Влияние проницаемости и свойств стенки на перистальтический транспорт химуса в толстой кишке
Автор: Пешин С.Е., Кучумов А.Г., Садеджи К.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 2 т.29, 2025 года.
Бесплатный доступ
Проницаемость стенки толстой кишки влияет на функциональные свойства кишечного барьера. Изза отсутствия стандартизации и методик измерения и оценки кишечной проницаемости результаты не всегда обладают достаточной надежностью. Математическое моделирование может помочь преодолеть эти проблемы в диагностике кишечной проницаемости.В качестве первого шага было необходимо разработать теоретическую модель перистальтического транспорта химуса в толстой кишке с проницаемой стенкой. Была разработана нестационарная двумерная модель течения химуса с учетом податливости и проницаемости стенки кишечника (рассматриваемого как неньютоновская жидкость). Для моделирования всасывания жидкости стенкой кишечника использовался закон Дарси. Реология химуса описывалась моделью Сиско. Скорость течения химуса представлена как функция амплитуды и скорости перистальтической волны. При уменьшении просвета кишки в жидкой среде формируется область, где скорость достигает максимального значения, uf = 0,2 см/с. Распределение скоростей всасывания в стенках толстой кишки было определено в зависимости от параметров перистальтической волны. Максимальная скорость всасывания частиц составила 0,08 см/с (при этом частицы в жидкой среде двигались с максимальной скоростью 0,2 см/с). Увеличение скорости распространения волны в два раза приводит к изменению давления по закону Дарси в 2,5 раза. Применение связанной модели взаимодействия жидкости и твердого тела с учетом проницаемости в толстой кишке позволяет рассматривать в совокупности три физических явления: течение химуса (жидкости), взаимодействие между жидкостью и стенкой, а также процесс всасывания жидкости, обусловленный проницаемостью. Выявлено, что влияние амплитуды волны окажется более значительным, чем скорость ее распространения.
Закон Дарси, толстая кишка, проницаемость, взаимодействие жидкости и твердого тела
Короткий адрес: https://sciup.org/146283138
IDR: 146283138 | УДК: 531/534: [57+61] | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2025.2.10
Effect of permeability and wall properties on peristaltic transport of chyme in the colon
Permeability of colon wall characterizes the intestinal barrier functional properties. Despite a number of assays to measure and evaluate an intestinal permeability, additional research is nec-essary for clinical use. Due to a lack of standardization and complexity of current methodologies, the results are sometimes not very reliable. Mathematical modeling and numerical simulation may overcome such problems in the intestinal permeability diagnostics. As a first step it is necessary to develop a theoretical model for peristaltic chyme transport in the colon with permeable wall. A transient 2-D FSI simulation of chyme considered as a non-Newtonian fluid and permeable colon wall has been performed. Darcy's law was adopted to simulate fluid absorption in the intestinal wall. Sisco model was used to model the chyme rheology. Chyme flow velocity was obtained as functions of the amplitude and velocity of the peristaltic wave. As the lumen decreases, a region is formed in the fluid domain where velocity increases to maximum value uf = 0,2 cm/s. The distribu-tion of absorption rates in the walls of the colon was obtained in terms of the peristaltic wave parameters. The maximum absorption velocity of particles in the porous domain was 0,08 cm/s (with particles moving in the fluid domain with a maximum velocity of 0,2 cm/s). An increase of wave propagation in two times leads to a change in Darcy's pressure by 2,5 times. Application of the coupled model of fluid-structure interaction and permeability in the colon allows to combine three physical phenomena: the flow of chyme (liquid), the interaction between liquid and solid, and absorption due to permeability. The influence of wave amplitude is predicted to be stronger than the influence of propagating wave speed.
