БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 4, с. 78-82
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ГИДРОБИОНТОВ
УДК 596-111.111
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ И КАЛИЯ В ПЛАЗМЕ, ЭРИТРОЦИТАХ И МЫШЦАХ ПРЕСНОВОДНЫХ РЫБ ПРИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОМ КОМБИНИРОВАННОМ СТРЕССЕ
© 2014 г. В. И. Мартемьянов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: martem@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 14.03.2013 г.
В начальный период острого стресса концентрация Na в плазме крови у плотвы и леща существенно снижалась в течение нескольких часов соответственно на 30 и 27%, создавая перепад осмотической концентрации между внутри- и внеклеточной жидкостью. В ответ на это активизировались защитные системы, которые выводили ионы Na и K против электрохимического градиента из клетки. В результате содержание Na и K в эритроцитах и мышцах рыб снижалось до минимальных значений. В ходе акклимации рыб к новым условиям концентрация ионов в плазме, эритроцитах и мышцах достигала исходных значений, а в ряде случаев стабилизировалась на пониженных уровнях, отражая физиологическое состояние организма в неволе. Предполагается, что противодействие гипона-тремии и гипоосмии осуществлялось за счет усиления активности №+—К+—2С1--котранспортера.
Ключевые слова: плотва, лещ, плазма, эритроциты, мышцы, натрий, калий.
DOI: 10.7868/S0320965214030127
ВВЕДЕНИЕ
В начальный период стресса у пресноводных рыб наблюдается обессоливание плазмы крови [2, 8, 15] за счет усиления утечки ионов Na [1, 2] и С1 [15] во внешнюю среду. Уменьшение концентрации ионов Na и С1 в плазме крови при неблагоприятных условиях сопровождается падением осмоляльности внутренней среды их организма [6]. В результате между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью организма создается перепад осмотической концентрации, способствующий перемещению воды в клетки, вызывая их разбухание.
Для противодействия этому повреждающему процессу должны активизироваться защитные механизмы. В опытах in vitro обнаружено, что гипотонические растворы вызывают увеличение объема эритроцитов и культур разных клеток за счет поступления воды по осмотическому градиенту. В ответ на клеточных мембранах усиливаются регуля-торные функции ионных каналов и переносчиков, направленные на выведение из клетки различных ионов и органических молекул с сопутствующим перемещением воды [10]. В результате происходит достижение осмотического равновесия со средой и стабилизация объема клеток.
Цель работы — изучить динамику перераспределения содержания Na и К между плазмой, эрит-
роцитами и мышечной тканью у двух видов пресноводных рыб при стрессе, чтобы выявить возможные механизмы приспособления клеток организма к гипотоническим условиям внутренней среды.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект работы — лещ Abramis brama L. и плотва Rutilus rutilus L., отловленные в Волжском плесе Рыбинского водохранилища. В качестве стресси-рующего фактора использовали комбинированное действие на рыб отлова, сортировки, трехчасовой транспортировки до прудов экспериментальной базы "Сунога" Института биологии внутренних вод и последующей в пределах 20 мин перегрузке рыб в садки. Такие процедуры неизбежно присутствуют в исследовательской работе и аквакультуре. Лещ (масса 400 ±11 г) пойман 26 июня за одно 15-минутное траление, плотва (масса 87 ± 4.6 г) отловлена 2 июля одним 15-минутным притонением невода. Использовано 107 особей леща и 119 экз. плотвы. У каждой из шести особей пробы крови брали в течение 1— 2 мин после отлова, затем по две выборки в ходе транспортировки и в последующем через определенные промежутки времени (рис. 1 и 2) при акклимации в садках. Процедуры взятия и обработки проб крови и мышечной ткани описаны ранее
ммоль/л 135
95
85 .........L_ ...............
30 -'
15.....
..............
ммоль на 1 кг сырой массы
30
15 10
......... ...............
.........L ...............
90 -
70 -
60
...............
105 95 85 75
2 4 6 18 ч 2 4 6 8 10 12 14 сут
......... ...............
2 4 6 18 ч 2 4 6 8 10 12 14 сут
6
а
в
Рис. 1. Динамика содержания ионов Ка (А) и К (Б) в плазме (а, ммоль/л), эритроцитах (б, ммоль/л) и мышцах (в, ммоль на 1 кг сырой массы) плотвы в ответ на отлов, трехчасовую транспортировку и в ходе акклимации в садке.
[3]. Концентрацию Na и K в пробах определяли, используя пропан, на пламенном спектрофотометре Flapho-4, фирмы "Carl Zeiss", Iena, Германия. Значения представлены средними и их стандартными ошибками. Достоверность различий оценивали с помощью коэффициента Стьюдента с доверительной вероятностью р = 0.95, используя пакет прикладных программ Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ответ на отлов, транспортировку и перегрузку плотвы в садок концентрация № уменьшилась на 38% первоначального уровня в эритроцитах через 5 ч и 70 и 30% соответственно в плазме и мышцах через 7 ч (рис. 1). Спустя 2 ч от начала воздействия уровень К резко возрос на 76% в
80
МАРТЕМЬЯНОВ
ммоль/л
А
Б
120
100
...... ...............
...... ...............
40
20 15
ммоль на 1 кг сырой массы
125-
105 100
15 ...........................
2 4 6ч 2 4 6 8 10 12 14 сут
...... ...............
2 4 6 ч 2 4 6 8 10 12 14 сут
Рис. 2. Динамика содержания ионов натрия и калия в плазме, эритроцитах и мышцах леща в ответ на отлов, трехчасовую транспортировку и в ходе акклимации в садке. Обозначения, как на рис. 1.
плазме, но снизился через 7 ч на 35 и 44% в эритроцитах и мышцах соответственно. В ходе последующей акклимации рыб в садке содержание № и К в плазме, эритроцитах и мышцах восстанавливалось и стабилизировалось на определенных уровнях. При этом концентрация № и К в плазме крови достигла исходных значений, тогда как в эритроцитах и мышцах оставалось постоянным на пониженных уровнях.
У леща на сходные воздействия уровень № снизился до минимальных значений в течение первых суток в плазме и эритроцитах на 27 и 61% соответственно, в мышцах через 2 ч на 36% (рис. 2). В первые 2 ч от начала эксперимента содержание К в плазме рыб быстро увеличилось в 2.1 раза, затем в течение 4 ч возвратилось к исходному уровню, который оставался стабильным в последующий период акклимации. Содержание
8
а
3
2
б
в
К в эритроцитах за первые сутки уменьшилось на 27.5%, к седьмым суткам стабилизировалось на уровне ниже исходного на 13%. Концентрация К в мышцах леща в течение 2 ч резко упала на 22%, но на вторые сутки восстановилась до первоначальных значений.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные результаты показывают, что в начальный период стресса в течение нескольких часов концентрация № в плазме крови плотвы и леща существенно снижалась относительно исходных значений. Это обусловлено усилением выхода данного иона из крови рыб во внешнюю среду, главным образом через жабры [1, 2]. По данным других авторов, в начале развития стресса наряду с Ка наблюдается возрастание утечки из организма пресноводных рыб ионов С1 [15], приводящая к существенному снижению уровня этого элемента в плазме крови [8, 15].
Уменьшение уровня № и С1 в плазме крови пресноводных рыб при стрессе сопровождается падением осмоляльности внутренней среды организма [6]. В результате между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью организма создается перепад осмотического давления, который способствует перемещению воды внутрь клеток, вызывая их разбухание. При гипонатремии содержание воды в мышцах плотвы увеличивалось на 1.8% [5]. Наиболее губительно для организма обводнение мозга. Череп препятствует расширению этой ткани, поэтому отек мозга при гипона-тремии (гипоосмии) сопровождается ростом внутричерепного давления с целым рядом сопутствующих негативных последствий, включая высокую смертность [7].
Для противодействия негативным процессам, обусловливаемым гипоосмией, ускоряются защитные функции организма, связанные с выведением ионов из внутриклеточной жидкости. В начальный период острого стресса автор наблюдал существенное снижение концентрации № и К в эритроцитах и мышцах плотвы и леща. Выход ионов № из эритроцитов и мышц против электрохимического градиента во внеклеточную среду противодействует развитию более глубокой ги-понатремии и гипоосмии. Однако, несмотря на существенные потери этих ионов клеткой на начальном этапе острого стресса, полной компенсации гипонатремии и гипохлоремии [15] может не достигаться, вызывая таким образом гипоосмию [6]. Дополнительно она в значительной степени компенсируется за счет существенного выхода из клеток ионов К (рис. 1 и 2), приводя к резкому повышению их концентрации в плазме крови.
Синхронное снижение концентрации № и К в эритроцитах и мышцах плотвы и леща в началь-
ный период острого стресса указывает на то, что возможный механизм их выведения из клеток против электрохимического градиента может быть связан с активацией №+—К+—2С1--котранспорт-ного переносчика, участие которого в осмотической и ионной регуляции у рыб показано ранее [9]. Этот переносчик представлен разными формами, осуществляющими разнонаправленный транспорт ионов [14]. У рыб в пресной воде Na+— К+—2С1--котранспортер в хлоридных клетках жабр осуществляет транспорт электролитов из внешней среды в кровь, участвуя в поддержании ионного гомеостаза. Установлено, что снижение минерализации воды сопровождается существенным (в 3—5.5 раза) увеличением его количества в хлоридных клетках жабр мозамбикской тиляпии Oreochromis mossambicus (Peters) [13]. У рыб, ак-климированных к морской воде, этот котранс-портер в хлоридных клетках жабр функционирует в режиме выведения из внутренней среды организма избытка ионов Na, К и С1, усиливая свою активность при повышении солености воды [9, 14]. В почках животных №+—К+—2С1--ко-транспортер участвует в реабсорбции ионов из фильтрата [11], способствуя поддержанию ионного гомеостаза. Для полного выяснения участия №+—К+—2С1--котранспортера в выведении ионов из клеток при гипоосмии, наблюдаемой в начальный период острого стресса, требуются исследования динамики концентрации в эритроцитах и других тканях организма ионов не только Na и К, но также дополнительно и С1.
Содержание ионов Na и К в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.