Diving at High Altitude: O2 Transport and Utilization in the Ruddy Duck and Torrent Duck in the Andes - McCracken, Kevin G. (2024)
La hipoxia y las bajas temperaturas crean desafíos fisiológicos únicos para los organismos de gran altitud y estos pueden variar según el estilo de vida. Si bien casi todos los estudios de animales que respiran aire a gran altura provienen de especies terrestres, las especies que se sumergen bajo el agua y contienen la respiración a gran altura encuentran un conjunto muy diferente de presiones selectivas que influyen en su fenotipo. El objetivo de esta publicación es resaltar los cambios en el transporte y utilización de O2 en aves buceadoras de gran altitud en relación con las buceadoras a nivel del mar, y el grado en que estos cambios son cualitativamente distintos de los cambios fenotípicos en especies no buceadoras a gran altitud. Por ejemplo, mientras que altas capacidades para el transporte continuo de O2 pueden ser necesarias para el vuelo sostenido y la termogénesis (particularmente en endotermos pequeños), el buceo en apnea a gran altitud es una forma de ejercicio intenso definido únicamente por un agotamiento transitorio y a veces severo de O2 (hipoxemia) y la acumulación de CO2 (hipercapnia), intercalada por recuperación entre inmersiones cuando las reservas de O2 deben ser rápidamente repuestas a pesar del ambiente hipóxico a gran altitud. Dado esto, el comportamiento de buceo puede impedir o limitar la fisiología de los buceadores, de modo que se predice que los buceadores de gran altitud exhibirán cambios fenotípicos cualitativamente distintos en comparación con los no buceadores, ya que cada uno probablemente experimente señales únicas de plasticidad fenotípica y presiones selectivas que impulsan su evolución. Aquí, volvemos a analizar y sintetizar recientes hallazgos que describen el transporte de O2 para dos buceadores que mantienen la respiración a gran altitud en los Andes, el pato rana (Oxyura jamaicensis) y el pato de los torrentes (Merganetta armata). El análisis de la cascada de transporte de O2 incluyendo (1) ventilación, (2) difusión pulmonar de O2, (3) suministro circulatorio de O2, (4) difusión tisular de O2 y (5) utilización tisular de O2 revela que han surgido diferentes rutas para la adaptación funcional entre aves buceadoras y no buceadoras en los altos Andes. Aunque los patos rana y los patos de los torrentes se diferenciaron en numerosos aspectos, descubrimos que estos dos buceadores de gran altitud tenían generalmente una capacidad de transporte de O2 en sangre mucho mayor en comparación con los no buceadores. Además, a diferencia de las aves acuáticas de gran altitud no buceadoras, estos buceadores de gran altitud no aumentaron la afinidad de Hb-O2 a gran altitud, porque la afinidad de Hb-O2 ya era alta en el ancestro de los buceadores de baja altitud. Debido a estos factores, estos buceadores siempre tuvieron un mayor contenido arterial de O2 (CaO2) que los no buceadores, pero a diferencia de los no buceadores, no hubo diferencia en CaO2 entre las poblaciones de alta y baja altitud de estas especies. Finalmente, los buceadores de gran altitud exhibieron mayores magnitudes de supresión de la temperatura corporal (Tb) durante la hipoxia que sus correspondientes poblaciones de baja altitud, mientras que la supresión de la Tb hipóxica fue similar entre los taxones de alta y baja altitud entre los no buceadores. De hecho, el pato rana tenía la Tb más baja de todas las especies bajo hipoxia extrema. Tales cambios pueden ser beneficiosos al reducir el costo metabólico de la termogénesis durante las inmersiones en aguas frías alpinas. Una mayor comprensión de la fisiología única de los buceadores de gran altitud se beneficiaría a partir de estudios futuros sobre el control cardiorrespiratorio y la función pulmonar durante la fase de recuperación entre inmersiones, así como sobre la bioenergética mitocondrial, la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la defensa antioxidante.