对丰满多汁臀部的科学探索

臀部。臀部。屁股。臀部。人体中很少有肌肉像臀大肌一样具有如此大的文化影响力。记者 Heather Radke 在她 2022 年出版的书《臀部：背景故事》中写道：“臀部是一个风向标。” Radke 继续解释说，我们对臀部的感觉往往与种族、性别和性有关，而不是与臀部的实际肌肉有关。与膝盖或肘部不同，Radke 认为，当谈到臀部时，我们更有可能考虑形式而不是功能——尽管它是人体中最大的肌肉。

尽管我们很少仔细观察臀部（除了试穿新牛仔裤时），但我们的臀部并非仅仅是美学上的点缀。事实上，臀部是进化过程中独一无二的壮举：在所有物种中，人类的臀部是最多的。许多其他生物的臀部都有肌肉和脂肪，有些甚至有臀部。但没有一种生物的臀部比例能与我们相提并论。

那么，为什么我们的祖先会发展出如此独特的缓冲垫呢？进化生物学家的最佳猜测是，我们匀称的臀部有助于我们直立行走。弯曲的骨盆骨使臀部显得突出，这可能是随着我们的体重向上移动和肌肉需求的变化而发展起来的。越来越多的研究表明，臀部附近的肌肉更发达，也使冲刺速度更快，跑步耐力更强。“臀部是人类能够稳定、长距离、不受伤害地奔跑的重要适应性，”拉德克写道。

话虽如此，臀大肌的作用不仅仅是让我们站起来。它上面的脂肪会影响我们坐下或躺下时的感觉。臀大肌后面的器官也对我们的健康和幸福产生巨大影响。以下是臀部对科学理解、救生医学和工程未来影响的几种方式。

深挖古代遗迹

自从人类开始创作艺术以来，他们就一直在思考丰满的臀部。30,000 年前的维伦多夫维纳斯是西欧文明在旧石器时代晚期雕刻的著名袖珍雕像。一些考古学家怀疑这尊雕像是一种生育护身符，它使一个丰满得无法放弃的身体永垂不朽。

科学家也喜欢窥视我们早期祖先的真实后部，这在讲述古人及其生活方式的故事方面具有更广泛的考古学意义。骨盆和其他坐骨的差异长期以来一直被用来确定出土骨骼遗骸的性别，尽管我们现在知道，并没有研究人员长期以来所认为的那么明确的二元性。1972 年，人类学家肯尼斯·韦斯指出，专家将挖掘现场发现的骨骼归类为男性的可能性比将不确定的骨骼标记为男性的可能性高出 12%。他将此归咎于将不确定的骨骼标记为男性的偏见。最近的研究证实了这一点，人类学家现在将更多的遗骸指定为具有混合骨盆特征（或只是不确定），而不是历史上的。尽管如此，虽然这种区别并不是完全黑白分明的，但身体为分娩做好准备或因分娩而改变的迹象有助于确定古代遗骸的年龄和性别。臀骨还能告诉我们当时人们的生活方式：今年 3 月，考古学家在《科学进展》杂志上发表了人类已知最古老的骑马证据。他们通过髋臼、大腿骨和骨盆的磨损痕迹，确定了 5000 年前的骑马者——颜那亚文化的成员，该文化大约在同一时间从欧亚大陆传播到欧洲大部分地区。

支持各种形状和大小的黑人

正如佐治亚理工学院机械工程学院首席研究员 Sharon Sonenblum 所说：“还有什么比研究臀部更好的呢？”她所在的康复工程与应用研究实验室也许更恰当地用其首字母缩写来称呼：REAR。

佐治亚理工学院工业设计、生物工程和生理学教授斯蒂芬·斯普里格尔 (Stephen Sprigle) 创办 REARLab 的初衷是为轮椅使用者提供更好的解决方案。十年前，他和索南布鲁姆看到了一种工程思维解决方案的潜力，可以解决因长时间坐着或躺着而导致的严重临床问题。当软组织长时间压在物体表面时，压疮和溃疡就是一种风险，在医院环境中（抗生素耐药性细菌经常潜伏）以及患有糖尿病等阻碍伤口愈合的疾病的人中，它们会变得更加危险。

Sonenblum 回忆说，他们打算回答一个看似简单的问题：是什么让一个臀部与另一个臀部不同？为了回答这个问题，他们不得不将一大堆臀部放入 MRI 扫描仪中。这些成像研究和其他研究（包括一些对仰卧患者进行的研究）提供了前所未有的大量有关臀部及其内部物质的数据。

斯普里格尔说，最重要的标题是“我们是一大袋水。骨架在这大袋粘液中所做的事令人着迷。”

这项研究让索南布鲁姆感到特别谦卑，她原本打算将自己的职业生涯都花在研究臀大肌如何影响坐姿上。但她和同事们发现，人类根本不是靠肌肉来休息的，脂肪才是真正重要的。索南布鲁姆和 REARLab 团队的其他成员正在研究我们臀部的自然衬垫如何随着时间的推移而变化，尤其是那些长时间坐着或仰卧的人。

如今，REARLab 打造了更精确的计算机模型和“幻影”，以帮助进行坐垫测试（主要针对轮椅座椅，但也针对各种人体工学椅），更好地反映现实世界的臀部。幻影并不完全是人造臀部；它们是简单且可伸缩的几何形状，几乎就像是专为臀部设计的凸起版坐垫。它们也不考虑身体的个体差异。

“幽灵总是需要在时间和代表性之间取得微妙的平衡，”索南布鲁姆说。“你希望能够很好地代表人群，但幽灵的数量也不能太多，否则你将花费一生的时间进行测试。”

REARLab 目前的方法是使用两种形状——椭圆形和三角形——分别表示更丰满的臀部和坐下时更容易产生生物力学问题的臀部。索南布鲁姆说，可以合理地假设三角形臀部是两者中骨质较多的，但事实并非如此简单。体型较大、脂肪组织较多的人坐下时仍会失去圆形缓冲。

“我见过像这样的臀部扫描图，当我看到时，我会想，哇，这是一个高风险的臀部，”索南布鲁姆解释道。她补充道，这取决于组织的质量。“如果你摸过很多臀部，你会发现有 [压力伤害] 风险的人的组织会发生变化。感觉很不一样。”

Sonenblum 和 Sprigle 希望继续研究臀部建模、坐垫测试标准和脂肪分析，以帮助轮椅使用者和长期卧床不起的患者保持更安全、更舒适。但他们的工作对任何坐着的人都有影响。当被问及人们应该从他们的研究中得到什么时，他们都很快回答：动起来。行动不便的人可能无法避免臀部组织结构完整性的丧失，但任何有能力经常站起来并伸展肌肉的人都可以让这种自然的垫子保持最佳健康状态。

寻找更好的肠癌风向标

说到保护臀部，重要的不仅仅是外部丰满的部分。科学家们目前正在解决的最大臀部问题之一是结直肠癌的急剧上升，结直肠癌始于结肠或直肠的异常细胞生长。它已经是第三大常见癌症和第二大癌症死亡原因，但它代表着越来越大的威胁，尤其是对千禧一代来说。自 1990 年代中期以来，年轻发病的结直肠癌（yoCRC）新病例（定义为 50 岁之前诊断）增加了约 50%。

克利夫兰诊所勒纳研究所的博士后研究员布莱克·布查尔特 (Blake Buchalter) 专注于癌症流行病学，他说最近病例增加最令人不安的一点是我们对导致病例增加的原因知之甚少。他和他的同事怀疑，死于结直肠癌的 35 至 49 岁人群可能具有许多相同的人口统计学和风险因素——体重较高、活动水平较低、吸烟、饮酒以及饮食中含有大量加工肉类和红肉——这些特征在 50 岁及以上的患者中很常见。但 35 岁以下的人并不像预期的那样遵循这些模式。

“这表明，最年轻结直肠癌患者的死亡率可能与老年人群的死亡率不同，”Buchalter 表示。“我们未来在这个领域的工作旨在找出可能导致特定地理区域某些年龄组发病率和死亡率较高的潜在因素。”

Buchalter 希望更详细的数据也能鼓励制定更详细的筛查指南。他很高兴看到美国预防服务工作组在 2021 年将推荐的结肠癌筛查年龄从 50 岁下调至 45 岁，但很明显，有些人群患上这种疾病的风险更早，他说。Buchalter 和他的同事希望确定哪些人应该在 20 多岁和 30 多岁时接受筛查。

但结肠镜检查，即最常推荐的检测方式，本身就存在一个重大障碍。2019 年的一项研究发现，只有 60% 的符合年龄要求的美国成年人及时接受了结肠直肠癌筛查，其他人则以恐惧、尴尬和交通等后勤挑战来解释他们推迟结肠镜检查的原因。在家进行粪便检测是一种侵入性较小的替代方法，但研究表明，对错误诊断的恐惧以及对收集和邮寄样本的想法的厌恶仍然阻止许多人使用它们。血液检测和结肠胶囊内镜检查 (CCE)（患者吞下药丸大小的照相机，以便医生检查胃肠道）都有望补充甚至有朝一日取代人们常常害怕的结肠镜检查。

目前，如果你能做到，还是值得去做体检的。虽然血液和粪便检查可以准确检测出癌症的迹象，但结肠镜检查实际上可以帮助预防癌症。在标准结肠镜检查中，胃肠病学家能够当场识别和切除潜在的癌前息肉，即腺瘤。没有 DIY 工具可以做到这一点。

利用未来马桶追踪微生物群

与此同时，其他研究人员正在从很久以前的抽水马桶中挖掘出健康秘密。2022 年，考古学家在中国西安发现了他们认为是迄今为止发现的最古老的抽水马桶。这个有 2400 年历史的厕所有一条通向室外坑的管道。研究人员认为，这个位于宫殿内的马桶允许仆人用水桶将排泄物冲洗到看不见的地方。抽水马桶直到 16 世纪才出现在欧洲，直到 19 世纪末才变得普遍。在此之前，美国各大城市都雇佣了“夜粪工”队伍来挖掘和处理家庭厕所和公共厕所中的粪便。

就我们摆脱粪便时代以来的历程而言，简陋马桶的未来看起来更加光明。杜克大学电气与计算机工程系副研究员索尼娅·格雷戈表示，她“超级兴奋”地看到马桶进入 21 世纪。

“智能”马桶拥有各种功能，从应用程序控制的加热座椅到详细的用水量跟踪器，到本世纪末，它可能会发展成为一个价值 135 亿美元的产业。但格雷戈的团队——普拉特工程学院的杜克智能马桶实验室——专注于将冲入瓷碗的废物变成一种非侵入性健康工具。她设想未来你的马桶可以警告你即将发作的肠道疾病，如肠易激综合征，标记饮食缺陷，甚至筛查癌症迹象。

“当我们首次开始研究智能马桶进行粪便分析时，实验室科学家对从马桶中取出的样本（而不是无菌收集容器中的样本）能否获得准确的分析结果持怀疑态度，”格雷戈回忆道。“现在的观点已经大不相同了。”

从野性屁股中汲取灵感

人类在臀部方面可能异常幸运，但这并不意味着其他动物的臀部在科学上缺乏吸引力。从模拟肛门进化到破解气候友好型肠道微生物的密码，科学家们正在密切关注各种动物的臀部。一些研究人员甚至希望利用臀部呼吸的力量——是的，实际上是通过臀部呼吸——用于未来人类医学的应用。

我们稍后再回到背部呼吸的话题。首先，让我们来考虑一下袋熊。虽然每个人都会排便，但这种有袋动物是已知的唯一会掉落方块的动物。多年来，没有人十分确定它们是如何将方形钉从圆孔中取出的。有些人甚至认为袋熊的肛门一定是用来挤出块状而不是圆柱体的。2020 年，佐治亚理工学院的机械工程师和野生动物生态学家联手在恰如其名的杂志《软物质》上发表了对这种形状的令人惊讶的新解释。他们从澳大利亚借来路毙的动物，首次近距离检查袋熊的肠道。通过充气消化道并将其与更为常见的猪肠进行比较，他们能够证明有袋动物的内脏在弹性方面具有更多的变化：器官并非整体相当均匀，而是有一些不灵活的区域。研究小组的研究结果表明，消化系统内的几个角落（有的有弹性，有的很硬）可以将废物塑造成正方形。

顺便说一句，袋熊的屁股本身就是名副其实的钢铁屁股。它们的臀部包含四块融合的骨板，周围环绕着软骨和脂肪，当潜在的捕食者来嗅探时，它们可以有效地堵住洞穴的入口。虽然还没有现场拍摄到这种情况，但一些科学家认为，袋熊甚至可以用它们强大的屁股压碎狐狸和澳洲野狗等设法进入洞穴的入侵者的头骨。

现在，我们对袋熊如何排便成块有了更清晰的认识，但为什么会这样，这个问题仍未得到解答。专家们推测，袋熊通过嗅出便块的位置来相互交流，这样有利于排泄出不容易滚出位置的粪便。另一些人则认为，这种不寻常的形状是一个幸运的意外：袋熊要花长达一周的时间来消化一顿食物，它们的肠道会费力地挤出每一滴水分，以帮助它们在澳大利亚的干旱环境中生存。它们的内脏在展开时可以伸展约 33 英尺——比典型的人类肠道长 10 英尺——以帮助它们节省排泄时间。当该物种在圈养环境中被喂养大量食物和水时，它们的粪便会变得更湿润、更圆润。

在粪便科学领域，人们正在努力了解非人类肠道微生物群的秘密。今年早些时候，华盛顿州立大学的生物技术专家表明，小袋鼠粪便可以帮助牛肉更加环保。袋鼠幼崽的肠道中含有的微生物会产生乙酸而不是甲烷，而奶牛打嗝时会大量排出甲烷，这大大加剧了气候变化。研究人员表示，通过在模拟牛胃中重新植入新生袋鼠的粪便，他们成功地将肠道改造成乙酸工厂，而乙酸不会将热量滞留在大气中。他们希望不久后能在真正的牛身上进行实验。

回到肛门呼吸问题，科学家们希望找出如何让人类拥有鲶鱼和海参已经展现的超能力。2021 年，日本研究人员在《医学》杂志上报告称，他们已经能够通过肛门给啮齿动物通气，让它们在缺氧条件下存活。受到泥鳅（一种可以通过肠道吸入氧气的淡水鱼）的启发，科学家们正在尝试寻找新方法来帮助无法自行获得足够空气的患者。他们开始研究猪，他们说，将一剂全氟萘烷（一种可以携带大量氧气的液体化学物质）注射到猪的屁股上后，猪的呼吸效果非常好。

从进化的角度来看，我们的发件箱能够处理与收件箱相同的任务并不奇怪。虽然尚不清楚哪个先出现，但可以肯定的是，肛门和嘴巴无论出现在哪里，都是从相同的基本细胞结构发展而来的。一些最基本的动物仍然使用一个开口来满足它们所有的消化需求。而有一种生物——据我们所知，只有一种——有“暂时性肛门”。

2019 年，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的 Sidney Tamm 证明，疣状栉水母会根据需要产生新的肛门。每当废物堆积到一定程度时（幼年水母每 10 分钟就会发生一次），肠道就会膨胀到足以与生物的表皮融合，形成排便的开口。然后它又会闭合起来。世界上第一个肛门可能遵循了同样的按需模式，这再次证明了屁股及其内容物值得我们敬畏、好奇和尊重。

阅读更多 PopSci+ 故事。