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Cardiac and ventilatory responses of rainbow trout (Salmo gairdneri) to environmental hypoxia and hypercapnea Smith, Frank Melvin 1979

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831-UBC_1980_A6_7 S55.pdf [ 3.35MB ]
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C A R D I A C A N D V E N T I L A T O R Y R E S P O N S E S O F R A I N B O W T R O U T ( S A L M O G A I R D N E R I ) T O E N V I R O N M E N T A L H Y P O X I A A N D H Y P E R C A P N E A b y F r a n k M e l v i n S m i t h B . S c , T h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1 9 7 6 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L M E N T O F T H E R E Q U I R E M E N T S F O R T H E D E G R E E O F M A S T E R O F S C I E N C E i n T H E F A C U L T Y O F G R A D U A T E S T U D I E S D E P A R T M E N T O F Z O O L O G Y W e a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d T H E U N I V E R S I T Y O F B R I T I S H C O L U M B I A N o v e m b e r , 11979 F r a n k M e l v i n S m i t h , 1979 In presenting th i s thes is in pa r t i a l fu l f i lment of the requirements for an advanced degree at the Univers i ty of B r i t i s h Columbia, I agree that the L ibrary shal l make it f ree ly ava i lab le for reference and study. I fur ther agree that permission for extensive copying of th is thesis for scho lar ly purposes may be granted by the Head of my Department or by his representat ives. It is understood that copying or pub l i ca t ion of th is thesis fo r f inanc ia l gain sha l l not be allowed without my writ ten permission. Department The Univers i ty of B r i t i s h Columbia 2075 Wesbrook P l a c e Vancouver, Canada V6T 1W5 Date 6 i i A B S T R A C T S t u d i e s w e r e u n d e r t a k e n t o d e t e r m i n e t h e c a r d i a c a n d v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s o f r e s t r a i n e d a n d u n r e s t r a i n e d r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) t o c h a n g e s i n i n s p i r e d o x y g e n a n d c a r b o n d i o x i d e t e n s i o n s . T h e r o l e o f b l o o d o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y i n t h e c o n t r o l o f v e n t i l a t i o n w a s i n v e s t i g a t e d , a s w e l l a s t h e l o c a t i o n a n d i n n e r v a t i o n o f o x y g e n r e c e p t o r s a c t i v a t e d b y h y p o x i a . V e n t i l a t i o n v o l u m e ( V ) w a s m e a s u r e d d i r e c t l y i n r e s t r a i n e d f i s h u s i n g a v e n t i l a t i o n c h a m b e r t h a t s e p a r a t e d i n s p i r e d f r o m e x p i r e d w a t e r , t h e l a t t e r b e i n g c o l l e c t e d i n a g r a d u a t e d c y l i n d e r . I n r e c e p t o r l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s a w o o d e n t o n g u e d e p r e s s o r h e l d v e r t i c a l l y i n t h e b u c c a l c a v i t y i n t h e m e d i a n p l a n e d i v i d e d w a t e r f l o w s t o t h e g i l l s o n e a c h s i d e o f t h e f i s h . T h u s , o n e s e t o f g i l l s c o u l d b e i r r i g a t e d w i t h h y p e r o x i c w a t e r t o m a i n t a i n a r t e r i a l o x y g e n t e n s i o n , w h i l e h y p o x i c w a t e r w a s p a s s e d o v e r t h e o t h e r s e t o f g i l l s . B l o o d s a m p l e s w e r e o b t a i n e d f r o m c a n n u l a e i m p l a n t e d i n b o t h t h e d o r s a l a o r t a a n d r i g h t c o m m o n c a r d i n a l v e i n . V g i n c r e a s e d i n h y p e r c a p n e a ( i n s p i r e d C G ^ t e n s i o n ( P I C Q ) 0 . 5 - 2 . 0 k P a ) d u e t o i n c r e a s e d " s t r o k e v o l u m e ( f r e q u e n c y r e m a i n e d c o n s t a n t ) , w i t h h i g h e r l e v e l s o f V ^ r e c o r d e d a t h i g h e r C 0 2 t e n s i o n s . I n f i s h e x p o s e d t o P I C Q l e v e l s o f 0 . 5 a n d 0 . 9 k P a , r a i s i n g t h e i n s p i r e d o x y g e n t e n s i o n ( P T N ) t o 6 0 . 4 k P a e l i m i n a t e d U 2 t h e v e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o h y p e r c a p n e a . H y p e r o x i a h a d l i t t l e o r n o e f f e c t o n v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s t o P-J-^Q l e v e l s o f 1 . 5 a n d 2 . 0 k P a . i i i V e n t i l a t i o n v o l u m e w a s i n v e r s e l y r e l a t e d t o b l o o d o x y g e n c o n t e n t ( C n ) i n t r o u t . C _ d e c r e a s e d a n d V i n c r e a s e d d u r i n g a 0 2 a 0 2 g h y p e r c a p n e a ( P j C 0 0 . 8 k P a ) , h y p o x i a ( P I Q 1 2 . 4 k P a ) a n d a n a e m i a 2 2 ( h a e m a t o c r i t r e d u c e d f r o m 2 2 . 3 % t o 1 4 . 3 % ) , w h i l e C 0 i n c r e a s e d 2 a n d V d e c r e a s e d d u r i n g h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a ( P T n 6 0 . 4 k P a , g x u 2 P I C 0 0 . 8 k P a ) . I n c r e a s e d V d u r i n g h y p e r c a p n e a i s a t t r i b u t e d t o h y p o x a e m i a p r o d u c e d b y B o h r a n d R o o t o f f - s h i f t s w h i c h r e s u l t f r o m i n c r e a s e d b l o o d C n t e n s i o n a n d r e d u c e d b l o o d p H . O x y g e n u p t a k e r e m a i n e d c o n s t a n t d u r i n g a l l e x p e r i m e n t a l t r i a l s , i n d i c a t i n g t h a t t h e m a n o e u v r e o f i n c r e a s i n g V i s e f f e c t i v e i n r e l i e v i n g a d v e r s e e f f e c t s o f h y p o x a e m i a . T h e s i g n i f i c a n c e o f e l e v a t e d V ^ a s a s h o r t - t e r m a d a p t a t i o n t o h y p o x a e m i a i s d i s c u s s e d , H e a r t r a t e d e c r e a s e d a n d v e n t i l a t i o n i n c r e a s e d i n u n r e s t r a i n e d f i s h e x p o s e d t o g r a d u a l h y p o x i a ( P T n d e c r e a s e d ± u 2 f r o m 2 0 k P a t o 4 k P a ) a t 7 ° C a n d 1 6 ° C . T h e i n i t i a l h e a r t r a t e o f f i s h a c c l i m a t e d t o 1 6 ° C w a s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e 7 ° C g r o u p , b u t a t t h e l o w e s t l e v e l o f P n , h e a r t r a t e s o f b o t h g r o u p s i u 2 d r o p p e d t o t h e s a m e l e v e l . T h u s , t h e c a r d i a c c h r o n o t r o p i c r e s p o n s e t o h y p o x i a i n t r o u t i s t e m p e r a t u r e i n d e p e n d e n t . R e c e p t o r s c a u s i n g h y p o x i c b r a d y c a r d i a a r e l o c a t e d i n t h e d o r s a l r e g i o n o f t h e f i r s t g i l l a r c h . H y p o x i c b r a d y c a r d i a w a s e l i m i n a t e d b y r e m o v i n g t h e f i r s t g i l l a r c h , o r b y s e c t i o n i n g t h e b r a n c h e s o f c r a n i a l n e r v e s I X a n d X i n n e r v a t i n g t h e a r c h . B l o o d f l o w t h r o u g h t h e a r c h d o e s n o t a p p e a r t o b e n e c e s s a r y f o r t h i s r e s p o n s e , s i n c e l i g a t i o n o f t h e a r c h a t i t s v e n t r a l i n s e r t i o n o n t h e b o d y w a l l d i d n o t a f f e c t h y p o x i c b r a d y c a r d i a . i v The pseudobranch has no r o l e i n c a r d i a c c o n t r o l s i n c e i n t e r r u p t i n g the flow of b l o o d through, and d e a f f e r e n t a t i o n o f , the pseudobranch had no e f f e c t on the c a r d i a c response to hypoxia. The b i o l o g i c a l s i g n i f i c a n c e of hypoxic b r a d y c a r d i a , and v e n t i l a t o r y - c i r c u l a t o r y i n t e r a c t i o n d u r i n g hypoxia, are d i s c u s s e d . V e n t i l a t o r y responses to hypercapnea and hypoxia were unchanged a f t e r b i l a t e r a l s e c t i o n of the nerves to the f i r s t g i l l a r c h . Receptors i n the f i r s t g i l l a r c h thus have no r o l e i n c o n t r o l of v e n t i l a t i o n d u r i n g e i t h e r hypercapnea or hypoxia. P o s s i b l e l o c a t i o n s f o r r e c e p t o r s r e s p o n s i b l e f o r c o n t r o l of v e n t i l a t i o n are d i s c u s s e d . V T A B L E O F C O N T E N T S G e n e r a l I n t r o d u c t i o n 1 P a r t I . V e n t i l a t o r y R e s p o n s e s t o H y p e r c a p n e a a n d t o C h a n g e s i n B l o o d O x y g e n C o n t e n t I n t r o d u c t i o n 6 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s 9 R e s u l t s 1 8 D i s c u s s i o n 2 9 P a r t I I . L o c a l i z a t i o n o f R e c e p t o r s C a u s i n g H y p o x i c B r a d y c a r d i a I n t r o d u c t i o n 3 6 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s 3 8 R e s u l t s 4 3 D i s c u s s i o n 5 4 G e n e r a l D i s c u s s i o n 5 7 L i t e r a t u r e C i t e d 6 4 v i LIST OF TABLES E f f e c t s of changes i n C0 2 and 0^ t e n s i o n s on v e n t i l a t i o n and h a e m a t o l o g i c a l v a r i a b l e s E f f e c t s of s e c t i o n i n g pseudobranch nerve and o c c l u d i n g pseudobranch blood supply, f i r s t g i l l a r c h a b l a t i o n , and f i r s t g i l l a r c h d e n e r v a t i o n , on the c a r d i a c response to hypoxia. v i i LIST OF FIGURES Chamber used t o measure v e n t i l a t i o n volume. E f f e c t s o f C0 2 on v e n t i l a t i o n volume and frequency. E f f e c t s of and 0 2 t e n s i o n changes and anaemia on blo o d oxygen content and v e n t i l a t i o n volume. E f f e c t s of hypoxia on v e n t i l a t i o n and h e a r t r a t e . E f f e c t of i r r i g a t i n g one s e t of g i l l s w i t h hypoxic water while hyperoxic water was passed over the other s e t , on h e a r t r a t e and d o r s a l a o r t i c oxygen t e n s i o n . v i i i ACKNOWLEDGEMENTS I would l i k e t o express my s i n c e r e a p p r e c i a t i o n t o my s u p e r v i s o r , Dr. David R. Jones, not onl y f o r sug g e s t i n g the d i r e c t i o n o f my r e s e a r c h , but f o r h i s guidance throughout t h i s study, and f o r h i s v a l u a b l e a s s i s t a n c e and ad v i c e i n the p r e p a r a t i o n of t h i s manuscript. I would a l s o l i k e t o thank Dr. D. J . R a n d a l l f o r u s e f u l d i s c u s s i o n o f my data, and f o r the l o a n of the t u n n e l r e s p i r o m e t e r . I am indebted to Dr. R. B r i l l f o r r e a d i n g and c r i t i c i z i n g the manuscript, t o Dr. W. K. Milsom f o r h i s h e l p f u l a d v i c e and d i s c u s s i o n , and to Mr. G. R. J . Gabbott f o r h i s a s s i s t a n c e w i t h F i g u r e 1 and i n the e a r l y stages of the experiments. To my w i f e , Sarah, I wish t o express my g r a t i t u d e f o r her he l p and support throughout t h i s study. I am g r a t e f u l t o the N a t i o n a l Sciences and. E n g i n e e r i n g Research C o u n c i l Canada f o r p r o v i d i n g f i n a n c i a l support f o r my r e s e a r c h through a grant t o Dr. Jones. I would a l s o l i k e to express my thanks f o r p e r s o n a l support t o Dr. Jones, who p r o v i d e d me w i t h summer support from h i s NSERCC gr a n t . I am t h a n k f u l to the Department of Zoology f o r support i n the form of two Teaching A s s i s t a n t s h i p s and a McLean F r a s e r Memorial F e l l o w s h i p . 1 G E N E R A L I N T R O D U C T I O N T h e p r i m a r y f u n c t i o n o f t h e g a s t r a n s p o r t s y s t e m i n v e r t e b r a t e s i s t o e n s u r e a n a d e q u a t e o x y g e n s u p p l y t o t h e t i s s u e s . G r o s s r e s p i r a t o r y m e d i a a n d b l o o d f l o w p a t t e r n s a t t h e s u r f a c e s o f t h e e x t e r n a l g a s e x c h a n g e r a r e a d j u s t e d t o m e e t t h e c h a n g i n g o x y g e n d e m a n d s o f a n i m a l s a s t h e y e n c o u n t e r a d v e r s e c o n d i t i o n s o r c h a n g e t h e i r l e v e l o f a c t i v i t y . I n o b t a i n i n g o x y g e n f r o m t h e r e s p i r a t o r y m e d i u m , f i s h b r e a t h i n g w a t e r a r e a t a d i s a d v a n t a g e c o m p a r e d w i t h t e r r e s t r i a l v e r t e b r a t e s b r e a t h i n g a i r , s i n c e t h e n u m b e r o f m o l e s o f 0 2 d i s s o l v e d i n a g i v e n v o l u m e o f w a t e r a t 1 0 ° C i s a b o u t l / 2 0 t h o f t h a t c o n t a i n e d i n t h e s a m e v o l u m e o f a i r . A s a c o n s e q u e n c e o f t h e l o w s o l u b i l i t y o f 0 2 i n w a t e r , w a t e r b r e a t h e r s i n h a l e m u c h g r e a t e r v o l u m e s o f m e d i u m t h a n d o a i r b r e a t h e r s , i n o r d e r t o m a i n t a i n b l o o d o x y g e n l e v e l s . C0 2, h o w e v e r , h a s a h i g h s o l u b i l i t y i n w a t e r , a b o u t 3 0 t i m e s t h e 0 2 s o l u b i l i t y a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e . C 0 2 a l s o h a s n e a r l y t h e s a m e r a t e o f d i f f u s i o n t h r o u g h t h e r e s p i r a t o r y e p i t h e l i u m a s d o e s 0 2 < T h e s e c o n d i t i o n s , c o u p l e d w i t h t h e l a r g e v o l u m e s o f w a t e r b r e a t h e d b y f i s h , l e d t o t h e p r e d i c t i o n t h a t b l o o d C 0 2 t e n s i o n s w o u l d b e c o n s i s t e n t l y l o w ( 0 . 5 - 0 . 7 k P a ) , i n f i s h ( R a h n , 1 9 6 6 ) . T h i s p r e d i c t i o n h o l d s f o r a n u m b e r o f s p e c i e s o f t e l e o s t s a n d e l a s m o b r a n c h s ( L e n f a n t a n d J o h a n s e n , 1 9 6 6 ; H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ; S t e v e n s a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 ; C a m e r o n a n d R a n d a l l , 1 9 7 2 ; D e j o u r s , 1 9 7 3 ; J a n s s e n a n d R a n d a l l , 1 9 7 5 ) . 2 A l t h o u g h a r t e r i a l C 0 „ t e n s i o n ( P _ ) i s l o w i n b o t h t e l e o s t s a n d e l a s m o b r a n c h s , t h e s e f i s h r e s p o n d t o i n c r e a s e s i n i n s p i r e d C 0 2 t e n s i o n b y i n c r e a s i n g t h e i r v e n t i l a t o r y m i n u t e v o l u m e ( V ) ( s e e D e j o u r s , 1 9 7 3 f o r s u m m a r y ) . T h i s a p p e a r s t o b e a n i n a p p r o p r i a t e r e s p o n s e t o C 0 2 , s i n c e i n c r e a s e d r e s p i r a t o r y c o n v e c t i o n c a n n o t u n l o a d b l o o d C 0 2 i n t o t h e w a t e r a n d w o u l d n o t c o r r e c t t h e a c i d o s i s r e s u l t i n g f r o m r a i s e d P n . I n s t e a d , t h e . U 2 i n c r e a s e d a c t i v i t y o f t h e r e s p i r a t o r y m u s c l e s w o u l d i n t e n s i f y t h e p r o b l e m b y a d d i n g m o r e C 0 2 t o t h e b l o o d . W h y , t h e n , d o e s h y p e r c a p n i c e x p o s u r e , i n m a n y s p e c i e s o f f i s h , c a u s e v e n t i l a t i o n v o l u m e t o i n c r e a s e ? R a h n ( 1 9 6 7 ) h a s s u g g e s t e d t h a t c h a n g e s i n v e n t i l a t i o n m a y a d j u s t P _ t o h e l p a c u 2 r e g u l a t e b l o o d p H i n f i s h , a s i n a i r - b r e a t h i n g p o i k i l o t h e r m s ( D a v i e s , 1 9 7 5 ) . H o w e v e r , i t h a s b e e n s h o w n i n r e c e n t r e p o r t s t h a t P n n a n d b l o o d p H a r e l a r g e l y r e g u l a t e d b y a d j u s t m e n t s o f a c u 2 p l a s m a b i c a r b o n a t e l e v e l s a n d n o t b y v e n t i l a t o r y a d j u s t m e n t s i n t e l e o s t s ( R a n d a l l a n d C a m e r o n , 1 9 7 3 ; C a m e r o n , 1 9 7 8 ) . T h e r e f o r e , a n o t h e r e x p l a n a t i o n o f t h e v e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o C 0 2 i s n e c e s s a r y . R a n d a l l a n d J o n e s ( 1 9 7 3 ) a n d D e j o u r s ( 1 9 7 3 ) n o t e d t h a t w h i l e n o r m o x i c h y p e r c a p n e a s t i m u l a t e d b r e a t h i n g i n t r o u t , h y p e r o x i c t r o u t w e r e i n s e n s i t i v e t o t h e m o d e r a t e C 0 2 l e v e l s u s e d b y t h e s e i n v e s t i g a t o r s . D e j o u r s ( 1 9 7 3 ) c o n c l u d e d t h a t C 0 2 w a s n o t a s t r o n g s t i m u l a n t o f v e n t i l a t i o n a s l o n g a s t h e r e w a s a n a d e q u a t e b l o o d o x y g e n l e v e l . R a n d a l l a n d J o n e s ( 1 9 7 3 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t i n c r e a s e s i n v e n t i l a t i o n v o l u m e d u r i n g 3 CC.2 l o a d i n g m a y r e f l e c t C C ^ - i n d u c e d c h a n g e s i n t h e a c i d - b a s e s t a t u s o f t h e b l o o d , w h i c h i n t u r n w o u l d a f f e c t b l o o d o x y g e n t r a n s p o r t c a p a b i l i t y v i a t h e R o o t a n d B o h r e f f e c t s . B l o o d o x y g e n a t i o n m a y b e m o r e i m p o r t a n t t h a n P & C Q f o r t h e c o n t r o l o f b r e a t h i n g d u r i n g h y p e r c a p n e a . I n d e e d , s i n c e t h e p r i m a r y p u r p o s e o f t h e g a s t r a n s p o r t s y s t e m i s t o m a i n t a i n b l o o d ( a n d t h u s t i s s u e ) o x y g e n l e v e l s , b l o o d o x y g e n c o n t e n t c o u l d b e t h e c u e f o r v e n t i l a t o r y c o n t r o l i n f i s h . I f v e n t i l a t i o n i s r e l a t e d t o b l o o d o x y g e n c o n t e n t , t h e n i v e n t i l a t i o n v o l u m e s h o u l d i n c r e a s e w h e n o x y g e n l a c k i s a r t i f i c i a l l y i n d u c e d b y h y p o x i a a n d a n a e m i a . P a r t I o f t h i s t h e s i s e x a m i n e s t h e r e l a t i o n s h i p o f v e n t i l a t i o n t o b l o o d o x y g e n l e v e l s i n h y p e r c a p n e a , h y p o x i a a n d a n a e m i a i n t h e r a i n b o w t r o u t . G a s t r a n s f e r b e t w e e n e n v i r o n m e n t a n d t i s s u e s d e p e n d s o n t h e i n t e r a c t i v e r e g u l a t i o n o f t h e v e n t i l a t o r y a n d c a r d i o v a s c u l a r s y s t e m s . I n h y p o x i a t h e l a c k o f o x y g e n i s c o m p e n s a t e d b y a d j u s t m e n t s i n b o t h v e n t i l a t o r y a n d c i r c u l a t o r y s y s t e m s : v e n t i l a t o r y f l o w i n c r e a s e s a n d h e a r t r a t e d e c r e a s e s . T h e r e a r e , h o w e v e r , d i f f e r e n c e s i n t h e l e v e l s o f o x y g e n r e q u i r e d f o r t h e o n s e t o f r e s p o n s e i n e a c h s y s t e m , a s s u b s t a n t i a l v e n t i l a t o r y c h a n g e s c a n b e e l i c i t e d i n m o d e r a t e h y p o x i a ( 1 4 - 1 8 k P a , S h e l t o n , 1 9 7 0 ) w h i l e i n s p i r e d o x y g e n t e n s i o n ( P T n ) m u s t d r o p t o 1 0 - 1 1 2 k P a b e f o r e s i g n i f i c a n t c h a n g e s i n h e a r t r a t e o c c u r ( R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ; H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ) . T h a t t h e v e n t i l a t o r y a n d c i r c u l a t o r y s y s t e m s d o i n t e r a c t i n h y p o x i c f i s h w a s s h o w n b y S h e l t o n a n d R a n d a l l ( 1 9 6 2 ) a n d R a n d a l l a n d 4 S m i t h ( 1 9 6 7 ) w h o o b s e r v e d s y n c h r o n i z a t i o n o f h e a r t b e a t a n d b r e a t h i n g m o v e m e n t s i n t e n c h a n d t r o u t a t w a t e r o x y g e n t e n s i o n s o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 - 1 2 k P a . B r a d y c a r d i a i s t h e m o s t o b v i o u s c i r c u l a t o r y a d j u s t m e n t s h o w n b y e l a s m o b r a n c h a n d t e l e o s t f i s h t o e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a ( S a t c h e l l , 1 9 6 1 ; H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 a , b ; M a r v i n a n d H e a t h , 1 9 6 8 ; B u t l e r a n d T a y l o r , 1 9 7 1 , 1 9 7 5 ) . E l a s m o b r a n c h s s h o w o n l y s l i g h t i n c r e a s e s i n v e n t i l a t i o n i n h y p o x i a ( P i i p e r , B a u m g a r t e n a n d M e y e r , 1 9 7 0 ; B u t l e r a n d T a y l o r , 1 9 7 5 ) b u t , i n t e l e o s t s b r a d y c a r d i a o c c u r s i n s p i t e o f a l a r g e i n c r e a s e i n g i l l v e n t i l a t i o n ( R a n d a l l a n d S h e l t o n , 1 9 6 3 ; H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ) . T h e e f f e r e n t l i m b o f t h e n e r v o u s p a t h w a y r e s p o n s i b l e f o r t h e r e f l e x b r a d y c a r d i a i n h y p o x i a h a s b e e n w e l l e s t a b l i s h e d . B r a d y c a r d i a r e s u l t s f r o m i n c r e a s e d v a g a l c a r d i o i n h i b i t o r y a c t i v i t y i n b o t h t e l e o s t s ( S h e l t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 2 ; R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ) a n d e l a s m o b r a n c h s ( S a t c h e l l , 1 9 6 1 ; B u t l e r a n d T a y l o r , 1 9 7 1 ) . H o w e v e r , t h e l o c a t i o n o f , a n d a f f e r e n t n e r v o u s p a t h w a y f r o m , r e c e p t o r s r e s p o n s i b l e f o r t h e i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n i n o x y g e n l a c k a r e u n k n o w n . D e t e r m i n i n g t h e l o c a t i o n o f t h e . o x y g e n r e c e p t o r s f o r t h e c o n t r o l s y s t e m g o v e r n i n g v e n t i l a t i o n , a n d h e a r t r a t e i s c e n t r a l t o u n d e r s t a n d i n g t h e r e g u l a t i o n o f g a s e x c h a n g e i n f i s h . R a n d a l l a n d S m i t h ( 1 9 6 7 ) s u g g e s t t h a t , i n t e l e o s t s , t h e r e c e p t o r s r e s p o n s i b l e f o r h y p o x i c b r a d y c a r d i a a r e p e r i p h e r a l , l o c a t e d o n t h e g i l l s o r w i t h i n t h e b u c c a l c a v i t y , a l t h o u g h t h e i n n e r v a t i o n o f t h e s e r e c e p t o r s i s u n c e r t a i n . D a x b o e c k a n d H o l e t o n ( 1 9 7 8 ) 5 suggest t h a t oxygen r e c e p t o r s a c t i v a t e d by hypoxia are l o c a t e d i n the a n t e r i o r r e s p i r a t o r y t r a c t , and may be c l o s e l y a s s o c i a t e d w i t h v e n t i l a t o r y flow. S h e l t o n (1970) suggested t h a t r e c e p t o r s i n v o l v e d i n c o n t r o l of v e n t i l a t i o n i n c r e a s e s d u r i n g hypoxia c o u l d be s i t u a t e d i n one or more of the f o l l o w i n g l o c a t i o n s : e x t e r n a l , on the s k i n or g i l l s u r f a c e s ; or i n t e r n a l , on a r t e r i a l or venous blood v e s s e l s or i n t i s s u e s c l o s e l y a s s o c i a t e d w i t h e i t h e r a r t e r i a l or venous blood. In t h i s c o n t e x t i t i s i n t e r e s t i n g to note t h a t T a y l o r , Houston and Horgan (1968) have developed a computer model which they used t o p r e d i c t the v e n t i l a t o r y and c i r c u l a t o r y responses of t r o u t to hypoxia and m i l d a c t i v i t y , u s i n g a venous P n r e c e p t o r as the model's main u 2 c o n t r o l i n p u t . The authors concede, however, t h a t some form of i n v i v o m o n i t o r i n g of i n s p i r e d oxygen t e n s i o n i n r e a l f i s h i s probably necessary f o r optimum gas exchange. P a r t I I of t h i s work i s concerned w i t h the c a r d i a c c h r o n o t r o p i c response t o hypoxia, and wi t h d e t e r m i n i n g the' l o c a t i o n and i n n e r v a t i o n of r e c e p t o r s a c t i v e d u r i n g oxygen l a c k i n t r o u t . P A R T I V e n t i l a t o r y R e s p o n s e s t o H y p e r c a p n e a a n d t o  C h a n g e s i n B l o o d O x y g e n C o n t e n t I N T R O D U C T I O N I n c r e a s e s i n i n s p i r e d C 0 2 t e n s i o n ( P I C Q ) p r o d u c e e l e v a t e d V i n m a n y t e l e o s t s ( s e e D e j o u r s , 1 9 7 3 f o r s u m m a r y ) b u t t h i s e f f e c t i s v a r i a b l e o w i n g t o d i f f e r e n c e s i n C 0 2 l e v e l s , t e m p e r a t u r e , a n d m e t h o d s f o r m e a s u r i n g V ^ u s e d b y d i f f e r e n t w o r k e r s . N e a r l y a l l t e l e o s t s e x a m i n e d i n c r e a s e V ^ i n h y p e r c a p n e a b y r a i s i n g v e n t i l a t i o n a m p l i t u d e w i t h l i t t l e o r n o c h a n g e i n b r e a t h i n g f r e q u e n c y ( D e j o u r s , 1 9 7 3 ) w h i l e s o m e t e l e o s t s , s u c h a s t e n c h , i n c r e a s e b o t h v e n t i l a t i o n a m p l i t u d e a n d f r e q u e n c y ( R a n d a l l a n d S h e l t o n , 1 9 6 3 ) . E l a s m o b r a n c h s i n i t i a l l y r e s p o n d t o h y p e r c a p n e a i n a s i m i l a r f a s h i o n t o m o s t t e l e o s t s , w i t h a n i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n a m p l i t u d e ; h o w e v e r , v e n t i l a t i o n r e t u r n s t o n o r m a l w i t h i n s e v e r a l h o u r s i n m a i n t a i n e d h y p e r c a p n e a ( R a n d a l l , H e i s l e r a n d D r e e s , 1 9 7 6 ) . V e n t i l a t i o n i n t e l e o s t s t a k e s m u c h l o n g e r , u p t o s e v e r a l d a y s , t o r e t u r n t o n o r m a l i n m a i n t a i n e d h y p e r c a p n e a ( J a n s s e n a n d R a n d a l l , 1 9 7 5 ) . T h e v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s o f t r o u t t o h y p e r c a p n e a m a y b e d u e t o h y p o x a e m i a r a t h e r t h a n t o d i r e c t e f f e c t s o f C 0 2 - R a n d a l l a n d J o n e s ( 1 9 7 3 ) a n d J a n s s e n a n d R a n d a l l ( 1 9 7 5 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t t h e m a r k e d B o h r a n d R o o t e f f e c t s s e e n i n t r o u t b l o o d 7 d u r i n g h y p e r c a p n e a m a y r e s u l t i n h y p o x a e m i a , t o w h i c h t h e t r o u t r e s p o n d b y i n c r e a s i n g v e n t i l a t i o n v o l u m e . I f , d u r i n g h y p e r c a p n e a , t h e o x y g e n c o n t e n t o f t h e b l o o d i s r a i s e d b y i n c r e a s i n g t h e P ^ Q , t h i s h y p o x a e m i a w i l l b e c o r r e c t e d a n d V 2 • s h o u l d d e c r e a s e . I t f o l l o w s t h a t , i f V i s r e l a t e d t o t h e l e v e l o f o x y g e n c a r r i e d i n t h e b l o o d , a n d n o t . r e l a t e d i n t r i n s i c a l l y t o b l o o d C 0 ~ l e v e l s , t h e n V s h o u l d b e a f f e c t e d b y a n y c o n d i t i o n w h i c h a l t e r s b l o o d o x y g e n c o n t e n t . T h e a i m s o f t h i s s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w e r e , t h e n , t o d e t e r m i n e i n d e t a i l t h e e f f e c t s o f i n s p i r e d C 0 2 o n v e n t i l a t i o n r a t e a n d v o l u m e , a n d t o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b l e r e l a t i o n s h i p s o f b l o o d o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y a n d o t h e r h a e m a t o l o g i c a l v a r i a b l e s t o v e n t i l a t i o n i n t h e r a i n b o w t r o u t . T h e a c c u r a t e m e a s u r e m e n t o f v e n t i l a t i o n v o l u m e i s e s s e n t i a l i n s t u d y i n g r e s p i r a t i o n i n t e l e o s t s . T h e r e a r e t w o m a i n m e t h o d s w h i c h h a v e b e e n u s e d i n t h e p a s t f o r m e a s u r i n g V . O n e m e t h o d g i v e s a n i n d i r e c t e s t i m a t e o f V , c a l c u l a t e d g g u s i n g t h e F i c k p r i n c i p l e . F o r g r e a t e s t a c c u r a c y , a p r e c i s e m e a s u r e m e n t o f t h e o x y g e n t e n s i o n o f m i x e d e x p i r e d w a t e r ( P r . ) i s r e q u i r e d , w h i c h i s d i f f i c u l t t o o b t a i n . T h e r e f o r e , E 0 2 t h e e s t i m a t i o n o f u s i n g t h i s m e t h o d i s s u b j e c t t o a h i g h d e g r e e o f e x p e r i m e n t a l e r r o r ( H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ; D a v i s a n d W a t t e r s , 1 9 7 0 ; D a v i s a n d C a m e r o n , 1 9 7 1 ) . T h e o t h e r m e t h o d i n v o l v e s t h e d i r e c t m e a s u r e m e n t o f v e n t i l a t i o n v o l u m e b y c o l l e c t i o n o f t h e e x p i r e d w a t e r ( V a n D a m , 1 9 3 8 ) . T h i s m e t h o d i n v o l v e s t h e s e p a r a t i o n o f e x p i r e d 8 from i n s p i r e d water by a rubber membrane f a s t e n e d around the mouth of the f i s h . The major disadvantage of t h i s method of measuring i s t h a t the membrane may r e s t r i c t the b r e a t h i n g o f the animal. Cameron and Davis (1970) d e s c r i b e d a membrane made from a surgeon's l a t e x g l o v e which circumvents t h i s problem, and t h e i r technique f o r measuring was adopted f o r t h i s study. 9 M A T E R I A L S A N D M E T H O D S E x p e r i m e n t s w e r e d o n e o n 4 2 h a t c h e r y - r e a r e d r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) r a n g i n g i n m a s s f r o m 0 . 1 5 t o 0 . 3 8 k g . F i s h w e r e k e p t i n o u t d o o r h o l d i n g t a n k s s u p p l i e d w i t h a e r a t e d d e c h l o r i n a t e d t a p w a t e r , a n d w e r e f e d t r o u t p e l l e t s t w i c e w e e k l y . T h e t e m p e r a t u r e o f t h e h o l d i n g t a n k s r a n g e d f r o m 6 t o 1 1 ° C ( m e a n t e m p e r a t u r e w a s 8 . 8 + 0 . 4 ° C ) . A l l e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d a t t h e s a m e w a t e r t e m p e r a t u r e a s o c c u r r e d i n t h e h o l d i n g t a n k s . A f t e r r e m o v a l f r o m t h e t a n k f i s h w e r e a n a e s t h e t i z e d i n t a p w a t e r c o n t a i n i n g M S 2 2 2 ( t r i c a i n e m e t h a n e s u l f o n a t e , 1 : 1 0 , 0 0 0 d i l u t i o n ) , t h e n p l a c e d o n a n o p e r a t i n g t a b l e s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d b y S m i t h a n d B e l l ( 1 9 6 7 ) . T h e f i s h w e r e a r t i f i c i a l l y v e n t i l a t e d b y a c o n t i n u o u s s t r e a m o f a e r a t e d w a t e r w h i c h c o u l d b e d i r e c t e d o v e r t h e g i l l s e i t h e r f r o m t h e m o u t h , v i a a s i n g l e t u b e , o r f r o m t h e o p e r c u l a r c a v i t i e s v i a p a i r e d t u b e s , d e p e n d i n g o n t h e s u r g i c a l o p e r a t i o n b e i n g p e r f o r m e d . A r e d u c e d l e v e l o f a n a e s t h e t i c ( 1 : 2 0 , 0 0 0 d i l u t i o n o f M S 2 2 2 i n t h e v e n t i l a t o r y s t r e a m ) w a s g i v e n d u r i n g s u r g e r y . O r a l m e m b r a n e s w e r e p r e p a r e d a n d f i t t e d f o l l o w i n g t h e t e c h n i q u e o f C a m e r o n a n d D a v i s ( 1 9 7 0") . A m e m b r a n e w a s m a d e f r o m a s e c t i o n o f #8 1 / 2 s u r g e o n ' s l a t e x r u b b e r g l o v e , c u t t o i n c l u d e t h e t h u m b a n d a s u r r o u n d i n g c i r c u l a r s k i r t 1 2 c m . i n d i a m e t e r . A V - n o t c h w a s c u t i n t h e t h u m b t o f i t t h e s h a p e o f t h e j a w s , a n d t h e m e m b r a n e w a s . s u t u r e d t o t h e s k i n a r o u n d t h e m o u t h w i t h # 4 - 0 s u r g i c a l s i l k w h i l e t h e g i l l s w e r e v e n t i l a t e d 1 0 v i a t h e m o u t h t u b e . I n e x p e r i m e n t s i n w h i c h b l o o d v a r i a b l e s w e r e m e a s u r e d a n o r a l m e m b r a n e w a s f i t t e d a n d t h e d o r s a l a o r t a , o r t h e r i g h t c o m m o n c a r d i n a l v e i n , w a s c a n n u l a t e d . N o i n d i v i d u a l w a s i m p l a n t e d w i t h b o t h c a n n u l a e . I n o r d e r t o i m p l a n t t h e d o r s a l a o r t i c c a n n u l a t h e g i l l s w e r e v e n t i l a t e d v i a t u b e s i n t h e o p e r c u l a r o p e n i n g s . A 1 5 c m . l e n g t h o f P E 5 0 t u b i n g , f i l l e d w i t h h e p a r i n i z e d ( 5 0 I U / m l ) s a l i n e , w a s i n s e r t e d i n t o t h e d o r s a l a o r t a t h r o u g h t h e r o o f o f t h e m o u t h a t t h e l e v e l o f t h e s e c o n d g i l l a r c h o p e n i n g s . T h e c a n n u l a w a s p o s i t i o n e d w i t h t h e a i d o f a n 1 8 G A . S h e r w o o d C a t h e t e r i z a t i o n n e e d l e ( S h e r w o o d M e d i c a l C o . , S t . L o u i s , M O . ) . T h i s c a n n u l a w a s t h e n a n c h o r e d t o t h e r o o f o f t h e m o u t h w i t h a s i n g l e s t i t c h a n d p a s s e d o u t t h r o u g h t h e s n o u t v i a a s l e e v e o f P E 1 9 0 t u b i n g a s d e s c r i b e d b y S m i t h a n d B e l l ( 1 9 6 4 ) . D u r i n g c o m m o n c a r d i n a l v e i n c a n n u l a t i o n , f i s h w e r e v e n t i l a t e d b y t h e t u b e i n t h e m o u t h . A 3 0 c m . l e n g t h o f P E 9 0 t u b i n g , f i l l e d w i t h h e p a r i n i z e d s a l i n e ( 5 0 I U / m l ) , w a s i n t r o d u c e d i n t o t h e r i g h t c o m m o n c a r d i n a l v e i n f r o m a p o i n t n e a r t h e i n t e r s e c t i o n o f t h e c l e i t h r u m a n d t h e l a t e r a l l i n e , a s d e s c r i b e d b y K i c e n i u k a n d J o n e s ( 1 9 7 7 ) , a n d a n c h o r e d t o t h e s k i n o f t h e s i d e a n d b a c k w i t h t w o s t i t c h e s o f #0 s i l k . A f t e r p l a c e m e n t , a r t e r i a l a n d v e n o u s c a n n u l a e w e r e c h e c k e d f o r p a t e n c y b y w i t h d r a w i n g b l o o d i n t o t h e t u b i n g , t h e n f l u s h i n g w i t h h e p a r i n i z e d s a l i n e b e f o r e p l u g g i n g t h e m w i t h m e t a l p i n s . A f t e r s u r g e r y t h e a n i m a l s w e r e t r a n s f e r r e d t o v e n t i l a t i o n 1 1 c h a m b e r s ( F i g u r e I ) a n d a l l o w e d t o r e c o v e r f o r 2 4 h o u r s . T h e c h a m b e r s u s e d t o m e a s u r e v e n t i l a t i o n v o l u m e i n t h i s s t u d y w e r e m o d i f i e d V a n D a m c h a m b e r s ( F i g u r e 1 ) s i m i l a r t o t h o s e d e s c r i b e d b y C a m e r o n a n d D a v i s ( 1 9 7 0 ) . A c o m p l e t e V a n D a m c h a m b e r c o n s i s t s o f a r e c t a n g u l a r p e r s p e x b o x d i v i d e d b y a p a r t i t i o n i n t o t w o c h a m b e r s , a s m a l l a n t e r i o r c h a m b e r a n d a l a r g e r p o s t e r i o r c h a m b e r w i t h a n o p a q u e r e c t a n g u l a r t u b e t o h o l d t h e f i s h . T h e p a r t i t i o n h a s a c e n t r a l c i r c u l a r h o l e 1 0 c m . i n d i a m e t e r . T h e s k i r t o f t h e o r a l m e m b r a n e w a s c l a m p e d t o t h e p a r t i t i o n a r o u n d t h e p e r i p h e r y o f t h e h o l e b y m e a n s o f a p e r s p e x r i n g h e l d b y f o u r w i n g n u t s . F r e s h w a t e r w a s s u p p l i e d c o n t i n u o u s l y t o t h e a n t e r i o r c h a m b e r . E a c h c h a m b e r h a s a n a d j u s t a b l e d r a i n w h i c h w a s u s e d t o s e t t h e w a t e r l e v e l . D u r i n g t h e r e c o v e r y p e r i o d , t h e f r o n t d r a i n w a s s e t 1 - 2 c m . h i g h e r t h a n t h e r e a r d r a i n s o t h a t t h e f i s h h a d a p o s i t i v e p r e s s u r e h e a d a c r o s s t h e g i l l s a n d w a s e f f e c t i v e l y r a m - v e n t i l a t e d . T h e f i t o f t h e m e m b r a n e w a s t e s t e d d u r i n g r a m v e n t i l a t i o n b y i n j e c t i n g 1 m l o f a d y e s o l u t i o n i n t o t h e a n t e r i o r c h a m b e r a n d w a t c h i n g f o r d y e l e a k a g e i n t o t h e p o s t e r i o r c h a m b e r a r o u n d t h e a r e a w h e r e t h e m e m b r a n e w a s s e w n t o t h e j a w s . A l e a k i n g m e m b r a n e w a s e i t h e r r e p a i r e d o r r e p l a c e d b e f o r e p r o c e e d i n g w i t h a n e x p e r i m e n t . A b o u t a n h o u r b e f o r e a n e x p e r i m e n t w a s b e g u n , t h e d r a i n s w e r e s e t a t t h e s a m e l e v e l s o t h a t t h e w a t e r o v e r f l o w e d c o n t i n u o u s l y f r o m t h e f r o n t d r a i n , w h i l e t h e r e a r d r a i n p a s s e d o n l y w a t e r e x h a l e d b y t h e f i s h . V e n t i l a t i o n v o l u m e w a s m e a s u r e d b y c o l l e c t i n g t h e o u t f l o w f r o m t h e r e a r 1 2 F I G U R E I V e n t i l a t i o n c h a m b e r u s e d f o r m e a s u r i n g v e n t i l a t i o n v o l u m e ( a f t e r C a m e r o n a n d D a v i s , 1 9 7 0 ) . S e e M a t e r i a l s a n d M e t h o d s ( P A R T I ) f o r d e t a i l s o f c h a m b e r . S i n g l e c a n n u l a s h o w n i s i m p l a n t e d i n t h e d o r s a l a o r t a ; v e n o u s c a n n u l a h a s b e e n o m i t t e d f o r c l a r i t y . 5cm. 1 4 d r a i n f o r p e r i o d s o f o n e m i n u t e . V e n t i l a t i o n f r e q u e n c y ( V f ) w a s o b t a i n e d b y c o u n t i n g t h e f r e q u e n c y o f o p e r c u l a r m o v e m e n t s . T h e c o n c e n t r a t i o n s o f g a s e s i n t h e w a t e r s u p p l i e d t o t h e f i s h c o u l d b e a d j u s t e d b y m i x i n g t h e o u t f l o w s o f w a t e r f r o m a n y o f f o u r r e s e r v o i r s c o n t a i n i n g w a t e r b u b b l e d w i t h n i t r o g e n , a i r , CG*2 or o x y g e n g a s . A i r - s a t u r a t e d w a t e r ( P Q = 2 0 . 6 + 0 . 6 S E M k P a ) w a s m i x e d w i t h w a t e r s a t u r a t e d w i t h a 9 0 % a i r - 1 0 % C O 2 g a s m i x t u r e t o g i v e n o r m o x i c h y p e r c a p n i c w a t e r ( t h e P ^ c o u l d b e v a r i e d f r o m 0 . 5 + 0 . 0 3 t o 2 + 0 . 0 9 k P a d e p e n d i n g o n t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e e x p e r i m e n t ) . H y p e r o x i c h y p e r c a p n i c w a t e r w a s p r o d u c e d b y s u b s t i t u t i n g h y p e r o x i c w a t e r ( P . 6 0 . 4 + 1 . 7 2 k P a ) f o r t h e a i r - s a t u r a t e d w a t e r . H y p o x i c w a t e r ( P n 1 2 . 4 + 0 . 6 U 2 k P a ) w a s o b t a i n e d b y c o m b i n i n g w a t e r f r o m t h e n o r m o x i c r e s e r v o i r w i t h n i t r o g e n - s a t u r a t e d w a t e r . A n a e m i a w a s i n d u c e d i n 3 f i s h b y w i t h d r a w i n g a q u a n t i t y o f b l o o d t h r o u g h t h e d o r s a l a o r t i c c a n n u l a , s e p a r a t i n g t h e c e l l s f r o m t h e p l a s m a b y c e n t r i f u g a t i o n a n d r e p l a c i n g t h e p l a s m a i n t h e f i s h a f t e r a d d i n g t h e a p p r o p r i a t e v o l u m e o f C o u r t l a n d ' s s a l i n e t o m a k e u p t h e v o l u m e o c c u p i e d b y t h e c e l l s . H e m a t o c r i t w a s m e a s u r e d i n 5 0 y l b l o o d s a m p l e s c e n t r i f u g e d f o r 3 m i n u t e s a t 5 0 0 0 R P M . I n 3 f i s h t h e h e m a t o c r i t w a s r e d u c e d f r o m 2 2 . 3 + 2 . 4 % b e f o r e b l e e d i n g t o 1 4 . 3 + 2 . 3 % a f t e r b l e e d i n g . B l o o d o x y g e n c o n t e n t ( C - ) o f 2 0 y l s a m p l e s w a s a u 2 d e t e r m i n e d u s i n g e i t h e r a n o x y g e n e l e c t r o d e c h a m b e r w i t h a v o l u m e o f 2 7 0 0 y l , s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d b y T u c k e r ( 1 9 6 7 ) , o r a L e x - 0 2 ~ C o n T L o x y g e n c o n t e n t a n a l y z e r ( L e x i n g t o n 1 5 I n s t r u m e n t s , W a l t h a m , M a s s . ) . S i n c e b o t h m e t h o d s w e r e u s e d a t d i f f e r e n t t i m e s i n t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t s , I d e c i d e d t o c h e c k o n e a g a i n s t t h e o t h e r u s i n g p o r t i o n s f r o m t h e s a m e b l o o d s a m p l e . T h e r e s u l t s a g r e e d w i t h i n 5% s o d a t a o b t a i n e d u s i n g b o t h m e t h o d s w e r e c o m b i n e d . G a s t e n s i o n s i n b o t h b l o o d a n d w a t e r w e r e m e a s u r e d w i t h R a d i o m e t e r P 0 a n d P e l e c t r o d e s i n c o n j u n c t i o n w i t h a 2 U 2 R a d i o m e t e r P H M 7 1 B A c i d - B a s e A n a l y z e r . T h e P e l e c t r o d e w a s U 2 k e p t a t t h e e x p e r i m e n t a l w a t e r t e m p e r a t u r e b y a w a t e r - j a c k e t c o n n e c t e d t o t h e f r e s h w a t e r s u p p l y , a n d w a s c a l i b r a t e d u s i n g a i r - s a t u r a t e d w a t e r . B l o o d s a m p l e s o f 1 0 0 y l w e r e w i t h d r a w n f r o m t h e a p p r o p r i a t e c a n n u l a e , t h e P » m e a s u r e d , t h e n t h e s a m p l e s 2 w e r e r e t u r n e d t o t h e f i s h . T h e P C Q e l e c t r o d e w a s m a i n t a i n e d a t 4 0 ° C b y a t h e r m o s t a t t e d w a t e r b a t h s u p p l y i n g a w a t e r - j a c k e t a r o u n d t h e e l e c t r o d e . I t w a s n e c e s s a r y t o r a i s e t h e t e m p e r a t u r e o f t h e P p n e l e c t r o d e i n o r d e r t o i n c r e a s e i t s s e n s i t i v i t y t o co 2 l o w P _ l e v e l s . I n a d d i t i o n , t h e s c a l e o f t h e P H M 7 1 B w a s C U 2 e x p a n d e d b y a d j u s t i n g t h e g a i n t o g i v e a f u l l - s c a l e r e a d i n g o f 2 k P a . T h e e l e c t r o d e w a s c a l i b r a t e d w i t h a p r e c i s i o n m i x t u r e o f C 0 2 a n d N 2 g a s d i s s o l v e d i n w a t e r t o g i v e a P C Q o f 2 k P a , a n d w i t h N 2 g a s d i s s o l v e d i n w a t e r t o g i v e a m i n i m u m - C 0 2 s o l u t i o n ( r e s i d u a l C 0 2 f r o m t h e w a t e r a n d t h e N 2 g a s w a s n o t m e a s u r e d , b u t w a s a s s u m e d t o b e l e s s t h a n 0 . 0 4 k P a ) . T h e C 0 2 e l e c t r o d e w a s c a l i b r a t e d b e f o r e e a c h P C Q d e t e r m i n a t i o n . I n o r d e r t o c h e c k t h e r e s p o n s e o f t h e C 0 2 m e a s u r i n g s y s t e m , a c a l i b r a t i o n c u r v e w a s c o n s t r u c t e d o v e r a r a n g e o f 0 . 1 - 2 . 0 k P a , 1 6 u s i n g p r e c i s i o n m i x t u r e s o f CO , , a n d N 2 g a s d i s s o l v e d i n w a t e r . T h e p H o f a r t e r i a l b l o o d ( p H a ) w a s m e a s u r e d u s i n g a R a d i o m e t e r p H e l e c t r o d e i n a w a t e r - j a c k e t e d s u c t i o n c u v e t t e a t t h e t e m p e r a t u r e o f t h e f i s h . T w o s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w e r e d o n e i n t h i s s t u d y . I n t h e f i r s t s e r i e s , t h e e f f e c t s o f h y p e r c a p n e a a n d h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a o n v e n t i l a t i o n w e r e o b s e r v e d . V , a n d i n s p i r e d w a t e r P n a n d P _ w e r e r e c o r d e d e v e r y 5 m i n u t e s d u r i n g a u 2 2 s e q u e n c e o f 2 0 m i n u t e t e s t p e r i o d s . F i s h w e r e f i r s t e x p o s e d t o n o r m o x i a , t h e n t o o n e o f f o u r l e v e l s o f h y p e r c a p n e a , t h e n t o h y p e r o x i a a t t h e s a m e l e v e l o f h y p e r c a p n e a , a n d f i n a l l y r e t u r n e d t o n o r m o x i a . T h i s s e q u e n c e w a s r e p e a t e d a t l e a s t o n c e f o r a l l f i s h i n t h i s s e r i e s . T h r e e t r e a t m e n t s w e r e u s e d i n t h e s e c o n d s e r i e s o f e x p e r i m e n t s . V e n t i l a t o r y a n d b l o o d v a r i a b l e s w e r e m e a s u r e d : a ) , d u r i n g t h e a b o v e r e g i m e , b u t a t a f i x e d l e v e l o f i n s p i r e d co 2 ( p I Co 2 = °*8 k P a>' b ) , d u r i n g 2 0 m i n u t e e x p o s u r e s t o h y p o x i a , a n d c ) , d u r i n g 2 0 m i n u t e p e r i o d s f o l l o w i n g t h e i n d u c t i o n o f a n a e m i a . A l l d a t a a r e p r e s e n t e d a s a r i t h m e t i c m e a n + s t a n d a r d e r r o r o f t h e m e a n , e x c e p t f o r p H d a t a . A r i t h m e t i c a l m e a n s o f p H v a l u e s a r e n o t m a t h e m a t i c a l l y c o r r e c t ( D a v e n p o r t , 1 9 6 9 ) s o a l l p H m e a s u r e m e n t s w e r e c o n v e r t e d t o H + c o n c e n t r a t i o n s . S t a t i s t i c s w e r e p e r f o r m e d o n t h e s e v a l u e s , t h e n t h e y w e r e r e c o n v e r t e d t o p H v a l u e s f o r c o m p a r i s o n a n d p r e s e n t a t i o n . M e a n s w e r e t e s t e d f o r s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s u s i n g S t u d e n t ' s t - t e s t , w i t h 5% 1 7 ( P < 0 . 0 5 ) b e i n g t a k e n a s t h e s t a t i s t i c a l l i m i t o f s i g n i f i c a n c e . 1 8 R E S U L T S 1 ) E f f e c t s o f C 0 2 a n d 0 2 o n V e n t i l a t i o n . F i g u r e 2 s h o w s m e a n v e n t i l a t i o n v o l u m e s a n d v e n t i l a t i o n f r e q u e n c i e s r e c o r d e d f r o m 2 0 t r o u t e x p o s e d t o n o r m o x i a , t o a r a n g e o f C 0 2 l e v e l s a n d t o h y p e r o x i a a t t h e s a m e l e v e l o f C 0 2 « W i t h i n e a c h g r o u p t h e p r e - t r e a t m e n t m e a n s a r e d e s i g n a t e d a s c o n t r o l v a l u e s . P o s t - t r e a t m e n t m e a n s d i d n o t d i f f e r s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e p r e - t r e a t m e n t m e a n s . V e n t i l a t i o n d a t a w e r e r e c o r d e d f r o m 4 g r o u p s o f 5 f i s h e a c h , a t t h e l e v e l s o f i n s p i r e d C 0 2 t e n s i o n s i n d i c a t e d ( A , B , C , D ; F i g u r e 2 ) . G R O U P A . 0 . 5 k P a P I C 0 . . - 1 - 1 M e a n V ^ w a s 1 4 5 . 2 + 2 2 . 7 m l m i n k g i n n o r m o x i a ( c o n t r o l v a l u e ) . V i n c r e a s e d s l i g h t l y b u t n o t s i g n i f i c a n t l y o n e x p o s u r e t o 0 . 5 k P a P J C Q i b u t f e l l s i g n i f i c a n t l y b e l o w t h e c o n t r o l 2 . - 1 - 1 v a l u e , t o 7 6 . 8 + 1 4 . 6 m l m i n k g , i n h y p e r c a p n i c h y p e r o x i a ( F i g u r e 2 A ) . G R O U P B . 0 . 9 k P a P . i c u 2 V e n t i l a t i o n v o l u m e r o s e f r o m t h e c o n t r o l v a l u e o f 1 5 5 . 5 + 2 7 . 3 m l m i n ^ k g ^ t o 3 9 1 . 5 + 6 0 m l m i n ^ k g ^ d u r i n g h y p e r c a p n e a ( F i g u r e 2 B ) . W h e n o x y g e n w a s a d d e d t o t h e i n s p i r e d w a t e r , V d e c r e a s e d t o a l e v e l n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e c o n t r o l v a l u e , i n s p i t e o f t h e c o n t i n u e d 1 9 F I G U R E 2 T h e e f f e c t s o f C O ^ o n v e n t i l a t i o n o f r a i n b o w t r o u t . V e n t i l a t i o n v o l u m e ( V , p l a i n ) a n d v e n t i l a t i o n f r e q u e n c y q ( V ^ , s t i p p l e d ) w e r e r e c o r d e d d u r i n g n o r m o x i a ( a i r , p r e ; c o n t r o l v a l u e ) , n o r m o x i c h y p e r c a p n e a ( a i r + CO , , ) , h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a {0^ + C O ^ ) a n d p o s t - h y p e r c a p n i c n o r m o x i a ( a i r , p o s t ) i n e a c h g r o u p o f 5 f i s h . E a c h g r o u p w a s e x p o s e d t o a d i f f e r e n t l e v e l o f P I C 0 , r a n g i n g f r o m 0 . 5 t o 2 . 0 k P a . E r r o r b a r s i n d i c a t e + 1 S E M . 2 500 r .c I 400 h 300 h 200 h C I 100 • 600 r T 500 C E £ 400 300 _ 200 c E -Q 100 :>" • 0 A. P C o 2 0,5kPa 500 400 -300 -200 100 i s air air* 0 2 * air pre C O 2 C O 2 post C. P c o 2 1 - 5 k p a air air* 0 2 + air pre C O 2 C O 2 post 0 air pre 800 700 h 600 500 400 300 200 100 0 air* C0 2 B. P C O 2 0.9kPa 0 2 * air C O 2 post D.Pc02 2.0kPa air air* 02+ air pre C O 2 C O 2 post 2 1 p r e s e n c e o f C 0 2 -G R O U P C . 1 . 5 k P a P i c o 2 ' i n c r e a s e d i n n o r m o x i c h y p e r c a p n e a f r o m t h e c o n t r o l v a l u e o f 2 0 4 . 6 + 2 6 . 6 m l m i n - 1 k g - 1 t o 4 7 4 . 3 + 7 0 . 2 m l m i n - 1 k g - 1 ( F i g u r e 2 C ) . T h i s i s a n i n c r e a s e o f t h e s a m e d e g r e e a s t h a t s e e n i n G r o u p B , b u t i s a h i g h e r a c t u a l v e n t i l a t i o n v o l u m e i n h y p e r c a p n e a s i n c e t h e i n i t i a l V w a s h i g h e r . H o w e v e r , w h i l e h y p e r o x i a d i d c a u s e a d e c r e a s e i n V t h e r e s p o n s e t o C 0 2 w a s n o t c o m p l e t e l y a b o l i s h e d b y t h e a d d e d o x y g e n , a s V r e m a i n e d s i g n i f i c a n t l y a b o v e c o n t r o l . G R O U P D . 2 . 0 k P a P I C ( ) . T h i s l e v e l o f C 0 2 c a u s e d t h e l a r g e s t c h a n g e s i n b r e a t h i n g : - 1 - 1 n o r m o x i c V ( 1 5 5 . 6 + 1 6 . 1 m l m i n k g ) i n c r e a s e d t o 6 4 8 . 1 + 7 7 . 1 m l m i n ^ k g ^ i n h y p e r c a p n e a ( F i g u r e 2 D ) . T h e a d d i t i o n o f o x y g e n t o t h e i n s p i r e d w a t e r d i d n o t s i g n i f i c a n t l y a f f e c t t h e i n c r e a s e d v* •. P o s t - h y p e r c a p n i c v e n t i l a t i o n v o l u m e w a s s l i g h t l y b u t n o t s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h e p r e h y p e r c a p n i c c o n t r o l v a l u e . W i t h i n e a c h g r o u p v e n t i l a t i o n f r e q u e n c y s h o w e d n o c h a n g e f r o m t h e c o n t r o l v a l u e o n e x p o s u r e t o e i t h e r h y p e r c a p n e a o r h y p e r c a p n i c h y p e r o x i a . C h a n g e s i n v e n t i l a t i o n v o l u m e r e s u l t e d s o l e l y f r o m i n c r e a s e d v e n t i l a t o r y s t r o k e v o l u m e , a n d t h e r e a p p e a r s t o b e n o i n t e r a c t i o n b e t w e e n a m p l i t u d e a n d f r e q u e n c y o f b r e a t h i n g i n t r o u t e x p o s e d t o t h e s e l e v e l s o f C 0 2 a n d 0 2 -2 2 T r o u t r e s p o n d e d t o P j C 0 l e v e l s o f 1 . 5 a n d 2 . 0 k P a w i t h g r e a t e r e l e v a t i o n s o f V t h a n t h o s e s e e n a t l o w e r C O 2 l e v e l s ( F i g u r e 2 C a n d 2 D ) . H y p e r o x i a d u r i n g C O 2 e x p o s u r e a t t h e h i g h e r l e v e l s d i d n o t r e s u l t i n a d r o p i n V" t o p r e - h y p e r c a p n i c l e v e l s , y a s d i d h y p e r o x i a a t t h e l o w e r l e v e l s o f C 0 2 ( 0 . 5 a n d 0 . 9 k P a ) . H o w e v e r , b e c a u s e m e a s u r e m e n t s w e r e c o m p l i c a t e d b y s t r u g g l i n g o f t h e a n i m a l s , n o f u r t h e r e x p e r i m e n t s w e r e a t t e m p t e d a t l e v e l s o f P a b o v e 1 k P a . 1 C U 2 2 ) E f f e c t s o f C h a n g e s i n B l o o d O x y g e n C a r r y i n g C a p a c i t y o n  B r e a t h i n g a n d B l o o d V a r i a b l e s . R e s u l t s o b t a i n e d f r o m 1 8 f i s h i n h y p e r c a p n e a , h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a , h y p o x i a a n d a n a e m i a a r e s h o w n i n T a b l e I a l o n g w i t h c o n t r o l v a l u e s ( l a b e l l e d " a i r " ) r e c o r d e d d u r i n g n o r m o x i c p e r i o d s b e f o r e a n d a f t e r e a c h t r e a t m e n t . V i s i n v e r s e l y r e l a t e d t o C n ( T a b l e I ) . T h e r e l e v a n t g. a o 2 d a t a f r o m T a b l e I a r e p l o t t e d i n h i s t o g r a m f o r m i n F i g u r e 3 s o t h a t t h i s r e l a t i o n s h i p c a n b e s e e n m o r e c l e a r l y . I n h y p e r c a p n i c a n d h y p o x i c a n i m a l s , a n d d u r i n g a n a e m i a , V ^ i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y a b o v e c o n t r o l a s C . d e c r e a s e d ; i n h y p e r o x i c A U 2 h y p e r c a p n i c a n i m a l s V ^ d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y a s C ^ Q i n c r e a s e d V ^ d i d n o t v a r y s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e c o n t r o l v a l u e d u r i n g a n y e x p e r i m e n t s ; t h u s c h a n g e s i n V : w e r e e f f e c t e d b y a l t e r e d s t r o k e v o l u m e ( V g v , s e e T a b l e I ) . A r t e r i a l b l o o d o x y g e n t e n s i o n ( P n ) d i d n o t i n c r e a s e A U 2 s i g n i f i c a n t l y d u r i n g e x p o s u r e t o C O 2 / b u t r o s e s i g n i f i c a n t l y 2 3 TABLE I E f f e c t s o f normoxic hypercapnea ( P I C Q = 0.8 kPa), hyperoxic hypercapnea ( p j C g = 0.8 kPa) , hypoxia, and anaemia on v e n t i l a t i o n , oxygen t e n s i o n s , and ha e m a t o l o g i c a l v a r i a b l e s i n 18 rainbow t r o u t . Data are expressed as Mean + 1 SEM. A s t e r i s k s i n d i c a t e the v a l u e s t h a t d i f f e r s i g n i f i c a n t l y ( t - t e s t , P<0.05) from normoxic c o n t r o l v a l u e s . V A R I A B L E A I R -1 -1 V ml mm kg 194.4 + 5.6 g V b min 1 70.3+2.6 V ml kg 1 2.7+0.1 sv — p i o k P a 2 0 " ° — °" 6 P kPa 11.7 +0.4 E0 2 P „ kPa 14.6 + 0.4 a 0 2 P n kPa 4.0+0.2 v 0 2 C „ v o l % 7.5 + 0.5 a0 2 Blood 0 2 s a t % 95.0 + 6.3 pHa 7.99+ 0.10 U t i l i z a t i o n % 4 0 . 7 + 2 . 1 • - 1 - 1 V ml min kg 0.51+ 0.02 2 T A B L E I E X P E R I M E N T A L C O N D I T I O N S A I R + C 0 2 321.3 + 29.4* 73.2 + 2.8 4.4 + 0.4* 19.8 + 0.2 13.7 + 0.7* 15.0 + 0.9 3.8 + 0.3 6.0 + 0.6* 76.0 + 7.6 7.79+ 0.03* 30.9 + 1.6 0.73+ 0.10 ° 2 + C 0 2 116.7 + 8.5* 66.4 + 3.8 1.8 + 0.1* 60.4 + 1.7* 51.1 + 2.1* 33.3 + 1.8* 5.4 + 1.0 8.5 + 0.5* 7.77 + 0.02* 21.4 + 3.5 0.42 + 0.06 H Y P O X I A 414.7 + 28.0* 70.7 + 2.7 5.9 + 0.3* 12.4 + 0.6* 8.6 + 0.5* 9.4 + 0.8* 4.9 + 0.3* . 62.0 + 3.8 8.01+ 0.02 25.0 + 2.3 0.49+ 0.06 A N A E M I A 309.5 + 17.2* 73.3 + 1.2 4.2 + 0.3* 20.2 + 0.1 13.9 + 0.3* 17.2 + 0.3* 5.1 + 0.4* 64.0 + 5-0 7.95+ 0.02 27.0 + 1.5 0.53+ 0.04 F I G U R E 3 T h e e f f e c t s o f h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a ( p i o 2 = 6 0 • 4 k p a ; p i c o 2 = °'8 k p a ) ' n o r m o x i c h y p e r c a p n e a ( P T f l = 1 9 . 8 k P a ; P I C 0 = ° - 8 k P a ) ' a n a e m i a ( P I 0 = 2 0 . 2 2 2 k P a ) a n d h y p o x i a ( P n = 1 2 . 4 k P a ) o n 1 U 2 b l o o d o x y g e n c o n t e n t ( C ~ , s t i p p l e d ) a U 2 a n d v e n t i l a t i o n v o l u m e ( V g » p l a i n ) i n 1 8 r a i n b o w t r o u t . R e s u l t s a r e p l o t t e d i n o r d e r o f d e s c e n d i n g ( l e f t t o r i g h t ) C n a n d i n c l u d e c o n t r o l d a t a i n n o r m o x i a . a 0 2 E r r o r b a r s r e p r e s e n t + 1 S E M . 500 T - 400 •| 300 200 100 0 1 i O2+CO2 air air+C02 anaemia hypoxia 10 8 6 U 2 0 o > CM O a o 2 7 d u r i n g h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a ( T a b l e 1 ) . V e n o u s b l o o d o x y g e n t e n s i o n ( ? v Q ) » h o w e v e r , s h o w e d n o s i g n i f i c a n t c h a n g e f r o m c o n t r o l i n e i t h e r h y p e r c a p n e a o r h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a . P a u 2 i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y d u r i n g a n a e m i a a n d d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y i n h y p o x i a ; P V Q w a s n o t m e a s u r e d d u r i n g e i t h e r o f t h e s e t r e a t m e n t s . T h e o x y g e n t e n s i o n o f m i x e d e x p i r e d w a t e r i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y d u r i n g h y p e r c a p n e a , h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a a n d a n a e m i a w h i l e a s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n P £ Q o c c u r r e d d u r i n g h y p o x i a . P e r c e n t u t i l i z a t i o n , c a l c u l a t e d b y t h e r e l a t i o n s h i p P - P I 0 2 E 0 2 X 1 0 0 , ( 1 ) d e c r e a s e d f r o m c o n t r o l d u r i n g a l l t r e a t m e n t s . O x y g e n u p t a k e ( V _ ) w a s c a l c u l a t e d u s i n g t h e F i c k e q u a t i o n : U 2 \ = ( a 0 2 ) (V ( P I 0 2 - P E 0 2 > ( 2 ) w h e r e a 0 2 i s t h e 0 2 s o l u b i l i t y i n f r e s h w a t e r a t t h e e x p e r i m e n t a l t e m p e r a t u r e . I n s p i t e o f t h e l a r g e c h a n g e s i n V o b s e r v e d d u r i n g c h a n g e s i n o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y , V g u 2 w a s m a i n t a i n e d a t l e v e l s n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m c o n t r o l t h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t s . A r t e r i a l b l o o d p H d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y f r o m c o n t r o l d u r i n g b o t h h y p e r c a p n e a a n d h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a , i n d i c a t i n g 2 8 t h a t t h e i n c r e a s e d C C ^ l e v e l s i n t h e i n s p i r e d w a t e r c a u s e d i n c r e a s e s i n b l o o d C O ^ - N o s i g n i f i c a n t c h a n g e i n p H a f r o m c o n t r o l w a s o b s e r v e d i n e i t h e r h y p o x i a o r a n a e m i a , w h e r e P I C g w a s v e r y l o w . 2 9 D I S C U S S I O N I n t h i s s e r i e s o f e x p e r i m e n t s I h a v e s h o w n t h a t b l o o d o x y g e n c o n t e n t i s r e d u c e d a n d v e n t i l a t i o n v o l u m e i n c r e a s e d i n t r o u t e x p o s e d t o P T r i r , l e v e l s r a n g i n g f r o m 0 . 5 t o 1 . 0 k P a . T h e s e I L 0 2 e f f e c t s a r e r e d u c e d b y a d d i n g o x y g e n t o t h e i n s p i r e d w a t e r . I n a d d i t i o n , I h a v e s h o w n t h a t l o w e r i n g b l o o d o x y g e n c o n t e n t b y h y p o x i a o r a n a e m i a p r o d u c e s c o n c o m i t a n t i n c r e a s e s i n v e n t i l a t i o n v o l u m e . A s P J C Q w a s r a i s e d , i n c r e a s e d ( T a b l e I , F i g u r e 2 , 3 ) a n d P C Q o f t h e b l o o d i n c r e a s e d s o t h a t t h e P j C 0 - pa c o d i f f e r e n c e w a s p r e s u m a b l y c o n s t a n t ( C a m e r o n a n d R a n d a l l , 1 9 7 2 ; J a n s s e n a n d R a n d a l l , 1 9 7 5 ) ; p H a d e c r e a s e d ( T a b l e I ) . T h e s e c o n d i t i o n s c a u s e b o t h d e c r e a s e d h a e m o g l o b i n - o x y g e n a f f i n i t y ( B o h r e f f e c t ) a n d a r e d u c t i o n i n b l o o d o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y ( R o o t e f f e c t ) i n t r o u t ( R a n d a l l , 1 9 7 0 ) . A n i n c r e a s e i n w a t e r f l o w p a s t t h e g i l l f i l a m e n t s i s r e q u i r e d u n d e r t h e s e c i r c u m s t a n c e s t o m a i n t a i n o x y g e n u p t a k e i n t h e f a c e o f C 0 2 ~ i n d u c e d h y p o x a e m i a . I n t h i s s t u d y t r o u t i n c r e a s e d v e n t i l a t i o n v o l u m e b y r a i s i n g s t r o k e v o l u m e ( f r e q u e n c y r e m a i n e d c o n s t a n t ) t o c o m p e n s a t e f o r h y p o x a e m i a ( F i g u r e 2 A , B , F i g u r e 3 , T a b l e I ) , a r e s p o n s e s i m i l a r t o t h o s e r e p o r t e d b y o t h e r s ( D e j o u r s , 1 9 7 3 ) . P n a n d P _ w e r e a u 2 v u 2 m a i n t a i n e d n e a r c o n t r o l l e v e l s d u r i n g h y p e r c a p n e a . H o w e v e r , P n i n c r e a s e d , i n d i c a t i n g a f a l l i n u t i l i z a t i o n o f t h e a v a i l a b l e E 0 2 o x y g e n . T h i s d r o p i n u t i l i z a t i o n i s a r e f l e c t i o n o f t h e i m p a i r e d o x y g e n t r a n s p o r t c a p a b i l i t y o f h y p e r c a p n i c b l o o d , s i n c e a r t e r i a l o x y g e n t e n s i o n s w e r e m a i n t a i n e d . 3 0 H y p e r c a p n i c t r o u t r e s p o n d e d t o a n i n c r e a s e i n P T n b y 2 d e c r e a s i n g ( F i g u r e 2 , F i g u r e 3 , T a b l e I ) . A s P ^ Q i n c r e a s e d , so C n i n c r e a s e d a n d h y p e r c a p n i c h y p o x a e m i a w a s r e c t i f i e d b y a u 2 t h e i n c r e a s e d a v a i l a b i l i t y o f o x y g e n a t t h e g i l l s . C o n s e q u e n t l y , t h e w a t e r c o n v e c t i o n r e q u i r e m e n t a t t h e g i l l s u r f a c e i s r e d u c e d a n d V g d e c r e a s e s . p H a , h o w e v e r , d o e s n o t c h a n g e s i g n i f i c a n t l y f r o m c o n t r o l i n h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a ( T a b l e I ) i n d i c a t i n g t h a t B o h r a n d R o o t o f f - s h i f t s a r e s t i l l i n e f f e c t . T h e i n c r e a s e i n C n m u s t b e d u e t o a n i n c r e a s e d a m o u n t o f o x y g e n c a r r i e d i n t h e a u 2 p l a s m a . P . m e a s u r e m e n t s s u p p o r t t h i s a s s u m p t i o n : P _ U 2 A U 2 m e a s u r e d d u r i n g h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a i n c r e a s e d , b u t a l l o f t h e e x t r a o x y g e n d i s s o l v e d i n t h e p l a s m a w a s u t i l i z e d b y t h e t i s s u e s , s i n c e P V Q d i d n o t c h a n g e s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e c o n t r o l v a l u e . P e r c e n t u t i l i z a t i o n w a s l o w e r t h a n t h a t i n n o r m o x i a b e c a u s e , a l t h o u g h t h e o x y g e n t e n s i o n d i f f e r e n c e b e t w e e n i n s p i r e d a n d e x p i r e d w a t e r i n h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a w a s t h e s a m e a s t h a t i n n o r m o x i a , t h e a b s o l u t e v a l u e s o f t h e t e n s i o n s w e r e h i g h e r , g i v i n g a l o w e r r a t i o ( s e e E q u a t i o n ( 1 ) f o r % U c a l c u l a t i o n ) . T h e r e h a v e b e e n f e w s t u d i e s o f t e l e o s t v e n t i l a t i o n i n h y p e r o x i a , b u t p u b l i s h e d r e s u l t s c l e a r l y i n d i c a t e t h a t t h e v e n t i l a t o r y r e q u i r e m e n t i s r e d u c e d ( R a n d a l l a n d J o n e s , 1 9 7 3 ; D e j o u r s , T o u l m o n d a n d T r u c h o t , 1 9 7 7 ) a n d &aQQ i n c r e a s e s s l i g h t l y d u e t o d e c r e a s e d g i l l w a t e r f l o w ( D e j o u r s , 1 9 7 3 ) . I n d e e d , h y p e r o x i c t r o u t h a v e b e e n s h o w n t o h a v e n o v e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o C 0 2 a t l e v e l s n e a r 1 k P a b y D e j o u r s ( 1 9 7 3 ) , c o n f i r m i n g t h e p r e s e n t d a t a . 3 1 In my experiments the e f f e c t s of C 0 2 on v e n t i l a t i o n appear to be completely e l i m i n a t e d by hyperoxia a t l e v e l s of P J ^ Q below 1 kPa. However, as i s e v i d e n t i n F i g u r e 2 C and D, t h e r e i s a r e s i d u a l e f f e c t o f C 0 2 which i s not a l l e v i a t e d by hyperoxia a t l e v e l s o f P j C 0 o f 1 - 5 and 2 kPa. T h i s e f f e c t may be due t o some d i r e c t a c t i o n of C 0 2 which i s not apparent a t lower l e v e l s . T h i s aspect of the i n v e s t i g a t i o n was not pursued owing to t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s i n v o l v e d i n o b t a i n i n g a c c u r a t e V g measurements d u r i n g p e r i o d s when the f i s h s t r u g g l e d a t these higher C 0 2 l e v e l s . The r e d u c t i o n o f blood oxygen content by both hypoxia and anaemia s t i m u l a t e d v e n t i l a t i o n ( F igure 3 , T a b l e I ) . In hypoxia the blood oxygen.content decreased from 7 . 5 v o l % to 5 . 1 v o l % whi l e V doubled. T h i s V i n c r e a s e was g r e a t e r than t h a t g g observed i n hypercapnea, while the blood oxygen c o n t e n t was lower i n hypoxic f i s h than i n hypercapnic f i s h . R eturning the animals to normoxia r e s t o r e d v e n t i l a t i o n volume t o the c o n t r o l l e v e l . P n d u r i n g hypoxia was lower than the c o n t r o l v a l u e , a u 2 as expected, but was higher than the P of the e x p i r e d water. U 2 Per c e n t u t i l i z a t i o n decreased as a r e s u l t of the drop i n P T n - P _ d i f f e r e n c e . P was not measured d u r i n g hypoxia. I U 2 E 0 2 v u 2 R a n d a l l and Jones ( 1 9 7 3 ) found i n c r e a s e s i n V (measured g d i r e c t l y ) s i m i l a r t o those o f t h i s study, i n t r o u t s u b j e c t e d to the same degree o f hypoxia, w h i l e Holeton and R a n d a l l ( 1 9 6 7 b ) r e p o r t e d t h a t V i n c r e a s e d by a f a c t o r of 6 a t l e v e l s g of hypoxia comparable t o those used i n the prese n t experiments. The l a t t e r authors, however, used the F i c k p r i n c i p l e t o 3 2 c a l c u l a t e V , a p r o c e d u r e f o r w h i c h t h e i n h e r e n t e x p e r i m e n t a l e r r o r s h a v e a l r e a d y b e e n p o i n t e d o u t . T h e s e e r r o r s m a y h a v e l e d t o h i g h e r V e s t i m a t e s t h a n t h e d i r e c t m e t h o d u s e d h e r e . M a r v i n g a n d H e a t h ( 1 9 6 8 ) r e c o r d e d l i t t l e c h a n g e i n v e n t i l a t i o n r a t e i n h y p o x i c b l u e g i l l , t r o u t a n d s u n f i s h u n t i l t h e P I Q w a s r e d u c e d b e l o w 6 k P a , b u t w e r e n o t a b l e t o o b t a i n r e l i a b l e d a t a o n v e n t i l a t i o n a m p l i t u d e o r V . I n c a r p , H u g h e s a n d S a u n d e r s g ( 1 9 7 0 ) f o u n d a n i n c r e a s e i n t h e a m p l i t u d e o f b r e a t h i n g w i t h a d v a n c i n g h y p o x i a , l e a d i n g t o a n a p p r o x i m a t e d o u b l i n g o f m i n u t e v o l u m e o v e r t h e s a m e r a n g e o f P a s u s e d i n m y e x p e r i m e n t s . I n a n a e m i a t h e b l o o d o x y g e n c o n t e n t d r o p p e d t o t h e s a m e l e v e l a s t h a t r e c o r d e d i n h y p o x i a w h i l e v e n t i l a t i o n v o l u m e i n c r e a s e d b y a f a c t o r o f 1 . 6 o v e r t h e c o n t r o l v a l u e ( F i g u r e 3 / T a b l e I ) . T h i s i n c r e a s e i n V w a s t h e s a m e a s t h a t o b s e r v e d g d u r i n g h y p e r c a p n e a . H o w e v e r , t h e C - d u r i n g a n a e m i a w a s l o w e r a o 2 t h a n t h a t o b s e r v e d i n C 0 2 e x p o s u r e , d e s p i t e a s i g n i f i c a n t i n c r e a s e i n t h e P n o f a n a e m i c f i s h . M y r e s u l t s r e p r e s e n t a u 2 o n l y s h o r t - t e r m a d a p t a t i o n s t o a n a e m i a ; d a t a f r o m m y e x p e r i m e n t s w e r e r e c o r d e d o n l y 1 - 2 h o u r s a f t e r b l e e d i n g . C a m e r o n a n d D a v i s ( 1 9 7 0 ) f o u n d t h a t t h e p r i m a r y c o m p e n s a t i o n f o r r e d u c e d b l o o d o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y i n t r o u t m a d e s e v e r e l y a n a e m i c b y e i t h e r i n j e c t i o n s o f p h e n y l h y d r a z i n e o r b l e e d i n g , w a s a n i n c r e a s e i n c a r d i a c o u t p u t , w i t h n o c h a n g e i n v e n t i l a t i o n v o l u m e . T h e s e a u t h o r s ' r e s u l t s r e p r e s e n t a l o n g - t e r m a d a p t a t i o n t o a n a e m i a , a s t h e y a l l o w e d a 2 4 - h o u r r e c o v e r y p e r i o d a f t e r i n d u c i n g a n a e m i a , t h e n m a d e o b s e r v a t i o n s o v e r t h e n e x t 1 - 5 d a y s . 3 3 p H a w a s n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e c o n t r o l v a l u e d u r i n g e i t h e r a n a e m i a o r h y p o x i a , i n d i c a t i n g t h a t t h e a c i d - b a s e s t a t u s o f t h e b l o o d w a s m a i n t a i n e d d u r i n g t h e s e e x p e r i m e n t a l t r e a t m e n t s . I n c o m p a r i n g v e n t i l a t i o n v o l u m e s r e c o r d e d d u r i n g a n a e m i a w i t h t h o s e i n h y p o x i a , i t i s a p p a r e n t t h a t V i n c r e a s e d m o r e d u r i n g h y p o x i a t h a n d u r i n g a n a e m i a f o r t h e s a m e d e c r e a s e i n C a u 2 ( T a b l e I ) . T h e r e m u s t b e o t h e r f a c t o r s , i n a d d i t i o n t o C _ , 2 w h i c h a d d t o t h e i n c r e a s e o f - V i n h y p o x i a ; a m o n g t h e s e c o u l d b e i n p u t f r o m g i l l , s k i n , c i r c u l a t o r y s y s t e m o r b r a i n P n . 2 r e c e p t o r s . T h e m a x i m u m b l o o d o x y g e n c a p a c i t y ( C _ m a x ) , o r 1 0 0 % a U 2 o x y g e n s a t u r a t i o n l e v e l o f t r o u t b l o o d a t a g i v e n h a e m a t o c r i t c a n b e f o u n d f r o m t h e r e l a t i o n s h i p : C n ( m a x ) = 0 . 3 1 1 h a e m a t o c r i t + 0 . 7 a u 2 w h e r e C n ( m a x ) i s i n v o l u m e s p e r c e n t ( v o l % ) a n d h a e m a t o c r i t a U 2 i s i n p e r c e n t ( H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ) . T h e m e a n h a e m a t o c r i t o f 1 8 f i s h w a s 2 3 . 1 % , g i v i n g a m a x i m u m b l o o d o x y g e n c a p a c i t y o f 7 . 9 v o l % . T h e m e a n C n i n n o r m o x i c c o n d i t i o n s ( c o n t r o l v a l u e ) a u 2 f o r t h e s a m e g r o u p o f f i s h w a s 7 . 5 v o l % , e q u i v a l e n t t o 9 5 % s a t u r a t i o n . T h i s f i g u r e a g r e e s w e l l w i t h t h e e s t i m a t e o f 9 5 % o r g r e a t e r s a t u r a t i o n f o r t r o u t a t r e s t i n n o r m o x i a g i v e n b y S t e v e n s a n d R a n d a l l ( 1 9 6 7 ) . I n h y p e r c a p n e a t h e b l o o d o x y g e n c o n t e n t d e c r e a s e d t o 6 v o l % , c o r r e s p o n d i n g t o 7 6 % s a t u r a t i o n . A n e x a m i n a t i o n o f 3 4 p u b l i s h e d o x y g e n d i s s o c i a t i o n c u r v e s f o r t r o u t b l o o d ( B l a c k , K i r k p a t r i c k a n d T u c k e r , 1 9 6 6 ; R a n d a l l , 1 9 7 0 ; C a m e r o n , 1 9 7 1 ) i n d i c a t e s t h a t i n n o r m o x i c h y p e r c a p n e a a t t h e t e m p e r a t u r e ( 1 0 ° C ) a n d t h e l e v e l o f C O 2 ( 0 . 8 k P a ) u s e d i n m y e x p e r i m e n t s t h e b l o o d s h o u l d h a v e b e e n b e t w e e n 6 5 % a n d 8 5 % s a t u r a t e d . T h e v a l u e o f 7 6 % o b t a i n e d i n m y e x p e r i m e n t s f a l l s i n t h e c e n t e r o f t h i s r a n g e , c l e a r l y s h o w i n g t h a t t r o u t b l o o d i s h y p o x a e m i c a t t h i s l e v e l o f C 0 2 > I n h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a t h e B o h r s h i f t i s p r e s u m a b l y o f t h e s a m e m a g n i t u d e a s i n n o r m o x i c h y p e r c a p n e a , s i n c e t h e p H o f t h e b l o o d d i d n o t c h a n g e a f t e r t h e t r a n s i t i o n f r o m n o r m o x i c t o h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a . T h e r e f o r e , t h e s a t u r a t i o n l e v e l o f t h e b l o o d d i d n o t c h a n g e i n h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a b u t t h e a m o u n t o f o x y g e n d i s s o l v e d i n t h e p l a s m a i n c r e a s e d t o p r o d u c e t h e e l e v a t e d C _ o b s e r v e d . a u 2 I n h y p o x i c w a t e r C n m e a s u r e m e n t s s h o w t h a t t h e d e g r e e o f b l o o d s a t u r a t i o n d e c r e a s e d f r o m 9 5 % t o 6 2 % . I n a n a e m i a t h e l e v e l o f s a t u r a t i o n s i m i l a r l y d r o p p e d t o 6 4 % ; e a c h d e c r e a s e w a s a c c o m p a n i e d b y a u g m e n t e d v e n t i l a t i o n . I t i s a p p a r e n t t h a t v e n t i l a t i o n v o l u m e i s r e l a t e d t o t h e l e v e l o f b l o o d o x y g e n i n h y p e r c a p n e a . , h y p e r o x i c h y p e r c a p n e a , h y p o x i a a n d a n a e m i a . T h e r e g u l a t o r y m e c h a n i s m f o r v e n t i l a t i o n i s o p t i m i z e d t o m a i n t a i n b l o o d o x y g e n l e v e l s ( a n d t h u s t i s s u e o x y g e n l e v e l s ) i n t h e f a c e o f o x y g e n l a c k . T h a t t h e m a n o e u v r e o f i n c r e a s i n g V i s s u c c e s s f u l i n h e l p i n g t h e f i s h a d a p t t o a d v e r s e c o n d i t i o n s w h i c h i m p a i r t h e 3 5 b l o o d o x y g e n t r a n s p o r t s y s t e m i s s h o w n b y t h e c o n s t a n c y o f o x y g e n u p t a k e d u r i n g a l l e x p e r i m e n t a l t r a i l s ( T a b l e I ) . T h i s s t r a t e g y i s o f a d a p t i v e s i g n i f i c a n c e i n p r o v i d i n g t h e t i s s u e s w i t h o x y g e n d u r i n g a v a r i e t y o f u n f a v o u r a b l e e n v i r o n m e n t a l c i r c u m s t a n c e s . 36 P A R T I I L o c a l i z a t i o n o f R e c e p t o r s C a u s i n g  H y p o x i c B r a d y c a r d i a I N T R O D U C T I O N T h e b r a d y c a r d i a e x h i b i t e d b y b o t h t e l e o s t s a n d e l a s m o b r a n c h s i n r e s p o n s e t o h y p o x i a i s w e l l d o c u m e n t e d ( S a t c h e l l , 1 9 6 1 ; R a n d a l l a n d S h e l t o n , 1 9 6 3 ; H e a t h , 1 9 6 4 ; H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ; R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ; M a r v i n a n d H e a t h , 1 9 6 8 ; P i i p e r , B a u m g a r t e n a n d M e y e r , 1 9 7 0 ; B u t l e r a n d T a y l o r , 1 9 7 1 , 1 9 7 5 ) . H o w e v e r , t h e d e g r e e a n d t i m e c o u r s e o f t h i s r e s p o n s e a r e n o t c o n s i s t e n t a m o n g t h e r e p o r t s c i t e d . B u t l e r a n d T a y l o r ( 1 9 7 5 ) s h o w e d t h a t , i n e l a s m o b r a n c h s , h e a r t r a t e a t t a i n e d d u r i n g e x t r e m e h y p o x i a w a s t e m p e r a t u r e i n d e p e n d e n t . T h e d e g r e e o f c a r d i a c a d j u s t m e n t w a s m u c h g r e a t e r i n f i s h a c c l i m a t e d t o h i g h e r t e m p e r a t u r e s b e c a u s e t h e s t a r t i n g r a t e w a s h i g h e r . S t u d i e s o n t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e t o h y p o x i a i n t e l e o s t s h a v e e i t h e r b e e n p e r f o r m e d o v e r a w i d e t e m p e r a t u r e r a n g e o r a t h i g h t e m p e r a t u r e s ( H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ; R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ; M a r v i n a n d H e a t h , 1 9 6 8 ) s o t h a t t h e d e g r e e o f c a r d i a c r e s p o n s e a t l o w t e m p e r a t u r e , o r t h e e f f e c t t h a t l o w t e m p e r a t u r e h a s o n t h e a f f e r e n t o r e f f e r e n t n e r v o u s l i n k s o f t h e r e f l e x a r c , i s u n k n o w n . I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h i s , t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e o f t r o u t t o h y p o x i a w a s e x a m i n e d a t t w o t e m p e r a t u r e s , 7 ° C a n d 1 6 ° C , t h e f o r m e r b e c a u s e i t w a s t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h t h e 37 o x y g e n r e c e p t o r l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s w e r e d o n e , a n d t h e l a t t e r t o a l l o w c o m p a r i s o n w i t h p r e v i o u s w o r k . I n p r e l i m i n a r y l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s i n v o l v i n g t h e r e m o v a l o f w h o l e g i l l a r c h e s f o l l o w e d b y h y p o x i c e x p o s u r e , e v i d e n c e w a s f o u n d f o r r e c e p t o r s a f f e c t i n g h e a r t r a t e , l o c a t e d o n o r n e a r t h e g i l l s . N o e v i d e n c e o f r e c e p t o r s i n f l u e n c i n g v e n t i l a t i o n w a s f o u n d . F o r t h i s r e a s o n , a n d b e c a u s e t h e e x p e r i m e n t a l p a r a m e t e r s i n v o l v e d i n s t u d y i n g c a r d i a c c h r o n o t r o p i c r e s p o n s e s w e r e m o r e e a s i l y c o n t r o l l e d , t h e l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s o u t l i n e d i n t h e f o l l o w i n g s t u d y w e r e r e s t r i c t e d t o i n v e s t i g a t i o n o f t h o s e r e c e p t o r s r e s p o n s i b l e f o r t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e t o h y p o x i a . T h e o b j e c t i v e s o f t h i s s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w e r e t o e x a m i n e t h e b r a d y c a r d i a i n d u c e d b y h y p o x i a , t o l o c a t e t h e r e c e p t o r s i n v o l v e d i n t h i s r e s p o n s e , a n d t o i d e n t i f y t h e i r i n n e r v a t i o n . 3 8 M A T E R I A L S A N D M E T H O D S G e n e r a l E x p e r i m e n t s w e r e d o n e o n 3 8 h a t c h e r y - r e a r e d r a i n b o w t r o u t r a n g i n g i n m a s s f r o m 0 . 2 9 t o 0 . 4 5 k g , o f b o t h s e x e s . A n i m a l s w e r e k e p t i n o u t d o o r a q u a r i a a t 7 ° C a n d i n d o o r a q u a r i a a t 1 6 ° C a n d w e r e f e d t r o u t p e l l e t s t w i c e w e e k l y . A l l e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d a t t h e a c c l i m a t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e f i s h . E l e c t r o d e s a n d c a n n u l a e w e r e i m p l a n t e d d u r i n g t r i c a i n e m e t h a n e s u l f o n a t e ( M S 2 2 2 ) a n a e s t h e s i a ( 1 : 1 0 , 0 0 0 d i l u t i o n ) o n t h e o p e r a t i n g t a b l e d e s c r i b e d i n P a r t I . T h e E C G w a s r e c o r d e d v i a t w o 2 8 G A . c o p p e r w i r e e l e c t r o d e s i n s u l a t e d e x c e p t a t t h e t i p a n d i m p l a n t e d s u b c u t a n e o u s l y , o n e o v e r t h e h e a r t , t h e o t h e r i n t h e d o r s a l m u s c u l a t u r e . T h e E C G s i g n a l w a s a m p l i f i e d c o n v e n t i o n a l l y a n d d i s p l a y e d o n a p e n r e c o r d e r w r i t i n g o n r e c t i l i n e a r c o o r d i n a t e s . R a t e a n d a m p l i t u d e o f b r e a t h i n g m o v e m e n t s w e r e m o n i t o r e d u s i n g a n i m p e d a n c e p n e u m o g r a p h . T h i n c o p p e r w i r e e l e c t r o d e s w e r e i m p l a n t e d u n d e r t h e s k i n o f e a c h o p e r c u l u m a n d t h e s i g n a l d i s p l a y e d o n t h e p e n r e c o r d e r . V e n t i l a t i o n r a t e w a s c o u n t e d f r o m t h e r e c o r d s o v e r 1 - m i n u t e p e r i o d s . T h e a m p l i t u d e o f b r e a t h i n g w a s a s s e s s e d q u a l i t a t i v e l y , t h e a m p l i t u d e o f p e n d e f l e c t i o n a t a n y g i v e n i n s p i r e d w a t e r o x y g e n t e n s i o n ( P T n ) 1 U 2 b e i n g c o m p a r e d w i t h t h a t o b t a i n e d a t n o r m a l P . N o a t t e m p t i U 2 w a s m a d e t o c a l i b r a t e t h e a m p l i t u d e t r a c e o r t o r e l a t e t h e r e c o r d e d a m p l i t u d e t o v e n t i l a t i o n v o l u m e . B l o o d s a m p l e s ( 7 5 y l ) w e r e o b t a i n e d v i a a 3 0 c m . c a n n u l a o f P E 5 0 t u b i n g p l a c e d i n t h e d o r s a l a o r t a ; t h e c a n n u l a w a s i m p l a n t e d a n d a n c h o r e d a s 3 9 d e s c r i b e d i n P a r t I . H a e m a t o c r i t w a s m e a s u r e d b e f o r e a n d a f t e r b l o o d s a m p l i n g a n d i n n o e x p e r i m e n t d i d i t f a l l b y m o r e t h a n 1 0 % o f i t s i n i t i a l v a l u e a f t e r s a m p l i n g . O x y g e n t e n s i o n s i n b l o o d a n d w a t e r w e r e m e a s u r e d w i t h a R a d i o m e t e r E 5 0 4 6 o x y g e n e l e c t r o d e i n c o n j u n c t i o n w i t h a R a d i o m e t e r P H M 7 1 a n a l y z e r . T h e e l e c t r o d e w a s m a i n t a i n e d a t t h e e x p e r i m e n t a l w a t e r t e m p e r a t u r e a n d c a l i b r a t e d w i t h a i r -e q u i l i b r a t e d w a t e r a n d n i t r o g e n g a s . T h e d e s i r e d P o f w a t e r U 2 u s e d i n t h e e x p e r i m e n t s w a s o b t a i n e d b y p a s s i n g w a t e r t h r o u g h g a s e x c h a n g e c o l u m n s t h r o u g h w h i c h n i t r o g e n ( h y p o x i c P _ ) , a i r ( n o r m o x i c P ^ Q ) o r o x y g e n ( h y p e r o x i c P . ^ ) w a s b u b b l e d . C a r d i a c C h r o n o t r o p i c E x p e r i m e n t s T o s t u d y t h e e f f e c t s o f t e m p e r a t u r e o n t h e c a r d i a c c h r o n o t r o p i c r e s p o n s e t o h y p o x i a , s p o n t a n e o u s l y b r e a t h i n g f i s h , ' i m p l a n t e d w i t h e l e c t r o d e s t o m o n i t o r E C G a n d r e s p i r a t i o n , w e r e p l a c e d i n a B r e t t - t y p e r e s p i r o m e t e r m a i n t a i n e d a t t h e a c c l i m a t i o n t e m p e r a t u r e . W a t e r f l o w t h r o u g h t h e a n i m a l s e c t i o n o f t h e r e s p i r o m e t e r w a s k e p t a t 1 0 c m s e c ^ b e f o r e a n d t h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t a n d f i s h h e l d t h e i r p o s i t i o n a g a i n s t t h i s c u r r e n t w i t h n o a p p a r e n t e x p e n d i t u r e o f e n e r g y . W a t e r w a s f l u s h e d t h r o u g h t h e r e s p i r o m e t e r a t a r a t e o f 1 l . m i n ^ w h i c h w a s s u f f i c i e n t t o m a i n t a i n a n y d e s i r e d l e v e l o f o x y g e n t e n s i o n i n t h e r e s p i r o m e t e r . I t h a d b e e n p r e v i o u s l y e s t a b l i s h e d t h a t t h e r e s t i n g h e a r t r a t e s a t a g i v e n t e m p e r a t u r e u n d e r t h e s e c o n d i t i o n s w e r e l o w e r t h a n t h o s e o b t a i n e d f r o m f i s h 4 0 h e l d i n b l a c k b o x e s o r o t h e r t y p e s o f r e s t r a i n t o f t e n u s e d f o r t h i s t y p e o f e x p e r i m e n t . F i s h w e r e a l l o w e d a t l e a s t 2 4 h o u r s i n t h e r e s p i r o m e t e r t o r e c o v e r f r o m t h e e f f e c t s o f h a n d l i n g a n d a n a e s t h e s i a . R e s t i n g v a l u e s f o r h e a r t r a t e a n d b r e a t h i n g w e r e o b t a i n e d a t a P n o f 2 0 k P a . T h e n t h e a i r - e q u i l i b r a t e d w a t e r I U 2 u s e d t o f l u s h t h e r e s p i r o m e t e r w a s r e p l a c e d w i t h h y p o x i c . w a t e r a n d P n o f t h e w a t e r i n t h e r e s p i r o m e t e r s l o w l y d e c l i n e d . H e a r t 2 r a t e a n d v e n t i l a t i o n w e r e r e c o r d e d a t 1 . 3 3 k P a P n s t e p s f r o m 1 U 2 2 0 t o 4 k P a , w h e n t h e f l o w o f a i r - e q u i l i b r a t e d w a t e r w a s s t a r t e d a g a i n . T h e s e p a r a m e t e r s w e r e a g a i n m e a s u r e d e v e r y 1 . 3 3 k P a w h i l e P n g r a d u a l l y r e t u r n e d t o t h e i n i t i a l l e v e l . T h e c o m p l e t e ° 2 c y c l e o f w a t e r d e o x y g e n a t i o n a n d r e o x y g e n a t i o n t o o k a b o u t 2 h o u r s . H e a r t r a t e s w e r e c a l c u l a t e d f r o m 3 0 s e c o n d r e c o r d s o f E C G . C h a n g e s i n b r e a t h i n g w e r e e x p r e s s e d a s t h e p r o d u c t o f t h e r e c o r d e d s i g n a l a m p l i t u d e a n d b r e a t h i n g r a t e a t a g i v e n P T f ) , ± U 2 n o r m a l i z e d b y t h e p r o d u c t o b t a i n e d a t 2 0 k P a P n . 1 U 2 R e c e p t o r L o c a t i o n E x p e r i m e n t s T w e l v e f i s h w e r e u s e d i n e x p e r i m e n t s d e s i g n e d t o l o c a t e t h e r e c e p t o r s c a u s i n g h y p o x i c b r a d y c a r d i a . T h e b u c c a l c a v i t y w a s d i v i d e d i n t o t w o l a t e r a l c h a m b e r s b y a w o o d e n t o n g u e d e p r e s s o r , h e l d i n t h e m e d i a n p l a n e b y d o r s a l a n d v e n t r a l s u t u r e s t h r o u g h t h e u p p e r a n d l o w e r l i p . T h e f i s h w a s t h e n p l a c e d i n a h o l d e r s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d b y S h e l t o n ( 1 9 5 9 ) , t h e h e a d w a s c l a m p e d b y b a r s l o c a t e d o n t h e s u p r a o r b i t a l r i d g e s a n d t h e b o d y w r a p p e d i n f i n e n y l o n n e t f i x e d t o t h e s i d e o f 4 1 t h e b o x . T w o t u b e s w e r e p l a c e d i n t h e b u c c a l c a v i t y , o n e o n e i t h e r s i d e o f t h e b u c c a l d i v i d e r , a n d n o r m o x i c w a t e r f l o w ( 1 l . m i n - ^ ) w a s m a i n t a i n e d o v e r b o t h s e t s o f g i l l s . F i s h w e r e a l l o w e d t o r e c o v e r f o r s e v e r a l h o u r s b e f o r e e x p e r i m e n t a t i o n w a s b e g u n . I n t h e l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s o n e s e t o f g i l l s w a s a l w a y s f l u s h e d w i t h h y p e r o x i c ( 5 5 . 2 + 2 . 5 k P a P _ : m e a n + 1 s t a n d a r d 1 U 2 e r r o r o f t h e m e a n ) w a t e r w h i l e e i t h e r h y p o x i c ( 3 . 5 + 0 . 3 k P a P . ) o r h y p e r o x i c w a t e r w a s p a s s e d o v e r t h e o t h e r s e t . B e c a u s e 2 o f t h e h i g h w a t e r f l o w r a t e t h e l a t e n c y b e t w e e n s w i t c h i n g w a t e r s o l u t i o n s a n d a r r i v a l a t t h e g i l l s w a s l e s s t h a n 1 s e c . W a t e r t e m p e r a t u r e w a s 7 + 0 . 5 ° C t h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t s . R e m o v a l o f g i l l a r c h e s , n e r v e s e c t i o n , o r a r r e s t o f g i l l c i r c u l a t i o n w a s o n l y p e r f o r m e d o n o n e s i d e o f t h e f i s h ( r e f e r r e d t o a s t h e " o p e r a t e d s i d e " ) . T h e o p e r c u l u m o n t h a t s i d e w a s r e f l e c t e d a n t e r i o r l y t o e x p o s e t h e g i l l s a n d t h e o p e r a t i o n w a s c a r r i e d o u t t h r o u g h t h e o p e r c u l a r o p e n i n g . B l o o d f l o w t h r o u g h a g i l l a r c h w a s i n t e r r u p t e d b y p l a c i n g a l i g a t u r e o f #2 s u r g i c a l s i l k a r o u n d t h e a r c h a t t h e v e n t r a l i n s e r t i o n o n t h e b o d y . G i l l a r c h e s w e r e r e m o v e d b y p l a c i n g l i g a t u r e s o f #2 s u r g i c a l s i l k a r o u n d t h e a r c h , b o t h d o r s a l l y a n d v e n t r a l l y , a n d e x c i s i n g t h e p o r t i o n b e t w e e n t h e l i g a t u r e s . T h e n e r v e s u p p l y t o t h e f i r s t g i l l a r c h w a s e x p o s e d b y m a k i n g a s m a l l i n c i s i o n i n t h e s k i n o n t h e a n t e r i o r a s p e c t o f i t s i n s e r t i o n o n t h e b o d y w a l l . T h e t w o n e r v e s ( g l o s s o p h a r y n g e a l , C r . I X , a n d a s m a l l b r a n c h o f t h e v a g u s , C r . X ) w h i c h i n n e r v a t e t h e a r c h w e r e 4 2 l o c a t e d o n e i t h e r s i d e o f t h e e f f e r e n t b l o o d v e s s e l . B o t h b r a n c h e s w e r e s e c t i o n e d a n d t h e i n c i s i o n c l o s e d , a l t h o u g h c a r e w a s t a k e n t o e n s u r e t h a t t h e s m a l l b r a n c h o f C r . I X s e r v i n g t h e p s e u d o b r a n c h w a s l e f t i n t a c t . T h e s i d e o f t h e f i s h o n w h i c h n o o p e r a t i v e p r o c e d u r e s w e r e d o n e i s r e f e r r e d t o a s t h e " i n t a c t s i d e " . T h e i n n e r v a t i o n o f ( b r a n c h o f C r . I X ) a n d t h e b l o o d s u p p l y f r o m t h e p s e u d o b r a n c h w e r e d e s t r o y e d b i l a t e r a l l y i n t h r e e f i s h . B i l a t e r a l d e s t r u c t i o n w a s d e e m e d n e c e s s a r y b e c a u s e o f t h e p o s s i b l e e x c h a n g e o f b l o o d b e t w e e n t h e t w o p s e u d o b r a n c h s v i a t h e i n t e r n a l c a r o t i d a r t e r y ( A l l i s , 1 9 1 2 ) d u r i n g i r r i g a t i o n o f o n e s e t o f g i l l s w i t h h y p o x i c w a t e r . T h e o p e r c u l u m w a s r e f l e c t e d a n t e r i o r l y a n d t h e n e r v e a n d a r t e r y r u n n i n g i n p a r a l l e l t o w a r d t h e p s e u d o b r a n c h w e r e l o c a t e d . A s m a l l i n c i s i o n w a s m a d e i n t h e s k i n 2 m m . m e d i a l t o t h e p s e u d o b r a n c h o n e i t h e r s i d e o f t h e n e r v e a n d a r t e r y a n d a l e n g t h o f #0 s u r g i c a l s i l k p a s s e d u n d e r t h e m . A l i g a t u r e w h i c h o c c l u d e d t h e a r t e r y a n d d e s t r o y e d t h e n e r v e w a s t i e d a r o u n d b o t h . T h e s u c c e s s o f t h i s a n d o f a l l o t h e r o p e r a t i o n s w a s c h e c k e d a t p o s t m o r t e m . 4 3 R E S U L T S 1 ) T h e C a r d i a c a n d C h r o n o t r o p i c R e s p o n s e t o H y p o x i a a t 7 a n d  1 6 ° C . T r o u t a c c l i m a t e d t o 7 a n d 1 6 ° C d i s p l a y e d a m a r k e d i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n a n d b r a d y c a r d i a w h e n e x p o s e d t o h y p o x i a a t t h e i r a c c l i m a t i o n t e m p e r a t u r e s ( F i g u r e 4 A a n d B ) . A t t h e l o w e s t P _ ( 4 k P a ) t o w h i c h t h e f i s h w e r e e x p o s e d , h e a r t r a t e w a s s i g n i f i c a n t l y ( P < 0 . 0 1 ) b e l o w t h e i n i t i a l r a t e i n b o t h g r o u p s o f f i s h . T h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e ( P < 0 . 0 5 ) i n m e a n h e a r t r a t e s b e t w e e n t h e t w o g r o u p s o f f i s h o v e r t h e r a n g e o f P T n 4 - 6 . 6 6 k P a . H o w e v e r , m e a n h e a r t r a t e i n t h e 1 6 ° C a c c l i m a t e d 2 - 1 o g r o u p w a s a b o u t 1 3 b e a t s m i n a b o v e t h e 7 C a c c l i m a t e d g r o u p a t P T f l 2 0 k P a . T h e h e a r t r a t e r e s p o n s e d u r i n g r e t u r n t o 2 n o r m a l P n w a s t h e m i r r o r i m a g e o f t h e i n i t i a l d e c l i n e i n r a t e i U 2 i n r e s p o n s e t o d e c r e a s i n g P j n ( F i g u r e 4 B ) . 2 2 ) L o c a l i z a t i o n o f R e c e p t o r s C a u s i n g B r a d y c a r d i a . A ) H y p o x i c B r a d y c a r d i a i n t h e D i v i d e d B u c c a l C a v i t y  P r e p a r a t i o n . T h e t o n g u e d e p r e s s o r p r e p a r a t i o n w a s u s e d f o r t w o r e a s o n s : f i r s t , a s i n g l e f i s h c o u l d a c t a s i t s o w n c o n t r o l , e l i m i n a t i n g t h e n e e d f o r l a r g e n u m b e r s o f r e p l i c a t e s a n d s h a m o p e r a t i o n s , a n d s e c o n d , i t w a s h o p e d t h a t t h e e f f e c t o n a r t e r i a l b l o o d o x y g e n t e n s i o n ( P _ ) o f t h e a p p l i c a t i o n o f h y p o x i c w a t e r t o a u 2 4 4 F I G U R E 4 T h e e f f e c t o f e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a o n v e n t i l a t i o n ( A ) a n d h e a r t r a t e ( B ) i n r a i n b o w t r o u t a t t w o t e m p e r a t u r e s ( 7 ° C , © ; 1 6 ° C , ® ) . T h e f i s h w e r e a c c l i m a t e d t o t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h t h e e x p e r i m e n t w a s d o n e . P n w e r e p r o g r e s s i v e l y r e d u c e d a n d t h e n i n c r e a s e d , e a c h c y c l e o f n o r m o x i a -h y p o x i a - n o r m o x i a t a k i n g a b o u t 2 h o u r s . E a c h d a t a p o i n t i s t h e m e a n v a l u e (.+ 1 S E M ) o b t a i n e d f r o m 1 4 f i s h a c c l i m a t e d t o 7 ° C a n d 8 f i s h a c c l i m a t e d t o 1 6 ° C . T h e c h a n g e i n v e n t i l a t i o n w a s c o m p u t e d a s t h e p r o d u c t o f t h e b r e a t h i n g r a t e ( B R ) a n d a m p l i t u d e ( A M P ) a t a n y g i v e n P n a n d n o r m a l i z e d b y 1 U 2 d i v i d i n g t h e p r o d u c t o b t a i n e d a t n o r m a l P ( ( B R X A M P ) i n i t i a l ) . 1 U 2 o n e s e t o f g i l l s w o u l d b e o f f s e t b y p e r f u s i o n o f t h e o t h e r s e t o f g i l l s w i t h h y p e r o x i c w a t e r . I n o r d e r t o t e s t t h e l a t t e r , d o r s a l a o r t i c P n a n d E C G w e r e m o n i t o r e d f r o m t h e t i m e t h a t 2 h y p o x i c w a t e r r e a c h e d t h e g i l l s o n t h e t e s t s i d e . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . D o r s a l a o r t i c P n , w h e n t h e f i s h w a s v e n t i l a t e d w i t h n o r m o x i c w a t e r , w a s a p p r o x i m a t e l y 1 5 k P a . W h e n h y p e r o x i c w a t e r w a s p a s s e d o v e r b o t h s e t s o f g i l l s P r o s e t o a o 2 2 8 + 1 . 3 k P a . R e p l a c i n g h y p e r o x i c w i t h h y p o x i c w a t e r f l o w t o o n e s e t o f g i l l s c a u s e d a f a l l i n d o r s a l a o r t i c P . ; a f t e r 5 2 m i n v P n w a s i n t h e r a n g e o f 1 8 - 2 0 k P a , w e l l a b o v e t h e v a l u e 2 o b t a i n e d w h e n b o t h s e t s o f g i l l s w e r e i r r i g a t e d w i t h n o r m o x i c w a t e r . D e s p i t e t h e h i g h P n t h r o u g h o u t t h e p e r i o d o f h y p o x i c a u 2 w a t e r f l o w t o o n e s e t o f g i l l s , b r a d y c a r d i a w a s f u l l y d e v e l o p e d w i t h i n 3 0 s e c . a f t e r h y p o x i c w a t e r r e a c h e d t h a t s e t o f g i l l s ( F i g u r e 5 A , C ) . H e a r t r a t e f e l l f r o m 4 2 . 2 + 0 . 6 b e a t s m i n - 1 t o 2 6 . 4 + 0 . 5 b e a t s m i n a f t e r 1 m i n u t e o f h y p o x i c w a t e r f l o w t o o n e s e t o f g i l l s . I n 8 0 t r i a l s n o d i f f e r e n c e w a s n o t e d i n t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e c a u s e d b y i r r i g a t i n g e i t h e r t h e r i g h t o r l e f t s e t o f g i l l s w i t h h y p o x i c w a t e r . R e s u l t s f r o m f i s h i n w h i c h t h e r e w a s a d e c l i n e i n t h e r e s p o n s e o b t a i n e d o n e x p o s i n g t h e i n t a c t s e t o f g i l l s t o h y p o x i c w a t e r f l o w f o l l o w i n g a n o p e r a t i v e p r o c e d u r e o n t h e o t h e r s e t o f g i l l s w e r e d i s c a r d e d , a s I f e l t t h a t t h i s m i g h t i n d i c a t e t h a t t h e f i s h w a s n o l o n g e r i n g o o d c o n d i t i o n f o r t h e s e e x p e r i m e n t s . T h e f a l l i n h e a r t r a t e i n r e s p o n s e t o h y p o x i c w a t e r f l o w o v e r a n i n t a c t s e t o f g i l l s ( t h e o t h e r s e t b e i n g i r r i g a t e d 4 7 F I G U R E 5 T h e e f f e c t o f i r r i g a t i n g o n e s e t o f g i l l s w i t h h y p o x i c w a t e r ( P T n = 3 . 5 k P a ) w h i l e 2 h y p e r o x i c w a t e r ( P T f l = 5 5 . 2 k P a ) w a s 2 p a s s e d o v e r t h e o t h e r s e t , o n h e a r t r a t e ( A ) a n d d o r s a l a o r t i c P n ( B ) . T h e h y p o x i c U 2 f l o w w a s s t a r t e d a t t i m e 0 a n d r a n u n t i l t h e b l o o d s a m p l e w a s t a k e n . T h i s w a s r e p e a t e d , o n f o u r f i s h , e i g h t t i m e s . T h e m e a n o f t h e e i g h t v a l u e s (+ 1 S E M ) t a k e n a t t h e s a m e t i m e i s s h o w n i n ( B ) . T h e m e a n h e a r t r a t e (+ 1 S E M ) a t t h e t i m e t h e b l o o d s a m p l e s w e r e t a k e n i s g i v e n i n ( A ) . ( C ) i s a t r a c i n g o f a n E C G r e c o r d b e f o r e , d u r i n g , a n d a f t e r a p e r i o d o f h y p o x i c w a t e r f l o w t o o n e s e t o f g i l l s ( i n d i c a t e d b y b o x e s a b o v e a n d a r r o w s b e l o w t h e t r a c e ) . 4 9 w i t h h y p e r o x i c w a t e r ) w a s i n i t i a l l y r a p i d : h e a r t r a t e f e l l b y s o m e 2 0 % i n t h e f i r s t 1 0 s e c . o f h y p o x i c f l o w . H e a r t r a t e c o n t i n u e d t o f a l l a n d e v e n t u a l l y s t a b i l i z e d a b o u t . " 3 7 % b e l o w t h e i n i t i a l v a l u e a f t e r 1 m i n . o f h y p o x i c w a t e r f l o w ( T a b l e I I A ) . R e s t o r i n g h y p e r o x i c w a t e r f l o w t o t h e t e s t s i d e c a u s e d a n i m m e d i a t e i n c r e a s e i n h e a r t r a t e , t h e " o f f - r e s p o n s e " b e i n g c o n s i d e r a b l y f a s t e r t h a n t h e " o n - r e s p o n s e " ( F i g u r e 5 C ) . M a n y a n i m a l s e x h i b i t e d a s l i g h t t a c h y c a r d i a 1 t o 2 s e c . a f t e r h y p e r o x i c w a t e r f l o w w a s r e t u r n e d t o t h e t e s t s e t o f g i l l s ; h e a r t r a t e r e t u r n e d t o t h e i n i t i a l v a l u e s o m e 1 0 - 2 0 s e c . l a t e r . B ) B i l a t e r a l L i g a t i o n o f t h e E f f e r e n t P s e u d o b r a n c h A r t e r y  a n d N e r v e . I m m e d i a t e l y f o l l o w i n g b i l a t e r a l o c c l u s i o n o f t h e p s e u d o -b r a n c h b l o o d s u p p l y , a n d b i l a t e r a l s e c t i o n o f t h e p s e u d o b r a n c h n e r v e , t h e h e a r t r a t e w a s s i g n i f i c a n t l y ( P < 0 . 0 5 ) a b o v e t h a t o b s e r v e d i n t h e c o n t r o l s ( T a b l e I I ) . P a s s i n g h y p o x i c w a t e r ' o v e r o n e s e t o f g i l l s c a u s e d a b r a d y c a r d i a w i t h a t i m e c o u r s e s i m i l a r t o t h a t e l i c i t e d i n a n i n t a c t t r o u t . A s i n t h e c o n t r o l f i s h , h e a r t r a t e f e l l b y s o m e 1 6 b e a t s m i n ^ b u t , s i n c e t h e i n i t i a l r a t e w a s h i g h e r , t h e r a t e a f t e r 1 m i n . o f h y p o x i c w a t e r f l o w w a s a l s o s i g n i f i c a n t l y h i g h e r ( P < 0 . 0 5 ) t h a n i n c o n t r o l f i s h ( T a b l e I I ; A , B ) . I n f i s h w i t h o u t f u n c t i o n a l p s e u d o b r a n c h s t h e t i m e c o u r s e o f t h e r e c o v e r y f r o m h y p o x i a w a s i d e n t i c a l t o t h a t o b t a i n e d i n c o n t r o l f i s h . 5 0 T A B L E I I C h a n g e i n h e a r t r a t e c a u s e d b y i r r i g a t i n g o n e s e t o f g i l l s w i t h h y p o x i c w a t e r w h i l e h y p e r o x i c w a t e r w a s p a s s e d o v e r t h e o t h e r s e t o f g i l l s . T h r e e a n i m a l s w e r e u s e d i n e a c h s e t o f c o n d i t i o n s a n d a l l v a l u e s a r e a m e a n (+ 1 S E M ) o f N o b s e r v a t i o n s . T A B L E I I E X P E R I M E N T A L C O N D I T I O N S A ) C o n t r o l B o t h s i d e s h y p e r o x i c I n t a c t s i d e h y p o x i c B ) B i l a t e r a l L i g a t i o n o f E f f e r e n t P s e u d o b r a n c h A r t e r y a n d A f f e r e n t N e r v e S e c t i o n B o t h s i d e s h y p e r o x i c O n e s i d e h y p o x i c C ) U n i l a t e r a l A b l a t i o n o f F i r s t G i l l A r c h B o t h s i d e s h y p e r o x i c O p e r a t e d s i d e h y p o x i c D ) U n i l a t e r a l D e n e r v a t i o n o f F i r s t G i l l A r c h B o t h s i d e s h y p e r o x i c O p e r a t e d s i d e h y p o x i c H E A R T R A T E + S E M 4 2 . 2 + 0 . 6 2 6 . 4 + 0 . 5 4 8 . 9 + 0 . 5 3 2 . 8 + 0 . 6 4 6 . 0 + 0 . 7 4 6 . 3 + 0 . 7 4 5 . 9 + 0 . 9 4 6 . 1 + 0 . 5 + F u p ; - , d o w n . C H A N G E I N H E A R T R A T E N 8 0 - 3 7 % 8 0 2 7 - 3 3 % 2 7 2 7 + 0 . 6 % 2 7 + 0 . 4 % 2 6 2 6 5 2 C ) R e m o v a l o f G i l l A r c h e s a n d N e r v e S e c t i o n . C i r c u l a t i o n o f b l o o d t h r o u g h a l l o f t h e g i l l a r c h e s o n o n e s i d e w a s a r r e s t e d b y v e n t r a l l i g a t u r e s . T h i s p r o c e d u r e a l s o a r r e s t e d c i r c u l a t i o n t h r o u g h t h e p s e u d o b r a n c h o n t h a t s i d e . W h e n h y p o x i c w a t e r w a s p a s s e d o v e r t h e l i g a t e d s e t o f g i l l s , h y p o x i c b r a d y c a r d i a w a s u n a f f e c t e d . A f t e r t y i n g d o r s a l l i g a t u r e s t h e g i l l a r c h e s w e r e r e m o v e d b e t w e e n t h e l i g a t u r e s . I n a n i m a l s l a c k i n g t h e f i r s t g i l l a r c h t h e r e w a s n o b r a d y c a r d i a d u r i n g h y p o x i c w a t e r f l o w ( T a b l e I I ; C ) w h e r e a s l e a v i n g t h e f i r s t g i l l a r c h i n t a c t a n d r e m o v i n g a n y o r a l l o f t h e o t h e r s h a d n o e f f e c t o n t h e h y p o x i c b r a d y c a r d i a . I n o t h e r e x p e r i m e n t s a n a t t e m p t w a s m a d e t o l o c a l i z e t h e r e c e p t o r r e g i o n t o a s p e c i f i c a r e a o f t h e f i r s t g i l l a r c h b y t y i n g a l i g a t u r e e v e r y 2 o r 3 m m . f r o m t h e v e n t r a l t o t h e d o r s a l r e g i o n o f t h e a r c h . L o s s o f t h e r e s p o n s e o n l y o c c u r r e d w h e n t h e l i g a t u r e s r e a c h e d t h e d o r s a l p o r t i o n o f t h e a r c h . S e c t i o n o f b o t h t h e g l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e ( C r . I X ) a n d t h e v a g a l b r a n c h ( C r . X ) i n n e r v a t i n g t h e f i r s t g i l l a r c h a b o l i s h e d t h e b r a d y c a r d i a i n r e s p o n s e t o t h e f l o w o f h y p o x i c w a t e r a c r o s s t h e s e t o f g i l l s o n t h e o p e r a t e d s i d e ( T a b l e I I ; D ) . T h e r e s p o n s e i n t h e s e d e n e r v a t e d a n i m a l s w a s a l m o s t i d e n t i c a l w i t h t h a t o b t a i n e d a f t e r c o m p l e t e r e m o v a l o f t h e f i r s t g i l l a r c h ( c o m p a r e T a b l e I I ; C a n d D ) b u t , o f c o u r s e , b l o o d f l o w t h r o u g h t h e a r c h a n d p s e u d o b r a n c h w a s m a i n t a i n e d . T o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e r e c e p t o r s l o c a t e d o n t h e f i r s t g i l l a r c h t h a t m e d i a t e d h y p o x i c b r a d y c a r d i a h a d 5 3 a n y i n f l u e n c e o n v e n t i l a t i o n , t h r e e f i s h h a d o r a l m e m b r a n e s i n s t a l l e d a n d w e r e p l a c e d i n v e n t i l a t i o n c h a m b e r s f o l l o w i n g t h e p r o c e d u r e o u t l i n e d i n P a r t i . T h e f i s h w e r e e x p o s e d t o h y p o x i a a n d h y p e r c a p n e a t o e s t a b l i s h v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s , t h e n t h e f i r s t g i l l a r c h e s w e r e b i l a t e r a l l y d e n e r v a t e d a s d e s c r i b e d a b o v e . A f t e r d e n e r v a t i o n , a l l f i s h s h o w e d t h e s a m e d e g r e e o f i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n i n r e s p o n s e t o b o t h h y p o x i a a n d h y p e r c a p n e a , a s b e f o r e d e n e r v a t i o n . 5 4 D I S C U S S I O N R e c e p t o r s c a u s i n g b r a d y c a r d i a d u r i n g h y p o x i a a r e l o c a t e d o n t h e d o r s a l r e g i o n o f t h e f i r s t g i l l a r c h a n d a r e i n n e r v a t e d b y c r a n i a l n e r v e s I X o r X o r b o t h . U n f o r t u n a t e l y t h e p r e s e n t e x p e r i m e n t s d o n o t m a k e c l e a r w h e t h e r t h e s e r e c e p t o r s f a c e t h e w a t e r o r t h e b l o o d . I n t h e p r e s e n t s e t o f e x p e r i m e n t s I o b t a i n e d t h e s a m e d e g r e e o f b r a d y c a r d i a a t 7 ° C w h e t h e r t h e f i s h w a s r e s t r a i n e d o r u n r e s t r a i n e d , b r e a t h i n g s p o n t a n e o u s l y o r a r t i f i c a l l y v e n t i l a t e d , o r w h e t h e r o n l y o n e o r b o t h s e t s o f g i l l s w a s i r r i g a t e d w i t h h y p o x i c w a t e r . F u r t h e r m o r e , i n u n r e s t r a i n e d f i s h , d o r s a l a o r t i c P _ m u s t h a v e f a l l e n m a r k e d l y d u r i n g h y p o x i c e x p o s u r e y e t t h e ° 2 d e g r e e o f b r a d y c a r d i a w a s u n a f f e c t e d , i n d i c a t i n g t h a t t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e i s g o v e r n e d s o l e l y b y r e c e p t o r s i n t h e g i l l s . H o w e v e r , a l a r g e r f a l l i n h e a r t r a t e o c c u r r e d a t t h e h i g h e r t e m p e r a t u r e ( 1 6 ° C ) a n d o t h e r s h a v e r e c o r d e d m u c h l o w e r h e a r t r a t e s d u r i n g h y p o x i a t h a n w e r e p r o v o k e d i n t h e p r e s e n t e x p e r i m e n t s ( S h e l t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 2 ; M a r v i n a n d H e a t h , 1 9 6 8 ) . A l l o f t h e s e e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d a t t e m p e r a t u r e s a b o v e 1 2 ° C , a n d B u t l e r a n d T a y l o r ( 1 9 7 5 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t t h e s e n s i t i v i t y o f o x y g e n r e c e p t o r s m a y i n c r e a s e w i t h t e m p e r a t u r e s o t h a t a m o r e p r o n o u n c e d r e s p o n s e m i g h t b e e x p e c t e d a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s . F u r t h e r m o r e , i t i s i n t e r e s t i n g t h a t t h e v e r y l o w h e a r t r a t e s w e r e o b t a i n e d b y o t h e r s i n p r e p a r a t i o n s i n w h i c h r h y t h m i c 5 5 b r e a t h i n g w a s a b s e n t ( S h e l t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 2 ) o r a p p e a r e d t o h a v e d e c l i n e d m a r k e d l y ( M a r v i n a n d H e a t h , 1 9 6 8 ) . I n t r o u t a n d t e n c h c o o r d i n a t i o n b e t w e e n h e a r t r a t e a n d b r e a t h i n g r a t e i s c a u s e d b y e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a ( S h e l t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 2 ; R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ) . H o w e v e r , t h e e x t r e m e l y l o w h y p o x i c h e a r t r a t e s a r e u n l i k e l y t o b e d u e t o t h e l a c k o f t h e s t i m u l a t o r y e f f e c t o f b r e a t h i n g s i n c e , i n t h e p r e s e n t e x p e r i m e n t s , t h e r e w a s n o d i f f e r e n c e i n t h e h e a r t r a t e r e s p o n s e i n s p o n t a n e o u s l y b r e a t h i n g o r a r t i f i c i a l l y v e n t i l a t e d a n i m a l s a t 7 ° C . I n f a c t , a r t i f i c i a l l y v e n t i l a t e d a n i m a l s d i d n o t d i s p l a y a n y s i g n o f r e s p i r a t o r y s t i m u l a t i o n w h e n h y p o x i c w a t e r w a s a p p l i e d t o o n e r s e t o f g i l l s . I t i s m o s t l i k e l y t h a t t h e e x t r e m e l y l o w h e a r t r a t e s e n c o u n t e r e d u n d e r s o m e c o n d i t i o n s a r e d u e t o a d i r e c t e f f e c t o f a n o x a e m i a o n t h e h e a r t p a c e m a k e r . I n t h e s e e x p e r i m e n t s s e l e c t i v e b i l a t e r a l e l i m i n a t i o n o f p s e u d o b r a n c h f u n c t i o n w a s t h e o n l y p r o c e d u r e w h i c h a f f e c t e d h e a r t r a t e . i n r e s t i n g a n i m a l s ( o f c o u r s e , n o n e o f t h e o t h e r t e s t s i n v o l v e d b i l a t e r a l e l i m i n a t i o n o f g i l l a r c h e s o r n e r v e s e c t i o n ) . E v e n s o , t h e f a l l i n h e a r t r a t e d u r i n g h y p o x i c w a t e r f l o w w a s t h e s a m e a s t h a t i n c o n t r o l f i s h . I n e x p e r i m e n t s u s i n g a h y p o x i c w a t e r s t r e a m d i r e c t e d s o l e l y a t t h e p s e u d o b r a n c h s i n t r o u t , D a x b o e c k a n d H o l e t o n ( 1 9 7 8 ) c o u l d n o t e l i c i t h e a r t r a t e c h a n g e s . I n a d d i t i o n , B a m f o r d ( 1 9 7 4 ) d e t e c t e d n o c h a n g e s i n t h e r e s p o n s e t o h y p o x i a i n t r o u t a f t e r b i l a t e r a l e x t i r p a t i o n o f t h e p s e u d o b r a n c h s . T h e f a c t t h a t b i l a t e r a l p s e u d o b r a n c h d e a f f e r e n t a t i o n a l s o h a s n o e f f e c t o n v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s t o 5 6 h y p o x i a ( R a n d a l l a n d J o n e s , 1 9 7 3 ) s u g g e s t s t h a t t h i s s t r u c t u r e i s n o t a n i n t e g r a l p a r t o f a n y h y p o x i c c o n t r o l s y s t e m . T h e r o l e , o f t h e p s e u d o b r a n c h i s u n k n o w n , d e s p i t e t h e r e s u l t s o f L a u r e n t a n d R o u s s e a u ( 1 9 7 2 ) w h o f o u n d i n c r e a s e s i n p s e u d o b r a n c h n e r v e a c t i v i t y i n r e s p o n s e t o h y p o x i a , p H c h a n g e s a n d o s m o t i c p r e s s u r e c h a n g e s . R e c e p t o r s c a u s i n g h y p o x i c b r a d y c a r d i a a p p e a r t o h a v e n o r o l e i n v e n t i l a t o r y c o n t r o l . I n t h e r e c e p t o r l o c a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s , b l o o d o x y g e n c o n t e n t w a s m a i n t a i n e d a t o r a b o v e n o r m a l l e v e l s b y k e e p i n g P n h i g h a n d t h u s e n s u r i n g t h a t t h e a u 2 e f f e c t s o f a n y c e n t r a l l y l o c a t e d o x y g e n r e c e p t o r s w e r e m i n i m i z e d . I n t h e a r t i f i c i a l l y v e n t i l a t e d a n i m a l s , n o c h a n g e s i n v e n t i l a t i o n w e r e o b s e r v e d i n p r o f o u n d h y p o x i a d e s p i t e t h e b r a d y c a r d i a e l i c i t e d , y e t v e n t i l a t i o n w a s s t i m u l a t e d i n u n r e s t r a i n e d , s p o n t a n e o u s l y b r e a t h i n g a n i m a l s a s s o o n a s t h e P T f . b e g a n t o 2 d e c r e a s e ( F i g u r e 4 ) . A n y c e n t r a l l y l o c a t e d o x y g e n r e c e p t o r s w o u l d h a v e b e e n s t i m u l a t e d i n t h e u n r e s t r a i n e d f i s h , a s P » a u 2 m u s t h a v e d e c l i n e d i n h y p o x i a . I n a d d i t i o n , f i s h f i t t e d w i t h o r a l m e m b r a n e s a n d p l a c e d i n v e n t i l a t i o n c h a m b e r s f o r m e a s u r e m e n t o f V a n d s h o w e d n o c h a n g e s i n v e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o e i t h e r h y p o x i a o r h y p e r c a p n e a , a f t e r b i l a t e r a l d e n e r v a t i o n o f t h e f i r s t g i l l a r c h . I t i s l i k e l y t h a t t h e r e c e p t o r s i n v o l v e d i n v e n t i l a t o r y c o n t r o l d u r i n g o x y g e n l a c k a r e l o c a t e d c e n t r a l l y , p e r h a p s o n a r t e r i a l o r v e n o u s b l o o d v e s s e l s , o r i n t i s s u e s c l o s e l y a s s o c i a t e d w i t h a r t e r i a l o r v e n o u s b l o o d . 5 7 G E N E R A L D I S C U S S I O N T h e o x y g e n a t i o n o f t h e b l o o d a p p e a r s t o b e t h e k e y f a c t o r c o n t r o l l i n g v e n t i l a t i o n a n d h e a r t r a t e i n t r o u t . T h i s s t u d y h a s s h o w n t h a t t h e v e n t i l a t o r y c o n t r o l s y s t e m a c t s t o i n c r e a s e r e s p i r a t o r y c o n v e c t i o n t o b r i n g m o r e o x y g e n t o t h e g a s e x c h a n g e s u r f a c e a s b l o o d o x y g e n l e v e l s a r e l o w e r e d , w h e t h e r b y h y p e r c a p n e a , h y p o x i a o r a n a e m i a . R e c e p t o r s h a v e b e e n l o c a t e d i n t h e f i r s t g i l l a r c h w h i c h r e s p o n d s p e c i f i c a l l y t o c h a n g e s i n i n s p i r e d P , a n d U 2 w h i c h a c t t o d e c r e a s e t h e h e a r t r a t e i n h y p o x i a . T h e b e n e f i t s g a i n e d f r o m i n c r e a s i n g V d u r i n g p e r i o d s o f r e s t r i c t e d o x y g e n a v a i l a b i l i t y a r e o b v i o u s , b u t t h e b i o l o g i c a l a d v a n t a g e s o f h y p o x i c b r a d y c a r d i a a r e o b s c u r e . H e a t h ( 1 9 6 4 ) s u g g e s t s t h a t i t r e d u c e s m y o c a r d i a l o x y g e n c o n s u m p t i o n ; w h i l e H o l e t o n a n d R a n d a l l ( 1 9 6 7 b ) s u g g e s t t h a t b r a d y c a r d i a a l l o w s b l o o d t o r e m a i n i n t h e g i l l l a m e l l a e f o r a g r e a t e r t i m e s o t h a t o x y g e n e q u i l i b r a t i o n m a y o c c u r i n t h e f a c e o f a d i m i n i s h e d t e n s i o n g r a d i e n t b e t w e e n w a t e r a n d b l o o d . T h e p o s i t i o n o f t h e r e c e p t o r s i n t h e f i r s t g i l l a r c h , a l l i e d w i t h t h e f a c t t h a t c i r c u l a t o r y a r r e s t i n t h e f i r s t g i l l a r c h a d v e r s e l y a f f e c t s t h e P n ( D a v i s , 1 9 7 1 ) s u g g e s t s t h a t t h e s e r e c e p t o r s c o u l d f u n c t i o n a U 2 i n m a i n t a i n i n g b l o o d P _ . W h e n e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a i s 2 s u f f i c i e n t l y s e v e r e t o c a u s e a f a l l i n o x y g e n t e n s i o n a t t h e r e c e p t o r , a n a p p r o p r i a t e r e s p o n s e w o u l d b e t o l e n g t h e n t h e b l o o d t r a n s i t t i m e t h r o u g h t h e g i l l s b y b r a d y c a r d i a . T h e e f f e c t o f a n y i n c r e a s e i n s t r o k e v o l u m e ( H o l e t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 7 b ) c o u l d 5 8 b e m i n i m i z e d b y r e c r u i t m e n t o f l a m e l l a e i n h y p o x i a , t h e r e b y i n c r e a s i n g t h e p h y s i o l o g i c a l v a s c u l a r s p a c e i n t h e g i l l s ( J o n e s a n d R a n d a l l , 1 9 7 8 ) . I n f a c t , T a y l o r , S h o r t a n d B u t l e r ( 1 9 7 7 ) h a v e r e c e n t l y s h o w n t h a t t h e P n , a t a n y g i v e n l e v e l o f e x t r e m e a u 2 e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a , i s l o w e r i n d o g f i s h i n w h i c h b r a d y c a r d i a i s p r e v e n t e d b y a t r o p i n e i n j e c t i o n o r s e c t i o n o f t h e v a g i , t h a n i n i n t a c t a n i m a l s . T h e e x a c t n a t u r e o f t h e r e c e p t o r c e l l s c a u s i n g b r a d y c a r d i a h a s y e t t o b e d e t e r m i n e d . D e K o c k ( 1 9 6 3 ) r e p o r t e d h i s t o l o g i c a l e v i d e n c e o f t a s t e - b u d - l i k e o r g a n s , w h i c h h e s u g g e s t e d c o u l d b e c h e m o r e c e p t o r s , o n g i l l f i l a m e n t s a n d i n t h e e p i t h e l i u m l i n i n g t h e b u c c a l c a v i t y o f s a l m o n i d s . L a u r e n t ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n , 1 9 7 8 ) s u g g e s t e d t h a t o x y g e n r e c e p t o r s c o u l d b e l o c a t e d i n a h e a v i l y i n n e r v a t e d s e g m e n t o f t h e e f f e r e n t a r t e r y o f t h e f i r s t g i l l a r c h , j u s t m e d i a l t o t h e d o r s a l i n s e r t i o n o f t h e g i l l a r c h o n t h e b o d y w a l l . T h i s l o c a t i o n i s n o t a l i k e l y o n e f o r t h e s e r e c e p t o r s , h o w e v e r , b e c a u s e I w a s a b l e t o a b o l i s h t h e h y p o x i c b r a d y c a r d i a b y t y i n g l i g a t u r e s a r o u n d t h e d o r s a l r e g i o n o f t h e f i r s t g i l l a r c h . A s s t a t e d p r e v i o u s l y , i t c o u l d n o t b e d e t e r m i n e d w h e t h e r t h e r e c e p t o r s f a c e t h e w a t e r o r t h e b l o o d , f r o m t h e p r e s e n t e x p e r i m e n t s . T h e s p e e d o f r e s p o n s e t o s t e p -c h a n g e s i n P n ( F i g u r e 5 ) i n d i c a t e s t h a t r e c e p t o r s c o u l d f a c e i u 2 t h e w a t e r , o r a r e c l o s e l y a s s o c i a t e d w i t h a r t e r i a l b l o o d w h i c h h a s j u s t l e f t t h e g i l l f i l a m e n t s . T h e s i t u a t i o n i n r a i n b o w t r o u t i s o b v i o u s l y v e r y d i f f e r e n t f r o m t h a t f o u n d i n e l a s m o b r a n c h s , f o r , i n t h e d o g f i s h , r e c e p t o r s 5 9 c a u s i n g h y p o x i c b r a d y c a r d i a a p p e a r t o b e s p r e a d o v e r a w i d e a r e a a n d a r e i n n v e r v a t e d b y C r a n i a l n e r v e s V , V I I , I X a n d X ( B u t l e r , T a y l o r a n d S h o r t , 1 9 7 7 ) . B r a d y c a r d i a i n t h e d o g f i s h i s n o t c o m p l e t e l y e l i m i n a t e d u n t i l a l l o f t h e s e n e r v e s a r e s e c t i o n e d . I n e l a s m o b r a n c h s c o m p l e t e d e n e r v a t i o n o f r e c e p t o r s w h i c h c a u s e h y p o x i c b r a d y c a r d i a h a s l i t t l e e f f e c t o n r e s t i n g c a r d i o -v a s c u l a r f u n c t i o n , b u t t h i s m a y n o t b e t h e c a s e i n t e l e o s t s . D a v i s ( 1 9 7 1 ) h a s s h o w n t h a t t h e f i r s t g i l l a r c h i s o f p a r a m o u n t i m p o r t a n c e f o r m a i n t a i n i n g d o r s a l a o r t i c P n i n t r o u t . A n i m a l s 2 i n w h i c h b l o o d f l o w t h r o u g h t h e f i r s t g i l l a r c h a n d p s e u d o b r a n c h w a s a r r e s t e d b i l a t e r a l l y f o r 1 2 - 1 8 h o u r s h a d a l o w P _ , w h i l e a u 2 b i l a t e r a l c i r c u l a t o r y a r r e s t i n a r c h e s 2 a n d 4 , r e p r e s e n t i n g a g r e a t e r r e d u c t i o n i n g a s e x c h a n g e a r e a , g a v e n e a r n o r m a l P ft . a 0 2 P r e s u m a b l y t h e r e c e p t o r c e l l s i n t h e f i r s t g i l l a r c h w e r e k i l l e d b y t h i s p e r i o d o f c i r c u l a t o r y a r r e s t . I n h y p o x i c t r o u t t h e r e m u s t b e a s i g n a l w h i c h s p e c i f i c a l l y c a u s e s v e n t i l a t i o n c h a n g e s i n d e p e n d e n t l y o f c h a n g e s i n h e a r t r a t e ; t h a t i s , t h e t w o s y s t e m s a r e c o n t r o l l e d s e p a r a t e l y , b u t w i t h t h e c o m m o n p u r p o s e o f m a i n t a i n i n g b l o o d o x y g e n l e v e l s . H e a r t r a t e d e c r e a s e s , w h i l e v e n t i l a t i o n i s s t i m u l a t e d , i n h y p o x i a b u t t h e o x y g e n t h r e s h o l d s f o r t h e r e s p o n s e s o f t h e t w o s y s t e m s a r e d i f f e r e n t . V e n t i l a t i o n b e g i n s t o i n c r e a s e i m m e d i a t e l y a f t e r t h e o n s e t o f g r a d u a l h y p o x i a , w h i l e h e a r t r a t e d o e s n o t b e g i n t o d r o p u n t i l a l o w e r P n i s r e a c h e d ( F i g u r e 4 ) . I t a p p e a r s t h a t I U 2 t h e o x y g e n u p t a k e r e q u i r e m e n t s c a n b e m e t a d e q u a t e l y i n m i l d h y p o x i a b y i n c r e a s e s i n v e n t i l a t i o n a l o n e , b u t i n s e v e r e h y p o x i a , 6 0 i n c r e a s e d v e n t i l a t i o n a n d t h e c h a n g e f r o m h i g h r a t e - l o w s t r o k e v o l u m e t o l o w r a t e - h i g h s t r o k e v o l u m e o f t h e h e a r t , a s w e l l a s c a r d i o r e s p i r a t o r y s y n c h r o n y ( S h e l t o n a n d R a n d a l l , 1 9 6 2 ; R a n d a l l a n d S m i t h , 1 9 6 7 ; S a t c h e l l , 1 9 6 0 ) a r e n e c e s s a r y t o h e l p m a i n t a i n b l o o d o x y g e n l e v e l s i n b o t h t e l e o s t s a n d e l a s m o b r a n c h s . T h e o n s e t o f b r a d y c a r d i a o c c u r s a t l o w e r o x y g e n t e n s i o n s i n s o m e t e l e o s t s t h a n i n o t h e r s . I n t h e t e n c h , b r a d y c a r d i a o c c u r s a t a P o f a b o u t 6 k P a ( R a n d a l l a n d S h e l t o n , 1 9 6 3 ) w h i l e 2 i n t r o u t b r a d y c a r d i a o c c u r s a t m u c h h i g h e r o x y g e n t e n s i o n s , a r o u n d 1 1 - 1 2 k P a . R a n d a l l a n d S m i t h ( 1 9 6 7 ) a n d S a t c h e l l ( 1 9 7 1 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t t h e r e i s a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e P n a t w h i c h 2 t h e b l o o d b e g i n s t o d e s a t u r a t e , a n d t h e o n s e t o f b r a d y c a r d i a . T h i s i s b o r n e o u t b y t h e f a c t t h a t c y p r i n i d s h a v e a l o w e r P 5 Q t h a n d o s a l m o n i d s . A b e t t e r a s s e s s m e n t o f t h i s r e l a t i o n s h i p c a n b e m a d e a s h a e m a t o l o g i c a l d a t a b e c o m e s a v a i l a b l e f o r m o r e s p e c i e s o f t e l e o s t s . T h e l o c a t i o n o f t h e r e c e p t o r s r e s p o n s i b l e f o r i n c r e a s e s i n v e n t i l a t i o n d u r i n g h y p o x i a , h y p e r c a p n e a a n d a n a e m i a i s u n k n o w n . I n d e e d , t h e r e a r e l i k e l y t o b e i n p u t s f r o m s e v e r a l s o u r c e s t o t h e r e s p i r a t o r y c e n t e r i n f i s h , f o r t h e v e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o h y p o x i a w a s g r e a t e r t h a n t h a t t o a n a e m i a , f o r a n e q u i v a l e n t d r o p i n b l o o d o x y g e n c o n t e n t ( F i g u r e 3 ) . I n b o t h a n a e m i a a n d h y p e r c a p n e a t h e P n w a s n e a r t h e c o n t r o l v a l u e , w h i l e i n a o 2 h y p o x i a P n d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y . A f f e r e n t i n f o r m a t i o n t o a u 2 t h e r e s p i r a t o r y c e n t e r m u s t , t h e r e f o r e , i n c l u d e s i g n a l s d e r i v e d f r o m c h a n g e s i n f a c t o r s o t h e r t h a n w a t e r o r b l o o d o x y g e n t e n s i o n s . 6 1 I n m a m m a l s , t h e c o n t r o l s y s t e m f o r v e n t i l a t i o n i s c o m p l e x , r e q u i r i n g t h e i n t e g r a t i o n o f a f f e r e n t i n p u t s f r o m l u n g m e c h a n o -r e c e p t d r s , a r t e r i a l b a r o r e c e p t o r s , a n d c h e m o r e c e p t o r s s e n s i t i v e t o P _ , P n a n d p H c h a n g e s . T h e a r r a y o f i n p u t s r e q u i r e d f o r L U 2 2 t h e c o n t r o l o f v e n t i l a t i o n i n f i s h c o u l d w e l l b e a s e x t e n s i v e ( S h e l t o n , 1 9 7 0 ) . C e r t a i n l y r e g u l a t i o n o f v e n t i l a t i o n i s m o r e c o m p l e x t h a n h e a r t r a t e c o n t r o l , d u r i n g h y p o x i a i n t r o u t . I n c r e a s e d v e n t i l a t o r y c o n v e c t i o n d u r i n g h y p e r c a p n e a i s n o t a n i n a p p r o p r i a t e r e s p o n s e w h e n c o n s i d e r e d a s a n a d a p t a t i o n t o o x y g e n l a c k . H o w e v e r , l i t t l e i s k n o w n a b o u t c a r d i o v a s c u l a r a d a p t a t i o n s t o h y p e r c a p n e a i n f i s h . H u g h e s a n d S h e l t o n ( 1 9 6 2 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t a n a p p r o p r i a t e c i r c u l a t o r y r e s p o n s e t o C O 2 i n t h e w a t e r w o u l d b e i n c r e a s e d b l o o d f l o w t h r o u g h t h e g i l l s : c a r d i a c o u t p u t c o u l d b e a u g m e n t e d b y i n c r e a s e d s t r o k e v o l u m e , t a c h y c a r d i a , o r b o t h . R a n d a l l a n d S h e l t o n ( 1 9 6 3 ) r e p o r t t h a t h e a r t r a t e i n t e n c h i n c r e a s e s g r a d u a l l y i n p r o g r e s s i v e h y p e r c a p n e a b u t n o e s t i m a t e s o f s t r o k e v o l u m e a r e a v a i l a b l e . H e a r t r a t e w a s n o t r e c o r d e d d u r i n g h y p e r c a p n e a i n m y e x p e r i m e n t s . T h e v e n t i l a t o r y a d j u s t m e n t s t o o x y g e n l a c k r e p o r t e d h e r e a r e s h o r t - t e r m — a d a p t a t i o n s . T h e i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n v o l u m e i n r e s p o n s e t o h y p e r c a p n e a i s a t r a n s i e n t p h e n o m e n o n . J a n s s e n a n d R a n d a l l ( 1 9 7 5 ) f o l l o w e d V f o r 7 2 h o u r s a f t e r t h e o n s e t o f 9 h y p e r c a p n e a ( P j C 0 = 0 . 7 k P a ) a n d f o u n d t h a t v e n t i l a t i o n i n c r e a s e d b y a f a c t o r o f 5 w i t h i n t h e f i r s t f e w m i n u t e s o f e l e v a t i n g P T r , n / t h e n g r a d u a l l y r e t u r n e d t o p r e h y p e r c a p n i c l e v e l s b y t h e e n d o f t h e o b s e r v a t i o n p e r i o d . p H a i n h y p e r c a p n e a 6 2 s h o w e d a n i n i t i a l d e c r e a s e , t h e n a l s o r e t u r n e d g r a d u a l l y t o t h e p r e h y p e r c a p n i c l e v e l , f o l l o w i n g t h e s a m e t i m e c o u r s e a s V . T h e s e a u t h o r s s u g g e s t t h a t r e s t o r a t i o n o f p H a t o n o r m a l i s d u e t o s l o w m o d u l a t i o n o f t h e e x c h a n g e o f H C O ^ a n d C I a c r o s s t h e g i l l e p i t h e l i u m . A s b l o o d p H r e t u r n s t o n o r m a l , B o h r a n d R o o t o f f s h i f t s w o u l d b e r e d u c e d a n d t h e a t t e n d a n t h y p o x a e m i a r e l i e v e d . T h e v e n t i l a t o r y r e q u i r e m e n t f o r m a i n t a i n i n g V w o u l d t h u s b e 2 r e d u c e d i n p r o l o n g e d h y p e r c a p n e a a n d V w o u l d d e c r e a s e . I n a d d i t i o n , E d d y a n d M o r g a n ( 1 9 6 9 ) s h o w e d t h a t t r o u t a c c l i m a t e d t o h y p e r c a p n e a e x h i b i t n o d e p r e s s i o n o f b l o o d o x y g e n c a r r y i n g c a p a c i t y . I t a p p e a r s , t h e n , t h a t t r o u t m a k e u s e o f t w o a d a p t a t i o n s t o h y p e r c a p n e a : 1 ) a n i n i t i a l i n c r e a s e i n v e n t i l a t i o n v o l u m e , 2 ) f o l l o w e d b y a d e c l i n e i n v e n t i l a t i o n v o l u m e a s l o n g - t e r m f a c i l i t a t i o n o f o x y g e n t r a n s p o r t c a p a b i l i t y i s e s t a b l i s h e d . I n c r e a s i n g v e n t i l a t i o n v o l u m e f r o m 2 t o 5 t i m e s r e p r e s e n t s a h i g h - m e t a b o l i c - c o s t r e s p o n s e ( J o n e s a n d S c h w a r z f e l d , 1 9 7 4 ; H u g h e s a n d S a u n d e r s , 1 9 7 0 ) s o t h e s h i f t t o a l o w e r V d u e t o a n i n c r e a s e i n b l o o d o x y g e n t r a n s p o r t c a p a b i l i t y w o u l d r e p r e s e n t c o n s i d e r a b l e s a v i n g s i n t h e o x y g e n c o s t o f b r e a t h i n g . I t m a y b e t h a t i n c r e a s e d V i s a t e m p o r a r y m e a s u r e a d o p t e d b y t r o u t i n a l l c o n d i t i o n s w h i c h h i n d e r b l o o d o x y g e n t r a n s p o r t . A n a e m i a i n i t i a l l y c a u s e s V t o r i s e ( T a b l e I ) b u t i f t h e a n a e m i a c o n t i n u e s t h i s r e s p o n s e g i v e s w a y t o i n c r e a s e d c a r d i a c o u t p u t ( C a m e r o n a n d D a v i s , 1 9 7 0 ) , a n a d a p t a t i o n w h i c h i s p r e s u m a b l y o f l e s s m e t a b o l i c c o s t t o t h e f i s h t h a n e n h a n c e d v e n t i l a t o r y 6 3 f l o w . I n h y p o x i a , t o o , i s i n c r e a s e d i n i t i a l l y b u t t h e r e i s e v i d e n c e t h a t i n e x t e n d e d h y p o x i c p e r i o d s , f i s h a r e a b l e t o i n c r e a s e t h e c a p a b i l i t y f o r o x y g e n t r a n s p o r t i n t h e b l o o d a n d s o r e d u c e t h e v e n t i l a t o r y r e q u i r e m e n t s f o r m a i n t a i n i n g V n . W o o d a n d J o h a n s e n ( 1 9 7 2 ) r e p o r t t h a t e e l s e x p o s e d t o h y p o x i a ( 5 . 2 k P a F _ ) f o r 1 - 2 w e e k s d e m o n s t r a t e b o t h a n i n c r e a s e i n 2 H b - C - 2 a f f i n i t y ( s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n p ^ Q ) a n d a n i n c r e a s e i n b l o o d o x y g e n c a p a c i t y . T h e a u t h o r s s t a t e t h a t t h e i n c r e a s e i n a f f i n i t y r e s u l t s f r o m t h e e f f e c t s o f r e d u c e d r e d c e l l A T P l e v e l s o n H b - G ^ b i n d i n g , w h i l e t h e i n c r e a s e d o x y g e n c a p a c i t y i s c a u s e d b y c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e s i n h a e m o g l o b i n c o n c e n t r a t i o n . W h e t h e r t h i s i s t r u e f o r o t h e r t e l e o s t s h a s n o t b e e n e s t a b l i s h e d . 6 4 L I T E R A T U R E C I T E D A l l i s , E . P . 1 9 1 2 . T h e p s e u d o b r a n c h i a l a n d c a r o t i d a r t e r i e s i n E s o x , S a l m o a n d G a d u s , t o g e t h e r w i t h a d e s c r i p t i o n o f t h e a r t e r i e s i n t h e a d u l t A m i a . A n a t . A n z . B d . 4 1 : 8 - 1 4 2 . B a m f o r d , 0 . S . 1 9 7 4 . O x y g e n r e c e p t i o n i n t h e r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . ( A ) 4 8 : 6 9 - 7 6 , B l a c k , E . C , K i r k p a t r i c k , D . a n d T u c k e r , H . H . 1 9 6 6 . O x y g e n d i s s o c i a t i o n c u r v e s o f t h e b l o o d o f b r o o k t r o u t ( S a l v e l i n u s f o n t i n a l i s ) a c c l i m a t e d t o s u m m e r a n d w i n t e r t e m p e r a t u r e s . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 3 : 1 - 1 3 . B u t l e r , P . J . a n d T a y l o r , E . W . 1 9 7 1 . R e s p o n s e o f t h e d o g f i s h ( S c y l i o r h i n u s c a n i c u l a L.) t o s l o w l y i n d u c e d a n d r a p i d l y i n d u c e d h y p o x i a . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . ( A ) 3 9 : 3 0 7 - 3 2 3 . B u t l e r , P . J . a n d T a y l o r , E . W . 1 9 7 5 . T h e e f f e c t o f p r o g r e s s i v e h y p o x i a o n r e s p i r a t i o n i n t h e d o g f i s h ( S c y l i o r h i n u s  c a n i c u l a ) a t d i f f e r e n t s e a s o n a l t e m p e r a t u r e s . J . e x p . B i o l . 6 3 : 1 1 7 - 1 3 0 . B u t l e r , P . J . , T a y l o r , E . W . a n d S h o r t , S . 1 9 7 7 . T h e e f f e c t o f s e c t i o n i n g c r a n i a l n e r v e s V , V I I , I X , a n d X o n t h e c a r d i a c r e s p o n s e o f t h e d o g f i s h S c y l i o r h i n u s c a n i c u l a t o e n v i r o n m e n t a l h y p o x i a . J . e x p . B i o l . 6 9 : 2 3 3 - 2 4 5 . C a m e r o n , J . N . 1 9 7 1 . O x y g e n d i s s o c i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b l o o d o f t h e r a i n b o w t r o u t , S a l m o g a i r d n e r i . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 3 8 ( A ) : 6 9 9 - 7 0 4 . C a m e r o n , J . N . 1 9 7 8 . R e g u l a t i o n o f b l o o d p H i n t e l e o s t f i s h . R e s p . P h y s i o l . 3 3 : 1 2 9 - 1 4 4 . C a m e r o n , J . N . a n d D a v i s , J . C . 1 9 7 0 . G a s e x c h a n g e i n r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) w i t h v a r y i n g b l o o d o x y g e n c a p a c i t y . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 7 : 1 0 6 9 - 1 0 8 5 . C a m e r o n , J . N . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 7 2 . T h e e f f e c t o f i n c r e a s e d a m b i e n t C O 2 o n a r t e r i a l C O 2 t e n s i o n , C O 2 c o n t e n t a n d p H i n r a i n b o w t r o u t . J . e x p . B i o l . 5 7 : 6 7 3 - 6 8 0 . D a v e n p o r t , H . W . 1 9 6 9 . T h e A B C o f A c i d - B a s e C h e m i s t r y . U n i v e r s i t y o f C h i c a g o P r e s s , C h i c a g o . 1 1 9 p p . D a v i e s , D . G . 1 9 7 5 . T h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e o n v e n t i l a t i o n a n d g a s e x c h a n g e i n t h e A m e r i c a n a l l i g a t o r . F e d . P r o c . 3 4 : 4 3 1 . 6 5 D a v i s , J . C . 1 9 7 1 . C i r c u l a t o r y a n d v e n t i l a t o r y r e s p o n s e s o f r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) t o a r t i f i c i a l m a n i p u l a t i o n o f g i l l s u r f a c e a r e a . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 8 : 1 6 0 9 - 1 6 1 4 . D a v i s , J . C . a n d C a m e r o n , J . N . 1 9 7 1 . W a t e r f l o w a n d g a s e x c h a n g e a t t h e g i l l s o f r a i n b o w t r o u t S a l m o  g a i r d n e r i . J . e x p . B i o l . 5 4 : 1 - 1 8 . D a v i s , J . C . a n d W a t t e r s , K . 1 9 7 0 . E v a l u a t i o n o f o p e r c u l a r c a t h e t e r i z a t i o n a s a m e t h o d f o r s a m p l i n g w a t e r e x p i r e d b y f i s h . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 7 : 1 6 2 7 - 1 6 3 5 . D a x b o e c k , C . a n d H o l e t o n , G . F . 1 9 7 8 . O x y g e n r e c e p t o r s i n t h e r a i n b o w t r o u t , S a l m o g a i r d n e r i . C a n . J . Z o o l . 5 6 : 1 2 5 4 - 1 2 5 9 . D e j o u r s , P . 1 9 7 3 . P r o b l e m s o f c o n t r o l o f b r e a t h i n g i n f i s h e s . I n : B o l i s , L . , S c h m i d t - N i e l s e n , K . a n d M a d d r e l l , S . H . P . , e d s . C o m p a r a t i v e P h y s i o l o g y . N o r t h - H o l l a n d P u b l i s h i n g C o . , H o l l a n d . P p . 1 1 7 - 1 3 3 . D e j o u r s , P . , T o u l m o n d , A . a n d T r u c h o t , J . P . 1 9 7 7 . T h e e f f e c t o f h y p e r o x i a o n t h e b r e a t h i n g o f m a r i n e f i s h e s . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 5 8 ( A ) : 4 0 9 - 4 1 1 . E d d y , F . B . a n d M o r g a n , R . I . G . 1 9 6 9 . S o m e e f f e c t s o f c a r b o n d i o x i d e o n t h e b l o o d o f r a i n b o w t r o u t S a l m o g a i r d n e r i , R i c h a r d s o n . J . F i s h . B i o l . 1 : 3 6 1 - 3 7 2 . H e a t h , A . G . 1 9 6 4 . H e a r t r a t e , v e n t i l a t i o n r a t e , a n d o x y g e n u p t a k e o f a m a r i n e t e l e o s t i n v a r i o u s o x y g e n t e n s i o n s . A m . Z o o l . 4 : 3 8 6 . H o l e t o n , G . F . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 6 7 a . C h a n g e s i n b l o o d p r e s s u r e i n t h e r a i n b o w t r o u t d u r i n g h y p o x i a . J . e x p . B i o l . 4 6 : 2 9 7 - 3 0 5 . H o l e t o n , G . F . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 6 7 b . T h e e f f e c t o f h y p o x i a u p o n t h e p a r t i a l p r e s s u r e o f g a s e s i n t h e b l o o d a n d w a t e r a f f e r e n t a n d e f f e r e n t t o t h e g i l l s o f r a i n b o w t r o u t . J . e x p . B i o l . 4 6 : . 3 1 7 - 3 2 7 . H u g h e s , G . M . a n d S a u n d e r s , R . L . 1 9 7 0 . R e s p o n s e s o f t h e r e s p i r a t o r y p u m p s t o h y p o x i a i n t h e r a i n b o w t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) . J . e x p . B i o l . 5 3 : 5 2 9 - 5 4 5 . H u g h e s , G . M . a n d S h e l t o n , G . 1 9 6 2 . R e s p i r a t o r y m e c h a n i s m s a n d t h e i r n e r v o u s c o n t r o l i n f i s h . A d v . c o m p . P h y s i o l . B i o c h e m . 1 : 2 7 5 - 3 6 4 . 6 6 J a n s s e n , R . G . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 7 5 . T h e e f f e c t s o f c h a n g e s i n p H a n d P C O 2 i n b l o o d a n d w a t e r o n b r e a t h i n g i n r a i n b o w t r o u t , S a l m o g a r d n e r i . R e s p . P h y s i o l . 2 5 : 2 3 5 - 2 4 5 . J o n e s , D . R . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 7 8 . T h e r e s p i r a t o r y a n d c i r c u l a t o r y s y s t e m s d u r i n g e x e r c i s e . I_n: H o a r , W . S . a n d R a n d a l l , D . J . , e d s . F i s h P h y s i o l o g y V o l . V I I . A c a d e m i c P r e s s , I n c . N e w Y o r k . P p . 4 2 5 - 5 0 1 . J o n e s , D . R . , a n d S c h w a r z f e l d , T . 1 9 7 4 . T h e o x y g e n c o s t t o t h e m e t a b o l i s m a n d e f f i c i e n c y o f b r e a t h i n g i n t r o u t ( S a l m o g a r d n e r i ) R e s p . P h y s i o l . 2 1 : 2 4 1 - 2 5 4 . K i c e n i u k , J . W . a n d J o n e s , D , R . 1 9 7 7 . T h e o x y g e n t r a n s p o r t s y s t e m i n t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) d u r i n g s u s t a i n e d e x e r c i s e . J . e x p . B i o l . 6 9 : 2 4 7 - 2 6 0 . d e K o c k , L . L . 1 9 6 3 . A h i s t o l o g i c a l s t u d y o f t h e h e a d r e g i o n o f t w o s a l m o n i d s w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o p r e s s o r -a n d c h e m o - r e c e p t o r s . A c t a a n a t . 5 5 : 3 9 - 5 0 . L a u r e n t , P . a n d R o u z e a u , J . D . 1 9 7 2 . A f f e r e n t n e u r a l a c t i v i t y f r o m p s e u d o b r a n c h o f t e l e o s t s . E f f e c t s o f P 0 2 ' P H / o s m o t i c p r e s s u r e a n d N a + i o n s . R e s p . P h y s i o l . 1 4 : 3 0 7 - 3 3 1 . L e n f a n t , C . a n d J o h a n s e n , K . 1 9 6 6 . R e s p i r a t o r y f u n c t i o n i n t h e e l a s m o b r a n c h , S q u a l u s s u c k e l e y i . R e s p . P h y s i o l . 1 : 1 3 - 2 9 . M a r v i n , D . E . a n d H e a t h , A . G . 1 9 6 8 . C a r d i a c a n d r e s p i r a t o r y r e s p o n s e s t o g r a d u a l h y p o x i a i n t h r e e e c o l o g i c a l l y d i s t i n c t s p e c i e s o f f r e s h - w a t e r f i s h . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 2 7 : 3 4 9 - 3 5 5 . P i i p e r , J . , B a u m g a r t e n , D . a n d M e y e r , M . 1 9 7 0 . E f f e c t s o f h y p o x i a u p o n r e s p i r a t i o n a n d c i r c u l a t i o n i n t h e d o g f i s h S c y l i o r h i n u s s t e l l a r i s . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 3 6 : 5 1 3 - 5 2 0 . R a h n , H . 1 9 6 6 . A q u a t i c g a s e x c h a n g e : t h e o r y . R e s p . P h y s i o l . 1 : 1 - 1 2 . R a h n , H . 1 9 6 7 . G a s t r a n s p o r t f r o m t h e e x t e r n a l e n v i r o n m e n t t o t h e c e l l . I n : d e R e u c k , A . V . S . a n d P o r t e r , R. e d s . D e v e l o p m e n t o f t h e l u n g ( C I B A F o u n d a t i o n S y m p o s i u m ) . C h u r c h i l l , L o n d o n . P p . 3 - 2 3 . R a n d a l l , D . J . 1 9 7 0 . G a s e x c h a n g e i n f i s h . I n : H o a r , W . S . a n d R a n d a l l , D . J . , e d s . F i s h P h y s i o l o g y V o l . I V . A c a d e m i c P r e s s , N . Y . p p . 2 5 3 - 2 9 2 . 6 7 R a n d a l l , D . J . a n d C a m e r o n , J . N . 1 9 7 3 . R e s p i r a t o r y c o n t r o l o f a r t e r i a l p H a s t e m p e r a t u r e c h a n g e s i n r a i n b o w t r o u t S a l m o g a i r d n e r i . A m . J . P h y s i o l . 2 2 5 : 9 9 7 -1 0 0 2 . R a n d a l l , D . J . a n d J o n e s , D . R . 1 9 7 3 . T h e e f f e c t o f d e a f f e r e n t a -t i o n o f t h e p s e u d o b r a n c h o n t h e r e s p i r a t o r y r e s p o n s e t o h y p o x i a a n d h y p e r o x i a i n t h e t r o u t ( S a l m o g a i r d n e r i ) . R e s p . P h y s i o l . 1 7 : 2 9 1 - 3 0 1 . R a n d a l l , D . J . a n d S h e l t o n , G . 1 9 6 3 . T h e e f f e c t s o f c h a n g e s i n e n v i r o n m e n t a l g a s c o n c e n t r a t i o n s o n t h e b r e a t h i n g a n d h e a r t r a t e o f a t e l e o s t f i s h . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 9 : 2 2 9 - 2 3 9 . R a n d a l l , D . J . a n d S m i t h , J . C . 1 9 6 7 . T h e r e g u l a t i o n o f c a r d i a c a c t i v i t y i n f i s h i n a h y p o x i c e n v i r o n m e n t . P h y s i o l . Z o o l . 4 0 : 1 0 4 - 1 1 3 . R a n d a l l , D . J . , H e i s l e r , N . a n d D r e e s , F . 1 9 7 6 . V e n t i l a t o r y r e s p o n s e t o h y p e r c a p n i a i n t h e l a r g e r s p o t t e d d o g f i s h S c y l i o r h i n u s s t e l l a r i s . A m . J . P h y s i o l . 2 3 0 : 5 9 0 -5 9 4 . S a t c h e l l , G . H . 1 9 6 0 . T h e r e f l e x c o o r d i n a t i o n o f t h e h e a r t b e a t w i t h r e s p i r a t i o n i n t h e d o g f i s h . J . e x p . B i o l . 3 7 : 7 1 9 - 7 3 1 . S a t c h e l l , G . H . 1 9 6 1 . T h e r e s p o n s e o f t h e d o g f i s h t o a n o x i a . J . e x p . B i o l . 3 8 : 5 3 1 - 5 4 3 . S a t c h e l l , G . H . 1 9 7 1 . C i r c u l a t i o n i n f i s h e s . C a m b r i d g e a t t h e U n i v e r s i t y P r e s s . 1 3 1 p p . S h e l t o n , G . 1 9 5 9 . T h e r e s p i r a t o r y c e n t e r i n t h e t e n c h ( T i n e a  t i n e a L . ) . I : T h e e f f e c t s o f b r a i n t r a n s e c t i o n o n r e s p i r a t i o n . J . e x p . B i o l . 3 6 : 1 9 1 - 2 0 2 . S h e l t o n , G . 1 9 7 0 . T h e r e g u l a t i o n o f b r e a t h i n g . I n : H o a r , W . S . a n d R a n d a l l , D . J . e d s . F i s h P h y s i o l o g y , V o l . I V . A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k . P p . 2 9 3 - 3 5 9 . S h e l t o n , G . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 6 2 . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n h e a r t b e a t a n d r e s p i r a t i o n i n t e l e o s t f i s h . C o m p . B i o c h e m . P h y s i o l . 7 : 2 3 7 - 2 5 0 . S m i t h , L . S . a n d B e l l , G . R . 1 9 6 4 . A t e c h n i q u e f o r p r o l o n g e d b l o o d s a m p l i n g i n f r e e - s w i m m i n g s a l m o n . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 1 : 7 1 1 - 7 1 7 . S m i t h , L . S . a n d B e l l , G . R . 1 9 6 7 . A n a e s t h e t i c a n d s u r g i c a l t e c h n i q u e s f o r P a c i f i c s a l m o n . J . F i s h . R e s . B d . C a n . 2 4 : 1 5 7 9 - 1 5 8 8 . 6 8 S t e v e n s , E . D . a n d R a n d a l l , D . J . 1 9 6 7 . C h a n g e s o f g a s c o n c e n t r a t i o n s i n b l o o d a n d w a t e r d u r i n g m o d e r a t e s w i m m i n g a c t i v i t y i n r a i n b o w t r o u t . J . e x p . B i o l . 4 6 : 3 2 9 - 3 3 7 . T a y l o r , W . , H o u s t o n , A . H . a n d H o r g a n , J . D . 1 9 6 8 . D e v e l o p m e n t o f a c o m p u t e r m o d e l s i m u l a t i n g s o m e a s p e c t s o f t h e c a r d i o v a s c u l a r - r e s p i r a t o r y d y n a m i c s o f t h e s a l m o n i d f i s h . J . e x p . B i o l . 4 9 : 4 7 7 - 4 9 3 . T a y l o r , E . W . , S h o r t , S . a n d B u t l e r , P . J . 1 9 7 7 . T h e r o l e o f t h e c a r d i a c v a g u s i n t h e r e s p o n s e o f t h e d o g f i s h S c y l i o r h i n u s c a n i c u l a t o h y p o x i a . J . e x p . B i o l . 7 0 : 5 7 - 7 5 . T u c k e r , V . A . 1 9 6 7 . M e t h o d f o r o x y g e n c o n t e n t a n d d i s s o c i a t i o n c u r v e s o n m i c r o l i t e r b l o o d s a m p l e s . J . a p p l . P h y s i o l . 2 3 : 4 1 0 - 4 1 4 . V a n D a m , L . 1 9 3 8 . O n t h e u t i l i z a t i o n o f o x y g e n a n d r e g u l a t i o n o f b r e a t h i n g i n s o m e a q u a t i c a n i m a l s . P h . D . D i s s e r t a t i o n , U n i v e r s i t y o f G r o n i n g e n , G r o n i n g e n . 1 4 3 p p . W o o d , S . C . a n d J o h a n s e n , K . 1 9 7 2 . A d a p t a t i o n t o h y p o x i a b y i n c r e a s e d H b 0 2 a f f i n i t y a n d d e c r e a s e d r e d c e l l A T P c o n c e n t r a t i o n . N a t u r e N e w B i o l o g y 2 3 7 : 2 7 8 - 2 7 9 . 

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