Глубоководные киты и другие морские млекопитающие могут заболеть декомпрессией - такой же болезненной и потенциально опасной для жизни декомпрессионной болезнью, которая поражает аквалангистов, всплывающих на поверхность слишком быстро. Новое исследование предлагает гипотезу о том, как морские млекопитающие обычно избегают изгибов и как они могут уступить в стрессовых условиях.
Ключом является необычная структура легких китов, дельфинов и морских свиней (и, возможно, других ныряющих позвоночных с задержкой дыхания), которая создает две разные легочные области под давлением глубоководного моря, говорят исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и Fundacion Oceanografic в Испании. Их исследование было опубликовано 25 апреля 2018 года в журнале Proceedings of the Royal Society B..
«То, как некоторые морские млекопитающие и черепахи могут многократно нырять так глубоко и так долго, очень долго озадачивало ученых», - говорит Майкл Мур, директор Центра морских млекопитающих WHOI и соавтор исследования. изучение. «Эта статья открывает окно, через которое мы можем по-новому взглянуть на этот вопрос».
Когда дышащие воздухом млекопитающие ныряют на глубину с высоким давлением, их легкие сжимаются. Это разрушает их альвеолы - крошечные мешочки в конце дыхательных путей, где происходит газообмен. Пузырьки азота накапливаются в кровотоке и тканях животных. Если они поднимаются медленно, азот может вернуться в легкие и выдохнуться. Но если они поднимаются слишком быстро, пузырьки азота не успевают диффундировать обратно в легкие. При меньшем давлении на меньшей глубине пузырьки азота расширяются в кровотоке и тканях, вызывая боль и повреждения.
Структура грудной клетки морских млекопитающих позволяет их легким сжиматься. Ученые предположили, что это пассивное сжатие было основной адаптацией морских млекопитающих, чтобы избежать чрезмерного поглощения азота на глубине и получения изгибов.
В своем исследовании исследователи сделали компьютерную томографию умершего дельфина, тюленя и домашней свиньи, находящихся под давлением в барокамере. Команда смогла увидеть, как архитектура легких морских млекопитающих создает две легочные области: одна заполнена воздухом, а другая спалась. Исследователи считают, что кровь течет в основном через спавшуюся область легких. Это вызывает то, что называется несоответствием вентиляции и перфузии, что позволяет некоторым количествам кислорода и углекислого газа поглощаться кровотоком животного, сводя к минимуму или предотвращая обмен азота. Это возможно, потому что каждый газ имеет различную растворимость в крови. Наземная свинья не показала такой структурной адаптации.
Этот механизм защитит китообразных от поглощения чрезмерного количества азота и, таким образом, сведет к минимуму риск изгибов, говорит ведущий автор Даниэль Гарсия-Паррага из Fundacion Oceanografic.
Однако, по его словам, «чрезмерный стресс, который может возникнуть во время воздействия искусственного звука, может привести к отказу системы и увеличению притока крови к заполненным воздухом областям. Это улучшит газообмен и содержание азота в крови и тканях будет увеличиваться по мере снижения давления во время подъема».
Ученые когда-то думали, что ныряющие морские млекопитающие невосприимчивы к декомпрессионной болезни, но случай выброса на берег в 2002 году, связанный с учениями военно-морского гидролокатора, показал, что 14 китов, которые погибли после выброса на берег у Канарских островов, имели пузырьки газа в тканях - признак изгибы. Исследователи говорят, что результаты исследования могут подтвердить предыдущие последствия декомпрессионной болезни у некоторых масс китообразных, выбрасываемых на берег во время тренировок гидролокатора ВМФ.
Команда говорит, что дальнейшие исследования потребуют разработки инструментов для анализа того, как кровоток в легких и модели вентиляции меняются в зависимости от различных факторов стресса во время погружения.