Reflex de scufundare - Diving reflex
Reflex de scufundare , de asemenea , cunoscut sub numele de răspuns scufundări și reflex scufundări la mamifere , este un set de fiziologice raspunsuri la imersiune care suprascrie de bază homeostatice reflexe , și se găsește în toate vertebratele scuipă aer studiate până în prezent. Optimizează respirația prin distribuirea preferențială a depozitelor de oxigen către inimă și creier, permițând scufundarea pentru o perioadă mai lungă de timp.
Reflexul de scufundare este expus puternic la mamiferele acvatice , cum ar fi focile , vidrele , delfinii și șobolanii și există ca răspuns mai mic la alte animale, inclusiv la oameni adulți , bebeluși cu vârsta de până la 6 luni (vezi înotul pentru sugari ) și păsări scufundătoare , cum ar fi rațele și pinguinii .
Reflexul de scufundare este declanșat în mod specific prin răcirea și umezirea nărilor și a feței în timp ce reține respirația și este susținut prin procesarea neuronală care provine din chemoreceptorii carotizi . Efectele cele mai vizibile sunt asupra sistemului cardiovascular, care prezintă vasoconstricție periferică, ritm cardiac încetinit, redirecționarea sângelui către organele vitale pentru a conserva oxigenul, eliberarea globulelor roșii stocate în splină și, la om, neregularități ale ritmului cardiac. Deși animalele acvatice au dezvoltat adaptări fiziologice profunde pentru a conserva oxigenul în timpul scufundării, apneea și durata acestuia, bradicardia , vasoconstricția și redistribuirea debitului cardiac apar și la animalele terestre ca răspuns neuronal, dar efectele sunt mai profunde la scafandrii naturali.
Răspunsul fiziologic
Când fața este scufundată și apa umple nările, receptorii senzoriali sensibili la umezeală în cavitatea nazală și alte zone ale feței furnizate de nervul cranian al cincilea (V) ( nervul trigemen ) transmit informațiile către creier. Al zecelea (X) nerv cranian, ( nervul vag ) - parte a sistemului nervos autonom - produce apoi bradicardie și alte căi neurale provoacă vasoconstricție periferică, restricționând sângele de la membre și de la toate organele pentru a păstra sângele și oxigenul pentru inimă și creier (și plămânii), concentrând fluxul într-un circuit inimă-creier și permițând animalului să conserve oxigenul.
La om, reflexul de scufundare nu este indus atunci când membrele sunt introduse în apa rece. Bradicardia ușoară este cauzată de subiecții care își țin respirația fără a scufunda fața în apă. Când respirați cu fața scufundată, răspunsul de scufundare crește proporțional cu scăderea temperaturii apei. Cu toate acestea, cel mai mare efect de bradicardie este indus atunci când subiectul își ține respirația cu fața umedă. Apneea cu nară și răcirea feței sunt factorii declanșatori ai acestui reflex.
Răspunsul la scufundări la animale, cum ar fi delfinul, variază considerabil în funcție de nivelul de efort în timpul hrănirii . Copiii tind să supraviețuiască mai mult decât adulții atunci când sunt lipsiți de oxigen sub apă. Mecanismul exact pentru acest efect a fost dezbătut și poate fi rezultatul răcirii creierului similar cu efectele de protecție observate la persoanele tratate cu hipotermie profundă .
Chimioreceptorii corpului carotidian
În timpul menținerii respirației susținute în timp ce este scufundat, nivelurile de oxigen din sânge scad în timp ce nivelurile de dioxid de carbon și aciditate cresc, stimuli care acționează colectiv asupra chemoreceptorilor situați în corpurile carotide bilaterale . Ca organe senzoriale, corpurile carotide transmit starea chimică a sângelui circulant către centrele creierului, reglând ieșirile neuronale către inimă și circulație. Dovezile preliminare la rațe și oameni indică faptul că corpurile carotide sunt esențiale pentru aceste răspunsuri cardiovasculare integrate ale răspunsului de scufundare, stabilind un „chemoreflex” caracterizat prin efecte parasimpatice (de încetinire) asupra inimii și efecte simpatice ( vasoconstrictoare ) asupra sistemului vascular.
Răspunsuri circulatorii
Pierderile de lichid plasmatic datorate diurezei prin imersiune apar într-o perioadă scurtă de imersie. Imersiunea capului-afară provoacă o deplasare a sângelui de la membre și în torace. Schimbarea lichidului este în mare parte din țesuturile extravasculare, iar volumul atrial crescut are ca rezultat o diureză compensatorie . Volumul plasmatic, volumul accident vascular cerebral și debitul cardiac rămân mai mari decât în mod normal în timpul imersiunii. Creșterea volumului de muncă respirator și cardiac determină un flux sanguin crescut către mușchii cardiaci și respiratori. Volumul accidentului vascular cerebral nu este foarte afectat de scufundări sau variații ale presiunii ambiante , dar bradicardia reduce debitul cardiac general, în special datorită reflexului de scufundare în scufundările cu respirație .
Bradicardie și debit cardiac
Bradicardia este răspunsul la contactul facial cu apă rece: ritmul cardiac uman încetinește cu zece până la douăzeci și cinci la sută. Sigiliile experimentează modificări care sunt și mai dramatice, trecând de la aproximativ 125 de bătăi pe minut până la 10 la o scufundare extinsă. În timpul reținerii respirației, oamenii prezintă, de asemenea, contractilitate ventriculară stângă redusă și scăderea debitului cardiac , efecte care pot fi mai severe în timpul scufundării datorită presiunii hidrostatice .
Încetinirea ritmului cardiac reduce consumul de oxigen cardiac și compensează hipertensiunea arterială datorată vasoconstricției. Cu toate acestea, timpul de reținere a respirației este redus atunci când întregul corp este expus la apă rece, deoarece rata metabolică crește pentru a compensa pierderile accelerate de căldură chiar și atunci când ritmul cardiac este semnificativ încetinit.
Contracția splenică
Splina se contractă ca răspuns la scăderea nivelului de oxigen și niveluri crescute de dioxid de carbon, eliberând celule roșii din sânge și crescând capacitatea de oxigen a sângelui. Aceasta poate începe înainte de bradicardie.
Schimbarea sângelui
Schimbarea sângelui este un termen folosit atunci când fluxul de sânge către extremități este redistribuit la cap și trunchi în timpul unei scufundări de respirație. Vasoconstricția periferică are loc în timpul scufundării de către vasele de rezistență care limitează fluxul de sânge către mușchi, piele și viscere , regiuni care sunt „ tolerante la hipoxie ”, păstrând astfel sângele oxigenat pentru inimă, plămâni și creier. Rezistența crescută la fluxul sanguin periferic crește tensiunea arterială, care este compensată de bradicardie, afecțiuni care sunt accentuate de apa rece. Mamiferele acvatice au un volum de sânge de aproximativ trei ori mai mare pe masă decât la om, diferență crescută cu mult mai mult oxigen legat de hemoglobina și mioglobina mamiferelor scufundătoare, permițând prelungirea submersiunii după fluxul de sânge capilar în organele periferice.
Aritmii
Aritmiile cardiace sunt o caracteristică comună a răspunsului la scufundări umane. Ca parte a reflexului de scufundare, activitatea crescută a sistemului nervos parasimpatic cardiac nu numai că reglează bradicardia, dar este asociată și cu bătăi ectopice, care sunt caracteristice funcției inimii umane în timpul scufundărilor cu respirație. Aritmiile pot fi accentuate de răspunsurile neuronale la scufundarea în apă rece, distensia inimii datorită deplasării sângelui central și rezistența crescândă la ejecția ventriculară stângă ( încărcare ulterioară ) prin creșterea tensiunii arteriale. Alte modificări frecvent măsurate în electrocardiogramă în timpul scufundărilor cu respirație umană includ depresia ST , unda T crescută și o undă U pozitivă după complexul QRS , măsurători asociate cu contractilitatea ventriculară stângă redusă și funcția cardiacă deprimată generală în timpul scufundării.
Răspunsurile la echilibrul renal și al apei
La subiecții hidratați, imersiunea va provoca diureză și excreție de sodiu și potasiu. Diureza este redusă la subiecții deshidratați și la sportivii instruiți în comparație cu subiecții sedentari.
Răspunsuri respiratorii
Respirația cu snorkel este limitată la adâncimi superficiale chiar sub suprafață datorită efortului necesar în timpul inhalării pentru a depăși presiunea hidrostatică pe piept. Presiunea hidrostatică de pe suprafața corpului datorită scufundării capului în apă determină respirația cu presiune negativă care mută sângele în circulația intratoracică.
Volumul pulmonar scade în poziție verticală din cauza deplasării craniene a abdomenului datorită presiunii hidrostatice, iar rezistența la fluxul de aer în căile respiratorii crește semnificativ din cauza scăderii volumului pulmonar.
Diferențele de presiune hidrostatică dintre interiorul plămânului și livrarea gazului de respirație, densitatea crescută a gazelor de respirație datorită presiunii ambiante și rezistența crescută la curgere datorită ritmului de respirație mai mare pot provoca o creștere a activității de respirație și oboseală a mușchilor respiratori.
Se pare că există o legătură între edemul pulmonar și creșterea fluxului sanguin pulmonar și a presiunii, ceea ce are ca rezultat înghițirea capilară. Acest lucru poate apărea în timpul exercițiilor de intensitate mai mare în timp ce este scufundat sau scufundat.
Imersiunea facială în momentul inițierii respirației este un factor necesar pentru maximizarea reflexului de scufundare la mamifere la om.
Adaptări ale mamiferelor acvatice
Mamiferele cu scufundări au un bulb aortic elastic gândit să ajute la menținerea presiunii arteriale în intervalele prelungite dintre bătăile inimii în timpul scufundărilor și au un volum mare de sânge, combinat cu o capacitate mare de stocare în vene și retenții ale toracelui și capului în foci și delfini . Adaptările fiziologice cronice ale sângelui includ niveluri crescute de hematocrit , hemoglobină și mioglobină , care permit o stocare mai mare a oxigenului și livrarea către organele esențiale în timpul unei scufundări. Utilizarea oxigenului este minimizată în timpul reflexului de scufundare prin comportamentul de înot sau alunecare eficient din punct de vedere energetic și reglarea metabolismului, a ritmului cardiac și a vasoconstricției periferice.
Capacitatea de scufundare aerobă este limitată de oxigenul disponibil și de rata la care este consumat. Mamiferele și păsările de scufundare au un volum de sânge considerabil mai mare decât animalele terestre de dimensiuni similare și, în plus, au o concentrație mult mai mare de hemoglobină și mioglobină, iar această hemoglobină și mioglobină este, de asemenea, capabilă să transporte o încărcătură mai mare de oxigen. În timpul scufundării, hematocritul și hemoglobina sunt crescute temporar prin contracție splenică reflexă, care descarcă o cantitate suplimentară mare de celule roșii din sânge. Țesutul cerebral al mamiferelor scufundătoare conține, de asemenea, niveluri mai ridicate de neuroglobină și citoglobină decât animalele terestre.
Mamiferele acvatice rareori se scufundă dincolo de limita lor de scufundare aerobă, care este legată de oxigenul mioglobinei stocat. Masa musculară a mamiferelor acvatice este relativ mare, astfel încât conținutul ridicat de mioglobină din mușchii lor scheletici oferă o rezervă mare. Oxigenul legat de mioglobină este eliberat numai în țesutul muscular relativ hipoxic, astfel încât vasoconstricția periferică datorată reflexului de scufundare face mușchii ischemici și promovează utilizarea timpurie a oxigenului legat de mioglobină.
Istorie
Bradicardia de scufundări a fost descrisă pentru prima dată de Edmund Goodwyn în 1786 și mai târziu de Paul Bert în 1870.
Vezi si
- Schimbare de sânge - set index articol
- Răspuns la șoc la rece - Răspuns fiziologic la expunerea bruscă la frig
- Bradicardie - Frecvența cardiacă care este sub intervalul normal