Nowe badania UBC sugerują, że specjalne naczynia krwionośne w mózgach wielorybów mogą chronić je przed impulsami spowodowanymi pływaniem we krwi, które mogłyby uszkodzić mózg.
Istnieje wiele teorii na temat dokładnego wykorzystania sieci naczyń krwionośnych otaczających mózg i kręgosłup wieloryba, znanych jako „retia mirabilia” lub „cudowna sieć”, ale teraz zoolodzy z UBC uważają, że rozwiązali zagadkę dzięki modelowaniu komputerowemu. popierając ich przewidywania.
Ssaki lądowe, takie jak konie, podczas galopu doświadczają „pulsów” we krwi, gdzie ciśnienie krwi w ciele rośnie i spada z każdym krokiem. W nowym badaniu, główna autorka, dr Margo Lillie i jej zespół, po raz pierwszy zasugerowali, że to samo zjawisko występuje u ssaków morskich, które pływają z ruchami grzbietowo-brzusznymi; innymi słowy, wieloryby. I mogli dowiedzieć się, dlaczego wieloryby unikają w tym celu długotrwałego uszkodzenia mózgu.
U wszystkich ssaków średnie ciśnienie krwi jest wyższe w tętnicach lub krwi wychodzącej z serca niż w żyłach. Ta różnica w ciśnieniu napędza przepływ krwi w ciele, w tym przez mózg, mówi dr Lillie, emerytowany pracownik naukowy z wydziału zoologii UBC. Jednak lokomocja może siłą przenosić krew, powodując skoki ciśnienia lub „pulsy” w mózgu. Różnica w ciśnieniu między krwią wchodzącą i wychodzącą z mózgu dla tych impulsów może spowodować uszkodzenie.
Tego rodzaju długotrwałe uszkodzenia mogą prowadzić do demencji u ludzi, mówi dr Lillie. Ale podczas gdy konie radzą sobie z pulsami poprzez wdech i wydech, wieloryby wstrzymują oddech podczas nurkowania i pływania. „Więc jeśli walenie nie mogą używać swojego układu oddechowego do łagodzenia pulsów ciśnienia, musiały znaleźć inny sposób na poradzenie sobie z tym problemem” – mówi dr Lillie.
Dr Lillie i współpracownicy wysnuli teorię, że siatkówka wykorzystuje mechanizm “przenoszenia impulsów”, aby zapewnić, że nie ma różnicy w ciśnieniu krwi w mózgu waleni podczas ruchu, oprócz średniej różnicy. Zasadniczo, zamiast tłumić pulsy występujące we krwi, siatkówka przenosi puls z krwi tętniczej wchodzącej do mózgu do krwi żylnej wychodzącej, zachowując tę samą „amplitudę” lub siłę pulsu, a tym samym unikając różnic w ciśnieniu w samym mózgu.
Naukowcy zebrali parametry biomechaniczne od 11 gatunków waleni, w tym częstotliwość przywr, i wprowadzili te dane do modelu komputerowego.
„Nasza hipoteza, że pływanie generuje wewnętrzne impulsy ciśnienia, jest nowa, a nasz model potwierdza nasze przewidywania, że impulsy ciśnienia generowane podczas ruchu mogą być zsynchronizowane za pomocą mechanizmu transferu impulsów, który zmniejsza pulsację powstałego przepływu nawet o 97 procent” – mówi starszy autor. Dr Robert Shadwick, emerytowany profesor na wydziale zoologii UBC.
Model może być potencjalnie wykorzystany do zadawania pytań na temat innych zwierząt i tego, co dzieje się z ich pulsami ciśnienia krwi, gdy się poruszają, w tym ludzi, mówi dr Shadwick. I chociaż naukowcy twierdzą, że hipoteza nadal musi zostać przetestowana bezpośrednio, mierząc ciśnienie krwi i przepływ w mózgu pływających waleni, obecnie nie jest to możliwe z etycznego i technicznego punktu widzenia, ponieważ wymagałoby to umieszczenia sondy w żywym wielorybie.
„Niezależnie od tego, jak interesujące są, są zasadniczo niedostępne” – mówi. „Są największymi zwierzętami na planecie, prawdopodobnie kiedykolwiek, a zrozumienie, w jaki sposób udaje im się przetrwać, żyć i robić to, co robią, jest fascynującym elementem podstawowej biologii”.
„Zrozumienie, jak klatka piersiowa reaguje na ciśnienie wody na głębokości i jak płuca wpływają na ciśnienie naczyniowe, byłoby ważnym kolejnym krokiem” – mówi współautor dr Wayne Vogl, profesor na wydziale nauk komórkowych i fizjologicznych UBC. „Oczywiście bezpośrednie pomiary ciśnienia krwi i przepływu w mózgu byłyby nieocenione, ale w tej chwili nie są technicznie możliwe”.