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消化系統模拟消化過程

生活更新时间:2025-03-09 22:27:51

據外媒報道，為了對抗肥胖和促進藥物吸收，科學家們廣泛研究了胃中胃液如何分解攝入食物和其他物質。然而我們對胃中産生的複雜流動模式和機械壓力如何促進消化知之甚少。現在，來自法國、密歇根和瑞士的研究人員建造了一個人工胃窦的原型或稱下胃，從而基于流體動力學來深入了解物理力量事如何影響食物消化的。

消化系統模拟消化過程（科學家打造人工胃窦以揭示食物消化的流體動力學）1

在《Physics of Fluids》中發表的文章中，他們揭示了一種基于液滴破裂和互補計算機模拟導出的傳輸現象的分類效應。

胃的相關部位是儲存食物的器官；胃窦是食物被磨碎的地方；幽門或幽門括約肌是連接小腸的組織瓣膜的地方。慢波肌肉收縮從身體開始，随着波的速度和振幅的增加形成窦性收縮波(ACW)并傳播到幽門。

據了解，研究人員的胃窦裝置是由一個圓柱體和一個空心活塞組成，其中，圓柱體的一端蓋上蓋子以模仿幽門封閉的狀态，空心活塞則在圓柱體内移動以模仿ACW。通過計算機模拟和實驗測量驗證，該模型産生了腔内存在的反推射流特性。

研究人員通過測定ACW産生的流場中的液滴破碎來定量測定食物的分解。他們對不同粘度的不同模型流體系統展開研究，以此來解釋消化食物的廣泛物理特性。液滴的大小和其他參數類似于真正的胃。

液滴破碎發生在空心活塞表面附近，那裡的流場速度較慢但應變率較高，因此液滴在較長時間内受到較高的剪切應力。活塞中心附近的液滴沒有發生破裂是因為應力更小、停留時間更短。

論文合著者Damien Dufour說道：“從這個簡單的原型中提取的結果加深了對發生在胃中的分解過程的了解。靠近壁的液滴會在輸送到幽門時破裂。中心的液滴會返回到本體，體積則沒有大幅縮小，随後分解。人們可以将ACW的這種聯合作用視為分類效應。”

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