Subhamoy Gupta, Omri Ram, Yuhui Lu, Deepan Sharma, Sylvia A. C. Rickett-Halama, Lisa M. DiPinto, Elizabeth M. Stratton, Teresa K. Rowles, Rebeccah A. Hazelkorn, Joseph Katz · Frontiers in Marine Science · 2026

On the dynamics of the aerosol plume in common bottlenose dolphin respiratory events

Resumo em português

Este estudo examina as trajetórias, tamanho e distribuição espacial dos aerossóis durante eventos respiratórios de golfinhos-nariz-de-garrafa (Tursiops truncatus) no National Aquarium em Baltimore, MD. Considerando o arrasto aerodinâmico e a inércia das pequenas gotículas, as trajetórias são usadas para estimar os volumes e taxas de fluxo do ar exalado e inalado. Os dados foram obtidos treinando dois golfinhos-nariz-de-garrafa machos e quatro fêmeas para respirarem na lateral da piscina, dentro do campo de visão de um sistema de holografia de alta velocidade. Foram realizados o rastreamento das gotículas e medidas de tamanho em vinte e seis conjuntos de dados envolvendo respirações normais, curtas e pós-exercício, algumas repetidas para avaliar a repetibilidade. O líquido exalado tem origem no sistema respiratório ou na água retida acima do espiráculo. As exalações, com duração de 150 a 400 ms, apresentam múltiplos picos de velocidade, sendo que a velocidade máxima do ar ocorre durante o primeiro pico nas respirações pós-exercício. As concentrações e tamanhos das gotículas atingem seu pico no momento da velocidade máxima e depois decrescem gradualmente. Os volumes de líquido exalado variam entre 0,1 e 16 mL, com pico para as respirações pós-exercício. Cerca de 0,5% do aerossol exalado viaja de 2 a 5 vezes mais rápido que o ar e as gotículas circundantes, presumivelmente devido à ejeção profunda no trato respiratório. Uma fração do líquido aerotransportado (0,02 a 1,0 mL) é subsequentemente inalada durante a fase de inalação, que dura mais de 550 ms, caracterizada por baixas velocidades e gotículas pequenas. Os volumes correntes exalados e inalados, estimados a partir das trajetórias, são consistentes com medições anteriores de golfinhos em vida livre e em outras instalações. Até onde sabemos, as concentrações de gotículas, distribuições de tamanho e volumes totais de líquido expelidos e aspirados nunca foram relatados para golfinhos-nariz-de-garrafa. Esses dados são vitais para avaliar os aerossóis gerados e inalados por mamíferos respiradores de superfície, um passo crucial para caracterizar riscos à saúde de cetáceos em ambientes adversos.

Resumo original em inglês

This study examines the trajectories, size, and spatial distribution of aerosols during breathing events of common bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) in the National Aquarium in Baltimore, MD. Accounting for the aerodynamic drag and inertia of the small droplets, the trajectories are used for estimating the volumes and flow rates of the exhaled and inhaled air. Data are acquired by training two male and four female dolphins to breathe at the side of the pool within the field-of-view of a high-speed holography system. Droplet-tracking and size measurements are performed for twenty-six datasets involving normal, chuff, and post-exercise breaths, some repeated to assess repeatability. The exhaled liquid originates either from the respiratory system or from the water trapped above the blowhole. The 150–400 ms exhalations have multiple velocity peaks, with the maximum air speed occurring during the first peak for post-exercise breaths. The droplet concentrations and sizes peak at the time of maximum velocity and then gradually decrease. The exhaled liquid volumes vary between 0.1–16 mL, peaking for post-exercise breaths. About 0.5% of the exhaled aerosol travels 2–5 times faster than the surrounding air and droplets, presumably due to ejection from deep within the respiratory tract. A fraction of the airborne liquid (0.02-1.0 mL) is subsequently inhaled during the more than 550 ms long inhalation phase, characterized by low speeds and small droplets. The exhaled and inhaled tidal volumes estimated from the trajectories are consistent with prior measurements of dolphins in the wild and other facilities. To the best of our knowledge, the droplet concentrations, size distributions, and total liquid volumes ejected and aspirated have never been reported for common bottlenose dolphins. Such data are vital for assessing the aerosols generated and inhaled by surface breathing mammals, a critical first step in characterizing health risks to cetaceans in adverse environments.

Espécies citadas

• Tursiops truncatus · golfinho-nariz-de-garrafa
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  Nomes populares variam entre regiões e uma mesma palavra pode designar espécies diferentes. Confira sempre o nome científico: Tursiops truncatus.