Физиология стресса у рыб: кортизол и стрессовый ответ

Физиология стресса у рыб: гормональный каскад, выбрасывающий кортизол, первичный, вторичный и третичный ответы, подавление иммунитета кортизолом и роль отлова и перевозки.

Стресс как физиологическое состояние

В экстеншн-литературе по здоровью рыб стресс описывают как состояние, при котором животное не может поддерживать нормальное физиологическое состояние, потому что на него действует что-то неблагоприятное. Стрессоры обычно делят на химические (плохое качество воды, загрязнение, состав рациона, накопление аммиака, нитрита или нитрата), биологические (скученность, агрессия и территориальность, патогены и паразиты), физические (температура, свет, звук, растворённые газы) и процедурные (отлов, перевозка, лечебные обработки). Общие вопросы содержания разобраны в руководстве о стрессе у рыб. Эта статья посвящена гормонам и физиологии.

Гормональный каскад, выбрасывающий кортизол

Кортизол — основной глюкокортикоид, выделяемый при стрессе у большинства рыб. Каскад начинается в мозге. Гипоталамус выделяет кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH), который стимулирует переднюю долю гипофиза выделять адренокортикотропный гормон (ACTH). ACTH действует на меланокортиновый рецептор 2 интерреналовой ткани — рыбьего аналога коры надпочечников, и та синтезирует и выбрасывает кортизол. В тканях-мишенях кортизол связывается с глюкокортикоидными и минералокортикоидными рецепторами и меняет экспрессию генов. У него есть и более быстрые негеномные эффекты. Вместе с кортизолом нервная система выделяет катехоламины — адреналин и норадреналин. Помимо роли в стрессе, кортизол у рыб регулирует обмен веществ и осморегуляцию.

Первичный, вторичный и третичный ответы

Первичный ответ — эндокринные изменения, главным образом рост катехоламинов и кортикостероидов, таких как кортизол.
Вторичный ответ — метаболические и физиологические изменения под действием этих гормонов. К ним относятся рост глюкозы и лактата в крови, сдвиги водно-минерального баланса, изменения сердечно-сосудистой, дыхательной и иммунной функций. Растёт выработка белков теплового шока, меняется выработка антител. Экстеншн-источники описывают мобилизацию энергии из гликогена печени и жиров, учащение сердцебиения и дыхания, рост давления и выброс резервных эритроцитов.
Третичный ответ — эффекты на уровне целого организма: замедление роста, снижение устойчивости к болезням, изменённое поведение и снижение размножения.

Эти реакции помогают рыбе избежать угрозы или пережить её в краткосрочной перспективе, но за счёт долгосрочного поддержания организма, роста и размножения. Экстеншн-источники описывают и классическую последовательность: тревога, резистентность, истощение. На стадии резистентности рыба может выглядеть и вести себя нормально, расходуя при этом энергетические резервы. Истощение наступает, если стрессор слишком силён или действует слишком долго.

Как выглядят значения кортизола

Значения кортизола сильно зависят от вида, способа отбора проб и лабораторного метода, поэтому универсальной нормы нет. Систематический обзор и метаанализ 2023 года по европейскому лавраку (Dicentrarchus labrax) — виду с высоким и очень изменчивым кортизолом — даёт объединённые уровни в плазме 88,7 нг/мл в базовом состоянии (57 наборов данных) и 385,9 нг/мл после острого стресса (34 набора). У этого вида кортизол начинает расти не ранее чем через 6 минут после стрессора и достигает пика примерно через 60–120 минут, когда начинается восстановление. Результаты различались по типу анализа — иммуноферментный анализ (ELISA) давал более высокие значения, чем радиоиммунный, — и по способу анестезии или умерщвления рыбы перед взятием крови. Поэтому значения из разных исследований нельзя сравнивать напрямую.

Плазма крови отражает острое состояние, а слизь, фекалии, чешуя и даже окружающая вода используются как менее инвазивные пробы. Чешуя накапливает кортизол со временем и отражает хронический стресс, а не отдельное событие. Кортизол в фекалиях отстаёт от стрессора на время прохождения пищи по кишечнику — от менее 30 минут до более 24 часов.

Как стресс ослабляет защиту от болезней

Слизь: стресс меняет химию слизистого слоя, содержащего ферменты (лизоцимы) и антитела, а отлов механически стирает слизь. Это ослабляет химический барьер и затрудняет осморегуляцию: пресноводные рыбы впитывают лишнюю воду, морские её теряют. Некоторые рыбы при стрессе выделяют столько слизи, что она забивает жабры и кожу.
Кожа и чешуя: травмы от сачков, скученности или драк открывают патогенам входные ворота.
Воспаление: кортизол обладает противовоспалительным действием и подавляет неспецифический иммунный ответ.
Специфический иммунитет: гормоны стресса, по-видимому, мешают формированию рецепторов, специфичных к патогену, поэтому антител вырабатывается меньше. Длительный стресс сильно снижает эффективность иммунитета.
Температура: быстрое охлаждение замедляет иммунные процессы, а холодовой стресс может остановить работу клеток-киллеров. Вблизи верхнего температурного предела рыбы иммунитет нарушается, а патогены продолжают расти.

Очень молодые и нерестящиеся рыбы особенно легко заражаются после отлова: у молоди иммунная система ещё развивается, а некоторые половые гормоны её подавляют.

Стресс при отлове и перевозке

Отлов сачком, манипуляции и перевозка — кратковременные, но сильные стрессоры. Рекомендации по лучшим практикам аквакультуры, призванные уменьшить их влияние, включают следующие пункты.

Использовать сачки из вязаной, а не узловой сетки, чтобы меньше травмировать рыбу и сбивать чешую, и понижать уровень воды, чтобы не гоняться за рыбой долго.
Как можно реже вынимать рыбу из воды и работать быстро и бережно.
Поддерживать стабильную температуру при перевозке или менять её очень медленно при адаптации.
Обеспечивать достаточный кислород в транспортных и передерживающих ёмкостях и аэрировать сразу после отлова.
Для пресноводных рыб те же рекомендации упоминают добавление 1,0–3,0 ppt соли в транспортную воду, чтобы ограничить вызванный стрессом осмотический дисбаланс. Морским видам может помочь немного пониженная солёность транспортной воды. Для длительных процедур советуется одобренный анестетик с оговоркой, что для пищевой рыбы может потребоваться период ожидания.