… fundierte Kenntnisse der Flüssigkeitsdynamik des Mageninhalts sind entscheidend für das Verständnis und die Modellierung des Abbaus von Nahrungsstrukturen und der daraus folgenden Freisetzung von Nährstoffen während der Verdauung. Neuartige bildgebende Verfahren haben in jüngster Zeit die In-vivo-Visualisierung verschiedener Funktionen des Magens ermöglicht; diese Informationen wurden erfolgreich zur Entwicklung einer neuen Generation von In-vitro-Systemen genutzt, die einzigartige Möglichkeiten zur Analyse des Abbaus von Nahrungsstrukturen unter verschiedenen physiologischen Bedingungen bieten. Aufgrund der komplexen Geometrie und Motilität des menschlichen Magens war die experimentelle Charakterisierung des lokalen, momentanen und 3-D-Verhaltens der Magenströme jedoch bisher nicht möglich. Ziel dieser Arbeit war es, ein 3D-Computational Fluid Dynamic (CFD)-Modell der Magengeometrie und -motilität während der Verdauung zu entwickeln und damit das lokale Strömungsverhalten und die Bewegung diskreter Nahrungspartikel in Verbindung mit Flüssigkeiten mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften zu analysieren. Es gibt keine eindeutige Beschreibung der Größe oder Form des menschlichen Magens. Die Geometrie des Magens variiert von Person zu Person erheblich und wird zudem von einer Vielzahl biologischer Faktoren beeinflusst. Auf der Grundlage dieser Beobachtung wurde ein vereinfachtes 3-D-Modell entwickelt, das die durchschnittliche Größe eines menschlichen Magens in der postprandialen Phase wiedergeben kann. Wie in Abb. 1 gezeigt, stellt das Modell den Magen als J-förmiges Organ mit einer größeren Krümmung von 34 cm, einem maximalen Querdurchmesser von 10 cm, einem Pylorussphinkterdurchmesser von 1,2 cm und einem Fassungsvermögen von 0,9 L dar. Unmittelbar nach dem Essen ermöglicht eine „rezeptive Entspannung“ der proximalen Wand dem Magen die Aufnahme und Speicherung der aufgenommenen Mahlzeit, ohne dass es zu einem signifikanten Anstieg des Magendrucks kommt. Diese Reaktion wird dann durch eine „adaptive Entspannung“ aufrechterhalten, die den Magentonus als Reaktion auf die spezifischen Eigenschaften der Mahlzeit moduliert, und es wird vermutet, dass sie die Verteilung und Entleerung des Mageninhalts beeinflusst. Diese Reaktionen (bekannt als „Magenakkommodation“) wurden im Hinblick auf die Gesamtveränderung des Magenvolumens analysiert, aber bisher wurde keine genaue Charakterisierung ihrer Dynamik veröffentlicht. Eine weitere motorische Reaktion während der postprandialen Periode ist die Ausbreitung einer Reihe regelmäßiger peristaltischer Kontraktionswellen (ACW) mit zunehmender Amplitude. Es wird angenommen, dass diese Wellen, die ihren Ursprung im Bereich des Magenschrittmachers haben und sich in Richtung Pylorus ausbreiten, die intragastrischen Bewegungen entwickeln, die den chemischen und mechanischen Zerfall der Nahrungsstrukturen fördern. Im Gegensatz zur „Magenakkommodation“ wurde die Dynamik der ACWs mit Hilfe fortschrittlicher MRT-Techniken erfolgreich charakterisiert. Auf der Grundlage der von Pal et al. gelieferten Dynamik der ACWs wurde die Ausbreitung der ACWs numerisch simuliert, indem ein Algorithmus entwickelt wurde, der jeden Knoten des Rechengebiets in Abhängigkeit von der Zeit identifiziert und verlagert. Die ACWs wurden alle 20 Sekunden in 15,1 cm Entfernung vom Pylorus ausgelöst, sie breiteten sich mit einer konstanten horizontalen linearen Geschwindigkeit von 0,23 cm.s-1 aus, ihre Breite wurde als konstant angenommen und betrug 2,0 cm entlang der Magenmittellinie, und ihre relative Okklusion erreichte einen Wert von 80 % in 1,5 cm Entfernung vom Pylorus (Abb. 2). Da der Magen als geschlossenes und inkompressibles Fließsystem modelliert wurde, wurde zur Gewährleistung der Kontinuität eine Reihe von tonischen Kontraktionen definiert, um die durch die ACWs verursachten Schwankungen der Magenkapazität auszugleichen. Es wurde angenommen, dass diese Kontraktionen die proximale Magenwand in Umfangsrichtung deformieren, wobei die Prozentsätze der Kontraktion/Expansion linear von 0 % (in der Mitte des Korpus) bis zu einem zeitabhängigen Höchstwert von bis zu 8 % (am oberen Ende des Fundus) ansteigen. Die Flüssigkeitsdynamik der Magenströme wurde als inkompressibel und laminar angenommen und durch die Lösung der Kontinuitäts- und Impulsbilanzen der Gleichungen 1 und 2 modelliert, …