Избыток кислорода в аквариуме признаки

Особенно сильно это проявляется у рыб, находящихся в небольшом объеме и в большом количестве (например, в пятидесятилитровом аквариуме уже через полчаса явно заметен недостаток кислорода у стайки барбусов).

Признаки кислородного голодания рыб в аквариуме

Необходимо иметь в виду, что количество потребляемого рыбой кислорода значительно увеличивается после кормления и при повышенной температуре воды, а так же в ночное время, особенно, если в аквариуме находятся живые растения.

Как не допустить кислородного голодания рыб

— организовать с помощью фильтра-помпы циркуляцию воды в аквариуме.

Что делать, когда рыбы задыхаются

— в самом крайнем случае можно добавить концентрированной перекиси водорода из расчета одна-две капли на три литра воды (это можно делать не более одного раза!), либо использовать специальные импортные химические средства для увеличения концентрации кислорода в воде.

Чрезмерно высокая концентрация кислорода, растворенного в воде

— отрегулируйте поток воздуха от компрессора на средний уровень.

С этим шутки плохи! Наглядный пример нехватки кислорода

Аквариуму точно также нужен кислород, как и нам с вами. Начинающие аквариумисты частенько упускают сей момент из вида, забывая, что кислород нужен и самим аквариумным растениям и бактериям, живущем в системе фильтрации и всему остальному, что живет и плавает в домашнем аквариуме.

Кислород в аквариум поступает несколькими путями:

• Из воздуха, через обмен с поверхностью воды в аквариуме
• От аквариумных растений
• От системы аэрации/компрессора аквариумной воды

Сколько кислорода нужно для аквариума

Аквариумные рыбки и растения процветают при количестве кислорода в 5-7 мг на литр воды. Этих показателей легко достигнуть в аквариуме с достаточно большой поверхностью воды, при условии, что последний не перенаселен.

Как проверить уровень кислорода в аквариуме

В продаже доступны различные виды тестов, которые нужно купить и измерить ими уровень кислорода в аквариуме. Сами по себе эти тесты на постоянно основе необязательны, но, в случае перенаселенного аквариума или при разведении рыбок, лучше их использовать или хотя бы держать под рукой.

Обусловлено это тем, что днем аквариумные растения помогают насыщать воду кислородом, но ночью они его потребляют точно также, как и сами рыбки. Эти все факторы, особенно в густозаселенном аквариуме, могут привести к утреннему «замору» рыбок. Однако, сразу примерять эту ситуацию на свой аквариум не стоит, это достаточно редкий случай.

Нехватка кислорода в аквариуме

Вам не потребуются тесты, если вы заметите рыбок, хватающих воздух с поверхности аквариума или постоянно висящих под поверхностью воды. Это верный признак кислородного голодания, но иногда это может свидетельствовать и о более глубоких проблемах в аквариуме. Например, о вспышке какой-нибудь аквариумной болячки.

Причины дефицита кислорода включают следующее:

• Слишком много рыбок в данном аквариуме
• Плохое обслуживание аквариума: грязные аквариумные фильтры и куча гниющего корма на дне аквариума
• Маленькая площадь поверхности аквариума
• Малое количество растений
• Слишком медленный рост у растений при обилии питательных веществ в аквариуме, иными словами аквариумные растения слишком мелкие

В краткосрочной же перспективе, для решения этой проблемы можно использовать принудительную подачу кислорода/воздуха в аквариум, сиречь компрессор/аэратор. Для долгосрочной же перспективы:

• Приводите аквариум в порядок
• Снижайте количество рыбок
• Увеличивайте степень фильтрации
• Увеличивайте рост аквариумных растений

Избыток или перенасыщение кислородом аквариума

Да, бывает и такое и не сказать, что это было прям очень полезно.

Чаще всего наблюдается в заросших пресноводных аквариумах а-ля голландский аквариум, которые к тому же прекрасно освещены. В таких аквариумах, растения обеспечивают очень высокий уровень количества кислорода.

В данном случае можно уменьшить число растений или, что более оптимально, снизить количество света, поступающего в аквариум.

Увеличивать количество рыбок не стоит, ибо это приведет к смещению азотного цикла со всеми вытекающими.

В совсем уж крайних случаях, избыток кислорода может привести к этакой газовой эмболии. Расписывать сей термин не буду, любопытным гугл в помощь, однако следует сказать, что да-с. рыбки передохнуть.

Визуально, обилие кислорода в аквариуме проявляется кучей мелких пузырьков воздуха буквально на всем, включая и поверхность тел аквариумных рыбок.

А теперь список популярных у новичков вопросов:

Подача кислорода в аквариум принудительно

Это подача воздуха в аквариум при помощи разнообразных устройств.

Для нее достаточно купить аэратор/компрессор и пару распылителей к нему, благо существует целая куча производителей этого аквариумного добра. К слову, аэраторы существуют даже со спецэффектами в виде красивой формы распыляемого потока воздуха.

Да если еще и подсветку туда добавить светодиодную, в место распыления воздуха.

Нужен ли кислород в аквариуме?

Скажем так, весьма желательно. Ибо, как уже указывалось, кислород влияет на все процессы, происходящие в аквариуме.

Какой аэратор/компрессор покупать для подачи

Все зависит от конкретной модели. Указанный объем воздуха прокачивают все аквариумные компрессоры так или иначе, а вот насколько все это происходит бесшумно, уже совершенно иной вопрос. И не всегда дорогой будет менее шумным.

Видео: Кислородная метель в аквариуме

Всем известно, что оборудование для аэрации аквариумной воды является первостепенным и жизненно необходимым.

Однако, многие начинающие и даже уже бывалые аквариумисты не знают? как оно работает, до конца не понимают зачем нужен кислород и что происходит в аквариуме при его недостатке или переизбытке.

В данной статье нам бы хотелось приоткрыть завесу тайны над вопросом аэрации аквариума и насыщения воды кислородом, привести выдержки из уже написанного материала, а так же рассказать о некоторых секретах подачи воздуха в аквариум.

Для начала, видео-ролик об убойной аэрации в травнике

Начать нужно с небольшой вводной об аэрации, под которой подразумевается процесс смешивания воздуха с аквариумной водой при помощи аквариумного оборудования: помп, компрессоров, аэраторов. Принципы работы такого оборудования многим известны и понятны, поэтому мы не будем заострять на этом внимание. Для тех же, кто хотел бы все же углубится в этот вопрос, предлагаем посмотреть статью — компрессоры для аквариума, которая сполна раскрывает суть вопроса.

Более интересно рассказать о заблуждениях начинающих аквариумистов, связанных с аэрацией аквариумной воды:

1. Обычно большинство новичков думают, что обогащение воды кислородом происходит посредством пузырьков, которые компрессор загонят в воду. Однако, это не так. Смешивание воздуха с водой происходит на поверхности воды. Аэратор создает вихри и колебания от пузырьков, в результате чего и происходит смешивание. Можно сказать, что насыщение аквариумной воды воздухом (кислородом) происходит не из-за пузырьков, как таковых, а от их интенсивности и тока воды, которые улучшают процесс абсорбции кислорода из атмосферного воздуха.

2. Вторым важным нюансом аэрации, является его беспрерывная работа. Большой ошибкой новичков, является отключение аэрации на ночь, дабы оборудование не шумело. Такое действие может привести к фатальным последствиям, ведь за ночь асфиксию могут заработать не только рыбки, но и другие гидробионты, вплоть до полезных, аэробных, нитрифицирующих бактерий, а это ведет уже к нарушению биобаланса аквариума и как следствие к завышенным концентрациям ядов: аммиака, нитрита и нитрата. Все заканчивается тем, что рыбы заболевают, в аквариуме происходит водорослевая вспышка и прочие регрессные моменты. Более того, если начинающий аквариумист отключает фильтр на ночь, а потом утром включает, то помимо всего прочего из такого фильтра в аквариум поступает сероводород и прочие отравляющие вещества, которые накопились из-за отсутствия «продувки» фильтра ночью.

С учетом сказанного, следует отметить, что не стоит экономить средства при выборе и покупке оборудования для аэрации аквариума, оно должны быть хорошего качества, достаточной мощности и по возможности бесшумным.

Скажем два слова о важной роли аквариумных растений в насыщении воды кислородом. Аквариумные растения, являются, пожалуй, единственным естественным источником кислорода – О2, который выделяется в процессе фотосинтеза днем.

Наличие растений в аквариуме и надлежащие для них условия, благоприятно скажутся на концентрации кислорода в воде. Однако, растения не являются стабильным и безусловным поставщиками кислорода. Стоит сказать, что процесс фотосинтеза, при котором растения выделяют кислород возможен только лишь при наличии достаточного освещения и необходимого количества СО2 (углекислого газа, а точнее углерода — С). Как только свет в аквариуме выключается, процесс фотосинтеза прекращается и происходит обратный процесс, растения начинают потребляет кислород. Это называется «дыхание растений».

Из сказанного, можно сделать выводы:

— аквариумные растения помощники в вопросе подачи кислорода в аквариум. Про их пользу в настройке биобаланса и их участии в борьбе с NO3, также не промолчим =)

— увы, аквариумные растения — не панацея. Многие заблуждаются, думая, что растениям нужен только лишь углекислый газ, нет! Они также «дышат» и им ночью жизненно необходим кислород. И это очень важно! Многие начинающие травоведы не включают аэрацию на ночь, пологая, что ночь в аквариуме будет достаточно кислорода полученного от перлинга растений.

Однако, однако, это не так.

Какая я же концентрация кислорода в аквариуме является нормой?

Измерить концентрацию О2 в аквариуме, можно при помощи тестов, которые продаются во многих аквамагазинах.

А теперь, хитрости и секреты аэрации аквариума:

Лайфхак № 1: Многим известно, что потребление кислорода гидробионтами растет с повышением температуры воды. С другой стороны, концентрация кислорода в воде противоположно зависит от понижения температуры. При температуре 20 °С концентрация кислорода достигает около 9,4 мг/л, при 25 °С — 8,6 мг/л и при 30 °С — 8,0 мг/л. Это утверждение можно прекрасно воспользоваться в случаях асфиксии рыб. Охлаждение аквариумной воды — это +++ к концентрации кислорода.

Лайфхак № 2: Мало кто из начинающих аквариумистов знает о применения аптечной 3% перекиси водорода в аквариуме, вот что она делает:

1. Оживляет задохнувшуюся и удушенную рыбу;

2. Эффективна против некоторых видов нитчатой водоросли;

Перекись водорода – это экологически чистый продукт. В воде она распадается на воду и кислород — вещества безвредные. Поэтому, если правильно ею пользоваться, то полезную микрофлору в фильтре и грунте можно сохранить целехонькой, или только чуть-чуть ее подзадушить (при передозировке и в фильтре выделится слишком много кислорода, что для бактерий не полезно).

Но микрофлора быстро восстановится, ведь вредных веществ в воду не поступило. Рыбу при правильном дозировании перекись не травит. Если при применении перекиси на губках фильтров, стенках аквариума, рыбах и растениях появляются пузырьки, то значит доза была велика. Допустимо только едва заметное появление пузырьков.

Аптечная 3% перекись применяется для:

1. ОЖИВЛЕНИЯ ЗАДОХНУВШЕЙСЯ РЫБЫ.

Добавление до 40 мл на 100 л. Когда начнут высыпать пузырьки на стеклах, фильтрах и, возможно, рыбках, воду надо подменить, продувку усилить. Если за 15 мин воздействия нет эффекта, то уже не судьба. Для реанимации рыбы, пострадавшей от высоких доз углекислого газа, обычно достаточно 25 мл в 100 л.

2. БОРЬБЫ С НЕЖЕЛАТЕЛЬНОЙ АКВАРИУМНОЙ ЖИВНОСТЬЮ (планарии, гидры).

Концентрация до 40 мл в 100 л. Вносить надо несколько дней подряд до полной победы над врагом. Растения можно при этом заморить, но если применить более низкие концентрации, то можно и не победить, хотя растения будут живы. Однако, как правило, все получается, процесс занимает неделю и более. Жестколистные растения типа анубиасов к перекиси относительно устойчивы.

3. БОРЬБЫ С СИНЕ-ЗЕЛЕНЫМИ ВОДОРОСЛЯМИ.

Если в аквариуме есть любимые растения, то нельзя превышать дозировку 25 мл на 100 л 1 раз в день. Рыбы обычно без вреда переносят дозу 30 или даже 40 мл на 100 л. Эффект при ежедневном внесении заметен на третий день. За неделю все проходит. Доза, которой еще можно бороться с водорослями – это 20 мл на 100 л.

Длинностебельные растения с перистыми листьями плохо переносят перекись, поэтому эту дозировку превышать нельзя. Жестколистные растения можно несколько раз выкупать в отдельно приготовленном растворе перекиси 50-40 мл на 100 л. Держать полчаса, час. Точного времени не знаю. Говорят, так и обрастания вьетнамки можно свести.

Возможно, что перекись поможет при борьбе с вьетнамкой в аквариуме (20-25 мл в 100 л). Но в этом случае надо еще снизить нитратное и фосфатное загрязнение воды.

4.ЛЕЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ИНФЕКЦИЙ НА ТЕЛЕ И ПЛАВНИКАХ РЫБ.

25 мл на 100 л ежедневно или 2 раза в сутки многократно (7-14 дней).
Можно приготовить лечебный раствор перекиси из промышленного продукта пергидроля — примерно 30% перекись. То есть, его надо разбавить в 10 раз, чтобы получить аналог аптечной перекиси. Вещество это едкое и взрывоопасное! Разбавлять можно только водой в пластиковой таре. С металлом, щелочами, органическими растворителями контачить не должен.

Таким образом, с учетом темы статьи, следует сказать, что перекись водорода «уникальная штука» и играет важнейшую роль! С ее помощью можно в мгновение обогатить аквариумную воду кислородом и тем самым спасти рыбок, находящихся даже в тяжелой стадии асфиксии. Для большей эффективности, рекомендуем набирать перекись в шприц и распылять ее по дну аквариума в разных местах.

Лайфхак№3: Многие знают, что такое кислородные таблетки и многие их часто применяют при транспортировке рыбок. Однако, мало кто знает и сталкивался с таким аквариумным оборудованием, как ОКСИДАТОРЫ.

Оксидаторы бывают разными: для долгой транспортировки рыб, для мини аквариумов, для аквариумов больших объемов, для прудов. Суть их проста – перекись водорода помещается в сосуд, в который добавляется катализатор, после начинается реакция, в результате которой выделяется кислород.

Как работают оксидаторы для аквариума

Похожие записи:

1. Аудиозапись для попугая учится говорить
2. Зеленый древесный питон
3. Питомник ангел саваж тула
4. Течичи порода собак

Источник: pim7.info

Низкий и нормальный уровень кислорода в крови: что нужно знать

Уровень кислорода в крови — это количество кислорода, циркулирующего в крови. Большая часть кислорода переносится эритроцитами, которые собирают кислород из легких и доставляют его во все части тела.

Организм внимательно следит за уровнем кислорода в крови, чтобы держать его в определенном диапазоне, чтобы хватало кислорода для нужд каждой клетки организма.

Уровень кислорода в крови человека является показателем того, насколько хорошо организм распределяет кислород от легких к клеткам, и это может быть важно для здоровья людей.

Как измеряется уровень кислорода в крови?

Наиболее эффективным способом контроля уровня кислорода в крови является анализ артериальной крови на газ или АБГ. Для этого теста берут образец крови из артерии, обычно в запястье. Эта процедура очень точна, но может быть немного болезненной.

Тест АБГ может быть трудно сделать дома, поэтому человек может захотеть сделать альтернативный тест, используя небольшое устройство, известное как пульсоксиметр.

Пульсоксиметр — это небольшой зажим, который часто надевают на палец, хотя его также можно использовать на ухе или пальце ноги. Он измеряет кислород крови косвенно путем поглощения света через пульс человека.

Хотя тест пульсоксиметра легче, быстрее и не болезненен, он не так точен, как тест АБГ. Это происходит потому, что на него могут влиять такие факторы, как грязные пальцы, яркий свет, лак для ногтей и плохое кровообращение в конечностях.

Для людей, желающих приобрести пульсоксиметр, существует целый ряд простых в использовании устройств, доступных в интернете.

Нормальный и низкий уровень кислорода в крови

Нормальный уровень кислорода в крови колеблется от 75 до 100 миллиметров ртутного столба (мм ртутного столба).

Уровень кислорода в крови ниже 60 мм рт. ст. считается низким и может потребовать добавления кислорода, в зависимости от решения врача и конкретного случая.

Когда уровень кислорода в крови слишком низок по сравнению со средним уровнем здорового человека, это может быть признаком состояния, известного как гипоксемия. Это означает, что организм испытывает трудности с доставкой кислорода ко всем своим клеткам, тканям и органам.

Симптомы низкого уровня кислорода в крови

Низкий уровень кислорода в крови может привести к нарушению кровообращения и вызвать следующие симптомы:

• одышка
• головная боль
• беспокойство
• головокружение
• учащенное дыхание
• боль в груди
• спутанность сознания
• высокое кровяное давление
• нарушение координации
• нарушение зрения
• чувство эйфории
• учащенное сердцебиение

Причины

Гипоксемия, или уровень кислорода ниже нормальных значений, может быть вызвана:

• недостаточное количество кислорода в воздухе
• неспособность легких вдыхать и посылать кислород всем клеткам и тканям
• неспособность кровотока циркулировать в легких, собирать кислород и транспортировать его по всему телу

Несколько медицинских состояний и ситуаций могут способствовать вышеперечисленным факторам, в том числе:

• астма
• болезни сердца, включая врожденные пороки сердца
• анемия
• хроническая обструктивная болезнь легких или ХОБЛ
• интерстициальная болезнь легких эмфизема
• острый респираторный дистресс-синдром или ОРДС
• пневмония
• закупорка артерии в легком, например, из-за сгустка крови
• легочный фиброз или рубцевание и повреждение легких
• наличие воздуха или газа в грудной клетке, что заставляет легкие коллапсировать
• избыток жидкости в легких
• апноэ сна, когда дыхание прерывается во время сна
• некоторые лекарства, в том числе некоторые наркотики и обезболивающие

Когда обратиться к врачу

Люди должны обратиться к врачу, если они:

• испытывают сильную и внезапную одышку
• испытывают одышку в состоянии покоя
• испытывают сильную одышку, которая ухудшается во время физической нагрузки или физической активности
• внезапно просыпаетесь с одышкой или чувством удушья , находясь на большой высоте (выше 8000 футов или 2400 метров) и испытываете сильную одышку с кашлем, учащенным сердцебиением и задержкой жидкости.

Лечение

Лечение низкого уровня кислорода в крови включает в себя прием дополнительного кислорода. Это можно сделать дома, когда это называется домашней кислородной терапией.

Существует целый ряд устройств для доставки и контроля кислорода, но некоторые из них считаются лекарствами и нуждаются в рецепте.

Некоторые меры по уходу за собой могут быть приняты людьми для уменьшения симптомов одышки и улучшения общего состояния здоровья и качества жизни. К ним относятся:

• отказ от курения
• избегание пассивного курения в местах где курят другие
• здоровая диета с большим количеством фруктов и овощей
• регулярные физические упражнения

Прогноз

Низкий уровень кислорода в крови не обязательно вреден и может возникнуть у людей, которые могут выздороветь, или у здоровых людей, когда они находятся на большой высоте. Таким людям не нужно регулярно контролировать уровень кислорода в крови.

Но люди с хроническими заболеваниями легких, такими как ХОБЛ, легочный фиброз или эмфизема, могут иметь уровень кислорода в крови ниже нормы из-за своей болезни. Этим людям может потребоваться регулярный контроль уровня кислорода в крови.

Источник: www.vikids.ru

Болезни и изменения клеточного метаболизма

Нейродегенеративные и онкологические болезни — самые распространенные возрастные патологии после болезней сердца и сосудов. Как показывают исследования, эти патологии тесным образом связаны с энергетическим обменом и митохондриальной дисфункцией. Детальное и масштабное изучение изменений клеточного метаболизма при развитии этих патологий способствует разработке более совершенных диагностических инструментов, позволяющих обнаруживать заболевание на самой ранней его стадии.

Биоэнергетика

Спецпроект о клеточном энергетическом метаболизме, работе митохондрий и АТФ, а также о заболеваниях, связанных с нарушениями функций клеточных «батареек».

Спонсор спецпроекта — «БиоХимМак» — поставщик научного и медицинского оборудования в лаборатории России и стран СНГ.

Наверное, у каждого, кто начинает знакомиться с удивительной организацией наших клеток, возникает чувство восхищения невероятной сложностью внутриклеточного мира. Каждую секунду в миллиардах наших клеток протекают сложные и строго скоординированные процессы. И одним из таких очень важных процессов является производство в митохондриях главной энергетической молекулы — аденозинтрифосфата, или АТФ. Сегодня уже хорошо известно, что работа митохондрий очень тесно связана со здоровьем и продолжительностью жизни [1]. Митохондрии производят энергию для поддержания жизни, но при этом они же служат основными источниками активных форм кислорода, избыток которых для клеток губителен.

Энергетический обмен

Любой живой организм находится в постоянной связи с окружающей средой, непрерывно обмениваясь с ней веществом. В этом процессе можно выделить три этапа:

1. поступление веществ;
2. метаболизм;
3. выделение конечных продуктов.

Внутриклеточный метаболизм, в свою очередь, включает в себя два типа реакций: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм — это процесс расщепления и окисления органических молекул, приводящий к образованию тепла и энергетических молекул, АТФ. Именно за счет постоянного производства—расщепления последних съеденные нами калории направляются «по адресу»: гидролиз двух высокоэнергетических (макроэргических) связей в молекулах АТФ обеспечивает энергией всевозможные синтетические и транспортные процессы в клетках.

На первом этапе катаболизма под воздействием пищеварительных ферментов сложные органические соединения (белки, полисахариды, жиры) распадаются на более простые — аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и глицерин, — которые клетка использует для реакций анаболизма (пластического обмена) и получения энергии. Аминокислоты идут на синтез белков. Жирные кислоты выполняют энергетическую функцию, входят в состав клеточных мембран и служат субстратом для синтеза эйкозаноидов

На втором этапе происходит гликолиз — расщепление молекул глюкозы (рис. 1) до пировиноградной кислоты (ПВК). Дальнейший ход реакций зависит от присутствия или отсутствия кислорода в клетке. Если кислорода нет (анаэробный процесс), то ПВК у микроорганизмов и растений будет превращаться в этанол, а в организме животных — в молочную кислоту [2]. Каждый, кто подвергал себя тяжелым физическим нагрузкам, мог почувствовать конечный результат анаэробного метаболизма в виде боли и скованности в мышцах из-за скопившейся в них молочной кислоты.

Если же кислород в клетке есть, ПВК будет расщепляться на углекислый газ и воду и тоже высвобождать заключенную в углеводной молекуле энергию. Этот процесс называется аэробным клеточным дыханием и проходит в специальных органеллах — митохондриях. Окисление в митохондриях дает гораздо больше энергии, чем гликолиз.

Митохондрии и производство АТФ

Митохондрии — настоящее биологическое чудо, сотворенное эволюцией. Несмотря на очень маленький размер (в одной клетке может быть более 1000 митохондрий), эти органеллы поражают чрезвычайно сложной организацией (рис. 2). Они представляют собой вытянутые «пузырьки», окруженные двумя мембранами. Считается, что митохондрии сформировались в результате поглощения археями-фагоцитами пурпурных фотосинтезирующих бактерий, которые, приспосабливаясь к избытку кислорода, освоили аэробное дыхание [3], [4]. Мембраны митохондрий состоят из липидов и гидрофобных, нерастворимых в воде белков. (Здесь мы так подробно описываем строение митохондрий не случайно, а для того чтобы потом было понятно, как их нормальная работа и дисфункция влияют на здоровье.)

Строение мембран очень важно для процесса дыхания. Внешняя мембрана митохондрий — гладкая, а внутренняя — многократно складчатая. Эти складки (или кристы) позволяют увеличить рабочую площадь мембраны, что необходимо для размещения там всего комплекса белков, осуществляющих дыхание.

Вначале окисляются углеродные атомы углеводов, жирных кислот и аминокислот до СО2 (гликолиз, цикл Кребса и β-окисление жирных кислот), а полученные таким образом электроны используются для образования НАДФ. Далее НАДФ окисляется молекулярным кислородом с образованием воды. НАДФ-оксидазная реакция сопровождается выделением очень большого количества свободной энергии (около 1,1 эВ при переносе одного электрона с НАДФ на кислород), которая может запасаться дыхательной цепью в виде трансмембранной разности электрохимических потенциалов ионов H+ (протонов).

Работа же дыхательных белков-ферментов похожа на работу насосов: передавая электроны друг другу, они перекачивают протоны в межмембранное пространство (см. видео 1). В результате внутренняя мембрана митохондрии заряжается подобно конденсатору.

Создаются потенциалы: электрический (положительные заряды — снаружи митохондриальной мембраны, отрицательные — внутри органеллы) и химический (возникает разница концентраций протонов: внутри митохондрии их меньше, снаружи — больше). Известно, что электрический потенциал на мембране митохондрий, которая служит хорошим диэлектриком, достигает 200 мВ при толщине мембраны всего 10 нм [5]. Для сравнения: потенциал действия на мембранах нервных клеток при передаче сигнала достигает всего 30 мВ.

Однако амилоидная гипотеза — не единственная, объясняющая возникновение БА. В 1993 году Аллен Роузес, профессор Университета Дьюка, предложил еще одну гипотезу возникновения БА — генетическую, связанную с геном APOE, кодирующим аполипопротеин Е (ApoE). Выяснилось, что наследование одного из вариантов гена APOE — APOE4 — в несколько раз повышает шансы заболеть БА. Всё больше исследователей склоняются к мысли, что β-амилоид излишне «демонизирован» и не является первопричиной развития БА. Неудавшаяся терапия, направленная на очистку клеток от β-амилоида, подтверждает, что с этой болезнью не всё до конца ясно [19].

Болезнь Паркинсона (БП) — еще одно тяжелое и довольно распространенное возрастное нейродегенеративное заболевание. У больных БП в нейронах черной субстанции накапливается α-синуклеин, который образует особые гранулы — тельца Леви.

Надо сказать, что существует так называемая деменция с тельцами Леви, для которой характерно скопление многочисленных телец Леви в кортикальных и субкортикальных нейронах и развитие прогрессирующего когнитивного расстройства уже в первый год заболевания. Но пока не совсем ясно, считать ли эту деменцию формой БП или же правильнее ее рассматривать как отдельное заболевание.

В случае БП скопления телец Леви приводят к дисфункции нейронов и их гибели, при этом характерно поражение областей мозга из состава так называемого нигростриарного дофаминового пути. Этот путь регулирует двигательную активность, снижая напряжение в мышцах. Вот почему, когда гибнут дофаминовые нейроны, у больных возникают соответствующие симптомы: нарастающее повышение мышечного тонуса и дрожание рук. Кроме нарушения моторных функций для БП характерны и другие симптомы, связанные с нарушением сна, депрессией, тревогой, ухудшением зрения и замедлением мышления [20].

Болезнь Хантингтона (БХ) — тоже не слишком редкое нейродегенеративное заболевание [21]. Как и в случае болезни Альцгеймера, для патогенеза БХ характерно образование токсичных белковых агрегатов с участием мутантных форм белков, которые синтезируются в нервной ткани.

Но если к основному «виновнику» БА, β-амилоиду, у ученых есть вопросы, в случае с БХ сомнений гораздо меньше. Установлено, что именно генетические особенности — полиморфизмы определенных участков ДНК — приводят к появлению патологических форм белка хантингтина.

Такой хантингтин способен к ассоциации с другими белками нервной ткани, в результате чего образуются нерастворимые токсичные агрегаты, повреждающие кору и полосатое тело головного мозга. Для БХ типичны всплески непроизвольной двигательной активности, эмоциональные расстройства и потеря памяти. В то же время нормальная физиологическая функция белка хантингтина в организме остается под вопросом. Предполагают, что он играет какую-то роль в эмбриогенезе [22].

Все три упомянутые патологии самым тесным образом связаны с дисфункцией митохондрий. Прежде всего, надо отметить, что ее развитие под действием дефектных белков, специфичных для нейропатологий, было установлено несколькими способами: in vitro (на клеточных линиях и внеклеточных системах) и in vivo (на трансгенных животных). Обнаружили и обратную связь: оказалось, что дисфункция митохондрий может стимулировать появление дефектных белков. Так, нарушение активности дыхательного комплекса I ведет к накоплению в нервных клетках гиперфосфорилированного τ-белка и α-синуклеина [23].

Со скоплением дефектных белков связали и уже упоминавшийся стресс эндоплазматического ретикулума. Один из таких белков, α-синуклеин, может снижать активность протеасом, что заканчивается стрессом ЭПР, увеличением производства АФК и инициацией апоптозных процессов.

Это происходит потому, что из митохондрий высвобождается апоптозный фактор, цитохром С, который активирует «клеточных убийц» — каспазу-9 и каспазу-3 [24]. Как полагают, на начальных этапах нейродегенерации при БА накопление β-амилоида и гиперфосфорилирование τ-белка могут быть физиологическими механизмами защиты клетки от окислительного стресса, вызванного прогрессирующей митохондриальной дисфункцией.

Однако при избыточном накоплении этих белков в клетке происходит сбой в работе митохондрий. Так, у пациентов с БА обнаружили, что β-амилоид накапливается в митохондриях и нарушает реакции гликолиза и цикла Кребса, активизирует продукцию АФК. Более того, β-амилоид способен напрямую подавлять синтез АТФ.

Это возможно из-за структурного сходства белка с естественным ингибитором F(1)-субъединицы АТФ-синтазы митохондрий. Также β-амилоид может взаимодействовать с митохондриальной мембраной, формируя стабильные комплексы с двумя транслоказами, TOM40 и TIM23. Такие комплексы подавляют импорт в митохондрии белков, кодируемых ядерным геномом, — субъединиц IV и Vb цитохромоксидазы. На что органелла откликается увеличением производства агрессивного пероксида водорода.

Но и это еще не всё: белок — предшественник β-амилоида может формировать поры в мембранах митохондрий и других органелл, что нарушает ионный баланс в клетке и запускает ее апоптоз [25]. Также этот белок повышает активность фосфолипазы D, в результате изменяя фосфолипидный состав митохондриальных мембран, увеличивая концентрацию фосфатидилхолина, фосфатидилэтаноламина и фосфатидной кислоты и нарушая работу мембран. Известно, что β-амилоид может связывать гем, а это ведет к дефициту гема в клетке, из-за чего нарушается работа гем-содержащего IV комплекса электронтранспортной цепи митохондрий [26].

Но не только β-амилоид способен негативно влиять на митохондрии. В экспериментах с трансгенными грызунами, экспрессирующими ген хантингтина человека, обнаружили агрегацию этого белка в митохондриях с последующим развитием их дисфункции. Другой «зловредный» белок, α-синуклеин, накапливаясь во внутренней митохондриальной мембране, способен снижать активность дыхательного комплекса I. Как следствие, митохондрии увеличивают продукцию АФК [27]. Также обнаружено, что α-синуклеин, взаимодействуя с митохондриями, может стимулировать высвобождение из них цитохрома С, а значит, инициировать апоптоз.

В целом, можно сказать, что запуск апоптоза — характерный эффект белков, вызывающих нейродегенерацию. Они могут прямо или косвенно воздействовать на регуляторные белки, связанные с апоптозом: p53, Akt, Bad, Bax, Bcl-x(L) и кальцинейрин [28].

Также описано, что сверхсинтез белка — предшественника β-амилоида приводит к повреждению системы слияния—деления митохондрий. Негативно влияют на эту же систему и на утилизацию дефектных митохондрий аутофагосомами мутации гена паркина (PARK2), обнаруженные у больных БП. Дефектные формы τ-белка и хантингтина тоже мешают нормальной работе митохондрий, ухудшая тем самым энергообеспечение отростков нервных клеток и синаптическую передачу, вызывая дегенерацию синапсов [29].

Таким образом, белки, участвующие в развитии нейродегенеративных патологий, могут способствовать митохондриальной дисфункции посредством целого ряда механизмов. В свою очередь, уже возникшая дисфункция может усугублять патологические процессы, стимулируя появление дефектных белков и замыкая тем самым порочный круг развития болезни.

Эффект Варбурга

И напоследок стόит коснуться еще одного момента, связанного с патологиями и изменением клеточного метаболизма. В 1926 году немецкий биохимик Отто Варбург сравнил скорости образования молочной кислоты (лактата) в нормальных и опухолевых клетках. Оказалось, что опухолевые клетки потребляют очень много глюкозы, образуя при этом лактат.

И делают это они гораздо быстрее, чем нормальные клетки: злокачественная ткань в эксперименте производила молочную кислоту в восемь раз активнее, чем это происходит в мышце, выполняющей физическую работу. Варбург установил, что раковые клетки используют гликолиз для получения энергии вне зависимости от доступности кислорода (рис. 5) [30]. В честь первооткрывателя этот феномен назвали эффектом Варбурга [2].

Обнаружив этот эффект, Варбург логично предположил, что его можно объяснить дисфункцией митохондрий в опухолевых клетках и нарушением окислительного фосфорилирования. Сегодня эта точка зрения ставится под сомнение, так как и в перерожденной ткани обнаруживают большое количество нормально работающих митохондрий.

Около половины всей энергии опухолевые клетки получают из молекул АТФ, произведенных в митохондриях [31]. Эффект Варбурга проявляется в клетках уже в самом начале их трансформации в опухолевые. И это дает возможность проводить раннюю диагностику неопластических процессов: как только клетка начала расходовать глюкозу в повышенных масштабах, пора бить тревогу. Обнаружить эти процессы можно с помощью позитронно-эмиссионной томографии с использованием фторированного аналога глюкозы, 2-( 18 F)-2-дезокси-D-глюкозы.

Но зачем раковые клетки переходят на анаэробный гликолиз? Сейчас считается, что так они получают преимущество, заранее подготавливаясь к «тяжелым временам» — развитию гипоксии. А кроме этого, такой способ энергообеспечения дает клеткам возможность использовать промежуточные продукты гликолиза для анаболических реакций, усиления своей антиоксидантной защиты и отражения иммунной атаки организма [32].

Таким образом, изменения в метаболизме глюкозы и появление дефектных белков и внутриклеточных агрегатов могут говорить о начале развития патологии. Своевременное выявление подобных внутриклеточных процессов может сыграть решающую роль в предупреждении и терапии самых распространенных нейродегенеративных и онкологических заболеваний. А для того чтобы это было возможным, необходимо изучать фундаментальные аспекты патологий, связанные с работой митохондрий и энергетическим обменом. Сегодня уже разработаны системы, позволяющие заглянуть «вглубь» этих заболеваний и даже провести диагностику на самой ранней стадии их развития. Подробнее об этих системах, принципах их действия и исследованиях с их использованием расскажут следующие статьи спецпроекта.

ЗАО «БиоХимМак» — спонсор спецпроекта по биоэнергетике

Компания более 25 лет успешно занимается поставками научного и медицинского оборудования российских и зарубежных производителей: Beckman Coulter, Bio-Rad, Molecular Devices, Thermo Fisher Scientific, UVP, Seahorse Bioscience (part of Agilent), Immucor, MRC Holland и др. «БиоХимМак» обслуживает более 5000 научных и медико-диагностических лабораторий в России и странах СНГ.

Отдел молекулярной диагностики (Life Science MDx)

Молекулярная онкология, преимплантационный скрининг, цитогенетика, пренатальные и постнатальные исследования, диагностика инфекций, наследственных, мультифакторных заболеваний, детекция генномодифицированных источников и бактериального загрязнения в продуктах питания, криминалистические приложения — это лишь неполный перечень областей, которые входят в сферу интересов отдела.

Основные направления деятельности отдела:

• комплексная поставка ПЦР- и иного оборудования для всех этапов анализа — пробоподготовки, амплификации, различных вариантов детектирования и архивирования результатов;
• запуск оборудования и обучение персонала;
• поставка расходных материалов и реагентов для диагностики и научных исследований;
• поиск и поставка тест-систем для решения уникальных задач или использующих передовые технологии, не имеющие пока широкого распространения в диагностической практике.

Отдел работает как с инновационной продукцией (MLPA, PGS и NGS исследования, клеточная биоэнергетика Agilent Seahorse Bioscience), так и с зарекомендовавшими себя мировыми брендами — Beckman Coulter, Bio-Rad, Molecular Devices, UVP, Thermo Fisher Scientific.

Материал предоставлен партнёром — компанией «БиоХимМак»

Литература

Источник: biomolecula.ru