食道の動き、“数式”でわかる!?~不思議な動きの仕組みに迫るシンプルなモデルを開発~

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2025-08-20 九州大学

九州大学を中心とする研究グループは、食道の蠕動運動を数式で再現できる新たな数理モデルを開発しました。嚥下障害は誤嚥性肺炎などを引き起こす重要な医学的課題ですが、その原因となる食道の不思議な動きの仕組みは十分に理解されていませんでした。本研究では「脳からの指令→食道内の神経ネットワーク→筋肉の動き」という流れを組み込んだ枠組みを構築し、特に下部食道括約筋のオン・オフ切替を導入。これにより正常な食物輸送だけでなく、国際診断基準「シカゴ分類」で定義される病的運動も再現可能となりました。この成果は、嚥下障害の病態解明や治療法開発への応用が期待され、医学と数学を結ぶ新たな基盤となるものです。論文は「Royal Society Open Science」に掲載されました。

食道の動き、“数式”でわかる!?~不思議な動きの仕組みに迫るシンプルなモデルを開発~

<関連情報>

人間の食道運動機能の数学的モデル A mathematical model of human oesophageal motility function

Takashi Miura,Hiroshi Ishii,Yoshitaka Hata,Hisako Takigawa-Imamura,Kei Sugihara,Shin-Ichiro Ei,Xiaopeng Bai,Eikichi Ihara and Yoshihiro Ogawa
Royal Society Open Science  Published:20 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1098/rsos.250491

Abstract

Recent advances in various observation methods revealed several unique characteristics of oesophageal peristalsis and its disorders. However, a framework for understanding the oesophageal motility pattern is lacking. Here, we propose a simple mathematical model of the human oesophageal motility function. The model comprises central nervous system signals, enteric nervous system neurons (interneurons and motoneurons) and oesophageal smooth muscles. The neural function implements excitable dynamics at the oesophageal body and toggle-switch dynamics at the lower oesophageal sphincter. The local signal transmission in enteric nervous system and ‘the law of the intestine’ were also incorporated. The model behaviours can be understood using mathematical analysis, and we could reproduce the physiological dynamics of the normal oesophagus—deglutitive inhibition, unidirectional pulse transmission, restoration of lower oesophageal sphincter constriction and dilatation of the anal side of the pulse. In addition, we could reproduce various pathological motility patterns described in the Chicago classification by the combinations of parameter changes, which may provide insights into the possible pathogenesis of these disorders.

医療・健康
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