Theo một nghiên cứu của các nhà nghiên cứu ở Đức và Mỹ, để duy trì sự cân bằng lành mạnh giữa quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng và quần thể vi khuẩn, ruột người có thể luân phiên giữa hai kiểu co cơ riêng biệt. Thông qua các mô phỏng, một nhóm do Karen Alim tại Đại học Kỹ thuật Munich cho thấy rằng những mô hình này về bản chất có liên quan đến tốc độ của chất lỏng chảy qua ruột.
Cách mà hệ thống tiêu hóa của chúng ta hấp thụ chất dinh dưỡng bị ảnh hưởng nặng nề bởi sự co cơ trong ruột của chúng ta. Điều này có thể xảy ra thông qua hai cách có thể: trong nhu động, các cơ xung quanh ruột non co bóp triệt để và thư giãn. Những cơn co thắt này lan truyền như một làn sóng, thúc đẩy dòng chảy nhanh của thức ăn được tiêu hóa dọc theo ống. Vận chuyển yếu hơn được thúc đẩy bởi sự phân đoạn – nơi các cơ trên thành trong của ruột co lại và thư giãn theo mô hình giống như một bàn cờ gợn sóng.
Một yếu tố quan trọng khác đằng sau sự hấp thụ chất dinh dưỡng trong ruột là số lượng lớn vi khuẩn sống bên trong ruột, được gọi chung là “hệ vi sinh vật”. Những vi khuẩn này cạnh tranh với đường ruột khi chúng hấp thụ chất dinh dưỡng và đóng vai trò quan trọng trong hoạt động cũng như sức khỏe chung của đường ruột – nhưng cũng có thể gây ra các tác dụng phụ nguy hiểm nếu mật độ của chúng trở nên quá cao.
Từng hiện tượng trong số ba hiện tượng này đã được nghiên cứu độc lập ở một số chi tiết – nhưng cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa xem xét chúng có thể liên kết với nhau như thế nào. Để trả lời câu hỏi này, nhóm của Alim đã mô hình hóa ruột non như một hình trụ rỗng, có thể biến dạng với chất lỏng chứa đầy chất dinh dưỡng chảy qua. Sau đó, họ sử dụng mô phỏng động lực học chất lỏng để kiểm tra sự khác biệt giữa tốc độ dòng chảy do nhu động và sự phân đoạn tạo ra, cho phép họ theo dõi các tác động đối với quần thể vi khuẩn chảy qua ruột.
Mô hình cho thấy rằng tốc độ dòng chảy chậm hơn liên quan đến sự phân đoạn khiến chất dinh dưỡng tồn tại trong ruột lâu hơn. Điều này sẽ cho phép cơ thể hấp thụ các chất dinh dưỡng hiệu quả hơn, bằng cách trộn các chất dinh dưỡng trải đều không đồng đều thành các nồng độ đồng đều hơn. Đồng thời, nó sẽ cho phép hệ vi sinh vật phát triển lớn hơn trước khi bị đào thải ra khỏi ruột. Ngược lại, nhu động ruột đẩy nhanh tốc độ dòng chảy qua ruột – dẫn đến mức độ hấp thụ chất dinh dưỡng thấp hơn, đồng thời loại bỏ vi khuẩn với tốc độ nhanh hơn.
Viên thuốc ăn được in 3D có thể quét hệ vi sinh vật đường ruột
Từ kết quả của họ, nhóm của Alim đề xuất rằng ruột luân phiên giữa hai kiểu co bóp để tối ưu hóa hiệu quả hấp thụ chất dinh dưỡng, đồng thời điều chỉnh sự phát triển của hệ vi sinh vật. Khám phá của họ mang lại hiểu biết mới về các động lực phức tạp liên kết hệ vi sinh vật với các cơn co thắt cơ trong ruột, đồng thời cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cách hệ thống tiêu hóa của chúng ta vận hành. Bằng cách rút ra từ những kết quả này, các nhà nghiên cứu có thể phát triển những cách mới để chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến đường ruột.
Nhóm mô tả nghiên cứu trong Physical Review Letters.
