Математика помогла понять процесс пищеварения: неожиданные закономерности в работе толстой кишки

Группа исследователей из Пермского национального исследовательского политехнического университета и Университета Тегерана совершила прорыв в понимании работы толстой кишки. Их новое исследование, опубликованное в Российском журнале биомеханики, показало, как проницаемость стенок кишечника и перистальтические волны влияют на движение пищевой массы (химуса) и всасывание жидкости. Это открытие может помочь в диагностике и лечении таких заболеваний, как синдром раздраженного кишечника, воспалительные болезни и даже диабет.

Ученые создали уникальную математическую модель, которая объединила три ключевых процесса: движение химуса, сокращение стенок кишки и всасывание жидкости через пористые ткани. Оказалось, что при сокращении стенок кишки скорость химуса достигает 0,2 см/с, а максимальная скорость всасывания жидкости составляет 0,08 см/с. Интересно, что всасывание активнее не в пиках перистальтических волн, а между ними.

Одним из самых важных выводов исследования стало то, что амплитуда сокращений стенок кишки влияет на процесс сильнее, чем скорость распространения волн. Например, увеличение амплитуды в два раза ускоряет движение химуса в 2,5 раза, тогда как удвоение скорости волны дает лишь 1,5-кратный эффект. Это объясняет, почему при некоторых заболеваниях, например, диабете, нарушение перистальтики так сильно сказывается на здоровье.

Исследование также показало, как изменения проницаемости стенок кишки могут быть связаны с системными воспалениями и другими патологиями. Например, при хронических запорах повышенная проницаемость может провоцировать воспалительные процессы в организме. Ученые надеются, что их модель поможет разработать новые методы диагностики и лечения, основанные на индивидуальных параметрах пациента.

В будущем подобные модели могут быть использованы для персонализированной медицины, позволяя врачам точно прогнозировать и корректировать нарушения работы ЖКТ. Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований, Министерством науки и высшего образования РФ и Иранским национальным научным фондом, что подчеркивает его международную значимость.

Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.