Estos científicos estudiaron qué animales caca más rápido

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Los antiguos chinos practicaban el copromancia, el diagnóstico de salud basado en la forma, el tamaño y la textura de las heces. Lo mismo hicieron los egipcios, los griegos y casi todas las culturas antiguas. Incluso hoy, su médico puede preguntarle cuándo fue la última vez que tuvo una evacuación intestinal y describirlo con un detalle exquisito.

Claro, es incómodo hablar de eso. Pero ahí es donde entra la ciencia, porque lo que no nos gusta discutir puede causar daño. El síndrome del intestino irritable, la enfermedad inflamatoria intestinal, las infecciones gastrointestinales y otras enfermedades relacionadas con la caca cuestan a los estadounidenses miles de millones de dólares al año.

Pero como investigadores, tratar de contener estos problemas no fue nuestra principal motivación para tratar de descubrir algo de la física de la defecación. Era algo más, mucho más siniestro.

Cuando la paternidad golpea, golpea fuerte. Uno de nosotros es un padre trabajador que sobrevivió aprendiendo un nuevo conjunto de habilidades, una de las cuales fue el análisis fecal. Años de cambios de pañal y luego de entrenamiento para ir al baño me convirtieron de un novato en el análisis de poo a un entendido experto. Mi vida transcurre en una serie de imágenes: heces duras como bolitas de guisantes a heces largas como una serpiente lisa a un charco de agua marrón.

A diferencia de los antiguos, no creíamos que pudiéramos predecir el futuro a partir de las heces de los niños. Pero pensamos que valía la pena intentar entender de dónde provienen todas estas formas. Tener un laboratorio para responder preguntas sobre el mundo cotidiano es uno de los placeres distintivos de ser un científico.

Como dinamistas fluidos, unimos fuerzas con el cirujano colorrectal Daniel Chu y dos estudiantes universitarios incondicionales, Candice Kaminski y Morgan LaMarca, quienes filmaron la defecación y las heces recolectadas a mano de 34 especies de mamíferos en Zoo Atlanta para medir su densidad y viscosidad.

Aprendimos que la mayoría de los elefantes y otros herbívoros crean "flotadores", mientras que la mayoría de los tigres y otros carnívoros crean "sinkers". Inadvertidamente, también clasificamos las heces de más a menos malolientes, comenzando con tigre y rinoceronte y llegando hasta el panda. La variedad de animales del zoológico nos proporcionó una gama de tamaños y formas fecales que sirvieron como pruebas independientes para validar nuestro modelo matemático de la duración de la defecación.

También colocamos las heces en un dispositivo llamado "reómetro", una licuadora de precisión que puede medir las propiedades de los materiales líquidos y sólidos, como el chocolate y el champú. Nuestro laboratorio comparte dos reómetros con el físico de Georgia Tech Alberto Fernández-Nieves. Desde entonces, hemos clasificado los reómetros como el "reómetro limpio" y el "reómetro David Hu", que ha visto su parte justa de saliva, moco y heces de rana.

¿Qué más aprendimos? Los animales más grandes tienen heces más largas. Y los animales más grandes también defecan a mayor velocidad. Por ejemplo, un elefante defeca a una velocidad de seis centímetros por segundo, casi seis veces más rápido que un perro. La velocidad de defecación para los humanos está en medio: dos centímetros por segundo.

En conjunto, esto significó que la duración de la defecación es constante en muchas especies animales, alrededor de 12 segundos (más o menos 7 segundos), aunque el volumen varía mucho. Suponiendo una distribución de curva de campana, el 66 por ciento de los animales tarda entre 5 y 19 segundos en defecar. Es un rango sorprendentemente pequeño, dado que las heces de elefante tienen un volumen de 20 litros, casi mil veces más que las de un perro, a 10 mililitros. ¿Cómo pueden los animales grandes defecar a tan alta velocidad?

Descubrimos que la respuesta estaba en las propiedades de una capa ultrafina de moco que recubría las paredes del intestino grueso. La capa de moco es tan delgada como el cabello humano, tan delgada que solo podríamos medirla pesando heces mientras el moco se evapora. A pesar de ser delgado, el moco es muy resbaladizo, más de 100 veces menos viscoso que las heces.

Durante la defecación, las heces se mueven como un tapón sólido. Por lo tanto, en condiciones ideales, la longitud y el diámetro combinados de las heces se determinan simplemente por la forma del recto y del intestino grueso. Uno de los grandes hallazgos de nuestro estudio fue que las heces se extienden hasta la mitad de la longitud del colon desde el recto.

Al juntar la longitud de las heces con las propiedades del moco, ahora tenemos una historia física cohesiva sobre cómo ocurre la defecación. Los animales más grandes tienen heces más largas, pero también un moco más grueso, lo que les permite alcanzar altas velocidades con la misma presión. Sin esta capa de moco, la defecación podría no ser posible. Las alteraciones en el moco pueden contribuir a varias dolencias, incluido el estreñimiento crónico e incluso infecciones por bacterias como C. difficile en el tracto gastrointestinal.

Más allá de simplemente seguir nuestra curiosidad científica, nuestras mediciones de heces también han tenido algunas aplicaciones prácticas. Nuestros datos de defecación nos ayudaron a diseñar un pañal para adultos para astronautas. Los astronautas quieren permanecer en trajes espaciales durante siete días, pero están limitados por sus pañales. Aprovechando la viscosidad de las heces, diseñamos un pañal que las separa del contacto directo con la piel. Fue un semifinalista en el Desafío de Poop Espacial de la NASA a principios de este año.

Solo muestra que la física y las matemáticas se pueden usar en todas partes, incluso en la taza del inodoro.

David Hu es profesor asociado de ingeniería mecánica y biología y profesor asociado adjunto de física en el Instituto de Tecnología de Georgia. Patricia Yang es una Ph.D. Estudiante de ingeniería mecánica en el Instituto de Tecnología de Georgia.

Este artículo se ha publicado de The Conversation bajo una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.