https://frosthead.com

Τα δελφίνια έχουν ένα μυστηριώδες δίκτυο φλεβών που θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την πρόληψη των στροφών

Μέσα στα στήθη των δελφινιών και των οδοντωτών φαλαινών υπάρχει ένα ανατομικό μυστήριο: ένας λαβύρινθος μικροσκοπικών αιμοφόρων αγγείων τύπου σκουληκιών που ονομάζονται "θωρακική κοιλότητα", ο σκοπός του οποίου έχει μακροχρόνια αμφιβολία για τους επιστήμονες. Η Joy Reidenberg, μια ανατομία στην Ιατρική Σχολή του Mount Sinai, πιστεύει ότι έχει καταλάβει για ποιο λόγο είναι. Αν έχει δίκιο, θα μπορούσε να κρατήσει το κλειδί για την ανάπτυξη μιας συσκευής που θα ήταν σε θέση να αποτρέψει τη θανατηφόρα κατάσταση που όλοι οι δύτες φοβούνται: τις στροφές.

Ο Reidenberg είναι ένας από τους πολλούς ερευνητές των οποίων το έργο περιορίζεται στο πώς τα θαλάσσια είδη καταφέρνουν να βυθιστούν - και να επιστρέψουν με ασφάλεια - στα βάθη των ωκεανών. Και αυτή η αυξανόμενη κατανόηση της ανατομής των δελφινιών, των φαλαινών, των χελωνών και των ψαριών φέρνει όνειρα που επιτρέπουν στους ανθρώπους να βουτήξουν βαθύτερα, γρηγορότερα και ασφαλέστερα λίγο πιο κοντά στην πραγματικότητα.

Ο Reidenberg εξέτασε 10 νεκρά δελφίνια και φώκιες που έπεσαν στην ξηρά για να εντοπίσουν τις συνδέσεις μεταξύ των μυστηριωδών αιμοφόρων αγγείων και των υπόλοιπων ανατομικών των ζώων. Αυτό που βρήκε ήταν ένα δίκτυο το οποίο υποψιάζεται ότι θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ένα είδος "διαλογέα νομισμάτων" για αέρια, παγιδεύοντας τις φυσαλίδες αζώτου που σχηματίζουν ως δύτες να επανεμφανιστούν, προσελκύοντάς τους σε μικρότερα και μικρότερα σκάφη. Αυτό με τη σειρά τους δεν τους επιτρέπει να εισέλθουν στις αρθρώσεις και να εμποδίσουν την παροχή αίματος στα όργανα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει θανατηφόρα ασθένεια αποσυμπίεσης, γνωστή και ως στροφές.

Πρέπει ακόμα να δοκιμάσει πλήρως αυτή τη θεωρία, αλλά άλλες πρόσφατες έρευνες φαίνεται να προσδίδουν πίστη στην ιδέα της. Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο από ερευνητές στο Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Woods Hole και το Fundacion Oceanografic στην Ισπανία διαπίστωσε ότι οι πνεύμονες των θαλάσσιων θηλαστικών συμπιέζονται υπό πίεση κατά τρόπον ώστε οι φυσαλίδες αζώτου να παραμένουν εκτός της κυκλοφορίας του αίματος.

Είναι διαφορετικό στους ανθρώπους. Καθώς βουτάτε βαθύτερα, η αυξανόμενη πίεση αναγκάζει το άζωτο στον αέρα που έχετε εισπνεύσει να διαλύεται στο αίμα σας. Αυξάνεται πολύ γρήγορα και το άζωτο δεν διαλύεται για να σχηματίσει φυσαλίδες αερίου στην κυκλοφορία του αίματος, όπου αναπτύσσεται και μπορεί να κολλήσει σε αρθρώσεις και ζωτικά όργανα. Χωρίς τις προσαρμογές των θαλάσσιων θηλαστικών, οι δύτες πρέπει να ανέβουν αργά, συχνά με διαλείμματα, για να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα. Αυτό επιτρέπει στους φυσαλίδες αζώτου να δουλεύουν σταδιακά από το αίμα στους πνεύμονες, όπου μπορούν να εκπνεούν στην επιφάνεια - όπως είχατε προσεκτικά, ανοίξτε σιγά-σιγά ένα σόδα για να απελευθερώσετε τα αέρια που έχουν δημιουργηθεί υπό πίεση.

Για να δοκιμάσει τη θεωρία της σχετικά με τη λειτουργία του Rete, ο Reidenberg θα αντλούσε μια λύση τύπου σουητζή μέσα από τις φλέβες ενός σφαγίου δελφινιών και θα τοποθετήσει εκείνο το σφάγιο μέσα σε ένα θάλαμο ανασυγκρότησης που έχει εισαχθεί σε ένα CT scanner. Καθώς αυξάνει την πίεση για την προσομοίωση μιας κατάδυσης, τα αέρια στο υγρό θα διαλύονται στην κυκλοφορία του αίματος. Στη συνέχεια, καθώς το άζωτο αρχίζει να επανεμφανίζεται ως «μικροφυσαλίδες» κατά τη διάρκεια της προσομοιωμένης ανόδου, η θωρακική ρήξη θα ελπίζουμε ότι θα τα απομακρύνει για να τα κρατήσει μακριά από τα ζωτικά όργανα μέχρι να απελευθερωθούν σε φλέβες οδηγώντας τους πνεύμονες να εκπνεούν στην επιφάνεια .

"Καθώς πλησιάζουν στην επιφάνεια, οι φυσαλίδες θα απομακρυνθούν και οι πνεύμονες θα είναι σε θέση να ξανα-επεκταθούν και οι φυσαλίδες τελικά θα αντληθούν στους πνεύμονες", λέει ο Reidenberg. Το rete θα λειτουργούσε ως ένα είδος "βρόχου bypass για να πιάσει αυτό το επιπλέον αέριο."

v44n1-briefs14en_10071.jpg Μια σφαιρική βλάβη που βρέθηκε σε μια πλευρά μιας νεκράς φάλαινας σπερματοζωαρίων, που πιθανώς προκλήθηκε από φυσαλίδες αζώτου που δημιουργήθηκαν όταν η φάλαινα αυξήθηκε πολύ γρήγορα από τα βάθη υψηλής πίεσης. (Το Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Tom Kleindinst / Woods Hole)

Αν αποδειχθεί αυτή η λειτουργία του δικτύου, οι κίνδυνοι και ο χρόνος αναμονής για τους ανθρώπινους δύτες θα μπορούσαν να μειωθούν - δημιουργώντας κατ 'ουσίαν μια εξωτερική σύνδεση για τον άνθρωπο. Οι δυνατότητες είναι σημαντικές: Φανταστείτε τους δύτες ναυτικού SEAL να κάνουν συγκεκαλυμμένα ops, λέει ο Reidenberg. "Το τελευταίο πράγμα που θα θέλατε είναι να κάθονται πάπιες λίγα μέτρα από την επιφάνεια, περιμένοντας την τελευταία στάση αποσυμπίεσης, η οποία είναι η μακρύτερη στάση. Σήμερα, μπορεί να παραιτηθούν από αυτή τη στάση, να επιτίθενται πιο γρήγορα και να κινδυνεύουν να φτάσουν στις στροφές. "

Αλλά αν είχαν μια συσκευή κρυμμένη στην πλάτη τους, που είχαν συνδεθεί στο σύστημα κυκλοφορίας τους μέσω ενός αιμοφόρου αγγείου κοντά στην επιφάνεια του δέρματος, η κατάδυση θα ήταν ταχύτερη και ασφαλέστερη - τόσο από πλευράς υγείας όσο και στρατιωτικής. Θα ήταν αρχικά ογκώδες, αλλά, λέει ο Reidenberg, όχι περισσότερο από ένα σύστημα IV που μπορεί να συνδέεται με έναν νοσοκομειακό ασθενή.

Δεν είναι όλοι πεπεισμένοι για το μέλλον μιας τέτοιας συσκευής. «Οι άνθρωποι έχουν ψάξει για τα καταδυτικά ζώα για δεκαετίες αναρωτιούνται πώς ασχολούνται με το βάθος και την πίεση», λέει ο Laurens Howle, μηχανικός μηχανικός στο πανεπιστήμιο Duke, ο οποίος έχει εργαστεί στο μοντέλο της σοβαρότητας των στροφών σε διάφορα σενάρια. Λέει ότι οι θεωρίες του Reidenberg σχετικά με το Rete είναι ενδιαφέρουσες και "θα μπορούσαν να συμβούν", αλλά σημείωσε ότι η διαφορά μεταξύ των θαλάσσιων θηλαστικών και των χερσαίων είναι ότι παίρνουν μία ανάσα στην επιφάνεια πριν από την κατάδυση. Εμείς, εν τω μεταξύ, αναπνέουμε συνεχώς μέσα από δεξαμενές αέρα, που σημαίνει ότι διαθέτουμε περισσότερο άζωτο για να σχηματίσουμε φυσαλίδες.

Όσο για το ογκώδες πρωτότυπο; "Ναι, δεν ξέρω ότι θα ήθελα να το δοκιμάσω αυτό", λέει ο Howle.

Είναι ενδιαφέρον ότι τα θαλάσσια θηλαστικά δεν είναι πάντα επιτυχημένα, αποφεύγοντας τις στροφές. Πρόσφατη έρευνα σχετικά με τους σκελετούς φαλαινών αποκάλυψε ότι ακόμη και οι φάλαινες μπορούν να προκαλέσουν βλάβες στα οστά που είναι χαρακτηριστικές των στροφών. Οι απροσδόκητοι παράγοντες άγχους όπως το σόναρ θεωρούνται κύριος ένοχος, που συγκλονίζει τα ζώα να επιταχύνουν προς την επιφάνεια, προκαλώντας τους να αποσυμπιέσουν τους πνεύμονές τους πολύ γρήγορα.

Οι ιδέες κατά της κάμψης δεν είναι τα μόνα που μπορούμε να μάθουμε από τέτοια ζώα όταν σχεδιάζουμε την επόμενη γενιά τεχνολογίας καταδύσεων. Μία από τις μεγαλύτερες εξελίξεις που εμπνέονται από τα θαλάσσια θηλαστικά είναι τα πτερύγια που βασίζονται στην ανατομία των δελφινιών. Το "monofin" έχει περάσει από τη δεκαετία του '70 και έχει μειώσει τους χρόνους κατάδυσης για τους ελεύθερους δύτες αντικαθιστώντας τα αδέξια μας δύο πόδια με ένα δελφίνι-like fluke. Υπήρξαν αρκετές πρόοδοι σε αυτό το πτερύγιο από τότε για να γίνει ακόμα πιο δελφίνι.

"Μοιάζει ακριβώς με την ουρά των καταδυτικών θηλαστικών όπως οι φάλαινες, τα δελφίνια κ.λπ., καθώς παρέχει έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο μεταφοράς της δύναμης από τους μύες σας προς τα εμπρός ώθηση στο νερό. Ως εκ τούτου, η φύση την έχει υιοθετήσει », δήλωσε ο Stephan Whelan, δημιουργός της online καταδυτικής κοινότητας DeeperBlue.com.

Άλλα πτερύγια αντιγράφουν τις προσκρούσεις, ή οι μύτες, οι κροταλίες έχουν στα πτερύγια τους, τα οποία μειώνουν την οπισθέλκουσα και βελτιώνουν την ευελιξία.

"Έχουν χρησιμοποιηθεί σε ανεμόμυλους, ανεμιστήρες, σπόιλερ αυτοκινήτων McLaren. Η βρετανική εταιρεία Zipp τα χρησιμοποίησε σε τροχούς ποδηλάτων. Αεροπλάνα, φυσικά. Ο Speedo παρήγαγε ένα εκπαιδευτικό πτερύγιο που ονομάζεται Nemesis ", λέει ο Frank Fish, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του West Chester στην Πενσυλβάνια, ο οποίος έχει αναπτύξει μια σειρά βιομιμητικών προϊόντων - εφαρμογών εμπνευσμένων από τη φυσιολογία των ζώων - συμπεριλαμβανομένων των μαστών που εμπνέονται από την κρούστα. Υπάρχουν νέα αξεσουάρ που έχουν αντιγράψει τα επικαλυπτόμενα δόντια-όπως denticles δέρμα καρχαρία για να μειώσουν την έλξη, και γυαλιά που αντιγράφουν πώς ψάρια και μερικά λουλούδια παγιδεύουν νερό για να δημιουργήσετε μια σαφέστερη θέα.

Ορισμένες προσαρμογές των ζώων, ωστόσο, δεν μιμούνται. Ο John Davenport, θαλάσσιος βιολόγος στο University College Cork της Ιρλανδίας, εργάστηκε για να καταλάβει πώς και γιατί τα trachyas των δερμάτων των θαλάσσιων χελωνών, τα οποία βαθμιαία καταρρέουν καθώς τα ζώα καταδύονται βαθύτερα, χτίζονται όπως είναι. Ονομάζει τη δομή "βασικά μια εναλλακτική εξέλιξη της αναπνευστικής δομής των θαλάσσιων θηλαστικών σε 140 εκατομμύρια χρόνια". Αλλά, είπε, "Φοβάμαι ότι δεν βλέπω μια προφανή χρήση της δερματικής δομής τραχείας στην ανθρώπινη κατάδυση."

Η αντιγραφή των καταρρέοντων πνευμόνων των δελφινιών και των φαλαινών φαίνεται άκαρπη. οι ανθρώπινοι πνεύμονες είναι κολλώδεις και δεν ξαναζωγώνονται εύκολα μόλις καταρρεύσουν.

Αλλά αυτό θα μπορούσε να είναι ένα άλλο, ίσως ακόμα πιο πολύτιμο, τρόπος με τον οποίο θα μπορούσαμε να μιμηθούμε την ανατομία των θαλάσσιων θηλαστικών.

Το Reidenberg εξακολουθεί να ψάχνει για χρηματοδότηση για να ακολουθήσει μια καταδυτική συσκευή για την πρόληψη των στροφών, αλλά εν τω μεταξύ έχει ήδη αρχίσει να προσπαθεί να μάθει από τους πνεύμονες των ζώων. Σε μια νέα συνεργασία, συνεργάστηκε με άλλους ερευνητές για να χαρτογραφήσει το αγγειακό σύστημα μιας εμβρύου φάλαινας σε μια προσπάθεια να καταλάβουμε πώς οι φάλαινοι των φαλαινών αλλάζουν την ελαστικότητά τους και πώς μπορούμε να το εφαρμόσουμε στην αναστροφή πνευμονικών παθήσεων όπως το εμφύσημα στους ανθρώπους.

Είναι ένας ακόμη τρόπος στα θαλάσσια θηλαστικά που μπορεί να μας βοηθήσει να βρούμε έναν τρόπο να αναπνέουμε ευκολότερα - στο νερό και στη γη.

Τα δελφίνια έχουν ένα μυστηριώδες δίκτυο φλεβών που θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την πρόληψη των στροφών