Hvorfor får hvaler ikke hjerneskade, når de svømmer

Særlige blodkar i hvalhjerner kan beskytte dem mod pulser, forårsaget af svømning, i deres blod, som ville skade hjernen, har ny UBC-forskning foreslået.

Der er mange teorier om den nøjagtige brug af disse netværk af blodkar, der vugger en hvals hjerne og rygrad, kendt som 'retia mirabilia' eller 'vidunderligt net', men nu mener UBC-zoologer, at de har løst mysteriet med computermodellering bakker op om deres forudsigelser.

Landpattedyr som heste oplever 'pulser' i blodet, når de galopperer, hvor blodtrykket inde i kroppen går op og ned for hvert skridt. I en ny undersøgelse har hovedforfatteren Dr. Margo Lillie og hendes team for første gang foreslået, at det samme fænomen forekommer hos havpattedyr, der svømmer med dorso-ventrale bevægelser; med andre ord, hvaler. Og de kan have fundet ud af, hvorfor hvaler undgår langsigtede skader på hjernen for dette.

Hos alle pattedyr er det gennemsnitlige blodtryk højere i arterierne eller blodet, der kommer ud af hjertet, end i venerne. Denne forskel i tryk driver blodgennemstrømningen i kroppen, herunder gennem hjernen, siger Dr. Lillie, en forskningsmedarbejder emerita i UBC-afdelingen for zoologi. Bevægelse kan imidlertid kraftigt flytte blod, hvilket forårsager spidsbelastninger eller 'pulser' til hjernen. Forskellen i tryk mellem blodet, der kommer ind og ud af hjernen for disse impulser, kan forårsage skade.

Langsigtede skader af denne art kan føre til demens hos mennesker, siger Dr. Lillie. Men mens heste håndterer pulserne ved at trække vejret ind og ud, holder hvaler vejret, når de dykker og svømmer. "Så hvis hvaler ikke kan bruge deres åndedrætssystem til at moderere trykimpulser, må de have fundet en anden måde at håndtere problemet på," siger Dr. Lillie.

Dr. Lillie og kollegaer teoretiserede, at retia bruger en 'puls-overførsel'-mekanisme for at sikre, at der ikke er nogen forskel i blodtrykket i hvalens hjerne under bevægelse, oven i den gennemsnitlige forskel. I det væsentlige, snarere end at dæmpe de pulser, der opstår i blodet, overfører retia pulsen i det arterielle blod, der kommer ind i hjernen til det venøse blod, der kommer ud, og bevarer den samme 'amplitude' eller pulsstyrke, og så undgår man enhver forskel i tryk i selve hjernen.

Forskerne indsamlede biomekaniske parametre fra 11 hvalarter, inklusive fluking-frekvens, og indlæste disse data i en computermodel.

"Vores hypotese om, at svømning genererer interne trykimpulser er ny, og vores model understøtter vores forudsigelse om, at bevægelsesgenererede trykimpulser kan synkroniseres af en pulsoverførselsmekanisme, der reducerer pulsatiliteten af ​​resulterende flow med op til 97 procent," siger seniorforfatter Dr. Robert Shadwick, professor emeritus i UBC-afdelingen for zoologi.

Modellen kan potentielt bruges til at stille spørgsmål om andre dyr, og hvad der sker med deres blodtrykspulser, når de bevæger sig, inklusive mennesker, siger Dr. Shadwick. Og selvom forskerne siger, at hypotesen stadig skal testes direkte ved at måle blodtryk og flow i hjernen hos svømmende hvaler, er dette i øjeblikket ikke etisk og teknisk muligt, da det ville involvere at sætte en sonde i en levende hval.

"Så interessante som de er, er de i det væsentlige utilgængelige," siger han. "De er de største dyr på planeten, muligvis nogensinde, og at forstå, hvordan de formår at overleve og leve og gøre, hvad de gør, er et fascinerende stykke grundlæggende biologi."

"Forståelse af, hvordan thorax reagerer på vandtryk i dybden, og hvordan lunger påvirker vaskulære tryk, ville være et vigtigt næste skridt," siger medforfatter Dr. Wayne Vogl, professor i UBC-afdelingen for cellulære og fysiologiske videnskaber. "Selvfølgelig ville direkte målinger af blodtryk og flow i hjernen være uvurderlige, men ikke teknisk mulige på nuværende tidspunkt."

"Retia mirabilia:Beskyttelse af hvalens hjerne mod bevægelsesgenererede blodtryksimpulser" blev offentliggjort i dag i Science . + Udforsk yderligere

Hvordan dine øjne kunne hjælpe med at diagnosticere forhøjet blodtryk