Työ: 14 Hiiren hapenkulutuksen ja RQ:n määrittäminen

 Taustaa

Työ tehtiin yhdessä työn 15 kanssa (ks. aiempi postaus), ja myös tässä työssä mitattiin energiankulutusta, hapenkulutusta ja määritettiin RQ eli hengitysosamäärä, joka ilmoittaa hengityksessä syntyneen hiilidioksidin määrän suhteessa kulutetun hapen määrään. Tässä työssä kuitenkin käytettiin koe-eläimenä hiirtä ja menetelmänä Haldane-Kendeighin laitteistoa (kuva 1).
Laitteisto koostuu kammiosta, johon hiiri laitetaan ja seitsemästä putkesta. Osassa putkista on silikageeliä, joka sitoo vettä, ja osassa natronkalkkia, joka sitoo hiilidioksidia. Yksi kumpaakin putkea oli ennen hiirtä keräämässä putkeen puhalletusta ilmasta vettä ja hiilidioksidia, jotta jälkimmäisiin putkiin kerääntyisi ainoastaan hiiren tuottamat yhdisteet. Kaksi viimesitä putkea IV ja V olivat kontrolliputkia. Lisäksi laitteistoon kuuluu pumppu, joka kierrättää ilmaa.

Kuva1. Haldane-Kendeighin laitteisto

 

Suoritus

Sekä hiiri että laitteiston putket punnittiin. Putket II ja III sekä IV ja V punnittiin yhdessä. 

Laitteisto koottiin liittämällä putket yhteen sekä kiinni kammioon ja pumppuun kuvan 1 mukaiseen järjestykseen. Hiiri laitettiin kammioon, pumppu käynnistettiin ja putkien hanat avattiin. Hiiren annettiin olla kammiossa puoli tuntia, jonka aikana hiiren hengityksen vesi ja hiilidioksidi sitoutuivat putkiin.
Kokeen loputtua hiiri ja putket punnittiin uudelleen, jotta saatiin laskettua putkiin kerääntyneen veden ja hiilidioksidin määrä ja sitä kautta laskettua hiiren kuluttaman hapen määrä, energian kulutus ja hengitysosamäärä.

Kuva 2. Hiiri laitteiston kammiossa kokeen aikana

Kuva 3. Haldane-Kendeigh -laitteiston putket I-V

Tulokset
  

Kaavalla  RQ = 508,5/700 x  mCO2/ mO2 laskettiin hengitysosamäärä ja tulokseksi saatiin 1,38. 

Kaavalla Δp = tuot. H2O + tuot. CO2 - kul. O2 laskettiin kulutetun energian määrä 30 minuutissa ja tulokseksi saatiin 15,45 W/kg. 

Kaavalla O2 = (ΔH2O + ΔCO2) - Δm laskettiin kulututetun hapen määrä ja tulokseksi saatiin 2,8 ml/g/h.

Saatu RQ on hieman liian korkea, sillä sen pitäisi hiirellä olla n. 0,8 - 0,9. Tämä tulos voi olla hieman vääristynyt, sillä hiiri ulosti useamman kerran alkupunnituksen jälkeen ja sitä kautta hiiren paino tippui liikaa. 

Työ 16: Paaston vaikutus maksan glykogeenipitoisuuteen

Eräänä pimeänä joulukuisena päivänä kolme nuorta miestä sai idean kokeilla paastoamisen vaikutusta kehoon tykkipuiden ja lumisten tuntureiden keskellä. Monissa uskonnoissa paastoaminen on perinteikäs tapa, jonka ideana on tuoda ihmistä lähemmäksi Jumalaa luopumalla ruoasta joksikin aikaa. Näiden kolmen miehen tarkoituksena ei välttämättä ollut kuitenkaan tämä, vaan tieteellinen kokeilu ja ehkä myös omien rajojen kokeileminen.  Paasto kesti kokonaisen viikon, jolloin pelkästään juominen oli sallittua. Mitä kehossa silloin tapahtuu? 

©Aino-Riitta

Aineenvaihdunta on jatkuvasti käynnissä kehossamme. Kun syömme, ruuansulatuskanavissa entsyymit hajottavat ravintoaineita ja ne kulkeutuvat verenkiertoon ja sieltä edelleen maksaan, jossa niitä käytetään elimistön tarpeiden mukaisesti. Kaikkea energiaa ei kuitenkaan pistetä suoraan käyttöön, vaan sitä myös varastoidaan maksaan glykogeeni -muotoon. Glykogeenin määrä riippuu sen hetkisestä ravitsemuksen tilasta.

Nämä kolme miestä olivat ottaneet mukaan tunturimökkiin hiihtotarvikkeet ja muuta aktiviteettia, mutta parin päivän jälkeen he huomasivat olevansa melko voimattomia, ja hiihtoretkelle lähteminen tuntui sulalta mahdottomuudelta. Mihin kaikki energia katosi? 

Paaston aikana veren sokeripitoisuus pyrkii laskemaan, kun sokeria käytetään energianlähteenä. Tämä vie voimat kehosta, joten kaikenlainen aktiivinen toiminta voi tuntua ylitsepääsemättömän vaikealta. Avuksi hätään saapuu glykogeenin hajotus glukoosiksi maksassa (glykogenolyysi). Luonnollisesti tämä pienentää maksan glykogeenivarastoja, mutta antaa sen verran energiaa, että ihminen (tai esim.hiiri) selviää hengissä ja normaalit elintoiminnot jatkavat toimintaansa. 

Olisi mielenkiintoista tietää mikä miesten glykogeenivaraston tilanne oli viikon paastoamisen jälkeen, mutta ihmistä ei kuitenkaan käytetä yleensä koekaniinina, kun preparoidaan ja maksasta otetaan näytepala.  Työssämme käytettiin sen sijaan hiiriä, joista toinen oli paastonnut 18 tuntia ja toinen oli onnekseen saanut yltäkyllin syömistä. Hiiret oli preparoitu ja maksasta otettu näytepalat oppilaille valmiiksi, joten meidän ei tarvinnut siihen ”likaiseen” työhön osallistua.

Teimme työvaiheet työmonisteemme (Eläinfysiologian harjoitustyöt 2/2016) mukaan. Saimme valmiiksi siis paastonneen hiiren ja kontrollihiiren pienet maksan palaset (Paastohiiren maksapalan paino 48mg ja kontrollihiiren 19mg). Lisäsimme molempiin putkiin 0,5ml jäähauteessa ollutta 5 % TCA:ta ja homogenisoimme sen maksan kanssa Ultra-turraxilla, joka muistutti pientä tehosekoitinta. Monien vaiheiden kautta päädyimme lopulta mittaamaan muodostuneiden liuosten (kontrollihiiren ja paastohiiren maksaa sisältävien liuosten) absorbansseja, joita verrattiin standardisuoraan, jonka toisen ryhmän jäsenet olivat tehneet. 

Saimme hiirten maksanpalaset valmiina, joten emme itse joutuneet/saaneet preparoida niitä.©Aino-Riitta

Homogenisoimme maksan palasen ja 5% TCA:n Ultra Turraxilla.©Aino-Riitta

Näyte sentrifugioitiin, jolloin supernatantti saatiin erilleen.©Aino-Riitta

Selvitimme absorbanssit spektrofotometrillä.©Aino-Riitta

Tietokoneella näkyy standardisuora ja omat maksan palasten glykogeenipitoisuudet.©Aino-Riitta

Tuloksena saimme paastohiiren abrorbanssiksi (kahden näytteen keskiarvo) 0,181A ja kontrollihiiren 0,298A. Tietokoneelle tehty exel-taulukko laski suoraan glykogeenipitoisuuden maksapalassa, mikä oli meidän paastohiirellä 11,72 mg ja kontrollihiirellä 19,30mg.

Koko maksan glykogeenipitoisuudeksi saatiin paastohiirellä 394,18mg ja kontrollihiirellä 1901,61mg. Tästä laskettiin edelleen maksan glykogeenipitoisuus paastohiirelle 24,42 % ja kontrollihiirelle 101,58 % (aika energinen tyyppi!). Yli 100% prosentin määrä luultavasti johtuu siitä, ettei kaikki glykogeeni ole jakautunut tasaisesti maksan eri osiin, jolloin meille sattui sellainen kohta, jossa glykogeenia on erityisen paljon.

Lisäksi halusimme tietää kuinka pitkäksi paastohiirellä olisi vielä riittänyt glykogeenivarastoja ennen kuin ne loppuvat. Tuloksena saimme 91,5 minuuttia. 

Laskukaavat (ja esimerkkilaskut paastohiiren arvoilla)

Näytepalan glykogeeni= standardisuorasta saatu glykogeenimäärä (mg)x2,5

                                     =4,69mg x 2,5= 11,72

Koko maksan glykogeeni= (näytepalan glykogeeni(mg)/näytepalan paino(mg)) x maksan paino

                                         =(11,72mg/ 48mg) x 1614mg = 394,18mg

Maksan glykokeeni %= (koko maksan glykogeeni (mg)/ maksan paino (mg)) x100%

                                      = (394,18mg/ 1614mg) x 100%= 24,42%

Kuinka pitkäksi aikaa paastonneen hiiren maksan glykogeenimäärä riittää turvaamaan energiasaannin?

Hiiren energiankulutus (vakio)=0,035W/g

Hiiren kokonaisenergiankulutus= hiiren massa (g) x 0,035W/g

                                                       = 36,2g x 0,035W/g= 1,26 W= 1,26 J/s

Glykogeenin energiasisältö (vakio)= 17,6KJ/g

Maksan glykogeenin energiasisältö= 17,6KJ/g x maksan glykogeenimäärä (g)

                                                            = 17,6KJ/g x 0,394 g= 6,9375 KJ

Kuinka pitkäksi aikaa maksan energiamäärä riittää= 1000 X J/ X J/s

                                                                                         = (1000 x 6,94)/ 1,26 J/s=n.5490s =n.90,5min