《Science》为什么鲸鱼在游泳时不会脑损伤?

【字体: 时间:2022年09月23日 来源:Science

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  英属哥伦比亚大学的一项新研究表明,鲸鱼大脑中特殊的血管可以保护它们免受游泳时血液中产生的脉冲的伤害,脉冲会损害大脑。

  

今日新闻,230头领航鲸搁浅澳洲塔岛西海岸,有人猜测可能因为磁场脉冲影响。这种猜测有依据吗?现在,英属哥伦比亚大学的一项新研究表明,鲸鱼大脑中特殊的血管可以保护它们免受游泳时血液中产生的脉冲的伤害(一般认为脉冲会损害大脑)。

关于这些支撑着鲸鱼大脑和脊椎的血管网络的确切用途有很多理论,这些血管网络被称为“retia mirabilia”,或“奇妙的网”,但现在UBC大学的动物学家们相信他们已经解决了这个谜题,他们的预测得到了计算机建模的支持。

像马这样的陆地哺乳动物在奔跑时,血液中会有“脉搏”,每迈一步,体内的血压就会上下波动。在一项新的研究中,主要作者Margo Lillie博士和她的团队首次提出,同样的现象发生在以背腹运动游泳的海洋哺乳动物身上;换句话说,就是鲸鱼。而且,他们可能已经发现了为什么鲸鱼会避免大脑因此受到长期损伤。

在所有哺乳动物中,动脉或流出心脏的血液中的平均血压高于静脉。利利博士是英属哥伦比亚大学动物学系的退休研究员,他说,这种压力的差异驱动着体内的血液流动,包括通过大脑。然而,运动可以有力地推动血液流动,造成压力峰值,或大脑的“脉冲”。由于这些脉冲,进出大脑的血液之间的压力差会造成损伤。

Lillie博士说,这种长期损伤会导致人类痴呆。但是,马通过吸气和呼气来处理脉搏,鲸鱼在潜水和游泳时屏住呼吸。“所以,如果鲸目动物不能使用它们的呼吸系统来调节压力脉冲,它们一定找到了另一种方法来解决这个问题,”Lillie博士说。

Lillie博士和他的同事们推断,在运动过程中,除了平均的血压差异之外,视网膜利用一种“脉搏转移”机制来确保鲸鱼类动物大脑中的血压没有差异。本质上,视网膜不是抑制血液中的脉冲,而是将进入大脑的动脉血中的脉冲转移到流出的静脉血中,保持脉冲的“振幅”或强度,从而避免大脑本身的压力差异。

研究人员收集了11种鲸类动物的生物力学参数,包括侥幸频率,并将这些数据输入计算机模型。

“我们关于游泳产生内部压力脉冲的假设是新的,我们的模型支持我们的预测,即运动产生的压力脉冲可以通过脉冲传递机制同步,从而减少高达97%的流量脉动,”高级作者Robert Shadwick博士说,他是UBC动物系的荣誉教授。

Shadwick博士说,这个模型可能被用来询问其他动物的情况,以及它们在运动时血压脉搏的变化情况,包括人类。虽然研究人员表示,这一假设还需要通过测量游泳的鲸类动物的血压和大脑流量来直接验证,但目前这在伦理和技术上都是不可能的,因为这需要将探针放入活鲸体内。

他说:“尽管它们很有趣,但它们本质上是不可接近的。它们是地球上最大的动物,可能是有史以来最大的动物,了解它们是如何生存和生活的,以及它们所做的事情是一个迷人的基础生物学部分。了解胸腔如何对水下水压做出反应,以及肺部如何影响血管压力将是重要的下一步,当然,直接测量血压和大脑流量将是无价的,但目前在技术上不可能。”

Retia mirabilia: Protecting the cetacean brain from locomotion-generated blood pressure pulses

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