כדי לשמור על איזון בריא בין ספיגת חומרי הזנה ואוכלוסיות חיידקים, המעי האנושי כנראה מחליף שני דפוסי התכווצות שרירים ברורים, על פי מחקר של חוקרים בגרמניה ובארה"ב. באמצעות סימולציות, צוות בראשות קארן אלים ב האוניברסיטה הטכנית של מינכן הראה כי דפוסים אלו קשורים באופן מהותי למהירות זרימת הנוזל במעיים.
הדרכים שבהן מערכות העיכול שלנו קולטות חומרים מזינים מושפעות רבות מהתכווצויות השרירים במעיים שלנו. זה יכול לקרות בשתי דרכים אפשריות: בפריסטלטיקה, השרירים המקיפים את המעי הדק מתכווצים באופן רדיאלי ונרגעים. התכווצויות אלו מתפשטות כגל, ומניעות זרימות מהירות של מזון מעוכל לאורך הצינור. הובלה חלשה יותר מונעת על ידי פילוח - כאשר השרירים על הדפנות הפנימיות של המעי מתכווצים ונרגעים בתבנית הדומה ללוח שחמט מתפתל.
גורם מכריע נוסף מאחורי ספיגת החומרים התזונתיים במעיים הוא המספר העצום של חיידקים החיים בתוך המעיים, הידועים ביחד כ"מיקרוביוטה". החיידקים הללו מתחרים עם המעי כשהם סופגים חומרים מזינים, וממלאים תפקיד מכריע בתפקוד ובבריאות הכללית של המעי - אך יכולים גם לעורר תופעות לוואי מסוכנות אם הצפיפות שלהם הופכת גבוהה מדי.
כל אחת משלוש התופעות הללו נחקרה באופן עצמאי בפירוט מסוים - אך עד כה, החוקרים עדיין לא שקלו כיצד הן עשויות להיות קשורות. כדי לענות על שאלה זו, הצוות של אלים עיצב את המעי הדק כגליל חלול וניתן לעיוות עם נוזל עמוס בחומרי מזון שזורם דרכו. לאחר מכן הם השתמשו בהדמיות דינמיקה של נוזלים כדי לבחון את ההבדלים בין מהירויות זרימה שנוצרות על ידי פריסטלטיקה ופילוח, מה שמאפשר להם לנטר את ההשפעות הנובעות מכך על אוכלוסיות של חיידקים שזורמות דרך המעי.
המודל הראה כי מהירויות הזרימה האיטיות יותר הקשורות לפילוח גרמו לחומרי הזנה להישאר במעיים למשך זמן רב יותר. זה יאפשר לגוף לספוג חומרים מזינים בצורה יעילה יותר, על ידי ערבוב של חומרים מזינים מפוזרים בצורה לא אחידה לריכוזים אחידים יותר. במקביל, זה יאפשר למיקרוביוטה לגדול לפני שהיא נשטפת מהמעיים. לעומת זאת, פריסטלטיקה זירזה את מהירויות הזרימה דרך המעיים - מה שהוביל לרמות נמוכות יותר של ספיגת חומרים מזינים, תוך שטיפת חיידקים בקצב מהיר יותר.
גלולה אכילה מודפסת בתלת מימד יכולה לסרוק את המיקרוביום של המעי
מהתוצאות שלהם, הצוות של אלים מציע שהמעיים מתחלפים בין שני דפוסי ההתכווצות כדי לייעל את היעילות של ספיגת חומרי הזנה, תוך ויסות צמיחת המיקרוביוטה. התגלית שלהם מציעה הבנה חדשה של הדינמיקה המורכבת המקשרת את המיקרוביוטה להתכווצויות שרירים במעיים, וגם מספקת תובנה חשובה כיצד פועלות מערכות העיכול שלנו. על ידי ההפקה מתוצאות אלו, חוקרים יוכלו לפתח דרכים חדשות לאבחון ולטפל במחלות הקשורות במעיים.
הצוות מתאר את המחקר ב מכתבי סקירה פיזית.
