De gamle kineserne praktiserte copromancy, diagnosen helse basert på form, størrelse og tekstur på avføring. Det gjorde egypterne, grekerne og nesten enhver gammel kultur. Selv i dag kan legen din spørre når du sist hadde en avføring og beskrive den i utsøkt detalj.
Relatert innhold
- Hvor stresset er sebraer? Bare spør deres popp
- A Penguin Colony's Rise and Fall, spilt inn i Poop
- Magekontroll: Mandrills Sniff Poop for å unngå jevnaldrende med parasitter
- Hvorfor 10 daglige tonn ant Poop holder denne regnskogen blomstrende
Jada, det er ubehagelig å snakke om. Men det er der vitenskapen kommer inn, fordi det vi ikke liker å diskutere, fremdeles kan forårsake skade. Irritabelt tarmsyndrom, inflammatorisk tarmsykdom, gastrointestinale infeksjoner og andre bæverelaterte plager koster amerikanere milliarder av dollar årlig.
Men å prøve å demme opp for disse problemene var ikke vår viktigste motivasjon for å prøve å finne ut noe av avføringens fysikk. Det var noe annet, mye mer uhyggelig.
Fra personlig observasjon, inn i laboratoriet
Når foreldreskap treffer, treffer det hardt. En av oss er en fungerende pappa som overlevde ved å lære et nytt sett med ferdigheter, hvorav den ene var fekalanalyse. År med bleieskift og deretter pottetrening gjorde meg fra en poo-analyse nybegynner til en fortryllet kjenner. Livet mitt går forbi i en serie bilder: hard avføring pellets som erter til lang avføring som en glatt slange til en søleputt med brunt vann.
I motsetning til eldgamle trodde vi ikke at vi kunne forutsi fremtiden fra barnekruk. Men vi trodde det var verdt å prøve å forstå hvor alle disse formene kommer fra. Å ha et laboratorium for å svare på spørsmål om hverdagen er en av de tydelige glederne ved å være vitenskapsmann.
Som flytende dynamikere slo vi oss sammen med kolorektal kirurg Daniel Chu, og to sterke kandidater, Candice Kaminski og Morgan LaMarca, som filmet avføring og håndplukket avføring fra 34 pattedyrarter i Zoo Atlanta for å måle deres tetthet og viskositet.
Vi lærte at de fleste elefanter og andre planteetere skaper "flytere", mens de fleste tigre og andre rovdyr skaper "synker." Utilsiktet rangerte vi avføring fra mest til minst lukt, starter med tiger og neshorn og går helt til panda. Dyreparkens forskjellige dyr ga oss en rekke fekale størrelser og former som fungerte som uavhengige bevismateriale for å validere vår matematiske modell for avføringens varighet.
Vi plasserte også avføringen i en enhet som kalles et "rheometer", en presisjonsblender som kan måle egenskapene til væskelignende og fastlignende materialer som sjokolade og sjampo. Laboratoriet vårt deler to reometre med Georgia Tech-fysiker Alberto Fernandez-Nieves. Vi har siden kategorisert rheometrene som “rent rheometer” og “David Hu rheometer” - som har sett sin rettferdige andel froskespytt, slim og avføring.
Hemmeligheten bak farten
Hva lærte vi ellers? Større dyr har lengre avføring. Og større dyr avretter også med høyere hastighet. For eksempel defecerer en elefant med en hastighet på seks centimeter per sekund, nesten seks ganger så raskt som en hund. Avføringshastigheten for mennesker er i mellom: to centimeter per sekund.
Forholdet mellom kroppsmasse M og avføringstid. Symboler representerer eksperimentelle målinger; stiplet linje representerer best passform til dataene; hel linje representerer den teoretiske prediksjonen. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Til sammen betydde dette at avføringens varighet er konstant for mange dyrearter - rundt 12 sekunder (pluss eller minus 7 sekunder) - selv om volumet varierer veldig. Forutsatt at det er en bjellekurvefordeling, tar 66 prosent av dyrene mellom 5 og 19 sekunder å defecere. Det er en overraskende liten rekkevidde, gitt at elefant avføring har et volum på 20 liter, nesten tusen ganger mer enn en hund, på 10 milliliter. Hvordan kan store dyr affektere i så høy hastighet?
Slim på overflaten av rottefeces lyser ved t = 0 og fordamper på mindre enn 30 sekunder. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Svaret, fant vi, var egenskapene til et ultratynt lag med slim som foring veggene i tykktarmen. Slimlaget er så tynt som menneskehår, så tynt at vi bare kunne måle det ved å veie avføring mens slimet fordampet. Til tross for at det er tynt, er slimet veldig glatt, mer enn 100 ganger mindre tyktflytende enn avføring.
Under avføring, beveger avføring som en solid plugg. Derfor, under ideelle forhold, bestemmes den kombinerte lengden og diameteren på avføringen ganske enkelt av formen på ens endetarm og tykktarmen. Et av de store funnene i studien vår var at avføring strekker seg halvveis opp langs tykktarmen fra endetarmen.
En samlet teori om pooping
Ved å sette avføringslengden sammen med egenskapene til slim, har vi nå en sammenhengende fysikkhistorie for hvordan avføring skjer. Større dyr har lengre avføring, men også tykkere slim, noe som gjør dem i stand til å oppnå høye hastigheter med samme trykk. Uten dette slimlaget, kan avføring ikke være mulig. Forandringer i slim kan bidra til flere plager, inkludert kronisk forstoppelse og til og med infeksjoner av bakterier som C. difficile i mage-tarmkanalen.
Utover å bare følge vår vitenskapelige nysgjerrighet, har våre målinger av avføring også hatt noen praktiske anvendelser. Våre defekasjonsdata hjalp oss med å designe en voksen bleie for astronauter. Astronauter ønsker å bo i romdrakter i syv dager, men er begrenset av bleiene sine. Ved å utnytte avføringens viskositet, designet vi en bleie som adskiller avføringen vekk fra direkte kontakt med huden. Det var en semifinalist i NASA Space Poop Challenge tidligere i år.
Det viser bare at fysikk og matematikk kan brukes overalt, også i toalettskålen din.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
David Hu, førsteamanuensis i maskinteknikk og biologi, førsteamanuensis førsteamanuensis i fysikk, Georgia Institute of Technology
Patricia Yang, Ph.D. Student i maskinteknikk, Georgia Institute of Technology
