Die kardiovaskulären Geheimnisse der Giraffen Wissenschaft

Für die meisten Menschen sind Giraffen nur entzückende, langhalsige Tiere, die ganz oben auf einem Zoobesuch oder einer Fotosafari-Eimerliste stehen. Aber für einen Herz-Kreislauf-Physiologen gibt es noch mehr zu lieben. Es stellt sich heraus, dass Giraffen ein Problem gelöst haben, das jedes Jahr Millionen von Menschen tötet: Bluthochdruck. Ihre Lösungen, die von Wissenschaftlern bisher nur teilweise verstanden wurden, umfassen unter Druck stehende Organe, veränderte Herzrhythmen, Blutspeicherung – und das biologische Äquivalent von Stützstrümpfen.

Giraffen haben einen himmelhohen Blutdruck aufgrund ihrer himmelhohen Köpfe, die sich bei Erwachsenen etwa sechs Meter über dem Boden erheben – ein langer, langer Weg für ein Herz, um Blut gegen die Schwerkraft zu pumpen. Um einen Blutdruck von 110/70 im Gehirn zu haben – ungefähr normal für ein großes Säugetier – benötigen Giraffen einen Blutdruck im Herzen von ungefähr 220/180. Es macht den Giraffen nichts aus, aber ein solcher Druck würde den Menschen alle möglichen Probleme bereiten, von Herzinsuffizienz über Nierenversagen bis hin zu geschwollenen Knöcheln und Beinen.

Bei Menschen führt chronischer Bluthochdruck zu einer Verdickung der Herzmuskulatur. Der linke Ventrikel des Herzens wird nach jedem Schlaganfall steifer und kann sich weniger füllen, was zu einer Krankheit führt, die als diastolische Herzinsuffizienz bekannt ist und durch Müdigkeit, Atemnot und verminderte Bewegungsfähigkeit gekennzeichnet ist. Diese Art der Herzinsuffizienz ist heute für fast die Hälfte der 6,2 Millionen Fälle von Herzinsuffizienz in den USA verantwortlich.

Als die Kardiologin und Evolutionsbiologin Barbara Natterson-Horowitz von Harvard und der UCLA die Herzen der Giraffen untersuchte, stellten sie und ihre Schülerin fest, dass ihre linken Ventrikel dicker wurden, jedoch ohne die Versteifung oder Fibrose, die bei Menschen auftreten würde. Die Forscher fanden auch heraus, dass Giraffen Mutationen in fünf Genen aufweisen, die mit Fibrose zusammenhängen. In Übereinstimmung mit diesem Befund fanden andere Forscher, die 2016 das Giraffengenom untersuchten, mehrere giraffenspezifische Genvarianten, die mit der kardiovaskulären Entwicklung und der Aufrechterhaltung von Blutdruck und Kreislauf zusammenhängen. Und im März 2021 berichtete eine andere Forschungsgruppe über giraffenspezifische Varianten von Genen, die an Fibrose beteiligt sind.

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Und die Giraffe hat einen weiteren Trick, um Herzinsuffizienz zu vermeiden: Der elektrische Rhythmus ihres Herzens unterscheidet sich von dem anderer Säugetiere, so dass die ventrikuläre Füllphase des Herzschlags verlängert wird, stellte Natterson-Horowitz fest. (Keine ihrer Studien wurde bisher veröffentlicht.) Dadurch kann das Herz mit jedem Schlag mehr Blut pumpen, sodass eine Giraffe trotz ihres dickeren Herzmuskels hart laufen kann. “Alles, was Sie tun müssen, ist ein Bild einer flüchtenden Giraffe zu betrachten”, sagt Natterson-Horowitz, “und Sie erkennen, dass die Giraffe das Problem gelöst hat.”

Die große Höhe der Giraffen stellt ein Problem dar, wenn sie trinken: Wenn Sie den Kopf so weit senken, sollte sich der Blutdruck auf den Kopf dramatisch erhöhen. Ein erneutes Anheben sollte zu einem entsprechenden Abfall des kranialen Blutdrucks führen – eine extreme Version dessen, was häufig passiert, wenn eine Person plötzlich aufsteht. Herz-Kreislauf-Forscher versuchen zu verstehen, wie Giraffen dieses Problem minimieren.

(C. Aalkjaer und T. Wang / AR Physiologie 2021)

Natterson-Horowitz lenkt ihre Aufmerksamkeit nun auf ein anderes Problem, das Giraffen offenbar gelöst haben: Bluthochdruck während der Schwangerschaft, eine als Präeklampsie bekannte Erkrankung. Bei Menschen kann dies zu schweren Komplikationen führen, darunter Leberschäden, Nierenversagen und Plazentaablösung. Doch Giraffen scheinen es gut zu gehen. Natterson-Horowitz und ihr Team hoffen, die Plazenta schwangerer Giraffen untersuchen zu können, um festzustellen, ob sie einzigartige Anpassungen aufweisen, die dies ermöglichen.

Menschen, die an Bluthochdruck leiden, neigen auch zu störenden Schwellungen in ihren Beinen und Knöcheln, da der hohe Druck Wasser aus den Blutgefäßen in das Gewebe drückt. Aber Sie müssen nur auf die schlanken Beine einer Giraffe schauen, um zu wissen, dass sie auch dieses Problem gelöst haben. „Warum sehen wir keine Giraffen mit geschwollenen Beinen? Wie sind sie dort unten vor dem enormen Druck geschützt? “ fragt Christian Aalkjær, ein Herz-Kreislauf-Physiologe an der Universität Aarhus in Dänemark, der über die Anpassung der Giraffen an Bluthochdruck im Jahr 2021 schrieb Jahresrückblick Physiologie.

Zumindest teilweise minimieren Giraffen die Schwellung mit demselben Trick, den Krankenschwestern bei ihren Patienten anwenden: Stützstrümpfe. Bei Menschen sind dies enge, elastische Leggings, die das Beingewebe komprimieren und verhindern, dass sich Flüssigkeit ansammelt. Giraffen erreichen dasselbe mit einer dichten Umhüllung aus dichtem Bindegewebe. Das Team von Aalkjær testete die Wirkung, indem es eine kleine Menge Kochsalzlösung unter die Umhüllung in die Beine von vier Giraffen injizierte, die aus anderen Gründen anästhesiert worden waren. Eine erfolgreiche Injektion erforderte viel mehr Druck im Unterschenkel als eine vergleichbare Injektion im Nacken, stellte das Team fest, was darauf hinweist, dass die Umhüllung dazu beitrug, Leckagen zu widerstehen.

Giraffen haben auch dickwandige Arterien in der Nähe ihrer Knie, die als Flussbegrenzer wirken könnten, wie Aalkjær und andere herausgefunden haben. Dies könnte den Blutdruck in den Unterschenkeln senken, ähnlich wie ein Knick in einem Gartenschlauch dazu führt, dass der Wasserdruck über den Knick hinaus abfällt. Es bleibt jedoch unklar, ob Giraffen die Arterien öffnen und schließen, um den Unterschenkeldruck nach Bedarf zu regulieren. “Es würde Spaß machen, sich vorzustellen, dass die Giraffe, wenn sie da draußen still steht, den Schließmuskel direkt unter dem Knie verschließt”, sagt Aalkjær. “Aber wir wissen es nicht.”

Aalkjær hat noch eine Frage zu diesen bemerkenswerten Tieren. Wenn eine Giraffe nach einem Drink den Kopf hebt, sollte der Blutdruck im Gehirn stark sinken – eine schwerere Version des Schwindelgefühls, das viele Menschen erleben, wenn sie plötzlich aufstehen. Warum fallen Giraffen nicht in Ohnmacht?

Zumindest ein Teil der Antwort scheint zu sein, dass Giraffen diese plötzlichen Blutdruckänderungen abfedern können. Bei anästhesierten Giraffen, deren Köpfe mit Seilen und Riemenscheiben angehoben und abgesenkt werden konnten, hat Aalkjær festgestellt, dass sich Blut in den großen Halsvenen sammelt, wenn der Kopf gesenkt ist. Dadurch wird mehr als ein Liter Blut gespeichert, wodurch die Menge des zum Herzen zurückkehrenden Blutes vorübergehend verringert wird. Wenn weniger Blut verfügbar ist, erzeugt das Herz mit jedem Schlag weniger Druck, während der Kopf gesenkt ist. Wenn der Kopf wieder angehoben wird, fließt das gespeicherte Blut plötzlich zurück zum Herzen, was mit einem kräftigen Hochdruckhub reagiert, der dabei hilft, Blut zum Gehirn zu pumpen.

Es ist noch nicht klar, ob dies bei wachen, sich frei bewegenden Tieren der Fall ist, obwohl Aalkjærs Team kürzlich den Blutdruck und den Fluss von Sensoren aufgezeichnet hat, die in frei bewegliche Giraffen implantiert sind, und er hofft, bald eine Antwort zu haben.

Also – können wir medizinische Lektionen von Giraffen lernen? Keine der Erkenntnisse hat bisher zu einer spezifischen klinischen Therapie geführt. Das heißt aber nicht, dass sie es nicht tun, sagt Natterson-Horowitz. Obwohl einige der Anpassungen für den Bluthochdruck beim Menschen wahrscheinlich nicht relevant sind, können sie biomedizinischen Wissenschaftlern helfen, über das Problem auf neue Weise nachzudenken und neue Ansätze für diese viel zu häufige Krankheit zu finden.

Erkennbar

Erkennbares Magazin ist ein unabhängiges journalistisches Unterfangen von Annual Reviews.

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