«При сжигании жира организм производит побочные продукты, которые попадают в кровь», — объясняет Андреас Гунтнер, постдок группы профессора ETH Сотириса Прациниса. В легочных альвеолах эти молекулы, особенно летучие, попадают в выдыхаемый человеком воздух.
Самым летучим из этих липидных метаболитов является ацетон. Гунтнер и его коллеги разработали небольшой датчик газа, который измеряет присутствие этого вещества. Датчик намного более чувствителен, чем предыдущие датчики: он может обнаруживать одну молекулу ацетона в сотнях миллионов молекул. Он также измеряет только ацетон, поэтому более 800 других известных летучих компонентов в выдыхаемом воздухе не влияют на измерение.
Основные индивидуальные различияВ сотрудничестве со специалистами по пульмонологии Университетской клиники Цюриха под руководством Малькольма Колера, профессора и директора отделения пульмонологии, исследователи проверили работу датчика на добровольцах во время тренировок.
Испытуемые выполнили полуторачасовую тренировку на велоэргометре с двумя короткими перерывами. Исследователи попросили испытуемых дуть в трубку, которая была подключена к датчику ацетона через равные промежутки времени.«Мы смогли показать, как концентрация ацетона в выдыхаемом воздухе сильно варьируется от человека к человеку», — говорит Гунтнер.
Раньше ученые придерживались мнения, что спортсмены начинают сжигать жир только после определенного периода физических нагрузок и достижения определенной частоты сердечных сокращений, но теперь эта точка зрения устарела. Измерения, проведенные исследователями из Цюриха, показали, что липолиз у некоторых испытуемых действительно начался только к концу полуторачасовой тренировки.
У других добровольцев измерения показали, что их тела начали сжигать жир намного раньше.Контрольные измерения показали, что новый метод измерения хорошо коррелирует с концентрацией биомаркера бета-гидроксибутирата в крови испытуемых.
Этот анализ крови — один из сегодняшних стандартных методов мониторинга липолиза.Взаимодействие с наночастицами
В сенсоре, разработанном учеными, используется чип, покрытый пористой пленкой из специальных полупроводниковых наночастиц. Эти частицы представляют собой триоксид вольфрама, которым исследователи имплантировали отдельные атомы кремния.Разработка чипа началась семь лет назад, когда профессор ETH Працинис и его коллеги обнаружили, что наночастицы триоксида вольфрама взаимодействуют с ацетоном, если атомы наночастиц расположены в определенной кристаллической структуре.
Взаимодействие снижает электрическое сопротивление чипа, покрытого наночастицами, и это явление затем можно измерить.Первоначально идея заключалась в том, чтобы использовать чип для диагностики диабета, поскольку выдыхаемый воздух пациентов с нелеченым диабетом 1 типа содержит высокие концентрации ацетона. Однако с тех пор ученые показали, что датчик на самом деле достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать очень низкие концентрации ацетона в выдыхаемом воздухе человека во время тренировки.
Чип, используемый в этом исследовании, имеет размер монеты в 1 цент евро, но исследователи работают над усовершенствованием технологии измерения, чтобы это стало возможным с использованием гораздо меньших чипов. Цель состоит в том, чтобы предложить чип в устройстве приемлемого размера. «Это позволило бы спортсменам и людям, которые хотят похудеть, самостоятельно проверять, когда их тела начинают сжигать жир, чтобы они могли оптимизировать свой тренировочный режим», — говорит Гунтнер.Дешевый, компактный и в то же время очень чувствительныйВысокочувствительные измерения ацетона уже были возможны с помощью других инструментов, например масс-спектрометров, которые представляют собой большие лабораторные устройства, которые стоят несколько сотен тысяч швейцарских франков.
Исследователи используют эти инструменты в текущем исследовании, чтобы проверить свои измерения. Переносные дыхательные тесты ацетоном также уже существуют, но их можно использовать только один раз и занять несколько минут, прежде чем они покажут результаты. «Основным преимуществом нашей технологии является то, что она недорогая, управляемая и в то же время очень чувствительная, плюс она позволяет проводить измерения в режиме реального времени», — говорит Гунтнер. «Это делает его подходящим для повседневного использования, во время тренировок в фитнес-центре или для людей, соблюдающих диету».
В настоящее время ученые планируют продолжить разработку своего метода измерения, чтобы в конечном итоге его можно было продать на рынке. У них уже есть прототип инструмента.
Ученые также работают над разработкой газовых сенсоров для других молекул, имеющих медицинское значение в выдыхаемом воздухе, включая аммиак для проверки функции почек, изопрен для проверки метаболизма холестерина и различные альдегиды для раннего выявления рака легких.