Osmoregulation trong cá: Ý nghĩa, vấn đề và kiểm soát (với sơ đồ)
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về: - 1. Ý nghĩa của Osmoregulation 2. Các vấn đề của Osmoregulation 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi bắt buộc 4. Osmoregulators và Osmoconfirmers 5. Osmoregulation ở cá nước ngọt 6. Osmoregulation trong cá nước biển 7. Kiểm soát.
Nội dung:
- Ý nghĩa của Osmoregulation
- Các vấn đề của Osmoregulation
- Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi bắt buộc
- Osmoregulators và Osmoconfirmers
- Osmoregulation trong cá nước ngọt
- Osmoregulation trong cá nước biển
- Kiểm soát Osmoregulation
1. Ý nghĩa của Osmoregulation:
Osmoregulation ở cá teleost, cho dù chúng sống ở nước ngọt hay biển, hoạt động sinh lý của nó liên quan rất chặt chẽ đến sự sống sót của chúng, mặc dù tầm quan trọng của osmoregulation rất ít được biết về cách cá đối phó với các vấn đề sinh lý vốn có khi sống trong hypo- môi trường thẩm thấu và hyperosmotic.
Khả năng của một số loài cá (ví dụ, .salmon) để điều hòa trong cả hai môi trường trong quá trình di chuyển rất đáng quan tâm. Đánh giá cổ điển về sự thẩm thấu ở động vật thủy sinh đã được thực hiện bởi Krogh (1939) và Pyefinch (1955).
Ở cá, thận đóng vai trò quan trọng trong quá trình thẩm thấu, nhưng phần lớn các chức năng thẩm thấu được thực hiện bởi các cơ quan khác như mang, tích hợp và thậm chí cả ruột. Osmoregulation có thể được định nghĩa là khả năng duy trì môi trường bên trong phù hợp khi đối mặt với căng thẳng thẩm thấu.
Kết quả là luôn có sự khác biệt giữa nồng độ ion nội bào và ngoại bào tối ưu. Trong cơ thể cá, số lượng các cơ chế diễn ra để giải quyết các vấn đề thẩm thấu và điều chỉnh sự khác biệt.
Trong đó phổ biến nhất là:
(i) Giữa khoang nội bào và ngoại bào
(ii) Giữa khoang ngoại bào và môi trường bên ngoài. Cả hai đều được gọi chung là "cơ chế thẩm thấu", một thuật ngữ được đặt ra bởi Rudolf Hober.
2. Các vấn đề của Osmoregulation:
Nói chung, cá sống trong trạng thái ổn định thẩm thấu mặc dù có sự thay đổi thường xuyên trong cân bằng thẩm thấu. Nghĩa là, trung bình, đầu vào và đầu ra bằng nhau trong một khoảng thời gian dài lên tới 0 (Hình 10.1).
Sự trao đổi thẩm thấu diễn ra giữa cá và môi trường của nó có thể có hai loại:
(i) Trao đổi bắt buộc:
Nó thường xảy ra để đáp ứng với các yếu tố vật lý mà động vật có ít hoặc không kiểm soát sinh lý và
(ii) Trao đổi quy định:
Đây là những trao đổi được kiểm soát tốt về mặt sinh lý và giúp duy trì cân bằng nội môi.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi bắt buộc:
tôi. Độ dốc giữa khoang ngoại bào và môi trường:
Sự khác biệt ion giữa chất lỏng cơ thể và môi trường bên ngoài càng lớn, xu hướng khuếch tán ròng đến nồng độ thấp càng lớn. Do đó, một con cá xương trong nước biển bị ảnh hưởng bởi vấn đề mất nước vào nước biển hypertonic.
ii. Tỷ lệ bề mặt / khối lượng:
Nói chung, động vật có kích thước cơ thể nhỏ hút ẩm (hoặc hydrat) nhanh hơn một động vật lớn hơn có cùng hình dạng.
iii. Tính thấm của mang:
Mang cá nhất thiết phải thấm vào nước và hòa tan vì chúng là nơi trao đổi oxy và carbon dioxide chính giữa máu và nước. Vận chuyển tích cực muối cũng diễn ra trong mang. Các loài cá Euryhaline (có khả năng chịu được phạm vi thẩm thấu rộng) thích nghi tốt với nước mặn bằng cách giảm tính thấm đối với nước.
iv. Cho ăn:
Cá lấy nước và hòa tan cùng với việc cho ăn. Một mang mang lượng muối cao hơn nước tại thời điểm ăn động vật không xương sống ở bờ biển, những loài cá này, do đó, phải có một số thiết bị đặc biệt để bài tiết lượng muối dư thừa. Tuy nhiên, một con cá nước ngọt ăn một lượng nước lớn hơn muối và do đó cần các phương tiện bảo tồn muối đặc biệt.
4. Osmoregulators và Osmoconfirmers:
Osmoregulators là những động vật có thể duy trì tính thẩm thấu bên trong khác với môi trường mà chúng sống. Các loài cá, ngoại trừ loài hagfish di cư giữa nước ngọt và nước mặn, căng thẳng thẩm thấu thay đổi do thay đổi môi trường được khắc phục với sự trợ giúp của cơ chế nội tiết (Bảng 1).
Osmoconfirmers là những động vật không thể kiểm soát trạng thái thẩm thấu của chất lỏng cơ thể của chúng nhưng xác nhận tính thẩm thấu của môi trường xung quanh. Phần lớn các loài cá sống ở nước ngọt hoặc nước mặn (một số ít sống ở nước lợ).
Do các quá trình sinh lý khác nhau, chất thải trao đổi chất được loại bỏ khỏi cơ thể ở động vật có xương sống bằng ruột, da và thận. Nhưng ở cá và động vật thủy sinh, mang và màng miệng của chúng có thể thấm cả nước và muối trong môi trường biển, muối có nhiều nước hơn trong muối chống lại chất lỏng trong cơ thể, do đó nước chảy ra do quá trình 'thẩm thấu'.
'Thẩm thấu' có thể được định nghĩa là Rò nếu hai dung dịch có nồng độ khác nhau được phân tách bằng màng bán định, dung môi từ phần ít cô đặc sẽ di chuyển qua màng vào dung dịch đậm đặc hơn. Nước.
Muối sẽ đi vào cơ thể do nồng độ gradient và do đó muối sẽ ở bên trong cơ thể nhiều hơn. Mặt khác, ở các loài cá nước ngọt, muối sẽ ra ngoài môi trường vì nồng độ muối sẽ nhiều hơn trong chất lỏng cơ thể. Nước sẽ di chuyển bên trong cơ thể do thẩm thấu qua màng thấm một phần.
Điều này có nghĩa là dung môi sẽ truyền vào dung dịch đậm đặc hơn, nhưng chất tan cũng sẽ đi theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, sẽ có sự khác biệt về tốc độ phụ thuộc vào tính thấm tương đối của hai loại phân tử thường dung môi truyền qua nhanh chóng.
5. Osmoregulation ở cá nước ngọt:
Chất lỏng cơ thể của cá nước ngọt nói chung là hyperosmotic với môi trường nước của chúng. Do đó, chúng được đặt ra với hai loại vấn đề thẩm thấu.
tôi. Do chất lỏng trong cơ thể hyperosmotic, chúng bị sưng do chuyển động của nước vào cơ thể do độ thẩm thấu.
ii. Vì môi trường xung quanh có nồng độ muối thấp, chúng phải đối mặt với sự biến mất của muối cơ thể do liên tục mất môi trường. Do đó, cá nước ngọt phải ngăn chặn mức tăng ròng của nước và mất muối ròng. Lượng nước uống vào được ngăn chặn bởi thận vì nó tạo ra nước tiểu loãng, nhiều chất lỏng (nghĩa là có hại do đó loãng) (Hình 10.2).
Các muối hữu ích được giữ lại phần lớn bằng cách tái hấp thu vào máu trong ống thận và nước tiểu loãng được bài tiết. Mặc dù một số muối cũng được loại bỏ cùng với nước tiểu tạo ra sự mất mát về mặt sinh học; các muối quan trọng như KCl, NaCl, CaCl 2 và MgCl 2 được thay thế ở các bộ phận khác nhau.
Các loài cá nước ngọt có khả năng chiết xuất Na + và CI vượt trội - thông qua mang của chúng từ nước xung quanh có ít hơn 1 m M / L NaCl, mặc dù nồng độ trong huyết tương của muối vượt quá 100 m M / L NaCl.
Do đó NaCl tích cực vận chuyển trong mang so với gradient nồng độ vượt quá 100 lần. Ở những loài cá này, sự mất muối và sự hấp thụ nước được giảm đi nhờ sự tích hợp đáng kể với độ thấm thấp hoặc không thấm nước đối với cả nước và muối cũng bằng cách không uống nước (Hình 10.3).
6. Osmoregulation trong cá nước biển:
Ở cá biển, nồng độ chất lỏng cơ thể và nước biển gần như tương tự nhau. Do đó, họ không cần nhiều năng lượng để duy trì tính thẩm thấu của chất lỏng cơ thể. Ví dụ kinh điển là hagfish, Myxine có huyết tương là chất thẩm thấu với môi trường. Hagfish duy trì nồng độ Ca ++, Mg ++ và SO 4 thấp hơn đáng kể và Na + và CI cao hơn so với nước biển.
Các loài cá nước biển khác như cá mập, cá đuối, giày trượt và coelacanth nguyên thủy, Latimaria, có huyết tương là chất thẩm thấu đối với nước biển. Chúng khác với loài hagfish có khả năng duy trì nồng độ chất điện phân rất thấp (tức là các ion vô cơ).
Chúng cũng có sự khác biệt với các osmolytes hữu cơ như urê và trim-ethylamine oxide. Thận của coelacanth và elasmobranchs bài tiết dư thừa các muối vô cơ như NaCl.
Ngoài ra tuyến trực tràng nằm ở cuối kênh tiêu hóa tham gia bài tiết NaCl. Các loài cá xương hiện đại (teleost biển) có chất lỏng cơ thể hạ huyết áp với nước biển, vì vậy chúng có xu hướng mất nước vào môi trường xung quanh đặc biệt là từ mang qua biểu mô. Thể tích nước bị mất được thay thế bằng nước uống (Hình 10.3).
Khoảng 70% 80% nước biển có chứa NaCl và KCl xâm nhập vào dòng máu bằng cách hấp thụ qua biểu mô ruột. Tuy nhiên, hầu hết các cation hóa trị hai như Ca ++, Mg ++ và SO4 còn sót lại trong ruột cuối cùng cũng được bài tiết ra ngoài.
Muối dư được hấp thụ cùng với nước biển cuối cùng được nhận từ máu với sự trợ giúp của mang bằng cách vận chuyển tích cực Na + Cl - đôi khi là K + và được loại bỏ vào nước biển. Tuy nhiên, các ion hóa trị hai được tiết vào thận (Hình 10, 4).
Do đó, nước tiểu đẳng trương với máu nhưng giàu các muối đó, đặc biệt là Mg ++, Ca ++ và SO 4 - không được tiết ra bởi mang. Hành động thẩm thấu kết hợp của mang và thận trong teleost biển dẫn đến việc giữ nước ròng là hypotonic cả nước và nước tiểu ăn vào.
Bằng cách sử dụng cơ chế tương tự, một số loài teleost như cá hồi ở tây bắc Thái Bình Dương duy trì độ thẩm thấu huyết tương không đổi ít nhiều mặc dù có thể di cư giữa môi trường nước biển và nước ngọt.
Theo Moyle và Cech. Jr. (1982) các loài cá có thể được chia thành bốn nhóm về chiến lược điều tiết nước bên trong và tổng nồng độ chất tan.
7. Kiểm soát Osmoregulation:
Nồng độ và pha loãng của nước tiểu được kiểm soát bởi hormone, ảnh hưởng đến tốc độ lọc thận bằng cách thay đổi huyết áp và do đó kiểm soát lượng nước tiểu. Hormone cũng ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán và hấp thu trên biểu mô mang. Các tuyến giáp và cơ quan siêu tiết tiết ra các hormon vỏ thượng thận kiểm soát quá trình thẩm thấu ở cá.
