บทความเบื้องหลังนี้จัดทำขึ้นเพื่อ Livescience โดยร่วมมือกับมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
ในขณะที่ฟองอากาศหายใจออกลอยไปตามผิวน้ำอย่างสนุกสนานนักดำน้ำลึกว่ายน้ำในมหาสมุทรเพื่อตรวจสอบปะการัง ปะการังขยับหนวดของพวกเขาจับแพลงก์ตอนและสิ่งมีชีวิตที่อุดมด้วยสารอาหารอื่น ๆ อาหารที่พวกเขาต้องการเพื่อความอยู่รอด ในขณะที่ปะการังซองสารอาหารกระแสน้ำไหลและคลื่นลูกใหญ่เคลื่อนที่ผ่านทะเลผสมน้ำและสารอาหาร ผลที่ได้คือการแลกเปลี่ยนแบบไดนามิกและเป็นของเหลว หนึ่งสามารถเห็นภาพการผสมที่คล้ายกันและการแลกเปลี่ยนสารอาหารผ่านการโต้ตอบของระบบย่อยอาหารของมนุษย์- ในท่อย่อยอาหารหรือที่รู้จักกันในลำไส้เล็กสารอาหารซิปผ่านร่างกายโดยการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ สิ่งเหล่านี้ทำให้อาหารถูกบีบตามทางเดินอาหารในทิศทางเดียวทำหน้าที่เหมือนกระแสมหาสมุทร ผสมกับการเคลื่อนไหวของ peristaltic ที่เป็นระเบียบการเคลื่อนไหวของผนัง "sloshing" กลับไปกลับมาดูเหมือนจะมีฟังก์ชั่นการผสมที่คล้ายกับคลื่นมหาสมุทรที่ผ่านปะการัง ลำไส้ยังเรียงรายไปด้วยไมโครเทนเท็นบนผนังด้านใน หนวดเหล่านี้มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าเรียกว่า "Villi" Villi มีกล้ามเนื้อดังนั้นพวกเขาจึงเลื้อยและผสมสารอาหารที่เดินทางไปตามผนังลำไส้ การเคลื่อนไหวของ Villi ทำให้ของเหลวหมุนไปในทิศทางที่แตกต่างกัน การเคลื่อนไหวนี้ก่อให้เกิด eddies เล็ก ๆ และการโต้ตอบที่นำไปสู่การย่อยอาหารที่ดีขึ้นวิธีการย่อยอาหารของวิลลี่ช่วยปฏิสัมพันธ์ของสารอาหารเหล่านี้กับ villi ภายในลำไส้เล็กมีขนาดเล็กเกินไปที่จะมองเห็นด้วยตาเปล่าและนักวิจัยยังไม่ได้ถ่ายภาพการโต้ตอบของ Villi เหล่านี้ด้วยเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กขั้นสูง (MRI) มันจะเป็นการดีที่จะได้เห็นกิจกรรมฟลูอิดิคนี้ในการเคลื่อนไหวที่ทำให้ท้องของคุณบ่นและพังทลาย! เช่นเดียวกับศิลปินที่แสดงถึงความลึกและหล่อหลอมวัสดุเพื่อสร้างรูปทรงภาพ James Brasseur และทีมสหสาขาวิชาชีพของเขากำลังแสดงผลงานศิลปะของตัวเองผ่านการวิจัยของพวกเขาที่ Penn State University ทีมวิจัยกำลังถ่ายภาพกระบวนการขนส่งขนาดมหึมาที่เคลื่อนย้ายของเหลวในลำไส้ Brasseur มีความเชี่ยวชาญในด้านเครื่องกล-สรีรวิทยาการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และการวิเคราะห์ภาพของระบบทางเดินอาหาร (GI) ในการอธิบายงานของเขา Brasseur กล่าวว่า "งานของฉันคือการแก้ปัญหาทางการแพทย์ที่ต้องการข้อมูลทางวิศวกรรมฉันมุ่งเน้นไปที่ปัญหาสองชั้น: neurophysiology ของการติดตาม GI และการประเมินผลทางคลินิกและการบำบัด" ด้วยความช่วยเหลือของทีมวิจัยซึ่งรวมถึง Thomas Neuberger และ Yanxing Wang นักเรียน Gino Banco และ Amit Ailiani และนักวิจัยร่วม Andrew Webb และ Nadine Smith, Brasseur และทีมของเขากำลังศึกษาแบบจำลองการขนส่งสารอาหาร กลุ่มได้พัฒนาแบบจำลองสองมิติหลายระดับโดยใช้วิธี Lattice Boltzmann (LBM) "LBM เป็นเครื่องมือในการคำนวณสำหรับการวิเคราะห์ปัญหาวิศวกรรมชีวภาพของเรา" Brasseur กล่าว LBM ทำนายพฤติกรรมของการเคลื่อนที่ของของเหลวในทางคณิตศาสตร์เพื่อจำลองการผสมและการขนส่งแมโครกับไมโครและการขนส่งในลำไส้ ปัจจุบันดร. บราสเซอร์และทีมกำลังขยาย LBM สองมิติไปสู่การศึกษาสามมิติเกี่ยวกับวิธีการที่ Villi ช่วยกระบวนการย่อยอาหารอย่างไร Brasseur กำลังเปรียบเทียบการขนส่งสารอาหารของกระบวนการย่อยอาหารในระดับมหภาคและระดับจุลภาค "เรากำลังคาดหวังว่าการเคลื่อนไหวของวิลลีจะช่วยย่อยอาหารได้อย่างไรเราคิดว่ามันจะช่วยย่อยอาหารได้อย่างไรเพราะมันทำให้สารอาหารสัมผัสกับเยื่อบุผิวเร็วกว่าถ้าไม่เคลื่อนไหว"การหดตัวของกล้ามเนื้อไม่เพียงพอในด้านการวิจัยนี้ Brasseur กำลังตรวจสอบการเคลื่อนไหวของของเหลวและอาหารภายในลำไส้เล็ก ทีมวิจัยของเขากำลังศึกษาการมีปฏิสัมพันธ์และการปรับขนาดของการผสมไมโครของ Villi ร่วมกับการผสมระดับมหภาคของของเหลวภายในลำไส้ "กระบวนการย่อยอาหารเกี่ยวข้องกับการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อในผนังลำไส้ (เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1-2 ซม.) กับการเคลื่อนไหวของ villi (ที่ความยาว 0.03-0.04 ซม.) แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นวัตถุเล็ก ๆ แผนการในอนาคตสำหรับกลุ่มวิจัยของ Brasseur คือการจับคู่แบบจำลอง LBM ของการเคลื่อนที่ของของไหลด้วยการจำลอง "โมเลกุลพลวัต" (MD) ของโมเลกุลของสารอาหารที่แตกต่างกัน “ หนึ่งในขั้นตอนต่อไปของเราคือการรวมโมเลกุลของสารอาหารแต่ละตัวในแบบจำลองของเรา” เขากล่าว "เมื่อเราสามารถทำสิ่งนี้ได้เราสามารถศึกษาได้ว่าโมเลกุลของสารอาหารที่เฉพาะเจาะจงเคลื่อนไหวได้เช่นเราสามารถเปรียบเทียบโมเลกุลน้ำตาลกับโมเลกุลโปรตีนซึ่งเคลื่อนที่แตกต่างกันในลำไส้เล็กด้วยโครงการนี้ฉันได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับลำไส้ทั้งหมดยกเว้นลำไส้ใหญ่ เมื่อถูกถามเกี่ยวกับคำแนะนำสำหรับนักวิจัยในอนาคต Brasseur กล่าวว่า "ฉันขอแนะนำให้คุณมองโลกรอบตัวคุณและพยายามคิดออกมาสิ่งนี้อาจคงอยู่ตลอดชีวิตที่เหลือของคุณ" มันอาจเพิ่มการเบี่ยงเบนทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจในการเดินทางด้วยการทำอาหาร/สมุทรศาสตร์ครั้งต่อไปของคุณไปยังทะเลแคริบเบียน
- แบบทดสอบ: ส่วนต่างๆของร่างกาย
- โรคลึกลับ 10 อันดับแรก
- 7 อาหารเพื่อความอยู่รอดที่สมบูรณ์แบบ
หมายเหตุบรรณาธิการ: งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) หน่วยงานรัฐบาลกลางถูกเรียกเก็บเงินจากการระดมทุนการวิจัยขั้นพื้นฐานและการศึกษาในทุกสาขาของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมดูเบื้องหลังการเก็บถาวร-
