Efeitos do estresse térmico no metabolismo de carboidratos, de proteínas e no sistema de defesa antioxidante de Astyanax lacustris (Characiforme, Characidae)

Abstract

Resumo: As variações térmicas do ambiente aquático afetam os animais ectotérmicos, sobretudo os peixes, os quais são evolutivamente adaptados para ajustar seu metabolismo e manter a homeostase diante das variações na temperatura da água. No entanto, situações de estresse térmico muito intensas ou duradouras podem comprometer a estabilidade metabólica, fisiológica e também a sobrevivência dos peixes. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar os efeitos do estresse térmico de baixa e alta temperatura no metabolismo de carboidratos e proteínas e na defesa antioxidante de Astyanax lacustris, uma espécie de peixe de água doce comum na região subtropical do Brasil, conhecida popularmente como lambari do rabo amarelo. Para isso, os exemplares de A. lacustris foram expostos a choque térmico de baixa temperatura (15 °C) e alta temperatura (31 °C), com controles a 23 °C e foram avaliados biomarcadores metabólicos de fígado, exposto ao choque térmico durante 2, 6, 12, 24, 48, 72 e 96 horas; e de brânquias, expostas durante 2, 6, 12, 24, 48 e 96 horas. Os biomarcadores foram avaliados por métodos espectrofotométricos. No fígado sob estresse térmico de baixa temperatura, houve aumento na demanda energética durante as primeiras 48 h, necessário para o ajuste metabólico à baixa temperatura, com aumento na glicólise, no ciclo do ácido cítrico e no catabolismo de aminoácidos. Adicionalmente, em 31°C houve exportação de glicose nas primeiras 12 h de exposição e aumento no ciclo do ácido cítrico. O acetil-CoA, substrato da via, possivelmente foi originado da oxidação de lipídeos. As defesas antioxidantes não foram alteradas no fígado em 15 °C, ao contrário de 31 °C, em que houve alteração em vários marcadores da defesa antioxidante, indicando uma resposta à produção de espécies reativas de oxigênio (EROs). Porém, o estresse oxidativo foi verificado em ambas as temperaturas de exposição, com ocorrência de danos oxidativos, detectados pela peroxidação lipídica a 15 °C e carbonilação de proteínas a 31 °C. Em brânquias, a baixa temperatura não provocou alterações na demanda energética e houve redução das defesas antioxidantes, com exceção de um aumento da glutationa peroxidase em 96 h. Por conta disso, o órgão esteve vulnerável à ação das EROs, ocorrendo aumento de carbonilação de proteínas em 12 h. Em alta temperatura, a resposta metabólica nas brânquias foi mais intensa, com aumento da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, além da diminuição da via das pentoses fosfato. Ocorreu também elevação das defesas antioxidantes, verificado pela maior atividade da glutationa peroxidase, glutationa redutase e glutationa S-transferase. Mas, o sistema de defesa antioxidante não foi capaz de proteger os tecidos da ação das EROs, pois ocorreu aumento de carbonilação de proteínas em 6 e 24 h, indicando estresse oxidativo pelo desequilíbrio entre a produção de EROs e sua capacidade de neutralização. Os resultados demostraram que as variações de temperatura provocam ajustes metabólicos em A. lacustris e, que as respostas adaptativas foram diferentes para temperaturas de inverno e verão e nos órgãos avaliados. No entanto, mesmo com a ocorrência de estresse oxidativo em lipídeos e proteínas no fígado; e em proteínas nas brânquias, A. lacustris conseguiu estabelecer a homeostase diante do estresse térmico, demonstrando que está adaptada às variações térmicas do ambiente.

Abstract: The thermal variations of the aquatic environment affect ectothermic animals, especially fish, which are evolutionarily adapted to adjust their metabolism and maintain homeostasis in the face of variations in water temperature. However, very intense or long-lasting heat stress situations can compromise the metabolic and physiological stability and also the survival of fish. This research aimed to evaluate the effects of low and high temperature heat stress on carbohydrate and protein metabolism and on the antioxidant defense of Astyanax lacustris, a species of freshwater fish common in the subtropical region of Brazil, popularly known as yellow tail lambari. For this, specimens of A. lacustris were exposed to low temperature (15 ° C) and high temperature (31 °C) heat shock, with controls at 23 °C, and metabolic biomarkers of liver exposed to heat shock during 2, 6, 12, 24, 48, 72 and 96 hours; and gills, exposed for 2, 6, 12, 24, 48 and 96 hours. Biomarkers were evaluated by spectrophotometric methods. In the liver under low temperature heat stress, there was an increase in energy demand during the first 48 h, necessary for the metabolic adjustment at low temperature, with an increase in glycolysis, citric acid cycle and amino acid catabolism. Additionally, at 31 °C there was an export of glucose in the first 12 h of exposure and an increase in the citric acid cycle. Acetyl-CoA, the substrate of the pathway, possibly originated from the oxidation of lipids. Antioxidant defenses were not altered in the liver at 15 °C, as opposed to 31 °C, where there were changes in several markers of antioxidant defense, indicating a response to the production of reactive oxygen species (ROS). However, oxidative stress was verified at both exposure temperatures, with the occurrence of oxidative damage, detected by lipid peroxidation at 15 °C and protein carbonylation at 31 °C. In gills, the low temperature did not cause changes in energy demand. There was a reduction in antioxidant defenses, with the exception of an increase in glutathione peroxidase at 96 h. Because of this, the organ was vulnerable to the action of ROS, with an increase in protein carbonylation occurring within 12 h. At high temperature, the metabolic response in the gills was more intense, with an increase in glycolysis and the citric acid cycle, in addition to a decrease in the pentose phosphate pathway. There was also an increase in antioxidant defenses, verified by the higher activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glutathione S-transferase. However, the antioxidant defense system was not able to protect the tissues from the action of ROS, as there was an increase in protein carbonylation at 6 and 24 h, indicating oxidative stress due to the imbalance between the production of ROS and its neutralization capacity. The results showed that temperature variations cause metabolic adjustments in A. lacustris and that the adaptive responses were different for winter and summer temperatures and in evaluated organs. However, even with the occurrence of oxidative stress on lipids and proteins in the liver; and in proteins in the gills, A. lacustris managed to establish homeostasis in the face of thermal stress, demonstrating that it is adapted to the thermal variations of the environment.