Da bi ohranili zdravo ravnovesje med absorpcijo hranil in populacijo bakterij, človeško črevesje verjetno izmenjuje dva različna vzorca krčenja mišic, glede na študijo raziskovalcev iz Nemčije in ZDA. S simulacijami je ekipa pod vodstvom Karen Alim pri Tehnična univerza v Münchnu je pokazalo, da so ti vzorci neločljivo povezani s hitrostjo tekočine, ki teče skozi črevesje.
Na načine, kako naš prebavni sistem absorbira hranila, močno vplivajo mišične kontrakcije v črevesju. To se lahko zgodi na dva možna načina: pri peristaltiki se mišice, ki obkrožajo tanko črevo, radialno skrčijo in sprostijo. Te kontrakcije se širijo kot val, ki poganja hitre tokove prebavljene hrane vzdolž cevi. Šibkejši transport poganja segmentacija – kjer se mišice na notranjih stenah črevesja krčijo in sproščajo v vzorcu, ki spominja na valovito šahovnico.
Drugi ključni dejavnik za absorpcijo hranil v črevesju je ogromno število bakterij, ki živijo v črevesju, skupaj znanih kot »mikrobiota«. Ti mikrobi tekmujejo s črevesjem, ko absorbirajo hranila, in igrajo ključno vlogo pri delovanju in splošnem zdravju črevesja – vendar lahko sprožijo tudi nevarne stranske učinke, če njihova gostota postane previsoka.
Vsak od teh treh pojavov je bil neodvisno raziskan dokaj podrobno – vendar doslej raziskovalci še niso razmišljali, kako bi lahko bili povezani. Da bi odgovorili na to vprašanje, je Alimova ekipa modelirala tanko črevo kot votel, deformabilen valj, skozi katerega teče tekočina, polna hranil. Nato so uporabili simulacije dinamike tekočin, da bi preučili razlike med hitrostmi pretoka, ki jih povzroča peristaltika in segmentacija, kar jim je omogočilo spremljanje posledičnih učinkov na populacije bakterij, ki tečejo skozi črevesje.
Model je pokazal, da so počasnejše hitrosti pretoka, povezane s segmentacijo, povzročile, da so hranila dlje časa ostala v črevesju. To bi telesu omogočilo učinkovitejšo absorpcijo hranil z mešanjem neenakomerno porazdeljenih hranil v bolj enotne koncentracije. Hkrati bi omogočilo, da se mikrobiota poveča, preden se izplakne iz črevesja. V nasprotju s tem je peristaltika pospešila pretok skozi črevesje – kar je povzročilo nižjo raven absorpcije hranil, hkrati pa hitreje izplaknilo bakterije.
3D-natisnjena užitna tabletka lahko skenira črevesni mikrobiom
Iz svojih rezultatov Alimova ekipa nakazuje, da črevesje izmenjuje dva vzorca krčenja, da optimizira učinkovitost absorpcije hranil, hkrati pa uravnava rast mikrobiote. Njihovo odkritje ponuja novo razumevanje kompleksne dinamike, ki povezuje mikrobioto z mišičnimi kontrakcijami v črevesju, in tudi pomemben vpogled v delovanje naših prebavnih sistemov. S črpanjem iz teh rezultatov bi lahko raziskovalci razvili nove načine za diagnosticiranje in zdravljenje bolezni, povezanih s črevesjem.
Ekipa opisuje študijo v Pisni pregledi fizike.
