Российские ученые создали биосенсор, позволяющий определять вредное для мышц перенапряжение по содержанию лактата в поте даже в условиях экстремальной жары. В эксперименте они показали, что концентрация вещества в крови повышается только над работающей мышцей, и предложенный биосенсор действительно характеризует усталость мышц. Разработка позволит вовремя обнаружить гипоксию в организме спортсменов при слишком интенсивных физических нагрузках. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале 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 или во всем организме.
Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова разработали новый биосенсор, с помощью которого можно определить содержание лактата в поте. Он изготовлен на основе берлинской лазури и гексацианоферрата никеля и встроен в проточный коллектор пота, подключенный к 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. По ним и определяется исходная концентрация лактата.
Учены покрыли биосенсор дополнительной иономерной мембраной, которая позволила повысить стабильность работы прибора. Она также расширила диапазон определяемых концентраций.
В экспериментах принимали участие спортсмены в возрасте 20–30 лет. У них вызывали потоотделение действием раствора определенного химического вещества на потовые железы, чтобы определить начальную концентрацию лактата. Далее испытуемые выполняли физические упражнения. Приборы были закреплены на работающей и неработающей мышцах. Концентрация лактата увеличивалась только в активных мышцах. Ученые проанализировали свойства биосенсора при комнатной и повышенной температуре. На варианты, содержащие иономерную мембрану, такие изменения условий не повлияли, в то время как показатели эффективности остальных сенсоров падали при нагревании.
«В настоящее время создание различных биосенсоров — очень перспективное направление. 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», — рассказывает соавтор исследования Елена Дабосс.
Автор пресс-релиза: Мария Ликанэ
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
