For å opprettholde en sunn balanse mellom næringsopptak og bakteriepopulasjoner, veksler den menneskelige tarmen sannsynligvis mellom to distinkte mønstre av muskelkontraksjon, ifølge en studie utført av forskere i Tyskland og USA. Gjennom simuleringer har et team ledet av Karen Alim på Teknisk Universitet i München viste at disse mønstrene er iboende knyttet til hastigheten på væsken som strømmer gjennom tarmen.
Måtene våre fordøyelsessystemer absorberer næringsstoffer på er sterkt påvirket av muskelsammentrekninger i tarmene våre. Dette kan skje på to mulige måter: i peristaltikk trekker musklene rundt tynntarmen seg radielt sammen og slapper av. Disse sammentrekningene forplanter seg som en bølge, og driver raske strømmer av fordøyd mat langs røret. Svakere transport er drevet av segmentering – der muskler på de indre veggene i tarmen trekker seg sammen og slapper av i et mønster som ligner et rislende sjakkbrett.
En annen avgjørende faktor bak næringsopptaket i tarmen er det store antallet bakterier som lever inne i tarmene, sammen kjent som "mikrobiota". Disse mikrobene konkurrerer med tarmen ettersom de absorberer næringsstoffer, og spiller en avgjørende rolle i tarmens funksjon og generelle helse – men kan også utløse farlige bivirkninger dersom deres tetthet blir for høy.
Hvert av disse tre fenomenene har blitt studert uavhengig i noen detalj - men så langt har forskere ennå ikke vurdert hvordan de kan henge sammen. For å svare på dette spørsmålet, modellerte Alims team tynntarmen som en hul, deformerbar sylinder med en næringsfylt væske som strømmer gjennom. De brukte deretter væskedynamikksimuleringer for å undersøke forskjellene mellom strømningshastigheter generert av peristaltikk og segmentering, slik at de kunne overvåke de resulterende effektene på populasjoner av bakterier som strømmer gjennom tarmen.
Modellen viste at de lavere strømningshastighetene knyttet til segmentering førte til at næringsstoffer ble værende i tarmen lenger. Dette vil tillate kroppen å absorbere næringsstoffer mer effektivt, ved å blande ujevnt spredte næringsstoffer til mer jevne konsentrasjoner. Samtidig vil det tillate mikrobiotaen å vokse seg større før den skylles ut av tarmen. I motsetning til dette fremskyndet peristaltikk strømningshastigheter gjennom tarmen – noe som førte til lavere nivåer av næringsopptak, mens bakterier skylles ut i en raskere hastighet.
3D-printet spiselig pille kan skanne tarmmikrobiomet
Fra resultatene deres antyder Alims team at tarmen veksler mellom de to sammentrekningsmønstrene for å optimalisere effektiviteten av næringsabsorpsjon, samtidig som den regulerer veksten av mikrobiota. Oppdagelsen deres gir en ny forståelse av den komplekse dynamikken som knytter mikrobiotaen til muskelsammentrekninger i tarmen, og gir også viktig innsikt i hvordan fordøyelsessystemene våre fungerer. Ved å trekke fra disse resultatene kan forskere utvikle nye måter å diagnostisere og behandle tarmrelaterte sykdommer.
Teamet beskriver studien i Physical Review Letters.
