Кіріспе

Термогенерация арқылы метаболизмді бағалау Респиратометрия - бұл жылу өндірісін жанама өлшеу (калориметрия) арқылы омыртқалылардың, омыртқасыздардың, өсімдіктердің, тіндердің, жасушалардың немесе микроорганизмдердің метаболизмін бағалау үшін бірқатар әдістерді қамтитын жалпы термин.

Бүкіл жануарлардағы метаболизмнің жылдамдығы

Жануардың зат алмасуы жеке жануарлардың көмірқышқыл газы (VCO2) өндірісі мен оттегі тұтыну (VO2) жылдамдығын анықтау арқылы бағаланады, ол жабық немесе ашық контурлы респираторлық жүйеде жүргізіледі. Әдетте екі өлшем алынады: стандартты (SMR) немесе базалық метаболизм жылдамдығы (BMR) және ең жоғары жылдамдық (VO2max). SMR жануардың тынышталған (бірақ ұйықтамаған) кезінде белгілі бір зертханалық (температура, су) және субъектінің белгілі бір жағдайларында (мысалы, өлшемі немесе аллометриясы), жасы, көбею жағдайы, тамақтың термиялық әсерін болдырмау үшін сіңіруден кейінгі) өлшенеді. VO2max әдетте физиологиялық шекте немесе оған жақын аэробтық жаттығу кезінде анықталады. Ал далалық метаболизм жылдамдығы (FMR) - бұл табиғаттағы тынымсыз белсенді жануардың метаболизм жылдамдығын білдіреді. Бұл өлшемдерге жануардың жалпы метаболистік жылдамдығы тән массасына байланысты түзетусіз қолданылады. Егер SMR немесе BMR мәндері жануардың дене массасының мәніне бөлінсе, онда норма массалық-спецификалық деп аталады. Бұл массалық-спецификалық мәнді түрлер арасындағы салыстыруларда жиі естиміз.

Жабық респиратометрия

Респираторлық өлшеу "ендірген нәрсесі шығады" қағидасына байланысты. Алдымен жабық жүйе туралы ойлайық. Мысықты ауа өткізбейтін ыдысқа салсақ дейік. Контейнерде бекітілген ауа бастапқыда бөлмеде болған газдардың құрамы мен үлесіне сәйкес келеді: 20,95% О2, 0,04% СО2, су буы (нақты мөлшері ауа температурасына байланысты, тұман нүктесін қараңыз), 78% (шамамен) Н2, 0,93% аргон және қалған бөлігін құрайтын әртүрлі газдар (жер атмосферасын қараңыз). Уақыт өте келе, камерадағы тышқан көмірқышқыл газы мен су буын шығарады, бірақ ауадан оның метаболистік қажеттілігіне қарай О2 алады. Сондықтан, егер біз жүйенің көлемін білсек, мысықты камераға бекіткен кездегі O2 және CO2 концентрацияларының арасындағы айырмашылық (базалық немесе эталондық жағдайлар) мысық ауамен дем алғаннан кейін болған мөлшерлермен салыстырғанда кейіннен шығарылған / тұтынылған CO2 / O2 мөлшері болуы керек. Азот пен аргон инертті газдар, сондықтан олардың фракциялық мөлшері тышқанның тыныс алуымен өзгермейді. Жабық жүйеде қоршаған ортада гипоксикалық әсер болады.

Ашық респиратометрия

Ашық жүйе үшін жобалау шектеулері жануарлар камерасының шаю сипаттамаларын және газ анализаторларының сезімталдығын қамтиды. Алайда негізгі қағидасы бірдей: ішіне не кірсе, шықсын. Ашық және жабық жүйелердің негізгі айырмашылығы - ашық жүйе камера арқылы ауа ағызады (яғни, ауа сорғы арқылы тартылады немесе тартылады) жануардың өндірген CO2 және су буын алып тастаған кезде жануардың кеміген O2 тұрақты түрде толықтырылады. Өлшемдік ағындылық мөлшер жануардың камерадағы барлық оттегін тұтынылмайтынына кепілдік беретін жеткілікті жоғары болуы керек, сонымен бірге мөлшер жануардың детекциялау үшін жеткілікті мөлшерде О2 тұтынылуына жеткілікті төмен болуы керек. 20 г мысық үшін 500 мл ыдыстар арқылы 200 мл/мүн шамасындағы ағынды жылдамдық жақсы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді. Осы ағыс жылдамдығымен камераға шамамен 40 мл О2 жеткізіледі және камерадағы ауаның барлық көлемі 5 минут ішінде алмастырылады. Басқа кіші жануарлар үшін камера көлемдері әлдеқайда кішірек болуы мүмкін, ал ағындылық жылдамдықтары төмендеуі мүмкін. Жылы қанды немесе эндотермиялық жануарлар (құстар мен сүтқоректілер) үшін камералардың өлшемі және/немесе ағынды жылдамдықтары олардың жоғары метаболистік жылдамдықтарын қамтамасыз ету үшін таңдалады.

Митохондриялық метаболизм жылдамдығы

Дене ішінде оттегі жасушаларға, ал жасушаларда митохондрияларға жеткізіледі, онда ол организмге қажетті энергияның көп бөлігін өндіретін процесте тұтынылады. Митохондриялық респиратометрия митохондрияның оттегі тұтынуын бүкіл тірі жануарды қамтымай өлшеуге мүмкіндік береді және митохондриялық функцияларды зерттеудің негізгі құралы болып табылады. Мұндай респираторлық зерттеулерге үш түрлі үлгілер: оқшауланған митохондриялар (клеткалық мәдениеттен, жануарлардан немесе өсімдіктерден); өткізгіштікке келтірілген клеткалар (клеткалық мәдениеттен); және өткізгіштікке келтірілген талшықтар немесе тіндер (жануарлардан) жатады. Соңғы екі жағдайда митохондриялық мембрананы таңдамалы түрде бүтін қалдыра отырып, химиялық заттар қосылуы арқылы жасушалық мембрананың өткізгіштігі жасалады. Сондықтан, әдеттегідей жасуша мембранасынан өте алмайтын химиялық заттар митохондрияға тікелей әсер етуі мүмкін. Жасушалық мембрананың тегістелуі арқылы жасуша тірі, белгілі бір организм ретінде өмір сүруін тоқтатады, тек митохондриялар әлі де функционалдық құрылымдар ретінде қалады. Тұтас жануарлар респиратометриясынан айырмашылығы, митохондриялық респиратометрия ерітіндіде жүргізіледі, яғни, үлгі ортада суспендияланады. Бүгінде митохондриялық респиратометрия негізінен жабық камералық әдіспен жүргізіледі.

Жабық камералы жүйе

Тиісті ортада суспензияланған сынама герметикалы жабық метаболистік камераға салынады. Митохондриялар субстраттар немесе ингибиторларды бірізді қосу арқылы белгілі бір "күйге" жеткізіледі. Митохондриялар оттегіді пайдаланғандықтан, оттегі концентрациясы төмендейді. Бұл оттегі концентрациясының өзгеруін камерадағы оттегі сенсоры тіркейді. Тотықсыздықтың төмендеу жылдамдығынан (тотықсыздықтың диффузиясына түзетуді ескере отырып) митохондрияның тыныс алу жылдамдығын есептеуге болады. Әр түрлі түрлердің митохондриялары арасындағы функционалдық айырмашылықтарды салыстырмалы физиологияның бір аспектісі ретінде респиратометрия зерттейді.

Жабдық

Әдеттегі жабдыққа жабық метаболистік камера, оттегі сенсоры, деректерді жазу, араластыру, термостаттау құрылғылары және камераға химиялық заттарды енгізу әдісі кіреді. Жоғарыда сипатталғандай, жануарлардың тұтас респиратометриясы үшін материалдарды таңдау өте маңызды. Оттегідегі оттегін сақтауға арналған пластикалық материалдар камераға жарамсыз. Пластикалық материалдардан аулақ болу қажет болған жағдайда (мысалы, о-сақиналар, араластырғыштардың немесе тығындар үшін) оттегі өткізгіштігі өте төмен полимерлерді (мысалы, PTFE-ге қарағанда PVDF сияқты) қолдануға болады. Камера материалдарына немесе одан шығатын қалған оттегі диффузиясын өлшенген оттегі ағынын аспаптық оттегі фондық ағынына түзету арқылы басқаруға болады. Жоғарыда аталған компоненттерден тұратын барлық аспапты жиі оксиграф деп атайды. Жоғарыда аталған жануарлардың тұтас респиратометриясына арналған жабдықтарды ұсынатын компаниялар митохондриялық респиратометрияға қатыспайды. Қоғамға баға мен күрделілік деңгейі әртүрлі компаниялар қызмет көрсетеді, мысалы, Oroboros Instruments, Hansatech, Respirometer Systems & Applications, YSI Life Sciences немесе Strathkelvin Instruments .