[发明专利]一种人体胃-小肠道消化模拟方法及装置

说明书

本发明公开了一种人体胃‑小肠道消化模拟方法及装置，本发明实现了对胃及小肠消化室pH值的实时动态调控，同时能够输出pH动态曲线；通过实时调控胃排空和肠转运的速度，实现了食物在不同消化道之间的实时流动；更真实、全面的模拟了人胃‑小肠道的消化状态和环境；本发明能够实现对不同人群体外消化过程的模拟，包括早产儿、足月儿、成人和老人等各类人群；本发明在人工胃液中使用兔胃脂酶或角质酶，更真实的模拟人胃脂酶。

技术领域

本发明属于仿生学技术领域，涉及一种人体胃肠道消化模拟装置及基于该装置的模拟实验方法，具体涉及一种离体条件下模拟人体胃肠道环境条件和食物消化过程及基于该系统模拟消化的方法。

背景技术

食物和药物在人体胃肠道的消化是一个复杂的过程，涉及化学、酶和机械作用。消化过程决定食物的可利用性、饱腹感产生、药物释放效率、微生物存活性或灭活，以及食源有毒物质转化和释放。因此，食品和药物的消化过程评价在营养学、食品科学、微生物学、药理、毒理和生物技术领域的基础研究和产品开发中具有广泛应用价值。但是，复杂消化过程的研究在技术上十分困难，费用很高，也受到严格伦理限制。替代研究方法包括动物模型和人工消化系统。在目前已有的动物模型中，猪被认为是模拟人体上消化道(胃和小肠)的最佳动物。通常通过两种方式研究食物在猪胃肠道内的消化过程，一种是在摄食后的特定时间将猪宰杀，另一种则是在猪身上安插针头和导管。尽管动物与人体存在生理相关性，但受限于伦理、技术及个体差异性，体内试验不能持续进行。同时，模型动物消化系统与人体存在差异。例如在研究婴儿消化时，裂齿类动物消化系统发育程度类似于人体早产儿，而仔猪消化系统远比足月儿发达，影响其研究结果在人体中的应用。此外，发达国家限制动物研究应用，随着我国动物伦理体系的逐渐完善，动物模型在消化研究方面的应用也将逐渐受到限制。与体内研究相比，体外技术省时、省力、灵活、成本低、重复性好、无个体差异影响，因此近年来得到了广泛关注和应用。

目前，体外静态系统已广泛应用于食品的消化研究中。这些模型由1个或多个生物反应器构成，模拟了消化道不同区段的环境。在每个反应器(口、胃、十二指肠等)内，pH值、离子强度和消化酶浓度都是固定的，如科学家Porter等人在2007年开发出的pH-stat法就是通过在反应过程中不断用碱液中和释放出的脂肪酸的方法，保证整个反应体系pH的稳定，进而尽可能的接近食物在小肠内的消化环境。虽然这类静态模型非常简单，也方便使用，但是并没有考虑肠道理化条件的动态变化以及食物在不同消化道间的流动。因此，科学家们又陆续开发了几种不同的体外动态消化系统，比如由荷兰组织(TNO)开发的TIM系统，该系统可以实现食物摄入、消化液分泌，食物蠕动和排空以及温度和pH值的实时调控。另外一种系统是肠道微生态模拟器(SHIME)。这两种模拟装置非常有用，但这种系统的胃和小肠部分也是静态消化模型，没有考虑胃和小肠消化过程内容物的动态转运和消化液动态释放，同时，其价格非常昂贵，难以在一般实验室普及。

综上，现有的涉及人体消化模拟的相关研究仍存在一些局限性：1)未考虑肠道理化条件的动态变化，尤其是胃部pH的实时动态变化；2)未考虑食物在不同消化道之间的实时流动，包括胃排空和肠转运过程；3)未根据人群特点进行对应参数的调整，包括早产儿、足月儿、成人和老人等各类人群。因此，仍需要一套简单的、易清洗的、能动态运作的体外消化模拟模型。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有人体胃-小肠道消化模拟方法及装置存在的问题，提出了本发明。

因此，作为本发明的一个方面，本发明目的是提供一种人体胃-小肠道消化模拟方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种人体胃-小肠道消化模拟方法，其包括，