Течение многокомпонентной смеси в желудке и двенадцатиперстной кишке с учетом функциональных нарушений: результаты численного моделирования для определения кислотности

Работа посвящена некоторым аспектам развития математической модели для описания течения смеси в антродуоденуме. Детально представлены материалы для численного исследования распределения уровня pH в антродуоденальном отделе желудочно-кишечного тракта. В состав однофазной многокомпонентной смеси включены растворенные на молекулярном уровне компоненты: соляная кислота, гидрокарбонат натрия, вода и продукт реакции кислоты и щелочи. Учитываются функциональные нарушения четырех участков антродуоденума по выполнению секреторной и моторной функций. Математическая постановка задачи включает в себя уравнения сохранения массы и импульса для компонент смеси с учетом массовых источников за счет секреции компонент и реакции нейтрализации. На стенках антродуоденума с учетом перистальтического движения в предположении прилипания частиц среды задаются кинематические граничные условия. На остальных границах исследуемой области (сечения входа/выхода) задаются значения массовых долей компонент первой фазы, давление и условия равенства нулю касательных компонент вектора напряжений. Для определения уровня pH смеси через концентрации компонент получены два алгебраических уравнения третьего и четвертого порядков. Идентификация параметров модели выполнена на основе литературных данных и проведенных ультразвуковых исследований. В расчетных сценариях исследуется влияние изначально повышенной кислотности (например, за счет принятой кислой жидкости) на динамическое распределение кислотности в тракте в зависимости от объема и pH жидкости, наличия функциональных нарушений секреции щелочи, моторики антрума. Показано, что напитки с pH = 2,3 обладают повреждающим потенциалом для слизистого покрова стенки тракта, особенно при наличии нарушений секреции щелочи. Предложенные в статье подходы в дальнейшем могут быть использованы для предоставления индивидуальных рекомендаций по потреблению напитков и пищи с повышенной кислотностью.