O pequeno segredo de um grande coração: o primeiro cardiograma de baleia azul da história

É difícil argumentar com a afirmação de que é a natureza que tem a imaginação mais vívida. Cada um dos representantes da flora e fauna tem características próprias e, às vezes, até estranhas, que geralmente não se encaixam em nossas cabeças. Tome, por exemplo, o mesmo camarão mantis. Essa criatura predatória é capaz de atacar a vítima ou o agressor com suas garras poderosas a uma velocidade de 83 km / h, e seu sistema visual é um dos mais difíceis já estudados pelo homem. Lagostas Mantis, embora furiosas, mas não muito grandes - até 35 cm de comprimento. O maior habitante dos mares e oceanos, como em todo o planeta, é a baleia azul. O comprimento deste mamífero pode atingir mais de 30 metros e um peso de 150 toneladas. Apesar das impressionantes dimensões, é difícil chamar as baleias azuis de caçadores formidáveis, pois eles preferem plâncton.

A anatomia das baleias azuis sempre interessou aos cientistas que querem entender melhor como um organismo e órgãos tão grandes funcionam nele. Apesar de sabermos da existência de baleias azuis há várias centenas de anos (desde 1694, para ser mais preciso), esses gigantes não revelaram todos os seus segredos. Hoje, encontraremos um estudo no qual um grupo de cientistas da Universidade de Stanford desenvolveu um dispositivo com o qual foram obtidos os primeiros registros do batimento cardíaco de uma baleia azul. Como funciona o coração do senhor dos mares, que descobertas os cientistas fizeram e por que um organismo não pode existir maior que uma baleia azul? Aprendemos sobre isso no relatório do grupo de pesquisa. Vamos lá

Herói da pesquisa

A baleia azul é o maior mamífero, o maior habitante dos mares e oceanos, o maior animal, a maior baleia. O que posso dizer, a baleia azul é realmente a mais do ponto de vista das dimensões - o comprimento é de 33 metros e o peso é de 150 toneladas. Os números são aproximados, mas não menos impressionantes.



Até a cabeça desse gigante merece uma linha separada no Guinness Book of Records, pois ocupa cerca de 27% do comprimento total do corpo. Nesse caso, os olhos das baleias azuis são pequenos o suficiente, não mais do que toranja. Se for difícil ver os olhos da baleia, você notará sua boca imediatamente. A boca de uma baleia azul pode acomodar até 100 pessoas (um exemplo assustador, mas as baleias azuis não comem pessoas, pelo menos intencionalmente). O tamanho grande da boca é devido às preferências gastronômicas: as baleias comem plâncton, engolindo grandes volumes de água, que depois liberam através de um aparelho de filtragem, filtrando os alimentos. Sob circunstâncias razoavelmente favoráveis, uma baleia azul absorve cerca de 6 toneladas de plâncton por dia.



Outra característica importante das baleias azuis são os pulmões. Eles conseguem prender a respiração por 1 hora e mergulhar a uma profundidade de 100 m, mas, como outros mamíferos marinhos, as baleias azuis emergem periodicamente na superfície da água para respirar. Subindo à superfície da água, as baleias usam o orifício respiratório de dois grandes orifícios (narinas) na parte de trás da cabeça. A expiração das baleias através da espira é frequentemente acompanhada por uma fonte vertical de água de até 10 m de altura.Pelo que são as peculiaridades do habitat das baleias, seus pulmões funcionam com muito mais eficiência do que os nossos - as baleias leves absorvem 80-90% de oxigênio e as nossas apenas cerca de 15%. O volume pulmonar é de cerca de 3 mil litros; em humanos, esse número varia na região de 3-6 litros.


Modelo de um coração de baleia azul em um museu em New Bedford (EUA).

O sistema circulatório da baleia azul também está cheio de parâmetros recordes. Por exemplo, seus vasos são simplesmente enormes, o diâmetro da aorta por si só é de cerca de 40 cm.O coração das baleias azuis é considerado o maior coração do mundo e pesa cerca de uma tonelada. Com um coração tão grande, a baleia e o sangue têm muito - mais de 8000 litros em um adulto.

E assim, gradualmente, abordamos a essência do próprio estudo. O coração da baleia azul é grande, como já entendemos, mas bate bem devagar. Anteriormente, acreditava-se que o pulso é de cerca de 5 a 10 batimentos por minuto, em casos raros, até 20. Mas ninguém fez medições precisas até agora.

Cientistas da Universidade de Stanford dizem que a escala em biologia é de grande importância, especialmente quando se trata de determinar as características funcionais dos órgãos dos seres vivos. O estudo de várias criaturas, de camundongos a baleias, permite determinar as limitações nas dimensões que um organismo vivo não pode exceder. E o coração e o sistema cardiovascular como um todo são atributos importantes de tais estudos.

Nos mamíferos marinhos, cuja fisiologia está totalmente adaptada ao seu estilo de vida, as adaptações associadas ao mergulho e à parada respiratória desempenham um papel importante. Verificou-se que em muitas dessas criaturas, durante um mergulho, a frequência cardíaca diminui para níveis abaixo do estado de repouso. E subindo à superfície, o ritmo do coração se torna mais rápido.

Um batimento cardíaco reduzido durante o mergulho é necessário para reduzir a taxa de entrega de oxigênio aos tecidos e células, esgotando o processo de esgotamento das reservas de oxigênio no sangue e reduzindo o consumo de oxigênio pelo próprio coração.

Existe uma hipótese de que o exercício (isto é, aumento da atividade física) modula a resposta à imersão e aumenta a frequência cardíaca durante a imersão. Essa hipótese é especialmente importante para o estudo de baleias azuis, uma vez que, em vista de um método de alimentação especial (uma investida acentuada para engolir água), a taxa metabólica, em teoria, deve ser 50 vezes maior que o valor basal (estado de repouso). Sugere-se que esses pulmões aceleram a depleção de oxigênio, reduzindo assim a duração do mergulho.

Um aumento da freqüência cardíaca e aumento da transferência de oxigênio do sangue para os músculos durante o ataque pulmonar podem desempenhar um papel importante devido aos custos metabólicos durante essa atividade física. Além disso, vale a pena considerar a baixa concentração de mioglobina * (Mb) em baleias azuis (5 a 10 vezes menor que em outros mamíferos marinhos: 0,8 g Mb por 100 g-1 de músculo em baleias azuis e 1,8 a 10 g Mb em outros mamíferos marinhos.

A mioglobina * é uma proteína de ligação ao oxigênio do músculo esquelético e do coração.

Como conclusão, atividade física, profundidade de imersão e controle volitivo alteram a freqüência cardíaca durante a imersão pelo sistema nervoso autônomo.

Um fator adicional na redução da freqüência cardíaca pode ser a compressão / expansão dos pulmões durante a imersão / subida.

Assim, a frequência cardíaca durante a imersão e enquanto na superfície está diretamente relacionada a modelos de hemodinâmica arterial.


Finwal

Um estudo anterior das propriedades biomecânicas e tamanhos das paredes da aorta do barbatana ( Balaenoptera physalus ) mostrou que durante mergulhos com frequência cardíaca ≤10 batimentos / min, o arco aórtico percebe o efeito de um reservatório (efeito Windkessel ), que mantém o fluxo sanguíneo por longos períodos diastólicos * entre contrações cardíacas e reduz a pulsação do fluxo sanguíneo na aorta distal rígida.

Diástole * (período diastólico) - o período de relaxamento do coração entre as contrações.

Todas as hipóteses, teorias e conclusões acima devem ter evidências materiais, isto é, ser confirmadas ou refutadas na prática. Mas, para isso, é necessário realizar eletrocardiografia em uma baleia azul em movimento livre. Métodos simples não funcionarão aqui, porque os cientistas criaram seu próprio dispositivo para eletrocardiografia.


Um vídeo no qual os pesquisadores falam brevemente sobre seu trabalho.

O ECG da baleia foi gravado usando um gravador de ECG personalizado, construído em uma cápsula especial com 4 ventosas. Eletrodos de ECG de superfície foram construídos em duas das ventosas. Os pesquisadores foram de barco para a Baía de Monterey (Oceano Pacífico, perto da Califórnia). Quando os cientistas finalmente encontraram uma baleia azul que emergiu na superfície da água, eles conectaram um gravador de ECG ao corpo (próximo à barbatana esquerda). De acordo com dados coletados anteriormente, essa baleia é um macho com 15 anos de idade. É importante observar que este dispositivo não é invasivo, ou seja, não requer a introdução de nenhum sensor ou eletrodo na pele do animal. Ou seja, para uma baleia, esse procedimento é completamente indolor e com estresse mínimo do contato com as pessoas, o que também é extremamente importante, uma vez que são feitas as leituras do batimento cardíaco, que podem sofrer distorções devido ao estresse. Como resultado, foi obtido um registro de ECG de 8,5 horas, segundo o qual os cientistas foram capazes de construir um perfil de ritmo cardíaco (imagem abaixo).


Imagem 1: Perfil da frequência cardíaca da baleia azul.

O formato do sinal de ECG foi semelhante ao registrado em pequenas baleias em cativeiro usando o mesmo dispositivo. O comportamento da baleia enquanto procurava por comida era bastante comum por sua aparência: mergulhar por 16,5 minutos a uma profundidade de 184 me intervalos de superfície de 1 a 4 minutos.

O perfil da frequência cardíaca, de acordo com a resposta cardiovascular ao mergulho, mostrou que uma frequência cardíaca de 4 a 8 batimentos por minuto prevaleceu na fase mais baixa dos mergulhos na busca por comida, independentemente da duração do mergulho ou da profundidade máxima. A frequência cardíaca do mergulho (calculada durante toda a duração do mergulho) e a freqüência cardíaca instantânea mínima durante o mergulho diminuíram com a duração do mergulho, enquanto a freqüência cardíaca máxima da superfície após o mergulho aumentou com a duração do mergulho. Ou seja, quanto mais a baleia fica debaixo d'água, mais lento o coração bate durante o mergulho e mais rápido após a subida.

Por sua vez, as equações alométricas para mamíferos afirmam que uma baleia pesando 70.000 kg tem um coração pesando 319 kg e seu volume de AVC (o volume de sangue ejetado por AVC) é de cerca de 80 l; portanto, a frequência cardíaca em repouso deve ser de 15 batimentos / min

Durante as fases mais baixas do mergulho, a frequência cardíaca instantânea variou de 1/3 a 1/2 da freqüência cardíaca prevista em repouso. No entanto, a frequência cardíaca aumentou durante a fase de subida. Em intervalos de superfície, a frequência cardíaca era aproximadamente duas vezes maior que a freqüência cardíaca prevista em repouso e variava predominantemente de 30 a 37 batimentos por minuto após mergulhos profundos (> profundidade de 125 metros) e de 20 a 30 batimentos por minuto após mergulhos menores.

Esta observação pode indicar que a aceleração das contrações cardíacas é necessária para alcançar as trocas gasosas respiratórias desejadas e a reperfusão (restauração do fluxo sanguíneo) dos tecidos entre mergulhos profundos.

Os mergulhos noturnos de curta duração foram associados ao relaxamento e, portanto, são mais característicos de um estado menos ativo. Os batimentos cardíacos típicos observados com um mergulho noturno de 5 minutos (8 batimentos por minuto) e o intervalo de superfície de 2 minutos que acompanha (25 batimentos por minuto) juntos podem levar a um batimento cardíaco de cerca de 13 batimentos por minuto. Esta figura, como podemos ver, é surpreendentemente próxima das previsões calculadas dos modelos alométricos.

Em seguida, os cientistas construíram perfis de freqüência cardíaca, profundidade e volume relativo do pulmão de 4 mergulhos separados, cuja análise nos permitiu estudar o efeito potencial da atividade física e da profundidade na regulação do ritmo cardíaco.


Imagem No. 2: perfis de freqüência cardíaca, profundidade e volume pulmonar relativo 4 mergulhos separados.

Enquanto come comida a grandes profundidades, a baleia realiza uma certa manobra de estocada - abre bruscamente a boca para engolir água com plâncton e depois filtra a comida. Observou-se que a frequência cardíaca no momento da ingestão de água é 2,5 vezes maior do que no momento da filtração. Isso indica diretamente a dependência da frequência cardíaca na atividade física.

Quanto aos pulmões, seu efeito no ritmo cardíaco é extremamente improvável, uma vez que não foram observadas alterações significativas no volume relativo dos pulmões durante os mergulhos considerados.

Além disso, nas fases mais baixas dos mergulhos superficiais, um aumento de curto prazo na freqüência cardíaca foi associado precisamente a alterações no volume relativo dos pulmões e pode ser causado pela ativação do receptor de estiramento pulmonar.

Resumindo as observações acima, os cientistas chegaram à conclusão de que, durante a alimentação em grandes profundidades, há um breve aumento na freqüência cardíaca em 2,5 vezes. No entanto, a média da frequência cardíaca máxima durante os pulmões no momento da alimentação ainda era apenas metade do valor previsto em repouso. Esses dados são consistentes com a hipótese de que os arcos aórticos flexíveis de baleias grandes percebem o efeito de um reservatório durante uma freqüência cardíaca lenta durante um mergulho. Além disso, a faixa de frequência cardíaca mais alta após imersão confirmou a hipótese de que a impedância aórtica e a carga cardíaca diminuem durante o intervalo de superfície devido à interferência destrutiva das ondas de pressão de saída e refletidas na aorta.

A forte bradicardia que os pesquisadores observaram pode ser chamada de resultado inesperado do estudo, dado o enorme custo das forças das baleias para esticar durante a deglutição de água com plâncton. No entanto, o custo metabólico dessa manobra pode não corresponder à frequência cardíaca ou ao transporte convectivo de oxigênio, em parte devido à curta duração da alimentação e ao possível envolvimento de fibras musculares glicolíticas e de rápida contração.

Durante o ataque, as baleias azuis aceleram a alta velocidade e absorvem um volume de água, que pode ser maior que o próprio corpo. Os cientistas sugerem que a alta resistência e energia necessária para manobrar esgotam rapidamente o suprimento total de oxigênio no corpo, limitando assim o tempo de imersão. A força mecânica necessária para absorver grandes volumes de água provavelmente excederá em muito a força metabólica aeróbica. É por isso que, durante essas manobras, a frequência cardíaca, embora aumentando, foi por um período muito curto.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas .

Epílogo

Uma das conclusões mais importantes é que, para trocas e reperfusão de gases durante curtos intervalos de superfície, as baleias azuis requerem uma freqüência cardíaca quase máxima, independentemente da natureza da depleção de oxigênio no sangue e nos músculos durante o mergulho. Se levarmos em conta que indivíduos maiores de baleias azuis precisam investir mais trabalho por um período mais curto de tempo (de acordo com as hipóteses da alometria), eles inevitavelmente encontrarão várias limitações fisiológicas durante o mergulho e durante o intervalo de superfície. Isso significa que o tamanho do corpo é evolutivamente limitado, pois, se fosse maior, o processo de obtenção de alimentos seria muito caro e não seria compensado pelos alimentos recebidos. Os próprios pesquisadores acreditam que o coração de uma baleia azul trabalha até o limite de suas capacidades.

No futuro, os cientistas planejam expandir as capacidades de seus dispositivos, incluindo a adição de um acelerômetro para entender melhor o efeito de diferentes atividades físicas na freqüência cardíaca. Eles também planejam usar seu sensor de ECG em outras formas de vida marinha.

Como este estudo mostrou, ser a maior criatura com o maior coração não é tão simples. No entanto, não importa o tamanho dos habitantes marinhos, não importa qual dieta eles adiram, precisamos entender que a espessura da água que as pessoas usam para pesca, produção e transporte permanece sua casa. Somos apenas convidados e, portanto, devemos nos comportar de acordo.


Obrigado pela atenção, fique curioso e tenha um ótimo final de semana a todos, pessoal! :)

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