Dispositivo portátil revela cómo se preparan las focas para el buceo

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foca de puerto

Las focas pasan el 90 por ciento de su tiempo en el mar conteniendo la respiración

Un dispositivo portátil no invasivo basado en espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS, por sus siglas en inglés) se puede usar para investigar el volumen sanguíneo y los patrones de oxigenación en mamíferos marinos que bucean libremente, según un estudio publicado el 18 de junio en la revista de acceso abierto PLOS Biology por J. Chris McKnight de la Universidad de St. Andrews, y sus colegas.

Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo las focas distribuyen sangre de manera voluntaria y administran el suministro de oxígeno a sus cerebros y grasa mientras bucean, lo que proporciona importante información sobre los patrones fisiológicos básicos asociados con el buceo.

En respuesta a la inmersión en agua, los mamíferos muestran una serie de respuestas cardiovasculares como la reducción de la frecuencia cardíaca y la constricción de los vasos sanguíneos periféricos. Pero la investigación de la distribución y la oxigenación de la sangre inmersión por inmersión en mamíferos marinos se ha visto limitada hasta ahora por la falta de tecnología no invasiva que se puede utilizar en animales que bucean libremente.

Los autores plantearon la hipótesis de que NIRS podría abordar esta brecha en el conocimiento al proporcionar medidas relativas de alta resolución de hemoglobina oxigenada y desoxigenada en tejidos específicos, que a su vez se pueden utilizar para estimar los cambios en el volumen sanguíneo.

sensor en el cerebro de la foca

Imagen: Visualización que ilustra el concepto subyacente de un sensor de espectroscopía de infrarrojo cercano de onda continua resuelto espacialmente con tres canales de optodo.

En el nuevo estudio, McKnight y sus colegas adaptaron la tecnología NIRS para usarla en las focas de puertopuerto de buceo libre para investigar el volumen de sangre y los patrones de oxigenación específicamente en el cerebro y la grasa, utilizando un dispositivo que llaman PortaSeal.

Los autores utilizaron el PortaSeal para obtener datos NIRS continuos y detallados de cuatro focas que nadaban libremente en un hábitat de forrajeo casi natural. El dispositivo está supergluido al pelaje de los animales; ya sea en la cabeza para medir la sangre cerebral, o en el hombro para controlar la circulación periférica; a continuación, se retira fácilmente, y los datos son descargados.

Curiosamente, los resultados mostraron que las focas generalmente contraen sus vasos sanguíneos periféricos, acompañados por un aumento en el volumen de sangre cerebral, aproximadamente 15 segundos antes de la inmersión. Estos ajustes anticipatorios sugieren que la redistribución de la sangre en las focas está bajo cierto grado de control cognitivo y no es solo una respuesta refleja a la inmersión. Las focas también aumentan de forma rutinaria la oxigenación cerebral en un tiempo constante durante cada inmersión, a pesar de la falta de acceso al aire.

Vídeo: Las trazas tHb y Hb Diff filtradas con Gauss (FWHM: 5 s) se proyectan a la plantilla MNI-ICBM-152 (2009) de un cerebro humano utilizando Oxysoft (v. 3.2.24, Artinis Medical Systems, Einsteinweg, Países Bajos). La velocidad de reproducción de NIRS-trace se sincroniza temporalmente con las imágenes subacuáticas. La posición de los transmisores y receptores es aproximada, y la escala de color se encuentra entre -4 (rojo) y 4 µMol (azul) de cambio. Los datos mostrados son de una inmersión de 4 minutos condensada en un video de 60 s. FWHM, ancho total a la mitad máximo; [Hbdiff], diferencia en la concentración de oxi y desoxihemoglobina; [tHb], concentración de hemoglobina total.

Los autores proponen que la capacidad de rastrear el volumen sanguíneo y la oxigenación en diferentes tejidos utilizando NIRS permitirá una comprensión más precisa de la plasticidad fisiológica en animales buceadores en un entorno cada vez más perturbado y explotado.

"Descubrir que las focas, que son animales fascinantes desde el punto de vista fisiológico, al parecer pueden ejercer un control activo sobre sus sistemas circulatorios es realmente emocionante", dijo el Dr. McKnight.

"Brinda una nueva perspectiva sobre la capacidad de controlar las respuestas fisiológicas fundamentales del cuerpo. Obtener esta visión con tecnología portátil no invasiva del campo biomédico ofrece muchas posibilidades de investigación futuras. Podemos comenzar a estudiar órganos, como el cerebro, de focas en el océano abierto que realizan hazañas excepcionales, como bucear a 2.000 m durante 2 horas con frecuencias cardíacas tan bajas como 2 lpm, y de alguna manera evitar traumas cerebrales.

Artículo científico: Shining new light on mammalian diving physiology using wearable near-infrared spectroscopy

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