La risposta subacquea consiste in una serie di riflessi autonomici osservati in animali di tutte le classi di vertebrati 1. In risposta all'immersione sott'acqua, questa risposta indotta dai riflessi consiste in apnea, bradicardia e un'alterazione del flusso sanguigno che mantiene il flusso al cuore, al cervello e ai muscoli in esercizio, limitando il flusso ai visceri e ai muscoli non in esercizio 2. Molti degli aspetti metabolici e cardiorespiratori della risposta subacquea dei mammiferi sono stati ben studiati 2,3, compresi quelli nell'uomo 4,5. Tuttavia, ciò che è stato relativamente carente, fino a poco tempo fa, è l'indagine sugli aspetti integrativi centrali della risposta subacquea. Cosa succede all'interno del tronco encefalico e qual è il percorso neuronale passo dopo passo che collega gli input afferenti agli output efferenti durante questo riflesso autonomo? Per rispondere a queste domande sarà necessario un modello animale appropriato 6. Un adagio in fisiologia comparata, il principio di Krogh 7, è che per ogni domanda di ricerca c'è un animale di scelta su cui il problema può essere studiato più convenientemente. Un animale più appropriato per studiare gli aspetti centrali della risposta all'immersione è il ratto 6,8. In gran parte ciò è dovuto al fatto che il cervello dei ratti è stato molto ben caratterizzato, sia anatomicamente che funzionalmente, e sono disponibili molti atlanti del cervello di ratto 6. Inoltre, il ratto è particolarmente utile nella ricerca cardiorespiratoria, perché la fisiologia del ratto è ben nota in tutti i principali sistemi di organi, e il ratto è ben considerato come un modello animale nella biologia dei sistemi 6. Infine, il ratto da laboratorio è la versione addomesticata del Rattus norvegicus selvatico, un animale che nuota e si immerge abitualmente sott'acqua 6. Sulla base di queste considerazioni, il ratto è una buona scelta per gli studi che indagano gli aspetti centrali della risposta subacquea dei mammiferi. In confronto, l'uso di animali marini per studiare gli aspetti centrali della risposta subacquea dei mammiferi sarebbe molto più difficile. Ciò è dovuto in gran parte al fatto che gli animali marini hanno cervelli relativamente grandi e di dimensioni non uniformi, e alla relativa difficoltà e all'alto costo di ospitare questi animali.
I ratti sono stati precedentemente utilizzati per studiare molti aspetti della risposta subacquea dei mammiferi, principalmente in situazioni che coinvolgono l'immersione subacquea forzata 9-12. Tuttavia, molti studi su animali marini e acquatici hanno dimostrato che ci può essere una risposta differenziale all'immersione in base al fatto che l'immersione sia stata forzata o volontaria 2,13. Gli animali subacquei possono mostrare una bradicardia estremamente intensa durante l'immersione forzata, ma una bradicardia molto meno intensa durante l'immersione volontaria. Lo "stress" dell'immersione forzata può modificare significativamente le risposte cardiovascolari dell'immersione in molti animali 14. I piccoli roditori come i topi muschiati mostrano anche una risposta subacquea più intensa durante l'immersione forzata rispetto all'immersione volontaria 15,16. Pertanto, se i ratti devono essere utilizzati per indagare gli aspetti centrali della risposta subacquea dei mammiferi, i ricercatori dovrebbero essere consapevoli che un ratto immerso con la forza sott'acqua può produrre una risposta diversa da quella di un ratto che si immerge volontariamente.
L'obiettivo di questo articolo è fornire istruzioni dettagliate su come addestrare i ratti a immergersi volontariamente sott'acqua. Queste procedure non sono tecnicamente difficili, ma possono richiedere molto tempo. L'addestramento è condotto in modo tale da ridurre lo stress che potrebbe altrimenti essere associato all'immersione subacquea forzata. Questa tecnica di immersione volontaria dovrebbe ridurre al minimo l'attivazione delle vie centrali di stress e quindi consentire una migliore indagine degli aspetti centrali della risposta all'immersione. Di per sé, l'addestramento dei ratti a immergersi volontariamente sott'acqua non genera dati che possano essere utilizzati per indagare gli aspetti centrali della risposta subacquea dei mammiferi. Pertanto vengono forniti anche esempi di come i ratti che si immergono volontariamente siano stati utilizzati in combinazione con altre tecniche di ricerca fisiologica e neuroanatomica, e di come l'addestramento subacqueo di base possa dover essere modificato per adattarsi a queste altre tecniche.