屁股。臀部。臀腿。臀部。 在人体肌肉中，很少有像臀大肌那样具有如此大的文化影响力。“屁股是一个晴雨表，”记者 Heather Radke 在她 2022 年的书《屁股：一段往事》中写道。Radke 进一步解释说，我们对臀部的感受往往与种族、性别和性行为有关，而不是与臀部的实际肉体本身有关。她认为，与膝盖或肘部不同，在谈到臀部时，我们更倾向于考虑形状而不是功能——尽管它拥有人体最大的肌肉。
尽管我们对臀部进行了大量审视（除了试穿新牛仔裤的时候），但臀部并非仅仅是装饰性的点缀。事实上，臀部是进化的一个独特成就：在所有物种中，人类的臀部最“丰满”。许多其他生物的臀部都有肌肉和脂肪垫，有些甚至有臀大肌。但没有一个能达到我们这样的比例。
那么，为什么我们的祖先会发展出如此独特的衬垫呢？进化生物学家最合理的猜测是，我们优美的臀部有助于我们直立行走。赋予臀部突出地位的弯曲的骨盆很可能随着我们的体重向上移动以及肌肉需求的变化而发展。研究越来越多地表明，臀部附近更大的肌肉也能带来更快的冲刺速度和更好的耐力。“屁股是人类稳定、长距离、无伤奔跑能力的一项重要适应，”Radke 写道。
也就是说，臀大肌的作用不仅仅是让我们站立。它上面的脂肪会影响我们坐下或躺下的感受。臀部后面嵌套的器官也对我们的健康和福祉有巨大的影响。以下是我们臀部在科学理解、救命医学和工程未来中发挥作用的几种方式。
深入挖掘古代臀部
只要人类能够创作艺术，他们就在思考迷人的臀部。30,000 年前的《维伦多夫的维纳斯》是一个著名的掌上小雕像，由西欧史前晚期文明雕刻而成。这座雕像被一些考古学家怀疑是生育符，它定格了一个过于丰满的身材。
科学家们也喜欢观察我们早期祖先的实际臀部，它们具有更广泛的考古意义，能够讲述古代人民及其生活方式的故事。骨盆和其他受压骨骼的差异长期以来一直用于确定出土的骨骼遗骸的性别，尽管我们现在知道，性别并非像研究人员长期以来假设的那样是明确的二元划分。1972 年，人类学家 Kenneth Weiss 指出，专家们在考古遗址发现的骨骼中，将男性骨骼的分类率比女性高出 12%，他将其归咎于将不确定骨骼标记为男性的偏见。近期研究证实了这一点，人类学家现在将比历史上更多的遗骸指定为具有混合的骨盆特征（或仅仅是不确定）的性别。然而，尽管区别并非完全非黑即白，但身体为分娩做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。臀部骨骼还可以告诉我们人们的生活方式：今年 3 月，考古学家在《科学进展》杂志上发表了人类骑马的最古老证据。他们通过髋臼、股骨和骨盆的磨损迹象，识别出这些 5000 年前的骑手——他们属于雅姆纳亚文化，该文化在大约同一时期从欧亚大陆传播到欧洲大部分地区。
支撑各种形状和大小的臀部
正如佐治亚理工学院机械工程学院首席研究科学家Sharon Sonenblum所说，“还有什么比研究屁股更好的呢？” 她所在的康复工程与应用研究实验室可能更适合用其缩写来称呼：REAR（后部）。
佐治亚理工学院工业设计、生物工程和生理学教授Stephen Sprigle创办 REARLab 的初衷是为了解决长期坐卧引起的损伤这一严重的临床问题。十年前，他和 Sonenblum 认为，工程学思路可以为这个问题提供解决方案。当软组织长时间压在表面上时，就会有压力性溃疡的风险，在医院环境中——那里经常潜伏着抗生素耐药细菌——以及患有影响伤口愈合的疾病（如糖尿病）的人群中，这种风险会变得更加危险。
Sonenblum 回忆说，他们着手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，他们不得不将大量的臀部放入 MRI 扫描仪中。这些成像研究和其他研究（包括对仰卧患者的研究）提供了关于臀部和其内部物质的空前数据。
Sprigle 说，最大的收获是“我们是巨大的水袋。在那个巨大的凝胶袋里，骨骼的作用是完全迷人的。”
这项工作对 Sonenblum 来说尤其谦逊，她本来打算一生都研究臀大肌如何影响坐姿。但她和她的同事们却发现，人类根本不是依靠肌肉来支撑身体——脂肪才是真正起作用的。Sonenblum 和 REARLab 团队的其他成员正在研究我们臀部天然的衬垫如何随时间变化，尤其是在那些长时间坐着或仰卧的人群中。
如今，REARLab 正在创建更精确的计算机模型和“模型”，以帮助进行缓冲测试——主要用于轮椅座，但也用于各种符合人体工程学的椅子——以更好地适应现实臀部。模型并非完全是人造臀部；它们是简单且可扩展的几何形状，有点像坐垫的凸面版本，设计用于让你的臀部舒适地嵌套其中。它们也无法考虑个体身体的差异。
“模型总是要在时间和代表性之间取得微妙的平衡，”Sonenblum 说。“你希望代表整个群体，但你不能有太多模型，否则你将花费一辈子进行测试。”
Sonenblum 说，REARLab 目前的方法是使用椭圆形和三角函数两种形状来分别代表更饱满的臀部和更容易在坐姿时产生生物力学问题的臀部。人们很可能认为三角臀部骨头更多，但现实并非如此简单。即使是体型较大、脂肪组织很多的人，坐下时也可能失去圆润的衬垫。
“我见过一些看起来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，”Sonenblum 解释道。她补充说，这归结于组织的质量。“如果你触摸很多臀部，你会发现对于那些有风险[罹患压力性损伤]的人来说，组织是不同的。感觉也不同。”
Sonenblum 和 Sprigle 希望，在臀部建模、缓冲测试标准和脂肪组织分析方面的持续研究将有助于轮椅使用者和长时间卧床的患者更安全、更舒适。但他们的工作对任何坐下的人都有启示。当被问及人们应该从他们的研究中获得什么时，他们两人都迅速回答：动起来。活动能力有限的人可能无法避免臀部组织结构完整性的丧失，但任何能够经常站起来并 flexing 肌肉的人都可以保持其天然衬垫的健康状态。
寻找更好的肠癌晴雨表
保护你的臀部，不仅仅是外部的诱人部位才重要。目前科学家们正在应对的一个最大的与臀部相关的健康问题是结直肠癌的发病率急剧上升，它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，但它代表着日益增长的威胁，尤其是对千禧一代而言。年轻发病的结直肠癌（yoCRC）——定义为 50 岁之前的诊断——自 20 世纪 90 年代中期以来上升了约 50%。
克利夫兰诊所勒纳研究学院的博士后研究员Blake Buchalter表示，这种近期病例增加最令人担忧的是，我们对导致其原因知之甚少。他和他的同事们怀疑，死于结直肠癌的 35 至 49 岁患者可能与 50 岁及以上患者的许多相同人口统计特征和风险因素相关——体重较高、活动水平较低、吸烟、饮酒以及摄入高加工肉类和红肉的饮食。但 35 岁以下的患者并不像预期那样遵循这些模式。
“这表明，最年轻结直肠癌患者的死亡率可能与老年患者的死亡率具有不同的驱动因素，”Buchalter 说。“我们未来在该领域的工作旨在识别可能导致某些年龄组在特定地理区域发病率和死亡率升高的潜在因素。”
在标准的结肠镜检查中，胃肠道医生能够当场识别并切除称为腺瘤的癌前息肉。任何家庭自测工具都无法做到这一点。
Buchalter 希望更细致的数据也能促使制定更细致的筛查指南。虽然他对美国预防服务工作组在 2021 年将结直肠癌筛查建议年龄从 50 岁下调到 45 岁感到欣慰，但他表示，很明显，一些人群更早地处于该疾病的风险之中。Buchalter 和他的同事们希望能够精确找出应该在 20 多岁和 30 多岁进行筛查的人群。
但是结肠镜检查，这种最常见的推荐检测方式，本身就存在一个主要的障碍。2019 年的一项研究发现，只有 60% 的符合年龄的美国成年人按时接受了结直肠癌筛查，其他人则以恐惧、尴尬和交通等后勤困难来解释他们推迟结肠镜检查的原因。居家粪便检测提供了一种侵入性较低的替代方案，但研究表明，对不良诊断结果的恐惧以及收集和邮寄样本的想法所带来的厌恶感仍然阻止了许多人使用它们。血液检测和胶囊内窥镜检查（CCE，患者吞下一颗药丸大小的相机，让医生检查胃肠道）都显示出作为补充甚至未来可能替代人们常畏惧的结肠镜检查的潜力。
目前，如果能做到的话，值得去做物理检查。虽然血液和粪便检测可以准确地检测到癌症的迹象，但结肠镜检查实际上可以帮助预防它。在标准的结肠镜检查过程中，胃肠道医生能够当场识别并切除癌前息肉，称为腺瘤。任何家庭自测工具都无法做到这一点。
利用未来的马桶追踪微生物群
与此同时，其他研究人员正在揭示很久以前的厕所隐藏的健康秘密。2022 年，考古学家在中国西安发现了他们认为是世界上最古老的冲水马桶。这个有 2400 年历史的厕所有一个通往户外粪坑的管道。研究人员认为，位于宫殿内的马桶可以让仆人用水桶冲洗掉看不见的废物。冲水马桶直到 1500 年才出现在欧洲，直到 19 世纪末才变得普及。在此之前，美国主要城市雇佣了大量的“夜粪男”来挖掘和处理家庭便池和公共厕所的排泄物。
尽管我们从“夜粪男”的时代已经走出了很远，但普通马桶的未来看起来更加光明。Sonia Grego，杜克大学电气与计算机工程系的副研究教授，表示她对马桶进入 21 世纪“非常兴奋”。
“智能”马桶的功能应有尽有，从应用程序控制的加热座椅到详细的水消耗追踪器，到本十年末可能发展成一个$135 亿美元的产业。但 Grego 的团队——杜克大学普拉特工程学院的杜克智能马桶实验室——正致力于将陶瓷碗中冲走的废物转化为非侵入性的健康工具。她设想的未来是，你的马桶可以预警肠易激综合征等肠道疾病的爆发，标记营养缺乏，甚至筛查癌症迹象。
“当我们最初开始研究用于粪便分析的智能马桶时，实验室科学家们怀疑能否从排入马桶而不是无菌收集容器中的样本中获得准确的分析结果，”Grego 回忆道。“现在的观点已经大不相同了。”
从野生臀部汲取灵感
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科学吸引力较低。从模拟肛门进化到破解气候友好型肠道微生物的密码，科学家们密切关注着各种动物的臀部。一些研究人员甚至希望利用“屁股呼吸”的力量——是的，就是通过屁股呼吸——为未来人类医学应用。
稍后我们将回到“屁股呼吸”。首先，让我们来看看袋熊。虽然每个人都会排便，但这些有袋动物是唯一已知会排出立方体粪便的动物。多年来，没有人确切知道它们是如何做到将方形物体从圆形孔中排出的。有些人甚至认为袋熊一定有一个为挤出块状物而不是圆柱体而设计的肛门。2020 年，佐治亚理工学院的机械工程师和野生动物生态学家合作，在新近命名的《Soft Matter》杂志上发表了一个关于这种形状的令人惊讶的新解释。他们借来了澳大利亚的动物尸体，对袋熊的肠道进行了首次详细检查。通过充气消化道并与更熟悉的猪肠道进行比较，他们能够证明这种有袋动物的内脏弹性变化更大：与大多数地方相对均匀不同，器官具有一些不规则区域。该团队的发现表明，消化系统中的一些缝隙——有些有弹性，有些僵硬——提供了一种将废物塑造成方形的方法。
顺便说一句，袋熊的臀部是真正的钢铁之臀。它们的臀部包含四个融合的骨板，周围环绕着软骨和脂肪，当潜在捕食者靠近时，它们可以用这些骨板有效地堵塞洞穴入口。虽然这种情况尚未被活体捕捉到，但一些科学家认为袋熊甚至可以用它们强大的臀部来碾碎入侵者（如狐狸和野狗）的头骨，如果它们设法进入洞穴。
现在我们对袋熊如何排出立方体粪便有了更多的了解，但为什么如此仍然没有答案。专家们推测，袋熊通过嗅探粪便立方体的位置来相互交流，因此产生不易滚动的粪便是有利的。其他人则认为这种奇怪的形状是一个巧合：袋熊消化一顿饭可能长达一周，它们的肠道会一丝不苟地挤出每一滴水分，以帮助它们在澳大利亚干旱的环境中生存。它们的肠道展开后长达 33 英尺——比普通的人类肠道长 10 英尺——以帮助实现节约水分的挤压。当该物种在圈养环境中被喂食大量食物和水时，它们的粪便会变得更湿润、更圆润。
在其他关于粪便科学的领域，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示，小袋鼠的粪便可以帮助使牛肉更环保。小袋鼠的肠道含有产生乙酸而非甲烷的微生物，牛会大量打嗝排出甲烷，从而严重加剧气候变化。通过用新生袋鼠的粪便重新接种模拟的牛胃，研究人员说他们成功地将肠道转化为了乙酸工厂，而乙酸不会在大气中捕获热量。他们希望很快能在真正的牛身上进行这种转移。
回到“屁股呼吸”，科学家们希望弄清楚如何赋予人类一种已经由鲶鱼和海参所展现出的超能力。2021 年，日本研究人员在《Med》杂志上报告说，他们能够通过对大鼠进行肛门通气来使其在缺氧条件下存活。受泥鳅（一种可以吸入氧气的淡水鱼）的启发，科学家们正在寻找新的方法来帮助那些无法自行获得足够空气的患者。他们已经转向研究猪，他们说猪在通过肛门注射全氟癸烷（一种可以携带大量氧气的液体化学物质）后表现得非常好。
从进化的角度来看，我们的“出口”可以承担与“进口”相同的职责，这并不令人惊讶。尽管目前还不清楚哪个先出现，但已经确立的是，肛门和嘴巴在它们出现的地方都由相同的原始细胞结构发育而来。一些最基本的动物仍然使用一个开口来满足所有消化需求。而且，据我们所知，有一种生物有一个“瞬时肛门”。
2019 年，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的 Sidney Tamm 证明，带刺的梳状水母会根据需要产生新的肛门。当积累了足够的废物时——年轻的水母每 10 分钟就会发生一次——肠道会膨胀到足以与生物体的表皮融合，从而形成一个排泄口。然后它又会重新闭合。世界上的第一个肛门可能遵循了相同的按需模式，再次证明了臀部及其内容物值得我们敬畏、好奇和尊重。
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