Состав пота и его значение для диагностики
Пот — ценная диагностическая жидкость. Хотя в основном он состоит из воды, небольшая фракция, содержащая электролиты, метаболиты и химические следы, может раскрыть важную информацию о здоровье человека. Сегодня коммерческие датчики, работающие на основе пота, уже могут отслеживать обезвоживание, потерю электролитов и многое другое. Одним из новых направлений является измерение молочной кислоты в поте.
Молочная кислота и её измерение
Молочная кислота, или точнее L-лактат, является побочным продуктом метаболизма, который производится в основном в мышечных клетках при расщеплении глюкозы для получения энергии в условиях низкого содержания кислорода, например, во время интенсивных физических нагрузок. Спортсмены и тренеры используют измерения уровня лактата для оценки выносливости и планирования тренировок, но высокий уровень может также быть предупреждающим признаком таких состояний, как лактоацидоз.
Датчики молочной кислоты обычно используют лактатдегидрогеназу (LOx), фермент, прикреплённый к биосовместимому электроду, для измерения уровня лактата. Lox связывается с L-лактатом и катализирует его окисление до пирувата, образуя перекись водорода в качестве побочного продукта. Эта перекись водорода затем электрохимически окисляется или восстанавливается на электроде, создавая измеримый ток, который соответствует концентрации лактата в поте.
Однако Lox чувствительна к pH. Она работает лучше всего при нейтральном pH и теряет большую часть своей активности в кислой среде пота, pH которого составляет около 4,0. Один из подходов к решению этой проблемы — добавление сахаров, которые помогают стабилизировать фермент в кислой среде.
Исследование стабилизаторов для датчиков пота
В недавнем исследовании учёные из Токийского университета науки (TUS) в Японии обнаружили, что монолаурат сахарозы обеспечивает значительно лучшую защиту для Lox, чем обычные сахара. В тестах, имитирующих кислотный pH пота, электроды, модифицированные монолауратом сахарозы, сохраняли около 80% активности Lox при pH 5,0 по сравнению с 50% без монолаурата сахарозы.
Их работа была опубликована в журнале Langmuir. Исследование проводилось под руководством доцента Исао Шитанды в сотрудничестве с Anton Paar Japan K.K., и включало вклад доцента Таку Огуры из Научно-исследовательского института науки и технологий и госпожи Чиаки Савахары, выпускницы магистратуры кафедры чистой и прикладной химии в TUS, а также доктора Юичи Такасаки из Anton Paar Japan K.K.
«Мониторинг уровня молочной кислоты в поте в реальном времени становится всё более важным для спортивных тренировок и борьбы с тепловыми ударами. Для измерения уровня молочной кислоты в поте фермент должен оставаться стабильным на датчике в кислой среде. В этом исследовании мы показываем, что использование стабилизирующего агента сохраняет активность фермента в кислых растворах, образуя специальную структуру», — говорит доктор Шитанда.