Los delfines han adaptado su función cardíaca para ajustar el flujo sanguíneo a la inmersión y cambiarlo sobre la marcha para equilibrar la demanda de oxígeno.
La investigación publicada en Scientific Reports, de Nature, rebate la teoría de la “respuesta automática de buceo” vigente desde hace 70 años.
Por primera vez se han obtenido con una práctica no invasiva datos con ecografías del tórax gracias a la colaboración voluntaria de 11 delfines.
Hace casi un siglo que el biólogo noruego Per Scholander describió la llamada “respuesta de buceo”, los cambios que se activan en el organismo de los mamíferos marinos al estar bajo el agua. La existencia de esta reacción fisiológica al buceo -apodada por Scholander “interruptor maestro de la vida”- se considera la solución al misterio de cómo delfines, focas y ballenas soportan sus largas inmersiones en apnea, y se acepta casi como un dogma. No obstante, investigadores de la Fundación Oceanogràfic, en Valencia, cuestionan ahora su validez, y proponen una alternativa.
En un nuevo trabajo con delfines, que se publica ahora en la revista Scientific Reports, de Nature, los investigadores niegan que exista una reacción específica del organismo al buceo, una respuesta fisiológica como tal que se desencadena al comenzar la inmersión.
Por el contrario, afirman que los delfines poseen una insólita capacidad de controlar el ritmo cardiaco a voluntad, igual que los humanos controlan la respiración o el parpadeo. Esa podría ser la adaptación evolutiva clave para favorecer el buceo.
“Nuestros datos muestran que los delfines modifican voluntariamente el ritmo cardiaco y la cantidad de sangre bombeada en cada latido”, explica Andreas Fahlman, autor principal del estudio, realizado en colaboración con la organización Dolphin Quest, en Hawaii, y el Instituto de Investigación Sanitaria la Fe, en Valencia.
“Este mecanismo les permitiría ajustar el flujo sanguíneo a la inmersión, que planean realizar desde el principio, y hacer cambios sobre la marcha, si hace falta. Esta sería la adaptación evolutiva que les ayuda a equilibrar la demanda de oxígeno con su disponibilidad”, señala Fahlman.
No hay una ‘respuesta de buceo’ automática
La “respuesta de buceo” descrita por Scholander consiste en una serie de cambios fisiológicos encaminados a aprovechar mejor el oxígeno disponible. Uno de estos cambios es la disminución del ritmo cardiaco -bradicardia- durante la inmersión.
Los investigadores de la Fundación Oceanográfic constatan que ese cambio se produce, pero no lo consideran “un rasgo que aparece en la evolución específicamente para el buceo” -explica Fahlman- sino la manifestación extrema de un fenómeno llamado arritmia sinusal respiratoria, que se da en todos los vertebrados y que busca sincronizar el ritmo cardiaco con la respiración: si el organismo consigue que haya más sangre en los pulmones justo cuando estos están llenos de oxígeno, el intercambio de gases de la respiración será más eficiente”.
Así, la arritmia sinusal respiratoria logra que el corazón lata más rápido cuando se inspira y más lentamente entre inspiraciones. En humanos y en el resto de mamíferos también ocurre, pero en los delfines la arritmia es mucho más acusada por cómo es su respiración: toman aire una o dos veces por minuto -nosotros lo hacemos una docena de veces-, y el tiempo entre inspiraciones, mucho más largo, puede ser muy variable.
Lo que propone el nuevo trabajo es que la ralentización del ritmo cardiaco atribuida a la “respuesta de buceo” es, en realidad, el latido más lento entre inspiraciones que cabe esperar en delfines que acoplan el latido del corazón con la respiración. “La respuesta de buceo no existe como tal, sino que es una extensión de la arritmia sinusal respiratoria, especialmente acusada en delfines”, dice Fahlman.
Los investigadores de la Fundación Oceanogràfic llegaron a esa conclusión cuando, para estudiar la “respuesta de buceo” en delfines, intentaron sustraer el efecto de la arritmia sinusal respiratoria. Al eliminar de sus medidas los cambios en la función cardiaca que creían atribuibles a la arritmia sinusal, observaron que apenas quedaban cambios que medir.
“Nuestros resultados sugieren que los cambios asociados con el buceo, tras sustraer el efecto de la arritmia sinusal, son mucho menos pronunciados de lo esperado”, escriben en Scientific Reports. “Cuando tenemos en cuenta la arritmia sinusal los delfines no muestran una reducción pronunciada del ritmo cardiaco (…) Queda por determinar si estos resultados son aplicables también a otros mamíferos marinos”.
La verdadera adaptación evolutiva específica al buceo
Así pues, ¿basta un fenómeno que se da en todos los vertebrados –la arritmia sinusal respiratoria- para explicar la adaptación de los mamíferos a la vida acuática? Los autores de este trabajo creen que hay algo más.
Sus datos sugieren que, además, los delfines pueden ajustar voluntariamente el ritmo cardiaco y la cantidad de sangre, que bombea el corazón en cada latido, para controlar de manera muy fina la cantidad de sangre total que llega a los pulmones.
La irrigación de los pulmones es clave en la gestión del comportamiento de los gases en los tejidos, un proceso del que depende la vida de los buceadores. En el aire hay oxígeno y nitrógeno; durante una inmersión el oxígeno debe pasar de los pulmones a la sangre pero el nitrógeno no, porque al subir a la superficie, con el cambio de presión, se formarían peligrosas burbujas de nitrógeno en los tejidos.
La idea de que los mamíferos marinos controlan voluntariamente cuánta sangre llega a los pulmones, y en qué momento, no es nueva. Hay evidencias de que las marsopas, también cetáceos, lo hacen.
“Nuestros resultados indican que los delfines reducen más la frecuencia cardiaca desde el principio de la inmersión cuando esta es más larga”, señalan los investigadores del Oceanogràfic. “Es un resultado similar al obtenido con marsopas. Apoyan la hipótesis de que los cambios cardiovasculares durante el buceo son una respuesta fisiológica compleja en la que intervienen numerosos factores, como el ajuste previo voluntario, el ejercicio, el estrés y el miedo. Es decir, se trataría de un rasgo fisiológico muy plástico, en lugar de una respuesta puramente automática o refleja”.
Una propuesta controvertida
Los autores son conscientes de que su propuesta es controvertida, pero es la que mejor encaja -mantienen- con la nueva información sobre el funcionamiento del corazón de los delfines, que ahora aporta su estudio.
Estudiar el sistema cardiovascular de los delfines no es fácil y no sólo en el medio natural. Incluso en acuarios es necesario entrenar a los animales para que ellos mismos decidan cooperar voluntariamente con los cardiólogos. Tomar los datos a la fuerza los estresaría, lo que invalidaría las medidas.
Para el trabajo que ahora se publica se han realizado ecografías del tórax de 11 delfines, para estudiar su corazón antes, durante y después de una apnea voluntaria en superficie y en reposo. Como escriben los investigadores en Scientific Reports, “son las primeras medidas voluntarias y no invasivas” de parámetros relativos a la función cardiaca en delfines.
Además se ha contado con los datos aportados por Stefan Miedler, que es un cardiólogo veterinario que puede medir la frecuencia cardiaca y el volumen de sangre que se envía al corazón en cada impulso, gracias al uso de la ecocardiografía. “Stefan es el único hombre en todo el mundo que puede hacerlo con los delfines, porque es muy difícil”, asegura Fhalman.
Lograr que los animales aprendan a aguantar la respiración tranquilamente cuando se lo indica su cuidador, mientras un experto le hace una ecografía del corazón bajo el agua ha llevado muchos meses de entrenamiento, pero la espera ha merecido la pena para obtener tan relevante información.
Referencia: Fahlman et al. Re-evaluating the significance of the dive response during voluntary surface apneas in the bottlenose dolphin, Tursiops truncatus. Scientific Reports. 9:8613. DOI: 10.1038/s41598-019-45064-8
