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肠道作为人体消化系统组成部分,扮演着消化和吸收的重要角色。肠道以蠕动的方式完成对食物的混合、研磨、消化、吸收以及排出。在此过程中,多种因素可以影响肠道的组织形态和生物力学特性,例如饮食结构的改变会影响肠道内微生物群以及肠动态平衡,进而诱导肠道组织形态和生物力学特性的重建。观察肠道在生理和病理条件下的组织形态和生物力学特性的差异,可以更好地研究肠道的结构和生物力学特性的重建过程。因此,本文从肠道组织形态和生物力学角度出发,通过采用低纤维饲料(特殊配比制作)饲养新西兰兔,首先构建短期饮食结构改变的动物模型,研究十二指肠、空肠、回肠的组织形态学和生物力学特性重构。进一步构建长期饮食结构改变的动物模型,对小肠和结肠的重构进行系统性研究,同时探讨长期低纤维饮食对小肠和结肠蠕变特性的影响。最后从生物力学角度探究长期饮食结构改变对兔子十二指肠收缩特性的影响。本文的研究目的是利用主动、被动连续冲压,蠕变实验等手段深入研究肠道运输机制、平滑肌功能和肠道生物力学特性,明确低纤维饮食对兔子肠道的组织形态和生物力学特性的影响,为肠道多尺度复合数值模型的构建提供理论依据。 主要研究内容和结论如下: 1.短期低纤维饮食对兔子小肠的组织形态学和生物力学特性的影响 为探究饮食结构改变对兔子小肠的组织形态学和生物力学特性的影响,构建短期(一个月)低纤维饮食饲养的动物模型,对肠组织进行无荷载和零应力状态测量、连续被动冲压实验和组织学测量。结果表明,饮食干预组中十二指肠、空肠和回肠的单位长度湿重、肠壁厚度和肠壁面积均减小;组织学测量证实三段小肠管壁都变薄,其中空肠肠壁变化最显著,十二指肠次之,回肠不显著;且肠壁各层厚度均有降低,其中粘膜层厚度减少的最多;饮食干预组各肠段的展开角均增大,空肠的展开角的变化最显著;相比于对照组,饮食干预组中三段小肠的周向应力-应变曲线均向右移动,这表明饲养低纤维饮食一个月后,兔子小肠肠壁变软。本研究表明兔子食用低纤维饲料后,小肠的组织形态学和生物力学特性发生重建。 2.长期低纤维饮食对兔子小肠和结肠组织形态学和生物力学特性的影响 基于第一部分的研究,本部分拟探究长期饮食结构改变对兔子小肠和结肠的组织形态学和生物力学特性的影响,构建长期(五个月)低纤维饮食饲养的动物模型。在组织形态上,饮食干预组的肠壁厚度、壁面积、粘膜和肌层厚度均减小,而粘膜下层厚度增加。其中小肠粘膜层厚度的减少较短期组更明显;粘膜下层的组织疏松更加明显,厚度显著增加。在组织学上,研究结果表明饮食干预组中各肠段每层的胶原蛋白含量均有所下降。饮食干预组中结肠展开角变大,而回肠的展开角减少。饮食干预组所有肠管的应力-应变曲线均向右移动,说明长期低纤维饮食诱导肠道变软。四段肠道的被动蠕变曲线没有明显区别,表明组织粘弹性没有明显改变。单因素和多因素相关分析表明肠壁硬度与肠壁厚度和粘膜下层胶原含量显著相关。本研究与短期实验相比,兔子长期食用低纤维饮食后,小肠的组织形态学和生物力学发生了同等或更大程度的重建,结肠发生了与小肠类似的重建,但其程度较轻。 3.长期低纤维饮食对兔子十二指肠收缩性能的影响 基于前两部分的研究,本部分拟探究长期(五个月)低纤维饮食对兔子十二指肠收缩性能的影响。对长期低纤维饲养的兔子依次进行无荷载和零应力状态测量、主动流动实验和主动冲压实验。通过分析压力-直径曲线和应力-应变曲线,得到冲压实验中引发收缩的压力阈值、应力阈值和应变阈值,以及流动实验中最大收缩压力、最大收缩应力、最大收缩应变和收缩波频率。结果表明,饮食干预组的压力阈值、应力阈值和应变阈值均大于对照组;与对照组相比,干预组流动实验所引起的收缩波频率显著增加;而干预组最大收缩压力、最大收缩应力和最大收缩应变均显著降低。这表明兔子在长期饲喂低纤维饲料后,其十二指肠的收缩特性发生了显著改变。使用单因素和多因素相关分析方法,分别对收缩参数和组织形态学参数、收缩参数和应力-应变曲线特性参数进行分析,研究结果表明十二指肠收缩性变化与低纤维饮食诱导的组织形态学和生物力学重建显著相关。 通过上述研究证实,兔子在短期和长期低纤维饮食饲喂后,其肠道发生显著的组织形态学和生物力学重建。相比于短期,长期重建更明显;此外,长期饲喂后十二指肠的收缩特性也发生了显著改变。综上,肠道的结构、性能和机械感受特性明显受到低纤维饮食的影响。本文的研究结果丰富了消化道生物力学特性和组织重构的研究内容,并为其进一步研究提供理论依据,同时为未来人体组织类似的研究和相关诊疗提供新的思路。