Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4529.pdf: 2076714 bytes, checksum: 1df4f04902a9028c198674f58c8cf42a (MD5) Previous issue date: 2012-08-31 / Universidade Federal de Minas Gerais / In fish the O2 chemoreceptors are mainly found in the gill arches and monitor the O2 tensions (PO2) of the inspired water (externally oriented) and/or the arterial blood (internally oriented). During hypoxia these receptors trigger cardiorespiratory adjustments in order to maintain an adequate O2 transfer to the tissues. The aim of the present study was to determine the O2 chemoreceptors distribution through the gill arches of Nile tilapia and the role of these receptors on the cardiorespiratory responses to hypoxia in this species. One buccal and two opercular canullae, and a pair of ECG electrodes were implanted in a group of intact fish (control group, n = 10; Wt = 258.4 ± 7.4 g). This procedure served to measure the following cardiorespiratory variables: respiratory frequency - fR, ventilatory tidal volume - VT, gill ventilation - VG , O2 extraction from the ventilatory current EO2, oxygen uptake - VO2 , and heart rate fH. After an overnight recovery period from surgery fish were subjected to the following O2 tensions during 40 min each: 140 (normoxia), 100, 70, 50, 30 e 20 mmHg. To verify the O2 receptors distribution in the gills, the first pair of gill arches was surgically extirpated (operated group, n = 10; Wt = 232.5 ± 8.8 g). After a recovery period of 4 days, operated fish were subjected to the same procedures described above for the intact ones. To examine the orientation of these receptors, other intact (n = 10; Wt = 259.6 ± 6.2 g) and operated (n = 10; Wt = 248.7 ± 6.5 g) groups had a PE catheter implanted into the buccal cavity, another catheter implanted inside the caudal vein and fitted with ECG electrodes to measure the following variables: ventilatory amplitude (Vamp), fR, and fH. Two internal injections (administered through the cannula into the caudal vein): a) 0.5 mL intravenous saline (0.9%), b) 0.5 mL intravenous NaCN (750 μg.mL-1 of NaCN in saline) and two external injections (injected by oral cannula): c) 1 mL H2O, d) 1 mL NaCN (750 μg.mL-1 of NaCN in water) were administered in both groups. The VO2 of operated fish was significantly lower only in severe hypoxia. Both bradycardia, and respiratory parameters were not abolished by ablation of the first pair of gill arches. EO2 of operated group remained about 18% lower than that of control group. The responses to internal and external NaCN included decreases in fH and increases in fR and Vamp. The cardiorespiratory parameters were attenuated in the operated group, indicating the presence of chemoreceptors, but not limited to the first gill arch. In Nile tilapia the O2 chemoreceptors are distributed beyond the first gill arch, probably through the four gill arches. Furthermore, these receptors are internally and externally oriented, possibly along all gill arches, triggering the cardiorespiratory adjustments necessary to face the hypoxic conditions at which the species is frequently subjected in its natural environmental conditions. / Em peixes, os quimiorreceptores de O2 são encontrados principalmente nas brânquias e são responsáveis pelo monitoramento das tensões de O2 (PO2) da água inspirada e/ou do sangue arterial. Frente à hipóxia esses receptores acionam ajustes cardiorrespiratórios para manter a transferência do O2 até os tecidos onde este gás é utilizado nos processos aeróbicos. O presente projeto teve por objetivo determinar a distribuição e orientação dos quimiorreceptores de O2 pelos arcos branquiais de tilápia-do-Nilo e o papel desses receptores nos ajustes cardiorrespiratórios desta espécie em resposta à hipóxia. Em um grupo de peixes intactos (grupo controle, n = 10; Wt = 258,4 ± 7,4 g) foram implantados uma cânula bucal, duas operculares e eletrodos de ECG para a medição das seguintes variáveis: frequência respiratória - fR, volume ventilatório - VT, ventilação branquial - V G , extração de O2 da corrente ventilatória - EO2, consumo de O2 - VO2 e frequência cardíaca - fH, nas tensões de O2 de 140, 100, 70, 50, 30 e 20 mmHg, sendo os peixes mantidos por 40 min em cada tensão. Para se verificar se os receptores se distribuem em todos os arcos branquiais foi realizada a extirpação bilateral do primeiro par de arcos (grupo operado, n = 10; Wt = 232,5 ± 8,8 g) e após 4 dias de recuperação foram realizados os mesmos procedimentos descritos para o grupo controle. Para a determinação da orientação dos quimiorreceptores, um outro grupo de peixes intactos (n = 10; Wt = 259,6 ± 6,2 g) e operados (n = 10; Wt = 248,7 ± 6,5 g) foram submetidos à implantação de uma cânula bucal, uma cânula inserida na veia caudal e eletrodos de ECG para a medição das seguintes variáveis: amplitude ventilatória - Vamp, fR, e fH. Esses animais foram submetidos a 2 injeções internas (administradas por meio da cânula na veia caudal): a) 0,5 mL intravenoso de salina (0,9%); b) 0,5mL intravenoso de NaCN (750 μg.mL-1 de NaCN em salina) e 2 injeções externas (injetadas por meio da cânula bucal): c) 1 mL H2O d) 1 mL NaCN (750 μg.mL-1 de NaCN em água). A VO2 dos peixes operados foi significativamente menor somente em hipóxia mais severa. Tanto a bradicardia, quanto os parâmetros respiratórios não foram abolidos com a remoção do primeiro par de arcos branquiais. A EO2 do grupo operado foi 18% menor do que a do grupo controle. As respostas internas e externas ao NaCN incluíram diminuição da fH, e aumento da fR e Vamp. Os parâmetros foram atenuados no grupo operado demonstrando a existência de quimiorreceptores, mas não exclusivamente no primeiro arco branquial. Em tilápia-do-Nilo, os quimiorreceptores de O2 não estão restritos ao primeiro par de arcos branquiais e monitoram tanto a PO2 do sangue arterial quanto da água inspirada. Os receptores são, provavelmente, distribuídos por todos os demais arcos, o que confere a esta espécie uma grande capacidade de ajustar as variáveis cardiorrespiratórias frente à hipóxia gradual que frequentemente ocorre nos ambientes em que vive em condições naturais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6335.pdf: 3771187 bytes, checksum: 3b53ad55024114e65e566f79ed09086b (MD5) Previous issue date: 2014-06-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The African sharptooth catfish Clarias gariepinus is a facultative air-breather with the ABO present in the 2nd and 3rd gill arches. Like other bimodal respirators, the African catfish presents cardiorespiratory adjustments to survive low PwO2. These regulations are modulated by gill O2 chemoreceptors monitoring the PwO2 and/or the PaO2. The present study analyzed the distribution, location and orientation of the branchial O2 chemoreceptors of C. gariepinus, and the role of these receptors on the cardiorespiratory function and the modulation of the heart autonomic control. C. gariepinus were divided into two experimental groups (Control GC, intact fish, and Experimental GD, with the 1st gill arches excised) and their cardiorespiratory variables were analyzed during graded hypoxia with and without access to the atmospheric air, internal and external NaCN injections and autonomic nervous system antagonists. During hypoxia without access to air, both GC and GD showed increases in the respiratory variables (fR, VT and 𝑉 𝐺 ). However, the GD displayed higher values, since normóxia until severe hypoxia, to compensate the decrease in the EO2 resulting from the ablation of the 1st gill arches. Furthermore, the decrease in EO2 was responsible for the decrease in 𝑉 O2 and, consequently, for the increase of the PcO2 from 61 mmHg (GC) to 79 mmHg (GD). The GD featured bradycardia similar to GC, however, their values were higher in all PwO2. In hypoxia with access to air, both groups showed decrease in the fR and VAMP in the mores hypoxic tensions. This was attributed to the increases in the fRA in GC which compensate the O2 uptake. However, the GC increases in fRA were attenuated by the excision of the 1st gill arches. Moreover, both groups developed bradycardia pre-RA (typical of aquatic respirator) and tachycardia post-RA (typical of aerial respirator). Internal and external NaCN injections caused bradycardia in both groups, while the internal injections increased the ventilator variables only in GC. Thus, it is concluded that C. gariepinus possess branchial O2 chemoreceptors modulating the fH distributed by all gill arches, monitoring both PwO2 and PaO2. Conversely, fR and VAMP are modulated by receptors located in the 1st gill arches monitoring exclusively the PaO2. Furthermore, NaCN internal injections elevated more the fRA in GC than the external ones, but with low effect on the fRA of GD. Thus, the fRA is primarily modulated by O2 chemoreceptors located in the 1st gill arches monitoring, predominantly, the PaO2. Injections blocking the autonomic system to the heart showed that the modulation of pre-AR bradycardia and post-AR tachycardia occurs due to variations in the vagal cholinergic tonus, which is elevated during bradycardia and reduced during tachycardia. The adrenergic tonus, in spite of the decrease in the post-AR, is lower than the cholinergic, suggests a "reflex adrenergic" arising from the peripheral vasoconstriction, important to optimize the perfusion of the ABOs. / O bagre-africano é um teleósteo de respiração bimodal com ABOs presentes nos 2os e 4os arcos branquiais. Como outros respiradores bimodais, o bagre-africano realiza ajustes cardiorrespiratórios para sobreviver em baixas PwO2. Estes são modulados por quimiorreceptores de O2 branquiais que monitoram a PwO2 e/ou PaO2. O presente estudo analisou a distribuição, localização e orientação dos quimiorreceptores de O2 branquiais de Clarias gariepinus, seu controle sobre a função cardiorrespiratória e a modulação do controle autonômico do coração. Para isto, C. gariepinus foi dividido em dois grupos (controle GC; experimental GD, com ablação do 1o par de arcos branquiais) e seus parâmetros cardiorrespiratórios foram analisados durante hipóxia sem e com acesso ao ar atmosférico, injeções internas e externas de NaCN e injeções antagonistas do sistema autonômico. Durante hipóxia sem acesso ao ar os GC e GD elevaram os parâmetros respiratórios (fR, VT e 𝑉 𝐺 ). Porém, o GD apresentou-os superestimados desde normóxia, a fim de compensar a queda na extração de O2 (EO2) resultante da ablação dos 1os arcos branquiais. Além disso, o decréscimo da EO2 foi responsável pela diminuição da 𝑉 O2 , e, consequentemente, pelo aumento da PcO2 de 61 mmHg para 79 mmHg, nos GC e GD, respectivamente. Ainda, o GD apresentou bradicardia semelhante ao GC, porém seus valores foram superestimados em todas as PwO2. Em hipóxia com acesso ao ar ambos os grupos demonstraram diminuição da fR e da VAMP nas últimas PO2 devido principalmente a aumentos da fRA no GC que compensaram a absorção de O2. Todavia, no GD o aumento da fRA foi atenuado pela ablação dos 1os arcos branquiais. Além disso, ambos os grupos apresentaram bradicardia pré-RA (típica de respirador aquático) e taquicardia pós-RA (típica de respirador aéreo). Injeções externas e internas de NaCN causaram bradicardia nos GC e GD, enquanto as injeções internas aumentaram os parâmetros ventilatórios apenas no GC. Desta forma, conclui-se que C. gariepinus apresenta quimiorreceptores de O2 branquiais, que modulam a fH, distribuídos por todos arcos branquiais e que monitoram tanto a PwO2 quanto a PaO2. Ao contrário, a modulação da fR e VAMP ocorre apenas por quimiorreceptores de O2 do 1o par de arcos branquiais e que monitoram apenas a PaO2. Ainda, injeções internas de NaCN elevaram mais a fRA no GC que as externas, porém tiveram pouco efeito sobre a fRA do GD. Assim, a fRA é modulada principalmente por quimiorreceptores de O2 dos 1os arcos branquiais que, predominantemente, monitoram a PaO2. Injeções bloqueadoras do sistema autonômico do coração de C. gariepinus demonstraram que a modulação tanto da bradicardia pré-RA quanto da taquicardia pós-RA ocorre pela variação do tônus vagal colinérgico, sendo este tônus elevado na bradicardia, porém reduzido na taquicardia. O tônus adrenérgico, apesar de diminuir pós-RA, esta queda é menor que a do tônus colinérgico, o que sugere um reflexo adrenérgico advindo da vasoconstrição periférica importante para os respiradores bimodais perfundirem melhor seus ABOs.