a física do cocô

o seguinte ensaio é reimpresso com permissão da conversa, uma publicação on-line cobrindo as últimas pesquisas.

os antigos chineses praticavam copromancia, o diagnóstico de saúde com base na forma, tamanho e textura das fezes. Assim como os egípcios, os gregos e quase todas as culturas antigas. Ainda hoje, seu médico pode perguntar quando você teve um movimento intestinal pela última vez e descrevê-lo em detalhes requintados.

claro, é desconfortável falar sobre. Mas é aí que entra a ciência, porque o que não gostamos de discutir ainda pode causar danos. Síndrome do intestino irritável, doença inflamatória intestinal, infecções gastrointestinais e outras doenças relacionadas ao cocô custam aos americanos bilhões de dólares anualmente.

mas tentar conter esses problemas não foi nossa principal motivação para tentar descobrir parte da física da defecação. Era outra coisa, muito mais sinistra.

da observação pessoal, para o laboratório

quando a paternidade atinge, ela atinge com força. Um de nós é um pai trabalhador que sobreviveu aprendendo um novo conjunto de habilidades, uma das quais foi a análise fecal. Anos de troca de fraldas e, em seguida, o treinamento de penico me transformou de um novato em análise de cocô em um conhecedor enojado. Minha vida passa em uma série de imagens: fezes duras pelotas como ervilhas para fezes longas como uma cobra lisa para uma poça de água marrom.

ao contrário dos antigos, não acreditávamos que poderíamos prever o futuro das fezes das crianças. Mas achamos que valia a pena tentar entender de onde vêm todas essas formas. Ter um laboratório para responder a perguntas sobre o mundo cotidiano é um dos prazeres distintos de ser cientista.Como dinamicistas fluidos, unimos forças com o cirurgião colorretal Daniel Chu, e dois estudantes de graduação, Candice Kaminski e Morgan LaMarca, que filmaram defecação e fezes colhidas a dedo de 34 espécies de mamíferos no Zoo Atlanta, a fim de medir sua densidade e viscosidade.Aprendemos que a maioria dos elefantes e outros herbívoros criam “flutuadores”, enquanto a maioria dos tigres e outros carnívoros criam “chumbadas”.”Inadvertidamente, também classificamos as fezes da maioria para a menos fedorenta, começando com tigre e rinoceronte e indo até o panda. A variedade de animais do zoológico nos forneceu uma variedade de tamanhos e formas fecais que serviram como evidências independentes para validar nosso modelo matemático da duração da defecação.

também colocamos as fezes em um dispositivo chamado “reômetro”, um liquidificador de precisão que pode medir as propriedades de materiais semelhantes a líquidos e sólidos, como chocolate e xampu. Nosso laboratório compartilha dois reômetros com o físico da Georgia Tech Alberto Fernandez-Nieves. Desde então, categorizamos os reômetros como o” reômetro limpo “e o” reômetro David Hu ” – que viu seu quinhão de saliva, muco e fezes de rãs.

o segredo para a velocidade

o que mais aprendemos? Animais maiores têm fezes mais longas. E animais maiores também defecam em maior velocidade. Por exemplo, um elefante defeca a uma velocidade de seis centímetros por segundo, quase seis vezes mais rápido que um cão. A velocidade de defecação para humanos está no meio: dois centímetros por segundo.Juntos, isso significava que a duração da defecação é constante em muitas espécies animais-cerca de 12 segundos (mais ou menos 7 segundos) – mesmo que o volume varie muito. Assumindo uma distribuição da curva de sino, 66% dos animais levam entre 5 e 19 segundos para defecar. É uma gama surpreendentemente pequena, dado que as fezes de elefantes têm um volume de 20 Litros, quase mil vezes mais do que as de um cão, a 10 mililitros. Como os animais grandes podem defecar a uma velocidade tão alta?

a resposta, descobrimos, estava nas propriedades de uma camada ultrafina de muco que reveste as paredes do intestino grosso. A camada de muco é tão fina quanto o cabelo humano, tão fina que poderíamos medi-la apenas pesando as fezes à medida que o muco evaporava. Apesar de magro, o muco é muito escorregadio, mais de 100 vezes menos viscoso que as fezes.

durante a defecação, as fezes se movem como um tampão sólido. Portanto, em condições ideais, o comprimento e o diâmetro combinados das fezes são simplesmente determinados pela forma do reto e do intestino grosso. Uma das grandes descobertas do nosso estudo foi que as fezes se estendem até a metade do comprimento do cólon a partir do reto.

uma teoria unificada de cocô

colocando o comprimento das fezes junto com as propriedades do muco, agora temos uma história física coesa sobre como a defecação acontece. Animais maiores têm fezes mais longas, mas também muco mais espesso, permitindo-lhes atingir altas velocidades com a mesma pressão. Sem essa camada de muco, a defecação pode não ser possível. Alterações no muco podem contribuir para várias doenças, incluindo constipação crônica e até infecções por bactérias como C. difficile no trato gastrointestinal.Além de simplesmente seguir nossa curiosidade científica, nossas medições de fezes também tiveram algumas aplicações práticas. Nossos dados de defecação nos ajudaram a projetar uma fralda para adultos para astronautas. Os astronautas querem ficar em trajes espaciais por sete dias, mas são limitados por suas fraldas. Aproveitando a viscosidade das fezes, projetamos uma fralda que separa as fezes do contato direto com a pele. Foi um semifinalista no desafio de cocô espacial da NASA no início deste ano.

apenas mostra que a física e a matemática podem ser usadas em todos os lugares, mesmo em seu vaso sanitário.

este artigo foi publicado originalmente na conversa. Leia o artigo original.