小肠绒毛运动对葡萄糖传质与吸收过程的影响：建模模拟研究

发布时间：2021-07-05 09:59

　　深入理解消化器官内壁的多级多尺度结构及其复杂的运动方式在消化吸收过程中起到的关键作用,对人类健康具有重要意义。但一直以来,未有定论。本工作着眼于人体小肠绒毛,从化学工程师的独特视角出发,理解其结构和运动方式对传质和吸收的影响。文中建立了多物理场耦合计算流体力学（CFD）模型描述小肠绒毛运动驱动下的营养物质传递与吸收。成功将动网格方法和传质-流动模型耦合,实现对绒毛往返周期运动的调控。通过周期性边界条件的实施,实现利用含五根绒毛的吸收单元模拟整个小肠壁面附近流动与传质的目标。同时建立分析方法,引入传质增强因子,量化传质与吸收效果。基于上述方法,通过数值模拟,发现绒毛沿着小肠管路轴向的往返运动,可以形成两个特征涡流,有效提升绒毛间隙间流体和外部流体的交换,减小径向的传质阻力。绒毛表面葡萄糖吸收通量呈非均匀分布,顶部通量明显高于底部,说明绒毛顶部在吸收中起到了关键作用。在一个运动周期中,传质增强因子先由1增大到最大值,再逐步减小到略小于1,最后有所回升。绒毛运动周期越小,最大传质增强因子越高,吸收量越大。绒毛越高,最大传质增强因子越高,再加上吸收面积越大,总吸收量会显著提升。在本工作研究的参... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３：小肠壁面的多尺度结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３：?Ｔｈｅ?ｍｕｌｔｉｓｃａｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｗａｌｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｍａｌｌ?ｉｎｔｅｓｔｉｎｅ??

肠方向行进。??Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ?Ｐｅｒｉｓｔａｌｓｉｓ??Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ?Ｂｏｌｕｓ??ａ??＾?ｔ、、、二?ｚ—－?—１??ｈｔｔｐｓ；．，ｃｏｕｒｓｅｓ．Ｉｕｍｅｎｌｅａｎｉｉｎｇ．ｃｏｎＶａｐ２／ｃｈａｐｔＣＴ／ｔｂｅ－ｓｍａｌｌ－ａｉｖｄ?ｈｔｔｐ?：／７ｗｗｗ．?ｓｔｒｅａｍｐｏｉｍａｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅ．ｃｏｎｉ－ｗｐ－??ｌａｒｇｅ?ｉｎｔｅｓｔｉｎｃｓｖ，?ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐ！ｏａｄｓ．；２０１５／０２／＇?１０１９０１?ｊｐｇ??图１．４：宏观尺度小肠壁面的分节运动和蠕动??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４：?Ｉ?ｈｅ?ｍｏｔｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｍａｌｌ?ｉｎｔｅｓｔｉｎｅ?ａｔ?ｍａｃｒｏｓｃａｌｅ：?ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｐｅｒｉｓｔａｌｓｉｓ??无论是分节运动还是蠕动，都是宏观尺度的运动，促进小肠整个肸体内的物质传??输。另有报道，微小的绒毛也会在消化过程屮发牛运动。祌ｍ仑玷绒毛附衿的肌肉??收缩形成微小褶皱，其上绒毛从而发牛靠近和远离的运动（阽阁丨．５）?｜ｈ７１。还冇？种??理论是绒毛自带平滑肌纤维，会产生自彳：的來Ｍ摆动（见阁丨．６）?｜８、这些微观尺、上??５??

丨了：言?小肠绒毛运动对葡萄糖传质与吸收过程的影响：诖模模拟研究??的绒毛运动，同样也可以促进物质传递。??＾?＼?Ｂｘ－ｖｉｖｏ?Ｓｃｈｅｎｕｉｆｉｃ?Ｍｏｄｅｌ??．．．－二１１１－＇?乂‘』ｌｉａｍｘａＬＵｕｘＵ＾?［■』」鱼??＿二—＿??？。調?■一＋??－??．一?？—??一？?ｃｏｎｉｆａｃｔＫｊｎ?４???图１．５：微观尺度小肠绒毛的运动：微褶皱方式［６７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５：?Ｔｈｅ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ｖｉｌｌｉ?ａｔ?ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｍｉｃｒｏｆｏｌｄｓ｜６／７］??婦＿??＇?＾＞ｖ，ｒ??图１．６：微观尺度小肠绒毛的主动运动：摆动方式??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６：?Ｔｈｅ?ｐｒｏａｃｔｉｖｅ?ｐｅｎｄｕｌａｒ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ｖｉｌｌｉ?ａｔ?ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅｆ８?９］??１．１．３理论意义及应用价值??开展针对消化系统的实验和模拟研宄，深入理解消化吸收过程，具有重要的理论??意义和应用价值。??就理论角度而言，揭示消化和吸收机理，可以帮助科学家揭开许多未解之谜。例??如，消化器官内壁的多级多尺度结构在消化吸收过程中起到哪些作用？消化器官壁面??的各种运动如何分别影响腔体内物质的混合与传输？??就应用角度而言，研究幵发的预测模型以及发现总结的新知识可以在多个领域中??６??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3265860