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Die Zellatmungsanalyse misst den Sauerstoffverbrauch und die Energieproduktion von Zellen. Sie liefert wichtige Einblicke in den Stoffwechsel und wird in Forschung und Diagnostik eingesetzt.
Die Zellatmungsanalyse misst den Sauerstoffverbrauch und die Energieproduktion von Zellen. Sie liefert wichtige Einblicke in den Stoffwechsel und wird in Forschung und Diagnostik eingesetzt.
Die Zellatmungsanalyse ist ein diagnostisches und wissenschaftliches Verfahren, mit dem die mitochondriale Funktion und der Energiestoffwechsel von Zellen gemessen werden. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung der Zellatmung – also jener biochemischen Prozesse, durch die Zellen aus Nährstoffen Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) gewinnen. Diese Analyse gibt Aufschluss darüber, wie effizient Zellen Sauerstoff verbrauchen und wie gut ihre Mitochondrien arbeiten.
Die Zellatmung umfasst mehrere miteinander verbundene Stoffwechselwege:
Störungen in diesen Prozessen können zu Erkrankungen wie Mitochondriopathien, Stoffwechselerkrankungen, Herzerkrankungen oder neurodegenerativen Krankheiten führen.
Die am häufigsten eingesetzte Methode in der biomedizinischen Forschung ist die extrazellulare Flux-Analyse, oft mit dem Seahorse XF Analyzer durchgeführt. Dabei werden in Echtzeit der Sauerstoffverbrauch (OCR – Oxygen Consumption Rate) und die Ansäuerung des Mediums (ECAR – Extracellular Acidification Rate) gemessen. Diese Parameter erlauben Rückschlüsse auf die mitochondriale Atmung und die glykolytische Aktivität der Zellen.
Mit einer Clark-Elektrode wird der Sauerstoffverbrauch in einer geschlossenen Kammer direkt gemessen. Diese klassische Methode wird häufig für isolierte Mitochondrien oder permeabilisierte Zellen verwendet.
Modernere Geräte wie das Oxygraph-2k ermöglichen eine hochauflösende Messung des Sauerstoffverbrauchs unter kontrollierten Bedingungen und sind besonders für klinische Forschung und die Diagnose von Mitochondrienerkrankungen geeignet.
Die Zellatmungsanalyse findet in verschiedenen medizinischen und wissenschaftlichen Bereichen Anwendung:
Typischerweise werden Zellen oder isolierte Mitochondrien in einer Messkammer oder auf speziellen Kulturplatten platziert. Anschließend werden gezielt biochemische Substanzen hinzugefügt, um verschiedene Parameter der Atmungskette zu testen. Dazu gehören:
Aus diesen Messungen lassen sich Kennwerte wie Basalatmung, maximale Kapazität, ATP-Produktion und Reservekapazität der Mitochondrien ableiten.
In der klinischen Diagnostik kann die Zellatmungsanalyse an Blutplättchen (Thrombozyten), mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), Muskelbiopsien oder Fibroblasten durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine minimalinvasive Untersuchung der Mitochondrienfunktion beim Patienten und kann zur Diagnose von mitochondrialen Erkrankungen sowie zur Verlaufskontrolle von Therapien beitragen.
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