Згідно з дослідженням, проведеним дослідниками з Німеччини та США, щоб підтримувати здоровий баланс між поглинанням поживних речовин і популяціями бактерій, кишечник людини, ймовірно, чергує між двома різними моделями скорочення м’язів. Завдяки моделюванню команда під керівництвом Карен Алім в Мюнхенський технічний університет показали, що ці моделі нерозривно пов’язані зі швидкістю рідини, що протікає через кишечник.
Шляхи, якими наша травна система поглинає поживні речовини, значною мірою впливають скорочення м’язів у нашому кишечнику. Це може відбуватися двома можливими шляхами: під час перистальтики м’язи, що оточують тонку кишку, радіально скорочуються та розслабляються. Ці скорочення поширюються як хвиля, рухаючи швидкі потоки перетравленої їжі по трубці. Слабший транспорт обумовлений сегментацією – коли м’язи на внутрішніх стінках кишківника скорочуються та розслабляються за схемою, що нагадує брижучу шахову дошку.
Ще одним вирішальним фактором, що впливає на засвоєння поживних речовин у кишечнику, є величезна кількість бактерій, що живуть у кишечнику, разом відомих як «мікробіота». Ці мікроби конкурують з кишечником, коли вони поглинають поживні речовини, і відіграють вирішальну роль у функціонуванні та загальному здоров’ї кишечника, але також можуть викликати небезпечні побічні ефекти, якщо їх щільність стає занадто високою.
Кожне з цих трьох явищ було вивчено незалежно один від одного в деталях, але поки що дослідники ще не розглянули, як вони можуть бути пов’язані між собою. Щоб відповісти на це питання, команда Аліма змоделювала тонку кишку як порожнистий деформований циліндр, через який тече насичена поживними речовинами рідина. Потім вони використали моделювання динаміки рідини, щоб дослідити різницю між швидкостями потоку, створеними перистальтикою та сегментацією, що дозволило їм відстежувати результуючий вплив на популяції бактерій, що протікають через кишечник.
Модель показала, що повільніші швидкості потоку, пов’язані з сегментацією, призвели до того, що поживні речовини довше залишаються в кишечнику. Це дозволить організму ефективніше засвоювати поживні речовини, змішуючи нерівномірно розподілені поживні речовини в більш рівномірні концентрації. Одночасно це дозволило б мікробіоті збільшитися перед тим, як її вимити з кишечника. Навпаки, перистальтика пришвидшила швидкість потоку через кишківник, що призвело до нижчого рівня поглинання поживних речовин, одночасно вимиваючи бактерії швидше.
Їстівна таблетка, надрукована на 3D, може сканувати мікробіом кишечника
Завдяки отриманим результатам команда Аліма припускає, що кишківник чергує дві схеми скорочення, щоб оптимізувати ефективність засвоєння поживних речовин, одночасно регулюючи ріст мікробіоти. Їхнє відкриття пропонує нове розуміння складної динаміки, яка пов’язує мікробіоту зі скороченнями м’язів у кишечнику, а також дає важливе розуміння того, як працює наша травна система. Опираючись на ці результати, дослідники могли б розробити нові способи діагностики та лікування захворювань, пов’язаних з кишківником.
Команда описує дослідження в Physical Review Letters,.
