Särskilda blodkärl i valhjärnor kan skydda dem från pulser, orsakade av simning, i deras blod som skulle skada hjärnan, har ny UBC-forskning föreslagit.

Det finns många teorier om den exakta användningen av dessa nätverk av blodkärl som vaggar en vals hjärna och ryggrad, känd som "retia mirabilia", eller "underbart nät", men nu tror UBC-zoologer att de har löst mysteriet med datormodellering stödjer sina förutsägelser.

Landdäggdjur som hästar upplever "pulser" i blodet när de galopperar, där blodtrycket i kroppen går upp och ner för varje steg. I en ny studie har huvudförfattaren Dr. Margo Lillie och hennes team för första gången föreslagit att samma fenomen inträffar hos marina däggdjur som simmar med dorso-ventrala rörelser; med andra ord, valar. Och de kan ha fått reda på varför valar undviker långvariga skador på hjärnan för detta.

Hos alla däggdjur är det genomsnittliga blodtrycket högre i artärerna, eller blodet som kommer ut från hjärtat, än i venerna. Denna skillnad i tryck driver blodflödet i kroppen, inklusive genom hjärnan, säger Dr Lillie, en forskarassistent emerita vid UBC-avdelningen för zoologi. Däremot kan förflyttning med kraft flytta blod, vilket orsakar tryckspikar eller "pulser" till hjärnan. Skillnaden i tryck mellan blodet som kommer in i och ut genom hjärnan för dessa pulser kan orsaka skada.

Långvariga skador av detta slag kan leda till demens hos människor, säger Dr Lillie. Men medan hästar hanterar pulserna genom att andas in och ut, håller valar andan när de dyker och simmar. "Så om valar inte kan använda sina andningsorgan för att moderera tryckpulser, måste de ha hittat ett annat sätt att hantera problemet", säger Dr. Lillie.

Dr Lillie och kollegor teoretiserade att retia använder en "pulsöverföringsmekanism" för att säkerställa att det inte finns någon skillnad i blodtrycket i valens hjärna under rörelse, utöver den genomsnittliga skillnaden. I huvudsak, snarare än att dämpa pulserna som uppstår i blodet, överför retia pulsen i det arteriella blodet som kommer in i hjärnan till det venösa blodet som kommer ut, och behåller samma "amplitud" eller pulsstyrka, och på så sätt undviker man någon skillnad i tryck. i själva hjärnan.

Forskarna samlade in biomekaniska parametrar från 11 arter av valar, inklusive fluking frekvens, och matade in dessa data i en datormodell.

"Vår hypotes att simning genererar interna tryckpulser är ny, och vår modell stödjer vår förutsägelse att rörelsegenererade tryckpulser kan synkroniseras med en pulsöverföringsmekanism som minskar pulsatiliteten hos det resulterande flödet med upp till 97 procent", säger senior författare Dr. Robert Shadwick, professor emeritus vid UBC-avdelningen för zoologi.

Modellen kan potentiellt användas för att ställa frågor om andra djur och vad som händer med deras blodtryckspulser när de rör sig, inklusive människor, säger Dr Shadwick. Och även om forskarna säger att hypotesen fortfarande måste testas direkt genom att mäta blodtryck och flöde i hjärnan hos simmande valar, är detta för närvarande inte etiskt och tekniskt möjligt, eftersom det skulle innebära att man sätter en sond i en levande val.

"Lika intressanta som de är, de är i princip otillgängliga", säger han. "De är de största djuren på planeten, möjligen någonsin, och att förstå hur de lyckas överleva och leva och göra vad de gör är en fascinerande del av grundläggande biologi."

"Att förstå hur bröstkorgen reagerar på vattentryck på djupet och hur lungorna påverkar kärltrycket skulle vara ett viktigt nästa steg", säger medförfattaren Dr Wayne Vogl, professor vid UBC-avdelningen för cellulära och fysiologiska vetenskaper. "Naturligtvis skulle direkta mätningar av blodtryck och flöde i hjärnan vara ovärderliga, men inte tekniskt möjliga för närvarande."

"Retia mirabilia:Protecting the cetacean brain from rörelsegenererade blodtryckspulser" publicerades idag i Science . + Utforska vidare

Hur dina ögon kan hjälpa till att diagnostisera högt blodtryck