CC BY
29
УДК 556.113:591.175:591.11:597.2/5
КИСЛОРОДНЫЙ РЕЖИМ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ КЕФАЛИ-СИНГИЛЯ (LIZA AURATA RISSO) В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПОТЕРМИИ
А. А. Солдатов1'2, И. А. Парфенова2
1 ФГБУН Институт морских биологических исследований им. А. О. Ковалевского РАН 292011 г. Севастополь, просп. Нахимова, 2, e-mail: alekssoldatov@yandex.ru 2 ФГАОУ ВО Севастопольский госуниверситет, 299053 г. Севастополь, ул. Университетская 33
Исследован процесс адаптации особей кефали-сингиля (Liza aurata Risso) к температуре 5оС на протяжении 46 суток. Контрольная группа рыб содержалась при 15+1оС. Температуру воды в аквариумах понижали со скоростью 0,2оС час-1 от 15 до 5оС. В первые 5 суток после понижения температуры воды в организме кефали отмечали развитие ряда компенсационных реакций: увеличением числа циркулирующих эритроцитов и повышение насыщения крови кислородом, что существенно повышало концентрацию кислорода в крови. Первое было связано с опорожнением кровяных депо (селезенка), второе с облегчением насыщения крови кислородом в виду экзотермичности реакции оксигенации гемоглобина. Величины массопереноса кислорода артериальной и венозной кровью в скелетных мышцах равномерно понижались на протяжении всего периода наблюдений, что определялось ограничением объемного тканевого кровотока. Интенсивность потребления кислорода мышцами уменьшалась на 38 % (p<0.001) и на 41-46 сутки наблюдений составила 0,076+0,003 мл О2 мин-1 100 г-1 веса. Обсуждаются причины, лежащие в основе выявленных изменений.
Ключевые слова: гипотермия, скелетные мышцы, массоперенос и утилизация кислорода, гемоглобин, эритроциты, объемный тканевой кровоток, морские рыбы.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из следствий действия гипотермии на организм морских и пресноводных рыб является развитие у них состояния асфиксии, которое в большинстве случаев является летальным. Оно наблюдается при температурах близких к 5оС и затрагивает преимущественно теплолюбивые виды рыб (Куликова и др. 1986; Шекк и др., 1990). Данная реакция в определенной степени парадоксальна, так как развивается при снижении потребности организма в кислороде и повышении его растворимости в воде, тканевых и циркуляционных средах. Анализ причин позволил установить рост содержания лак-тата в тканях рыб при низких температурах, снижение содержания метаболитов цикла Кребса (окса-лоацетата, малата, а-кетоглутарата), уменьшение уровня аденилатов и энергетического заряда тканей (Арсан, 1986а,б; Гулевский и др., 2007; Солдатов, Парфенова, 2009). Это происходило на фоне увеличение числа гипоксических (аноксических) зон в скелетных мышцах (Солдатов, Парфенова, 2009), что в определенной степени было связано с аномальной вазоконстрикцией сосудов микроциркуля-торного русла (Солдатов, 2010).
О гипоксическом эффекте гипотермии свидетельствует также факт индукции синтеза в тканях рыб HIF-1 (hypoxia inducible factor) (Heise et al., 2006). Этот фактор ранее был идентифицирован в крови форелей (Soitamo et al., 2001). Установлено, что данный локус генома экспрессируется исключительно гипоксией (Bosworth et al., 2005; Ju et al., 2007), что позволяет допустить существенные изменения кислородного режима, которые претерпевают ткани рыб в условиях низких температур.
В настоящей работе на основе определения кислородной емкости крови и величин объемного тканевого кровотока предпринята попытка оценить процессы массопереноса и утилизации кислорода в скелетных мышцах теплолюбивой кефали-сингиля в условия экспериментальной гипотермии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Характеристика материала. Работа выполнена на стайном пелагическом виде — кефали-сингиле (Liza aurata, Risso). Предварительные наблюдения показали, что у данного вида при температурах близких к 5оС отмечаются явные признаки асфиксии. Использовали взрослых особей обоего пола (длина — 22-27 см, вес — 140-250 г) в состоянии относительного физиологического покоя (стадия зрелости гонад II-III). Рыбу отлавливали при помощи ставного невода и перевозили в аквари-альную в пластиковых баках емкостью 60 л с воздушной аэрацией. При транспортировке материала на значительные расстояния использовали полиэтиленовые мешки, атмосферу в которых заполняли чистым кислородом.
После транспортировки животных рассаживали в аквариумы и бассейны объемом 1000-1500 л, которые имели централизованные системы проточности воздушной аэрации и терморегуляции. Плотность посадки составляла 50-80 л на одну особь. Фотопериод — 12 часов день : 12 часов ночь. Температура воды поддерживалась на уровне 15+1оС. В данных условиях рыбу содержали в течение 30-45 суток с целью адаптации и снятия стресса, вызванного отловом и транспортировкой. В этот
период, а также в течение опыта особей кормили фаршем из малоценных видов рыб. Суточный пищевой рацион составлял 6-7% от массы тела. В экспериментах использовали активно питающихся, подвижных особей.
Экспериментальная гипотермия. Эксперименты были выполнены в аквариумах емкостью 1000-1500 л. Контрольную группу рыб содержали при температуре воды 15+1оС. В ходе опыта температуру снижали со скоростью 0,2оС час-1 от 15 до 5оС. После этого изучали процесс адаптации к указанным температурам в течение 40-ка суток. Регистрацию показателей, отбор проб крови производили на 1-5, 14-15 и 36-40-е сутки содержания.
Отбор проб крови. Пробы артериальной и венозной крови получали соответственно пункцией дорсальной аорты (aorta dorsalis) и хвостовой вены (vena caudalis) в шприц под слой вазелинового масла (Houston, 1990). Хвостовая вена несет кровь от группы скелетных мышц расположенных между спинным и хвостовым плавниками и фактически отражает характер метаболических процессов в них. В качестве антикоагулянта применяли гепарин (Richter, Венгрия). В момент отбора проб и регистрации показателей применяли уретановую анестезию (Soldatov, 2005).
Гематологические исследования. Концентрацию гемоглобина (Hb) в крови определяли при помощи гемиглобинцианидного метода с применением стандартного набора реактивов (НПО «Био-лар»). Количество эритроцитов (Er) в крови подсчитывали в камере Горяева (Стенко, 1975). Насыщение артериальной (SaO2) и венозной (SvO2) крови кислородом определяли путем спектрофотометриро-вания проб при 540, 560, 576 нм [Крикливый и др., 1979] с последующим расчетом концентрации ок-сигемоглобина. Зная величины SaO2 и SvO2, рассчитывали концентрации кислорода в артериальной (CO и венозной крови (GO2) с учетом коэффициента Гюфнера (1.34):
CaO2 = 1.34 • Hb • SaO2,
CvO2 = 1.34 • Hb • SvO2.
Тканевой кровоток. Объемный кровоток (Q) в красных и белых мышцах измеряли по методу Н2-клиренса с электрохимической генерацией водорода, адаптированного к применению на водных животных (Вязовой и др., 1982). В работе использовали платиновый микроэлектрод (диаметр 150 мкм, длина 3 мм). Регистрацию осуществляли при помощи усилителя постоянного тока ОР-925 ("Radelkis", Венгрия) и потенциометра КСП-4. В момент регистрации использовали специальный станок, исключающий продольные движения туловища. На основании полученных величин рассчитывали средневзвешенный кровоток (Q):
Q = k Q + k 2Qw,
где k1 , k2 — коэффициенты, отражающие процентное соотношение красных и белых мышц в теле рыб; Qr , Qw — объемный кровоток в красных и белых мышцах.
Массоперенос и утилизация кислорода в скелетных мышцах. Величины массопереноса кислорода артериальной (VaO2) и венозной кровью (VO2) определяли по следующим уравнениям:
VaO2 = CaO2 • Q,
VvO2 = CvO2 • Q.
Это позволило рассчитать скорость утилизации кислорода скелетными мышцами по уравнению
Фика:
VmO2 = C(a - v)O2 • Q.
Эффективность утилизации кислорода мышечной тканью оценивали по гемодинамическому эквиваленту (НЕ). Он отражает объем крови, который необходимо прокачать через ткань для извлечения условного объема кислорода:
НЕ = £-.
VmO 2
Статистическая обработка и графическое оформление полученных результатов проведены с применением стандартного пакета Grapher (версия 7). Результаты представлены в виде x ± Sx. Достоверность различий оценивали при помощи t-критерия Стьюдента. О нормальности распределения выборочных совокупностей судили по значениям критерия Пирсона.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Гематологические исследования. Снижение температуры воды до 5оС и содержание особей кефали в данных условиях в течение 5-ти суток сопровождалось увеличением концентрации гемогло-
бина в циркулирующей крови на 11% (р<0.05) (рис. 1А). Однако в последующем значения данного показателя понижались и 41-46 сутки наблюдений оказывались на 14% (р<0.001) ниже контрольного уровня. Аналогичные изменения претерпевало и число эритроцитов в крови рыб (рис. 1В).
.о I
120 г-110 -100 -90 80
3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8
А
га 0.5
о -
ш 0.45 —
т
0.4 -
о о 0.35 -
0.3 _
—, 0.25
0.2
_1_
_1_
1 2 Условия эксперимента
Рис. 1. Концентрация гемоглобина (А), число эритроцитов (В) в крови и вес селезенки (С) у кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии. 0 — контрольная группа, 15оС; 1 — эксперимент, 5оС, 1-5 суток; 2 — эксперимент, 5оС, 14-16 суток; 3 — эксперимент, 5оС, 41-46 суток.
Количественные показатели крови находились в обратной зависимости от веса селезенки (рис. 1С). В первые 5 суток наблюдений ее вес уменьшался на 38% (р<0.001), а затем восстанавливался фактически до уровня контрольных значений. На рисунке 2 зависимость числа эритроцитов в крови от веса селезенки хорошо описывалась уравнением линейной регрессии при достаточно высоких значениях коэффициента детерминации (Л2) — 0.735.
К компенсационным процессам следует отнести и увеличение насыщения гемоглобина кислородом почти на 6% (р<0.001) (табл. 1). Оно наблюдалось в первые 5 суток нахождения особей кефали при температуре 5оС и составило 91.0+0.3%. Затем насыщение кислородом несколько понижалось, но оставалось на 3-4% выше контрольных значений.
Рост концентрации гемоглобина в крови, отмеченный выше, и повышение степени его насыщения кислородом привели в течение 1 -5 суток адаптации особей кефали к температуре 5оС к увеличению факти-
ческой концентрации кислорода в крови на 18-19% (р<0.01) (табл. 1).
Таблица 1. Концентрация кислорода в крови и насыщение гемоглобина кислородом у кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии
Условия эксперимента п СО2 (мл л-1) ^ (%)
а V а V
15оС (контроль) 5оС (опыт, 1-5 суток) 5оС (опыт, 14-16 суток) 5оС (опыт, 41-46 суток) 8 8 8 7 112.6+5.1 133.4+3.6 113.4+3.5 100.7+3.9 84.5+0.2 102.4+2.5 88.4+2.7 77.1+3.3 85.3+1.3 91.0+0.3 89.3+0.4 88.6+0.4 63.3+2.2 69.9+0.7 69.6+0.7 67.9+0.7
Примечание: Со2 — концентрация кислорода в артериальной (а) и венозной (у) крови; Бо2 — насыщение кислородом артериальной и венозной крови; п — число особей
Рис. 2. Зависимость числа эритроцитов в крови кефали-сингиля от веса селезенки. 0 — контрольная группа, 15оС; 1 — эксперимент, 5оС, 1-5 суток; 2 — эксперимент, 5оС, 14-16 суток; 3 — эксперимент, 5оС, 41-46 суток.
(О О
ш ш
0.5
0.45
О О
¿о
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
- Л20,735
1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8
Ег, кл-ки (1012) Я"1
Это должно было существенно повысить массо-перенос кислорода к скелетным мышцам данного вида в условиях экспериментальной гипотермии. Однако данную реакцию можно отнести только к процессам, ответственным за срочную адаптацию организма. Уже на 14-16 сутки эксперимента концентрация кислорода в крови кефалей возвращалась к контрольным значениям и в дальнейшем не претерпевала статистически значимых изменений.
1
0
1
2
3
0
3
3
Объемный тканевой кровоток. Величину тканевого кровотока оценивали в красных и белых мышцах кефалей. Результаты представлены на рисунке 3. Гипотермия вызывала снижение данного показателя в обоих типах тканей на начальных этапах адаптационного процесса (1-5 сутки эксперимента). Наиболее выраженные изменения отмечались в красных мышцах. Кровоток здесь понижался на 27% (р<0.001). Величины, отмеченные на 1-5 сутки, сохранялись затем на протяжении всего периода наблюдений. Различия не были статистически выражены. Каких-либо компенсационных реакций не обнаружили. Сходные изменения происходили в белых мышцах. Ограничение кровотока составило 16%. Однако в виду значительной вариабельности полученных значений достоверных отличий выявлено не было.
о о
I
s
18 г
16
14
i Ï2b С? 10
о о
О
3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8
I_
0
-г- B
I_I_I_
0 1 2 Условия эксперимента
Рис. 3. Объемный кровоток в красных (А) и белых (В) мышцах кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии. 0 — контрольная группа, 15оС; 1 — эксперимент, 5оС, 1-5 суток; 2 — эксперимент, 5оС, 14-16 суток; 3 — эксперимент, 5оС, 4146 суток.
На основании полученных значений Qr и Qw был рассчитан средневзвешенный кровоток с учетом доли красных и белых мышечных волокон в скелетных мышцах кефалей (см. материл и методы). На красные мышцы у данного вида приходилось 13.0±0.3% мышечной массы, остальное на белые — 87.0±0.3%. Расчет средневзвешенного кровотока был необходим для определения величин массопереноса кислорода для скелетных мышц в целом.
Массоперенос и утилизация кислорода. В начале адаптационного процесса (1-5 сутки, 5оС) величина массопереноса кислорода артериальной и венозной кровью была близка к контрольным значениям (15оС) (рис. 4).
Рис. 4. Массоперенос кислорода артериальной (а) и венозной (v) кровью в скелетных мышцах кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии. 0 — контрольная группа, 15оС; 1 — эксперимент, 5оС, 1-5 суток; 2 — эксперимент, 5оС, 14-16 суток; 3 — эксперимент, 5оС, 41-46 суток.
Различия не были статистически значимы. Однако на 14-16 сутки наблюдений поток кислорода через скелетные мышцы кефалей явно ограничивался. Минимальные величины были зарегистрированы на финальных этапах эксперимента (41-46 сутки). Артериальный и венозный массоперенос кислорода был на 32-33% ниже контрольного уровня (p<0.001) и составлял соответственно 0.326±0.013 и 0.250±0.011 мл O2 мин-1100 г-1 веса. Зная данные величины по уравнению Фика можно в целом оценить интенсивность потребления кислорода скелетными мышцами. При 15оС эта величина составляла 0.122±0.007 мл O2 мин-1100 г-1 веса. Снижение температуры воды до 5оС вначале не оказывало существенного влияния (1-5 сутки). VmO2 было близко к контрольным значениям — 0.106±0.005 мл O2 мин-1100 г-1 веса. Однако затем оно существенно понижалось и на 41-46 сутки эксперимента составляло 0.076±0.003 мл O2 мин-1100 г-1 веса, что на 35% (p<0.001) ниже.
Об эффективности потребления кислорода тканями можно судить по проценту его утилизации и гемодинамическому эквиваленту (HE). Эти величины представлены в таблице 2. Как видно процент утилизации кислорода скелетными мышцами у кефали-сингиля не зависел от температуры среды и составлял 22-26%. В то же время НЕ претерпевал определенные изменения. На 41-46 сутки экспери-
Условия эксперимента
мента его значения были на 18% выше контрольных величин. Это означает, что для извлечения сходного количества кислорода мышцам при 5оС требуется больший объем крови.
Таблица 2. Показатели эффективности утилизации кислорода скелетными мышцами кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии
Условия эксперимента n Утилизация O2, % HE
15оС (контроль) 8 25,2+1,6 36,4+2,1
5оС (опыт, 1-5 суток) 8 23,2+0,6 32,7+1,5
5оС (опыт, 14-16 суток) 8 22,0+0,6 40,4+1,7
5оС (опыт, 41-46 суток) 7 23,4+0,7 43,0+1,6
Примечание: n — число особей; HE — гемодинамический эквивалент
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Снижение температуры воды в диапазоне 5-15оС вызывало заметное угнетение окислительного метаболизма в скелетных мышцах кефали. Однако оно было ниже ожидаемого по правилу Вант-Гоффа. Значения Q10, рассчитанные для данного температурного диапазона, не превышали 1.7, тогда как они должны находиться в пределах 2-3 (Ивлева, 1981). Это позволяет допустить наличие функциональной коррекции процессов энергетического метаболизма мышечной ткани при адаптации к условиям гипотермии. Особенно это было заметно на начальных этапах эксперимента (1-5 сутки). Интенсивность потребления кислорода скелетными мышцами кефалей при 5оС была близка к отмеченной при температуре 15оС. Различия не были статистически значимы. Анализ полученных результатов позволил выявить несколько реакций компенсационного порядка:
- увеличение концентрации гемоглобина и числа эритроцитов в крови;
- повышение насыщения гемоглобина кислородом;
- поддержание сравнительно высокой скорости объемного кровотока в мышцах.
Данные реакции должны повышать кислородную емкость крови и поддерживать объем доставляемого к мышцам кислорода на относительно высоком уровне.
Увеличение числа эритроцитов в крови может быть обусловлено рядом процессов: выбросом эритроцитов в кровоток и кровяных депо (селезенка), усилением продукционных процессов в кроветворной ткани (пронефрос), дегидратацией плазмы крови (Soldatov, 2005). Первые сведения о способности селезенки рыб резервировать старую эритроцитарную массу были получены на желтохво-сте (Seriola quinqueradiata) (Yamamoto et al., 1980; 1983). Участие данного органа в коррекции кислородной емкости крови у рыб отмечено во многих работах (Wells, Weber, 1990; Pearson, Stevens, 1991; Houston et al., 1996). В нашем случае установлена обратная линейная зависимость между числом эритроцитов в крови и весом селезенки (R2 0.735). Это позволяет рассматривать опорожнение кровяных депо как основной процесс, определяющих рост кислородной емкости крови кефалей при адаптации к гипотермии. Однако эффективность его сохранялась только на начальных этапах адаптации. На 14-16 сутки эксперимента число эритроцитов в крови оказывалась ниже контрольных значений и в дальнейшем неуклонно снижалось.
Участие эритропоэтических процессов в росте кислородной емкости крови маловероятно по двум причинам. Во-первых, этому не способствует низкая температура. Во-вторых, если допустить, что эритроцитарное равновесие и смещается в пользу продукционных процессов, то оно не может обеспечить эффективный рост числа эритроцитов в крови в относительно короткий промежуток времени — 1-5 суток. Случаи же дегидратации плазмы крови у рыб в условиях гипотермии не известны. Поэтому участие этого процесса в коррекции кислородной емкости крови пока можно оставить под знаком вопроса.
Увеличение насыщения крови кефалей кислородом в условиях гипотермии скорее является пассивным, а не активным процессом. В виду экзотермичности реакции оксигенации гемоглобина понижение температуры должно облегчать образование его комплекса с кислородом. Этот процесс затрагивал артериальную и венозную кровь. Изменения развивались уже в первые сутки и сохранялись на протяжении всего периода наблюдений. Это доказывает, что они скорее были индуцированы внешними, а не внутренними причинами.
К компенсационным процессам следует отнести и поддержание сравнительно высокой скорости объемного кровотока в скелетных мышца кефали в условиях гипотермии. В сравнении с контрольной группой рыб изменения были незначительны: в красных мышцах они немного превышали
25%, а в белых были менее 20 %, при этом в последнем случае результаты не были достоверны. К аналогичному заключению можно прийти и на основе сопоставления значений Q10. Так, если энергетический обмен в скелетных мышцах кефали при понижении температуры в диапазоне 5-15оС угнетался в 1.6 раза, то объемный кровоток — только в 1.2-1.4 раза. Следует обратить внимание и на эффективность утилизации кислорода. При 15 и 5оС она была близкой. Процент утилизации кислорода фактически совпал, а увеличение НЕ было незначительно и статистически недостоверно.
Из представленных в настоящей статье результатов следует, что организм оксифильной, теплолюбивой кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии «пытается» поддерживать относительно высокий уровень окислительного метаболизма в скелетных мышцах. Об этом свидетельствуют сравнительно низкие значения коэффициента Qio и ряд компенсационных реакций, развивающихся на уровне сосудов микроциркуляторного русла и циркулирующей крови.
Кефаль-сингиль — это пелагический стайный вид, отличающийся высокой миграционной активностью (Шекк, 2012). В азово-черноморском регионе для сингиля характерны сезонные миграции из северных в южные акватории Черного моря. Основным индуктором такого поведения является снижение температуры воды (Шекк, 2012). Поддержание высокой скорости окислительного метаболизма в скелетных мышцах — основа миграционного состояния у данного вида. Это, по-видимому, и определяет особенности кислородного режима мышечной ткани кефали-сингиля в условиях внешней гипотермии.
Таким образом, снижение температуры воды в диапазоне 5-15оС вызывало угнетение процессов энергетического обмена в скелетных мышцах кефали-сингиля в 1.6 раза, что не соответствовало правилу Вант-Гоффа. Это было обусловлено развитием ряда компенсационных процессов, направленных на сохранение высокой скорости окислительного метаболизма в мышечной ткани. В ней поддерживалась сравнительно высокая скорость объемного кровотока при сопоставимой с 15оС эффективностью утилизации кислорода. Одновременно повышалась кислородная емкость крови, что было связано с опорожнением кровяных депо (селезенка) и увеличением процента насыщения гемоглобина кислородом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Арсан О.М. Роль температуры водной среды в регуляции процессов гликолиза и трикарбонового цикла в организме рыб // Гидробиол. ж. 1986. Т. 22. С. 57-62. Arsan O.M. Rol' temperatury vodnoi sredy v regulyatsii protsesov glikoliza i trikarbonovogo tsikla v organizme ryb // Gidrobiologicheskii Zhurnal. 1986. T. 22. S. 57-62. [Arsan O. M. The role of the temperature of the aquatic environment in the regulation of glycolysis and tricarboxylic cycle in fish // Hydrobiol. J. 1986. Vol. 22. P. 57-62.] In Russian. Арсан О.М. Участие Ca2+ в регуляции процессов гликолиза и трикарбонового цикла в тканях карпа при различном температурном режиме водной среды // Гидробиол. ж. 1986. Т. 22. С. 71-74. Arsan O.M. Uchastie Ca2+ v regulyatsii protsessov glikoliza i trikarbonovogo tsikla v tkanyakh karpa pri razlichnom temperaturnom rezhime vodnoi sredy // Gidrobiologicheskii Zhurnal. 1986. T. 22. S. 71-74. [Arsan O. M. The involvement of Ca2+ in the regulation of glycolysis and tricarboxylic cycle in the tissues of common carp at different temperatures of the aquatic environment // Hydrobiol. J. 1986. Vol. 22. P. 71-74.] In Russian. Вязовой В.В., Матюхин В.А., Нешумова Т.В., Шошенко К.А. Кровоток в красных и белых скелетных мышцах байкальского черного хариуса Thymallus arcticus baicalensis (D.) при плавании с разными скоростями // Вопр. ихтиол. 1982. Т. 22. № 5. С. 857-863. Vyazovoi V.V., Matyukhin V.A. Neshumova T.V., Shoshenko K.A. Krovotok v krasnykh i belykh skeletnykh myshtsakh baikal'skogo chernogo khariusa Thymallus arcticus baicalensis (D.) pri plavanii s raznymi skorostyami // Voprosy Ikhtiologii. 1982. T. 22, No. 5. S. 857-863. [Vyazovoi B.V., Matyukhin V.A., Neshumova T.V., Shoshenko K.A. Blood flow in red and white skeletal muscles Baikal black grayling Thymallus arcticus baicalensis (D.) under swimming at different speeds // J. Ichthyology. 1982. Vol. 22. No. 5. P. 857-863.] In Russian. Гулевский А.К., Релина Л.И., Жегунова Е.Г. и др. Роль гликолиза при холодовой адаптации карася серебряного Carassius auratus gibelio // Пробл. криобиологии. 2007. Т. 17. С. 64-70. Gulevskii A.K., Relina L.I., Zhegunova E.G. Rol' glikoliza pri holodovoi adaptatsii karacya serebryanogo Carassius auratus gibelio // Problemy kriobiologii. 2007. Т. 17. S. 64-70. [Gulevsky A.K., Ralina L.I., Zhegunova E.G., etc., The role of glycolysis in cold adaptation of silver crucian carp Carassius auratus gibelio // Problems of Cryobiology. 2007. Vol. 17. P. 6470.] In Russian.
Ивлева И.В. Температура среды и скорость энергетического обмена у водных животных. Киев: Наукова думка, 1981. 232 с. Ivleva I.V. Temperatura sredy i skorost' energeticheskogo obmena u vodnykh zhivotnykh. Kiev: Nau-kova dumka, 1981. 232 s. [Ivleva, I. V. Ambient temperature and the rate of energy metabolism in aquatic animals. Kiev: Scientific Thought, 1981. 232 p.] In Russian. Крикливый И.А., Рекун Г.М., Артюх В.П., Стародуб Н.Ф. Методы изучения функциональных свойств гемоглобина / Методы молекулярной биологии. Киев: Наукова думка, 1979. С. 191-201. Kriklivyi I.A., Rekun G.M., Artukh V.P., Starodub N.F. Metody izucheniya funktstional'nykh svoistv gemoglobina // Metody molekulyarnoi bi-ologii. Kiev: Naukova dumka, 1979. S. 191-201. [Kriklivyi I.A., Rekun G.M., Artukh V.P., Starodub N.F. Methods
of studying the functional properties of hemoglobin / Molecular biology techniques. Kiev: Scientific Thought, 1979. P. 191-201.] In Russian.
Куликова Н.И., Шекк П.В., Руденко В.И. Об отношении молоди черноморских кефалей к низкой температуре // Вопросы ихтиологии. 1986. Т. 26. С. 119-128. Kulikova N.I., Shekk P.V., Rudenko V.I. Ob otnoshenii molodi chernomorskikh kefalei k nizkoi temperature // Voprosy Ikhtiologii. 1986. T. 26. S. 119-128. [Kulikova N.I. Shekk P.V., Rudenko V.I. On the relation of juvenile Black sea mullets to low temperature // J. Ichthyology. 1986. Vol. 26. P. 119-128.] In Russian.
Солдатов А.А. Влияние экспериментальной гипотермии на состояние капиллярной сети скелетных мышц морских рыб // Совр. пробл. физиол. биохим. водных организмов. Сб. научных статей. Т. 1. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2010. С. 278-282. Soldatov A.A. Vliyanie eksperimentalnoi gipotermii na sostoyanie kapillyarnoi seti skeletnykh myshts morskikh ryb // Sovremennie problem fiziologii i biokhimii vodnykh organizmov. Sbornik nauchnikh statei. T. 1. Petrozavodsk: KarNTS RAN, 2010. S. 278-282. [Soldatov A. A. Influence of hypothermia on experimental condition of the capillary network in skeletal muscles of marine fish // Modern. Probl. Physiol. and Biochem. Aquatic Organisms. Proceed. Sci. Reports. Vol. 1. Petrozavodsk: KRC RAS, 2010. P. 278-282.] In Russian.
Солдатов А.А., Парфенова И.А. Напряжение кислорода в крови, скелетных мышцах и особенности тканевого метаболизма кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии // Проблемы криобиологии. 2009. Т. 19. С. 290-300. Soldatov A.A., Parfyonova I.A. Napryazhenie kisloroda v krovi, skeletnykh myshtsakh i oso-bennosti tkanevogo metabolizma kefali-singilya v usloviyakh eksperimental'noi gipotermii // Problemi kriobiologii. 2009. Т. 19. S. 290-300. [Soldatov A. A., Parfyonova I. A. Oxygen tension in the blood, skeletal muscle and tissue, and features of mullet metabolism in experimental hypothermia conditions // Problems of Cryobiology. 2009. Vol. 19. P. 290-300.] In Russian.
Стенко М.И. Кровь / Справочник по клиническим лабораторным методам исследования. М.: Медицина, 1975. С. 5-135. Stenko M.I. Krov' / Spravochnik po klinicheskim laboratornym metodam issledovaniya. M.: Meditsina, 1975. S. 5-135. [Stenko M.I. Blood / Handbook of clinical laboratory methods. M.: Medicine, 1975. P. 5-135.] In Russian.
Шекк П.В. Биолого-технологические основы культивирования кефалевых и камбаловых. Херсон: ЧП Гринь, 2012. 306 с. Shekk P.V. Biologo-tekhnologicheskie osnovy kul'tivirovaniya kefalevykh i kambalovykh. Kherson: CHP Grin', 2012. 306 s. [Shekk P.V. Biotechnological basis of the cultivation of mullet and flatfish. Kherson: PE Grin', 2012. 306 p.] In Russian.
Шекк П.В., Куликова Н.И., Руденко В.И. Возрастные изменения реакции черноморского сингиля Liza aurata на низкую температуру // Вопросы ихтиологии. 1990. Т. 30. С. 94-106. Shekk P.V. Kulikova N.I., Rudenko B.I. Vozrastnie izmeneniya reaktsii chernomorskogo singilya Liza aurata na nizkuyu temperaturu // Voprosi ikhtiologii. 1990. T. 30. S. 94-106. [The Shekk P.V., Kulikova N.I., Rudenko V.I. Age-related changes in the response of the black sea mullet Liza aurata to low temperature // J. Ichthyology. 1990. Vol. 30. P. 94-106.] In Russian.
Bosworth C.A., Chou C.W., Cole R.B., Rees B.B. Protein expression patterns in zebrafish skeletal muscle: initial characterization and the effects of hypoxic exposure // Proteomics. 2005. Vol. 5. P. 1362-1371.
Heise K., Puntarulo S., Nikinmaa M. et al. Oxidative stress and HIF-1 DNA binding during stressful cold exposure and recovery in the North Sea eelpout (Zoarces viviparus) // Comp. Biochem. Physiol. Part A. Mol. Integr. Physiol. 2006. Vol. 143. P. 494-503.
Houston A.H. Blood and circulation // Methods for fish biology. N.Y.: Amer. Fish. Society, 1990. P. 273-334.
Houston A.H., Roberts W.C., Kennington J.A. Hematological response in fish: pronephric and splenic involvements in the goldfish // Fish Physiol. Biochem. 1996. Vol. 15. No. 6. P. 481-489.
Ju Z., Wells M.C., Heater S.J., Walter R.B. Multiple tissue gene expression analyses in Japanese medaka (Oryzias lati-pes) exposed to hypoxia // Comp. Biochem. Physiol. 2007. Vol. 145C. P. 134-144.
Pearson M.P., Stevens E.D. Size and hematological impact of the splenic erythrocyte reservoir in rainbow trout, On-corhynchus mykiss // Fish Physiol. Biochem. 1991. Vol. 9. No. 1. P. 39-50.
Soitamo A.J., Raabergh C.M.I., Gassmann M. et al. Characterization of a hypoxia-inducible factor (HIF-1) from rainbow trout: Accumulation of protein occurs at normal venous oxygen tension // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. P. 19699-19705.
Soldatov A.A. Physiological aspects of effects of urethane anesthesia on the organism of marine fishes // Hydrobiol. J. (Begell House). 2005. Vol. 41. No. 1. P. 113-126.
Soldatov A.A. Peculiarities of organization and functioning of the fish red blood system (review) // J. Evolutionary Biochem. Physiol. (Springer). 2005. Vol. 41, No. 3. P. 272-281.
Wells R.W.G., Weber R.E. The spleen in hypoxic and exercised rainbow trout // J. Exp. Biol. 1990. Vol. 150. P. 461466.
Yamamoto K., Itazawa Y., Kobayashi H. Supply of erythrocytes into the circulating blood from the spleen of exercised fish // Comp. Biochem. Physiol. 1980. Vol. 65A. No. 1. P.5-11.
Yamamoto K., Itazawa Y., Kobayashi H. Erythrocyte supply from the spleen and hemoconcentration in hypoxic yel-lowtail // Mar. Biol. 1983. Vol. 73. No. 3. P. 221-226.
THE OXYGEN REGIME OF THE SKELETAL MUSCLES OF THE MULLET (LIZA AURATA RISSO) AT EXPERIMENTAL HYPOTHERMIA
A. A. Soldatov1,2, I. A. Parfenova2
1 A. O. Kovalevskii Institute of Marine Biological Researches, Russian Academy of Sciences 292011 Sevastopol, Nakhimov Ave., 2, e-mail: alekssoldatov@yandex.ru 2 Sevastopol State University, 299053 Sevastopol, Universitetskaya St. 33
The adaptation process of mullets (Liza aurata Risso) to a temperature of 5oC during 46 days was investigated. Control group fish was kept at 15±1oC. The water temperature in aquaria was lowered at a speed of 0.2oC h-1 from 15 to 5oC. During the first 5 days adaptation to 5oC in the mullet organism noted the development of a number of compensatory reactions: the increase in the number of circulating red blood cells and improving the blood oxygen saturation that substantially increased the concentration of oxygen in the blood. The first was associated with the emptying of the blood depot (spleen), the second relief of blood oxygen saturation in mind exo-thermicity of oxygenation reaction of hemoglobin. The values of the oxygen mass transfer in arterial and venous blood in skeletal muscle were decreased uniformly throughout the observation period that was determined by the limit of tissue blood flow. The intensity of oxygen consumption by the muscle was decreased by 38 % (p<0.001) and on 41-46 days of observations amounted to 0.076+0,003 ml O2 min-1 100 g-1 weight. The causes underlying the identified changes are discusses.
Key words: hypothermia, skeletal muscle, oxygen mass transfer and utilization, hemoglobin, erythrocytes, tissue blood flow, marine fish.
