… la conoscenza di base della fluidodinamica del contenuto gastrico è fondamentale per comprendere e modellare la scomposizione delle strutture alimentari e il conseguente rilascio di nutrienti durante la digestione. Le nuove tecnologie di imaging hanno recentemente permesso la visualizzazione in vivo di diverse funzioni gastriche; informazioni che sono state utilizzate con successo per sviluppare una nuova generazione di sistemi in vitro che offrono opportunità uniche per analizzare la scomposizione delle strutture alimentari in diverse condizioni fisiologiche. Tuttavia, a causa della complessa geometria e motilità dello stomaco umano, la caratterizzazione sperimentale del comportamento locale, istantaneo e 3-D dei flussi gastrici non è stata finora possibile. L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di sviluppare un modello fluidodinamico computazionale (CFD) 3-D della geometria e della motilità gastrica durante la digestione, e di utilizzarlo per analizzare il comportamento del flusso locale e il movimento di particelle alimentari discrete, in associazione con fluidi di diverse proprietà reologiche. Non esiste una descrizione unica delle dimensioni o della forma dello stomaco umano. La sua geometria varia significativamente tra gli individui, ed è anche continuamente influenzata da un gran numero di fattori biologici. Sulla base di questa osservazione, è stato sviluppato un modello 3-D semplificato, capace di riprodurre la dimensione media di uno stomaco umano nel periodo postprandiale. Come mostrato in Fig. 1, il modello raffigura lo stomaco come un organo a forma di “J” con una curvatura maggiore di 34 cm, un diametro trasversale massimo di 10 cm, un diametro dello sfintere del piloro di 1,2 cm e una capacità di 0,9 L. I dettagli relativi alla costruzione e allo schema di maglia del modello sono forniti da Ferrua e Singh. Subito dopo aver mangiato, un “rilassamento ricettivo” della parete prossimale permette allo stomaco di ricevere e immagazzinare il pasto ingerito senza un aumento significativo della pressione gastrica. Questa risposta è poi mantenuta da un “rilassamento adattivo” che modula il tono gastrico in risposta alle proprietà specifiche del pasto, ed è sospettato di influenzare la distribuzione e lo svuotamento del contenuto gastrico. Queste risposte (note come “accomodamento gastrico”) sono state analizzate in termini di variazioni complessive del volume gastrico, ma nessuna caratterizzazione accurata della loro dinamica è stata finora pubblicata. Un’altra risposta motoria durante il periodo postprandiale è la propagazione di una serie di onde regolari di contrazioni peristaltiche (ACW) di ampiezza crescente. Queste onde, che hanno origine nella sede del pacemaker gastrico e si propagano verso il piloro, dovrebbero sviluppare i movimenti intragastrici che favoriscono la disintegrazione chimica e meccanica delle strutture alimentari e il loro effetto sullo svuotamento gastrico dei liquidi è ancora attualmente dibattuto. A differenza dell'”accomodamento gastrico”, le dinamiche delle ACW sono state caratterizzate con successo utilizzando tecniche avanzate di risonanza magnetica. Sulla base della dinamica delle ACWs fornita da Pal et al. , la propagazione dell’ACW è stata simulata numericamente sviluppando un algoritmo che ha identificato e ricollocato ogni nodo del dominio di calcolo in funzione del tempo. In particolare, le ACW sono state avviate ogni 20s a 15,1 cm dal piloro, si sono propagate con una velocità lineare orizzontale costante di 0,23 cm.s-1, la loro larghezza è stata assunta costante e pari a 2,0 cm lungo la linea centrale dello stomaco, e la loro occlusione relativa ha raggiunto un valore di 80% a 1,5 cm dal piloro (Fig. 2). Poiché lo stomaco è stato modellato come un sistema di flusso chiuso e incomprimibile, per garantire la continuità sono state definite una serie di contrazioni toniche per compensare la variazione della capacità dello stomaco causata dalle ACW. Queste contrazioni sono state assunte per deformare circonferenzialmente la parete prossimale dello stomaco, con percentuali di contrazione/espansione che aumentavano linearmente dallo 0% (al corpo medio) a un valore massimo dipendente dal tempo fino all’8% (in cima al fondo). La fluidodinamica dei flussi gastrici è stata assunta incomprimibile e laminare, ed è stata modellata risolvendo i bilanci di continuità e quantità di moto dati dalle equazioni 1 e 2, …
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