Морские млекопитающие хорошо приспособлены к жизни под водой. Одним из наиболее сложных аспектов этой среды является чрезвычайное давление, которое животные испытывают на увеличивающейся глубине. Это состояние увеличивает потребность в защите мозга от пульсирующего кровотока, с чем сталкиваются все млекопитающие.
Новое исследование, проведенное Университет Британской Колумбии предполагает, что специальные кровеносные сосуды в мозгу китов могут защищать их от импульсов, вызванных плаванием.
Существует множество гипотез о точной функции «retia mirabilia», или «чудесной сети», сети кровеносных артерий, окружающих мозг и позвоночник кита. Однако зоологи UBC теперь думают, что у них есть ответ, и компьютерное моделирование подтверждает их утверждения.
Во время галопа наземные млекопитающие, такие как лошади, испытывают «пульс» в крови, когда кровяное давление внутри тела повышается и падает с каждым шагом. В новом исследовании главный автор доктор Марго Лилли и ее команда выдвинули первое предположение о том, что киты, плавающие дорсо-вентральными движениями, также испытывают то же явление. И, возможно, они выяснили, почему киты избегают долговременного повреждения мозга.
Доктор Лилли, почетный научный сотрудник факультета зоологии Университета Британской Колумбии, сказал: «У всех млекопитающих среднее кровяное давление выше в артериях или крови, выходящей из сердца, чем в венах. Эта разница в давлении управляет потоком крови в организме, в том числе через мозг. Однако передвижение может привести к сильному перемещению крови, вызывая скачки давления или «пульсы» в мозгу. Разница в давлении между кровью, поступающей в мозг и выходящей из него во время этих импульсов, может привести к повреждению».
«Долгосрочный ущерб такого рода может привести к слабоумие в людях. Но в то время как лошади справляются с пульсом, вдыхая и выдыхая, киты задерживают дыхание при нырянии и плавании. Так что, если китообразные не могут использовать свою дыхательную систему для смягчения пульсаций давления, они, должно быть, нашли другой способ справиться с этой проблемой».
Ученые отметили, «Сетчатка использует механизм «передачи импульсов», чтобы гарантировать отсутствие разницы в кровяном давлении в мозгу китообразного во время движения, помимо средней разницы. По сути, вместо того, чтобы демпфировать пульс, возникающий в крови, сетчатка передает пульс от артериальной крови, поступающей в мозг, к венозной крови, выходящей из него, сохраняя ту же самую «амплитуду» или силу пульса и, таким образом, избегая любой разницы в давлении в мозгу. сам мозг».
Частота трения была одним из биомеханических факторов, которые ученые получили от 11 различных видов китообразных и ввели в компьютерную модель.
Старший автор доктор Роберт Шедвик, почетный профессор кафедры зоологии Университета Британской Колумбии, сказал: «Наша гипотеза о том, что плавание генерирует импульсы внутреннего давления, является новой, и наша модель подтверждает наше предсказание о том, что импульсы давления, генерируемые движением, могут быть синхронизированы с помощью механизма передачи импульсов, который снижает пульсацию результирующего потока до 97 процентов».
«Модель можно использовать, чтобы задавать вопросы о других животных и о том, что происходит с их пульсами кровяного давления, когда они двигаются, включая людей. Гипотезу все еще необходимо проверить напрямую путем измерения артериального давления и кровотока в мозгу плавающих китообразных; в настоящее время это невозможно с этической и технической точек зрения, поскольку для этого потребуется поместить зонд в живого кита».
«Как бы они ни были интересны, они по сути недоступны. Это самые большие животные на планете, возможно, когда-либо существовавшие, и понимание того, как им удается выживать, жить и делать то, что они делают, является увлекательной частью фундаментальной биологии».
Соавтор доктор Уэйн Фогл, профессор кафедры клеточных и физиологических наук Университета Британской Колумбии, — сказал, «Понимание того, как грудная клетка реагирует на давление воды на глубине и как легкие влияют на сосудистое давление, станет важным следующим шагом. Конечно, прямые измерения артериального давления и мозгового кровообращения были бы неоценимы, но в настоящее время это технически невозможно».
Справочник журнала:
- М.А. Лилли, А.В. Фогль и др. Retia mirabilia: защита мозга китообразных от импульсов артериального давления, генерируемых движением. Наука, DOI: 10.1126/наука.abn3315
