j·克里斯·麦克奈特
海洋哺乳动物研究中心(SMRU),苏格兰海洋研究所,圣安德鲁斯大学横笛KY16 8磅,英国。电子邮件:(电子邮件保护)
潜水动物,比如海豹、海豚、水獭、海龟和企鹅,共享相同的生理限制和我们人类一样,当我们进入回我们进化暴发的大海。最与众不同的地方约束如果你把你的头在水下,当然,不能呼吸,相关的进步窒息。这部门之间的一种动物花大部分的时间和可以呼吸对潜水动物的生理能力产生巨大的影响。考虑是很重要的潜水动物,如海豹,“水下动物使只是偶尔短暂的旅行进入我们的世界呼吸”。他们不是从“我们的世界”,“动物定期在水下潜水”。这不仅仅是一个语义分化。相反,它必须根据上下文理解潜水动物的生理和生活方式之间的关系。
一个基本生理装备潜水员的先决条件,比如海豹,这截然不同的生活方式是更大的全身氧商店。更多的氧气商店虽然不构成一个完美的跳水运动员。集体套潜水心血管反应,有助于减少氧气消耗的速度被称为“潜水反应”和精英潜水生理的重要组成部分。潜水的最典型特征响应减少心脏rate-known心动过缓。仅降低心率并没有减少耗氧量。而降低心率夫妇血液在身体的一个主要的再分配,即血液流向身体部位皮肤一样,四肢和减少一些器官。真是该组件的潜水响应减少氧气。本质上这是通过减少血氧的传递的身体部位,否则使用和消耗氧气的商店。相反,潜水反应有助于确保保护和交付oxygen-filled血液重要器官,大脑,当然,最高度优先。任何人经历了一次中风,或晕倒一看到一根针,只知道太好中断的极端影响血氧供应到大脑。 The associated reduction in heart rate that goes along with blood redistribution during diving avoids a precipitous rise in blood pressure.
虽然这血液重新分配组件是必不可少的“工具”的反应,促进了潜水潜水,我们令人吃惊的是很少了解潜水动物的血液重新分配。在大多数情况下这是由于缺乏非侵入性和可穿戴技术可以测量血液重新分配和已知的变化来自于致命的实验动物被迫潜水不自觉地。因为潜水动物潜水和游的本质意味着必须可穿戴技术和非侵入性的可部署在一个动物自由选择潜水和游泳的自己的意志;当时在这个自愿的状态,我们可以学习的真正动力心血管系统和了解潜水动物管理,利用他们的环境。基本上,我们要做的是让动物们告诉我们他们生理的“故事”不用我们干涉,当然为了避免不道德或侵入性程序。一个技术,提供了一个洞察血液重新分配是显著的非侵入性,耐磨、光学技术近红外(NIR)光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲NIR光半岛综合体育官方APP下载德甲谱使用光发射与皮肤接触测量血容量和氧化在底层组织(图1)。这两个指标提供了一个引人注目的新观点动力学的血液重新分配自愿潜水密封。
图1所示。三个发光二极管(B)发光波长为含氧和缺氧血红蛋白被放置在不同的距离探测器(A):光线穿过底层组织到达探测器(A)接触密封的皮肤。提高发光二极管和检波器之间的距离提供了底层组织内不同深度的光学穿透。从引用复制1基于知识共享归因执照。
光学光谱设备部署在一个自愿潜水密封远半岛综合体育官方APP下载德甲非一个简单的技术步骤和所需的一些重要的机械适应性。两个关键适应必要marinis设备,使它适合附件密封。从商用近红外光谱系统(Artinis PortaLite-mini, Artinis医疗系统BV, Einsteinweg,荷兰),我们使用灌封技术常用的房子一套现有动物仪表部署在深潜海豹从北极到南极。2传感器的尸体被安置在一个铝案例和一个可移动的o形环密封盖子提供水和pressure-proofing,但也使得系统健壮的“磨损”我们期望从一个系统在非驯化的动物。发光二极管,光电二极管接收和印刷电路板(pcb)的传感器头被安置在光学不透明的聚甲醛的房屋充满幽灵般透明的环氧树脂。确保环氧封装电子,但没有涵盖了光学窗口装置,传感器头自幼生活在一个定制的硅胶模具。这使得内部组件由环氧填充和潮湿但确保外部表面和led仍暴露,以避免影响到led的基本光学特性。
把我们使用的系统密封的组合密封检测现有的实践和发展小说附件专为seal-borne NIR光谱方法。半岛综合体育官方APP下载德甲传感器的身体连着海豹的毛皮尾使用superglue-as许多seal-borne头骨的基础设备。传感器头,必须提供光学和皮肤之间的联系,需要一个新的连接方法。一小部分的毛被的皮肤提供furless光学窗口。暴露的皮肤在这个窗口,3 d印刷传感器头摇篮是连着海豹的毛皮,获得了光学furless窗口,提供对皮肤的光学微正压。
研究的焦点是测试有效性的NIR光谱作为一个动物的工具。半岛综合体育官方APP下载德甲因此,基本技术和附件的问题,并找到如何克服这些问题,中央研究的范围。有鉴于此,小说这一技术的应用,我们必须依赖于假设密封组织的光学特性和人类的血红蛋白水平是一样的,因为这些信息尚未公布。也就是说,生物相关的假设基础上。首先,初始工作从圣安德鲁斯大学物理系的表明,密封组织的光学特性,从刚死去的动物(皮肤和脂肪)光学性质属于发表范围为人类的皮肤和脂肪组织。同样,公布的数据3北象海豹的光学性质血红蛋白吸收峰表明是相同的牛,羊和多个其他哺乳动物,包括人类。
marinis NIR系统部署在自愿潜水少年港海豹(英国海豹的两个物种之一),见图2。我们能够收集到的近红外光谱数据的捕获,第一次,一定程度的心血管控制,我们不知道海豹拥有坦白说不知道存在。具体来说,我们发现,在潜水的海豹血液重新分配组件响应是某种程度的认知控制,而不是刺激的结果,如面部浸或停止呼吸,这在其他动物和人相处时激活它。我们发现海豹开始移动血液远离他们的外围组织(在本例中脂肪和皮肤)约15秒之前就开始潜水。这允许海豹做准备潜水和潜水之前实际上氧气进入保护状态,所以当他们潜水不“浪费”氧潜水的早期阶段。像海豹一样,如果你花了90%的时间在海里潜水那么这些看似小的储蓄总非常重要的储蓄/小时,几天,几周,有时甚至几个月的潜水sea-especially时2公里潜水象海豹等两个小时。从这个意义上说,这一发现的认知控制的血液在身体很有意义,尤其是当考虑到认知控制心率已经证明的印章。海豹已经被证明能够放弃指挥和心率也匹配预期的持续时间的降低心率以下潜水。有趣的是,当海豹打算再潜水的降低心率大于和匹配的潜水时间很好。
图2。港海豹(Phoca vitulina)。照片:莫妮卡Arso民事和SMRU
近红外光半岛综合体育官方APP下载德甲谱技术可以提供一种新的工具来理解潜水哺乳动物的生理极限操作自己的意志。动物生态学和仪器基本工具提供洞察行为、运动和环境,否则无法通过标准观察测量技术。我们对潜水哺乳动物的生理的理解,然而,几十年来落后我们对行为的理解。然而,动物必须屏息为了在他们的环境,他们如何管理氧气是必不可少的理解人为影响的反应和影响。近红外光谱的非侵入性和小性质使它理想的工具集成到现有的动物技术。半岛综合体育官方APP下载德甲
确认
我想承认史蒂夫·巴尔弗和肖恩·麦克休SMRU仪表集团发展marinis系统。西蒙•莫斯瑞安·米尔恩和马特Bivins开发附件方法。由于每个合作者的参考1。
引用
- J.C.麦克奈特·班尼特,m . Bronkhorst D.J.F.拉塞尔,美国贝尔福,r·米尔恩m . Bivins S.E.W.苔藓,w•鼠鸟A.J.大厅和d·汤普森,“闪亮新对哺乳类动物生理学使用可穿戴的近红外光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲公共科学图书馆杂志。17 (6),e3000306 (2019)。https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000306
- SMRU仪器。http://www.smru.st-andrews.ac.uk/Instrumentation/Overview/
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