Biochemical and hematological responses of the banded knife fish Gymnotus carapo (Linnaeus, 1758) exposed to environmental hypoxia

ABSTRACT

Oxygen of tropical freshwater environments fluctuates drastically. Eutrophic lakes and ponds of warm waters frequently reach very low oxygen concentrations. This is the most common habitat of the banded knife fish "tuvira" Gymnotus carapo. This electric fish is reported to present bimodal breathing to cope with low environmental oxygen. Biochemical responses can be also observed in fishes facing hypoxia but none were studied in tuvira. In the present study, haematological and metabolic changes were investigated in two groups of fish exposed to hypoxia for 1 and 3 hours. Haematocrit, red blood cells and haemoglobin concentration indicated erythrocyte release from hematopoietic organs and swelling of red blood cells. Glycogen, glucose, lactate, pyruvate, and amino acids were quantified in liver, kidney and white muscle. The metabolic profile of G. carapo to cope with hypoxia suggested liver gluconeogenesis probably supported by proteolysis. The kidney and liver presented the same biochemical trend suggesting similar metabolic role for both organs. Glucogenolysis followed by glucose fermentation and protein mobilisation was observed in the white muscle. The air breathing behaviour of tuvira works in parallel with metabolism to prevent damages from hypoxia. Metabolic adjustments are observed when the air taking is avoided.

RESUMO

O oxigênio de água doce dos ambientes tropicais flutua drasticamente. Lagos e lagoas eutróficos de ambientes temperados freqüentemente atingem baixas concentrações de oxigênio. Este é o habitat mais comum da tuvira Gymnotus carapo. Neste peixe elétrico é descrita a respiração bimodal para enfrentar baixos níveis de oxigênio. Em peixes, as respostas bioquímicas também podem ser observadas, mas nenhuma foi estudada em tuvira. Neste estudo foram investigadas as alterações hematológicas e metabólicas em dois grupos de peixes expostos à hipóxia por 1 e 3 horas. O hematócrito, os eritrócitos e a concentração de hemoglobina indicaram liberação de hemácias por órgãos hematopoiéticos e intumescimento celular. Glicogênio, glicose, lactato, piruvato e aminoácidos foram quantificados no fígado, no rim e em músculo branco. O perfil metabólico de G. carapo para enfrentar a hipóxia sugeriu neoglicogênese hepática por proteólise. O rim e o fígado apresentaram a mesma tendência metabólica, sugerindo o mesmo papel metabólico de ambos os órgãos em hipóxia. Foi observada neoglicogênese em músculo branco, seguida da fermentação de glicose e da mobilização protéica. O comportamento de respiração área em tuvira funciona paralelamente ao metabolismo adaptativo para prevenir os danos da hipóxia. Os ajustes metabólicos foram observados a partir do momento em que a tomada de ar foi bloqueada.