Фізіологія стресу в риб: кортизол і стресова відповідь

Фізіологія стресу в риб: гормональний каскад, що вивільняє кортизол, первинна, вторинна й третинна відповіді, пригнічення імунітету кортизолом і роль вилову та перевезення.

Стрес як фізіологічний стан

В екстеншн-літературі зі здоров'я риб стрес описують як стан, за якого тварина не може підтримувати нормальний фізіологічний стан, бо на неї діє щось несприятливе. Стресори зазвичай поділяють на хімічні (погана якість води, забруднення, склад раціону, накопичення аміаку, нітриту чи нітрату), біологічні (скупченість, агресія й територіальність, патогени та паразити), фізичні (температура, світло, звук, розчинені гази) і процедурні (вилов, перевезення, лікувальні обробки). Загальні питання утримання розглянуто в посібнику про стрес у риб. Ця стаття присвячена гормонам і фізіології.

Гормональний каскад, що вивільняє кортизол

Кортизол — основний глюкокортикоїд, що виділяється під час стресу в більшості риб. Каскад починається в мозку. Гіпоталамус виділяє кортикотропін-рилізинг-гормон (CRH), який стимулює передню частку гіпофіза виділяти адренокортикотропний гормон (ACTH). ACTH діє на меланокортиновий рецептор 2 інтерреналової тканини — риб'ячого аналога кори надниркових залоз, і та синтезує й вивільняє кортизол. У тканинах-мішенях кортизол зв'язується з глюкокортикоїдними та мінералокортикоїдними рецепторами й змінює експресію генів. Він має й швидші негеномні ефекти. Разом із кортизолом нервова система виділяє катехоламіни — адреналін і норадреналін. Окрім ролі в стресі, кортизол у риб регулює обмін речовин та осморегуляцію.

Первинна, вторинна й третинна відповіді

Первинна відповідь — ендокринні зміни, переважно зростання катехоламінів і кортикостероїдів, як-от кортизолу.
Вторинна відповідь — метаболічні та фізіологічні зміни під дією цих гормонів. До них належать зростання глюкози й лактату в крові, зсуви водно-мінерального балансу, зміни серцево-судинної, дихальної та імунної функцій. Зростає вироблення білків теплового шоку, змінюється вироблення антитіл. Екстеншн-джерела описують мобілізацію енергії з глікогену печінки та жирів, прискорення серцебиття й дихання, підвищення тиску та викид резервних еритроцитів.
Третинна відповідь — ефекти на рівні цілого організму: сповільнення росту, зниження стійкості до хвороб, змінена поведінка та знижене розмноження.

Ці реакції допомагають рибі уникнути загрози або пережити її в короткостроковій перспективі, але ціною довгострокового підтримання організму, росту й розмноження. Екстеншн-джерела описують і класичну послідовність: тривога, резистентність, виснаження. На стадії резистентності риба може мати нормальний вигляд і поведінку, витрачаючи при цьому енергетичні резерви. Виснаження настає, якщо стресор надто сильний або діє надто довго.

Який вигляд мають значення кортизолу

Значення кортизолу сильно залежать від виду, способу відбору проб і лабораторного методу, тому універсальної норми немає. Систематичний огляд і метааналіз 2023 року щодо європейського лаврака (Dicentrarchus labrax) — виду з високим і дуже мінливим кортизолом — дає об'єднані рівні в плазмі 88,7 нг/мл у базовому стані (57 наборів даних) і 385,9 нг/мл після гострого стресу (34 набори). У цього виду кортизол починає зростати щонайменше через 6 хвилин після стресора й досягає піку приблизно через 60–120 хвилин, коли починається відновлення. Результати відрізнялися за типом аналізу — імуноферментний аналіз (ELISA) давав вищі значення, ніж радіоімунний, — і за способом анестезії чи умертвіння риби перед взяттям крові. Тому значення з різних досліджень не можна порівнювати напряму.

Плазма крові відображає гострий стан, а слиз, фекалії, луска і навіть навколишня вода використовуються як менш інвазивні проби. Луска накопичує кортизол із часом і відображає хронічний стрес, а не окрему подію. Кортизол у фекаліях відстає від стресора на час проходження їжі кишечником — від менш ніж 30 хвилин до понад 24 годин.

Як стрес послаблює захист від хвороб

Слиз: стрес змінює хімію слизового шару, що містить ферменти (лізоцими) й антитіла, а вилов механічно стирає слиз. Це послаблює хімічний бар'єр і ускладнює осморегуляцію: прісноводні риби вбирають зайву воду, морські її втрачають. Деякі риби під час стресу виділяють стільки слизу, що він забиває зябра та шкіру.
Шкіра й луска: травми від сачків, скупченості чи бійок відкривають патогенам вхідні ворота.
Запалення: кортизол має протизапальну дію та пригнічує неспецифічну імунну відповідь.
Специфічний імунітет: гормони стресу, імовірно, заважають формуванню рецепторів, специфічних до патогену, тож антитіл виробляється менше. Тривалий стрес сильно знижує ефективність імунітету.
Температура: швидке охолодження сповільнює імунні процеси, а холодовий стрес може зупинити роботу клітин-кілерів. Поблизу верхньої температурної межі риби імунітет порушується, а патогени продовжують рости.

Дуже молоді та нерестові риби особливо легко заражаються після вилову: у молоді імунна система ще розвивається, а деякі статеві гормони її пригнічують.

Стрес під час вилову та перевезення

Вилов сачком, маніпуляції та перевезення — короткочасні, але сильні стресори. Рекомендації щодо найкращих практик аквакультури, покликані зменшити їхній вплив, містять такі пункти.

Використовувати сачки з в'язаної, а не вузлової сітки, щоб менше травмувати рибу й збивати луску, і знижувати рівень води, щоб не ганятися за рибою довго.
Якомога рідше виймати рибу з води та працювати швидко й дбайливо.
Підтримувати стабільну температуру під час перевезення або змінювати її дуже повільно під час адаптації.
Забезпечувати достатньо кисню в транспортних і передержувальних ємностях та аерувати одразу після вилову.
Для прісноводних риб ті самі рекомендації згадують додавання 1,0–3,0 ppt солі до транспортної води, щоб обмежити спричинений стресом осмотичний дисбаланс. Морським видам може допомогти трохи знижена солоність транспортної води. Для тривалих процедур радять схвалений анестетик із застереженням, що для харчової риби може знадобитися період очікування.