JP6168585B2

JP6168585B2 - 胃モデル装置

Info

Publication number: JP6168585B2
Application number: JP2013011949A
Authority: JP
Inventors: 小林　功; 功小林; 創作市川; 邦彦植村; 博幸神津; 友輝中田
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization; University of Tsukuba NUC
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization; University of Tsukuba NUC
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014142535A

Description

本発明は、食品の消化挙動の観察に適した胃モデル装置に関する。

特許文献１には、医療トレーニング用のシミュレーションモデルの１つとして胃モデルが提案されている。この提案では非磁性物質にて生体模型を成形し、視覚的に確認できない部分を３次元グラフィックにより表示し、また挿入する器具に磁気センサを用いることで、内視鏡、指などの位置と動きを３次元グラフィック上にリアルタイムで把握できるようにしている。

特許文献２には、患者の自然胃に置き換えるための人工胃が提案されている。この人工胃は胃の内部を食物リザーバ、サーボリザーバ及び液圧流体リザーバに分け、ポンプを用いてサーボリザーバと液圧流体リザーバ間で液体の出し入れを行うことで、食物リザーバ内の食物を食道から空腸に向けて送り込むようにしている。

非特許文献１には２つのタイプのシミュレーションモデルが提案されている。１つはＴＩＭ（TNO gastric-amall intestinal model）で、他の１つはＤＧＭ(Dynamic gastric model)である。
ＴＩＭモデルは、透明なチューブをつなげて食道、胃、小腸に模したものであり、チューブの途中から、胃液などの消化液を送り込むことができる構造になっており、ＤＧＭモデルは下方が絞られた透明な筒で胃体部を構成し、この胃体部の下方に幽門部を接続し、この幽門部の動きで食物を下方に送るようにしている。

ＷＯ２００６／０８５５６４特表２０１２−５０５０２４

foodtechnology ｐ７１〜７５（２０１０年１２月１日発行）

特許文献１に開示される胃モデルは、胃の手術のトレーニングに供するモデルで、食物の消化とは関係がなく、消化実験に用いることはできない。

特許文献２に開示される人工胃は外部から観察するものではなく、患者の体内に移植するものであり、特許文献１と同様に消化実験に用いることはできない。

非特許文献１に開示されたＴＩＭモデルはチューブを連結することで、食道、胃、小腸に模しているが、食物の移送には液圧を利用しており、胃のぜん動運動とは異なる運動であるので、胃液や小腸液による消化は観察できてもぜん動運動による物理的な消化を評価することができない。
また非特許文献１に開示されたＤＧＭモデルは、下方が絞られた胃体部の下方の幽門部を介して下方に食物を送り込むようにしているが、胃体部以外の部分では外部から食物の動きを観察することができずＴＩＭモデルと同様に食物の物理的な消化を評価することができない。

上記課題を解決するため本発明に係る胃モデル装置は、少なくとも前面が透明とされ下部が絞られ下端部に小孔が形成された胃本体と、この胃本体の左右の側壁を構成する弾性板と、前記胃本体の左右の側壁の外側に配置されるぜん動運動付与機構からなる構成である。

前記ぜん動運動付与機構としては、出来るだけヒトのぜん動運動に近い動きをする機構が好ましい。具体的には前記胃本体の左右の側壁と平行に配置された長円若しくは楕円軌道と、この軌道に取り付けられ前記左右の側壁を構成する弾性板を内側に押し込みつつ下方に移動するローラを備える機構が考えられる。

本発明に係る胃モデル装置によれば、胃ぜん動運動に極めて類似した運動を行わせることができ、しかも当該動きを外部から観察できるため、化学的な食物の消化のみならず、ぜん動運動による食物の物理的な消化も観察でき、正確な食品消化挙動の観察を行うことができる。

本発明に係る胃モデル装置の正面図図１のＡ−Ａ方向から見た平面図ぜん動運動付与機構を構成する部材を模式的に示した図同胃モデル装置を構成する胃本体の正面図胃本体の側面図ぜん動運動による胃本体内の食物の動きを示した図（ａ）〜（ｃ）は寒天ゲル粒子のサイズの経時変化を示す写真（ａ）は本発明装置による寒天ゲル粒子のサイズの経時変化を示すグラフ、（ｂ）は三角フラスコで振盪した従来法による寒天ゲル粒子のサイズの経時変化を示すグラフ模倣胃液と模倣唾液を添加した場合と添加しない場合の寒天ゲル粒子のサイズ毎の重量を表したグラフ

以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
胃モデル装置は基台１の上面に支柱２が固着され。この支柱２から側方に伸びるアーム３、３にて胃本体４が支持されている。

胃本体４はアクリル板などの透明板によって前後及び左右の壁体４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが構成されて全体形状が角筒状をなし、且つ左右の側壁４ｃ、４ｄは下方に向かって絞られ、下端を閉じる底板５には幽門と同程度の径の小孔６が形成されている。

前記左右の側壁４ｃ、４ｄには開口７が形成され、この開口７にゴムなどからなる弾性板８が枠体９を介して嵌め付けられている。尚、開口７を形成せずに側壁４ｃ、４ｄの下端に直接枠体９を取付けるようにしてもよい。

胃本体４の上面は蓋体１０にて閉じられ、この蓋体１０には食物を胃本体４内に送り込むためのチューブ１１が接続されている。蓋体１０を取り外し、食物を胃本体４内に直接入れることも可能である。また、前記底板５には小孔６からの食物を下方へ導くチューブ１２が接続されている。

前記胃本体４の左右にはぜん動運動付与機構２０、３０が配置されている。これらぜん動運動付与機構２０、３０は基台１の上面にフレーム２１、３１を設けている。フレーム２１には上下に離間して水平軸２２、２３を挿通し、水平軸２２には駆動スプロケット２４を、水平軸２３には被動スプロケット２５を取付け、これら駆動スプロケット２４及び被動スプロケット２５間に無限軌道を構成するチェーン２６を掛け渡し、このチェーン２６にアーム２７を介して複数のローラ２８が取り付けられている。

ここで、水平軸２２、２３を結ぶ線は側壁４ｃと平行になっており、ローラ２８は後述するモータの駆動力でチェーン２６が走行することで、前記弾性板８を内側に押し込みつつ上方から下方に向けて斜めに移動する。

同様にぜん動運動付与機構３０のフレーム３１には上下に離間して水平軸３２、３３が挿通され、水平軸３２には駆動スプロケット３４を、水平軸３３には被動スプロケット３５を取付け、これら駆動スプロケット３４及び被動スプロケット３５間に無限軌道を構成するチェーン３６を掛け渡し、このチェーン３６にアーム３７を介して複数のローラ３８が取り付けられている。

ぜん動運動付与機構２０と同様に、水平軸３２、３３を結ぶ線は側壁７と平行になっており、ローラ３８は後述するモータの駆動力でチェーン３６が走行することで、前記弾性板８を内側に押し込みつつ上方から下方に向けて斜めに移動する。

ローラ２８、３８の運動軌跡はチェーン２６、３６に取付けられているため、長円形状となるが、カム機構を介して楕円や任意の運動軌跡に沿ってローラ２８、３８を運動させ実際のぜん動運動により近い軌跡を作り出すことが可能である。

また、図示した実施例ではチェーン２６、３８にはローラ２８、３８を規則的な間隔で３個取付け、更にこれらのローラが弾性板８を押し込みつつ上方から下方に向けて斜めに移動する動きを同期させることで、健常者の実際のぜん動運動に近い動きをなすようにしている。
ローラ２８、３８を不規則な間隔で取り付けたり、これらのローラの動きを変えたり、さらにはローラの形状や素材を変えるたりすることで、ぜん動運動の機能疾患者のぜん動運動を模擬した動きをなすこともできる。

前記基台１の支柱にはモータ４０が取り付けられ、このモータ４０の軸には駆動プーリ４１が固着され、また基台１の上面の裏面には被動プーリ４２が取り付けられ、前記駆動プーリ４１と被動プーリ４２との間にタイミングベルト４３が掛け渡されている。

一方、被動プーリ４２に隣接して被動プーリ４３が基台１の上面の裏面に取り付けられ、被動プーリ４２の回転が反対方向の回転となって被動プーリ４４に伝達される構成となっている。

被動プーリ４２と前記駆動スプロケット２４の間にはタイミングベルト４５が掛け渡され、被動プーリ４４と前記駆動スプロケット３４の間にはタイミングベルト４６が掛け渡されている。

以上において、モータ４０を駆動して駆動プーリ４１を回転させると、タイミングベルト４３を介して被動プーリ４２が回転する。そして、被動プーリ４２の回転に連動して被動プーリ４４が反対方向に回転する。

被動プーリ４２が回転すると、タイミングベルト４５を介して駆動スプロケット２４が回転し、この駆動スプロケット２４と被動スプロケット２５との間に掛け渡されているチェーン２６が走行する。そしてチェーン２６に取付けられているローラ２８が弾性板８を内側に押し込みながら上から下に弧を描くように移動する。また、同様の機構によりローラ３８も上から下に弧を描くように移動する。

図６は胃本体４内に微細粒子が混ざった液体を入れ、ぜん動運動付与機構２０、３０による胃本体４内の液体の流動状態を微細粒子に光を当てその散乱光によって観測した図であり、ローラ２８、３８が上から下に移動すると、ローラ２８、３８によって最も絞られた部分よりも下側の空間の容積が小さくなる。その結果、当該空間内の液体の一部は幽門の径（約２ｍｍ）と同等の内径のチューブ１２を介して下方に送られるが、大部分の液体は矢印で示すように最も絞られた部分を介して上方空間に流れる。

上記の運動を繰り返すことで、固形食物は物理的に徐々に微細化され消化されやすい形態となる。図７（ａ）〜（ｃ）は上記の微細化の過程を寒天ゲルを用いて示した写真であり、（ａ）は開始時点、（ｂ）は１００分経過後、（ｃ）は１８０分経過後の状態を示しており、これらの写真から経時的に寒天ゲルがぜん動運動によって微細化されていることが分かる。尚、（ｃ）において上方部分の寒天ゲルの量が少なくなっているのは、微細化した寒天ゲルのかさ密度が増大すると共にゲルの一部が溶液中に溶け出し、さらにその一部がチューブ１２を介して排出されたからである。

図８（ａ）は本発明装置による寒天ゲル粒子のサイズの経時変化を示したグラフ、（ｂ）は三角フラスコを用いて振盪した従来法による寒天ゲル粒子のサイズの経時変化を示したグラフであり、（ａ）は図７（ａ）〜（ｃ）の内容と一致しており、（ｂ）で示した従来の三角フラスコを用いた場合には１８０分経過後も寒天ゲルの殆どが微細化されていないことが分かる。

図９は本発明に係る胃モデル装置を用い、模倣胃液と模倣唾液を添加した場合と添加しない場合の寒天ゲル粒子のサイズ毎の重量を表したグラフであり、このグラフから、模倣唾液に含まれるアミラーゼよりも低ｐＨの模倣胃液がぜん動運動によるゲル粒子の微細化を促進することが分かる。

本発明に係る胃モデル装置は研究機関のみならず、食品会社等において食品の消化、また、製薬会社等において薬剤の消化をシミュレーションする場合などに広く利用することができる。

１…基台、２…支柱、３…アーム、４…胃本体、４ａ、４ｂ…胃本体を構成する前後の壁体、４ｃ、４ｄ…胃本体を構成する左右の壁体、５…底板、６…小孔、７…開口、８…弾性板、９…枠体、１０…蓋体、１１…食物を供給するチューブ、１２…食物を下方へ導くチューブ、２０、３０…ぜん動運動付与機構、２１、３１…フレーム、２２、２３、３２、３３…水平軸、２４、３４…駆動スプロケット、２５、３５…被動スプロケット、２６、３６…チェーン、２７、３７…アーム、２８、３８…ローラ、４０…モータ、４１…駆動プーリ、４２…被動プーリ、４３…タイミングベルト、４４…被動プーリ、４５、４６…タイミングベルト。

Claims

少なくとも前面が透明とされ下部が絞られ下端部に小孔が形成された胃本体と、この胃本体の下方に向かって絞られる左右の側壁を構成する弾性板と、前記胃本体の左右の側壁の外側に配置されるぜん動運動付与機構からなり、前記ぜん動運動付与機構は前記胃本体の左右の側壁と平行に配置された長円若しくは楕円軌道と、この軌道にアームを介して取り付けられ前記左右の側壁を構成する弾性板を内側に押し込みつつ弧を描くように下方に移動する一対のローラを備え、前記一対のローラの下方への移動により胃本体内の空間のうち一対のローラによって絞られる部分よりも下側の空間の容積が小さくなることを特徴とする胃モデル装置。