¿Cómo bucean los mamíferos? una nueva teoría revoluciona lo sabido hasta ahora

Investigadores de la Fundación Oceanogràfic revolucionan la teoría actual sobre cómo bucean los mamíferos marinos
Durante la inmersión, los pulmones de delfines y ballenas cuentan con mecanismos activos, y no sólo pasivos como se consideraba hasta ahora, con los que evitan la enfermedad del buceador.

Cuando sufren estrés prolongado en profundidad, al enmallarse en una red pesquera o por sufrir el sonar antisubmarinos, el sistema de adaptación podría dejar de funcionar y provocar su muerte.
La propuesta se publica esta semana en Proceedings of the Royal Society B.

Valencia, 24 de abril de 2018. El aire está compuesto principalmente por nitrógeno y oxígeno. Los buceadores lo saben bien porque si ascienden a la superficie demasiado rápido después de una inmersión prolongada, la acumulación del nitrógeno en sus tejidos puede causarles la enfermedad descompresiva y, quizás, la muerte. Este fenómeno, común a todos los mamíferos terrestres cuando se someten a perfiles de buceo, no sucede entre los marinos que sólo parecen verse afectados cuando sufren un episodio de estrés -como enmallarse en una red pesquera o asustados por una señal de sonar-. Explicar esta diferencia es, desde hace décadas, motivo de discusión entre los científicos.

Ahora, un novedoso estudio publicado en la prestigiosa revista Proceedings of the Royal Society B. titulado “Pulmonary ventilation–perfusion mismatch: a novel hypothesis for how diving vertebrates may avoid the bends”,plantea que «la clave puede deberse a que unos y otros tienen distinta estructura y funcionalidad cardiopulmonar», explica su investigador principal y coordinador del Comité Científico de la Fundación Oceanogràfic, Daniel García-Párraga.

«Este documento abre una ventana a través de la cual podemos tomar una nueva perspectiva sobre la cuestión», señala Michael Moore, director del prestigioso Centro de Mamíferos Marinos de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI, en sus siglas en inglés) de Massachusetts (EEUU) y coautor del estudio, junto a Andreas Fahlman, director del Departamento de Investigación de la Fundación Oceanogràfic.

La hipótesis sostiene que «la inusual arquitectura y funcionalidad del sistema respiratorio de ballenas y delfines les permite que, de manera activa, y no fundamentalmente pasiva como se pensaba hasta ahora, puedan disminuir la absorción de elevadas cantidades de nitrógeno durante el buceo y, por lo tanto, minimizar el riesgo de sufrir la enfermedad asociada al embolismo gaseoso», cuenta García-Párraga. «Estos mecanismos funcionan durante las inmersiones en condiciones de normalidad, pero durante episodios de mucho estrés estas adaptaciones pueden fallar generando un embolismo gaseoso», indica Fahlman.

Evitar intercambio de gases

Todos los mamíferos, ya sean terrestres o marinos, necesitan aire para vivir y cuando se sumergen a grandes profundidades, la alta presión comprime sus pulmones y hace que sus alveolos -que son los pequeños sacos al final de las vías respiratorias donde se produce el intercambio de gases- colapsen gradualmente, facilitando entre tanto que parte del nitrógeno que se mantiene bajo presión difunda al torrente sanguíneo y a los tejidos, causar coagulación intravascular y activar el sistema inmune.

Si el animal ascendiese lentamente, el nitrógeno absorbido podría regresar poco a poco a los pulmones y exhalarse posteriormente. Pero al subir rápidamente, el gas solubilizado no tendría tiempo para volver a difundir a los pulmones, llegando a la sobresaturación y formando burbujas en sangre y tejidos. Dichas burbujas se expandirían como consecuencia de la menor presión durante el ascenso, pudiendo llegar a obstruir vasos y causar daños mecánicos en los tejidos.

Lo que propone este trabajo es que, en condiciones normales, los cetáceos no tienen este problema porque, durante la inmersión, el aire contenido en aparato respiratorio no entra en intercambio con la sangre. De este modo, evitan incorporar un exceso de nitrógeno al organismo y pueden volver a superficie rápidamente sin la formación de las peligrosas burbujas en sangre y tejidos. Pero, ¿cómo consiguen hacerlo?

La novedad: de pasivo a activo

Hasta ahora, los científicos creían que esto se debía fundamentalmente a que, en profundidad, los pulmones de estos mamíferos marinos se comprimían tanto que se impediría el intercambio de gases con la sangre. Se pensaba que la causa era básicamente pasiva, debida a la acción de la presión hidrostática de la columna de agua. «Esta hipótesis, sin embargo, no explicaría cómo sobreviven a la descompresión los cetáceos que bucean a profundidades menores a las requeridas para alcanzar el colapso alveolar completo», señala García-Párraga.

En estudios previos, investigadores de la WHOI tomaron imágenes de cadáveres mediante tomografía axial computarizada (o TAC) de especímenes de focas, delfines y otros animales al tiempo que se mantenían presurizados en una cámara hiperbárica. En ellas se pudo ver cómo su arquitectura pulmonar creaba dos regiones pulmonares: la superior, llena de aire, y otra completamente colapsada en la parte más declive. “Estos resultados, sumados al trabajo sobre mecánica pulmonar que hemos realizado los últimos años en acuarios en todo el mundo con delfines y belugas entrenados para colaborar con los investigadores han sido cruciales para desarrollar la nueva hipótesis” resalta Fahlman.

Los investigadores sugieren que la sangre fluiría principalmente a través de la región colapsada de los pulmones. Eso causa lo que se denomina una falta de coincidencia entre la ventilación y la perfusión (mismatch), que permite que el oxígeno y el dióxido de carbono, que difunden bastante mejor que el nitrógeno, puedan ser intercambiados a la vez que se minimiza la absorción de nitrógeno. Esto es posible porque cada gas tiene una solubilidad diferente en la sangre.

Sin embargo, «el estrés prolongado sufrido, por ejemplo, durante la exposición a un fuerte sonido producido por el hombre, puede causar que el sistema falle y, al aumentar el bombeo de sangre al pulmón, ésta puede fluir por las regiones llenas de aire, lo que facilitaría el intercambio de gases (match). Eso provocaría que la absorción de nitrógeno aumente en la sangre y los tejidos, pudiendo llevar a la descompresión por formación de burbujas a medida que la presión disminuye durante el ascenso», comenta García-Párraga.

Sí, sufren descompresión

Antes de 2002, los científicos estaban convencidos de que los mamíferos marinos eran inmunes a la enfermedad de descompresión. Pero en ese año se produjo el varamiento de 14 ballenas frente a las Islas Canarias, hecho que coincidió con las maniobras con sonar que la Armada estaba realizando en la zona. Los cetáceos muertos presentaban burbujas de gas en sus tejidos y lesiones compatibles con la enfermedad del buceador. Este trabajo que mostraba las lesiones compatibles y sugería por primera vez la posibilidad de que estos animales pudiesen sufrir descompresión, fue descrito por el profesor Antonio Fernández, del Instituto Universitario de Sanidad Animal y Seguridad Alimentaria (IUSA) de la Universidad de las Palmas de Gran Canaria.

Este nuevo trabajo que ahora sale a la luz propone un mecanismo por el cual se podría producir la descompresión como la causa de algunos varamientos en masa de mamíferos marinos tras el uso del sonar militar.

La presente publicación describiendo esta nueva hipótesis sobre cómo bucean los delfines, ha sido posible debido al trabajo colaborativo durante años de veterinarios, fisiólogos y biólogos marinos, combinando conocimiento, experiencias y observaciones obtenidos a partir del trabajo tanto con animales entrenados y mantenidos en acuarios; de la atención a los animales que llegan heridos, enfermos o muertos a las playas a través de la red de varamientos y mediante los trabajos realizados con los animales en mar abierto. “Cabe destacar la importancia de la realización de los estudios en medio controlado con animales entrenados para colaborar con los investigadores para la obtención de algunos datos que de otra forma sería imposible obtener. Estos trabajos nos permiten desvelar algunos de los aspectos más importantes de la fisiología que gobiernan la vida en el mar de estos curiosos animales “, concluye Fahlman.