Por qué las ballenas no sufren daño cerebral cuando nadan

Molde de resina que muestra la aorta y las arterias en la retia de una ballena beluga. Crédito:Wayne Vogl

Los vasos sanguíneos especiales en los cerebros de las ballenas pueden protegerlos de los pulsos, causados por nadar, en su sangre que dañarían el cerebro, según sugiere una nueva investigación de la UBC.

Hay muchas teorías sobre el uso exacto de estas redes de vasos sanguíneos que acunan el cerebro y la columna vertebral de una ballena, conocidas como 'retia mirabilia' o 'red maravillosa', pero ahora los zoólogos de la UBC creen que han resuelto el misterio, con modelos informáticos. respaldando sus predicciones.

Los mamíferos terrestres, como los caballos, experimentan "pulsos" en la sangre al galopar, donde la presión sanguínea dentro del cuerpo sube y baja con cada paso. En un nuevo estudio, la autora principal, la Dra. Margo Lillie y su equipo, sugirieron por primera vez que el mismo fenómeno ocurre en los mamíferos marinos que nadan con movimientos dorsoventrales; en otras palabras, ballenas. Y es posible que hayan descubierto por qué las ballenas evitan el daño cerebral a largo plazo por esto.

En todos los mamíferos, la presión arterial promedio es mayor en las arterias, o en la sangre que sale del corazón, que en las venas. Esta diferencia en la presión impulsa el flujo de sangre en el cuerpo, incluso a través del cerebro, dice la Dra. Lillie, investigadora asociada emérita en el departamento de zoología de la UBC. Sin embargo, la locomoción puede mover la sangre con fuerza, provocando picos de presión o "pulsos" en el cerebro. La diferencia de presión entre la sangre que entra y sale del cerebro por estos pulsos puede causar daño.

Las presiones internas, mostradas por la intensidad del amarillo, aumentan con cada movimiento descendente de un delfín nadando. Las presiones abdominales altas empujan el diafragma (línea negra) hacia el tórax, aumentando la presión torácica. Crédito:Margo Lillie

Daño a largo plazo de este tipo puede conducir a la demencia en los seres humanos, dice la Dra. Lillie. Pero mientras que los caballos se ocupan de las pulsaciones inhalando y exhalando, las ballenas contienen la respiración cuando bucean y nadan. "Entonces, si los cetáceos no pueden usar su sistema respiratorio para moderar los pulsos de presión, deben haber encontrado otra forma de lidiar con el problema", dice la Dra. Lillie.

La Dra. Lillie y sus colegas teorizaron que los retia usan un mecanismo de 'transferencia de pulsos' para garantizar que no haya diferencia en la presión arterial en el cerebro del cetáceo durante el movimiento, además de la diferencia promedio. Esencialmente, en lugar de amortiguar los pulsos que ocurren en la sangre, el retia transfiere el pulso en la sangre arterial que ingresa al cerebro a la sangre venosa que sale, manteniendo la misma 'amplitud' o fuerza del pulso, y así, evitando cualquier diferencia en la presión. en el propio cerebro.

Los investigadores recolectaron parámetros biomecánicos de 11 especies de cetáceos, incluida la frecuencia de fluke, e ingresaron estos datos en un modelo de computadora.

"Nuestra hipótesis de que nadar genera pulsos de presión internos es nueva, y nuestro modelo respalda nuestra predicción de que los pulsos de presión generados por la locomoción pueden sincronizarse mediante un mecanismo de transferencia de pulsos que reduce la pulsatilidad del flujo resultante hasta en un 97 por ciento", dice el autor principal, el Dr. Robert Shadwick, profesor emérito del departamento de zoología de la UBC.

Molde de resina que muestra las arterias de la red dentro del canal espinal de una ballena beluga. Crédito:Wayne Vogl

El modelo podría usarse potencialmente para hacer preguntas sobre otros animales y lo que sucede con sus pulsos de presión arterial cuando se mueven, incluidos los humanos, dice el Dr. Shadwick. Y aunque los investigadores dicen que la hipótesis aún debe probarse directamente midiendo la presión arterial y el flujo en el cerebro de los cetáceos nadadores, actualmente esto no es ética ni técnicamente posible, ya que implicaría colocar una sonda en una ballena viva.

"Tan interesantes como son, son esencialmente inaccesibles", dice. "Son los animales más grandes del planeta, posiblemente jamás, y entender cómo se las arreglan para sobrevivir y vivir y hacer lo que hacen es una pieza fascinante de la biología básica".

"Comprender cómo responde el tórax a las presiones del agua en profundidad y cómo los pulmones influyen en las presiones vasculares sería un próximo paso importante", dice el coautor, el Dr. Wayne Vogl, profesor del departamento de ciencias celulares y fisiológicas de la UBC. "Por supuesto, las mediciones directas de la presión arterial y el flujo en el cerebro serían invaluables, pero técnicamente no son posibles en este momento".

"Retia mirabilia:Proteger el cerebro de los cetáceos de los pulsos de presión arterial generados por la locomoción" se publicó hoy en Science . + Explora más