Om een gezond evenwicht tussen de opname van voedingsstoffen en bacteriepopulaties te behouden, wisselt de menselijke darm waarschijnlijk tussen twee verschillende patronen van spiercontractie, blijkt uit een onderzoek door onderzoekers in Duitsland en de VS. Via simulaties wordt een team onder leiding van Karen Alim de Technische Universiteit van München toonde aan dat deze patronen intrinsiek verband houden met de snelheid waarmee vloeistof door de darmen stroomt.
De manier waarop onze spijsverteringssystemen voedingsstoffen opnemen, wordt sterk beïnvloed door spiersamentrekkingen in onze darmen. Dit kan op twee mogelijke manieren gebeuren: bij de peristaltiek trekken de spieren rond de dunne darm radiaal samen en ontspannen zich. Deze weeën planten zich voort als een golf en drijven snelle stromen verteerd voedsel door de buis. Zwakker transport wordt veroorzaakt door segmentatie – waarbij spieren aan de binnenwanden van de darm samentrekken en ontspannen in een patroon dat lijkt op een golvend schaakbord.
Een andere cruciale factor achter de opname van voedingsstoffen in de darmen zijn de enorme aantallen bacteriën die in de darmen leven, samen bekend als de “microbiota”. Deze microben concurreren met de darmen omdat ze voedingsstoffen opnemen en spelen een cruciale rol in het functioneren en de algemene gezondheid van de darmen, maar kunnen ook gevaarlijke bijwerkingen veroorzaken als hun dichtheid te hoog wordt.
Elk van deze drie verschijnselen is tot op zekere hoogte afzonderlijk bestudeerd, maar tot nu toe hebben onderzoekers nog niet nagedacht over hoe ze met elkaar verbonden kunnen zijn. Om deze vraag te beantwoorden heeft het team van Alim de dunne darm gemodelleerd als een holle, vervormbare cilinder waar een met voedingsstoffen beladen vloeistof doorheen stroomt. Vervolgens gebruikten ze vloeistofdynamica-simulaties om de verschillen te onderzoeken tussen stroomsnelheden gegenereerd door peristaltiek en segmentatie, waardoor ze de resulterende effecten op bacteriepopulaties die door de darmen stromen, konden volgen.
Het model toonde aan dat de lagere stroomsnelheden geassocieerd met segmentatie ervoor zorgden dat voedingsstoffen langer in de darmen bleven. Hierdoor zou het lichaam voedingsstoffen efficiënter kunnen opnemen, door ongelijk verdeelde voedingsstoffen in meer uniforme concentraties te mengen. Tegelijkertijd zou het de microbiota groter laten worden voordat ze uit de darmen worden gespoeld. Daarentegen versnelde de peristaltiek de stroomsnelheid door de darmen, wat leidde tot een lagere opname van voedingsstoffen, terwijl bacteriën sneller werden weggespoeld.
3D-geprinte eetbare pil kan het darmmicrobioom scannen
Op basis van hun resultaten suggereert het team van Alim dat de darmen tussen de twee contractiepatronen wisselen om de efficiëntie van de opname van voedingsstoffen te optimaliseren, terwijl de groei van de microbiota wordt gereguleerd. Hun ontdekking biedt een nieuw inzicht in de complexe dynamiek die de microbiota verbindt met spiersamentrekkingen in de darmen, en biedt ook belangrijk inzicht in hoe onze spijsverteringssystemen werken. Door uit deze resultaten te putten, zouden onderzoekers nieuwe manieren kunnen ontwikkelen om darmgerelateerde ziekten te diagnosticeren en te behandelen.
Het team beschrijft het onderzoek in Physical Review Letters.
