Drevni Kinezi prakticirali su kopropanziju, dijagnozu zdravlja na temelju oblika, veličine i teksture izmeta. Isto su činili i Egipćani, Grci i gotovo svaka drevna kultura. Čak i danas vaš liječnik može pitati kada ste zadnji put imali utrobu i opisati to vrlo detaljno.
Povezani sadržaj
- Koliko su zebre pod stresom? Samo pitajte njihova krma
- Uspon i pad pingvinske kolonije, snimljen u Popu
- Provjera crijeva: Mandrills Njuškalo Poop kako bi izbjegli vršnjake s parazitima
- Zašto 10 dnevnih tona mravinjaka i dalje buri ovu kišnu šumu
Sigurno, neugodno je razgovarati. Ali tu dolazi znanost jer ono što ne volimo razgovarati može i dalje naštetiti. Sindrom razdražljivog crijeva, upalna bolest crijeva, gastrointestinalne infekcije i druge bolesti povezane s drogama koštaju Amerikance milijarde dolara godišnje.
Ali pokušaj zaustavljanja ovih problema nije bila naša glavna motivacija za pokušaj otkrivanja neke fizike defekacije. Bilo je to nešto drugo, mnogo zlobnije.
Iz osobnog promatranja, u laboratorij
Kad roditeljstvo pogodi, snažno udara. Jedan od nas je tata koji radi, koji je preživio naučeći novi skup vještina, od kojih je jedna bila fekalna analiza. Godine promjena pelena i tadašnja obuča o pelenama pretvorile su me iz novaka iz poo-analize u poznatog znalca. Moj život prolazi u nizu slika: kruti pelet izmet poput graška do dugi izmet poput glatke zmije do lokve smeđe vode.
Za razliku od starih, nismo vjerovali da možemo predvidjeti budućnost iz dječje stolice. Ali mi smo mislili da je vrijedno pokušati shvatiti odakle dolaze svi ti oblici. Imati laboratorij za odgovaranje na pitanja o svakodnevnom svijetu jedno je od najboljih zadovoljstava biti znanstvenikom.
Kao fluidni dinamičari, udružili smo snage s kolorektalnim kirurgom Danielom Chuom i dvojicom stalnih studenta, Candice Kaminski i Morgan LaMarca, koji su u Zoo Atlanti snimili defekaciju i ručno ubrali izmet 34 sisavaca kako bismo izmjerili njihovu gustoću i viskoznost.
Saznali smo da većina slonova i ostalih biljojeda stvara "plutače", dok većina tigrova i ostalih mesoždera stvara "potopioce". Nehotice smo također izložili izmet od većine do najmanje mirisa, počevši od tigra i nosoroga pa sve do pande. Raznolikost životinja u zoološkom vrtu pružila nam je niz fekalnih veličina i oblika koji su poslužili kao neovisni dokazi za potvrđivanje našeg matematičkog modela trajanja defekacije.
Izmet smo također stavili u uređaj koji se zove „reometar“, precizni miješalica koja može mjeriti svojstva tekućih i čvrstih materijala poput čokolade i šampona. Naš laboratorij dijeli dva reometra s fizikom Georgia Tech Albertom Fernandez-Nievesom. Od tada smo kategorisali reometre kao "čisti reometar" i "David Hu reometar" - koji su vidjeli njegov udio žablje sline, sluzi i izmeta.
Tajna brzine
Što smo još naučili? Veće životinje imaju duži izmet. I veće životinje također prkose većom brzinom. Primjerice, slon pobjeđuje brzinom od šest centimetara u sekundi, gotovo šest puta brže od psa. Brzina defekacije za ljude je između: dva centimetra u sekundi.
Odnos između tjelesne mase M i vremena defekacije. Simboli predstavljaju eksperimentalna mjerenja; isprekidana crta najbolje odgovara podacima; puna linija predstavlja teorijsko predviđanje. (Yang i ostali, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Zajedno, to je značilo da je trajanje defekacije konstantno kod mnogih životinjskih vrsta - oko 12 sekundi (plus ili minus 7 sekundi) - iako glasnoća jako varira. Pretpostavljajući raspodjelu krivulje zvona, 66 posto životinja potrebno je između 5 i 19 sekundi da bi se defecirali. Iznenađujuće je mali domet, s obzirom na to da izmet slona ima volumen od 20 litara, što je gotovo tisuću puta više od psećeg, na 10 mililitara. Kako se velike životinje mogu poraziti tako velikom brzinom?
Sluz na površini izmeta štakora sjaji na t = 0 i isparava za manje od 30 sekundi. (Yang i ostali, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Odgovor, otkrili smo, bio je u svojstvima ultra tankog sloja sluzi koji oblaže zidove debelog crijeva. Sloj sluzi je tanka poput ljudske dlake, toliko tanka da bismo je mogli mjeriti samo vaganjem izmeta dok je sluz ispala. Iako je tanka, sluz je vrlo sklizava, više od 100 puta manje viskozna od izmeta.
Tijekom defekacije feces se kreće poput čvrstog čepa. Stoga se u idealnim uvjetima kombinirana duljina i promjer izmeta jednostavno određuju oblikom rektuma i debelog crijeva. Jedno od velikih otkrića naše studije bilo je da se izmet proteže na pola puta dužine debelog crijeva od rektuma.
Jedinstvena teorija poopinga
Spajajući duljinu izmeta s svojstvima sluzi, sada imamo kohezivnu priču iz fizike o tome kako se događa defekacija. Veće životinje imaju duži izmet, ali i gušću sluz, što im omogućuje postizanje velikih brzina s istim pritiskom. Bez ovog sloja sluzi, defekacija možda neće biti moguća. Promjene sluzi mogu pridonijeti nekoliko oboljenja, uključujući kroničnu opstipaciju, pa čak i infekcije bakterijama poput C. difficile u gastrointestinalnom traktu.
Osim što smo jednostavno slijedili našu znanstvenu znatiželju, naša mjerenja izmeta također su imala nekoliko praktičnih primjena. Naši podaci o defekaciji pomogli su nam da dizajniramo pelene za odrasle za astronaute. Astronauti žele ostati u svemirskim odijelima sedam dana, ali ih pelene ograničavaju. Iskoristivši viskoznost izmeta, dizajnirali smo pelenu koja razdvaja izmet od izravnog kontakta s kožom. Bila je polufinalistica u NASA Space Poop Challengeu ranije ove godine.
To samo pokazuje da se fizika i matematika mogu koristiti svugdje, čak i u vašoj WC školjci.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
David Hu, izvanredni profesor strojarstva i biologije, vanredni izvanredni profesor fizike, Georgia Institute of Technology
Patricia Yang, dr. Sc. Student strojarskog strojarstva, Georgia Institute of Technology
