengoptimalkan efisiensi penyerapan nutrisi, sekaligus mengatur pertumbuhan mikrobiota. Penemuan mereka menawarkan pemahaman baru tentang dinamika kompleks yang menghubungkan mikrobiota dengan kontraksi otot di usus, dan juga memberikan wawasan penting tentang cara kerja sistem pencernaan kita. Dengan memanfaatkan hasil ini, para peneliti dapat mengembangkan cara baru untuk mendiagnosis dan mengobati penyakit yang berhubungan dengan usus.
Tim menggambarkan penelitian di Physical Review Letters.
