胃内の食物流動の数値シミュレーションによる機能性ディスペプシアのメカニズムの解明

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胃の主な機能は食物の貯留・攪拌・排出である．攪拌機能は胃内の消化と密接に関連している．胃内の攪拌は蠕動運動と呼ばれる胃壁の運動によって引き起こされるが，加齢やストレスなどによってこの運動機能が低下すると，機能性消化不良といった疾患が起きることが知られている．しかしながら，機能性ディスペプシアの発生メカニズムは未だ不明である．そこで本研究課題では，数値解析を用いて，胃壁の運動機能が変化した時にどのように胃内の流れ場が変化するのか，流れ場の変化がどのように胃内容物の攪拌に影響するのかを明らかにすることを目的としている．まず，本研究では構築した計算力学モデルを用いて胃壁の運動機能と胃内容物攪拌の関係を調査した．特に，蠕動運動の伝播速度と発生周期，胃内容物の粘度等のパラメータを変化させたときに攪拌がどのように変化するかを調査した．胃壁の運動機能は，レイノルズ数とストローハル数という2つの無次元数で記述でき，それらと，胃内容物攪拌を定量化するために新たに提案したmixing efficiencyという指標との関係を解析した．レイノルズ数が大きく，ストローハル数が小さいほどよく攪拌されることが明らかになった．次に，胃蠕動運動が幽門（胃から十二指腸への出口部）で加速するterminal accelerationと呼ばれる現象が胃内容物攪拌に与える影響を解析し，terminal accelerationによって少ないエネルギーで効率よく胃内容物を攪拌している可能性が示唆された．これらの研究結果は，工学のみならず，生理学，医学分野においても重要なデータであり，今後の臨床応用が期待できる．