Ảnh hưởng của điều kiện CO2 môi trường cao lên sự cân bằng

axít-bazơ của lươn đồng (Monopteus albus)

4.2.1 Khả năng đệm non-bicarbonate (βNB) của máu lươn đồng

Dựa trên kết quả pH máu và nồng độ HCO3- ở 2 mức Hct cao và thấp khi cho máu tiếp xúc trực tiếp với khí CO2 ở các mức khác nhau, khả năng đệm non-bicarbonate của máu lươn được tính dựa trên tỉ lệ giữa Δ[HCO3-] /ΔpH có độ dốc là -20,3 tại 27°C. Mối tương quan giữa βNB và Hct được tính theo phương trình tương quan với y= βNB và x= Hct (Hình 4.2). Ngồi ra, giá trị pH ln phụ thuộc vào hằng số pK’. Kết quả thí nghiệm cũng tìm ra được giá trị pK’ của lươn đồng ở 27°C được mô tả như sau pK’= -1,2784 x pH + 15,336.

Hằng số phân ly hydrat hóa CO2 (pK’) được tính theo cơng thức sau: pK’ = pHe - log(([HCO3-]plasma)/(αCO2 x PaCO2)) (1)

Nồng độ HCO3- trong huyết tương được tính từ cơng thức trên với PaCO2, pH từ máy GEM 3000 và αCO2 được đền bù đúng nhiệt độ theo Boutilier et al., 1985.

Hình 4.2 Mối tương quan giữa non-bicarbonate buffering và giá trị

hematocrit.

4.2.2 Ảnh hưởng của áp suất CO2 cao lên điều hịa axít-bazơ trong máu lươn đồng

Ảnh hưởng của áp suất CO2 cao trong môi trường với các điều kiện nuôi khác nhau đã dẫn đến sự rối loạn điều hịa axít - bazơ trong máu cũng như nồng độ ion trong huyết tương được thể hiện trong Hình 4.4 và 4.5. Những thay đổi theo thời gian của q trình cân bằng axít - bazơ cũng được trình bày dưới dạng biểu đồ Davenport trong Hình 4.3.

Hình 4.3: Biểu đồ Davenport với các đường CO2 isopleth tại các mức PaCO2

của lươn đồng được đút ống tiếp xúc với 30 mmHg CO2 trong 72 giờ. Áp suất riêng phần CO2 trong động mạch (PaCO2) của lươn tăng từ khoảng 14 mmHg đến trên 30 mmHg trong 6 giờ đầu tiên tiếp xúc CO2 cao và duy trì ổn định mức cao này trong suốt thời gian cịn lại (Hình 4.4B). Sự gia tăng của PaCO2 gây ra sự axít hóa tức thời khi pH máu giảm khoảng 0,5 đơn vị, kết quả phù hợp với kết quả của đường non-bicarbonate (Hình 4.4A). Sau 6 giờ, hơ hấp axít dần được đền bù bằng sự gia tăng nồng độ HCO3- trong huyết tương và pH được phục hồi hoàn toàn trong 72 giờ tiếp xúc với điều kiện CO2 cao. Đặc biệt, khi lươn đồng sống hoàn tồn trong khơng khí có CO2 cao đã thể hiện sự đền bù axít - bazơ hồn chỉnh hơn so với lươn đồng tiếp xúc CO2 cao trong nước. Sự cân bằng axít - bazơ của lươn đồng khơng thay đổi trong cả 6 lươn đồng được ni trong nước ở điều kiện hồn tồn khơng có CO2 (nghiệm thức đối chứng) sau 72 giờ và khơng có bất kỳ ảnh hưởng nào lên tình trạng axít - bazơ trong 6 lươn đồng trong điều kiện khơng khí khơng có CO2.

Hình 4.4: Giá trị pH (A), PaCO2 (B) và nồng độ HCO3- (mM) (C) trong máu động mạch của lươn đồng đút ống đã tiếp xúc với 30 mmHg CO2 ở các điều kiện khác nhau. 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)

Nồng độ Hb và tỷ lệ huyết sắc tố Hct chỉ giảm nhẹ trong suốt thí nghiệm ở tất cả nghiệm thức (Bảng 4.1). Nồng độ Hb thay đổi từ 11,2 còn 8,8 mM trong 72 giờ và Hct giảm từ 52% xuống 38%. Nhìn chung, nồng độ ion Cl- trong huyết tương giảm đều từ khoảng 112 mM ở 0 giờ đến 96 và 97 mM ở hai nghiệm thức 30 mmHg CO2 trong khơng khí trong nước (Hình 4.5). Theo cùng xu hướng, nồng độ Na+ trong huyết tương giảm trong 72 giờ ở thí nghiệm này. Trong nghiệm thức 30 mmHg CO2 cả trong nước, Na+ giảm đáng kể từ 137,7±0,6 mM

xuống 96,8±2,0 mM (p<0,05) (Hình 4.5A). Ngồi ra, ion K+ huyết tương lại tăng nhẹ từ 2,0 lên 3,2 mM (Hình 4.5B).

Bảng 4.1: Nồng độ hemoglobin (Hb) trong máu (mM) và và tỷ lệ huyết

sắc tố (Hct) (%) của lươn đồng được đút ống và tiếp xúc với 30 mmHg CO2 trong 72 giờ ở các điều kiện sống khác nhau.

Hemoglobin

(mM) 0 giờ 3 giờ 6 giờ 24 giờ 48 giờ 72 giờ

Đối chứng trong nước 11,1±0,3 11,2±0,4 10,7±0,4 10,4±0,2 8,2±0,2 * 7,1±0,5* Đối chứng trong khơng khí 10,4±0,2 10,6±0,2 10,5±0,1 10,3±0,2 10,6±0,2 9,7±0,3 30 mmHg CO2 trong nước 10,8±0,9 10,9±1,0 9,0±0,9 9,9±0,8 10,2±0,8 9,9±1,1 30 mmHg CO2 trong khơng khí 9,8±1,9 9,9±2,2 9,0±1,8 8,8±2,2 9,5±2,1 10,6±2,3 Hct (%) Đối chứng trong nước 53,3±1,1 53,9±2 53,7±1,5 53,4±1,5 52,1±1,1 50,5±1,1 Đối chứng trong khơng khí 49,8±0,3 49,4±0,3 49,6±0,2 48,6±0,3 47,5±0,3 + 48,1±0,3 30 mmHg CO2 trong nước 53,9±1,2 51±0,9 48,6±0.7 46,6±0,8 *+ 46±1,3*+ 45,3±1,7*+ 30 mmHg CO2 trong khơng khí 50,5±0,9 47,2±0,6 44,5±0,3 *+ 41±0,9*+ 42,3±0,7*+ 45±0,8*+

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 giữa các nghiệm thức so với nghiệm thức đối chứng

Hình 4.5: Nồng độ ion Na+ (A), ion K+ (B), ion Cl− (C) và áp suất thẩm thấu (mOsm) (D) trong huyết tương của lươn đồng được đút ống đã tiếp xúc với 30

mmHg CO2 trong 72 giờ với các điều kiện sống khác nhau. 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)

4.2.3 Ảnh hưởng của CO2 mơi trường cao lên sự bài tiết axít

Các phản ứng của thận trong điều kiện lươn bị tiếp xúc với CO2 cao và lươn đồng sống hồn tồn trong khơng khí được mơ tả trong Hình 4.6. Ở nghiệm thức đối chứng, tốc độ bài tiết nước tiểu (UFR- urine flow rate) ổn định ở khoảng 1,5 mL/kg/giờ. Trong khi đó, các nghiệm thức có CO2 cao bao gồm trong khơng khí, trong nước thì UFR đều giảm khoảng 5 lần (p<0,05) (Hình 4.6A). Hai nghiệm thức đối chứng trong nước và đối chứng trong khơng khí có pH nước tiểu khơng thay đổi, nhưng pH nước tiểu giảm trong 12 giờ đầu tiên ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 cả khơng khí và nước (pH=6) (Hình 4.6B), khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng (p<0,05). Trong 60 giờ sau đó, pH nước tiểu tăng dần về mức của nghiệm thức đối chứng (Hình 4.6B).

Hình 4.6: Một số chỉ tiêu trong nước tiểu: lượng nước tiểu (mL/100 g cá/giờ)

(A), pH nước tiểu (B), TAN (mM/100 g cá/giờ) (C), [HCO3-] (mM) (D), tổng axít bài tiết (E) and tổng proton H+ (F) của lươn đồng được đút ống đã tiếp xúc

với 30 mmHg CO2 trong 72 giờ với các điều kiện sống khác nhau. 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)

Sự giảm pH trong nước tiểu có liên quan với nồng độ CO2 trong nước tiểu tăng 3-4 lần và nồng độ TAN nước tiểu cũng tăng lên. TAN nước tiểu tăng lên 0,33±0,02 so với nghiệm thức đối chứng trong 12 giờ, tăng 1,78±0,08 ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 trong khơng khí và tăng 0,84±0,09 cả trong nghiệm thức

30 mmHg CO2 trong khơng khí và nước (p<0,05) (Hình 4.6C). Trong 24 giờ đầu tiên, nồng độ ion Na+ giảm đáng kể ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 trong khơng khí từ 14,3±0,3 đến 7,0±0,2 mM và vẫn bị stress ở 72 giờ (Hình 4.7A). Nồng độ ion Na+ trong nước tiểu vẫn khơng thay đổi đối với nhóm lươn đồng tiếp xúc với 30 mmHg CO2 trong nước. Nồng độ ion K+ trong nước tiểu không thay đổi đáng kể trong q trình thí nghiệm ở nhóm lươn đồng đối chứng trong nước, 30 mmHg CO2 trong khơng khí và 30 mmHg CO2 trong nước (p>0,05). Có sự dao động nhẹ xung quanh 3,57 mM (p<0,05) (Hình 4.7B). Ion Cl- trong nước tiểu tăng nhanh ở cả hai nhóm có CO2 cao và đạt tối đa sau 24 giờ, sau đó giảm trở lại trong 48 giờ cịn lại nhưng vẫn tăng đáng kể so với nhóm khơng có CO2 cao sau 72 giờ thí nghiệm (Hình 4.7C).

4.2.4 Vai trị của thận trong q trình điều hịa axít - bazơ trong máu lươn đồng

Với một số chỉ tiêu sinh lý chuyên biệt trên nước tiểu cũng như trong máu từ kết quả của các thí nghiệm trên về tình trạng axít - bazơ trong động mạch lươn đồng cũng như sự bài tiết axít qua nước tiểu, từ đó nghiên cứu đã ước tính được sự đóng góp của bài tiết axít uric vào chuyển hóa trong q trình lươn đồng bị hơ hấp axít. Tổng lượng axít bài tiết trong thận có thể được ước tính là ([NH4+] + ([TA] - ([CO2 tổng]) x UFR. Giá trị từ kết quả này cho thấy sự bài tiết axít trong thận tăng lên trong khi lươn đồng tiếp xúc với CO2 môi trường cao, đặc biệt khi điều kiện CO2 cao trong khơng khí. Nồng độ HCO3- của dịch ngoại bào trong quá trình nhiễm CO2 cao có thể được ước tính từ việc xác định phần trăm lượng nước trong cơ thể lươn đồng (tương ứng là 75,5 và 74,7% trong nước và khơng khí), và phần trăm dịch ngoại bào từ 20 đến 25% tổng lượng nước trong cơ thể có liên quan chặt chẽ với kết quả trên loài lươn Synbranchus

marmoratus (Heisler, 1978). Hình 4.8 cho thấy sự đóng góp của thận với tổng

tích lũy HCO3- trong dịch ngoại bào trong 72 giờ tiếp xúc với 30 mmHg CO2. Phân tích này đã thể hiện được vai trị thận là rất lớn trong q trình điều hịa axít - bazơ của lươn đồng, lên đến 10 và 20% khi lươn đồng tiếp xúc 30 mmHg CO2 trong nước và kết hợp trong nước với khơng khí. Đặc biệt hơn, vai trị của thận trong q trình điều hịa lên đến 52% trong nghiệm thức 30 mmHg CO2 trong khơng khí.

Hình 4.7: Nồng độ ion Na+ (A), K+ (B), và Cl− (C) được bài tiết trong nước tiểu của lươn đồng được đút ống đã tiếp xúc với 30 mmHg CO2 trong 72 giờ với các điều kiện sống khác nhau. 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)

Hình 4.8: Vai trị của thận trong sự bài tiết a-xít của q trình điều hịa axít-

bazơ của lươn đồng khi bị nhiễm a-xít hơ hấp. Các chữ cái (a,ab,b) khác nhau thể

4.2.5 Ảnh hưởng của điều kiện CO2 cao lên một số chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng nhỏ máu của lươn đồng nhỏ

Tương tự như lươn đồng lớn, khi lươn tiếp xúc với môi trường CO2 cao, q trình điều hịa axít - bazơ của lươn nhỏ thông qua các chỉ tiêu về pH máu, PaCO2 và HCO3- cũng cho thấy lươn đồng bị hơ hấp axít trong điều kiện CO2 trong nước cao, theo đó PaCO2 tăng cao làm pH máu giảm mạnh và HCO3- trong huyết tương tăng liên tục (Hình 4.9). Kết quả lươn đồng từ nhiễm hơ hấp axít dẫn đến bị kiềm chuyển hóa khi hàm lượng HCO3- trong máu tăng cao. Trong 6 giờ đầu tiếp xúc với CO2 cao, pH máu lươn đồng giảm từ 7,50 xuống 7,36±0,04 và 7,27±0,01 ở hai nghiệm thức 14 và 30 mmHg CO2; khác biệt có ý nghĩa so với 0 giờ và đối chứng (p<0,05). Sau 24 giờ tiếp xúc với CO2 trong nước cao, pH bắt đầu phục hồi và cao nhất ở thời điểm 72 giờ; lúc này, pH ở nghiệm thức 14 mmHg CO2 là 7,49±0,04 và khác biệt không ý nghĩa so với đối chứng và thời điểm 0 giờ. Giá trị pH phục hồi hoàn toàn sau 72 giờ tiếp xúc với 14 mmHg CO2 trong nước. Tuy nhiên, ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 thì pH chỉ phục hồi đến mức 7,38±0,01 vẫn thấp hơn lúc đầu.

Hình 4.9: Biểu đồ Daveport thể hiện sự tương quan giữa pH-HCO3- và pCO2 trong máu lươn đồng (A), giá trị pH máu (B), áp suất riêng phần CO2 trong máu (C) và nồng độ HCO3- (D) trong huyết tương của lươn đồng đồng. 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)

Giá trị PCO2 tăng cao nhất ở nghiệm thức 30 mmHg CO2; PCO2 đạt 33,36±3,36 mmHg CO2 ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 và 14,04±3,04 mmHg CO2 ở nghiệm thức 14 mmHg CO2 sau 6 giờ. Áp suất riêng phần CO2 trong máu lươn đồng ở 2 nghiệm thức 14 và 30 mmHg CO2 tăng cao tương đương áp suất riêng phần CO2 trong nước ở từng nghiệm thức, khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng (9,6±1,2 mmHg CO2) và so với thời điểm 0 giờ (p<0,05). Nồng độ HCO3- trong huyết tương ở nghiệm thức 14 mmHg CO2 cũng tăng nhanh, và đạt cao nhất lúc 72 giờ là 13,77 mM, khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đối chứng và thời điểm 0 giờ (p<0,05). Riêng nghiệm thức đối chứng thì các giá trị pH, PaCO2 cũng như HCO3- khơng có sự thay đổi đáng kể (p>0,05).

Hình 4.10: Hàm lượng ion Na+ (A), K+ (B), Cl- (C) và áp suất thẩm thấu (ASTT) (D) trong huyết tương lươn đồng ở các nghiệm thức. 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)

Nồng độ ion Na+ của lươn đồng giảm nhẹ ở các nghiệm thức có CO2 trong nước và khác biệt khơng có ý nghĩa giữa các nghiệm thức cũng như so với đối chứng (p>0,05) (Hình 4.10A). Bên cạnh, hàm lượng K+ tăng cao nhất sau 72 giờ tiếp xúc và cao nhất là 3,35 mM ở nghiệm thức 30 mmHg CO2, khác biệt có ý nghĩa thống kê so với 2 nghiệm thức cịn lại (p<0,05) (Hình 4.10B). Tuy nhiên nồng độ ion Cl- và áp suất thẩm thấu trong huyết tương lươn nhỏ giảm mạnh khi lươn tiếp xúc với CO2 cao (14-30 mmHg CO2) khác biệt có ý nghĩa

khi so với thời điểm 0 giờ cũng như khi so với nghiệm thức đối chứng (p<0,05) (Hình 4.10 C, D).

Hình 4.11: Các thơng số huyết học của lươn nhỏ bao gồm số lượng hồng cầu

(A), bạch cầu (B), Haemoglobin (C) và Haematocrit (D). 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)

Số lượng hồng cầu trong máu tăng cao nhất ở nghiệm thức 30 mmHg CO2 sau 72 giờ tiếp xúc (3,44±0,05x106 tế bào/mm3) và nghiệm thức 14 mmHg (3,25±0,06x106 tế bào/mm3), khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng lúc 0 giờ (p<0,05) (Hình 4.11A). Tuy nhiên, số lượng bạch cầu chỉ tăng nhẹ so với đối chứng (p>0,05) cũng như thời điểm 0 giờ đến 72 giờ ở cả 3 nghiệm thức (p>0,05) (Hình 4.11B). Số lượng hồng cầu tăng cao cũng làm [Hb] và Hct tăng (Hình 4.11 C, D). Hàm lượng Hb tăng cao nhất sau 72 giờ thí nghiệm (trung bình là 11,5 mM) cho cả hai nghiệm thức có CO2 cao, khơng khác biệt so với đối chứng (p>0,05) và Hct tăng cao nhất sau 72 giờ thí nghiệm (>50%).

4.2.6 Thảo luận

Điều hịa axít-bazơ của lươn đồng khi lươn đồng trong nước có áp suất CO2 cao: Trong điều kiện mơi trường nước hoàn toàn, lươn đồng đã thể hiện

khả năng đền bù pH rõ rệt bằng sự gia tăng nồng độ HCO3- trong huyết tương để đáp ứng với tình trạng nhiễm axít hơ hấp nghiêm trọng khi lươn đồng bị tiếp xúc với môi trường CO2 cao. Theo cách này, lươn đồng đã biểu hiện phản ứng

đào thải axít điển hình trong điều kiện CO2 mơi trường cao mà Jensen et al.

(1993) và Brauner and Baker (2009) đã mô tả trước đó, nhưng khác biệt rất nhiều so với lồi Synbranchid ở Nam Mỹ và có liên quan chặt chẽ với lồi cá chình Synbranchus marmoratus (Heisler, 1982). Khi lồi S. marmoratus thực

hiện q trình chuyển đổi từ hô hấp trong nước trong điều kiện mơi trường bình thường sang hơ hấp khí trời trong điều kiện nước thiếu oxy và có áp suất riêng phần CO2 trong nước cao gấp 5 lần PaCO2 (từ 5 đến 26 mmHg) mà khơng có sự thay đổi nồng độ HCO3- trong huyết tương khoảng 0,6 đơn vị trong 18 giờ (Heisler, 1982). Mặc dù, cá chình S. marmoratus và lươn đồng có hình dạng tương đối giống nhau nhưng mang của lồi S. marmoratus được phát triển rất

tốt và có vai trị rất lớn trong q trình điều hịa pH ngoại bào nhưng hình thái mang của lươn đồng đã gần như khơng tham gia trong q trình điều chỉnh ion để nâng cao nồng độ HCO3- trong huyết tương. Điều này cũng đã được nghiên cứu trên một vài lồi cá hơ hấp khí trời khác như Liposarcus pardalis, Arapaima

gigas (Brauner et al., 2004; Gonzalez et al., 2010). Tuy nhiên, chỉ có nhóm cá

lau kính (Hypostomus sp.) và cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) mới có khả năng đền bù pH hiệu quả trong điều kiện CO2 cao (Wood et al., 1979;

Damsgaard et al., 2015). Trong khi đó, lồi Amia calva lại cho thấy một phản ứng khác (McKenzie and Randall, 1990; Brauner and Baker, 2009). Điều này được giải thích rằng một số lồi khác biệt đã phản ánh mức độ ưu tiên để tránh tình trạng bị mất ion trong một số mơi trường sống nghèo ion (Heisler, 1978) nhưng rõ ràng là các lồi cá hơ hấp khí trời có sự thay đổi lớn trong điều hịa