Вот вам небольшая загадка: что имеет консистенцию одновременно зубной пасты и теста, может впитать вдвое больше собственного веса воды и при этом оставаться липким, использовалось средневековыми художниками как связующее вещество в красках, а врачи предполагали, что оно отпугивает насекомых?
Это ушная сера.
Медицинский термин для ушной серы — церумен, от греческого keros, что значит «пчелиный воск». Люди размышляют об ушной сере с древних времён. Древние наборы для гигиены, включая палочки и ложечки для удаления серы, находили на археологических памятниках по всему миру.
Даже сегодня остаётся вечный вопрос: удалять ушную серу или нет? Ответ: не делайте этого. Общее медицинское мнение состоит в том, что уши самоочищаются, а ушная сера приносит пользу: смазывает слуховой проход, борется с инфекцией и действует как липкая сеть, задерживающая грязь до того, как она достигнет барабанной перепонки. Ковыряясь в ухе, вы можете случайно сделать хуже — протолкнуть серу глубже или поцарапать нежный слуховой проход.
Серная пробка — или закупорка ушной серы — затрагивает около пятой части населения США, что приводит к 12 миллионам визитов к врачу в год. Закупорки усугубляются повседневными действиями, такими как ношение наушников или слуховых аппаратов.
Другая распространённая проблема с ушами — застрявший мусор. У детей многое из этого — дело собственных рук: предметы вроде Lego или ластиков. Но у многих взрослых, у которых что-то застряло в ухе, это насекомые — муравьи, жуки, мухи или тараканы.
Хотя для среднего человека это редкость, насекомые в ухе встречались с такой частотой на протяжении многих лет, что врачи начали задаваться вопросом, не развилась ли ушная сера как естественный барьер против насекомых. Но как мог бы работать такой барьер?
Чтобы ответить на этот вопрос, мой аспирант Дэвид Анкалле провёл эксперименты с ушной серой и насекомыми. Мы объединились с Юйхан Ху и её студентом Дунцзином Хэ, специалистами по поведению мягких твёрдых тел, таких как гидрогели. Как инженеры-механики, мы хотели сосредоточиться на физике, а не на химии ушной серы.
Наше исследование, опубликованное в журнале Soft Matter, показывает, что ушная сера действительно может останавливать насекомых без использования опасных химикатов.
Наблюдая, как муравьи сталкиваются с ушной серой
Для экспериментов нам нужны были большие объёмы ушной серы. Сначала мы получали серу от умерших млекопитающих — свиней, овец и кроликов. В конце концов мы обратились к друзьям и семье. У человека в каждом ухе всего с рисовое зерно серы. Из-за мутации в одном гене у восточных азиатов сера сухая и чешуйчатая, тогда как у людей африканского или европейского происхождения она влажная и мягкая.
Чтобы имитировать муравья, заползающего в слуховой проход, мы использовали стеклянный стакан, край которого был покрыт ушной серой. Муравьи, как и многие насекомые, — специалисты по лазанию, способные передвигаться по множеству поверхностей. Чтобы взбираться на шероховатые поверхности, у муравьёв есть шипы на лапках, как у альпинистов, помогающие цепляться за гребни и трещины. Для гладких поверхностей муравьи раскрывают влажные присоски, которые могут выдерживать 60-кратный вес их тела на гладком стекле.
Наблюдение за тем, как муравьи пытаются взобраться на ушную серу, показало нам, насколько странным веществом она является. Шероховатая сера замедляла их, но с помощью коготков они продвигались.
Шероховатая сера была сложной для лазания, но выполнимой для муравьёв. Но как только муравьи пытались взобраться на гладкую серу, они немедленно падали.
Покрытие из гладкой ушной серы делало невозможным для муравьёв взобраться на это предметное стекло.
Из этих экспериментов мы заключили, что ушная сера обладает антиприлипающими свойствами при контакте с лапками насекомых.
Затем мы провели эксперименты с муравьями, ползущими через туннель, покрытый ушной серой, более близкий по размеру к человеческому слуховому проходу. Когда муравьи пытались пройти через туннель, сера прилипала к ним. Покрывшись ею, они яростно чистились, не желая идти, пока не удалят как можно больше. Даже после нескольких минут усилий у муравьёв всё ещё была сера в труднодоступных местах.
Итак, ушная сера — парадоксальный материал: она одновременно скользкая благодаря содержащимся в ней липидам, но и липкая. Подобно многим материалам — включая кетчуп, краску и шампунь — она разжижается при физической деформации, что физики называют сдвиговым разжижением.
Выяснение физических свойств ушной серы
Двойные качества ушной серы связаны с её уникальным составом. Ушная сера состоит из чешуек клеток кожи, скреплённых связующим веществом. Эта смесь образует своего рода губку с микроскопическими порами. Когда организм производит слишком много серы, она накапливается комками, по которым муравьи могут легко взобраться.
Однако когда вещество гладкое, муравьи полагаются на свои влажные присоски. Поры в ушной сере впитывают капли, производимые муравьями, не давая им прикрепиться. Впитываемость делает ушную серу принципиально отличной от обычно используемых форм борьбы с вредителями.
В вашем местном магазине вы найдёте липкие поверхности, такие как мухоловная бумага, или химикаты, убивающие насекомых. Некоторые исследователи обращаются к природе в поисках био-дружественных альтернатив химикатам; например, растения обладают свойствами, предотвращающими лазание насекомых.
Из этого исследования мы узнали, что ухо также является моделью для отпугивания насекомых. Ушная сера сделана из натуральных материалов, но имеет структуру, которая не даёт муравьям прилипнуть к ней.
Пористость ушной серы также придаёт ей уникальные свойства. Мы показали, что она может впитать вдвое больше собственного веса воды и при этом удерживаться на стенках уха. Эта способность впитывать воду может помогать предотвращать скопление воды на нежной барабанной перепонке и отражать инфекции, такие как «ухо пловца».
Учёные пока не понимают сложную взаимосвязь между ушной серой, водой и бактериями. Некоторые исследования показывают, что ушная сера убивает бактерии, но другие обнаруживают, что она служит их средой обитания.
Наши эксперименты показали, что ушная сера наиболее сложна для насекомых, когда она подобна тонкому слою, поддерживаемому здоровым человеческим организмом. Сера накапливалась бы в человеческих ушах больше, если бы не два механизма самоочищения. Кожа в слуховом проходе растёт наружу, как конвейерная лента. За 8–10 недель этот процесс — называемый эпителиальной миграцией — выталкивает самую старую серу из уха.
Одновременно сера высыхает со временем, превращаясь из клейкого состояния в хрупкое, которое легко трескается. Каждый раз, когда вы говорите или жуёте, ваш слуховой проход деформируется, и врачи обнаружили, что это движение помогает выталкивать более сухую, старую серу.
Искусственная ушная сера, физические свойства которой имитировали настоящую, была труднопроходимой для муравьёв.
В качестве проверки нашей концепции член нашей команды, химик-инженер Рафин Рахаман, разработал искусственную ушную серу, основанную на физической структуре, а не на химии серы. Муравьи с трудом справлялись, когда касались её, так же как и при взаимодействии с натуральной ушной серой.
Стоимость сбора натуральной ушной серы и наш рецепт искусственной серы недёшевы. Мы не предполагаем, что наши методы заменят repellents, производимые в больших масштабах. Но, возможно, концепция вдохновит новые способы предотвращения покрытия ушной серой наших наушников или приведёт к производству методов борьбы с насекомыми с использованием безопасных составов.
Открытие добавляет ещё один аргумент в пользу того, чтобы не удалять ушную серу без необходимости. Хотя она может казаться неприятной, её физические и химические свойства — результат миллионов лет эволюции, и попытки «исправить» природу с помощью ватных палочек часто приводят к обратному эффекту: пробкам, раздражению и даже повреждению барабанной перепонки.
Врачи рекомендуют обращаться за профессиональной помощью, если сера вызывает дискомфорт, снижение слуха или заложенность. Специалист может безопасно удалить пробку с помощью специальных инструментов или промывания.
Для инженеров и материаловедов ушная сера — источник вдохновения. Её способность сочетать скользкость и липкость, впитывать воду и при этом оставаться на месте может найти применение в создании покрытий, устойчивых к насекомым, или в разработке новых биосовместимых материалов. Возможно, в будущем «умные» поверхности, имитирующие структуру церумена, будут защищать от вредителей без токсичных химикатов.
Исследователи также отмечают, что дальнейшее изучение взаимодействия серы с бактериями и водой может пролить свет на то, как ухо защищается от инфекций, и помочь в разработке новых методов лечения отитов и других заболеваний.
Так что в следующий раз, когда вы задумаетесь, стоит ли чистить уши, вспомните: природа уже всё придумала. Ушная сера — не грязь, а сложная защитная система, которую стоит оставить в покое.
Источники: Исследование, опубликованное в журнале Soft Matter (Ancalle, Hu, He и коллеги) о физических свойствах ушной серы и её барьерной роли против насекомых; материалы Live Science.
Ваш комментарий