Ảnh hưởng mãn tính của nhiệt độ lên sự điều hịa axít-bazơ và

4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên điều hịa axít-bazơ của lươn đồng

4.3.3 Ảnh hưởng mãn tính của nhiệt độ lên sự điều hịa axít-bazơ và

chỉ tiêu huyết học của lươn nhỏ

Ảnh hưởng mãn tính của nhiệt độ lên sự điều hịa axít-bazơ của lươn đồng nhỏ: Dưới tác động của nhiệt độ, q trình điều hịa axít - bazơ của lươn đồng

nhỏ cũng chịu ảnh hưởng khi nhiệt độ môi trường tăng cao. Sự thay đổi các giá trị pH, pCO2 và nồng độ ion HCO3- trong máu lươn đồng nhỏ được thể hiện trong Hình 4.14.

Hình 4.14: Giá trị pH (A), pCO2 (mmHg) (B) và nồng độ HCO3- trong máu lươn đồng nhỏ ở lần lượt các nghiệm thức 27 (đối chứng), 30, 33 và 36°C trong 21 ngày. Dấu (*) cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa so với 0 giờ trong cùng nghiệm

thức (p0,05) và (+) cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa so với các nghiệm thức trong một giờ nhất định (p0,05)

Tương tự như lươn đồng lớn, pH máu của lươn đồng nhỏ giảm mạnh sau 24 giờ đầu tiên tiếp xúc với nhiệt độ cao, giảm mạnh nhất ở nghiệm thức 33°C và 36°C lần lượt là 7,55 và 7,45 khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng (27°C) và so với thời điểm 0 giờ (p<0,05). Sau 4 ngày tiếp xúc với nhiệt độ cao, giá trị pH máu không giảm nhanh như trong 24 giờ đầu nhưng pH ở cả 3 mức nhiệt độ 30, 33 và 36°C vẫn thấp hơn nghiệm thức đối chứng có ý nghĩa

(p<0,05). Tuy nhiên, ở lần thu mẫu 7 ngày, pH lươn đồng nhỏ phục hồi rõ rệt và ở cả hai mức nhiệt độ 30 và 33°C giá trị pH không khác biệt với nghiệm thức đối chứng. Kết thúc 21 ngày tiếp xúc nhiệt độ cao, giá trị pH máu lươn đồng nhỏ đã phục hồi hồn tồn và khác biệt khơng ý nghĩa so với thời điểm 0 giờ. Bên cạnh, sự thay đổi pH máu, áp suất riêng phần CO2 trong máu lươn đồng cũng tăng khi nhiệt độ tăng tương tự như lươn đồng lớn. Tuy nhiên, sau một thời gian dài tiếp xúc với mơi trường có nhiệt độ cao, pCO2 máu lươn đồng nhỏ cũng giảm dần về giá trị bình thường mặc dù ở nghiệm thức 36°C thì pCO2 vẫn cao nhẹ.

Sự phục hồi pH hoàn toàn cũng như pCO2 giảm mạnh trong máu lươn đồng sau thời gian dài sống trong mơi trường có nhiệt độ cao đã chứng minh trạng thái cân bằng axít - bazơ của lươn đồng nhỏ đã hoàn toàn phục hồi và lươn đồng hồn tồn có khả năng sống tốt khi nhiệt độ tăng. Sự thay đổi một số chỉ tiêu huyết học của lươn đồng được thể hiện trong Hình 4.15 đã cho thấy khả năng điều hòa pH của lươn đồng. Số lượng các tế bào hồng cầu và bạch cầu trong máu lươn đồng tăng đáng kể ở các nghiệm thức 33 và 36°C, khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng (p<0,05), tăng cao nhất ở nghiệm thức 36°C sau 21 ngày là 3,7x106 tế bào/mm3. Ở mức nhiệt độ 30°C, số lượng các tế bào máu chỉ tăng nhẹ (3,2 x106 tế bào/mm3) và khác biệt không ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng. Sự gia tăng các tế bào máu ở các nghiệm thức 33°C và 36°C, đặc biệt là tế bào hồng cầu là nguyên nhân làm nồng độ Hb và Hct trong máu cũng tăng theo. Hàm lượng Hb đạt cao nhất là 14 mM ở nghiệm thức 36°C sau 21 ngày thí nghiệm, khác biệt có ý nghĩa so với thời điểm 0 giờ và so với nghiệm thức đối chứng (p<0,05), tương ứng với sự gia tăng Hb thì tỷ lệ huyết sắc tố ở nghiệm thức này cũng tăng lên đến đến 60% sau 21 ngày.

Hình 4.15: Số lượng tế bào hồng cầu (106tb/mm3) (tb: tế bào) (A), bạch cầu (104 tb/mm3) (B), nồng độ Hb (mM) (C) và tỷ lệ huyết sắc tố (Hct) (D) của lươn đồng nhỏ sau 21 ngày ở các mức nhiệt độ 27 (đối chứng), 30, 33 và 36°C. Dấu

(*) cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa so với 0 giờ trong cùng nghiệm thức (p0,05) và (+) cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa so với các nghiệm thức trong một giờ nhất định (p0,05).

Mặc dù lươn nhỏ đã tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài, nhưng nồng độ các ion có trong huyết tương của lươn đồng nhỏ cũng không thay đổi đáng kể, tương tự như xu hướng với lươn đồng lớn. Nồng độ các ion trong lươn đồng được thể hiện trong Bảng 4.4 đã cho thấy sự thay đổi không lớn về nồng độ các ion cũng như áp suất thẩm thấu của lươn đồng nhỏ sau 21 ngày tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Bảng 4.4: Nồng độ các ion Na+ (mM), K+ (mM), Cl- (mM) và áp suất thẩm thấu (mOsm) trong huyết tương của lươn đồng nhỏ ở các mức nhiệt độ khác nhau trong 21 ngày.

Na+ (mM) Ngày 0 Ngày 1 Ngày 4 Ngày 7 Ngày 14 Ngày 21

27°C 129±1,7 129±1,6 126±2,0 128±1,5 129±2,1 127±2,1 30°C 128±1,3 128±1,4 126±1,3 128±1,6 129±1,6 127±2,2 33°C 127±2,2 127±1,8 128±1,7 127±2,3 130±2,1 127±1,6 36°C 126±2,1 127±0,8 129±2,7 128±1,7 129±1,8 125±1,3 K+ (mM) 27°C 3,2±0,3 3,1±0,1 3,3±0,1 3,0±0,2 3,2±0,3 a 3,2±0,3 30°C 3,1±0,3 3,3±0,2 3,5±0,1 3,4±0,2 3,2±0,2 a 3,3±0,3 33°C 3,1±0,2 3,9±0,2*+ 4,4±0,3*+ 4,1±0,1*+ 3,8±0,1*+ 3,5±0,7 36°C 3,2±0,2 4,3±0,2*+ 4,5±0,2*+ 4,0±0,1*+ 3,8±0,1*+ 3,8±0,1*+ Cl-(mM) 27°C 114±1,3 112±1,9 112±1,8 112±1,6 112±2,2 112±2,1 30°C 113±1,1 112±2,1 115±1,4 113±1,4 114±1,8 113±1,8 33°C 114±1,6 112±1,9 114±2,5 114±1,4 115±2,3 114±0,7 36°C 115±1,5 116±2,9 114±2,4 116±3,1 115±4,3 115±2,2 ASTT(mOsm) 27°C 291±2,3 288±3,2 286±2,2 291±2,2 289±0,7 287±3,0 30°C 288±1,9 288±3,3 289±2,4 289±1,2 291±2,2 288±2,1 33°C 290±2,5 288±3,3 292±2,6 289±3,4 294±3,7 290±1,3 36°C 292±2,0 293±3,1 292±3,4 293±3,4 292±5,9 288±2,8

Ở mỗi chỉ tiêu, dấu (*) cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa so với ngày 0 trong cùng nghiệm thức (p<0,05) và (+) cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa so nghiệm thức đối chứng (27°C) trong một giờ nhất định (p<0,05).

4.3.4 Thảo luận

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên giá trị pH ngoại bào và pH nội bào của lươn đồng: Lươn đồng đã thể hiện được sự giảm pH máu điển hình cũng như giảm

pH nội bào ở cả ba loại mơ chính khác nhau khi nhiệt độ tăng cao. Mặc dù độ giảm pHa lớn hơn các nghiên cứu trước đây trên hầu hết các động vật có xương sống, nhưng tỷ lệ ΔpH/ΔT của lươn đồng lại không phải là ngoại lệ (Malan et al., 1976, Heisler et al., 1976; Moalli et al., 1981; Cameron and Kormanil, 1982

; Walsh and Moon, 1982; Boutilier et al., 1987; Amin-Naves et al., 2004;

Fobian et al., 2014). Tuy nhiên, cơ chế điều hịa axít - bazơ của lươn đồng lại khác biệt rõ rệt so với cơ chế điều hịa của cá xương hơ hấp trong nước do việc giảm pHa là kết quả của quá trình tăng PaCO2 trong khi đó thì hàm lượng HCO3- trong huyết tương vẫn khơng bị ảnh hưởng. Do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự cân bằng axít - bazơ trong lươn đồng là tương tự với cơ chế điều hịa của các lồi động vật có xương sống hơ hấp trong khơng khí, đó là pHa giảm khi nhiệt độ tăng có liên quan đến q trình giảm hoạt động ở mang dẫn đến sự gia

tăng PaCO2 cũng như việc giảm trao đổi các ion tại mang. Phù hợp với cơ chế này, nồng độ ion trong huyết tương trên lươn đồng vẫn không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong trường hợp cấp tính hay cả mãn tính; và đây là kết quả đầu tiên được tìm ra trên lồi cá có xương. Sự gia tăng rõ rệt của PaCO2 trên lươn đồng với nhiệt độ cao lại tiếp tục lớn hơn so với báo cáo trước đây của nhóm cá xương, nhưng hầu hết các phản ứng tổng thể trên lươn đồng lại thể hiện được xu hướng chung trong một ít lồi cá hơ hấp khí trời đã được nghiên cứu cho đến nay. Trong loài cá phổi (Lepidosiren paradoxa) ở Nam Mỹ, PaCO2 tăng khi nhiệt độ tăng là do sự phụ thuộc vào quá trình trao đổi khí cũng như tăng đào thải CO2 do tăng trao đổi chất (Amin-Naves et al., 2004). Tương tự, ở loài cá hơ hấp khí trời Lepisosteus osseus, PaCO2 tăng lên cao hơn vào mùa hè khi nhiệt độ tăng cao hơn so với các tháng mùa đông nhiệt độ xuống thấp (Rahn et al.,

1971). Trong nhóm cá xương, cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) cũng là một lồi cá hơ hấp khí trời có PaCO2 tăng cao với nhiệt độ khi cá tra buộc phải hơ hấp khí trời trong điều kiện nước thiếu oxy (Damsgaard et al., 2018). Tuy

nhiên, trong trường hợp này, sự gia tăng PaCO2 với nhiệt độ cao là kết quả của sự gia tăng đáng kể nồng độ HCO3- có trong huyết tương và Damsgaard et al.

(2018) đã lập luận rằng do sự trao đổi oxy của cá chuyển từ hô hấp trong nước sang hơ hấp khí trời nên có sự gia tăng thụ động của PaCO2, và giá trị pH giảm là do sự tăng HCO3- thơng qua q trình trao đổi ion.

Đối với lươn đồng, các phản ứng thay đổi axít - bazơ tương ứng với từ mức tăng nhiệt độ là cơ chế cổ điển phổ biến cho hầu hết các loài động vật bốn chân và cá phổi, nơi tập trung các thụ thể CO2 trong dịch não tủy đóng vai trị quan trọng trong việc giảm trao đổi khí qua mang có liên quan đến q trình trao đổi CO2 làm tăng PaCO2 khi nhiệt độ gia tăng (Hitzig and Jackson, 1978; Jackson, 1989; Branco et al., 1993; Amin-Naves et al., 2004). Tuy nhiên, là một lồi thuộc nhóm cá xương, nhưng có vẻ như lươn đồng có thụ thể ức chế CO2 (Milsom, 2010). Lươn đồng thể hiện được sự đáp ứng mạnh mẽ với điều kiện CO2 cao như kết quả của thí nghiệm 1 trong nghiên cứu này đã chứng minh điều đó và trong nghiên cứu của Mikkel Thomsen, Mark Bayley and Tobias Wang (số liệu chưa được cơng bố). Sự giải thích đơn giản cho sự gia tăng PaCO2 và giảm pH của lươn đồng là việc pH giảm chỉ phản ánh được sự chuyển đổi từ động vật thủy sinh sang bài tiết CO2 ra khơng khí kết hợp sự gia tăng nhiệt độ trong quá trình đào thải CO2. Như vậy, sự gia tăng PaCO2 chỉ đơn thuần là một hệ quả thụ động của việc tăng sự phụ thuộc vào hô hấp khí trời và nhiệt độ (Lefevre et al., 2014) và liên quan đến sự lưu giữ CO2 (Rahn, 1966). Các phản ứng tương tự như lươn đồng là đặc trưng của nhóm động vật lưỡng cư khi chúng

có cơ chế trao đổi khí qua cả phổi và da (Wang et al., 1998; Boutilier and

Heisler, 1987).

Giá trị ΔpHa/ΔT ở lươn đồng trong nghiên cứu này thì phù hợp với khái niệm duy trì ổn định protein (chủ yếu là imidazole) và ion hóa (Reeves, 1972). Tuy nhiên, đáng chú ý là HCO3- trong huyết tương vẫn không đổi khi nhiệt độ tăng cũng như khơng có sự thay đổi đáng kể nồng độ ion ngoại bào khác phù hợp với ý tưởng về sự kiên cố hóa ion hóa protein (Stewart, 1978). Ý nghĩa sinh học của việc giảm pH với nhiệt độ tăng rõ ràng là đặc biệt quan trọng đối với các khoang nội bào, nơi hầu hết các chức năng protein xảy ra (Malan et al.,

1976; Reeves, 1977).

Các kết quả pHi của nghiên cứu này từ cơ, gan và tim đã chỉ ra rằng sự gia tăng nhiệt độ ảnh hưởng đến tình trạng a-xít ba-zơ nội bào, nhưng ΔpHi/Δt thấp hơn so với pH máu và tim bị ảnh hưởng ít nhất. Các kết quả này thì trái ngược với các nghiên cứu trước đó khi mà ΔpH/Δt của tim lớn hơn các cơ quan khác (cơ, gan và não) (Bảng 4.5). Kết quả của Cameron & Kormanik (1982) đã báo cáo ΔpHi/Δt thấp hơn mô tim so với máu ở cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus). Theo Heisler et al. (1976) thì sự khác biệt về phản ứng của các cơ quan với nhiệt độ trong cá và cá chép (Heisler, 1980) và thấp hơn ΔpHi/Δt trong mô tim của lươn đồng có liên quan với nồng độ myoglobin rất cao trong tâm thất (Damsgaard et al., 2014)

Bảng 4.5: So sánh các giá trị pH ngoại bào, pH nội bào thay đổi theo nhiệt

độ (ΔpH/Δ°C) trên một số lồi cá, bị sát và lưỡng cư với giá trị pH của lươn đồng với các mức nhiệt độ

Loài Nhiệt độ

(°C)

ΔpH/Δ°C

Máu Cơ Tim Cơ đỏ Gan

Ếch (Rana catesbeiana)1 3,5-30 -0,0204 -0,0152

Rùa (Pseudemys scripta)2 9-32 -0,021 -0,014 -0,023 Cá nhám (Scyloirhinus stellaris)3 10-23 -0,0148 -0,0178 -0,0098 -0,0334 Cá chỉnh (Aguilia rostrata)4 5-20 -0,0076 -0,009 -0,0205 -0,0033 -0,017 Cá nheo (Ictalurus punctatus)5 15-31 -0,0132 -0,015 -0,012 -0,018 Ếch châu Phi (Xenopus Laevis)6 10-30 -0,017 -0,007 -0,017

Cóc mía (Bufo marinus)7 10-30 -0,015 -0,026 -0,023

Lươn đồng

(Monopterus albus)8 20-35 -0,025 -0,019 -0,0084 -0,014

1,2Malan et al., 1976; 3Heisler & Weitz, 1976; 4Walsh & Moon, 1982; 5Cameron & Kormanik, 1982;

Ảnh hưởng của nhiệt độ mãn tính của nhiệt độ lên sinh lý máu của lươn đồng: Khi nhiệt độ tăng cao, khả năng hòa tan oxy giảm thấp là nguyên nhân

dẫn đến tình trạng hơ hấp yếm khí ở mức độ phân tử, chính q trình hơ hấp yếm khí tạo ra lượng lớn axít lactic làm pH máu giảm mạnh (Ultsch and Jackson, 1996). Chính vì thế nên nhu cầu oxy của lươn đồng tăng cao khi sống trong môi trường có nhiệt độ cao, nhằm cung cấp oxy cần thiết, với vai trò vận chuyển oxy cho cơ thể hoạt động nên lươn đồng đã tăng cường sản xuất hồng cầu để cung cấp cho cơ thể trong điều kiện môi trường thay đổi. Theo Lefevre et al. (2016) thì lươn đồng có khả năng chịu nhiệt độ cao với giới hạn là 40°C và giới hạn dưới 11ºC. Theo Đỗ Thị Thanh Hương và Nguyễn Văn Tư (2010) thì nhiệt độ tăng làm gia tăng của các hoạt động enzyme và chuyển hóa, dẫn đến sự chuyển động ngày càng tăng và tăng nhu cầu oxy. Tuy nhiên, nhiệt độ cao vượt quá giới hạn nhiệt độ trên gây ra tử vong do lượng oxy không đủ cung cấp cho các tế bào hoạt động. Như vậy, nhiệt độ được coi là một trong những yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình sinh lý của cá đặc biệt là sinh lý máu (Zeng et al., 2009). Giá trị các chỉ tiêu huyết học được cho là một trong những thông tin thiết yếu để tiếp cận các thay đổi sinh lý và bệnh lý trong cá (Singh et al., 2013). Số lượng hồng cầu biến động trong phạm vi rộng (1-3,5x106 tế bào/mm3) và thay đổi theo lồi, tình trạng sinh lý, giai đoạn sống, tình trạng sức khỏe và thay đổi môi trường (Đỗ Thị Thanh Hương và Nguyễn Văn Tư, 2010). Sự gia tăng hồng cầu khi lươn đồng tiếp xúc với nhiệt độ cao ở thí nghiệm này nhằm giúp cung cấp đủ nhu cầu oxy ở tốc độ trao đổi chất cao hơn ở cá nhiệt đới (Engel and David, 1964). Sư gia tăng số lượng hồng cầu ở thí nghiệm này cũng phù hợp với các báo cáo trước đây trên một số loài cá nhiệt đới sống trong điều kiện nhiệt độ cao như cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) hồng cầu tăng 2,42 triệu tb/mm3 (27°C) lên 2,62 triệu tb/mm3 (36°C) (Nguyen Trong Hong Phuc, 2015), cá thát lát còm (Chitala ornata) hồng cầu cũng tăng từ 27°C lên 34°C lần lượt là 2,97 triệu tb/mm3, 3,35 triệu tb/mm3 (Nguyễn Trọng Nhân, 2017) và số lượng hồng cầu cũng tăng rõ rệt từ 2,57 triệu tb/mm3 (28°C) lên 2,86 triệu tb/mm3 sau 28 ngày trên cá tai tượng (Osphronemus goramy) (Võ Quốc Hào, 2014). Trong thời gian lươn đồng sống ở 33ºC và 36ºC thì số lượng hồng cầu cũng như hàm lượng Hb và Hct tăng đáng kể, phù với kết quả của Cho

et al. (2015) cho thấy rằng cá mú đốm đỏ (Epinephelus akaara) cũng có sự gia

tăng đáng kể Hb và Hct trong 7 ngày tiếp xúc với nhiệt độ cao (từ 15ºC lên 20ºC và 25ºC). Theo nhận xét của Heath (1995) thì khi nhiệt độ mơi trường tăng hoặc giảm là điều kiện bất lợi cho cá thì mật độ bạch cầu cũng tăng để chống lại điều kiện bất lợi đó hoặc là chống chọi lại mầm bệnh có thể xảy ra khi mơi trường thay đổi và sức đề kháng của cá kém vì theo Đỗ Thị Thanh Hương và Nguyễn Văn Tư (2010) thì bạch cầu cịn có chức năng bảo vệ cơ thể để chống lại mầm

bệnh. Ngoài ra, sự gia tăng bạch cầu cũng tương đồng với kết quả nghiên cứu của Hrubec et al., (1997) trên cá hybrid striped bass được nuôi ở 4 nghiệm thức nhiệt độ (10; 18; 24 và 29ºC); theo nghiên cứu này thì sau 6 tuần kết quả cho thấy mật độ bạch cầu cũng có xu hướng tăng khi nhiệt độ tăng từ 10 đến 29ºC (p<0,05 ở 10ºC). Ngồi ra, số lượng bạch cầu trong thí nghiệm này tăng phù hợp với sự gia tăng nhiệt độ, cùng xu hướng với nghiên cứu của Bozorgnia et al. (2011) trên cá chép (Cyprinus carpio) ở các nhiệt độ khác nhau.

Tương tự các loài động vật biến nhiệt, sự điều hòa pH của lươn đồng cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ mơi trường. Tuy nhiên, sau thời gian thích nghi với nhiệt độ cao (21 ngày), pH lươn đã được phục hồi ổn định nhờ sự gia tăng số lượng hồng cầu trong máu. Điểm đáng chú ý của thí nghiệm này chính là cơ chế điều hịa pH máu lươn khơng giống các lồi cá hơ hấp khí trời khác