Fisiología del Buceo en Vertebrados

La adaptación al buceo es secundaria, se da en el caso de animales vertebrados que han evolucionado en el medio aéreo y que posteriormente pasan a vivir en el medio acuático. El problema de este fenómeno es que es menos progresivo que el inverso y no supone ventajas. Los animales que han evolucionado en el medio terrestre y vuelven secundariamente al agua no respiran de manera acuática (extrayendo gases disueltos en el agua), sino que siguen respirando en el medio aéreo. Sólo respiran de forma acuática si sus tasas metabólicas (requerimiento de O2) son bajas o cuando lo hacen conun mecanismo auxiliar (respiración cutánea en anfibios, cloacal en tortugas...).

Las motivaciones que provocan en cambio pueden ser la necesidad de alimentación, para poder ocupar un territorio (sin la competencia que tendrían en tierra firme) y la búsqueda de un lugar de escape frente a los depredadores terrestres.

Los principales representantes de los vertebrados buceadores se encuentran en todas las clases de vertebrados típicamente aéreos: entre los anfibios aéreos (la mayor parte de ranas y sapos), entre los reptiles (tortugas de agua dulce y marinas, algunos lagartos, las serpientes marinas y los cocodrilianos), entre las aves (hay algún representante entre todos los grupos excepto Ratites y Galliformes) y entre mamíferos ( hay algún representante entre todos los grupos excepto en Quirópteros, Lagomorfos y Primates, incluido el hombre).

Nacho Padró

Las Respuestas Cardiacas al Buceo.

Para aumentar la disponibilidad de oxígeno. Se efectua a diferentes niveles:

• Corazón: El reflejo de Buceo se controla por el sistema nervioso (Braquicardia del Buceo que corresponde a la frecuencia cardiaca o de bombeo). El ritmo de buceo se enlentece gracias al sistema parasimpático (nervio vago para enlentecer el trabajo y los latidos gracias a la acetilcolina). Los organismos aéreos también presentan una braquicardia al bucear pero esta aumenta más en los animales buceadores. En los buceos naturales se observa que los reflejos se regulan a nivel de la corteza cerebral. Si el animal no puede salir (buceo forzado) la frecuencia cardíaca disminuye hasta valores muy bajos. Son casos de oxigeno cargado al máximo. En inmersiones largas previstas se disminuye la frecuencia y disminuye el consume de oxigeno por el corazón y con menos sangre en cuerpo.

• Vasos Sanguíneos; Emparejados con la acción del corazón. Bajo el control del sistema nervioso simpático (noradrenalina) algunos puntos del organismo disminuyen o cesan sus funciones por falta de irrigación. Los tejidos no afectados por la disminución de irrigación son el cerebro, el corazón (aunque disminuye), los ojos, la zona de la cara, los músculos de la mandíbula y el esófago (relacionado con la captura de alimento). Algunos animales durante los buceos largos disminuyen o dejan de recibir sangre por la piel, las visceras (riñón frenado en su trabajo lo que implica la no fabricación de orina, como en el hígado, en los músculos excepto cara, esófago, mandíbulas y los de natación) mientras que en la placenta de mamíferos se mantiene, y el cambio es proporcional al trabajo del corazón. Sólo se irrigan los tejidos aeróbicos. Si la sangre llega al músculo la mioglobina robará el máximo de oxígeno por su afinidad. Como la noradrenalina se forma, al igual que la adrenalina, en la glándula Adrenal que es de las pocas glándulas irrigadas, se refuerza así la acción del buceo. En organismos no buceadores la modificación es menor aunque las constricciones se dan en las arteriolas que son las que tienen la conexión con el sistema nervioso necesitando más cierres que en el caso de los buceadores con cierre en las arterias. Al no irrigar el órgano aumenta el CO2 y el lactato y disminuye el ph, lo que provoca una vasodilactación de las arteriolas. El buceador no responde a esta estimulación del aumento de CO2 tan rápidamente como los no buceadores. Con estas respuestas se usa el oxígeno sólo para órganos aeróbicos o necesarios, el resto detiene su trabajo. Los músculos esqueléticos se siguen usando aun con el cierre sanguíneo.

Al bucear en los músculos se gasta oxígeno y disminuye la presión parcial O₂ provocándose la liberación del oxígeno de los pigmentos (primero en hemoglobina y después la mioglobina) dando para el buceo promedios para cada especie (5-10 min). Al agotarse el oxígeno se inicia el metabolismo anaeróbico (deuda de oxígeno) en los buceos largos quedando el ácido láctico retenido en músculos al estar cerrado el sistema circulatorio, al abrirse se lavará con sangre oxigenada del final del buceo. La capacidad de tampón no es necesaria en estos casos con el lactato y el descenso de ph pues los buceadores son de 2 a 4 veces más tamponadores que un no buceador. La capacidad máxima de uso de reservas de oxígeno permite menos sensibilidad al CO₂ en animales buceadores. En no buceadores ante un incremento de CO₂ se ventila 4-10 veces más (Reflejo de Asfixia) momento de salir a superficie aunque en buceadores este reflejo es más tardío llevando el tiempo de buceo al máximo (soportan un aumento de x2 de CO₂).

Nacho Padró

Las Reservas de Oxígeno en Buceadores.

Las Reservas de Oxigeno: Se presentan en 4 puntos:

• Pulmones: que se usa para inmersiones someras (poca profundidad como en la nutria marina). Se ve que los buceadores de profundidad efectúan una Espiración o bombeo de aire al exterior pues el pulmón lleno actúa de flotador. La reserva es pobre.
  
  
• Sangre: aumenta mucho por medio del aumento de volumen de sangre por unidad de peso,lo que implica un hematocrito mayor (vol.cel.sangre/ml.sangre) hasta un límite del 60% porque al aumentar el volumen celular de la sangre esta se hace más densa y viscosa y entonces cuesta mucho trabajo para el corazón. También aumenta la hemoglobina en los glóbulos rojos aunque ligeramente y aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.
  
  
• Muscular: Se usan pigmentos respiratorios parecidos a la hemoglobina, la Mioglobina_f pero monoméricos (una sola unidad) siendo extremadamente afines a la hemoglobina robándole el oxigeno a esta en los capilares del músculo y llevando el oxigeno a los puntos necesarios. En los buceadores  aumenta la concentración de mioglobina (si en humano hay 4-5 ml./gr. muscular en buceadores se multiplica por 10). Ambos pigmentos presentan coloración roja por el hierro aunque en buceadores el  color en músculo es casi negro por la concentración elevada.
  
  
• Líquido Intersticial: El oxigeno disuelto en los líquidos, no presentando especiales adaptaciones para elbuceo.

Con estos mecanismos se cosigue aumentar la concentración inicial de volumen de oxígeno

Nacho Padró 

Introducción a la Fisiología del Buceo.

El buceo implica que un animal aéreo vuelve secundariamente al agua, nunca volviendo por condicionantes respiratorios sino por otros motivos y conservando las características de la respiración aérea y excepto en algunos casos, como los anfibios o algunos reptiles, con la piel permeable (como las auténticas serpientes marinas o las tortugas marinas y sus modificaciones del epitelio fino y muy irrigado del cuello) no suelen recibir oxígeno del agua.

El tiempo de buceo depende del oxígeno de la atmósfera o de la Deuda de oxígeno que el animal pueda soportar presentando adaptaciones al mantenimiento del buceo largo (el humano 1 min, la morsa 10' y el cachalote 75 min a 900 m.).

Los primeros estudios sobre fisiología del buceo obligaban a los animales a las máximas condiciones radicales en el buceo dando resultados que son mayoritariamente válidos excepto en los organismos que posean metabolismos anaeróbicos, cosa que se ve que no es del todo cierto, pues sólo son metabólicamente anaeróbicos cuando se han agotado los niveles internos de oxígeno y el buceo intenta no pasar del punto de inicio del anaerobismo.

Tenemos el caso de la Foca de Weddell en las que se observan diferentes tipos de buceo: un buceo poco profundo (100 m), otros de 20 min o menos en el 90% de los casos y sólo algunos extremadamente largos y/o profundos en zonas de exploración, migración y colonización de nuevas áreas y huida de depredadores (con tiempos de hasta 70 min)

Nacho Padró