ОСОБЕННОСТИ ТРАНСКАПИЛЛЯРНОГО ОБМЕНА БЕЛКОВ ПЛАЗМЫ КРОВИ У ПРЕСНОВОДНЫХ КОСТНЫХ РЫБ
Р.А. Федоров, А.М. Андреева
Учреждение Российской академии наук Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, п. Борок, Ярославская обл., Россия e-mail: aam@ibiw.yaroslavl.ru
Белки плазмы крови играют решающее значение для регуляции распределения внеклеточной жидкости между внутри- и внесосудистым отделами жидкой среды организма.
Фильтрационно-реабсорбционная гипотеза Старлинга объясняет перемещение жидкости через стенку капилляра противодействием гидростатического давления крови и онкотического давления, создаваемого белками плазмы крови; и отрицает возможность проникновения белков плазмы крови из сосудистого пространства в тканевое (Шмидт-Ниельсен, 1982; Шульц, Ширмер, 1982). Современные модели, разработанные для высших позвоночных, допускают фильтрацию интраваскулярных белков в тканевое пространство в некоторых отделах микроциркуляторной системы и, как следствие, - существование функциональной разнокачественности капилляров от абсолютной непроницаемости для белков (капилляры ЦНС) до неограниченной проницаемости (капилляры печени) (Landis, Pappenheimer, 1963). Тканевые жидкости рыб содержат значительные количества белка (Андреева и др., 2007, 2008; Olson et al., 2003; Phillips, 2003), что позволяет предположить отличие механизмов транскапиллярного обмена белков плазмы крови у рыб и высших позвоночных. Целью данной работы является определение концентрации белка, анализ белкового состава и происхождения тканевых жидкостей у костных рыб.Материалы и методы
В качестве объектов использовали костистых рыб: леща Abramis brama L., плотву Rutilus rutilus L., карася серебряного Carassius auratus L., карпа обыкновенного Cyprinus carpio L., линя Tinca tinca L., тюльку черноморско-каспийскую Clupeonella cultriventris N., щуку обыкновенную Esox lucius L., чехонь Pelecus cultratus L. (отловлены в Рыбинском водохранилище); и хрящевых ганоидов: стерлядь Acipenser ruthenus L., подрощенную в прудах (возраст 3 года).
Кроме половозрелых рыб использовали лещей 2+, полученных в результате внутривидового группового скрещивания, отсаженных в аквариумы и содержавшихся без пищи в течение нескольких месяцев (до 8 месяцев). Кровь отбирали из хвостовых сосудов в пробирки или пипеткой-дозатором, в работе использовали сыворотку СК и плазму крови ПК. Интерстициальную жидкость ИЖ (перитонеальная ПЖ, мозга ИЖМ, белых мышц ИЖБМ, печени, верхней трети желудочно-кишечного тракта ЖКТ) отбирали с помощью пипеток-дозаторов (перитонеальная, мозга, белых мышц) или (при недостаточном количестве ИЖ печени, ЖКТ, ИЖБМ) напитыванием полоски размером 0,5х4,0мм хроматографической бумаги Watmann 3MM (Андреева и др., 2007, 2008). Концентрацию общего белка в крови и тканевой жидкости определяли микробиуретовым методом (Itzhaki et al., 1964), отдельных белков и фракций - с помощью программного пакета OneDscan. Белки плазмы крови дифференцировали в градиенте концентраций ПААГ (5-40%), в ПААГ с 8М мочевиной и в SDS-ПААГ. Для определения ММ нативных белков в ПААГ использовали маркеры сывороточный альбумин человека САЧ, овальбумин ОА; в SDS-ПААГ - набор PageRulerw Prestained Protein Ladder Plus (Fermentas). Результаты обрабатывали статистически с помощью программного пакета OneDscan.Результаты и обсуждение
Определение концентрации белка в плазме (сыворотке) крови и тканевых жидкостях показало, что все тканевые жидкости содержат меньшие количества белка по сравнению с сывороткой и плазмой крови (Табл.).
Сравнительный анализ концентрации белка в плазме (сыворотке) и тканевых жидкостях выявил динамичность проницаемости стенок капилляров к белкам крови: у разных рыб отношение концентраций белка в СК и ИЖ того или иного типа (например, СК/ПЖ) варьировало не только от вида к виду (Табл.) или в зависимости от условий содержания (Табл., лещ 9 и лещи 10-13), но и внутри однородной выборки (Табл., стерлядь 1-4, лещи 10-13) рыб, содержавшихся в одинаковых условиях. Динамичный характер проницаемости стенок капилляров разного типа к белкам плазмы крови, вероятно, позволяет адаптировать обменные процессы организма к меняющимся условиям внешней и внутренней среды.
in situ.Содержание белка во внеклеточных жидкостях организма рыб
| № | Вид рыбы (отдельные особи) | Концентрация белка г% во внеклеточных жидкостях организма | СК ПЖ | ||||
| ПК | СК | ПЖ | ИЖМ | ИЖБМ | |||
| 1 | Стерлядь 3+ | 2,25 | 0,5 | 4,5 | |||
| 2 | Стерлядь 3+ | 2,25 | 0,45 | 5,0 | |||
| 3 | Стерлядь 3+ | 4,65 | 1,3 | 3,5 | |||
| 4 | Стерлядь 3+ | 4,0 | 0,9 | 4,5 | |||
| 5 | Линь (половозрелый) | 3,25 | 1,85 | ||||
| 6 | Карп (половозрелый) | 6,05 | 4,45 | ||||
| 7 | Карп (сеголеток) | 4,8 | 1,9 | ||||
| 8 | Карась (половозрелый) | 3,26 | 0,05 | 1,85 | 65 | ||
| 9 | Лещ 2+ (голодание 8 мес.) | 2,0 | 0,1 | 1,6 | 0,1 | 20 | |
| 10 | Лещ (половозрелый) | 6,1 | 5,7 | 4,50 | |||
| 11 | Лещ (половозрелый) | 5,5 | 1,5 | 2,2 | 3,7 | ||
| 12 | Лещ (половозрелый) | 4,4 | 2,0 | 1,3 | 2,2 | ||
| 13 | Лещ (половозрелый) | 3,4 | 2,6 | ||||
| 14 | Плотва (половозрелая) | 2,7 | |||||
| 15 | Плотва (половозрелая) | 3,3 | 2,0 | 2,8 | 1,7 | ||
| 16 | Плотва (половозрелая) | 2,9 | 1,5 | 2,2 | 1,9 | ||
Электрофорез образцов внеклеточных жидкостей у костистых рыб и стерляди показал, что все тканевые жидкости являются фильтратами плазмы крови: фракционный состав их белков практически совпадал с таковым у плазмы крови (рис.1), Отличием тканевых жидкостей от плазмы является более высокое относительное содержание в ИЖ низкомолекулярных белков: у сеголетков карпа, например, их относительное содержание в ИЖБМ достигало 61,2%, а в плазме крови - всего 3,9%. В состав низкомолекулярной фракции тканевых жидкостей входят белки с ММ от 20 до 50 kDa, представленные в плазме в следовых количествах (рис.1).
В тканевых жидкостях леща, плотвы, тюльки, щуки и чехони среди низкомолекулярных белков в наибольшем количестве присутствует белок с ММ в нативных условиях около 30 kDa и в денатурирующих восстанавливающих условиях около 25 kDa. В наибольшем количестве этот белок присутствует в тканевой жидкости белых мышц (рис.1). У полиплоидных видов (карп, карась) фракция низкомолекулярных белков в ИЖ организована более сложным образом по сравнению с диплоидными видами (рис.1).
Рис. 1. Электрофорез в градиенте концентраций ПААГ (5-40%) белков лещей 2+ : белки плазмы крови (1), сыворотки крови (2), ИЖ мозга (3), белых мышц (4), перитонеальной жидкости (5), ИЖ печени (6), кишечника (7); и белков ИЖ белых мышц серебряного карася (8-11). Вертикальная стрелка указывает направление электрофореза; М - полимерные формы САЧ; НМБ - низкомолекулярные белки, характерные для интерстициальной жидкости. Маленькая стрелка на рисунке указывает на белок с ММ около 30 kDa (пояснения в тексте).
Выводы
1. Тканевые жидкости рыб являются фильтратами плазмы крови, по концентрации белка
уступающие, а по фракционному составу белков практически совпадающие с ней.
2. Наличие градиента концентрации белка между плазмой крови и тканевой жидкостью, а
также разное соотношение высоко- и низкомолекулярных белков в плазме крови и тканевых жидкостях рыб позволяют предположить участие в транскапиллярном обмене белков плазмы крови рыб активных механизмов.
3. Проницаемость стенок капилляров разного типа к белкам плазмы крови имеет динамичный характер, что обеспечивает адаптацию метаболизма рыб к меняющимся условиям внешней и внутренней среды.
Литература
Андреева А.М., Чалов Ю.П., Рябцева И.П., 2007. Особенности распределения белков плазмы между
специализированными компартментами внутренней среды на примере карпа Cyprinus carpio (L.) // Журн. эвол. биох и физиол. Т.43. №6. С.501-504.
Андреева А.М., Рябцева И.П., Большаков В.В., 2008. Анализ проницаемости капилляров разных отделов микроциркуляторной системы для белков плазмы у некоторых представителей костистых рыб // Журн. эвол. биох и физиол. Т.44. №2. С.212-214.
Шмидт-Ниельсен К., 1982. Физиология животных. Приспособление и среда. М.: Мир, 1982.
Шульц Г., Ширмер Р., 1982. Принципы структурной организации белков. М.: Мир. 354 с.
Itzhaki R.F., Gill D.M., 1964. A micro- biuret method for estimating protein // Anal.Biochem. Vol.9. P.401-410.
Landis E.M., Pappenheimer J.R., 1963. Exchange of substances through the capillary walls // Handbook of Physiology. Circulation. Washington D.C.: Am.Physiol.Soc. Sect.2. Vol.II. P. 961-1034.
Olson K.R., Kinney D.W., Dombkowski R.A., Duff D.W., 2003. Transvascular and intravascular fluid transport in the rainbow trout: revisiting Starling,s forces, the secondary circulation and interstitial compliance //
J.Exp.Biol. Vol.206. P.457-467.
Phillips K., 2003. Trout with tone // J.Exp.Biol. Vol. 206. P. 424-426.
PECULIARITY OF TRANSCAPILLARY EXCHANGE OF PLASMA PROTEINS FROM FRESHWATER BONY FISHES R.A. Fedorov, A.M. Andreeva
Papanin Institute for Biology of Internal Waters, Russian Academy of Sciences, Borok, Yaroslavl reg., Russia, email: aam@ibiw.yaroslavl.ru
The study of the special features of the transcapillary exchange of the plasma proteins in the representatives of freshwater bony fishes showed that all tissue fluids of fishes are the filtrates of plasma, on protein concentration being inferior, and by the fractional composition of proteins practically coinciding with it. In all fishes is supported the concentration gradient of the protein between the plasma of the blood and the tissue fluid, and also the different relationship of high- and low-molecular proteins in all extracellular liquids, that they make it possible to assume participation in the transcapillary exchange of the proteins of the plasma of the blood of the fishes of active mechanisms. The results of a study showed that the permeability of the walls of different type capillaries to the plasma proteins has dynamic nature, which ensures the adaptation of the metabolism of fishes to the changing conditions of external and internal medium.