Незвичний пульс синього кита; Біомедичні реалії

Американські морські біологи змогли вперше записати EKG синього кита. Їх результати, опубліковані 25 листопада 2019 року в Інтернет-статті в Proceedings of the American Academy of Sciences (PNAS), показують, що пульс найбільшої живої істоти на Землі справді незвичний.

Фізіологія цього великого китоподібного завжди зачаровувала біологів своєю гігантськістю. Незважаючи на дуже високу потребу в енергії, у цього морського ссавця надзвичайно дивовижний пульс.

Щоб краще зрозуміти роботу серця синього кита, біологи зі Стенфордського університету (Тихоокеанський гай) та Інституту океанографії Скриппса (Каліфорнійський університет, Сан-Дієго) розробили реєстратор електрокардіограми (ЕКГ), який їм вдалося зафіксувати на киті. У цьому випадку самець близько 15 років вільно плаває в затоці Монтерей, штат Каліфорнія.

ЕКГ вільного кита

Електроди, розміщені завдяки системі відсмоктувачів біля лівого плавника тварини, дозволили записати електрокардіограму (ЕКГ) накладного морського ссавця протягом 8,5 годин та визначити зміни в його серцебитті.

синього
Еволюція частоти серцевих скорочень (ударів в хвилину), зафіксована електродами ЕКГ відповідно до поведінки синього кита: занурення на спуск, харчування заглибленням, фільтрація води, фаза підйому, підтримка поверхні. Інтервали QRS та QT вимірювали для 20 ударів, в результаті чого швидкість становила 32 ± 2 удари в хвилину. Більше того, беручи до уваги інтервал QT та інтервал PR, оцінені алометричним рівнянням у 771 мс для 70-тонної тварини, тривалість серцебиття становила б приблизно 1,8 секунди, що передбачає частоту 33 ударів на хвилину. У середньому частота серцевих скорочень у 2,5 рази більша між часом, коли він є найнижчим під час пірнання, і коли кит виходить на поверхню. Goldbogen JA та ін. Proc Natl Acad Sci США. 25 листопада 2019 р.

Два удари в хвилину, мінімум

Запис ЕКГ показує, що серце кита б’ється від чотирьох до восьми ударів на хвилину, коли тварина досягає місця, яким харчується, незалежно від тривалості занурення (до 16,5 хвилин) або максимальної глибини (184 метри). Потім пульс ссавця може впасти до двох ударів на хвилину.

Значення пульсу синього кита (ЧСС) під час 60 занурень. Базова та мінімальна частота зменшуються із часом занурення. Він може досягати 2 ударів на хвилину. З іншого боку, частота серцевих скорочень найвища, коли тварина знаходиться на поверхні, а дихальний газообмін відновлюється, що потім дозволяє реперфузію тканин. Goldbogen JA та ін. Proc Natl Acad Sci США. 25 листопада 2019 р.

З іншого боку, частота серцевих скорочень найшвидша (від 25 до 37 ударів в хвилину), коли кит повертається на поверхню після дуже глибокого занурення (до більш ніж 125 метрів). Виявляється, частота серцевих скорочень є максимальною, коли тварина повертається на поверхню і відновлює газоподібний дихальний обмін, що дозволяє забезпечити реперфузію тканин.

Отже, частота серцевих скорочень найбільшої тварини на Землі коливається між двома крайніми показниками: повільний пульс, навіть дуже повільний (брадикардія), і інший набагато швидший (тахікардія).

Дуже еластична аорта

Конкретна еволюція пульсу синього кита допомагає пояснити динаміку його кровообігу. Це насправді має дуже велику аорту, стінка якої має велику здатність розширюватися залежно від артеріального тиску. Дійсно, початкова частина цієї великої судини (дуги аорти) дуже еластична, що обмежує роботу, яку повинно виконувати серце кита, щоб вигнати величезну кількість крові в кожному серцевому циклі.

На основі рівнянь, що застосовуються до тварин різного розміру, підраховано, що 70-тонний кит має серце 319 кг, здатний викидати близько 80 літрів крові з кожним ударом. Здатність до розтягування початкової частини аорти дозволяє під час тривалих пауз між кожним серцебиттям підтримувати достатнє кровопостачання в цій великій судині, яка приносить кров у всі ділянки тіла тварини.

Багато невирішених питань

Екстремальна брадикардія, зафіксована дослідниками, дивує з огляду на високі витрати енергії, пов'язані з кожним зануренням. Справді, кит повинен витратити багато енергії для прискорення маси води, яку він поглинає, яка є більшою, ніж у його власного тіла. Тому є парадокс того, що у синього кита дуже велике серце, яке б’ється повільно, і високі енергетичні витрати, обумовлені його поведінкою годування. Цей режим харчування шляхом поглинання дозволяє китові проковтнути більше тонни криля (дрібних креветок) на день.

Біологи визнають, що для з’ясування неймовірної фізіології китоподібних потрібно більше досліджень, що стосуються споживання кисню, енергетичного обміну та кровотоку в м’язовій тканині. І зробити висновок, що цілком ймовірно, що фізіологічні обмеження, пов’язані з зануреннями та часом перебування на поверхні, безсумнівно, сприяли встановленню межі розміру цього гіганта морів.

Щоб дізнатись більше:

Goldbogen JA, Cade DE, Calambokidis J, Cpapanskiy MF, Fahlbusch J, Friedlaender AS, Gough WT, Kahane-Rapport SR, Savoca MS, Ponganis KV, Ponganis PJ. Екстремальна брадикардія та тахікардія у найбільшої тварини у світі. Proc Natl Acad Sci США. 25 листопада 2019 р. Doi: 10.1073/pnas.1914273116

Noujaim SF, Lucca E, Muñoz V, Persaud D, Berenfeld O, Meijler FL, Jalife J. Від миші до кита: універсальне співвідношення масштабування для PR-інтервалу електрокардіограми ссавців. Тираж. 2004 2 листопада; 110 (18): 2802-8.

Shadwick RE, Gosline JM. Механіка артерій плавника передбачає унікальний гемодинамічний дизайн. Am J Physiol. 1994 вересень; 267 (3 бали 2): R805-18. PMID: 8092327