Численное моделирование распределения кислотности в антродуоденуме для идентификации аномальных зон при употреблении напитков с различным уровнем pH

Файл статьи: 
УДК: 
532: 612.3
Авторы: 

М.Р. Камалтдинов, Н.В. Зайцева, П.З. Шур

Организация: 

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Россия, 614045, г. Пермь, ул. Монастырская, 82

Аннотация: 

Описывается математическая модель многофазного течения в антродуоденуме и ее применение для прогнозирования характеристик пищеварительного процесса, в том числе для определения уровня pH. Предлагаемая подмодель антродуоденальной области желудочно-кишечного тракта разрабатывается в рамках математической многоуровневой модели эволюции поврежденности критических органов и систем организма человека при воздействии факторов риска. В подмодель введена поврежденность для нескольких участков тракта (тела желудка, антрума, дуоденума), поджелудочной железы и печени по трем функциям (моторной, секреторной и всасывательной). Математическая постановка задачи включает в себя запись уравнений сохранения массы и импульса для смеси жидких несжимаемых фаз, соотношений для вектора интенсивности потока массы за счет диффузионных процессов, соотношений для массовых источников за счет реакций, секреции и всасывания компонент, растворения пищи, начальных и граничных условий. Получены результаты численного эксперимента в случае употребления напитка c разным уровнем pH (2,3; 3,5; 7), которые показывают аномальное значительное повышение кислотности в области пилорического отверстия и луковицы двенадцатиперстной кишки при приеме напитка с уровнем pH равным 2,3. Представленные в работе результаты вносят вклад в развитие направления математического моделирования для описания многофазных течений в биоканалах переменной формы. Показано соответствие полученных уровней кислотности в различных участках антродуоденума иным опубликованным экспериментальным данным. В перспективе модель может быть применена для прогнозирования рисков развития поражений двенадцатиперстной кишки с выявлением областей их локализации при воздействии негативных факторов.

Ключевые слова: 
математическое моделирование, эволюция функциональных нарушений, антродуоденум, уровень pH, нейтрализация кислоты, повреждение слизистой, моторика тракта, факторы риска
Камалтдинов М.Р., Зайцева Н.В., Шур П.З. Численное моделирование распределения кислотности в антродуоденуме для идентификации аномальных зон при употреблении напитков с различным уровнем pH // Анализ риска здоровью. – 2017. – №1. – С. 38–46. DOI: 10.21668/health.risk/2017.1.05
Список литературы: 
  1. Авраменко А.А., Гоженко А.И., Гойдык В.С. К вопросу о локализации и численности язвенных дефектов, которые образуются у больных хроническим хеликобактериозом и при экспериментальном моделировании на крысах // Актуальные проблемы транспортной медицины. – 2008. – Т. 12, № 2. – С. 124–127.
  2. Математическая модель эволюции функциональных нарушений в организме человека с учетом внешнесредовых факторов / П.В. Трусов, Н.В. Зайцева, Д.А. Кирьянов, М.Р. Камалтдинов, М.Ю. Цинкер, В.М. Чигвинцев, Д.В. Ланин // Математическая биология и биоинформатика. – 2012. – № 2. – С. 589–610.
  3. Осадчий В.А., Буканова Т.Ю. Клинико-морфологические и патогенетические особенности эрозивно-язвенных поражений гастродуоденальной зоны у больных с различной тяжестью хронической сердечной недостаточности, ассоциированной с ишемической болезнью сердца // Журнал Сердечная Недостаточность. – 2014. – Т. 15, № 6. – С. 374–381. DOI: 10.18087/rhfj.2014.6.2004
  4. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду: монография / Г.Г. Онищенко, С.М. Новиков, Ю.А. Рахманин, С.Л. Авалиани, К.А. Буштуева / под ред. Ю.А. Рахманина, Г.Г. Онищенко. – М.: НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. – 408 с.
  5. Трусов П.В., Зайцева Н.В., Камалтдинов М.Р. Моделирование пищеварительных процессов с учетом функциональных нарушений в организме человека: концептуальная и математическая постановки, структура модели // Российский журнал биомеханики – 2013. – № 4. – C. 67–83.
  6. Цинкер М.Ю. Трехмерное моделирование дыхательной системы человека для задач оценки рисков здоровью при ингаляционной экспозиции химических веществ // Гигиена и санитария. – 2016. – Т. 95, № 1. – С. 90–93.
  7. A fully resolved active musculo-mechanical model for esophageal transport / W. Kou, A.P.S. Bhalla, B.E. Griffith, J.E. Pandolfino, P.J. Kahrilas, N.A. Patankar // Journal of Computational Physics. – 2015. – Vol. 298. – P. 446–465.
  8. A mathematical model of the immune and neuroendocrine systems mutual regulation under the technogenic chemical factors impact / N.V. Zaitseva, D.A. Kiryanov, D.V. Lanin, V.M. Chigvintsev // Computational and Mathematical Methods in Medicine. – 2014. – Vol. 2014. – P. 492489. DOI: 10.1155/2014/492489.
  9. A review of quantitative risk-benefit methodologies for assessing drug safety and efficacy report of the ISPOR risk-benefit management working group / J.J. Guo, S. Pandey, D. John, B. Bian, Y. Lis, D.W. Raisch // International Society for Pharmacoeconomics and Outcomes Research. – 2010. – Vol. 13. – P. 567–666.
  10. Acidic beverages increase the risk of in vitro tooth erosion / L.A. Ehlen, T.A. Marshall, F. Qian, J.S. Wefel, J.J. Warren // Nutr. Res. – 2008. – Vol. 28, № 5. – P. 299–303.
  11. Emde C., Garner A., Blum A.L. Technical aspects of intraluminal pH-metry in man: current status and recommendations // Gut. – 1987. – Vol. 28. – P. 1177–1188.
  12. Eradication of Helicobacter pylori increases gastric acidity in patients with atrophic gastritis of the corpusevaluation of 24-h pH monitoring / K. Haruma, M. Mihara, E. Okamoto, H. Kusunoki, M. Hananoki, S. Tanaka, M. Yoshihara, K. Sumii, G. Kajiyama // Alimentary Pharmacology & Therapeutics. – 1999. – Vol. 13. – P. 155–162.
  13. Erosive potential of soft drinks on human enamel: an in vitro study / Y.L. Wang, C.C., Chang, C.W. Chi, H.H. Chang, Y.C. Chiang, Y.C. Chuang, H.H. Chang, G.F. Huang, Y.S. Liao, C.P. Lin // J. Formos. Med. Assoc. – 2014. – Vol. 113, № 11. – P. 850–856.
  14. Ferrua M.J., Singh R.P. Computational modelling of gastric digestion: current challenges and future directions // Current Opinion in Food Science. – 2015. – Vol. 4. – P. 116–123.
  15. Ferrua M.J., Xue Z., Singh R.P. On the kinematics and efficiency of advective mixing during gastric digestion – A numerical analysis // Journal of Biomechanics. – 2014. – Vol. 47. – P. 3664–3673.
  16. Flow and mixing by small intestine villi / Y.F. Lim, C. de Loubens, R.J. Love, R.G. Lentle, P.W.M. Janssen // Food and Function. – 2015. – Vol. 6. – P. 1787–1795.
  17. Fullard L.A., Lammers W.J., Ferrua M.J. Advective mixing due to longitudinal and segmental contractions in the ileum of the rabbit // Journal of Food Engineering. – 2015. – Vol. 160. – P. 1–10.
  18. Hao S., Wang B., Wang Y. Density-dependent gastroretentive microparticles motion in human gastric emptying studied using computer simulation // European Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2015. – Vol. 70. – P. 72–81.
  19. Investigating the relationships between peristaltic contraction and fluid transport in the human colon us-ing Smoothed Particle Hydrodynamics / M. Sinnott, P.W. Cleary, J.W. Arkwright, P.G. Dinning // Computers in Biology and Medicine. – 2012. – Vol. 42, № 4. – P. 492–503.
  20. Lam S.K. Pathogenesis and pathophysiology of duodenal ulcer // Clinics in Gastroenterology. – 1984. – Vol. 13, № 2. – P. 447–472.
  21. McCloy R.F., Greenberg G.R., Baron J.H. Duodenal pH in health and duodenal ulcer disease: effect of a meal, Coca-Cola, smoking, and cimetidine // Gut. – 1984. – Vol. 25, № 4. – P. 386–392.
  22. Shay H., Sun D.C.H. Etiology and pathology of gastric and duodenal ulcer / In: Bockus H.L. Gastroenter-ology. – Philadelphia–London, 1968. – Vol. 1. – P. 420–465.
  23. The inhibiting effect of cola on gastric mucosal cell cycle proliferation in humans / S. Kapicioğlu, A. Baki, Y. Tekelioğlu, M. Arslan, M. Sari, E. Ovali // Scand. J. Gastroenterol. – 1998. – Vol. 33, № 7. – P. 701–703.
  24. The pH of beverages in the United States / A. Reddy, D.F. Norris, S.S. Momeni, B. Waldo, J.D. Ruby // J. Am. Dent. Assoc. – 2016. – Vol. 147, № 4. – P. 255–263.
  25. Toklu E. A new mathematical model of peristaltic flow on esophageal bolus transport // Scientific research and essays. – 2011. – Vol. 6. – P. 6606–6614.
  26. Trusov P.V., Zaitseva N. V., Kamaltdinov M.R. A multiphase flow in the antroduodenal portion of the gastrointestinal tract: a mathematical model // Computational and Mathematical Methods in Medicine. – 2016. – Vol. 2016. – P. 5164029.

Вы здесь