¿Existe alguna relación entre la frecuencia cardíaca y la vida útil de un animal?

Curiosamente, existe una correlación negativa inversa entre la frecuencia cardíaca y la vida útil, lo que significa que cuanto más rápida sea su frecuencia cardíaca, más corta será su vida útil. Vea esta figura (del documento 2 citado a continuación):

Cuando los autores trazaron los latidos cardíacos totales aproximados frente a la vida útil, la cantidad de latidos cardíacos totales estaba en un corredor bastante estrecho:

Así que parece que al menos los corazones de los mamíferos tienen un número máximo de brazadas que pueden hacer. La pregunta obvia de qué causa este fenómeno no está realmente respondida. Dado que el metabolismo de los animales pequeños es (en comparación con su peso) más alto y también su consumo de oxígeno es más alto debido a eso, se plantea la hipótesis de que esto causa más especies de oxígeno reactivo y daños relacionados que posteriormente conducen a una muerte más temprana.

Ver las referencias para más detalles:

• Frecuencia cardíaca en reposo y esperanza de vida.
• Ritmo cardíaco, esperanza de vida y riesgo de mortalidad
• Daño oxidativo al ADN: relación con la tasa metabólica de las especies y la duración de la vida

Hay una relación: están negativamente correlacionados. Los animales de vida más corta tienden a tener latidos cardíacos más rápidos, y los animales de vida más larga tienden a tener latidos cardíacos más lentos. Sin embargo, se vuelve más sorprendente que eso: no solo están negativamente correlacionados, son aproximadamente inversamente proporcionales . Un ratón y un elefante tendrán alrededor de 1.500 millones de latidos cardíacos antes de morir.

Poético como es, la relación probablemente no es causal. No es que tengas un número determinado de latidos y cuando agotes el último tu corazón se muera de agotamiento. Eso sería tonto.

Es esclarecedor ver que la invariancia surge de cómo tanto la frecuencia cardíaca como la esperanza de vida escalan alométricamente con el tamaño del cuerpo ($mass=W$).$^1$Los animales más grandes tienden a tener ritmos cardíacos más lentos y también tienden a vivir más; ambas relaciones tienen la forma de funciones de potencia , cuyos exponentes son múltiplos de$1/4$.

• Ritmo cardiaco ($R$) escalas con un exponente de potencia cuarto negativo:$R \propto W^{-1/4}$
• Esperanza de vida ($E$) escalas con un cuarto de exponente de potencia positivo:$E \propto W^{1/4}$

El "número total de latidos del corazón en una vida" es solo el producto de la frecuencia cardíaca y la vida útil. Como tal, debería escalar como

$R \cdot E \propto W^{-1/4} \cdot W^{1/4}$

$R \cdot E \propto W^{-1/4+1/4}$

$R \cdot E \propto W^0$

$R \cdot E \propto 1$

es decir: si$R$y$E$escalar de esta manera, lo que hacen, aproximadamente, dentro de muchos taxones, entonces su producto$R \cdot E$, el número total de latidos del corazón en una vida, será aproximadamente invariable.

La pregunta es por qué escalan de esta manera; y, más allá de eso, por qué los exponentes en las alometrías de velocidad y tiempo son tan omnipresentemente múltiplos de$1/4$.

• ¿Escala la esperanza de vida con$M^{1/4}$porque (por la razón que sea) la frecuencia cardíaca escala con$M^{-1/4}$; y tu corazón muere de agotamiento después de mil millones de latidos? ( Llamémosle a esto la hipótesis del latido del corazón ) .
• ¿La frecuencia cardíaca escala con$M^{-1/4}$porque (por la razón que sea) la vida útil escala con$M^{1/4}$; y, en las puertas del cielo, si el libro mayor dice que tu corazón latió 1.500 millones de veces antes de morir, obtienes una camiseta gratis; y al corazón le gustan las camisetas, pero también es económico, late tan rápido como sea necesario pero no más rápido? ( Llámese a esto la hipótesis de la camiseta ; en mi opinión, es apenas más tonta que la hipótesis del latido del corazón ) .
• ¿Escala la esperanza de vida con$M^{1/4}$porque (por alguna razón) algo más , como la tasa metabólica específica de masa, también escala con$M^{-1/4}$; y que algo tiene efectos dañinos y que acortan la vida? ( Esta fue la otrora popular teoría de la tasa de vida .$^2$)
• ¿Escala la esperanza de vida con$M^{1/4}$¿Porque una vida más larga provoca la selección para un tamaño corporal más grande, de tal manera que se obtenga la escala adecuada? ( Los animales longevos pueden darse el lujo de madurar sexualmente más tarde; madurar más tarde significa que tienen más tiempo para crecer, y serán más grandes cuando finalmente maduren . Aparentemente, esto puede hacer que$M^{1/4}$la alometría de la vida útil si la combina con ciertos supuestos sobre el crecimiento y la fecundidad, modela la selección como si ocurriera en una población estacionaria, etc. Esto a veces se denomina modelo de Charnov .$^3$)
• ¿La frecuencia cardíaca escala con$M^{-1/4}$porque la tasa metabólica específica de masa lo hace? ¿Escala la tasa metabólica específica de masa con$M^{-1/4}$porque la frecuencia cardíaca lo hace? ( No sé, ¿esto suena plausible? El metabolismo de una célula se alimenta de cosas que le entrega el torrente sanguíneo, por lo que tendría sentido que fueran proporcionales, ¿verdad? )
• ¿Escala la tasa metabólica específica de masa con$M^{-1/4}$porque así es como las escalas óptimas para la entrega eficiente de recursos a través de redes de ramificación fractal como el torrente sanguíneo? ( La prueba es demasiado matemática para mí. Esta idea es la explicación principal actual de por qué los tiempos y las tasas biológicas escalan de manera ubicua con exponentes que son múltiplos de$1/4$, en lugar de por ej.$1/3$como era de esperar si solo tuviera que ver con las proporciones de área de superficie / volumen. Esto se llama el modelo West, Brown & Enquist .$^{1,4,5}$)

tl;dr : Existe una sorprendente correlación negativa, específicamente, una proporcionalidad inversa, entre la frecuencia cardíaca y la vida útil. Pero no hay una razón particular para pensar que es causal, y ambos también se correlacionan sorprendentemente con un millón de otras cosas. Mucho de esto tiene que ver con cómo las cosas escalan con el tamaño del cuerpo. Tal escala se llama alometría ; las alometrías son a menudo funciones de potencia; para tasas y tiempos biológicos, los exponentes de estas funciones de potencia son a menudo múltiplos de$1/4$(a diferencia de, por ejemplo,$1/3$o$1$). Esta ubicuidad de un cuarto de potencia en biología solía ser misteriosa, pero ahora se le ha dado una explicación (al menos para la escala de la tasa metabólica, que intuitivamente podría explicar en parte otras tasas) por el modelo de West, Brown & Enquist como siendo el resultado de una entrega de recursos óptimamente eficiente en redes de transporte que se ramifican fractalmente.$^1$

La hipótesis del latido del corazón es una tontería; presumiblemente, la invariancia aproximada de "1.500 millones de latidos del corazón en una vida" proviene de la$M^{-1/4}$y$M^{1/4}$escala de la frecuencia cardíaca y la vida útil, que se producen por alguna otra razón. No lo sé, pero asumo que el torrente sanguíneo que se ramifica fractalmente explica la alometría del ritmo cardíaco. La alometría de la vida útil es más misteriosa. Alguna vez se pensó comúnmente que se derivaba directamente de la alometría de la tasa metabólica de masa específica ( teoría de la tasa de vida ), pero esa teoría ha caído en tiempos difíciles.$^2$Se le han dado otras posibles explicaciones, en particular el modelo de Charnov , que sugiere que las bajas tasas de mortalidad dan como resultado la selección para una edad de madurez más tardía, dando a los animales más tiempo para crecer.$^3$

1. West, GB " El origen de las leyes de escala universales en biología ". Física A , 1999.
2. Austad, SN " Gatos, 'ratas' y murciélagos: la biología comparativa del envejecimiento en el siglo XXI ". Biología Integrativa y Comparada , 2010.
3. Charnov, EL " Evolución de la variación de la historia de vida entre los mamíferos hembra ". Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 1991.
4. West, GB, Brown, JH y Enquist, BJ " Un modelo general para el origen de las leyes de escalamiento alométrico en biología ". Ciencia , 1997.
5. Dawkins, R. y Wong, Y. "El cuento de la coliflor" en El cuento de los antepasados , 2004.