МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ И ОРГАНОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА - Студенческий научный форум

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ И ОРГАНОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Звягинцева О.И. 1
1Курский государственный медицинский университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Моделирование процессов прохождения пищевого субстрата по желудочно-кишечному тракту (ЖКТ). Построим модель, позволяющую описать перемещения по ЖКТ пищевых масс, гидролиз и всасывание.

Введем следующие допущения.

  1. Процесс прохождения пищевого субстрата зависит только от его характеристик и не зависит от индивидуальных характеристик организма и от влияния на этот процесс других систем организма.

  2. ЖКТ представим в виде четырех камер: рот с пищеводом; желудок; тонкий кишечник; толстый кишечник.

  3. В модели четыре сфинктера: 1) кардиальный, разделяющий пищевод и желудок; 2) пилорический, разделяющий желудок и тонкий кишечник; 3) илеоцекальный – между тонким и толстым кишечником; 4) анальный. Сфинктер находится в одном из двух состояний: закрыт, открыт.

  4. Илеоцекальный сфинктер периодически открывается и закрывается. Кардиальный сфинктер закрыт, если давление или концентрация воды во рту меньше пороговых значений. Пилорический сфинктер закрыт, если в желудке давление или концентрация аминокислот меньше пороговых значений или если в тонком кишечнике давление больше порогового значения. Анальный сфинктер закрыт, если в толстом кишечнике давление меньше или концентрация воды больше пороговых значений.

  5. В каждую камеру поступает пищеварительный сок определенного ферментативного состава.

  6. В пище пять составляющих: белки, жиры, углеводы, вода, неперевариваемые ингредиенты. Биологически активные вещества, витамины, микроэлементы по суммарной биомассе малы и поэтому в отдельные группы не выделяются и в явном виде не учитываются.

  7. Пищевые полимеры дробятся ферментами до мономеров: белки – в полипептиды, а полипептиды – в аминокислоты; углеводы переходят в олигосахара, а олигосахара – в глюкозу; жиры переходят в соли жирных кислот и глицерин.

  8. Каждый из ферментов осуществляет гидролиз веществ, находящихся только в соответствующих камерах; в других камерах эти ферменты нейтрализуются.

  9. Всасывание происходит в тонком и толстом кишечниках.

  10. В толстом кишечнике впрыскивание массы не производится.

  11. Каждая i-я камера представляет резервуар с входным и выходным отверстиями.

  12. Пищевой субстрат в камере характеризуются массой miи концентрацией основных питательных веществ и продуктов их гидролиза.

Уравнение, описывающее изменение массы в i-й камере, имеет вид.

где Аi– поток, поступающий в i-ю камеру; Вi – поток, перетекающий из i-й камеры; i – поток вспрыскивания в i-ю камеру; bi – поток всасывания из i-й камеры.

За единицу времени камеру покидает масса Bi, равная

Bi = ρiviFi,

где ρi – плотность вещества в i-й камере; vi - линейная скорость перетока

массы из i-й камеры в (i+1)-ю камеру; Fi – площадь выходного отверстия i-й камеры.

Если сфинктер открыт, то скорость ui – перетока массы из камеры в камеру равна

vi = (pi – pi+1),

где pi, pi+1 – давления в камерах i и i+1 соответственно; a – коэффициент, зависящий от пищевого субстрата.

Потоки впрыскивания различны в разных камерах. Поток 1 впрыскивания в 1-ю камеру состоит из потока воды a11 и потока амилазы 12. Выражение потока 2 впрыскивания во 2-ю камеру представим в виде

2 = 21+22 + 23

где 21 – поток воды; 22 – поток соляной кислоты; 23 – поток впрыскивания пепсина.

Количество впрыскивания воды зависит от давления в желудке, а количество впрыскиваемых соляной кислоты и пепсина – от давления в желудке, от концентрации аминокислот, белка и полипептидов в желудке, а также от потока всасывания в кишечнике.

Поток 3, впрыскиваемый в тонкий кишечник, состоит из потока воды а35 и потоков ингредиентов панкреатического сока – секрета поджелудочной железы, содержащего ферменты, расщепляющие белки, жиры и углеводы. Это потоки пептидазы 31, амилазы 32, липазы 33 и желчи 34:

3 =

Поток пептидазы зависит от концентрации белка, полипептидов и аминокислот в кишечнике и давления воды в нем, поток амилазы – от концентрации углеводов, олигосахаридов и глюкозы, потоки липазы и желчи – от концентрации жира и свободных жирных кислот.

Процесс всасывания происходит в тонком и толстом кишечниках. В тонком кишечнике всасываются аминокислоты, глюкоза, эмульгированные жиры и продукты их гидролиза. Выражение, определяющее поток b3 всасывания в тонком кишечнике, представим в следующем виде:

где n3 – коэффициент; rn3 – текущая концентрация вещества n в 3-й камере; rn3 – постоянная концентрация вещества n в 3-й камере; mn3 – масса вещества n в 3-й камере. В толстом кишечнике всасываются вода и продукты пищевого гидролиза, которые не всосались в тонком кишечнике.

Поток b4 всасывания в толстом кишечнике равен:

где n4 – коэффициент; rn4 – концентрация вещества n в 4-й камере.

Изменение концентрации каждого вещества в соответствующей камере можно представить системой дифференциальных уравнений, если предположить, что скорости реакции гидролиза пропорциональны произведению концентраций реагирующих веществ (субстрата и фермента) и выполняется балансовое соотношение для суммарной массы.

Просмотров работы: 173