Необходимо измерять количество лактата в организме
Химики МГУ создали биосенсор, позволяющий определять вредное для мышц перенапряжение по содержанию лактата в поте даже в условиях экстремальной жары
В ходе эксперимента ученым удалось показать, что концентрация вещества в крови повышается только над работающей мышцей, а значит, предложенный биосенсор действительно характеризует усталость мышц. Такая разработка позволит вовремя обнаружить гипоксию - пониженное содержание кислорода в организме спортсмена при слишком интенсивных физических нагрузках.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Analytical Chemistry
При тяжелых физических нагрузках человек тратит огромное количество энергии. Она должна быть восстановлена в будущем за счет гликолиза - окисления молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты. В результате дальнейших процессов происходит образование и накопление лактата, который невозможно нейтрализовать из-за недостатка ресурсов и энергии у клетки. Этот процесс приводит не только к понижению эффективности тренировок, сильной усталости, но и к гипоксии - состоянию острой нехватки кислорода в отдельных органах, тканях или во всем организме человека. Оно может вызвать необратимые изменения и тяжелые патологии, именно поэтому во время интенсивных занятий необходимо измерять количество лактата в организме.
Ученые химического факультета МГУ разработали новый биосенсор, с помощью которого можно определить содержание лактата в поте. Сам он изготовлен на основе берлинской лазури и гексацианоферрата никеля и встроен в проточный коллектор пота, подключенный к прибору - амперметру или потенциометру. Механизм работы системы заключается в окислении лактата с помощью фермента лактатоксидазы до пировиноградной кислоты и пероксида водорода. Последний восстанавливается берлинской лазурью до гидроксид-ионов, которые фиксируются прибором. Именно по ним и определяется исходная концентрация лактата. Этот способ не инвазивен, что делает контроль за состоянием спортсмена безопасным и комфортным. Кроме того, он позволяет рассчитать концентрацию лактата в крови чисто математически без дополнительных манипуляций.
В данной работе ученые покрывали биосенсор дополнительной иономерной мембраной, которая позволила повысить стабильность работы прибора по сравнению с предыдущей версией. Кроме того, она значительно расширила диапазон определяемых концентраций - от 0,5 до 100 мМ, тогда как физиологическое содержание лактата в поте составляет порядка 9-40 мМ, а при тяжелых тренировках может достигать 40-80 мМ. Концентрацию вещества в крови можно вычислить по формуле.
В исследовании принимали участие спортсмены в возрасте от 20 до 30 лет. До начала эксперимента потоотделение вызывали действием раствора определенного химического вещества на потовые железы - это нужно для определения начальной концентрации лактата. Далее добровольцы выполняли физические упражнения - приседания. Приборы были закреплены на работающей мышце бедра и неработающей мышце предплечья. Значения, измеренные в поте из разных мест на теле, сильно различаются, из чего можно сделать вывод, что концентрация лактата увеличивается только в активных мышцах. Далее ученые проанализировали свойства нового биосенсора как при комнатной, так и при температуре, повышенной до 60°С. На варианты, содержащие иономерную мембрану, такие изменения условий не повлияли, в то время как показатели эффективности остальных сенсоров (например, без мембран), падали при нагревании практически вдвое. Кроме того, в работе ученые впервые проанализировали неразбавленные пот и кровь: стабильность сенсора сохранялась постоянной в течение трех часов.
«В настоящее время создание различных биосенсоров является очень перспективным направлением. Инвазивные методы контроля состояния здоровья, например анализ крови, остаются самыми достоверными, однако из-за своей травматичности не позволяют отслеживать концентрацию того или иного вещества в организме человека на постоянной основе в обычной жизни. Разработанный нами высокочувствительный потовый сенсор, обладающий ранее недостижимой стабильностью, может использоваться в различных условиях для непрерывного контроля состояния спортсмена», - рассказала Елена Дабосс, кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры аналитической химии химического факультета МГУ.
https://www.msu.ru/science/main_themes/khimiki-mgu-sozdali-sensor-perenapryazheniya-myshts-rabotayushchiy-na-zhare.html