הסינים העתיקים התאמנו בקופרומנסי, אבחון הבריאות על פי צורתם, גודלם ומרקם הצואה. כך גם המצרים, היוונים וכמעט כל תרבות עתיקה. גם כיום הרופא שלך עשוי לשאול מתי בפעם האחרונה עברת תנועת מעיים ולתאר אותה בפרטי פרטים.
תוכן קשור
- כמה לחוצים זברות? פשוט שאלו את הקקי שלהם
- עלייתו ונפילתו של מושבה של פינגווין, הוקלטה בפוף
- בדיקת בטן: מנדרילס סנופה קוף כדי להימנע מגיל העמיתים עם טפילים
- מדוע 10 טונות יומיות של פופ נמלים שומרות על יער גשם זה
בטח, לא נוח לדבר על זה. אבל כאן נכנס המדע, כי מה שאנחנו לא אוהבים לדון בו עדיין יכול לגרום נזק. תסמונת המעי הרגיז, מחלות מעי דלקתיות, דלקות במערכת העיכול ותחלואות אחרות של קקי עולות אמריקנים מיליארדי דולרים בשנה.
אבל הניסיון לבלום את הבעיות הללו לא היה המוטיבציה העיקרית שלנו לנסות להבין כמה מהפיזיקה של ההריסות. זה היה משהו אחר, הרבה יותר מרושע.
מהתבוננות אישית, למעבדה
כאשר ההורות מכה, זה מכה קשה. אחד מאיתנו הוא אבא עובד ששרד על ידי לימוד מערך מיומנויות חדש, שאחד מהם היה ניתוח צואה. שנים של שינויי חיתול ואז אימונים בסיר הפכו אותי מתחיל ניתוח קקי לאניני טעם מתוחכם. חיי עוברים בסדרת תמונות: צואה קשה כדורי אפונה עד צואה ארוכה כמו נחש חלק לשלולית מים חומים.
שלא כמו הקדמונים, לא האמנו שאנחנו יכולים לחזות את העתיד מצואה של ילדים. אבל חשבנו שכדאי לנסות להבין מאיפה כל הצורות הללו. קבלת מעבדה כדי לענות על שאלות על עולם היומיום היא אחת התענוגות המובהקים של להיות מדען.
כדינמיקאים נוזליים, התחברנו יחד עם המנתח המעי הגס דניאל צ'ו, ושני סטודנטים לתואר ראשון משוכלל, קנדיס קמינסקי ומורגן למארקה, שצילמו את הצואה והצואה שנבחרו ביד מתוך 34 מינים של יונקים בגן החיות באטלנטה בכדי למדוד את צפיפותם וצמיגותם.
למדנו שרוב הפילים ואוכלי הצמחייה האחרים יוצרים "ציפה" ואילו רוב הטיגריסים והקרניבורים האחרים יוצרים "כיורים". שלא בכוונה, גם אנחנו דירגנו צואה מהרוב הכי פחות מסריח, מתחילים בנמר וקרנף והולכים עד לפנדה. מגוון בעלי החיים בגן החיות סיפק לנו מגוון גדלים וצורות צואה ששימשו כראיות עצמאיות כדי לאמת את המודל המתמטי שלנו לגבי משך ההמום.
בנוסף הצבנו את הצואה במכשיר שנקרא "ריאומטר", בלנדר דיוק שיכול למדוד את התכונות של חומרים דמויי נוזלים ומוצקים כמו שוקולד ושמפו. המעבדה שלנו חולקת שני ראומטרים עם פיזיקאי ג'ורג'יה טק אלברטו פרננדס-נייבס. מאז סיווגנו את הריומטרים כ"ראומטר נקי "ו"דיומטר הו דוד" - שראה את חלקו ההוגן ברוק צפרדע, ריר וצואה.
הסוד למהירות
מה עוד למדנו? לבעלי חיים גדולים יותר יש צואה ארוכה יותר. ובעלי חיים גדולים יותר גם עושים את צרכיהם במהירות גבוהה יותר. לדוגמא, פיל עושה את צרכיו במהירות של שישה סנטימטרים לשנייה, כמעט פי שישה מהר ככלב. מהירות הצריבה לבני אדם היא בין: שני סנטימטרים לשנייה.
הקשר בין מסת הגוף M לזמן ההריסון. סמלים מייצגים מדידות ניסיוניות; קו מקווקו מייצג את ההתאמה הטובה ביותר לנתונים; קו מוצק מייצג את התחזית התיאורטית. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) יחד, פירוש הדבר שמשך ההריסון הוא קבוע על פני מינים רבים של בעלי חיים - סביב 12 שניות (פלוס מינוס 7 שניות) - למרות שהנפח משתנה מאוד. בהנחה שחלוקת עקומת הפעמון, 66 אחוז מבעלי החיים לוקח בין 5 ל -19 שניות לבצע את צרכיה. זהו טווח מעט מפתיע, בהתחשב בעובדה שצואה של פילים בנפח של 20 ליטר, כמעט פי אלף יותר מזו של כלב, בגודל של 10 מיליליטר. איך בעלי חיים גדולים יכולים לצמוק במהירות כה גבוהה?
ריר על פני צואה חולדה מאיר ב t = 0 ומתנדף תוך פחות מ 30 שניות. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) מצאנו שהתשובה הייתה בתכונות של שכבה רזה דקה במיוחד המרפדת את קירות המעי הגס. שכבת הריר דקה כמו שיער אנושי, רזה כל כך שנוכל למדוד אותה רק על ידי שקילת צואה ככל שהתאדה הריר. למרות היותו רזה, הריר חלקלק מאוד, פי מאה פחות צמיג מאשר צואה.
במהלך הצואה, צואה נעה כמו תקע מוצק. לכן, בתנאים אידיאליים, האורך והקוטר המשולבים של צואה נקבעים פשוט על ידי צורת פי הטבעת והמעי הגס. אחד הממצאים הגדולים של המחקר שלנו היה שצואה נמשכת באמצע הדרך במעי הגס מהפי הטבעת.
תיאוריה אחידה של קקי
בשילוב אורך הצואה יחד עם תכונותיו של הריר, יש לנו סיפור פיזיק מגובש לאופן בו מתרחשת הצואה. לבעלי חיים גדולים יותר יש צואה ארוכה יותר, אך גם ריר עבה יותר, מה שמאפשר להם להגיע למהירויות גבוהות עם אותו לחץ. ללא שכבת ריר זו, ייתכן שההריסות לא יתאפשרו. שינויים בריר יכולים לתרום למספר מחלות, כולל עצירות כרונית ואפילו זיהומים על ידי חיידקים כמו C. difficile בדרכי העיכול.
מעבר לפשטות אחר סקרנותנו המדעית, למדידות הצואה שלנו היו גם יישומים מעשיים. נתוני ההריסות שלנו עזרו לנו לתכנן חיתול למבוגרים עבור אסטרונאוטים. אסטרונאוטים רוצים להישאר בחליפות חלל במשך שבעה ימים, אך הם מוגבלים על ידי החיתולים שלהם. תוך ניצול צמיגות הצואה, תכננו חיתול המפריד את הצואה ממגע ישיר עם עור. זה היה חצי גמר באתגר קקי החלל של נאס"א מוקדם יותר השנה.
זה רק מראה שאפשר להשתמש בפיזיקה ומתמטיקה בכל מקום, אפילו בקערת האסלה שלך.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
דייויד הו, פרופסור חבר להנדסת מכונות וביולוגיה, פרופסור חבר בפיזיקה עזר, המכון הטכנולוגי לג'ורג'יה
פטרישיה יאנג, Ph.D. סטודנט להנדסת מכונות, מכון טכנולוגי לג'ורג'יה
