Science：揭示鲸鱼大脑中的特殊血管保护它们免受游泳时产生的血压脉冲的伤害

在一项新的研究中，来自加拿大英属哥伦比亚大学的研究人员指出鲸鱼大脑中的特殊血管可能会保护它们免受游泳时血液中产生的血压脉冲的伤害。相关研究结果发表在2022年9月23日的Science期刊上，论文标题为“Retia mirabilia: Protecting the cetacean brain from locomotion-generated blood pressure pulses”。

人们针对这些支撑鲸鱼大脑和脊柱的血管网络---奇妙血管网（retia mirabilia）---的确切用途提出了许多理论，但是这些作者如今认为他们解开了这个谜团，而且计算机模型支持他们的预测。

陆地哺乳动物，如马，在奔跑时血液中会出现“脉冲”，每迈一步，体内的血压就会上下波动。在这项新的研究中，论文通讯作者、英属哥伦比亚大学动物学系的Margo Lillie博士和她的团队首次提出，同样的现象发生在以背腹式运动游泳的海洋哺乳动物---鲸鱼---身上。他们可能发现了为什么鲸鱼会因此而避免对大脑的长期损害。

在所有的哺乳动物中，动脉（离开心脏的血液）的平均血压高于静脉。Lillie博士说，这种血压差异驱动着体内的血液流动，包括通过大脑的血液流动。然而，运动可以强行移动血液，导致大脑中的血压波动，即脉冲。在这些脉冲中，进入和离开大脑的血液之间的血压差异会造成损害。

Lillie博士说，这种长期的损害会导致人类的痴呆症。但是当马通过吸气和呼气来处理这些脉冲时，鲸鱼在潜水和游泳时却屏住呼吸。Lillie博士说，“因此，如果鲸鱼不能用它们的呼吸系统来缓和血压脉冲，它们一定找到了另一种方法来处理这个问题。”

Lillie博士及其同事们推测鲸鱼的奇妙血管网使用了一种‘脉冲转移（pulse-transfer）’机制，以确保鲸类动物在运动过程中，除了平均的血压差异外，大脑中的血压没有差异。从本质上讲，这种奇妙血管网不是抑制血液中发生的脉冲，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，保持相同的脉冲“振幅”或强度，因此，避免了大脑本身的任何血压差异。

这些作者收集了11种鲸类动物的生物力学参数，包括浮游频率，并将这些数据输入一种计算机模型。

英属哥伦比亚大学动物学系荣誉教授Robert Shadwick博士说，“我们关于游泳产生内部血压脉冲的假设是新的，我们的模型支持我们的预测，即运动产生的血压脉冲可以通过脉冲转移机制来同步化，使产生的血液流动的脉冲性降低高达97%。”

Shadwick博士说，这种模型有可能被用来研究其他动物（包括人类），以及它们在运动时的血压脉冲发生了什么。虽然这些作者指出这一假设仍然需要通过测量鲸类动物游泳时大脑中的血压和血液流动来直接加以测试，但是目前这在伦理和技术上是不可能的，因为这将涉及到将探针放入活体鲸鱼体内。

他说，“尽管它们很有趣，但它们基本上是无法接近的。它们是地球上最大的动物，可能是有史以来最大的动物，了解它们如何设法生存、生活和做它们所做的事情是基础生物学的一个迷人部分。”

英属哥伦比亚大学细胞与生理科学系教授Wayne Vogl博士说，“了解胸腔如何对较深处的水压做出反应，以及肺部如何影响血管血压将是下一步的重要工作。当然，直接测量大脑中的血压和血液流动将是非常有价值的，但目前在技术上是不可能的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Margo Lillie et al. Retia mirabilia: Protecting the cetacean brain from locomotion-generated blood pressure pulses. Science, 2022, doi:10.1126/science.abn3315.

2. Why whales don’t get brain damage when they swim
https://www.eurekalert.org/news-releases/965540