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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．

The digestive tract is composed of muscle tissue, tissue control system, food contact system, mechanical field information perception system, and mucosa tissue complex. This study aims to provide information on the mechanical field generated by digestive tract tissue, the vibration of tendon tissue, the movement of food transportation and agitation, and the function of digestive tract. In 2022, the organization of muscle contraction and relaxation, the movement of digestive tract, the organization of mechanical field analysis, mathematical model, numerical value, communication, the mechanical field information, the use of motion, the function of biological system construction, the fundamental principle of the solution, the preparation of the digestive tract movement, numerical value, communication, The muscle contraction and relaxation of the digestive tract movement and the existence of food flow in the digestive tract calculation and construction. A description of the shape of the digestive tract tissue by the Kirchhoff-Love shell theory, a description of the flow by the boundary integral method, and a description of the relaxation of the digestive tract tissue by the plastic mechanics theory. In this paper, the mathematical model of the fluid structure is analyzed. In addition, the construction of a number of methods for the use of muscle tissue contraction and relaxation of the control of time and space, digestive tract movement and food transport and impact of the basic research.