ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2013, том 53, № 2, с. 222-226
УДК 597.554.3.591.111
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ НАТРИЯ В ПЛАЗМЕ И ЭРИТРОЦИТАХ ПРЕСНОВОДНЫХ РЫБ ПРИ СТРЕССЕ
© 2013 г. В. И. Мартемьянов
Институт биологии внутренних вод РАН — ИБВВ, Борок Ярославской области E-mail: martem@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 15.02.2012 г.
Экспериментально установлено, что в начальный период стресса в течение нескольких часов концентрация натрия в плазме крови у плотвы Rutilus rutilus снижается на 30% относительно исходного значения, у леща Abramis brama — на 27%. Противодействие гипонатремии осуществляется за счёт усиления транспорта натрия из эритроцитов и ведёт к снижению его уровня на 62% у плотвы и на 61% у леща. Эти данные не подтверждают высказываемое в литературе предположение, что в состоянии стресса катехоламины стимулируют противотранспортный переносчик Na+/H+ и связанное с ним повышение натрия в эритроцитах рыб для увеличения их кислороднесущей ёмкости. При стрессе повышенные потребности организма в кислороде осуществляются за счёт дополнительного поступления эритроцитов из депо в кровь рыб.
Ключевые слова: плотва, лещ, плазма, эритроциты, натрий, переносчик Na+/H+. DOI: 10.7868/S0042875213020094
Жизнедеятельность животных, включая рыб, зависит от поступления кислорода из внешней среды в организм. По отношению к наземной среде насыщенность воды кислородом очень изменчива и существенным образом зависит от различных причин (фотосинтеза растений, скорости перемешивания воды и её температуры, наличия ледового покрова, степени разложения органических веществ, главным образом в зимний период подо льдом, и пр.). Колебания уровня кислорода в воде и его дефицит приводят к снижению устойчивости организма, угнетению роста и половой функции, снижая тем самым рыбопродуктивность и воспроизводство. При достижении концентрации кислорода в воде ниже допустимых значений происходит массовая гибель рыб.
Для обеспечения потребностей организма в кислороде у рыб имеются специальные механизмы адаптаций к такой изменчивой по этому фактору среде. На поверхности мембран эритроцитов рыб обнаружен обменный переносчик Na+/H+, который активируется in vitro при добавке катехо-ламинов в инкубационную среду (Cossins, Richardson, 1985; Cossins, Kilbey, 1990; Borgese et al., 1992; Thomas, Perry, 1994; Nielsen, 1997; Perry, Bernier, 1999). В опытах in vitro также показано, что и гипоксия усиливает активность транспорта Na+/H+, стимулируя вход натрия в эритроциты рыб (Cossins, Richardson, 1985; Motais et al., 1987, 1992; Cossins, Kilbey, 1990; Nielsen, 1997; Virkki etal., 1998). Повышение содержания натрия в эритроцитах наблюдается при адаптации рыб к
дефициту кислорода, возникающего из-за снижения его растворимости в воде на фоне усиления интенсивности обмена при повышении температуры в экспериментальных и природных условиях (Мартемьянов, 2009). Нарастание внутриклеточного уровня натрия сопровождается увеличением кислороднесущей ёмкости эритроцитов (Nikin-maa, Weber, 1984; Cossins, Richardson, 1985; Borgese et al., 1987; Nikinmaa et al., 1987; Fuchs, Albers, 1988; Wang et al., 1999).
В начальный период стресса, с одной стороны, происходит существенное повышение концентрации катехоламинов в крови рыб (Mazeaud etal., 1977; Mazeaud, Mazeaud, 1981; Запруднова, Прозоровская, 1999), с другой стороны, увеличиваются потребности в кислороде. Скорость потребления кислорода рыбами резко увеличивается при стрессе (Кляшторин, Смирнов, 1981; Aardt, Booysen, 2004; Fu et al., 2007). Поступающий в кровь кислород эритроциты должны доставить в разные органы и ткани. Полагают (Thomas, Perry, 1992; Wendelaar Bonga, 1997; Perry, Bernier, 1999), что за счёт катехоламинов функция проти-вотранспорта Na+/H+ усиливается при стрессе, увеличивая кислороднесущую ёмкость эритроцитов рыб. Если это имеет место, содержание натрия в эритроцитах рыб в начальный период стресса должно повышаться.
В настоящей работе приводятся данные по динамике содержания натрия в плазме и эритроцитах двух видов пресноводных рыб — леща Abramis brama и плотвы Rutilus rutilus — от начала стрес-
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ НАТРИЯ В ПЛАЗМЕ
223
сорного воздействия и до завершения процесса адаптации к новым стабильным условиям.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследования служили особи леща (107 экз. массой 400 ± 11 г) и плотвы (119 экз., 87 ± 4.6 г), отловленные в Волжском плёсе Рыбинского водохранилища соответственно 26.06.1991 г. за одно 15-минутное траление и 02.07.1991 г. за одно 15-минутное притонение невода. В качестве стрессирующих воздействий использовали отлов, сортировку и 3-часовую транспортировку рыб от места отлова до прудов экспериментальной базы "Сунога" ИБВВ РАН. Такие процедуры неизбежны в исследовательской работе и аквакультуре.
Пробы крови от шести рыб каждого вида брали сразу после отлова, затем у двух выборок в ходе транспортировки и в последующем через определённые промежутки времени при акклимации в садках. При взятии проб рыб каудэктомировали, нескольким каплям крови давали возможность стечь, затем собирали новые пробы крови в пробирки, смоченные раствором гепарина, которые помещали в поролоновый штатив, находящийся в термосе с водой, смешанной со льдом. В лаборатории кровь центрифугировали при 6000 об/мин в течение 30 мин. После этого пипеткой отбирали 0.05 мл плазмы и разводили её в 5 мл бидистилли-рованной воды. Остальную часть плазмы вместе с верхним слоем лейкоцитов и эритроцитов отбрасывали. Дополнительно эритроциты промокали фильтровальной бумагой. "Чистые" эритроциты разводили в 250 раз (0.02 мл в 5 мл) бидистилли-рованной водой и выдерживали в холодильнике при 4° С не менее 2 сут. для полного гемолиза эритроцитов. Концентрацию натрия в пробах определяли, используя пропан, на пламенном спектрофотометре Flapho-4 ("CarlZeiss", Iena, Германия). Значения представлены средними и их стандартными ошибками.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В начальный период стресса концентрация натрия в плазме крови существенно снижалась относительно исходных значений в течение нескольких часов на 30% у плотвы и 27% — у леща (рисунок). Это обусловлено усилением потерь этого иона из крови во внешнюю среду главным образом через жабры рыб (Мартемьянов, 1983; Виноградов, Клерман, 1987). В начальный период стресса наряду с натрием наблюдается преобладание утечки из организма пресноводных рыб ионов хлора (Meyer, 1948; Postlethwaite, McDonald, 1995), что приводит к существенному снижению концентрации этого элемента в плазме крови (Davis, Parker, 1983; Carmichael et al., 1984; Postlethwaite, McDonald, 1995; Barton et al., 2003). В исследова-
ниях на человеке показано, что гипонатремия сопровождается целым рядом сопутствующих негативных последствий, включая высокую смертность (Arieff, 1986, 2006; Garigan, Ristedt, 1999). Острая гипонатриемия (длительностью менее 12 ч) обычно приводит к ступору, коме и инсульту.
Противодействие вредным процессам, обусловливаемых гипонатремией, осуществляется за счёт усиления выхода ионов натрия против электрохимического градиента из клеток организма, приводящего к снижению его уровня во внутриклеточных жидкостях. Так, в нашем эксперименте в течение первых нескольких часов стресса концентрация натрия в эритроцитах существенно уменьшилась: у плотвы на 62%, а у леща на 61% по отношению к исходным значениям (рисунок). Выход ионов натрия из эритроцитов в плазму крови рыб при стрессе противодействует развитию более суровой гипонатремии.
Эта защитная реакция проявляется на тканевом уровне разных видов позвоночных животных. В опытах in vitro обнаружено, что гипотонические растворы стимулировали активный транспорт ионов натрия из мышечных клеток лягушки (Venosa, 2003), синаптосом мозга крысы (Aksent-sev et al., 1994), миоцитов морской свинки (Sasaki et al., 1994), астроцитов мозга крысы (Mongin etal., 1994), гепатоцитов мышей (Coutry et al., 1994) и Xenopus laevis (Niisato, Marunaka, 1999).
Таким образом, полученные данные показывают, что содержание натрия в эритроцитах пресноводных рыб существенно снижается в начальный период стресса. Эти результаты свидетельствуют, что повышение концентрации катехоламинов в плазме крови рыб при стрессе на уровне организма не сопровождается увеличением содержания натрия в эритроцитах, что свидетельствует об отсутствии стимуляции противотранспортного переносчика Na+/H+.
Усиление активности противотранспортного переносчика Na+/H+, стимулирующего чистый вход натрия в эритроциты рыб, наблюдается при дефиците кислорода из-за гипоксии (Nikinmaa, Weber, 1984; Cossins, Richardson, 1985; Motais et al., 1987, 1992; Cossins, Kilbey, 1990; Nielsen, 1997; Virkki et al., 1998) и повышения температуры воды (Мартемьянов, 2009). В начальный период стресса под влиянием катехоламинов происходит существенное повышение диффузионной поверхности жаберного эпителия, увеличение скорости тока крови и вентиляции (Randall, Perry, 1992), что способствует возрастанию скорости потребления кислорода (Кляшторин, Смирнов, 1981; Aardt, Booysen, 2004; Fu et al., 2007). На основе этого можно предполагать, что данная ситуация способствует поддержанию давления кислорода в плазме крови рыб на повышенном уровне и, как следствие, не происходит стимуляции противо-
224
МАРТЕМЬЯНОВ
ь л о
я
и три
а н е и н
а
жа р
е
д
о
и
140 130 120 110
100 90 80
45 W
40
35
30
25
20
15
10
(а)
2 4 6 18 2 4 6 8 10 12 14 . j
-v
ч сут.
140 130 120 110
100 90 80
45 40 35 30 25 20 15 10
Время
Динамика содержания натрия в плазме (а, б) и эритроцитах (в, г) плотвы Rutilus rutilus (а, в) и леща Abramis brama ( б, г) в ответ на отлов, 3-часовую транспортировку и в ходе акклимации в садках.
транспортного переносчика Na+/H+. В дальнейших исследованиях необходимо изучить динамику парциального давления кислорода в плазме крови рыб в период стресса и восстановления. Это позволит дополнительно оценить роль давления кислорода в плазме крови рыб в регуляции противотранспортного переносчика Na+/H+.
Дефицит кислорода в крови, стимулируя обмен Na+/H+, приводит к повышению содержа
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.