Negli sforzi per combattere l'obesità e migliorare l'assorbimento dei farmaci, gli scienziati hanno studiato a fondo come i succhi gastrici nello stomaco scompongono il cibo ingerito e altre sostanze. Però, meno si sa su come i complessi schemi di flusso e gli stress meccanici prodotti nello stomaco contribuiscono alla digestione.

Ricercatori dalla Francia, Michigan, e la Svizzera costruirono un prototipo di antro artificiale, o basso ventre, per presentare una comprensione più profonda di come le forze fisiche influenzano la digestione del cibo in base alla fluidodinamica. In Fisica dei fluidi , rivelano un effetto di classificazione basato sulla rottura delle gocce di liquido combinato con fenomeni di trasporto derivati ​​da simulazioni al computer complementari.

Le parti rilevanti dello stomaco sono il corpo, dove viene conservato il cibo; l'antro, dove il cibo è macinato; e il piloro, o sfintere pilorico, la valvola tissutale che si collega all'intestino tenue. Le contrazioni muscolari a onde lente iniziano nel corpo, con la velocità e l'ampiezza dell'onda che aumentano per formare le onde di contrazione antrale (ACW) mentre si propagano verso il piloro.

Il dispositivo dell'antro dei ricercatori è costituito da un cilindro, chiuso ad un'estremità a imitare un piloro chiuso, e un pistone cavo che si muove all'interno del cilindro per replicare gli ACW. Come verificato attraverso simulazioni al computer e misurazioni sperimentali, il prototipo produce le caratteristiche di flusso a getto retropulsivo che esistono nell'antro.

La disintegrazione degli alimenti viene quantificata determinando la rottura delle gocce di liquido nei campi di flusso prodotti dagli ACW. I ricercatori hanno studiato diversi sistemi di fluidi modello con varie viscosità per tenere conto delle ampie proprietà fisiche del cibo digerito. La dimensione della goccia e altri parametri ricordano le condizioni di uno stomaco reale.

La rottura della goccia si è verificata vicino alla superficie del pistone cavo, dove il campo di flusso ha mostrato velocità più basse ma velocità di deformazione più elevate, esponendo così la caduta a sollecitazioni di taglio più elevate per un periodo di tempo più lungo. Nessuna rottura si è verificata per gocce vicino al centro del pistone, perché le sollecitazioni e i tempi di residenza sono sempre più ridotti.

"I risultati estratti da questo semplice prototipo hanno approfondito le conoscenze sul processo di disintegrazione che avviene nello stomaco, " ha detto il co-autore Damien Dufour. "Le gocce vicino al muro si romperanno mentre vengono trasportate verso il piloro. Le gocce al centro ritornano verso il corpo, senza grandi riduzioni dimensionali, per disintegrarsi in seguito. Si può percepire questa azione combinata degli ACW come un effetto di classificazione".

L'articolo "Indagine sulle caratteristiche di dispersione del flusso d'onda di contrazione antrale in un modello semplificato dello stomaco distale" è scritto da Damien Dufour, Franz X. Tanner, Kathleen Feigl, e Erich J. Windhab. L'articolo apparirà in Fisica dei fluidi il 3 agosto 2021.