© Deep diving whales and other marine mammals such as these Pacific white-headed dolphins can experience the same painful and potentially life-threatening decompression sickness that plagues divers who emerge too fast. Photo: © Lance Wills, Woods Hole Oceanographic Institution
© In their study, the researchers took CT scans of a deceased dolphin, a seal and a domestic pig, which were pressurized in a hyperbaric chamber. Photo: © Michael Moore, Woods Hole Oceanographic Institution
© The team was able to see how the marine mammalian lung architecture generates two lung regions: one air-filled and the other collapsed. The researchers believe that the blood flows mainly through the collapsed region of the lungs. The Earth Pig did not show this structural adaptation, Photo: © Andreas Fahlman, © Woods Hole Oceanographic Institution
Hoe vermijden zeezoogdieren de duikziekte?
May 3, 2018
De longarchitectuur van diepduikende zeezoogdieren bestaat uit twee delenDiepduikende walvissen en andere zeezoogdieren, maar ook duikers die te snel naar boven komen, kunnen decompressieziekte krijgen. Een nieuw onderzoek doet nu een hypothese op hoe zeezoogdieren decompressieziekte voorkomen. Onder stress, zeggen de onderzoekers, zouden deze mechanismen kunnen falen. Dit zou de strandingen van walvissen als gevolg van sonarlawaai onder water kunnen verklaren.
De sleutel is de ongebruikelijke longarchitectuur van walvissen, dolfijnen en tuimelaars (en mogelijk andere ademende gewervelde dieren) die twee verschillende longgebieden onder druk laten zien. Onderzoekers van het Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) en de Fundacion Oceanografic in Spanje publiceerden hun studie onlangs in het tijdschrift Proceedings of the Royal Society B.
"Omdat sommige zeezoogdieren en schildpadden zo diep en zo lang kunnen duiken, zijn wetenschappers lange tijd in verwarring geweest," zegt Michael Moore, directeur van het Marine Mammal Center van het WHOI en co-auteur van de studie.
Als luchtademende zoogdieren zich op grote diepte storten, comprimeren hun longen. Tegelijkertijd zakken hun alveoli (kleine zakjes aan het einde van de luchtwegen) in, waar de gasuitwisseling plaatsvindt. Stikstofbellen vormen zich in de bloedbaan en in de weefsels van de dieren als ze boven komen. Als ze langzaam stijgen, kan de stikstof terugkeren naar de longen en worden uitgeademd. Maar als ze te snel opstijgen, hebben de stikstofbellen geen tijd om terug te diffunderen in de longen. Bij een lagere druk op ondiepere diepte zetten de stikstofbellen uit in de bloedbaan en weefsels, wat pijn en schade veroorzaakt.
De borststructuur van zeezoogdieren drukt hun longen samen. Wetenschappers denken dat deze passieve compressie de belangrijkste aanpassing is van zeezoogdieren om de opname van overmatige stikstof op diepte te voorkomen.
In hun onderzoek maakten de onderzoekers CT-scans van een dode dolfijn, een zeehond en een tam varken, die onder druk werden gezet in een hyperbare kamer. Het team kon zien hoe de longarchitectuur van zeezoogdieren twee longregio's creëert: een met lucht gevulde en een ingeklapte. De onderzoekers denken dat het bloed voornamelijk door het ingestorte deel van de longen stroomt. Dit resulteert in een zogenaamde ventilatie-perfusie mismatch waarbij zuurstof en kooldioxide worden opgenomen door de bloedbaan van het dier terwijl stikstofuitwisseling wordt geminimaliseerd of voorkomen. Dit is mogelijk omdat elk gas een andere oplosbaarheid in het bloed heeft. Het ter vergelijking onderzochte tamme varken vertoonde deze structurele aanpassing niet.
Dit mechanisme zou walvissen en dolfijnen beschermen tegen overmatige stikstofopname, waardoor het risico op decompressieziekte wordt geminimaliseerd, aldus de onderzoekers.
"Overmatige stress, zoals die kan optreden tijdens blootstelling aan door de mens gemaakt geluid, kan ervoor zorgen dat het systeem faalt en dat er bloed naar de met lucht gevulde gebieden stroomt, waardoor de gasuitwisseling verbetert en er meer stikstof in het bloed en de weefsels komt wanneer de druk tijdens de opstijging afneemt," legt Daniel García-Parraga van Fundacion Oceanografic, hoofdauteur van het onderzoek, uit.
Wetenschappers dachten dat duikende zeezoogdieren immuun waren voor de "duikziekte". Bij een stranding in 2002, die verband hield met militaire sonaroefeningen, bleek echter dat 14 walvissen die voor de kust van de Canarische Eilanden stierven na het aanspoelen gasbellen in hun weefsels hadden - een teken van decompressieziekte.
Meer informatie:
http://www.whoi.edu.