力学場の情報のフィードバックを考慮した消化管の機能的な運動機構の解明

考虑机械场信息反馈阐明胃肠道的功能运动机制

基本信息

批准号：
22K14145
负责人：
竹田宏典
金额：
$ 3万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

消化管は，能動的に力を発揮する筋組織と，各組織を制御する神経叢，そして，食物と接触して力学的な場の情報を感知することが示唆されている粘膜組織から成る複合組織である．本研究では，消化管組織に生じた力学場の情報が，筋組織の振る舞いへとフィードバックされることに着目し，食物の輸送や撹拌といった消化管の機能的な運動において，このフィードバック機構が果たす役割を明らかにすることを目的とした．筋組織の収縮と弛緩にともなう消化管の運動と，組織に生じる力学場を解析するため，数理モデリングと数値シミュレーションを通じて，力学場の情報を利用して運動する機能的な生体システム構築の根本原理を解明することに挑戦する．2022年度は，消化管運動の数値シミュレーションを行うための準備として，筋組織の収縮と弛緩にともなう消化管運動と，消化管内部に存在する食物の流れの計算モデルを構築した．消化管組織を薄肉円筒の超弾性体，食物をNewton流体とみなし，Kirchhoff―Love shell理論による消化管組織の変形の記述と，境界積分法による流れの記述，そして，塑性力学理論に基づいた筋組織の収縮と弛緩のモデル化を行った．さらに，これらの数理モデルを連成させた流体―構造連成解析を行うために，アイソジオメトリック解析手法を構築した．また，構築した数値シミュレーション手法を用いて，筋組織の収縮と弛緩の時空間的な制御が，消化管運動と，食物の輸送に及ぼす影響を明らかにするための基礎的な検討を行った．

胃肠道是一种复杂的组织，由肌肉组织组成，这些组织积极发挥力，控制每个组织的神经丛以及已建议接触食物和感官动态场信息的粘膜组织。这项研究的重点是以下事实：有关胃肠道组织中产生的动态场的信息被反馈到肌肉组织的行为中，并旨在阐明这种反馈机制在胃肠道功能运动中的作用，例如食物运输和搅动。为了分析胃肠道作为肌肉组织的收缩和放松以及组织中发生的动态场的运动，我们将挑战自己，以阐明构建功能生物系统的基本原理，这些功能生物系统利用机械领域的信息来通过数学建模和数字模拟移动。在2022财年，为了制定胃肠道运动的数值模拟，我们构建了与肌肉组织收缩和放松相关的胃肠道运动的计算模型，以及胃肠道中存在的食物流动。胃肠道组织被认为是薄壁的超弹性物体，而食物被认为是牛顿液的，而Kirchhoff-love壳壳理论描述了胃肠道组织的变形，边界积分方法描述了流动，以及基于塑料力学理论的肌肉组织收缩和放松的模型。此外，构建了一种均应分析方法，以使用耦合数学模型进行流体结构耦合分析。此外，使用构造的数值模拟方法，我们进行了一项基本研究，以阐明肌肉组织收缩的时空控制和放松对胃肠道运动和食物运输的影响。