Моделирование ферментативных процессов в двенадцатиперстной кишке для прогнозирования областей повышенного риска функциональных нарушений

Моделирование ферментативных процессов в двенадцатиперстной кишке для прогнозирования областей повышенного риска функциональных нарушений

Автор: Камалтдинов Марат Решидович

Журнал: Анализ риска здоровью @journal-fcrisk

Рубрика: Медико-биологические аспекты оценки воздействия факторов риска

Статья в выпуске: 3 (39), 2022 года.

Бесплатный доступ

Разработаны модели двенадцатиперстной кишки с учетом моторики, биохимических реакций, происходящих под действием секретируемых пищеварительных соков, и всасывания продуктов реакции в нормальном состоянии и при наличии функциональных нарушений. На основе литературных данных были выделены основные компоненты желчи, ферменты панкреатического и кишечного сока, которые воздействуют на поступающие в двенадцатиперстную кишку жиры, белки и углеводы. Представлена упрощенная схема преобразования компонент пищи с учетом нервно-гуморального механизма регуляции пищеварения. Поступающий в двенадцатиперстную кишку химус рассматривается как гомогенная смесь, которая меняет свой состав в процессе химических реакций. Математическая постановка задачи включает в себя уравнения сохранения массы и импульса для многокомпонентной вязкой жидкости. Секреция пищеварительных соков и всасывание образовавшихся в результате реакций компонент описаны с помощью массовых источников / стоков в трубе в пристеночном слое. Для описания моторики тракта использован перистальтический закон движения стенок двенадцатиперстной кишки, характеристики движения не зависят от состава смеси. Получены результаты численных экспериментов для описания гидролиза 5%-ного раствора крахмала под воздействием панкреатической амилазы, из которых видно, что не весь крахмал вступает в химическую реакцию, что согласуется с экспериментальными данными. Представлены поля концентраций компоненты глюкозы, амилазы, крахмала в различные моменты времени и поле скоростей жидкости. На следующем этапе разработки модели предполагается учесть всасывание компонент пищи, функциональные нарушения секреции / всасывания и моторики кишечника, влияние нервных и гуморальных механизмов. В перспективе разработанная модель может быть использована для прогнозирования областей повышенного риска развития функциональных нарушений, образования язв и других дефектов слизистого покрова тракта, что поможет врачу назначить индивидуальное лечение, персональный режим питания.

Еще

Двенадцатиперстная кишка, многокомпонентная смесь, математическое моделирование, пищеварительные соки, ферменты, секреция, перистальтика, глюкоза

Короткий адрес: https://sciup.org/142236522

IDR: 142236522   |   DOI: 10.21668/health.risk/2022.3.18

Список литературы Моделирование ферментативных процессов в двенадцатиперстной кишке для прогнозирования областей повышенного риска функциональных нарушений

  • Денисов С.Д., Коваленко В.В. Анатомическая характеристика рельефа слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки человека // Медицинские новости. - 2013. - № 11. - C. 11-15.
  • Гормональная функция двенадцатиперстной кишки в норме и патологии / А.В. Щербатых, А.А. Реут, О.А. Маркелов, С.М. Кузнецов // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). - 1998. - Т. 14, № 3. - С. 5-9.
  • Литовский И.А., Гордиенко А.В. Гастродуоденальные язвы и хронический гастрит (гастродуоденит). Дискуссионные вопросы патогенеза, диагностики, лечения. - СПб.: ООО «Изд-во «СпецЛит», 2017. - 304 с.
  • Lam S.K. Pathogenesis and pathophysiology of duodenal ulcer // Clin. Gastroenterol. - 1984. - Vol. 13, № 2. -P. 447-472.
  • Мезенцева Л.В., Перцов С.С. Математическое моделирование в биомедицине // Вестник новых медицинских технологий. - 2013. - Т. XX, № 1. - С. 11-13.
  • Harrison S.M., Cleary P.W., Sinnott M.D. Investigating mixing and emptying for aqueous liquid content from the stomach using a coupled biomechanical-SPH model // Food Funct. - 2018. - Vol. 9, № 6. - P. 3202-3219. DOI: 10.1039/c7fo01226h
  • Quantification of gastric emptying caused by impaired coordination of pyloric closure with antral contraction: a simulation study / S. Ishida, T. Miyagawa, G. O'Grady, L.K. Cheng, Y. Imai // J. R. Soc. Interface. - 2019. - Vol. 16, № 157. -P. 20190266. DOI: 10.1098/rsif.2019.0266
  • Kamaltdinov M., Zaitseva N., Trusov P. A mathematical model of the multiphase flow in the antroduodenum: consideration of the digestive enzymes and regulation processes // Series on Biomechanics. - 2018. - Vol. 32, № 3. - P. 36-42.
  • Fullard L.A., Lammers W.J., Ferrua M.J. Advective mixing due to longitudinal and segmental contractions in the ileum of the rabbit // Journal of Food Engineering. - 2015. - Vol. 160. - P. 1-10. DOI: 10.1016/jjfoodeng.2015.03.017
  • Mixing and emptying of gastric contents in human-stomach: A numerical study / C. Li, J. Xiao, X.D. Chen, Y. Jin // J. Biomech. - 2021. - Vol. 118. - P. 110293. DOI: 10.1016/jjbiomech.2021.110293
  • Li C., Jin Y. A CFD model for investigating the dynamics of liquid gastric contents in human-stomach induced by gastric motility // Journal of Food Engineering. - 2021. - Vol. 296. - P. 110461. DOI: 10.1016/jjfoodeng.2020.110461
  • Sinnott M.D., Cleary P.W., Harrison S.M. Peristaltic transport of a particulate suspension in the small intestine // Applied Mathematical Modelling. - 2017. - Vol. 44. - P. 143-159. DOI: 10.1016/j.apm.2017.01.034
  • Modelling Flow and Mixing in the Proximal Small Intestine / N. Palmada, J.E. Cater, L.K. Cheng, V. Suresh // Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. - 2020. - P. 2496-2499. DOI: 10.1109/EMBC44109.2020.9176688
  • The role of circular folds in mixing intensification in the small intestine: A numerical study / J. Zha, S. Zou, J. Hao, X. Liu, G. Delaplace, R. Jeantet, D. Dupont, P. Wu [et al.] // Chemical Engineering Science. - 2021. - Vol. 229. - P. 116079. DOI: 10.1016/j.ces.2020.116079
  • Hari B., Bakalis S., Fryer P. Computational modeling and simulation of the human duodenum [Электронный ресурс] // Excerpt from the Proceedings of the 2012 COMSOL Conference in Milan. - 2012. - URL: https://www.comsol.com/ paper/download/151975/hari_paper.pdf (дата обращения: 15.03.2022).
  • Бойчук И.П. Перистальтический транспорт вязкой жидкости в цилиндрических трубах // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2005. - № 29. - С. 142-143.
  • Анкудинова С.А., Новокшонова Ю.Ю., Тойгонбеков А.К. Моторно-эвакуаторные нарушения верхних отделов кишечника у больных, оперированных по поводу рака желудка // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. - 2012. - Т. 12, № 2. - С. 35-37.
  • Subsite mapping of the human pancreatic alpha-amylase active site through structural, kinetic, and mutagenesis techniques / G.D. Brayer, G. Sidhu, R. Maurus, E.H. Rydberg, C. Braun, Y. Wang, N.T. Nguyen, C.M. Overall, S.G. Withers // Biochemistry. - 2000. - Vol. 39, № 16. - P. 4778-4791. DOI: 10.1021/bi9921182
  • Stiefel D.J., Keller P.J. Preparation and some properties of human pancreatic amylase including a comparison with human parotid amylase // Biochim. Biophys. Acta. - 1973. - Vol. 302, № 2. - P. 345-361. DOI: 10.1016/0005-2744(73)90163-0
  • Mass transfer and nutrient absorption in a simulated model of small intestine / A. Tharakan, I.T. Norton, P.J. Fryer, S. Bakalis // J. Food Sci. - 2010. - Vol. 75, № 6. - P. E339-E346. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2010.01659.x
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp