Аннотация
Сердце рыб представляет собой уникальную модель для сравнения устойчивости к гипоксии двух камер сердца (предсердие, желудочек), различающихся по строению и функциональной нагрузке. В условиях острой гипоксии (0.9–1.2 мг O2·л–1, 90 мин) изучали активность оксидоредуктаз (МДГ, 1.1.1.37; ЛДГ, 1.1.1.27) и параметры аденилатной системы в камерах сердца черноморской скорпены. Несмотря на главенствующую функциональную роль желудочка, активность МДГ в нем имела тенденцию к понижению по сравнению с предсердием при отсутствии различий в активности ЛДГ. Вместе с тем, разница в содержании аденилатов (АТФ, АДФ, АМФ), суммарном аденилатном пуле (АП) и аденилатном энергетическом заряде (АЭЗ) между предсердием и желудочком была статистически незначимой, хотя абсолютное значение АП желудочка было практически в два раза больше АП предсердия. Величина АЭЗ перфузируемых венозной кровью предсердия и желудочка не превышала ~ 0.7 (против максимальных значений этого показателя ~ 0.9–1.0), что, по-видимому, отображает энергетический статус тканей, исходно адаптированных к условиям гипоксии. При острой гипоксии отмечалось две стратегии преобразования метаболизма относительно камер сердца в виде падения активности МДГ в 2.4 раза (р<0.05) в предсердии и прироста активности ЛДГ в 2.2 раза (р<0.05) в желудочке. Вероятно, снижение активности МДГ в ткани предсердия детерминировано более пассивной функцией этой камеры сердца в обеспечении кровотока. Острая гипоксия приводила к уменьшению количества адениловых нуклеотидов и убыванию АЭЗ в камерах сердца, что было наиболее явно выражено в миокарде желудочка. При снижении РО2 сдвиги АЭЗ камер сердца происходили в достаточно узком диапазоне (от 0.7 до 0.6), что указывало на сохранение определенного стационарного энергетического состояния, достигаемого путем торможения потребления или потребности в АТФ. Предполагаемый нами механизм удержания величины АЭЗ может базироваться на отрицательном хронотропном эффекте гипоксии.
Литература
Driedzic WR (1992) Cardiac energy metabolism. Fish Physiology. 12:219–266. https://doi.org/10.1016/S1546-5098(08)60335-0.
Hochachka PW, Somero GN (2002) Biochemical Adaptation: Mechanism and Process in Physiological Evolution. Oxford: Oxford University Press. 356 p.
Волосовец АП (2012) Оптимизация фармакотерапии астении в практике современной педиатрии. Практика педиатра 2:23-28. [Volosovets AP (2012) Optimization of astenia pharmacotherapy in the practice of modern pediatrics. The pediatrician practice. 2: 23–28 (in Russ.)]
Soldatov AA, Golovina IV, Kolesnikova EE, Sysoeva IV, Sysoev AA, Kukhareva TA, Kladchenko ES (2020) Activity of Energy Metabolism Enzymes and ATP Content in the Brain and Gills of the Black Sea Scorpionfish Scorpaena porcus under Short-Term Hypoxia. J Evol Biochem Physiol 56(3):224–234. https://doi.org/10.31857/S0044452920010143
Kolesnikova EE, Golovina IV (2020) Oxidoreductase Activities in Oxyphilic Tissues of the Black Sea Ruff Scorpaena porcus under Short-term Hydrogen Sulfide Loading. J Evol Biochem Physiol 56(5):459–470. https://doi.org/10.1134/S0022093020050099
Yamauchi A (1980) Fine Structure of Fish Heart. The Hearts and Heart-like Organs/ eds. G.H. Bourne. New York: Academic Press. 119–148.
Grimes AC, Kirby ML (2009) The outflow tract of the heart in fishes: anatomy, genes and evolution. Fish Biol. 74(5):983-1036. https://doi.org/10.1111/j.1095-8649.2008.02125.x
Garofalo F, Imbrogno S, Tota B, Amelio D (2012) Morpho-functional characterization of the goldfish (Carassius auratus L.) heart. Comp Biochem Physiol 163(2):215-22. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2012.05.206
Holm-Hansen O, Booth CR (1966) The measurement of adenosine triphosphate in the Ocean and its ecological significance. Limnol Oceanogr 11(4):510–519. https://doi.org/10.4319/lo.1966.11.4.0510
Atkinson DE (1968) The energy charge of the adenylate pools as a regulatory parameter. Interaction with feedback modifiers. Biochemistry 7(11):4030–4034. https://doi.org/10.1021/bi00851a033
Ostadal B (2014) Hypoxia and the heart of poikilotherms. Curr Res Cardiol 1(1):28-32.
Farrell AP, Jones DR (1992) The heart. Fish Physiology. XIIA/ eds. W.S. Hoar, D.J. Randall, A.P. Farrell. Academic Press: San Diego. 1–73.
Tota B, Cerra MC, Gattuso A (2010) Catecholamines, cardiac natriuretic peptides and chromogranin A: evolution and physiopathology of a ‘whip-brake’ system of the endocrine heart. J Exp Biol 213:3081-3103. https://doi.org/10.1242/jeb.027391
Tota B, Cimini V, Salvatore G, Zummo G. (1983) Comparative study of the arterial and lacunary systems of the ventricular myocardium of elasmobranchs and teleost fishes. Am J Anat 167(1):15–32. https://doi.org/10.1002/aja.1001670103
Childress JJ, Somero GN (1979) Depth-Related Enzymic Activities in Muscle, Brain and Heart of Deep-Living Pelagic Marine Teleosts. Mar Biol 52:273–283.
Eddy FB (1974) Blood gases of the tench (Tinca tinca) in well aerated and oxygen-deficient waters. J Exp Biol 60:71–83.
Tessadori F, van Weerd JH, Burkhard SB, Verkerk AO, de Pater E, Boukens BJ, Vink A, Christoffels VM, Bakkers J (2012) Identification and functional characterization of cardiac pacemaker cells in zebrafish. PLoS One 7(10): e47644. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0047644.
Almeida-Val VMF, Hochachka PW (1995) Air-breathing fishes: metabolic biochemistry of the first diving vertebrates. Biochemistry and Molecular Biology of Fishes 5:45–55. https://doi.org/10.1016/S1873-0140(06)80029-9
Ewart HS, Driedzic WR (1987) Enzymes of energy metabolism in salmonid hearts: spongy versus cortical myocardia. Can J Zool 65(3):623–627. https://doi.org/10.1139/z87-097
Filho DW (2007) Reactive Oxygen Species, Antioxidants and Fish Mitochondria. Front Biosci 12:1229–37. https://doi.org/10.2741/2141.
Bailey JR, Sephton DH, Driedzic WR (1990) Oxygen uptake by isolated perfused fish hearts with differing myoglobin concentrations under hypoxic conditions. J Mol Cell Cardiol 22(10):1125–34. https://doi.org/10.1016/0022-2828(90)90076-e.
Bailey JR, Driedzic WR (1988) Perfusion-independent oxygen extraction in myoglobin-rich hearts. J Exp Biol 135(1):301–315.
Лызлова СН, Пантелеева НС, Южакова ГА (1967) Биохимическая топография адениновых нуклеотидов в сердце. Украинский биохим журн 39(2):156–161. [Lyzlova SN, Panteleeva NS, Yuzhakova GA (1967) Biochemical topography of adenine nucleotides in the heart. Ukrainian Biochem J 39(2):156–161 (in Russ)].
Лав РМ (1976) Химическая биология рыб. М: Пищевая промышленность. 349c. [Love RM (1976) Chemical Biology of Fish. M: Food industry. 349c. (in Russ.)]
Christensen M, Hartmund T, Gesser H (1994) Creatine kinase, energyrich phosphates and energy metabolism in heart muscle of different vertebrates. J Comp Physiol 164:118-23. https://doi.org/10.1007/bf00301652
Kumar A, Gopesh A (2015) Effect of Hypoxia and Energy Conservation Strategies in the Air-Breathing Indian Catfish, Clarias batrachus. Natl Acad Sci Lett 38(2):135–137. https://doi.org/10.1007/s40009-014-0332-6
Chippari-Gomes AR, Gomes LC, Lopes NP, Val AL, Almeida-Val VMF (2005) Metabolic adjustments in two Amazonian cichlids exposed to hypoxia and anoxia. Comp Biochem Physiol 141:347–355. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2005.04.006
Hochachka PW, Somero GN (1984) Biochemical Adaptation. New Jersey: Princeton Univ. Press, 560 P.
Sollid J, Nilsson GE (2006) Plasticity of respiratory structures—adaptive remodeling of fish gills induced by ambient oxygen and temperature. Resp Physiol Neurobiol 154:241-251. https://doi.org/10.1016/j.resp.2006.02.006
Farrell AP (2007) Tribute to P.L. Lutz: A Message From the Heart - Why Hypoxic Bradycardia in Fishes? J Exp Biol 210(Pt 10):1715–25. https://doi.org/10.1242/jeb.0278
Зверев АА, Аникина TA, Искаков НГ, Леонов НВ, Зефиров ТЛ (2018) АТФ ингибирует спонтанную сократимость предсердий крыс Ученые записки Казанского университета 160(4):558–567 [Zverev AA, Anikina TA, Iskakov NG, Leonov NV, Zefirov TL (2018) ATF inhibits spontaneous atrial contraction in rats. Scientific notes of Кazan University. 160(4):558–567 (in Russ.)]
Rostovtseva TK, Bezrukov SM (1998) ATP transport through a single mitochondrial channel, VDAC, studied by current fluctuation analysis. Biophys J 74:2365–2373. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(98)77945-7
Kawano S, Kuruma A, Hirayama Y, Hiraoka M (1999) Anion permeability and conduction of adenine nucleotides through a chloride channel in cardiac sarcoplasmic reticulum. J Biol Chem 274:2085–2092. https://doi.org/10.1074/jbc.274.4.2085
Anikina TA, Bilalova GA, Zverev AA, Sitdikov FG (2007) Effect of ATP and its analogs on contractility of rat myocardium during ontogeny. Bull Exp Biol Med 144(1):4–7. https://doi.org/10.1007/s10517-007-0239-z
Gessi S, Merighi S, Varani K, Borea PA (2011) Adenosine receptors in health and disease. Adv Pharmacol 61:41–75. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385526-8.00002-3