Browsing by discipline "Biochemistry"

Supistuessaan lihassolu käyttää energianlähteenä ATP:a, jonka konsentraatio lihaksessa siten laskee rasituksen aikana. Samalla kertyy ATP:n hajoamistuotteita lihakseen ja verenkiertoon. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, mikä näistä hajoamistuotteista sopisi parhaiten rasituksen voimakkuuden mittaamiseen hevosella. Tutkimuksessa määritetään lämminveristen ravihevosten plasmasta ATP:n pilkkoutuessa syntyvien puriinien (hypoksantiini ja virtsahappo) sekä niiden lopullisen hajoamistuotteen allantoiinin konsentraatioita rasituksen aikana ja sen jälkeen. Lihassyykoostumuksen vaikutusta hypoksantiinin, virtsahapon ja allantoiinin konsentraatioihin tutkittiin vertailemalla suomenhevosia ja lämminverisiä keskenään. Tiedetään, että kylmäverisellä hevosella on enemmän hitaita aerobisesti energiansa muodostavia lihassoluja kuin lämminverisellä. Kontrolloidussa rasitustestissä juoksumatolla hypoksantiini- ja virtsahappokonsentraatiot eivät muuttuneet merkitsevästi. Kaikilla hevosilla korkeimmat konsentraatiot saavutettiin rasituksen lopettamisen jälkeen. Allantoiinikonsentraation nousu korreloi lineaarisesti sydänfrekvenssin nousuun ja oli merkittävästi korkeampi rasituksen jälkeen kuin leponäytteissä. Yksilöllinen vaihtelu ajassa, jossa korkein konsentraatio saavutettiin, oli pienempi allantoiinilla kuin hypoksantiinilla tai virtsahapolla. Ravikilpailujen jälkeen otetuissa näytteissä hypoksantiini-, virtsahappo- ja allantoiini- konsentraatiot olivat merkittävästi korkeampia lämminverisillä kuin suomenhevosilla. Rotujen väliset erot konsentraatioissa johtuvat todennäköisesti erilaisesta lihassyykoostumuksesta. Hypoksantiini- ja virtsahappokonsentraatio nousi osalla hevosista molemmilla roduilla vielä 30 minuuttia kilpailun jälkeen. Allantoiinikonsentraatio ei yhdelläkään hevosella ollut 30 minuutin näytteessä korkeampi kuin 15 minuutin näytteessä. Sekä hypoksantiinilla, virtsahapolla sekä mahdollisesti myös allantoiinilla rasituksen voimakkuus vaikutti konsentraatiohuipun esiintymisaikaan, joka piteni rasituksen koventuessa. Tulosten perusteella allantoiini sopii hypoksantiinia ja virtsahappoa paremmin rasituksen voimakkuuden ja ATP häviön osoittamiseen hevosella.

Yhdeksän valmennettua ratsuhevosta suorittivat kilpailurasitustestin juoksumattotestinä viidesti kahden viikon välein. Puoli tuntia kilpailurasitustestin päättymisestä hevosille letkutettiin mahalaukkuun vettä tai liuoksia, joista yksi oli pelkkä glukoosi-elektrolyyttiliuos, toinen sisälsi leusiinia ja kolmas propionihappoa. Yksi ryhmä sai peroraalisesti betaiinia kahden viikon ajan ennen rasitustestiä. Vuorokauden kuluttua kilpailurasitustestin alusta hevoset suorittivat juoksumatolla standardoidun rasitustestin, jonka avulla tutkittiin hevosten palautumista edellisen päivän kilpailurasitustestistä. Hevosista otettiin rasitustestien aikana ja niiden välillä veri- ja lihasnäytteitä, joista tutkittiin glukoosi-, rasvahappo-, triglyseridi-, insuliini-, glukagoni- ja glykogeenipitoisuudet ja kahden lihassolujen metaboliaa kuvaavan entsyymin, sitraattisyntaasin (CS) ja 3-hydroksiasyyli-koA dehydrogenaasin (HAD), aktiivisuudet. Lihasrasituksen keston ja intensiteetin mukaan lihasrasituksessa rekrytoidaan eri lihassolutyyppejä ja käytetään erilaisia energialähteitä. Toistuvalla lihasharjoittelulla saattaa lihasten solutyypeissä ja solujen koossa tapahtua muutoksia. Kestävyysharjoittelulla lihassolujen oksidatiivinen kapasiteetti kasvaa, ja lihassolujen hiilihydraatti- ja rasva-aineenvaihduntaa kuvaavien entsyymien (CS ja HAD) aktiivisuudet nousevat. Palautumisvaiheessa liikuntarasituksen jälkeen lihasten glykogeenivarastoja täydennetään. Insuliini lisää glukoosin pääsyä lihassoluun ja stimuloi glykogeenisyntaasientsyymiä. Leusiinin tiedetään lisäävän insuliinin eritystä. Tämän tutkimuksen aikana ei hevosten lihassolujen solutyypeissä, poikkileikkauspinta-aloissa eikä solutyyppien mukaisissa pinta-alojen prosentuaalisissa osuuksissa tapahtunut muutoksia. Seuratuista metaboliaa kuvaavista entsyymeistä sitraattisyntaasin aktiivisuus nousi tutkimuksen aikana. Tässä tutkimuksessa tutkittiin edellä mainittujen liuosten vaikutusta hevosen palautumiseen liikuntarasituksen jälkeen, mutta mikään käsittely ei merkittävästi nopeuttanut koehevosten lihasten glykogeenivarastojen palautumista. Annettu leusiini lisäsi insuliinieritystä palautumisvaiheessa, propionihappo vähensi sitä.

Kilpailunjälkeinen maitohapon jakaantuminen plasmaan ja punasoluihin hevosella - toistettavuustutkimus - tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka ja millä tavalla maitohappo jakaantuu veritilassa ravihevosella heti kilpailun jälkeen. Toinen tutkittava asia oli, onko maitohapon jakautuminen plasmaan ja punasoluihin toistettavissa kilpailusta toiseen samalla hevosella. Tämän työn lähtökohtana oli havainto, että hevosella tietyn monokarboksylaattikuljettajaproteiinin (MCT) aktiivisuudessa on suuria yksilöllisiä eroja. Tämä proteiini vastaa suurelta osin maitohapon kuljetuksesta plasmasta punasoluihin (n. 70 %). Punasolut tarjoavat maitohapolle lisävaraston veressä työskenneltäessä korkeilla plasman maitohappotasoilla. Maitohapon mahdollisimman tehokas kuljetus pois lihaksista mahdollistaa korkeamman suorituskyvyn. Tutkimuksessa oli mukana 7 lämminveristä ravihevosta, joista kustakin otettiin heti kilpailun jälkeen verinäyte, josta mitattiin maitohappopitoisuudet kokoveressä, plasmassa ja punasoluissa. Lisäksi hevosilta mitaKiin lepoverinäytteestä monokarboksylaattikuljettaja -aktiivisuudet kahdessa eri pH:ssa ja maitohappokonsentraatiossa. Tutkimuksessa kokoveren maitohappotasot vaihtelivat kilpailutilanteessa paljon hevosten ja saman hevosenkin välillä. Positiivinen korrelaatio havaittiin kokoveren maitohappopitoisuuden ja punasolujen maitohappopitoisuuden välillä. Kahdella hevosista havaittiin positiivinen korrelaatio kokoveren maitohappopitoisuuden ja maitohapon punasoluosuuden välillä. MCT - aktiivisuuden ja pH:n korrelaatio havaittiin laktaattikonsentraatiossa 30 mM. MCT - aktiivisuudessa ja punasolujen laktaattipitoisuuksissa ei havaittu korrelaatiota. Maitohapon aineenvaihduntaan ja maitohapon tuottoon kilpailutilanteessa vaikuttavat lukuisat tekijät, joiden keskinäinen roolijako vaihtelee kilpailusta toiseen.

Tässä tutkimuksessa selvitettiin porovasojen (Rangifer tarandus tarandus L.) lihassyykoostumuksen muutoksia ja lihaksen proteiinien hajoamista niukkaravinteisen talven aikana. Tutkimuksessa käytettiin kahta eläinryhmää, joista toista ruokittiin mahdollisimman luonnonmukaisella talviravinnolla ja toista lisäksi jäkälällä ja kaupallisella rehulla. Lihasbiopsioista valmistettiin ATPaasi-värjäysleikkeet sekä määritettiin proteiineja hajottavien entsyymin, katepsiini B:n aktiivisuudet. Kokeen taustalla oli Huippuvuorten peuroilla (Rangifer tarandus platyrhynchus) tehty tutkimus, jossa tyypin IIB lihassyiden osuudet ja pinta-alat pienenivät huomattavasti talvella, jolloin eläimet nälkiintyvät voimakkaasti ankarissa luonnonoloissa. On esitetty, että Huippuvuorten peura käyttäisi tyypin IIB lihassyitä energiantuottoon luonnonravinnon ehtyessä. Meidän tutkimuksemme tarkoituksena oli selvittää, havaitaanko vastaavia muutoksia poron keskimmäisessä pakaralihaksessa (M. gluteus medius). Lisäruokittujen eläinten paino lisääntyi kokeen aikana n. 6 kg, kun taas nälkiintyneet eläimet laihtuivat keskimäärin 7 kg. Lisäruokittujen porojen ryhmässä tyypin I ja IIA lihassyiden yhteenlaskettu pinta-ala sekä tyypin IIA lihassyiden prosentuaalinen osuus kasvoivat talven aikana. Nälkiintyneiden eläinten lihassyykoostumuksessa ei havaittu vastaavia muutoksia talven aikana. Tyypin IIB lihassyiden osuudessa ja pinta-aloissa ei tässä tutkimuksessa havaittu muutoksia. Lihaksen katepsiini B -aktiivisuudet laskivat kummassakin ryhmässä talven aikana, mutta ryhmien välillä ei ollut eroja missään vaiheessa kokeen aikana. Koska kokeessa mitattujen katepsiini B -aktiivisuksien perusteella lihasproteiinien hajoamisessa ei ollut ryhmien välillä eroa, ryhmien välisen eron voidaan olettaa olevan proteiinisynteesissä; lisäruokittujen porojen lihasmassa kasvoi talven aikana, kun taas nälkiintyneiden eläinten lihasmassa pysyi muuttumattomana koko talven ajan.

Tässä tutkimuksessa tutkittiin maksimaalisen rasituksen vaikutusta plasman alaniini- ja kortisolikonsetraatioihin ja mahdollisia eroja hyvin suoriutuvien ja huonojen hevosten välillä. Sekä alaniinin että kortisolin on todettu aiemmin nousevan rasituksessa. Alaniini on merkityksellinen glukoosi-alaniinisyklissä, jossa se mahdollisesti kuljettaa rasituksessa syntyvää ammoniakkia sekä pyruvaattiaa maksaan käsiteltäväksi. On esitetty, että alaniinille voisi olla merkitystä suorituskykyä parantavana tekijänä. Kortisolin eritys nousee intensiteetiltään tarpeeksi voimakkaassa rasituksessa. Paitsi rasituksen kestosta on nousun päätelty riippuvan ennen kaikkea psyykkisistä tekijöistä, jotka varsinkin hevosella usein ratkaisevat. Tässä tutkimuksessa ei todettu alaniinikonsentraatioiden nousussa eroja hyvien ja huonojen välillä. Sen sijaan havaittiin, että keskiryhmässä alaniiniarvot alkoivat laskea 60 min jälkeen, kun taas hyvillä ja huonoilla alaniinikonsentraatiot 60 min jälkeen yhä nousivat. Koko otoksessa alaniinikonsentraatiot nousivat tilastollisesti merkittävästi lepoarvoihin nähden. Näytteistä mitattiin vielä 60 min kilpailun jälkeen merkittävästi korkeampi kortisoliarvo hyvillä kuin keskiryhmän hevosilla ja myös lepoarvot olivat matalammat hyvillä. Sekä kortisoli että alaniiniarvoissa havaittiin lievää sukupuoleensidonnaisuutta. Tämä havainto vaatisi kuitenkin varmistusta suuremmalla materiaalilla. Yhteenvetona voidaan sanoa että kortisoli ja varsinkin alaniinikonsentraatioiden tutkimuksella on mielenkiintoa hevosen rasitusfysiologiassa. Uusia ulottuvuuksia voidaan saada lihashiopsioiden perusteella ja laajempialaisesta tutkimuksesta, jossa mitataan alaniinin lisäksi esim. glutamaatin vaihteluita. Tässä tutkimuksessa havaitut kortisolikonsentraatioiden erot hyvä- ja huonokuntoisilla todennäköisesti kuvastavat hyväkuntoisten parempaa "stressikapasiteettia".

Kilpailusuorituksessa vinttikoirille kertyy runsaasti maitohappoa lihaksiin, mikä vaikeuttaa lihasten supistumista ja siten alentaa koiran suorituskykyä. Maitohappo on kuitenkin myös tärkeä energianlähde rasituksen (oksidatiiviset lihassolut) ja palautumisvaiheen aikana (oksidatiiviset- ja glykolyyttiset lihassolut). Fysiologisessa pH:ssa maitohappo on 99 %:sti dissosioituneena laktaattianioniksi ja protoniksi. Koska vain dissosioitumaton maitohappo voi diffundoitua ulos lihassolusta, tarvitaan erityinen kuljettajamekanismi siirtämään maitohappoa lihassolun solukalvon lävitse. Nisäkkäillä on löydetty kaksi eri maitohapon kuljettajaproteiinia: MCT (monokarboksylaattikuljettaja) ja Band-3 (anioninvaihtajamekanismi). Ihmisellä kuljettajaproteiinit vastaavat 50-90 %: sti laktaatin kuljetuksesta lihassoluissa. Punasoluissa MCT:n osuus laktaatin kuljetuksesta on > 90 %. Monokarboksylaattikuljettajia on löydetty tähän mennessä yhdeksän kappaletta, jotka on nimetty löytämisjärjestyksessä (MCT1- MCT9). Monokarboksylaattikuljettajilla on kudos- ja eläinlajispesifisiä ominaisuuksia. Punasoluissa monokarboksylaattikuljettajana ihmisellä, hamsterilla, sialla, naudalla ja porolla toimii MCT1, hevosella MCT2. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli karakterisoida koirien punasolujen monokarboksylaattikuljettaja ja selvittää vaikuttaako harjoittelu vinttikoirien punasolujen MCT:n aktiivisuuteen. Lisäksi mitattiin rasituksen jälkeen laktaatin jakautumista veressä plasman ja punasolujen välillä. Tutkimuksessa oli mukana kahdeksan vinttikoiraa, viisi borzoita ja kolme whippettiä. Koirien MCT:n todettiin immunologisesti olevan MCT1. Western blottingissa MCT1 proteiini oli jakautunut kolmeen fraktioon, joiden molekyylipainot olivat n. 100 kDa, n. 70 kDa ja n. 45 kDa. Pienin fraktio oli molekyylipainoltaan kirjallisuudessa raportoidun MCT:n suuruinen, 70 kDa fraktio oli mahdollisesti dimeeri ja suurin fraktio oli kooltaan samansuuruinen kuin kirjallisuudessa kuvattu MCT-chaperonikompleksi. Koirien lepo- ja kilpailukauden verinäytteistä tutkittiin laktaatin kuljetusaktiivisuus punasoluihin radioaktiivisen laktaatin avulla. Harjoituskauden jälkeen laktaatin kokonaiskuljetusaktiivisuus ja MCT:n aktiivisuus olivat merkitsevästi alentuneet (p < 0,01). Diffuusion ja anioninvaihtajamekanismin osuuksissa ei todettu merkitseviä muutoksia. Rasituksen jälkeisissä verinäytteissä laktaatista oli punasoluissa keskimäärin n. 46 %, plasman sisältämän laktaatin ja solujen sisältämän laktaatin suhteen ollessa 0,93. Veren ja plasman laktaattipitoisuuksien välillä todettiin olevan positiivinen korrelaatio samoin kuin myös veren laktaattipitoisuuden ja vinttikoirien juokseman matkan välillä. Koska tässä tutkimuksessa saadut tulokset harjoittelun vaikutuksesta punasolujen laktaatin kuljetusaktiivisuuteen poikkeavat aikaisemmin rekikoirilla suoritetun tutkimuksen tuloksista, tulisi vastaavanlainen tutkimus suorittaa uudestaan ottaen samalla huomioon mahdolliset vuodenaikaisvaihtelut hormonien erityksessä.