胃腸道模型講解演講人：日期:目

錄CATALOGUE02解剖結(jié)構(gòu)01概述03生理功能04關(guān)鍵器官詳解05疾病模型分析06應(yīng)用與展望概述01胃腸道模型定義生理結(jié)構(gòu)與功能模擬胃腸道模型是通過生物工程或計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建的、能夠模擬人體胃腸道解剖結(jié)構(gòu)、生理功能及消化過程的實(shí)驗(yàn)或計(jì)算系統(tǒng)，包括機(jī)械模型、細(xì)胞模型和數(shù)學(xué)模型等。多尺度建模涵蓋從分子水平（如消化酶活性）到器官水平（如胃排空動(dòng)力學(xué)）的多尺度模擬，以全面反映胃腸道的復(fù)雜生理機(jī)制。應(yīng)用領(lǐng)域界定主要用于藥物吸收研究、食品消化機(jī)制分析、疾病病理模擬及醫(yī)療器械測(cè)試等領(lǐng)域，是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的重要工具。研究背景與意義替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需求隨著倫理要求提高，開發(fā)高保真胃腸道模型可減少活體實(shí)驗(yàn)依賴，推動(dòng)“3R原則”（替代、減少、優(yōu)化）在科研中的應(yīng)用。個(gè)性化醫(yī)療發(fā)展通過模擬個(gè)體差異（如胃酸分泌水平、腸道菌群組成），為定制化營(yíng)養(yǎng)方案和精準(zhǔn)給藥提供理論支持。慢性病機(jī)制研究功能性胃腸?。ㄈ鏘BS）和代謝性疾?。ㄈ缣悄虿。┑牟±砩韺W(xué)研究需要?jiǎng)討B(tài)模擬消化-吸收-代謝全鏈條的模型支持。模型類型簡(jiǎn)介靜態(tài)體外模型如TIM-1（TNO胃腸道模型），通過固定pH梯度、酶灌注模擬上消化道環(huán)境，用于食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)估和藥物溶出測(cè)試，但缺乏動(dòng)態(tài)蠕動(dòng)模擬。動(dòng)態(tài)機(jī)械模型如HGS（人胃模擬器），配備可調(diào)節(jié)收縮頻率的硅膠胃囊和實(shí)時(shí)pH監(jiān)測(cè)，能復(fù)現(xiàn)胃排空延遲現(xiàn)象，適用于特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品開發(fā)。器官芯片系統(tǒng)集成微流控技術(shù)與腸道上皮細(xì)胞共培養(yǎng)，如腸芯片（Gut-on-a-Chip），可研究腸屏障功能、菌群-宿主互作等微觀生理過程。計(jì)算預(yù)測(cè)模型基于生理藥代動(dòng)力學(xué)（PBPK）的GI-Sim軟件，通過數(shù)學(xué)方程量化藥物在腸道的釋放、溶解和滲透過程，加速口服制劑研發(fā)。解剖結(jié)構(gòu)02口腔與食管解剖口腔結(jié)構(gòu)食管生理狹窄食管分層口腔由唇、頰、舌、腭、牙齒和唾液腺組成，具有咀嚼、濕潤(rùn)食物和初步消化的功能。舌表面分布有味蕾，負(fù)責(zé)味覺感知；唾液腺分泌唾液淀粉酶，開始碳水化合物的分解。食管壁分為黏膜層、黏膜下層、肌層和外膜四層。黏膜層由復(fù)層扁平上皮構(gòu)成，耐摩擦；肌層上段為骨骼肌，下段為平滑肌，中段混合分布，通過蠕動(dòng)推動(dòng)食物進(jìn)入胃部。食管存在三個(gè)生理性狹窄區(qū)，分別位于環(huán)咽肌、主動(dòng)脈弓交叉處和食管穿過膈肌處，這些區(qū)域是異物易卡頓和腫瘤好發(fā)部位，臨床內(nèi)鏡檢查需特別注意。胃部結(jié)構(gòu)組成胃的分區(qū)胃分為賁門部、胃底、胃體和幽門部四部分。賁門連接食管，幽門連接十二指腸；胃底常存留氣體，胃體是主要消化區(qū)域，幽門部通過幽門括約肌控制食糜排空速度。胃的血管神經(jīng)支配胃的動(dòng)脈來自腹腔干分支（胃左、右動(dòng)脈，胃網(wǎng)膜左、右動(dòng)脈），靜脈回流至門靜脈系統(tǒng)。迷走神經(jīng)支配胃的分泌和運(yùn)動(dòng)功能，交感神經(jīng)抑制胃腸活動(dòng)。胃壁顯微結(jié)構(gòu)胃黏膜含大量胃腺，主細(xì)胞分泌胃蛋白酶原，壁細(xì)胞分泌鹽酸和內(nèi)因子，黏液細(xì)胞分泌堿性黏液保護(hù)胃壁。肌層由斜行、環(huán)行和縱行三層平滑肌構(gòu)成，增強(qiáng)機(jī)械消化能力。小腸分為十二指腸、空腸和回腸。十二指腸接收膽汁和胰液，完成主要化學(xué)消化；空腸黏膜環(huán)形皺襞和絨毛密集，是營(yíng)養(yǎng)吸收的主要場(chǎng)所；回腸淋巴組織豐富，參與免疫防御。小腸與大腸特點(diǎn)小腸分段與功能大腸包括盲腸、結(jié)腸（升、橫、降、乙狀結(jié)腸）、直腸和肛管。結(jié)腸帶、結(jié)腸袋和腸脂垂是其典型特征；盲腸附有闌尾，富含淋巴組織；直腸壺腹暫存糞便，肛管括約肌控制排便。大腸的解剖特征大腸寄生約10^14個(gè)微生物，構(gòu)成腸道菌群，參與維生素合成（如維生素K、B族）、纖維發(fā)酵和免疫調(diào)節(jié)，菌群失衡可能導(dǎo)致炎癥性腸病或代謝性疾病。腸道微生態(tài)作用生理功能03消化過程機(jī)制機(jī)械性消化通過口腔咀嚼、胃蠕動(dòng)和腸道分節(jié)運(yùn)動(dòng)等物理作用，將食物破碎為小顆粒，增大與消化酶的接觸面積，促進(jìn)后續(xù)化學(xué)消化效率。01化學(xué)性消化依賴消化腺分泌的酶（如唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰脂肪酶）分解大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物分別降解為氨基酸、脂肪酸和單糖。神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)迷走神經(jīng)和胃腸激素（如胃泌素、膽囊收縮素）協(xié)同調(diào)控消化液分泌與蠕動(dòng)節(jié)律，確保消化過程與進(jìn)食節(jié)奏同步。微生物輔助作用腸道菌群通過發(fā)酵分解膳食纖維，產(chǎn)生短鏈脂肪酸等代謝產(chǎn)物，參與宿主能量供應(yīng)與黏膜屏障維護(hù)。020304營(yíng)養(yǎng)吸收原理主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與被動(dòng)擴(kuò)散葡萄糖、氨基酸通過鈉依賴載體蛋白主動(dòng)吸收；脂溶性物質(zhì)（如維生素A、D）依賴膽鹽乳化后經(jīng)被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入淋巴系統(tǒng)。吸收部位特異性十二指腸主要吸收鐵、鈣等礦物質(zhì)；空腸是碳水化合物和蛋白質(zhì)的主要吸收?qǐng)鏊?；回腸負(fù)責(zé)維生素B12和膽鹽的重吸收。絨毛結(jié)構(gòu)優(yōu)化吸收腸黏膜褶皺、絨毛和微絨毛形成巨大表面積（約200㎡），通過緊密連接蛋白調(diào)控物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)倪x擇性。肝腸循環(huán)機(jī)制膽汁酸在回腸末端被重吸收后經(jīng)門靜脈返回肝臟再利用，顯著提高脂類消化效率并減少代謝損耗。排泄與調(diào)節(jié)功能結(jié)腸通過鈉-氫交換體和氯通道重吸收90%水分，醛固酮可增強(qiáng)該過程以應(yīng)對(duì)脫水狀態(tài)，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。水電解質(zhì)平衡

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腸嗜鉻細(xì)胞分泌5-HT作用于迷走神經(jīng)傳入纖維，影響中樞飽食感與情緒；腸道菌群代謝物（如SCFAs）可通過血腦屏障調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥反應(yīng)。腸道-腦軸調(diào)節(jié)直腸充盈刺激引發(fā)脊髓-大腦皮層反射，通過盆神經(jīng)和陰部神經(jīng)協(xié)調(diào)肛門內(nèi)括約?。ㄆ交。┡c外括約?。M紋肌）的松弛與收縮。排便反射調(diào)控肝臟代謝產(chǎn)物（如膽紅素）經(jīng)膽汁排入腸道，與未被吸收的殘?jiān)纬杉S便；重金屬離子通過腸黏膜細(xì)胞脫落途徑排出體外。毒素排泄途徑關(guān)鍵器官詳解04胃的功能模型機(jī)械消化與化學(xué)消化協(xié)同作用胃排空與幽門括約肌控制胃酸分泌的神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)胃通過蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)（機(jī)械消化）將食物與胃液混合，同時(shí)胃酸（鹽酸）和胃蛋白酶（化學(xué)消化）分解蛋白質(zhì)，形成食糜。胃壁的黏膜層、肌層和漿膜層共同構(gòu)成其結(jié)構(gòu)模型，確保高效消化與保護(hù)功能。胃酸分泌受迷走神經(jīng)（神經(jīng)調(diào)節(jié)）和胃泌素（體液調(diào)節(jié)）雙重調(diào)控。胃底腺的壁細(xì)胞分泌鹽酸，主細(xì)胞分泌胃蛋白酶原，G細(xì)胞分泌胃泌素，形成動(dòng)態(tài)平衡的反饋機(jī)制。胃通過周期性收縮將食糜分批排入十二指腸，幽門括約肌調(diào)節(jié)排空速度以避免小腸過載。胃排空速率受食物性狀（如液體快于固體）和激素（如膽囊收縮素）影響。肝臟與膽囊作用肝臟的代謝與解毒功能肝臟是物質(zhì)代謝中樞，參與糖原合成與分解、脂肪代謝及蛋白質(zhì)合成。肝細(xì)胞通過細(xì)胞色素P450酶系統(tǒng)解毒外源性毒素（如藥物）和內(nèi)源性廢物（如氨），轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)排出。肝臟的免疫與凝血功能肝臟庫(kù)普弗細(xì)胞（Kupffercells）吞噬病原體，參與免疫防御；同時(shí)合成凝血因子（如纖維蛋白原、凝血酶原），維持凝血平衡。膽汁合成與膽囊儲(chǔ)存肝細(xì)胞持續(xù)分泌膽汁，其主要成分膽汁酸鹽可乳化脂肪，促進(jìn)脂類消化吸收。膽囊濃縮并儲(chǔ)存膽汁，進(jìn)食時(shí)通過膽囊收縮素（CCK）刺激收縮，將膽汁釋放至十二指腸。胰腺腺泡細(xì)胞分泌消化酶原（如胰蛋白酶原、胰淀粉酶、胰脂肪酶），進(jìn)入十二指腸后被腸激酶激活，分解蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪。導(dǎo)管細(xì)胞分泌碳酸氫鹽中和胃酸，保護(hù)腸道黏膜。胰腺分泌機(jī)制外分泌腺的酶原分泌胰島β細(xì)胞分泌胰島素降低血糖，α細(xì)胞分泌胰高血糖素升高血糖，δ細(xì)胞分泌生長(zhǎng)抑素抑制兩者分泌，形成精準(zhǔn)的血糖負(fù)反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)分泌腺的激素調(diào)控迷走神經(jīng)興奮直接刺激胰酶分泌；促胰液素（響應(yīng)十二指腸酸性環(huán)境）促進(jìn)碳酸氫鹽分泌，膽囊收縮素（CCK）促進(jìn)酶原分泌，實(shí)現(xiàn)消化適配。胰液分泌的神經(jīng)-激素調(diào)節(jié)疾病模型分析05潰瘍模型講解通過給予非甾體抗炎藥（如阿司匹林）或乙醇等化學(xué)刺激物，破壞胃黏膜屏障，模擬人類胃潰瘍的病理過程，用于研究黏膜修復(fù)機(jī)制及藥物干預(yù)效果?；瘜W(xué)誘導(dǎo)法幽門螺桿菌感染模型應(yīng)激性潰瘍模型利用幽門螺桿菌接種動(dòng)物（如小鼠或蒙古沙鼠），誘發(fā)慢性胃炎及潰瘍，用于研究細(xì)菌致病機(jī)制、宿主免疫反應(yīng)及抗生素治療方案。通過束縛-冷應(yīng)激或水浸應(yīng)激等方法，激活交感神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致胃黏膜缺血和酸分泌異常，模擬應(yīng)激性潰瘍，用于探討神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控及保護(hù)性藥物開發(fā)。炎癥性腸病模型DSS誘導(dǎo)結(jié)腸炎模型通過葡聚糖硫酸鈉（DSS）破壞腸道上皮屏障，引發(fā)急性或慢性結(jié)腸炎，模擬克羅恩病或潰瘍性結(jié)腸炎，用于評(píng)估抗炎藥物及腸道菌群調(diào)節(jié)作用。IL-10基因敲除模型利用缺乏抗炎因子IL-10的轉(zhuǎn)基因小鼠，自發(fā)發(fā)展為慢性腸炎，研究免疫失調(diào)在炎癥性腸病中的作用及靶向治療策略。TNBS化學(xué)性腸炎模型通過三硝基苯磺酸（TNBS）灌腸誘發(fā)Th1型免疫反應(yīng)，形成肉芽腫性病變，模擬克羅恩病病理特征，用于測(cè)試免疫抑制劑療效。癌癥模擬研究AOM/DSS結(jié)腸癌模型PDX模型（人源腫瘤異種移植）基因工程小鼠模型聯(lián)合使用致癌劑氧化偶氮甲烷（AOM）和DSS，誘發(fā)結(jié)腸炎相關(guān)癌變，研究慢性炎癥向腫瘤轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制及化學(xué)預(yù)防手段。通過靶向敲除APC、p53等抑癌基因或激活KRAS、β-catenin等致癌基因，構(gòu)建自發(fā)性胃腸道腫瘤模型，用于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)及靶向藥物篩選。將患者來源的胃腸道腫瘤組織移植至免疫缺陷小鼠，保留原發(fā)腫瘤的異質(zhì)性和分子特征，用于個(gè)體化治療方案預(yù)測(cè)及耐藥性研究。應(yīng)用與展望06藥物研發(fā)應(yīng)用胃腸道模型可模擬人體消化環(huán)境，用于評(píng)估藥物在胃腸道中的溶解性、滲透性和代謝特性，幫助優(yōu)化藥物劑型和給藥方案。藥物吸收與代謝研究通過模擬不同藥物在胃腸道中的相互作用，預(yù)測(cè)潛在的藥物-藥物或藥物-食物相互作用，提高藥物安全性評(píng)估的準(zhǔn)確性。替代部分人體試驗(yàn)，評(píng)估仿制藥與原研藥在胃腸道中的釋放和吸收行為差異，降低研發(fā)成本和時(shí)間。藥物相互作用分析利用胃腸道模型測(cè)試納米顆粒、脂質(zhì)體等新型遞藥系統(tǒng)的穩(wěn)定性和釋放特性，加速緩控釋制劑和靶向制劑的研發(fā)進(jìn)程。新型遞藥系統(tǒng)開發(fā)01020403仿制藥生物等效性評(píng)價(jià)臨床實(shí)驗(yàn)價(jià)值個(gè)體化治療方案優(yōu)化通過患者特異性胃腸道模型，模擬不同生理狀態(tài)下的藥物響應(yīng)，為個(gè)體化用藥提供數(shù)據(jù)支持，提高治療效果。疾病機(jī)制研究構(gòu)建病理狀態(tài)胃腸道模型（如炎癥性腸病、腸易激綜合征），研究疾病對(duì)藥物吸收的影響，輔助開發(fā)針對(duì)性治療策略。術(shù)前用藥評(píng)估為胃腸道手術(shù)患者建立個(gè)性化模型，預(yù)測(cè)術(shù)后藥物吸收變化，指導(dǎo)術(shù)后用藥方案的調(diào)整。特殊人群用藥指導(dǎo)模擬兒童、老年人等特殊人群的胃腸道環(huán)境，評(píng)估劑量調(diào)整需求，彌補(bǔ)臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足。未來技術(shù)趨勢(shì)將胃腸道模型與肝臟、腎臟等器官芯片連接，