Гликоген сердечной мышцы рыб.

К сожалению, гликоген сердечной мышцы рыб, его динамика при разного рода стрессовых ситуациях обычно остаются вне поля зрения исследователей, однако в научной литературе можно найти Данные о том, что при эндогенной гипоксии, возникающей в условиях длительного плавания с крейсерской скоростью, а точнее, в период "утомления" содержание гликогена в сердечной мышце снижается 1137]. Так, например, в состоянии утомления после продолжительного вынужденного плавания концентрация гликогена в сердечной мышце ставриды сокращается до 25% исходного уровня, у барабули до 20%, а у ласкиря до 45%. Конечно, здесь несколько иная ситуация, поскольку снижение уровня гликогена отмечено только в состоянии "утомления" рыб и, можно себе представить, что до этого, при плавании в обычном режиме с крейсерской скоростью запасы гликогена использовались в процессе аэробного обмена. Правда, мы знаем, что при длительной мышечной работе у позвоночных источником энергии служат жирные кислоты, но их использование в качестве источника энергии может осуществляться только в процессе аэробного обмена, т. е. в присутствии кислорода, необходимого для полного сжигания конечного продукта бета-окисления — ацетил-КоА, поступающего в цикл три-карбоновых кислот, до СO₂ и Н₂O.

Более того, в условиях аэробного обмена за счет липидов сохраняются углеводные резервы мышечной ткани, необходимые для работы в анаэробных условиях. Поэтому, возможно, что после длительной мышечной нагрузки, в период утомления и у костистых рыб гликоген, скорее всего, используется в анаэробной фазе энергетического метаболизма. Вопрос этот требует дальнейшего изучения, в частности, необходимо параллельное определение уровня гликогена и лактата в сердечной мышце при легкой, умеренной и острой гипоксии.

Значительно менее полно исследованы показатели углеводного обмена при адаптивной экзогенной гипоксии, т. е. при легком и умеренном дефиците кислорода в окружающей среде.

Однако имеющиеся немногочисленные экспериментальные данные показывают, что и в этом случае происходят усиленное использование гликогена в мышцах, повышение содержания молочной кислоты и сахара в крови. Как и следовало ожидать, уровень насыщения воды кислородом, при котором отмечаются эти сдвиги, неодинаков для разных видов. Например, у миноги отмечена гипергликемия при снижении содержания кислорода всего лишь на 20% от исходного  и у Labeo capensis концентрация сахара в крови оставалась постоянно низкой даже при 40% насыщения воды кислородом и только дальнейшее снижение насыщения приводило к быстрому увеличению уровня сахара в крови. Повышение сахара в крови и молочной кислоты отмечено при гипоксии у линя. Аналогичная реакция на гипоксию отмечена и у канального сомика. В первой из этих работ при 50%-ном насыщении воды кислородом у рыб выявлено повышение содержания молочной кислоты, которое продолжалось и в первый час нормоксии, т. е. после возвращения рыб в нормальные кислородные условия. Восстановление биохимических показателей к норме происходило в течение 2 — 6 ч, а увеличение содержания лактата и дыхательного коэффициента с 0,8 до 2,0 свидетельствовало об увеличении анаэробного гликолиза.

Во второй работе, выполненной также на канальном сомике после 72-часового пребывания рыб при глубоком дефиците кислорода (1,5 мг/л — 17% насыщения), отмечено повышение уровня сахара в крови и лактата к концу первых суток, затем содержание лактата постепенно снижалось, а сахара падало ниже нормы. Полного возвращения биохимических показателей к исходному уровню не произошло в течение 5 сут. В условиях хронической гипоксии у рыб выявлены изменение свойств гемоглобина, увеличение кислородной емкости крови, снижение содержания АТФ в эритроцитах  и ряд других биохимических изменений в крови и мышцах.

Наиболее обстоятельное изучение биохимических сдвигов при далеко зашедшей гипоксии рыб выполнено А. Я. Маляревской, результаты которого обобщены в монографии "Обмен веществ у рыб в условиях антропогенного эвтрофирования водоемов". В серии опытов, выполненных на различных по экологии видах пресноводных рыб, исследованы влияние гипоксии на ферменты тканевого дыхания (цитохромоксидазы, сукцинат-дегидрогеназы), активность тиаминазы и содержание тиамина, а также на соотношение окисленных и восстановленных никотинамидных коферментов в различных органах и тканях. Опыты показали, что в условиях летальной гипоксии (гибель 50 — 80% рыб) активность цитохромоксидазы в печени белого толстолобика увеличилась с 25,90±0,3 до 33,08±1,68 (на 27,7%), а в мышцах с 5,60±0,2 до 13,28±2,8 (на 137,1%). Активность сукцинатдегидрогеназы в печени белого толстолобика снизилась при этом с 14,00±2,50 до 3,91 ±1,66 (на 72%). Автор справедливо подчеркивает, что увеличение активности цитохромоксидазы — фермента заключительной стадии аэробного окисления свидетельствует о напряжении окислительно-восстановительных процессов в тканях при гипоксии. Здесь уместно отметить, что аналогичные по направленности изменения активности ферментов тканевого дыхания обнаружены и при действии на рыб токсикантов естественного и искусственного происхождения.

Весьма интересны результаты сравнительного изучения активности тиаминазы — фермента, расщепляющего тиамин, и содержания тиамина (витамина BJ в органах и тканях рыб при развитии летальной гипоксии.

У всех исследованных видов рыб (судак, окунь, карась) активность тиаминазы изменялась, а направленность и выраженность регистрируемых изменений оказались неодинаковыми. Так, например, у судака активность тиаминазы в печени возросла с 672,9 (контроль) до 1468,70 мкг/ (г-ч), а в кишечнике с 386,49 до 633,83 мкг/ (г-ч). В печени карася активность тиаминазы также возросла с 465,15 до 610,32 мкг/(г-ч). Наконец, в кишечнике окуня активность тиаминазы при далеко зашедшей гипоксии снизилась с 420,0 до 173,6 мкг/ (г-ч).

В другой серии опытов, выполненных на окуне, активность тиаминазы в кишечнике при гипоксии осталась практически без изменений, а точнее, повысилась всего лишь на 6%. Однако в печени этих же рыб активность тиаминазы снизилась с 684,18± ±10,76 (контроль) до 370,01 ±0,80 мкг/(г-ч), а во внутреннем жире еще больше: с 689,95±9,60 до 147,60±1,60 мкг/(г-ч). Содержание тиамина при этом в печени снизилось на 43,8%', а в кишечнике на 22,1%, так и в кишечнике.

Обнаруженное А. Я. Маляревской снижение содержания тиамина при гипоксии и других стрессовых воздействиях на рыб представляет большой интерес для раскрытия биохимических механизмов изменений, наступающих в организме.

Как известно, тиамин, являясь коферментным витамином, входит составным элементом в некоторые ферменты, в том числе в пируватдегидрогеназу и транскетолазу. Первый из этих ферментов активизирует одну из ключевых реакций углеводного обмена — окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, образующейся в результате гликолитического распада углеводов. Эта реакция окислительного декарбоксилирования, протекающая в несколько этапов с участием сложной энзиматической системы ферментов и коферментов, связывает гликолиз с циклом трикарбоновых кислот, обеспечивает полное окисление углеводов и белков, а также возможность использования продуктов полураспада углеводов и белков для синтеза ацетил-КоА. Второй из этих ферментов — транскетолаза — является важнейшим ферментом пентозного цикла, обеспечивающий аэробное расщепление углеводов (минуя гликолиз и цикл трикарбоновых кислот) и образование молекул восстановителей, в частности восстановленной формы НАДФ, необходимой для многочисленных биосинтетических процессов в клетке.

Следовательно, недостаток витамина Bj может вызвать сбой в нормальном течении многих метаболических процессов, контролируемых ферментами системы, в состав которых входит тиаминдифосфат.

Особое значение для понимания сути биохимических изменений, возникающих у рыб при гипоксии, имеют принципиально новые данные по динамике фонда никотинамидных коферментов в тканях (НАД и НАДФ), полученные А. Я. Маляревской. Исследовались общее количество окисленных (НАД+ + НАДФ+) и восстановленных (НАД-Н2 + НАДФ-Н2) форм коферментов, их сумма (НАД + НАДФ+) + (НАД-Н2 + НАДФ-Н2) и отношение (НАД+ + НАДФ+) / (НАД-Н2 + НАДФ-Н2) у разных по экологии видов рыб (судак, окунь, карась) в разных органах и тканях (мозг, печень, сердце, кишечник и мышцы). Опыты показали, что у рыб разной экологии наиболее высокое содержание никотинамидных коферментов имеет место в сердце, наименьшее — в кишечнике и особенно в мышцах (таблица 23). Промежуточное положение занимают мозг и печень.

Во всех исследованных органах и тканях, в том числе и в мышцах, общее содержание никотинамидных коферментов у высокоактивного судака значительно больше, чем у малоподвижного карася. Эти данные, особенно по мышцам, хорошо согласуются с имеющимися сведениями, полученными на морских рыбах, согласно которым содержание никотинамидных коферментов в мышцах активных рыб, как правило, выше в сравнении с малоподвижными, причем в белых мышцах содержание этих коферментов выше, чем в красных. При повышенной мышечной нагрузке количество НАД в мышцах трески повышалось с 7,2 до 22,4 мг%, а НАДФ снижалось с 0,05 до 0,036 мг%.

Таблица. Влияние гипоксии на содержание никотинамидных коферментов в органах и тканях разных по экологии видов рыб.

* I - НАД⁺ + НАДФ⁺; II - НАД-Н₂ + НАДФ-Н₂; III - НАД⁺ + НАДФ⁺ / НАД-Н₂ + НАДФ-Н₂.

В условиях далеко зашедшей гипоксии (определение уровня коферментов проводилось у обездвиженных рыб незадолго до их гибели) у всех исследованных видов рыб отмечено снижение общей суммы и соотношения окисленной и восстановленной форм никотинамидных коферментов хотя при этом выявлена и некоторая специфика в реакции высокоподвижного судака и малоподвижного карася. У судака, например, сумма коферментов снизилась в мозге, сердце и кишечнике на 24 — 25% по сравнению с контролем, а в печени и мышцах несколько увеличилась (на 12 — 19%). При этом следует иметь в виду, что в печени, например, резко (почти в 2 раза) снижается содержание окисленных коферментов и также резко (более чем в 2 раза) возрастает содержание восстановленных коферментов. В мышцах судака количество окисленных коферментов при гипоксии остается практически без изменений, а количество восстановленных возрастает почти в 1,5 раза.

У малоподвижного карася общее содержание коферментов к моменту гибели от нехватки кислорода снизилось на 33 — 72% во всех органах, кроме кишечника, где уровень окисленных коферментов не претерпел существенных изменений, а восстановленных — заметно увеличился. Отношение окисленной и восстановленной форм НАД у всех видов рыб к моменту потери подвижности снизилось по сравнению с контролем: у карася на 9 — 79%, у судака на 17 — 77 и у окуня на 43 — 76%. Изменение соотношения НАД+ и НАД-Н2 происходит за счет снижения содержания окисленной и повышения восстановленной форм никотинамидных коферментов.

Полученные А. Я. Маляревской данные  о снижении у рыб при острой гипоксии общего количества никотинамидных коферментов и увеличении удельного веса восстановленных форм хорошо согласуются с имеющимися данными о характере нарушений в соотношении окисленной и восстановленной форм никотинамидных коферментов при гипоксии теплокровных животных. В этих условиях изменяется активность ферментов гликолиза, в которые НАД входит в качестве кофермента (глицеральде-гидрофосфатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы), а также одного из ключевых ферментов пентозофосфатного шунта (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы), определяющего нормальный ход аэробного обмена. Активность этого фермента при гипоксии снижается, а лактатдегидрогеназы — возрастает, вследствие чего происходит переключение путей энергообразования с аэробного на анаэробный. Такая направленность изменений при гипоксии вполне понятна, поскольку гликолиз, продолженный циклом трикарбоновых кислот, и аэробное окисление глюкозы в пентозофосфатном цикле связаны между собой регуляторным механизмом с обратной связью. Оба эти пути имеют общий исходный субстрат — глюкозо-6-фосфат, направление которого по тому или иному пути определяется его количеством, соотношением АТФ и АДФ и состоянием коферментов, которые регулируют активность этих путей. Именно этим кофер-ментам, соотношению их форм принадлежит решающая роль в определении выбора одного из двух основных путей окисления углеводов и образования АТФ при той или иной конкретной ситуации.

Снижение уровня никотинамидных коферментов при неблагоприятных условиях вследствие усиленного их расходования или ослабленного синтеза способствует блокировке превращения веществ в цикле трикарбоновых кислот, поскольку эти коферменты входят во все ферменты этого цикла.

Снижение содержания окисленной и увеличение восстановленной форм никотинамидных коферментов содействуют переходу окисления глюкозо-6-фосфата на путь анаэробного гликолиза. Отсюда становится понятным обнаруженное ранее переключение процесса окисления углеводов и образования АТФ с аэробного пути на анаэробный, имеющий место при многих экстремальных ситуациях, в том числе, или прежде всего, при экзогенной гипоксии различной продолжительности и глубины.

Обобщая результаты выполненных исследований, А. Я. Маляревская  подчеркивает, что развивающиеся при неблагоприятных условиях, в том числе и при гипоксии, биохимические изменения направлены в конечном счете на переключение процессов окисления углеводов и образования АТФ на аноксидатный тип обмена, филогенетически более древний путь, позволяющий расщепить органические вещества за более короткое время, но менее выгодный для энергетики клеточных процессов. Преобладание гликолитического пути распада глюкозы, которое вызвано блокированием аэробного пути, не может долго поддерживать жизнедеятельность рыб в экстремальных условиях, и рыбы гибнут. Сказанное в полной мере справедливо по отношению к большой экологической группе высокоактивных оксифильных видов рыб.

• Акантоды - Acanthodii объединяет сравнительно небольшую группу рыб
• Анализ температурных условий нереста костистых рыб
• Биотические взаимоотношения у рыб
• Богатство водных ресурсов - индустрия рыборазведения
• Большое значение для рыб имеют растворенные в воде соли некоторых металлов, в частности, железа
• В морских водоемах довольно существенную роль в жизни рыб играют иглокожие
• Ведущую роль в определении осмолярности крови как у пресноводных, так и у морских рыб играет Na
• Величина рН и жесткость воды - влияния на рыб
• Весьма существенным при изучении возраста рыб является вопрос о времени закладки годового кольца
• Взаимоотношения рыб с абиотической и биотической средой
• Взаимоотношения рыб с птицами
• Взаимосвязи между рыбами и рептилиями
• Взаимосвязи у рыб между видами на почве питания и сходной пищей
• Виды рыб, как и другие организмы, населяют определенные, свойственные им различные местообитания
• Влияние избытка двуокиси углерода на систему обеспечения кислородного режима организма рыб