Почему киты не получают повреждений мозга при плавании

Специальные кровеносные сосуды в мозге китов могут защищать их от пульсаций в крови, вызванных плаванием, которые могли бы повредить мозг, предполагает новое исследование Университета Британской Колумбии (UBC).

Существует много теорий о точном назначении этих сетей кровеносных сосудов, окружающих мозг и позвоночник кита, известных как retia mirabilia («чудесная сеть»). Теперь зоологи UBC считают, что они разгадали эту загадку, и их предсказания подтверждаются компьютерным моделированием.

У наземных млекопитающих, таких как лошади, при галопе возникают «пульсации» крови: давление внутри тела повышается и понижается с каждым шагом. В новом исследовании впервые выдвинуто предположение, что то же явление происходит у морских млекопитающих, которые плавают, совершая движения вверх-вниз, — то есть у китов. И, возможно, найдено объяснение, почему киты избегают долгосрочного повреждения мозга из-за этого.

У всех млекопитающих среднее кровяное давление в артериях (кровь, выходящая из сердца) выше, чем в венах. Эта разница в давлении обеспечивает кровоток в организме, в том числе через мозг. Однако движение может вызывать резкие скачки давления («пульсации») крови, поступающей в мозг. Разница в давлении между кровью, входящей в мозг и выходящей из него при таких пульсациях, может вызвать повреждения.

Долгосрочные повреждения такого рода могут привести к деменции у людей. Но в то время как лошади справляются с пульсациями, вдыхая и выдыхая, киты задерживают дыхание при нырянии и плавании. Поэтому, если китообразные не могут использовать свою дыхательную систему для смягчения пульсаций давления, они должны были найти другой способ решения проблемы.

Авторы исследования выдвинули теорию, что retia mirabilia используют механизм «передачи пульса», чтобы во время движения не возникало разницы в кровяном давлении в мозге китообразных сверх средней разницы. По сути, вместо того чтобы гасить пульсации в крови, retia передают пульс от артериальной крови, входящей в мозг, венозной крови, выходящей из него, сохраняя ту же «амплитуду» или силу пульса и тем самым избегая какой-либо разницы давления в самом мозге.

Исследователи собрали биомеханические параметры от 11 видов китообразных, включая частоту взмахов хвостовым плавником, и ввели эти данные в компьютерную модель.

Модель потенциально можно использовать, чтобы задавать вопросы о других животных, включая людей, и о том, что происходит с их пульсациями кровяного давления при движении. Гипотеза ещё нуждается в прямой проверке путём измерения давления и потока крови в мозге плавающих китообразных, но в настоящее время это этически и технически невозможно, так как потребовало бы введения зонда в живого кита.

Понимание того, как грудная клетка реагирует на давление воды на глубине и как лёгкие влияют на сосудистое давление, станет важным следующим шагом. Прямые измерения давления и потока крови в мозге были бы бесценны, но пока технически невозможны.

Исследование «Retia mirabilia: Защита мозга китообразных от пульсаций кровяного давления, вызванных движением» опубликовано в журнале Science.