{"id":53389,"date":"2019-11-30T00:00:00","date_gmt":"2019-11-29T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/malenkij-sekret-bolshogo-serdtsa-pervaya-v-istorii-kardiogramma-sinego-kita"},"modified":"2020-02-18T14:01:17","modified_gmt":"2020-02-18T11:01:17","slug":"malenkij-sekret-bolshogo-serdtsa-pervaya-v-istorii-kardiogramma-sinego-kita","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/novosti-interneta\/malenkij-sekret-bolshogo-serdtsa-pervaya-v-istorii-kardiogramma-sinego-kita","title":{"rendered":"Un piccolo segreto di un grande cuore: la prima ecografia di un cetaceo blu nella storia","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

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\n\u00c8 difficile discutere l'affermazione che la natura possieda l'immaginazione pi\u00f9 vivida. Ogni rappresentante della flora e della fauna ha le sue caratteristiche uniche e talvolta strane, che spesso non riusciamo a comprendere. Prendiamo, ad esempio, il gambero mantide. Questa creatura predatrice \u00e8 in grado di attaccare una preda o un aggressore con le sue potenti chele a una velocit\u00e0 di 83 km\/h, e il loro sistema visivo \u00e8 uno dei pi\u00f9 complessi mai studiati dall'uomo. Anche se feroci, i gamberi mantide non sono particolarmente grandi, arrivando a una lunghezza di 35 cm. L'abitante pi\u00f9 grande dei mari e degli oceani, cos\u00ec come del pianeta, \u00e8 il cetaceo blu. La lunghezza di questo mammifero pu\u00f2 superare i 30 metri e il peso raggiungere le 150 tonnellate. Nonostante le sue dimensioni impressionanti, non si possono definire i cetacei blu dei predatori temibili, poich\u00e9 preferiscono nutrirsi di plancton.<\/p>\n

L'anatomia delle balene blu ha sempre suscitato l'interesse degli scienziati, desiderosi di capire meglio come funziona un organismo cos\u00ec enorme e i suoi organi. Anche se conosciamo l'esistenza delle balene blu da diversi secoli (dal 1694, per essere precisi), questi giganti non hanno svelato tutti i loro segreti. Oggi esploreremo uno studio in cui un gruppo di ricercatori dell'Universit\u00e0 di Stanford ha sviluppato un dispositivo che ha registrato per la prima volta il battito cardiaco di una balena blu. Come funziona il cuore del signore degli oceani, quali scoperte hanno fatto gli scienziati e perch\u00e9 non pu\u00f2 esistere un organismo pi\u00f9 grande della balena blu? Lo scopriremo dal report del gruppo di ricerca. Iniziamo.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Il protagonista della ricerca<\/h3>\n

\nLa balena blu \u00e8 il mammifero pi\u00f9 grande, il pi\u00f9 grande abitante dei mari e degli oceani, l'animale pi\u00f9 grande, la balena pi\u00f9 grande. Cosa dire, la balena blu \u00e8 davvero la pi\u00f9 grande in termini di dimensioni: lunghezza di 33 metri e peso di 150 tonnellate. I numeri sono approssimativi, ma non per questo meno impressionanti.<\/p>\n

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\nAnche la testa di questo gigante meriterebbe una voce a s\u00e9 nel libro dei record, poich\u00e9 occupa circa il 27% della lunghezza totale del corpo. I suoi occhi, tuttavia, sono piuttosto piccoli, non pi\u00f9 grandi di un pompelmo. Se sar\u00e0 difficile vedere gli occhi della balenottera azzurra, noterai immediatamente la sua bocca. La fauci della balenottera azzurra pu\u00f2 contenere fino a 100 persone (un esempio inquietante, ma le balenottere azzurre non mangiano le persone, almeno non intenzionalmente). Le grandi dimensioni della bocca sono dovute alle preferenze gastronomiche: i cetacei si nutrono di plancton, inghiottendo enormi volumi d'acqua che poi rilasciano attraverso un apparato di filtraggio, separando il cibo. In condizioni favorevoli, una balenottera azzurra pu\u00f2 consumare circa 6 tonnellate di plancton al giorno.<\/p>\n

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\nUn'altra importante caratteristica delle balene blu \u00e8 rappresentata dai loro polmoni. Possono trattenere il respiro per un'ora e immergersi a una profondit\u00e0 di 100 metri. Tuttavia, come altri mammiferi marini, le balene blu emergono periodicamente in superficie per respirare. Una volta in superficie, le balene utilizzano lo sfiatatoio \u2014 l'apertura respiratoria costituita da due grandi aperture (narici) sulla parte posteriore della testa. L'espirazione della balena attraverso lo sfiatatoio \u00e8 spesso accompagnata da un getto d'acqua verticale alto fino a 10 metri. Considerando le caratteristiche dell'habitat delle balene, i loro polmoni funzionano in modo significativamente pi\u00f9 efficiente dei nostri \u2014 i polmoni della balena assorbono l'80-90% dell'ossigeno, mentre i nostri solo circa il 15%. La capacit\u00e0 polmonare \u00e8 di circa 3.000 litri, mentre per l'uomo questo valore varia tra 3 e 6 litri.<\/p>\n

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\nModello del cuore di una balena blu al museo di New Bedford (Stati Uniti).<\/i><\/p>\n

Il sistema circolatorio della balenottera azzurra presenta anche parametri da record. Ad esempio, i loro vasi sanguigni sono enormi, con un diametro della sola aorta che misura circa 40 cm. Il cuore delle balenottere azzurre \u00e8 considerato il pi\u00f9 grande del mondo e pesa circa una tonnellata. Con un cuore cos\u00ec grande, la balenottera ha anche tantissimo sangue: oltre 8000 litri per un esemplare adulto.<\/p>\n

E cos\u00ec siamo giunti al punto centrale della ricerca. Il cuore della balenottera azzurra \u00e8 grande, come abbiamo gi\u00e0 capito, ma batte piuttosto lentamente. Si pensava in precedenza che il battito fosse di circa 5-10 colpi al minuto, e in rari casi fino a 20. Ma non erano state effettuate misurazioni precise fino a questo momento.<\/p>\n

Gli scienziati dell'Universit\u00e0 di Stanford affermano che la scala in biologia ha un'importanza enorme, specialmente quando si tratta di determinare le caratteristiche funzionali degli organi degli organismi viventi. Studiare diverse creature, dai topi alle balene, consente di definire i limiti dimensionali che un organismo vivente non pu\u00f2 superare. Il cuore e il sistema cardiovascolare, in generale, sono attributi fondamentali di tali ricerche.<\/p>\n

Negli animali marini, la cui fisiologia si \u00e8 completamente adattata al loro stile di vita, le adattamenti legati all'immersione e alla ritenzione del respiro rivestono un ruolo cruciale. \u00c8 stato dimostrato che durante l'immersione, molti di questi esseri riducono la loro frequenza cardiaca a livelli inferiori a quelli di riposo. Una volta tornati in superficie, il ritmo del cuore diventa pi\u00f9 accelerato. <\/p>\n

La diminuzione della frequenza cardiaca durante l'immersione \u00e8 necessaria per ridurre la velocit\u00e0 di consegna dell'ossigeno ai tessuti e alle cellule, rallentando cos\u00ec il processo di esaurimento delle riserve di ossigeno nel sangue e diminuendo il consumo di ossigeno da parte del cuore stesso. <\/p>\n

Esiste un'ipotesi secondo cui l'esercizio fisico (cio\u00e8 l'aumento dell'attivit\u00e0 fisica) modula la risposta all'immersione e aumenta la frequenza cardiaca durante l'immersione. Questa ipotesi \u00e8 particolarmente importante nello studio delle balene blu, poich\u00e9, a causa del particolare metodo di alimentazione (un'improvvisa immersione per inghiottire acqua), la velocit\u00e0 del metabolismo dovrebbe teoricamente superare i valori di base (stato di riposo) di 50 volte. Si presume che tali immersioni accelerino l'esaurimento dell'ossigeno, riducendo cos\u00ec la durata dell'immersione.<\/p>\n

L'aumento della frequenza cardiaca e il maggiore trasferimento di ossigeno dal sangue ai muscoli durante l'immersione possono giocare un ruolo importante a causa dei costi metabolici durante tale attivit\u00e0 fisica. Inoltre, \u00e8 importante considerare anche la bassa concentrazione di mioglobina*<\/i> (Mb) nelle balene blu (5-10 volte inferiore rispetto ad altri mammiferi marini: 0,8 g Mb su 100 g di muscolo per le balene blu e 1,8-10 g Mb per altri mammiferi marini.<\/p>\n

Mioglobina*<\/b> \u00e8 una proteina legante l'ossigeno presente nei muscoli scheletrici e nel cuore.<\/p><\/blockquote>\n

In sintesi, il carico fisico, la profondit\u00e0 di immersione e il controllo volontario influenzano la frequenza cardiaca durante l'immersione attraverso il sistema nervoso autonomo. <\/p>\n

Un ulteriore fattore che pu\u00f2 ridurre la frequenza cardiaca \u00e8 la compressione\/espansione dei polmoni durante l'immersione\/riemersione.<\/p>\n

Pertanto, la frequenza cardiaca durante l'immersione e la permanenza in superficie \u00e8 direttamente correlata ai modelli di emodinamica arteriosa.<\/p>\n

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\nFin whale<\/i><\/p>\n

Uno studio precedente sulle propriet\u00e0 biomeccaniche e sulle dimensioni delle pareti dell'aorta della balenottera comune (Balaenoptera physalus<\/i>) ha mostrato che durante le immersioni con una frequenza cardiaca \u226410 bpm, l'arco aortico realizza l'effetto serbatoio (Windkessel effekt<\/i>), che mantiene il flusso sanguigno durante lunghi periodi diastolici*<\/i> tra le contrazioni cardiache e riduce la pulsazione del flusso sanguigno nella dura aorta distale.<\/p>\n

Diastole*<\/b> (periodo diastolico) \u2014 il periodo di rilassamento del cuore tra le contrazioni.<\/p><\/blockquote>\n

Tutte le ipotesi, teorie e conclusioni sopra descritte devono avere prove materiali, cio\u00e8 devono essere confermate o smentite nella pratica. Ma per questo \u00e8 necessario eseguire un'elettrocardiografia a una balena azzurra in movimento. I metodi semplici qui non funzioneranno, quindi gli scienziati hanno creato il loro dispositivo per l'elettrocardiografia.<\/p>\n

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\nUn video in cui i ricercatori parlano brevemente del loro lavoro.<\/i><\/p>\n

L'ECG della balena blu \u00e8 stato registrato utilizzando un registratore ECG personalizzato, incorporato in una speciale capsula con 4 ventose. Gli elettrodi superficiali dell'ECG erano integrati in due delle ventose. I ricercatori si sono recati in barca nella baia di Monterey (Oceano Pacifico, vicino alla California). Quando gli scienziati hanno finalmente avvistato la balena blu che emergeva in superficie, hanno attaccato il registratore ECG al suo corpo (vicino alla pinna sinistra). Dai dati raccolti in precedenza, si \u00e8 stabilito che questa balena \u00e8 un maschio di 15 anni. \u00c8 importante notare che questo dispositivo \u00e8 non invasivo, ovvero non richiede l'inserimento di sensori o elettrodi nella pelle dell'animale. Pertanto, per la balena questa procedura \u00e8 completamente indolore e comporta un minimo stress da contatto umano, il che \u00e8 estremamente importante, dato che le misurazioni del battito cardiaco potrebbero essere distorte a causa dello stress. Di conseguenza, \u00e8 stata ottenuta una registrazione ECG di 8,5 ore, sulla quale gli scienziati sono stati in grado di costruire un profilo del ritmo cardiaco (immagine sotto).<\/p>\n

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\nImmagine n. 1: profilo del ritmo cardiaco della balena blu.<\/i><\/p>\n

La forma del segnale ECG era simile a quella registrata nei piccoli cetacei in cattivit\u00e0 con lo stesso dispositivo. Il comportamento della balena durante la ricerca del cibo era piuttosto tipico per la sua specie: immersioni di 16,5 minuti a una profondit\u00e0 di 184 m, con intervalli in superficie da 1 a 4 minuti.<\/p>\n

Il profilo della frequenza cardiaca, in base alla risposta cardiovascolare all'immersione, ha mostrato che la frequenza cardiaca di 4-8 battiti al minuto predominava nella fase di immersione durante la ricerca di cibo, indipendentemente dalla durata dell'immersione o dalla profondit\u00e0 massima. La frequenza cardiaca durante l'immersione (calcolata su tutta la durata dell'immersione) e la frequenza cardiaca minima istantanea durante l'immersione diminuivano con l'aumentare della durata dell'immersione, mentre la massima frequenza cardiaca in superficie dopo l'immersione aumentava con la durata dell'immersione. Vale a dire, pi\u00f9 a lungo la balena rimaneva sott'acqua, pi\u00f9 lentamente batteva il cuore durante l'immersione e pi\u00f9 rapidamente dopo l'emersione.<\/p>\n

Le equazioni alometrice sugli mammiferi affermano che una balena di 70.000 kg ha un cuore che pesa 319 kg e il suo volume di eiezione (volume di sangue espulso in un battito) \u00e8 di circa 80 litri; pertanto, la frequenza cardiaca a riposo dovrebbe essere di 15 battiti al minuto.<\/p>\n

Durante le fasi inferiori delle immersioni, la frequenza cardiaca istantanea era compresa tra 1\/3 e 1\/2 della frequenza cardiaca a riposo prevista. Tuttavia, il ritmo cardiaco aumentava durante la fase di risalita. Durante gli intervalli superficiali, la frequenza cardiaca era circa il doppio di quella prevista per il riposo e variava prevalentemente da 30 a 37 battiti al minuto dopo immersioni profonde (> 125 metri di profondit\u00e0) e da 20 a 30 battiti al minuto dopo immersioni pi\u00f9 superficiali.<\/p>\n

Questa osservazione potrebbe indicare che l'accelerazione della frequenza cardiaca \u00e8 necessaria per raggiungere il corretto scambio di gas respiratori e la reperfusione (ripristino del flusso sanguigno) dei tessuti tra le immersioni profonde.<\/p>\n

Le immersioni notturne di breve durata sono state associate al riposo e, di conseguenza, sono pi\u00f9 caratterizzate da uno stato di minore attivazione. Le tipiche frequenze cardiache osservate durante un'immersione notturna di 5 minuti (8 battiti al minuto) e il successivo intervallo di superficie di 2 minuti (25 battiti al minuto) possono complessivamente portare a un ritmo cardiaco di circa 13 battiti al minuto. Questa cifra, come possiamo osservare, \u00e8 sorprendentemente vicina alle previsioni calcolate dei modelli allometrici.<\/p>\n

Successivamente, i ricercatori hanno costruito profili della frequenza cardiaca, della profondit\u00e0 e del volume relativo dei polmoni di 4 immersioni separate, l'analisi delle quali ha permesso di studiare l'influenza potenziale dell'attivit\u00e0 fisica e della profondit\u00e0 sulla regolazione del ritmo cardiaco.<\/p>\n

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\nImmagine n. 2: profili della frequenza cardiaca, della profondit\u00e0 e del volume relativo dei polmoni di 4 immersioni separate.<\/i><\/p>\n

Durante l'assunzione di cibo a grandi profondit\u00e0, la balena esegue una manovra chiamata 'infiltrazione' \u2013 apre bruscamente la bocca per ingoiare acqua con plancton, per poi filtrare il cibo. \u00c8 stato notato che la frequenza cardiaca al momento dell'ingestione dell'acqua \u00e8 2,5 volte superiore rispetto a quella durante la filtrazione. Questo indica chiaramente una dipendenza del ritmo cardiaco dalla carica fisica.<\/p>\n

Per quanto riguarda i polmoni, la loro influenza sul ritmo cardiaco \u00e8 estremamente improbabile, poich\u00e9 non sono stati osservati cambiamenti significativi nel volume relativo dei polmoni durante le immersioni considerate. <\/p>\n

Tuttavia, nelle fasi inferiori delle immersioni poco profonde, un temporaneo aumento della frequenza cardiaca \u00e8 stato associato specificamente ai cambiamenti nel volume relativo dei polmoni e potrebbe essere stato causato dall'attivazione dei recettori di stiramento polmonare.<\/p>\n

Riassumendo le osservazioni descritte, gli scienziati sono giunti alla conclusione che durante l'alimentazione a grandi profondit\u00e0 si verifica un breve aumento della frequenza cardiaca fino a 2,5 volte. Tuttavia, la frequenza cardiaca media di picco durante le cadute al momento dell'alimentazione era ancora solo la met\u00e0 del valore previsto a riposo. Questi dati supportano l'ipotesi che gli archi aortici flessibili dei grandi cetacei realizzino un effetto serbatoio durante il ritmo cardiaco lento in fase di immersione. Inoltre, l'intervallo di frequenze cardiache pi\u00f9 elevate dopo l'immersione ha confermato l'ipotesi che l'impedenza aortica e il carico sul cuore diminuiscono durante l'intervallo superficiale a causa dell'interferenza distruttiva delle onde di pressione in uscita e riflesse nell'aorta. <\/p>\n

La bradicardia severa osservata dai ricercatori pu\u00f2 essere considerata un risultato inaspettato dello studio, considerando l'immenso dispendio di energie del cetaceo durante la manovra di immersione per ingerire acqua con il plancton. Tuttavia, i costi metabolici di questa manovra potrebbero non allinearsi con la frequenza cardiaca o con il trasporto convettivo di ossigeno, in parte a causa della breve durata dell'alimentazione e della possibile attivazione delle fibre muscolari glicolitiche, a contrazione rapida.<\/p>\n

Durante l'immersione, le balene blu accelerano a velocit\u00e0 elevate e assorbono volumi d'acqua che possono superare le loro stesse dimensioni. Gli scienziati ipotizzano che l'elevata resistenza e l'energia necessaria per la manovra esauriscano rapidamente le riserve totali di ossigeno nell'organismo, limitando cos\u00ec il tempo di immersione. La forza meccanica necessaria per assorbire grandi volumi d'acqua supera probabilmente di gran lunga la potenza metabolica aerobica. \u00c8 per questo motivo che, durante tali manovre, la frequenza cardiaca, sebbene aumentata, lo fa solo per un brevissimo periodo.<\/p>\n

Per una comprensione pi\u00f9 dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a un rapporto degli scienziati<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Epilogo<\/h3>\n

\nUna delle conclusioni pi\u00f9 importanti \u00e8 che, per lo scambio di gas e la reperfusione durante brevi intervalli in superficie, le balene blu necessitano di una frequenza cardiaca quasi massima, indipendentemente dalla natura dell'esaurimento delle riserve di ossigeno nel sangue e nei muscoli durante i tuffi. Inoltre, considerando che gli esemplari pi\u00f9 grandi di balena blu devono investire pi\u00f9 energia per ottenere cibo in un periodo di tempo minore (in base alle ipotesi di allometria), si trovano inevitabilmente di fronte a diverse limitazioni fisiologiche sia durante il tuffo che durante l'intervallo in superficie. Ci\u00f2 significa che evolutivamente la loro dimensione corporea \u00e8 limitata, poich\u00e9 se fosse pi\u00f9 grande, il processo di acquisizione del cibo sarebbe molto dispendioso e non compensato dal cibo ottenuto. Gli stessi ricercatori ritengono che il cuore della balena blu lavori al limite delle proprie capacit\u00e0. <\/p>\n

In futuro, gli scienziati prevedono di ampliare le funzionalit\u00e0 del proprio dispositivo, inclusa l'aggiunta di un accelerometro, per comprendere meglio l'impatto delle diverse attivit\u00e0 fisiche sulla frequenza cardiaca. Inoltre, intendono applicare il proprio sensore ECG su altre creature marine. <\/p>\n

Come dimostra questo studio, essere la creatura pi\u00f9 grande con il cuore pi\u00f9 grande non \u00e8 cos\u00ec semplice. Tuttavia, indipendentemente dalle dimensioni degli abitanti marini e dalla dieta che seguono, \u00e8 fondamentale comprendere che la colonna d'acqua utilizzata dall'uomo per la pesca, l'estrazione e il trasporto rimane la loro casa. Noi siamo solo ospiti, e quindi dobbiamo comportarci di conseguenza.<\/p>\n

Off-topic del venerd\u00ec:<\/b>

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\nRari filmati in cui una balena blu mostra la capacit\u00e0 della sua bocca.<\/i><\/p>\n

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\nUn altro gigante dei mari \u00e8 il capodoglio. In questo video, gli scienziati hanno ripreso un curioso capodoglio a 598 metri di profondit\u00e0 con l'aiuto del ROV Hercules.<\/i><\/p>\n

Grazie per l'attenzione, continuate a essere curiosi e buon fine settimana a tutti, ragazzi! \ud83d\ude42<\/p>\n

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Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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