可穿戴设备揭示了海豹如何为潜水做准备

根据6月18日在J. Chris发表的开放获取期刊PLOS Biology上发表的一项研究,一种基于近红外光谱(NIRS)的可穿戴无创装置可用于研究自由潜水的海洋哺乳动物的血容量和氧合模式。圣安德鲁斯大学的McKnight及其同事。这些结果为自愿潜水海豹如何分配血液和管理大脑和鲸脂的氧气供应提供了新的见解,产生了与潜水相关的基本生理模式的重要信息。

为了应对淹没在水中,哺乳动物表现出一系列心血管反应,例如心率降低和外周血管收缩。但是,由于缺乏可用于自由潜水动物的非侵入性技术,迄今为止,海洋哺乳动物的潜水血液分布和氧合作用的研究受到限制。

作者假设NIRS可以通过提供特定组织内氧合和脱氧血红蛋白的高分辨率相对测量来解决这一知识差距,这可以反过来用于估计血容量的变化。在这项新研究中,McKnight及其同事采用NIRS技术将其用于自由潜水的海豹海豹,使用他们称为PortaSeal的装置,专门研究大脑和鲸脂中的血容量和氧合模式。

作者使用PortaSeal从准自然觅食栖息地中自由游动的四个海豹获取详细的连续NIRS数据。该装置是超级动物的毛皮;要么在头上测量脑血,要么在肩膀上监测外周循环;然后很容易将其删除,并下载数据。

有趣的是,结果显示,在淹没前约15秒,海豹常规收缩其外周血管,并伴有脑血容量增加。这些预期的调整表明,海豹的血液再分配受到某种程度的认知控制,而不仅仅是对淹没的反射反应。尽管无法获得空气,但在每次潜水期间,海豹也会在一致的时间内常规增加脑氧合作用。

作者提出,使用NIRS跟踪不同组织中的血容量和氧合的能力将使得能够更准确地理解潜水动物在日益受到干扰和被利用的环境中的生理可塑性。

“发现那些生理上令人着迷的海豹,可以看似积极地控制它们的循环系统,这真是令人兴奋,”麦克奈特博士说。“它为控制身体基本生理反应的能力提供了新视角。利用生物医学领域的非侵入性可穿戴技术获得这种洞察力,提供了许多令人兴奋的未来研究途径。我们可以开始研究器官,如大脑,开放海洋中的海豹表现出非凡的成就,例如潜水至2000米,持续2小时,心率低至下午2点,但却以某种方式避免了脑部创伤。