Efeitos combinados da desidratação e do estresse térmico sobre o metabolismo energético e o estado redox em um anfíbio semiaquático

Abstract

Os efeitos do aquecimento global sobre o balanço hídrico e térmico dos anfíbios representam um dos principais determinantes atuais de deterioração do status de conservação das espécies. Devido a características fisiológicas do grupo, como a elevada permeabilidade cutânea e a ectotermia, a temperatura corporal e a perda de água por evaporação configuram processos biofísicos interdependentes e funcionalmente integrados. Assim, em cenário de mudanças climáticas e aumento de eventos extremos, como secas e temperaturas elevadas, a desidratação e o estresse térmico emergem como ameaças centrais e indissociáveis à homeostase e à persistência das espécies. Neste contexto, buscamos investigar as respostas metabólicas e oxidativas no plasma, fígado e coração do anuro semiaquático Leptodactylus luctator exposto à desidratação e estresse térmico. Para isso, quinze animais foram divididos nos grupos controle (grupo C) e desidratação (grupo D) mantidos à temperatura de aclimatação (22°C), e em desidratação combinada com estresse térmico à 40°C (grupo D + T). O limiar de 20% de perda de água corporal foi adotado para o encerramento do experimento em ambos os grupos experimentais D e D + T. Os principais parâmetros mensurados incluíram: (i) concentrações de metabólitos plasmáticos e teciduais (glicose, glicogênio, ureia, lactato e triglicerídeos); (ii) fluxos metabólicos, abrangendo taxas de oxidação de glicose e palmitato, e síntese de glicogênio; e (iii) marcadores do balanço redox, como espécies reativas de oxigênio (ROS), peroxidação lipídica (TBARS), grupos sulfidrila (-SH) e glutationa reduzida (GSH). No plasma, observamos aumentos substanciais nos níveis de glicose e ureia em ambos os grupos D e D+T, indicando a ativação de respostas hidrorregulatórias associadas à concentração dos fluidos corporais. Os níveis de hemoglobina e de oxidação aeróbica de glicose nos eritrócitos aumentaram substancialmente no grupo D, mas não no D+T, sugerindo hemoconcentração, possivelmente mediada por aumento relativo da massa eritrocitária. As reduções encontradas nas concentrações hepáticas de glicogênio e triglicerídeos nos animais expostos a ambos os tratamentos evidenciam o elevado custo energético da manutenção da homeostase metabólica durante o estresse hídrico e térmico. Adicionalmente, registramos maiores taxas de oxidação de glicose, mas não de palmitato, no fígado dos animais do grupo D+T, que implicam a priorização do metabolismo glicídico sob estresse térmico. Paralelamente, o balanço redox hepático foi caracterizado por aumentos substanciais em -SH e GSH, evidenciando o papel dos compostos tióis na defesa contra o estresse oxidativo desencadeado pela combinação da desidratação e estresse térmico. No tecido cardíaco dos grupos D e D+T, observamos reduções na glicogênese e na oxidação de palmitato, acompanhadas por aumentos acentuados nos níveis de ROS e TBARS. Essas alterações indicam um quadro de disfunção metabólica desencadeado pela intensificação do estresse oxidativo no coração de animais desidratados e superaquecidos. Em conjunto, os resultados demonstram a ativação de ajustes tecido-específicos em L. luctator, associados à regulação do balanço hídrico e energético. Além disso, evidenciam a elevada sensibilidade metabólica e oxidativa do tecido cardíaco à desidratação e às altas temperaturas, sugerindo que o coração pode figurar entre os primeiros órgãos a apresentar comprometimento funcional sob estresse hídrico e térmico e constituir um dos principais limitantes da tolerância dos anfíbios aos estressores.

The effects of global warming on the hydric and thermal balance of amphibians represent one of the major contemporary drivers of species conservation decline. Due to their highly permeable skin and ectothermic physiology, body temperature and evaporative water loss constitute interdependent and functionally integrated biophysical processes. Under current climate change scenarios, marked by increasing frequency and intensity of droughts and extreme heat events, dehydration and thermal stress emerge as central and inseparable threats to organismal homeostasis and species persistence. Here, we investigated metabolic and oxidative responses in the plasma, liver, and heart of the semi-aquatic anuran Leptodactylus luctator exposed to dehydration and thermal stress. Animals were assigned to three experimental groups: control (C) and dehydration (D), kept at acclimation temperature (22°C), and dehydration combined with thermal stress at 40 °C (D + T). A 20% body water loss threshold was established as the experimental endpoint for both D and D+T groups. Key parameters measured included plasma and tissue metabolites, glucose and palmitate oxidation, glycogen synthesis, reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation (TBARS), sulfhydryl groups (-SH), and reduced glutathione (GSH). In plasma, both D and D + T groups showed substantial increases in glucose and urea levels, indicating the activation of hydro-regulatory responses associated with body fluid concentration. Hemoglobin levels and aerobic glucose oxidation in erythrocytes increased markedly in the D group, but not in D + T, suggesting hemoconcentration possibly associated with a relative increase in erythrocyte mass. Reductions in hepatic glycogen and triglyceride concentrations in animals exposed to both dehydration alone and combined with heat stress highlight the high energetic cost of maintaining metabolic homeostasis during hydric and thermal stress. In addition, higher glucose oxidation rates, but not palmitate oxidation rates, were observed in the liver of D + T animals, suggesting prioritization of carbohydrate metabolism under thermal stress. Hepatic redox balance was also characterized by substantial increases in -SH and GSH levels, highlighting the role of thiol compounds in protection against oxidative stress induced by dehydration and thermal stress. In cardiac tissue, D and D + T animals showed reduced glycogenesis and palmitate oxidation, accompanied by marked increases in ROS and TBARS levels. These changes indicate metabolic dysfunction associated with intensified oxidative stress in the hearts of dehydrated and overheated animals. Together, our findings demonstrate tissue-specific physiological adjustments in L. luctator associated with water and energy balance regulation. They also highlight the high metabolic and oxidative sensitivity of cardiac tissue to dehydration and high temperatures, suggesting that the heart is a particularly sensitive organ, whose functional impairment may represent a significant constraint on anuran tolerance to hydric and thermal stressors.