… Podstawowa wiedza na temat dynamiki płynów w treści żołądka jest krytyczna dla zrozumienia i modelowania rozpadu struktur żywności i w konsekwencji uwalniania składników odżywczych podczas trawienia. Nowe technologie obrazowania umożliwiły ostatnio wizualizację in-vivo różnych funkcji żołądka; informacje, które zostały z powodzeniem wykorzystane do opracowania nowej generacji systemów in vitro, które oferują unikalne możliwości analizy rozkładu struktur pokarmowych w różnych warunkach fizjologicznych . Jednakże, ze względu na złożoną geometrię i ruchliwość ludzkiego żołądka, eksperymentalna charakterystyka lokalnego, chwilowego i trójwymiarowego zachowania przepływów żołądkowych nie była dotychczas możliwa. Celem niniejszej pracy było opracowanie trójwymiarowego modelu obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) geometrii żołądka i jego motoryki podczas trawienia oraz wykorzystanie go do analizy lokalnego przepływu i ruchu dyskretnych cząstek pokarmu w połączeniu z płynami o różnych właściwościach reologicznych. Nie ma jednoznacznego opisu wielkości i kształtu ludzkiego żołądka. Jego geometria różni się znacząco u poszczególnych osobników, a także podlega ciągłemu wpływowi wielu czynników biologicznych. Na podstawie tej obserwacji opracowano uproszczony model trójwymiarowy, zdolny do odtworzenia przeciętnych wymiarów ludzkiego żołądka w okresie poposiłkowym. Jak pokazano na Rys. 1, model przedstawia żołądek jako organ w kształcie litery „J” o większej krzywiźnie 34 cm, maksymalnej średnicy poprzecznej 10 cm, średnicy zwieracza odźwiernika 1,2 cm i pojemności 0,9 L. Szczegóły dotyczące budowy i schematu siatki modelu są podane przez Ferrua i Singh . Bezpośrednio po jedzeniu, „receptywne rozluźnienie” proksymalnej ściany pozwala żołądkowi na przyjęcie i przechowywanie spożytego posiłku bez znaczącego wzrostu ciśnienia w żołądku. Odpowiedź ta jest następnie podtrzymywana przez „relaksację adaptacyjną”, która moduluje napięcie żołądka w odpowiedzi na specyficzne właściwości posiłku i podejrzewa się, że wpływa na dystrybucję i opróżnianie zawartości żołądka. Te odpowiedzi (znane jako „akomodacja żołądka”) były analizowane pod kątem ogólnych zmian objętości żołądka, ale do tej pory nie opublikowano dokładnej charakterystyki ich dynamiki. Inną reakcją motoryczną w okresie poposiłkowym jest propagacja serii regularnych fal skurczów perystaltycznych (ACW) o wzrastającej amplitudzie. Fale te, które powstają w miejscu rozrusznika żołądka i rozchodzą się w kierunku odźwiernika, mają wywoływać ruchy wewnątrzżołądkowe, które sprzyjają chemicznemu i mechanicznemu rozpadowi struktur pokarmowych, a ich wpływ na opróżnianie żołądka z płynów jest nadal przedmiotem dyskusji. W przeciwieństwie do „akomodacji żołądka”, dynamika ACW została z powodzeniem scharakteryzowana przy użyciu zaawansowanych technik MRI. W oparciu o dynamikę ACW przedstawioną przez Pal et al., propagacja ACW była symulowana numerycznie poprzez opracowanie algorytmu, który identyfikował i przenosił każdy węzeł domeny obliczeniowej w funkcji czasu. W szczególności, ACW były inicjowane co 20s w odległości 15,1 cm od odźwiernika, propagowały się ze stałą poziomą prędkością liniową 0,23 cm.s-1, ich szerokość została przyjęta jako stała i równa 2,0 cm wzdłuż linii środkowej żołądka, a ich względna okluzja osiągnęła wartość 80% w odległości 1,5 cm od odźwiernika (Rys. 2). Ponieważ żołądek był modelowany jako zamknięty i nieściśliwy system przepływu, dla zapewnienia ciągłości zdefiniowano serię skurczów tonicznych, aby skompensować zmiany pojemności żołądka spowodowane przez ACWs . Założono, że skurcze te będą obwodowo deformować proksymalną ścianę żołądka, z procentami skurczu/rozszerzenia, które wzrastały liniowo od 0% (w środkowej części trzonu) do maksymalnej wartości zależnej od czasu, sięgającej 8% (na szczycie dna). Dynamika przepływu płynów w żołądku została przyjęta jako nieściśliwa i laminarna, i była modelowana poprzez rozwiązywanie bilansów ciągłości i pędu podanych przez równania 1 i 2, …
.