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睡眠不足的年轻健康人中与注意力相关的生理相关
经过瓦伦蒂娜·切萨里(ValentinaCesari),埃琳娜·玛丽娜(Elena Marinari),马可·劳里诺(Marco Laurino),安吉洛·吉米尼亚尼1(Angelo Gemignani 1)和达尼洛·梅尼库奇(Danilo Menicucci) 1 比萨大学外科,医学和分子病理学与重症医学系,意大利比萨56126 2 国家研究委员会临床生理研究所,意大利比萨56124 *应与之联系的作者 摘要:认知功能可以进行特定的更改,但会被工作负载的非特定影响所掩盖,工作负载是影响调节外围输出的认知功能的常见因素。为了确定工作量相关的和特定的,任务相关的成分,通过研究15名健康志愿者在基线和睡眠剥夺条件下(一周间隔)进行注意任务,得出认知功能的生理相关性。引入睡眠剥夺以增加工作量。在执行任务后评估注意力网络效率(ANT,注意力网络任务; CCT,连续补偿跟踪器)的工作量评估任务期间,我们记录了心搏,面部温度和头部运动。在两种情况下研究了认知和生理指标的变化。通过校正从条件到睡眠剥夺后任务指标的变化与校正条件间工作量变化后的生理指标的相关性,来识别认知表现的生理相关性。我们发现剥夺睡眠后工作量的精神和身体需求增加。我们发现跨条件的认知和生理指标没有变化;注意系统的特定生理相关性,如ANT改变的变化与头部运动幅度的变化之间的负相关,以及CCT速度指数警觉性的变化与面部温度的变化之间的正相关。 关键词:认知功能;注意力;生理信号;工作量;睡眠不足 1. 介绍 人类的日常生活是由与现实世界中感官输入的转化,减少,细化,存储和恢复有关的认知过程驱动的[1]。独特的认知功能的功能是基于特定的大脑网络,并引起可区分的激活。然而,影响认知功能的一个共同因素是工作量,即多维结构量化了表演者响应于认知任务而付出的身心努力的水平。工作量的评估范围从经典的神经认知测试到动态情况,例如航空和驾驶[2];但是,它通常被认为是个人对苛刻情况的态度而不是对任务的态度的属性[3,4]。 工作量是通过唤醒来维持的,它被描述为工作记忆压力的指标[5]。工作负荷中的唤醒暗示了自主激活,参与了动态平衡的无意识身体协调反应[6]。自主神经通过中央自主神经网络的活动来维持,该网络控制着与认知和情绪加工有关的电生理变化[7]。除了工作量相关的影响外,多项研究还强调了与涉及不同领域的认知任务相关的特定神经功能模式。关于这三个注意网络,波斯纳和彼得森[8]提出了警惕,定向和执行力网络。唤醒和个体认知功能的变化都会引起周围自主神经输出的变化[9],我们在当前工作中对此进行了研究。 从方法学的角度来看,已经利用受试者内部的变异性研究了认知功能,该变异在睡眠剥夺的背景下得到了广泛的评估,可作为诱发急性应激反应的可靠范例。的确,急性和慢性睡眠剥夺是一种有形的风险,使受试者处于现代社会的压力条件下,对生活质量和心理-身体健康(包括认知能力下降)构成高风险和重大风险[10]。急性总睡眠不足和慢性睡眠受限都会增加体内稳态睡眠(过程S),从而导致睡眠负担。过程S在清醒时增加,在睡眠时间减少[11];这越来越削弱诸如醒觉期间的注意力,认知速度和记忆等认知功能[12]。因此,一些研究使用急性睡眠剥夺模型来了解其对各种认知领域和主观工作量的影响。确实,急性睡眠剥夺可能会对认知功能的某些方面产生负面影响,尤其是警惕性,如果降低警戒性,则会增加发生事故的风险[13]。据报道,受试者在一夜失眠后感觉到较高的工作量,而任务外部的因素也导致感觉到的工作量增加[14,15]。 这些研究中,通常会评估自主神经的输出,因为较高的脑力劳动量会减少副交感神经(“休息或消化”)自主性的降低。神经系统活动和交感(“战斗或逃跑”)活动增加[16]。 在评估不同认知领域的任务中,通过多种外周生理指标(例如心率,皮肤电导和外周温度[17])估计了自主神经系统活动的这些变化。例如,认知负荷,大脑中的葡萄糖和氧气水平与前额温度[19,20]之间存在正相关。随着决策难度和注意力水平的增加,心率增加[21,22],以及由于反应抑制和记忆的难度增加而使心率变异性降低[23,24]。关于皮肤电导,在注意力,记忆力,警惕性和视觉跟踪任务的执行过程中已发现其增加[25-27]。 此外,据报道使用了放置在不同推定位置的不同传感器[19,28,29]。在这里,我们将所有传感器组装在眼周区域-che骨和前额的皮肤温度[19],glabella(眉毛之间和鼻子上方的小区域)[30]的心搏,以及来自与头[31]。 总之,许多研究已经使用特定的认知任务来建立与认知相关的生理结果。考虑到主观工作量的几项研究表明,生理措施取决于执行任务时主观感知到的困难程度。实际上,据报道主观工作量测量通常与认知表现无关(例如,受试者报告了较高的认知需求,但认知表现并未受到负面影响[32])。该证据暗示了如维持不同认知域的特定中央网络所建议的那样,对周围生理信号识别特定认知功能的调节的冲动。实际上,特定认知相关因素的识别对于检测和恢复那些可能会发生特定变化但被工作量的非特定影响所掩盖的功能至关重要。为此,我们研究了在基线和睡眠剥夺后经历不同认知任务(涉及注意力系统)的受试者眼周区域中放置的传感器的周围生理相关性(心率,头部运动和面部皮肤温度)。我们评估了在这两种不同条件下执行任务的感知工作量,并研究了从基线到睡眠剥夺的生理指标变化与纠正工作量变化的认知指标之间的关联。我们选择管理注意力网络任务(ANT,[8,33])和持续补偿跟踪器(CCT,[34,35])测试,以更好地表征不同系统功能(警报,定向,执行网络)的独立性,被证明受到不同的影响通过睡眠剥夺[36]。为了评估认知测试后的主观工作量,我们使用了NASA任务负荷指数(NASA TLX)量表[37],因为先前的研究表明,该方法在检测有经验的工作量变化方面是一个合理的量表[14,38]。睡眠剥夺的使用使我们能够诱发短暂和可逆的认知改变,可以对其进行研究以比较特定的注意力改变。 当在同一主题中执行不同任务时,我们有机会将与假定的认知工作量相关的任务的共同外周反应与表征每个特定任务的特定认知功能的那个反应分开。作为认知改变的指标,对周围反应变化的认识可用于检测日常生活活动(如驾驶)中的注意减少,而不会使受试者偏离进行认知任务的管理。 2. 材料和方法 2.1.参加者 15名健康的年轻志愿者(9名女性和6名男性;平均年龄): 24.5年(2年)参加了该实验方案。符合纳入条件的受试者符合以下标准:无精神症状,如Symptom Checklist-90-Revised所评估[39,40];根据失眠严重程度指数(ISI)[41,42]和爱华氏嗜睡量表(ESS)[43,44]评估,没有睡眠-觉醒障碍;通过定性回忆调查表评估,没有器质性病变和精神上瘾;正常或矫正视力;年龄介于18至35岁之间。 2.2.实验协议 实验方案包括两个阶段(图1A),这些阶段在参与者之间随机分配并保持平衡,并且至少间隔一周。每次会议从下午6点开始,每个志愿者都接受了单独的测试。实验室温度是受控的(22℃)。 图1.实验方案。 (一种)。实验方案流程图。 (B)。上图是当对象正坐在电脑前时通过PERFORM系统在线记录面部温度,头部运动和心搏的示意图;下面是基线和睡眠剥夺条件下实验时间表的示意图。 在基线阶段和剥夺睡眠后阶段均完成了两项认知测试,然后进行了感知的工作量评估。图1B。睡眠剥夺从会议开始前一天的8:00 am持续到会议结束之后(大约8:00 pm),共36个小时。为了确保志愿者在基线会议之前可以正常睡眠,通过活动记录仪记录每次睡眠前两天的睡眠日记来完成睡眠监测[45,46]。还进行了活动学监测,以确保志愿者在睡眠后剥夺期完全丧失睡眠;任何睡眠事件都暗示该研究被排除在外。为了实现这一双重目的,参与者佩戴了ActiGraphwGT3X-BT(ActiGraph,美国佛罗里达州彭萨科拉)放在他们的手腕上。使用Actilife软件(版本6.11.9)对数据进行分析和视觉检查。 对于每节课,志愿者都要进行“注意力网络任务”(ANT)和“持续补偿跟踪器”(CTT)任务,该任务在心理学实验建筑语言(PEBL)软件中实施并在PC显示器上进行管理(距27英寸屏幕的距离为60厘米)到眼睛,屏幕分辨率为1024768)。执行ANT和CTT任务的时间分别为15分钟和10分钟。我们连续执行每个任务,没有任何间隔。为此,我们使用PEBL软件提供的设置选项将任务链接在一起。在PEBL软件中,假定受试者执行标准化的培训课程以熟悉任务说明并防止归因于课程顺序的偏见。在认知评估过程中,参与者必须佩戴“心理生理学面具”或“现实生活中的认知监控”(PERFORM),这是一种用于生物信号获取的眼周感应面具[29]。因此,通过使用PEBL NASA任务负荷指数(PEBL TLX)量表对两种情况下的PEBL认知任务完成后,立即评估了感知的工作量[47]。会议的总时长约为30分钟。 2.3.认知评估 2.3.1.心理实验教学语言(PEBL)注意网络任务 注意网络任务(ANT)旨在评估警报,定向和执行控制注意网络的功能[8,33]。假定参与者在一组五个箭头中确定中心箭头的方向,而忽略周围箭头的方向。为了指示中心箭头的正确方向,参与者必须按下键盘上的相应按钮。在当前的研究中,使用了Attentional Network Test的PEBL版本,并且据Fan等人所述。 [33],我们考虑了性能指数计算的正确试验(即,没有考虑错误答案),以(1)警报指数,(2)定向指数和(3)冲突指数表示。 警报网络的效率通过警告信号引起的反应时间(RT)的变化来检查。预警指数是通过从无提示条件的平均RT中减去双提示条件的平均RT来计算的[36]。 定向的效率通过伴随指示目标将发生位置的提示的RT变化来检查。定向指数表示为处于中心提示条件(“中心提示”)的项目的平均RT与处于空间提示条件(“空间提示”)的项目的平均RT之差[36]。 通过要求参与者通过按下两个键来指示执行箭头的响应来检查执行网络的效率,这两个键指示被同等,不一致或中立侧翼包围的中心箭头的方向(左或右)。冲突指数是通过从不一致侧翼条件的平均RT中减去一致侧翼条件的平均RT计算得出的[36]。 2.3.2.PEBL连续补偿跟踪器 持续补偿追踪(CCT)是一种认知测试,最初是用来评估机敏性和警觉性的[34,35],也用于评估持续的注意力。在连续八次试验(从T1到T8)期间,参与者必须不断调整指针的位置以使其与目标重叠。指针处于需要持续补偿的随机指向的力之下[47]。在当前的研究中,使用CBL任务的PEBL版本通过两个指标(CCT偏差和CCT速度)来评估警惕性。 通过考虑从任务开始(T1)到结束(T8)的偏差和速度的变化来评估适应程度: l CCT偏差。针对每个试验计算目标位置和指针之间的空间位移的中位数(中位数偏差的下限值与到更高的任务执行精度)和CCT偏差,因为位移从第一次试验到最后一次试验都发生了变化。 l CCT速度。对于每个试验,计算任务上鼠标速度的平均值,并将CCT速度估算为从第一个试验到最后一个试验的速度变化。鼠标速度应指示对象对任务的反应程度;较高的值对应于较高的反应度,用于补偿指针的随机运动。 2.3.3.PEBLNASA任务负荷指数(PEBL TLX) NASA任务负荷指数[37]是一个自我报告的多维量表,旨在根据六个子量表的加权平均值提供总体可感知的工作量得分。分量表是精神需求,身体需求,时间需求,自己的表现,努力和挫败感。受试者必须通过选择六个分量表的分数(从0到100)来评估在先前完成认知任务时经历的感知工作量;较高的值表示更大的可感知工作量。在本研究中,使用PEBL软件(PEBLTLX)上的NASA TLX版本评估了可感知的工作负荷等级[47]。 2.4.生理评估 在进行认知评估期间,参与者佩戴了针对现实生活的认知监控(PERFORM)的心理生理学面具,这是一种经过验证的多传感器可穿戴和非阻塞性面具[29],能够从一组以下物体中检测,记录和分析以下生理信号:干燥的电极置于眼周区域: l 面部温度信号,以1Hz采样率从放置在左右肌和左右前额上的传感器记录下来; l 心脏脉搏,用光电容积描记器传感器以100 Hz采样率记录,该传感器置于glabella(眉毛之间和鼻子上方的区域)上方; l 头部运动信号以100 Hz采样率从位于面罩左侧的3轴加速度计记录下来。 对于每个信号,都提取了外围测量,以研究执行认知任务如何改变外围输出。根据每次测量的生理特性,我们获得了从每个认知任务开始到结束的时间序列测量。因此,作为与执行的任务相关的有效参数,我们考虑了每个提取的度量从任务开始(度量在其时间序列的前十分之一的平均值)到结束(度量在最后一个度量的平均值)之间的变化。时间序列的十分之一)。 从面部温度时间序列,我们考虑了: l MaxT,定义为任务开始和结束之间计算出的四个温度变化中的最大值; l zfT,通过比较上述额头和vs骨的T变化来定义(zfT =ΔTzΔTf,其中ΔTz是两个额头传感器的平均变化,而ΔTf是两个che骨传感器的平均变化)。 从心脏脉冲时间序列中,我们获得了脉冲到脉冲时间间隔序列[48],这使我们能够估计心率(HR)的变化,心率(HR)定义为心率开始和结束之间计算出的心率变化。任务。 从头部运动时间序列中,我们从在连续的1 s窗口内计算出的三个轴向振荡组合的方差获得了头部运动的综合度量。我们估计头部运动幅度(HMA)是该措施任务开始和结束之间的变化。 2.5.统计分析 这项工作旨在确定主要涉及独特注意力成分的执行任务的特定生理相关性。我们用睡眠剥夺来操纵为了消除一般工作量对生理反应的影响。我们制定了以下假设(Ha)与原假设(H0)进行比较: l H0=校正工作量后,从基线到睡眠剥夺后的认知和生理指标之间无显着相关性变化。变量之间的相关性= 0; l Ha=认知和生理指标变化之间的显着相关性校正工作量后进入睡眠剥夺后基线的基线。变量之间的相关性为<0或> 0。 如果Sig <α,则H0被拒绝,其中<α= 0.05 因此,我们通过以下 两个主要步骤来分析数据: (1)识别剥夺睡眠对感知工作量的影响; (2)消除工作量变化的影响后,在不同的认知任务中识别受试者内部认知能力变化(从基线到睡眠剥夺后)的生理相关性。 对于步骤(1),通过两尾Wilcoxon符号秩检验评估睡眠剥夺和基线阶段之间的PEBL TLX子量表差异。使用非参数测试是因为它们允许研究参数,而与正态无关。确实,这项研究中的变量是异类的(从心理评分到生理参数)。有些是歪斜的,有些则在几个离散值的范围内变化。我们使用以下公式估算非参数测试的效应大小: 其中N是Z评分所基于的观察总数[49]。 对于步骤(2),通过将认知任务指数的变化与从基线到睡眠剥夺后的生理测量值相关联,来识别受试者内部认知能力变化的生理相关性。为了从认知指标和生理指标之间的相关值中消除工作量变化的贡献,通过控制在步骤(1)达到统计显着性的那些工作量子量表来计算偏相关(rp,偏等级相关)。 运用Yekutieli和Benjamini程序[50]来控制关于与每个认知任务指数相关的所有生理特征的假设检验系列的错误发现率(FDR)。将错误发现率设置为等于0.05,并计算调整后的p值。 3. 结果 3.1.感知的工作量从基准更改为睡眠剥夺 任务后测得的感知工作量在精神和身体需求量表的条件之间有所不同;睡眠剥夺后的精神和身体需求增加(分别为p = 0.04和p = 0.01)。表1提供了每个PEBL TLX子量表的统计信息。 3.2.注意系统功能的生理相关性 关于注意和生理指标,没有发现条件之间的显着差异(补充表S1-S4)。 然而,在消除与知觉工作量变化相关的推定联系效应后,认知指数与生理指标之间发现显着关联(图2)。 图2.注意系统功能的生理相关性。散点图显示,在校正了TLX的精神和身体需求之后,生理指标与认知指标从基线到睡眠剥夺后的状态变化之间的关联(rp,部分等级相关系数-错误发现率<0.05)。 点击查看:查看下部分内容 更多医学文章 使用英文翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:mdpi
2021-02-19 18:27:31
银河系中的扭曲与银河系碰撞有关
弗吉尼亚大学 Russ Bahorsky 银河系的图形表示,显示其弯曲的外边缘。信用:程新伦当我们大多数人想象银河系的形状时,银河系包含我们自己的太阳和成千上万个其他恒星,我们想到的是一个中心质量,周围环绕着围绕它盘旋的扁平恒星。但是,天文学家知道,圆盘结构不是对称的,而是扭曲的,更像是浅顶软呢帽的边缘,并且扭曲的边缘不断绕着银河系的外缘移动。弗吉尼亚大学学院和艺术与科学研究生院的天文学研究生郑新伦说:“如果您曾经见过观众在体育场内挥手致意,那将非常类似于这个概念。” “在每一位观众站起来,然后在正确的时间和正确的顺序,因为它是绕着体育场创造了一波坐了下来。这正是星在我们的银河系在做什么。只有在这种情况下,波在绕着银河系的圆盘旋转时,银河系的圆盘也在绕着银河系的中心旋转。从体育迷的比喻来看,体育场本身也在旋转。”导致该翘曲发生的原因一直是辩论的主题。一些研究人员认为,这种现象是银河系本身不稳定的结果,而另一些研究人员则断言,这是遥远过去与另一个星系碰撞的残余。最近研究天体运动的郑和他的同事,UVA博士后研究员Borja Anguiano和学院天文学系教授Steve
2021-02-08 19:11:19
气候变化可能推动了SARS-CoV-2的出现
剑桥大学 自1901年以来,由于气候变化导致地理范围的变化,蝙蝠的本地数量有所增加。放大的区域代表了SARS-CoV-2蝙蝠起源祖先的可能空间起源。图片来源:Robert Beyer博士 今天发表在《科学总数》杂志上的一项新研究,环境为气候变化可能在SARS-CoV-2(导致COVID-19大流行的病毒)的出现中发挥了直接作用的机制提供了第一个证据。 这项研究表明,在过去的一个世纪中,云南南部以及缅甸和老挝的邻近地区的植被类型发生了大规模变化。气候变化,包括温度升高,日照增加和大气中的二氧化碳(影响植物和树木的生长),已将自然栖息地从热带灌木地变为热带稀树草原和落叶林。这为主要生活在森林中的许多蝙蝠物种创造了合适的环境。 一个地区中冠状病毒的数量与存在的不同蝙蝠物种的数量紧密相关。该研究发现,在过去的一个世纪中,另外40种蝙蝠物种已迁入中国云南南部,其中藏有大约100多种蝙蝠传播的冠状病毒。这个“全球热点”是遗传数据表明可能出现SARS-CoV-2的区域。 研究人员罗伯特·拜尔(Robert Beyer)博士说:“上个世纪的气候变化使云南南部的栖息地更适合
2021-02-07 16:35:10
心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾
通过 阿曼丁·德·沙里埃(Amandine DeCharrière),本杰明·阿苏林(Benjamin Assouline),马克·谢恩娜塔莉·曼莎(Nathalie Mentha),卡洛·班菲卡里姆·本杰利德(Karim Bendjelid),和拉斐尔·吉罗(RaphaëlGiraud) 1.瑞士日内瓦大学医院重症监护室,1205;瑞士; amandine.decharriere@hcuge.ch(A.D.C.); benjamin.assouline@hcuge.ch(文学士); marc.scheen@hcuge.ch(硕士); karim.bendjelid@hcuge.ch(K.B.) 2.日内瓦大学医学院,1205瑞士日内瓦; nathalie.mentha@hcuge.ch(N.M.);carbanfi@gmail.com(C.B.) 3.日内瓦血液动力学研究小组,1206年,日内瓦,瑞士 4.米兰圣多纳托医院集团心胸外科Sant’Ambrogio医院,米兰大学心脏外科主任,20149意大利米兰 *应与之联系的作者。摘要:心脏骤停(CA)是常见的死亡原因,也是主要的公共卫生问题。迄今为止,常规的心肺复苏术(CPR)是唯一可以有效影响预后的有效复苏方法。体外膜氧合(ECMO)是一项复杂且昂贵的技术,需要专业技术知识。并非所有医院都将其视为护理标准,仅应在大容量医院中使用。 ECMO与CPR结合被称为ECPR(体外心肺复苏),它可使传统CPR难治的CA患者的血流动力学和呼吸稳定。该技术可在保持器官灌注的同时并行治疗CA的潜在病因。但是,目前的证据并不支持在所有难治性CA患者中常规使用ECPR。因此,病人适当选择谁可以从这个过程中受益是关键。通过执行高质量的CPR并促进获得ECPR来减少低血流的持续时间,可以提高难治性CA患者的生存率。确实,受益于ECPR的患者似乎具有更好的神经功能。本篇叙事综述的目的是介绍有关ECPR的最新文献,并阐明其潜在的治疗作用,并对设备及其设置,患者选择过程和患者进行深入的解释。 ECPR后的管理。关键词:体外膜氧合;ECMO;心脏停搏;ECPR 1. 介绍心脏骤停(CA)是主要的公共卫生问题。在北美和欧洲,其发病率约为每100,000例50至100例[1]。心血管病因占记录病例的一半。全世界接受心肺复苏(CPR)的院外心脏骤停(OHCA)患者的30天生存率是全球的10.7%[2]。确实,这种差的存活率引起了人们对传统复苏技术联合方法的开发的兴趣,该方法是通过体外心脏压缩和体外生命支持通过体外体外膜氧合作用除颤(ECMO)。因此,体外心肺复苏已经成为患有CA的患者的救生方法,该CA被认为对常规复苏是难治的。在对CA的主要病因进行调查并提供病因治疗的同时,ECPR有助于维持器官灌注。最近,有证据表明,用ECPR治疗的院内心脏骤停(IHCA)显示有希望的生存率在20%至45%之间波动[3,4]。另一方面,对非住院患者(院外CA:OHCA)进行的研究显示出较差的结果[5]。尽管如此,有关OHCA管理的最新指南详细说明了使用ECPR的可能性,但不是作为常规护理标准。更好的生存率。 IHCA归因于更早实施更好的复苏质量,以及更快地获得ECPR。此外,在研究使用ECPR的研究时,常规心肺复苏(CPR)的时间似乎对生存率有负面影响[6]。当校正低流量期的持续时间时,用ECPR处理的OHCA和IHCA之间的生存差异会消失[7]。因此,通过促进获得ECPR似乎可以缩短CPR时间并改善CA后的生存率[8]。大量研究表明,ECPR在心脏导管室,急诊室和院前环境中的有效性[9-11]。但是,正如最近发表在两篇评论文章中的那样,各中心之间的ECPR计划存在很大差异,并且是缺乏标准化的原因[12,13]。在本文中,作者介绍了CA患者ECPR的最新文献。2. 方法本文针对该文献进行了叙述性综述,而不是系统性综述,重点是ECRP在常规心肺复苏难治性心脏骤停中的作用。它包括2000年至2020年10月底在MEDLINE / PubMed数据库中发表的文章。搜索工具栏集中包括以下术语:“体外膜充氧”或“ ECMO”或“ ECLS”或“ ECPR”和“心脏”逮捕”。总共确定了1552篇可能相关的文章。阅读标题和摘要后,选择了75篇文章进行全面分析。最后,对所包括论文的参考文献进行筛选,以查找在最初的文献搜索中找不到的其他材料,并且不采用语言限制。 3. ECPR的实施地点尽管有国际建议,但复苏程序在一个中心与另一个中心之间有所不同。建立ECPR的后勤方式也有所不同。许多中心建议采用“偷窥逃跑”的方法,用救护车将患者迅速转移到ECPR中心[9,14]。或者,使用能够在OHCA上启动ECPR的移动式紧急复苏单元(SMUR)的“住宿和治疗”态度也已被证明是替代选择[10]。考虑到应该在CA的60分钟内启动ECPR的事实,最佳策略仍有待确定。每个社区的设施和经济医疗服务均起着主要作用。在有或没有紧急医疗服务(EMS)的医疗机构中使用的“隐蔽式运行”方法在ECPR的迅速启动中已显示出局限性[14,15]。在巴黎(法国),EMS于2011年建立了院前ECPR计划。法国其他一些城市(里尔里昂和佩皮尼昂)也使用了类似的计划。与医院启动的ECPR相比,这种方法证明了OHCA后低血流时间的减少,具有相似的ECPR启动时间和并发症[10]。但是,根据Bougouin等人的说法。 [16]在2011年至2018年期间在巴黎诊断的13,000 OHCA中,有525例受益于ECPR的启动,其中389例在医院内,136例在医院外。此外,经历过ECPR的患者和接受常规复苏的患者在死亡率上没有差异。ECPR的启动需要经过专门培训且组织良好的团队。此外,尽管ECPR团队专注于插管过程,但坚定的团队负责人必须监督复苏过程。团队配置会根据当地限制,ECPR提供中心内的组织和可用的人力技能而有所不同。用于心脏适应症的ECMO启动速度不同于呼吸衰竭所需的速度。确实,很少有心脏病病因需要针对基础疾病进行快速治疗(例如,经皮冠状动脉介入治疗(PCI)的急性冠状动脉综合征(ACS)),因此,可大大减少生存所需的循环辅助治疗时间。因此,必须迅速选择实施ECMO。理想地,ECMO作为血液动力学支持在区域转诊中心或综合护理中心进行,可以将其作为晚期心血管疾病的常规管理方法,例如需要PCI的ACS,长期心脏辅助设备和心脏移植的实施[ 17]。这些ECMO中心必须具有可快速部署的协议,这些协议应迅速发挥作用,这是一个多学科心脏小组,由介入心脏病学家,心脏外科医生,心力衰竭专家和强化专家组成,团队中所有其他成员被认为对适当的管理策略[18-20]。重要的是要强调,ECMO是一种短期辅助设备,可用作循环支持,但对潜在疾病的病因治疗没有影响。应及时管理CA的潜在病因,以最大程度地提高康复机会并加快从ECMO的安全撤药。这可能包括但不限于ACS患者的血运重建(经皮或外科手术)[21,22],难治性心律不齐患者的药物或消融治疗以及瓣膜功能不全患者的外科瓣膜手术[23,24]。对于那些不太可能恢复足够的心室收缩功能或无法安全退出VA-ECMO的患者,应考虑早期评估长期心脏支持治疗[25]。除了先进的心血管平台,支持严重肺血管疾病患者的ECMO中心还应获得治疗肺动脉高压的专家[26]。最后,受益于ECMO心脏辅助的患者处于发生肺部并发症的风险中,需要开始高级呼吸支持,例如静脉-静脉ECMO类型,甚至是静脉-动静脉ECMO。这些技术应提供给提供这些机械支持技术的中心[27]。一个中心实施的ECMO数量越多,住院死亡率越低[28]。这表明大量的ECMO参考中心可能具有更好的生存结果[29-31]。对于没有能力实施ECMO的地方和转诊中心,我们提倡在转诊和/或综合中心周围建立区域网络,从而能够部署ECMO流动团队来启动和运送这些患者[32]。如果在CA的背景下由经验不足的本地中心启动ECPR,则患者可能承担次优结果的巨大风险。对于这些中心,我们提倡与三级医疗或区域转诊中心进行正式合作,这些中心应配备并接受过培训以接受这些患者(具有共同的适应症,禁忌症,插管程序和起始标准)[33]。这些策略已成功应用于呼吸ECMO中心[30,34,35]。ECMO中心的最小案件量仍然是争论的话题。在一项研究中,每年处理30例以上ECMO患者的成人中心的存活率明显高于每年处理6例以下ECMO患者的成人(调整后的OR:0.61,95%CI 0.46-0.80。在心力衰竭的背景下实施ECMO[32],但是,目前的证据是基于来自专业水平未指定的中心的回顾性数据。在ECPR中使用ECMO有其自身的挑战。与严重的心源性休克相反,它通常发生在特定的环境(导管实验室,ICU或手术室)中,CA是不可预测的,并且可能发生在医院内的任何地方,包括急诊室,ECPR计划越来越多发展。 ECPR也可以在院前环境中实施。目前,这种新方法正在研究中(NCT03700125,NCT04620070,NCT02527031)[10,13,36]。强烈建议将ECPR计划与经验丰富的医院重症监护病房相联系,这些病房在管理ECMO患者方面经验丰富,并在可能的情况下尽快将患者转移到转诊中心以保证适当的治疗[37]。4. 设置ECPR的设备和技术在CA期间放置ECMO很复杂,需要特定的专业知识。表1列出了实施ECPR所需的设备和安装。ECMO的插管可以通过超声引导下的血管穿刺术和根据标准Seldinger技术的顺序扩张术进行,也可以通过直接的股骨直接入路[ 38]。通过Scarpa三角形切口的外科手术方法是另一种方法。每种技术都有其优点和缺点。本文将不介绍每种技术的细节,但是技术的选择本质上取决于操作员的技能。图1是用于eCPR的外周股股静脉-动静脉ECMO的示意图。表1.实施ECPR(体外心肺复苏)的设备和安装。但是,在一家大学医院进行的ECMO植入手术数量众多的回顾性研究中表明,在814例植入患者(485例外科手术和329例经皮手术)中,经皮途径与局部感染相关性较低(16.5%比27.8) %,p = 0.001),可比的肢体缺血(8.6%vs. 12.4%,p = 0.347),类似的神经系统并发症(2.6%vs. 2.3%,p = 0.779)和更好的30天生存率(63.8%vs 56.3%,p = 0.034)。然而,经皮插管(相对于手术方法)与更多的无瓣膜后血管并发症相关(14.7%vs. 3.4%,p <0.001),主要是需要手术止血的局部出血(9.4%vs.1.5%,p<0.001)。 0.001)[8]。无论使用哪种插管技术,都必须执行超声心动图检查,以确保在安装ECMO之前正确放置了导板和插管[39]。插管的大小是ECPR有效性的关键决定因素。静脉插管直径的适当选择允许对病人的血液引流优化。正确的动脉套管直径可确保向患者令人满意的血液注入[38]。对于成人,建议引流套管最低为23至25 Fr,再注入套管最低为17至19Fr。尽管缺乏关于维持良好器官灌注所需的理想ECMO流量的证据[38]。动脉插管可以完全阻塞股动脉,并引起插管下肢缺血。为了防止这种并发症的发生,提倡将再灌注套管系统地放置在同侧浅表股动脉中。该再灌注套管连接到动脉回路,因此允许对下肢的套管末端进行充分的灌注。这种再灌注策略的放置可以在距初始插管一定距离的位置进行,因此建议尽早放置。该再灌注导管可通过手术或经皮插入超声引导[40]。然后,ICU护士应每小时对脚部灌注进行多普勒监测。 图1.用于ECPR的周围股骨-股静脉-动脉ECMO。 5. 患者选择过程直到最近,难治性CA一直被定义为对30分钟的常规心肺复苏(CPR)无反应的CA [41]。在平均30到40分钟的不成功的CPR之后,通常选择从常规CPR转到ECPR的时间较晚。因此,生存率变化很大。令人信服的证据表明,常规CPR的长度是难治性OHCA的独立预后参数。传统的心肺复苏术时间越长,结果越差,这一时期的CA被称为低流量[7]。最佳情况下,应在CA开始后60分钟内启动ECPR,以使低流量时间保持在60分钟以下[4]。 Kim等。提示从常规心肺复苏转换为ECPR的最佳时间为21分钟[42]。雷诺兹等。有研究表明,心肺复苏16分钟后,具有良好神经学预后的生存率会降低[43]。因此,对于在常规复苏的前10分钟内没有反应的合格患者,应预见ECPR并立即提供。此外,ECPR应该在CA的20分钟内启动,以便ECMO可以尽快为患者提供帮助。但是,就生存率而言,最重要的决定因素是无流量的持续时间,在此期间患者没有接受复苏[44]。当前的建议指出,早期高质量的心脏按压会影响所有其他手术的有效性[45]。因此,至关重要的是,塌陷后应立即开始CPR,以最大程度地减少无流量时间。即使ECPR的年龄上限有所不同,大多数研究仍排除了70至75岁的患者[5,46-48]。心律失常与OHCA患者的死亡率降低相关[49]。初始心率还可以预示更短的无流量持续时间。在最近的研究中,Tanguay-Rioux等人。研究表明,对于2532年的OHCA,令人震惊的初始节律的总体生存率为13.8%至34%。随着无流量持续时间的增加,维持令人震惊的初始节律的可能性降低(调整后的OR:每分钟0.88,95%CI0.85–0.91)。最初有令人震惊的节律的患者中,有94%(95%CI92–96%)的空流量少于10分钟。作者得出的结论是,每过一分钟无流量,出现令人震惊的初始节律的机会就会减少,从而强调了尽早进入除颤的重要性以及及早筛查可能的ECPR候选人的必要性[50]。另一方面,> 90分钟的低流量患者则不太可能受益于ECPR [4]。确实,最新建议建议ECPR应该在CA的前60分钟内开始[45]。 Otani等在最近的一项回顾性研究中对135例难治性CA患者实施了ECPR。研究了预测神经功能预后良好的预后因素。在包括的患者中,有22名(16%)的神经系统预后令人满意。在“令人满意的神经系统进化”组中,低血流时间较短,阈值为58分钟[51]。在低流量期间,CPR的高质量至关重要。[52]为确保这一点,建议监测过期的二氧化碳(EtCO2),这是CA中生存率的有效指标。 EtCO2 <10mmHg似乎与较低的存活率有关。心肺复苏术期间的通气可能导致峰值吸气压力增加,而高吸气压力可能成为肺损伤的来源。后者使提供所需的潮气量以实现足够的通风具有挑战性。机械压缩装置的使用进一步加剧了医疗提供者面临的困难。但是,当前的国际指南均未提供有关在 机械心肺复苏过程中使用的“最佳”机械通气策略的建议。最近对38篇论文的文献进行了回顾,探讨了机械心肺复苏期间的各种通气策略,结果表明,在心肺复苏期间必须确保高FiO2含量,而证据等级较低的证据是,关闭吸气触发并使用PEEP 5 cm H2O有利。在评论中,作者还提出了一种有趣的操作算法,可能值得将来讨论,并且可能具有前瞻性试验[53]。总之,在发生CA的情况下,正确选择可以从ECPR中受益的患者至关重要。选择没有已知主要合并症,持续性令人震惊的心率,尽可能短的无血流时间并在复苏过程中快速实施目标EtCO2> 10 mmHg的高质量CPR似乎是合理的。最近,还提出了独立于心律的“生命体征”(自发运动,呼吸,喘气和瞳孔反射),作为受益于ECPR的患者生存的良好预测指标[9]。最后,在意外体温过低的情况下,难治性CA的特定病例必须通过ECPR可以发挥其作用的特定方案进行特定管理[54,55]。ECPR仅应用于心脏骤停的高度精选患者。此外,适应症和禁忌症可能因医院,心脏骤停小组的经验水平以及ECLS部署的准备程度而异。迄今为止,还没有ECPR的RCT,也没有针对ECPR适应症或患者选择的前瞻性验证标准。然而,当在多种情况下用于心脏骤停时,ECPR有望获得良好的结果(表2)[45,56]。 表2.对于院外心脏骤停启动院内ECPR的有利和不利标准。6. ECPR后的患者管理ECPR后的管理重点是保持足够的器官灌注,恢复具有天然心输出量的搏动性心律。建立足够的体外循环后,可以停止胸部按压。在这一点上,在改善了冠状动脉灌注压力并从体外泵提供了更好的氧气后,可电击性节律的除颤通常更为有效。引入体外循环后,应对高氧血症具有挑战性。为了不对神经和心血管结果产生负面影响,必须对氧气供应进行充分的校准。平均动脉血压(MAP)应保持在65至75 mmHg(专家建议)之间,并在静脉套管内的流量与负压之间保持谨慎的平衡。大多数情况下,使用升压药(去甲肾上腺素)达到目标MAP。侵入性血压监测是强制性的。建议对右radial动脉进行导管插入术,以便在左心功能恢复的情况下预见Harlequin综合征的发生,并允许检测肺源性低氧血症。有时可能需要进行积极的容量复苏(缺血再灌注综合征),以确保有足够的预负荷来支持ECPR。外周静脉动脉ECMO(VA-ECMO)的循环支持是基于通过逆行动脉血流进行的器官灌注[57]。该策略的重要局限性是左心室后负荷的增加[58]。在心源性休克的情况下,难治性CA后常出现这种情况,左心室后负荷的增加会导致心肌缺血的增加,心律失常,肺水肿和血栓形成事件的发生率增加[59-62] 。严重的主动脉瓣反流应作为VA-ECMO的禁忌证,因为左心室超负荷的风险过高。此外,对于轻度至中度的主动脉瓣反流,心室扩张的风险不可忽略[63]。可以将几种干预措施与ECMO结合使用,以减轻左心室(LV)的负荷,从而避免一些与LV后负荷增加相关的并发症[57,61]。然而,在VA-ECMO期间降低左心室后负荷的最佳方法仍然未知。可以像小剂量多巴酚丁胺一样使用正性肌力药物,以确保主动脉瓣打开并最小化左心室输出[64]。后者可通过打开主动脉瓣来优化左心室收缩力,并防止发生急性充血性肺水肿。建议最小脉冲压力至少为10 mmHg。在某些中心,主动脉内球囊泵被认为是护理的标准,而在其他评估中,LV卸载的评估决定了其使用[65]。最后,某些研究小组表明,通过连续轴向流泵(例如Impella®型)卸载LV可以提高VA-ECMO患者的生存率[66]。最近对近4000名患者进行了荟萃分析,其中42%的患者接受了伴随VA-ECMO的左心室卸载设备(主动脉内气囊91.7%,经皮心室辅助设备5.5%,肺静脉插管或左心房间隔2.8%),受益于静脉无负荷装置的患者的死亡率低于未受益于这种装置的患者。 (54%比65%,相对风险:0.79; 95%置信区间:0.72至0.87;p<0.001)。然而,左心室卸载设备的溶血率较高[67]。一旦为患者提供了VA-ECMO的帮助并使其稳定下来,就应该开始对可疑的CA原因进行治疗。如果怀疑是急性冠状动脉综合症,则必须转诊患者进行PCI即时冠状动脉造影。在这组特定的患者中,研究表明冠状动脉病变多发于近端[68,69]。而且,已经表明CA和PCI之间的延迟与生存有关[70]。如果肺栓塞是CA的起源,则应考虑注射肺部CT扫描以确认诊断[71]。超声心动图也可以提供有用的诊断线索[72]。一些研究小组还建议ECMO支持进行原位溶栓或外科血栓切除术[73,74]。其他人则认为ECMO的作用完全归因于患者固有的纤维蛋白溶解,因此,仅应采用肝素治疗来治疗患者[75-77]。最后,颅内出血(ICH)是接受ECMO治疗的成年人的常见并发症,并伴有死亡率增加。在ECMO中治疗ICH代表了促凝和抗凝需求之间的平衡。神经外科治疗与严重的发病率有关,但在某些情况下已经成功[78]。如果怀疑患有ICH,则在随后进行的任何干预措施或ECMO插入术中,必须优先进行脑部CT扫描。查看心脏骤停中的ECMO:文学叙事回顾(结论)点击:查看更多医学文章 使用英文翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-02-02 19:50:54
研究人员发现世界海洋中巨大的碳氢化合物循环
加利福尼亚大学 哈里森·塔索夫(Harrison Tasoff)撰写 -圣巴巴拉研究人员从Sargasso海中获取水样。图片来源:David Valentine 碳氢化合物和石油在环境科学中几乎是同义词。毕竟,石油储备几乎涵盖了我们遇到的所有碳氢化合物。但是,将其起源追溯至生物来源的少数几种碳氢化合物的生态作用可能要比科学家最初怀疑的更大。加州大学圣塔芭芭拉分校和伍兹霍尔海洋学研究所的一组研究人员对这个以前被忽视的海洋学领域进行了调查,以寻找被忽视的全球周期的迹象。他们还测试了海洋生物的存在可能如何影响海洋对石油泄漏的反应。“我们已经证明了海洋中发生了大规模而迅速的碳氢化合物循环,这与海洋对石油输入的反应能力不同,”地球部诺里斯总统主席大卫·瓦伦丁教授说。 UCSB的科学。由他的研究生Eleanor Arrington和Connor Love领导的这项研究发表在《自然微生物学》上。2015年,由剑桥大学的科学家领导的国际团队发表了一项研究,证明了碳氢十五烷是由海洋蓝细菌在实验室培养物中产生的。研究人员推断该化合物可能在海洋中很重要。Valentine解释说,这种分子似乎可以缓解弯曲膜的应力,因此在诸如叶绿体之类的东西中发现了这种分子,其中紧密堆积的膜需要极高的曲率。某些蓝细菌仍会合成该化合物,而其他海洋微生物则很容易将其消耗能量。瓦伦丁(Valentine)与伍兹霍尔(Woods Hole)的克里斯·雷迪(Chris Reddy)共同撰写了两页的评论文章,并决定与Arrington和Love进一步探讨这个话题。他们于2015年参观了墨西哥湾,然后于2017年参观了西大西洋,以收集样本并进行实验。研究小组从大西洋的营养贫乏地区采样了海水,该地区被称为Sargasso海,以从墨西哥湾涌入的浮游海藻海藻命名。情人说,这是美丽,清澈的蓝色海水,中间夹着百慕大水。获得样品显然是一项相当棘手的工作。由于十五烷是柴油燃料中的常见碳氢化合物,因此该团队必须采取额外的预防措施,以避免船舶本身受到污染。他们让船长将船转成风,以免尾气污染样品,并且他们分析了柴油的化学特征,以确保它不是发现的任何十五烷的来源。在海洋的上层生产并消耗了大量的十五烷。图片来源:David Valentine而且,当研究人员收集海水时,没有人可以在甲板上吸烟,做饭或油漆。“这很重要,”瓦伦丁说,“我不知道您是否在船上呆了很长时间,但每天都要油漆。这就像金门大桥:从一个起点开始结束,直到到达另一端,是时候重新开始了。”这些预防措施奏效了,研究小组回收了原始海水样品。共同首席作者洛夫说:“ 2017年探险之后,站在伍兹霍尔的气相色谱仪前,很明显样品是干净的,没有柴油的迹象。” “十五烷是无误的,即使在[我们]运行的前几个样本中,也已经显示出清晰的海洋学模式。”由于它们在世界海洋中的数量众多,洛夫继续说道:“仅两种类型的海洋蓝细菌每年向海洋中添加的碳氢化合物就比向海洋中其他所有类型的石油输入(包括天然油)的总和多出500倍渗漏,漏油,燃料倾倒和土地流失。” 这些微生物每年总计生产300-600百万公吨的十五烷,这个数量比所有其他来源释放的130万吨的碳氢化合物相形见war。尽管这些数量令人印象深刻,但它们有些误导。作者指出,十五烷循环跨越地球表面的40%或更多,并且载有超过一万亿个四环的十五烷的蓝细菌细胞悬浮在世界海洋的阳光照射下。但是,这些细胞的生命周期通常少于两天。结果,研究人员估计,在任何给定时间,海洋仅包含约200万吨的十五烷。情人解释说,这是一个快速旋转的轮子,因此在任何时间点的实际数量并不是特别大。他说:“每隔两天,您就会生产和消耗海洋中的所有十五烷。”将来,研究人员希望将微生物的基因组学与其生理和生态联系起来。该团队已经拥有数十种生物的基因组序列,这些生物成倍增加以消耗其样品中的十五烷。瓦伦丁说:“那里的信息量令人难以置信,而且我认为这揭示了我们对许多消耗碳氢化合物的生物的生态学知之甚少。”在确认了这种生物烃循环的存在和程度之后,研究小组试图解决其存在是否会引发海洋分解泄漏的石油的问题。Arrington解释说,关键的问题是这些大量消耗十五烷的微生物是否在溢油清理过程中作为资产。为了对此进行研究,他们在距墨西哥湾天然石油渗漏不同距离的海水中添加了戊烷(一种类似于十五烷的石油烃)。在海洋中循环的十五烷的数量使石油中碳氢化合物的输入相形见war。但是,参与十五烷循环的微生物不太可能处理来自石油的碳氢化合物的化学复杂性。图片来源:David Valentine 他们测量了每个样本的总体呼吸,以观察食用戊烷的微生物繁殖所需的时间。研究人员假设,如果十五烷循环确实也引发了微生物消耗其他碳氢化合物的作用,那么所有样品应以相似的速率繁殖。但是事实并非如此。来自油渗流附近的样品迅速形成水华。瓦伦丁说:“在加入戊烷的大约一周内,我们看到了数量庞大的种群。” “而且,距离越远,速度就越慢,直到在北大西洋外出时,您可以等待几个月,再也看不到花开。” 实际上,在马萨诸塞州伍兹霍尔的工厂进行考察之后,阿灵顿不得不留下来,继续对来自大西洋的样品进行实验,因为这些花的出现花了很长时间。有趣的是,研究小组还发现了证据,证明属于另一个生命领域的细菌古细菌也可能在十五烷循环中起作用。共同主要作者阿灵顿说:“我们发现,尚未在实验室驯化的一群神秘的,全球丰富的微生物可能会被表层海洋中的十五烷所刺激。”结果引起了一个问题,即为什么存在一个巨大的十五烷循环似乎对石化戊烷的分解没有影响。瓦伦丁说:“石油与十五烷是不同的,您需要了解它们之间的差异以及实际上组成石油的化合物,才能了解海洋微生物对它的反应。”最终,微生物通常消耗戊烷的基因与十五烷所使用的基因不同。阿灵顿说:“与蓝细菌产生的十五烷相比,生活在百慕大近海的清澈水中的微生物接触石化戊烷的可能性要小得多,因此携带戊烷消耗的基因的可能性也较小。”Valentine继续说,不同微生物的负荷可以消耗十五烷,但这并不意味着它们也可以消耗其他碳氢化合物,特别是考虑到石油中存在的碳氢化合物结构多样。海洋生物生产的普通碳氢化合物少于十二种,包括十五烷和甲烷。同时,石油包含成千上万种不同的碳氢化合物。更重要的是,我们现在看到能够分解复杂石油产品的生物倾向于大量生活在天然石油渗漏附近。当海洋中的微生物种群受到特定地理区域中特定能源的限制时,情人将这种现象称为“生物地理引发”。他说:“我们在这项工作中看到的是十五烷与石油之间的区别,这对于理解不同的海洋地区将如何应对石油泄漏非常重要。”象Sargasso海这样的营养贫乏的旋流占地球表面的40%。但是,无视土地,仍然留下了地球30%的土地去探索其他生物碳氢化合物循环。瓦伦丁认为,生产率较高的地区的过程将更加复杂,并且可能为石油消费提供更多的动力。他还指出,大自然的生物烃生产蓝图有望为开发下一代绿色能源做出努力。 点击:查看更多生物学文章 查看更多医学类文章 试用免费版文档翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-02-05 19:59:47
评估情感体验时,儿童优先考虑听到的内容而不是看到的内容
医学快报Ingrid FadelliRoss博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表达恐惧的人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。Colavita视觉优势效应是一种心理观察结果,以1974年首次收集其存在证据的心理学家Francis B. Colavita的名字命名。Colavita观察到,当成年人出现视觉刺激和其他感觉刺激(例如触觉或听觉)时,同时,它们对视觉刺激的反应更大,并且常常不能完全对其他感觉刺激做出反应。Colavita收集的发现表明,对于大多数没有视力障碍的人来说,视觉是最主要的感觉。尽管一些研究表明,在某些情况下(例如,当他们面临潜在威胁时),一些动物和人类会变得更加依赖听觉刺激,但在非威胁性和“情感中性”的情况下,可乐维他效应的发生是现在有据可查。最近,一些心理学家发现,尽管成年人倾向于对视觉刺激做出更多反应,但可乐维达效应可能不适用于儿童。与成年人相反,实际上,儿童在体验周围世界时似乎更依赖听觉刺激。英国达勒姆大学的研究人员最近进行了一项研究,以研究这种作用在不同年龄的儿童中的作用,即反向Colavita效应。他们的论文发表在爱思唯尔的《实验性儿童心理学杂志》上,报告了有趣的新发现,表明当他们试图把握自己经历中的情感方面时,儿童往往更关注听觉刺激而不是视觉刺激。 Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。一个表达天使的人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。研究人员之一帕迪·罗斯(Paddy Ross)博士说:“在70年代,科学家发现当同时出现灯光和听觉声调时,成年人表现出视觉优势,并报告了视觉闪光,这就是现在所说的Colavita效应。”进行这项研究的人告诉Medical Xpress。“在儿童中,情况恰恰相反-他们表现出听觉上的优势并报告了音调(被称为反向Colavita效应)。这适用于一些更复杂的语义刺激(动物,噪音等的图片),但我们想知道如果在使用情感信息时仍然可以使用。”在他们的实验中,Ross博士和他的同事使用了其他研究人员编写的两个数据集,并广泛用于心理学研究中:情绪身体刺激(BEAST)数据集和情绪非言语发声(MAV)数据集。他们招募了139名参与者,并根据年龄将他们分为三类:一组年龄在7岁以下的儿童,一组年龄较大的儿童(8至11岁)和一组成年人(18岁或以上)。研究人员为所有参与者提供了成对的音频记录和身体姿势图像,传达了四种主要情感(即欢乐,悲伤,愤怒和恐惧),并要求他们描述他们从刺激中感知到了什么情感。在某些情况下,会同时显示与图像中呈现的情绪相匹配的录音。但是,在其他情况下,这两个刺激是不一致的(例如,一个快乐的人的形象与悲伤的非语言发声的记录成对出现)。Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表达妇女的喜悦。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。当一对刺激不一致时,参与者被要求要么忽略图像,要么根据录音做出回应,反之亦然。此外,为所有参与者提供了完全相同的一对刺激,以提高实验的有效性并防止单个刺激影响结果。罗斯博士解释说:“我们发现所有年龄段(8、8-11、18岁以下)的人都可以轻易忽略图像,而专注于声音。” “但是,孩子们发现忽略声音是非常具有挑战性的。他们几次低于机率地表演,所以他们不仅仅是在猜测;声音的情感正在影响他们对情感身体姿势的感知。”Ross博士和他的同事是第一个在情感表达的背景下报告儿童听觉优势的证据。他们的发现可能很快会激发新的研究,进一步研究这种影响的程度(即,多大的听觉刺激会影响孩子对周围环境的理解)。Ross博士及其同事在研究中使用了BEAST全身表达数据集的图像。表示悲伤的女人。图片来源:de Gelder和Jan Van der Stock(frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2011.00181/full)。罗斯博士说:“我们的研究有几个重要的意义,因为它表明当父母与孩子交流并试图用微笑掩饰愤怒或沮丧时,这可能并不重要。” “换句话说,例如,当一个人悲伤时,'戴上幸福的脸'就不可能说服孩子,除非你的声音听起来也很幸福。”罗斯博士认为,这些新发现也可能对教学和教育产生影响。实际上,由于COVID-19大流行,许多儿童目前正在家里学习,他们可能更容易受到听觉干扰。该研究报告的观察结果暗示了儿童家庭中与情感有关的刺激(例如,有关电视上的COVID-19的节目,家庭成员吵架等)可能会影响儿童如何参与或感知其学业的可能性。罗斯博士补充说:“我们已经进行了一些研究,以观察我们可以将观察到的效应推向多远。” “例如,我们将添加情感面孔,并使用情感音乐而不是发声来进行另一版实验。在这种情况下,任何情感刺激都可能足以影响孩子的视觉感知,甚至可能不需要是人类。” 点击:查看更多医学文章 查看更多生物学文章 使用全文翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-02-01 19:25:42
染色体如何进化以创造新的生命形式
染色体如何进化以创造新的生命形式约翰·休伊特(Phys.org) 贷方:PNG / CC0公共领域 3-D打印是一种通用过程,从某种意义上说,可以在CAD程序中绘制的几乎所有零件都可以被打印,至少在一定分辨率下即可。在铣床或车床上加工零件时,虽然具有更高的精度和材料选择的优势,但它的通用性略差一些,因为从理论上讲,许多可能的设计都无法进行加工。可以轻松地打印空心球,但是永远不能将球作为一个零件铣成空心球,除非您碰巧拥有一个可以装进球内的铣床。但是生物部分和整个动物呢?从设计的角度来看,增长有多普遍?我们在这里真正要问的是:遗传密码在确定可行和富饶的身体计划的能力方面有多普遍?昨天,我们讨论了一个名为“盒子里的基因组”的新项目,该项目旨在创建人工染色体从头开始,从原始的遗传序列开始,然后添加适当的组织蛋白以创建完整染色体的合理传真。这项工作的主要挑战之一是在正确的位置获得较大的结构,即所谓的拓扑关联域(TAD)。提出的问题是,是否可以在DNA中完全编码任何任意生物,例如龙。如果可以的话,那么染色体会是什么样子,此外,是否可以有不同的方法来编码同一生物?不幸的是,我们在化石记录中与龙(可能是已灭绝的翼龙或Brontornis的“恐怖鸟”)最接近的近似,并没有易于测序的基因组。但是,我们确实有足够的序列数据来寻找可能是其次的最佳选择,即它们的羽毛后代。除了原始序列之外,就基因组如何禁止真正的动物而言,我们真正想知道的是基因组如何变化以演化出新的形式。现已广为人知的是,简单的碱基对突变或表观遗传修饰可以微调次要物种的偶然性,例如着色,寄生虫抗性以及对温度或海拔高度的环境适应性。但是,真正的物种形成事件(那些冒犯他人的行为使代码从传统的人体计划中彻底脱离出来的重大侮辱)通常需要对核型进行更大的调整。换句话说,任何当前稳定的染色体表都必须通过重大的断裂,融合,倒位或重复来充分扰动,以使物种分叉。如果足够重要,那么这些过程可能会导致通用配伍性的丧失,其中所有新生成的后代不一定都能与所有其他新后代成功配对。在这种情况下,与亲本基因组的局部回交事件可能产生具有新物种身份的最小后代存活子。为了研究禽类基因组的进化,这只鸡被证明是无价之宝。由于它们的卵大且容易获得,因此小鸡也为发育研究提供了很好的模型。鸡基因组知识的一项非常实用的应用是通过工业化创造雏鸡,这些雏鸡很容易通过其羽毛的颜色进行性别鉴定。顺带一提,中国鸟类基因组的学生们决定深入研究鸭的基因组,因为用他们自己的话说,北京烤鸭令人赞叹。杭州浙江大学的研究人员在最近发表在《Gigascience》杂志上的论文中报道了整个鸭基因组及其所有相关TAD区的新图谱。就鸟类而言,鸭子基因组一方面介于雏鸡基因组之间,另一方面介于e基因组之间。就核型如何进化而言,真正重要的是性。换句话说,潜伏在大物种形成事件的起源后面的坚韧不拔的细节往往围绕着性染色体的细节。这些细节包括哪些常染色体片段融合在新的性染色体中,它们相对于互补序列的相对大小,其数目,假基因含量,重复区域和重组程度。就鸭子而言,性染色体不像鸡那样高度异质,也不像the一样完全同质。北京鸭的单倍体基因组约为1.4 Gb,其核型为9对大染色体(chr1-chr8,chrZ / chrW)和31对微染色体(chr9-chr39)。这些规格与大多数哺乳动物的规格有很大不同,但对于鸟类而言却是相当典型的。总基因组较小,Z / W性别决定系统和大量微型染色体也是有时在其他物种(如爬行动物,也许还有一些恐龙)中发现的特征。应该注意的是,鸟和蛇的Z / W是无关的,它们是从不同的常染色体进化而来的。Z / W系统不同于X / Y和X0系统,在X / Y和X0系统中,精子具有性别决定权。卵子控制着Z / W系统中的性别,其中雄性是同配性(Z / Z),雌性是异配性(Z / W)。Z染色体比W染色体更大,并且具有更多的基因,很像XY系统中的X染色体。奇怪的是,雄鸟是五颜六色的展示型,而雌鸟则通常更暗,更大。由于在禽类Z / W和哺乳动物X / Y染色体之间没有共享的基因,因此这两个系统可能共享一个共同的祖先,从而可以独立进化。Z染色体具有比人类X或Y染色体更能代表人类9号染色体的特征。对染色体如何进化的更多了解可能需要更仔细地观察系统的某些更极端点,例如鸭嘴鸭嘴兽。这种最极端的海狸鸟哺乳动物具有五对独立的XY染色体对,与海狸或鸭没有直接关系。在雄性生殖细胞减数分裂中,鸭嘴兽的性染色体形成一条由同源区域连接在一起的链,这些区域最终分离为XXXXX精子和YYYYY精子。该链中最鸟状的一对具有Z染色体特征,出现在链的相反两端。Z同源性较低的其他片段散布在X3和X5染色体上。从对鸭嘴兽和棘足动物基因组的最新研究中,研究人员能够推断出,我们自己的X染色体源自原始有锡安纳人X染色体与有袋动物分叉后的常染色体区域的融合。和鸟类一样,我们的性染色体是通过逐步抑制常染色体中的重组而形成的。该过程导致性别确定区域之间成对序列发散的模式,被称为“进化层”。基因组领域的另一个有用的关键点是澳大利亚肺鱼。最近的研究表明,它的基因组长超过430亿bps(比人类大14倍),使其成为已知的最大基因组。许多肺鱼染色体每个都比我们自己的整个基因组大。有较大的基因间区域和具有较高LINE元素重复含量(约90%)的内含子,与四足动物的内含子比射线鳍鱼的内含子更为相似。似乎肺鱼基因组仍在增长,并在其活跃的转座因子位点上不断扩展。由于肺鱼的身体计划代表着脊椎动物进化的主要转变,尽管细胞周期时间和核苷酸需求过高,但它们的染色体却围绕着许多额外的原材料,这并不奇怪。肺鱼的陆地化涉及在预先适应的叶状鳍中出现类似hoxc133和sall1的四肢样模式的基因新表达。编码表面活性剂的基因区域的重复使专心的呼吸得以实现,而嗅觉受体基因的增殖则允许检测到气味剂。回到最初的问题,即生长过程以及遗传密码在构建动物中可能有多普遍,一个有用的概念是可逆性。虽然可以打印任何3-D绘制的对象,但无法轻松预测用于打印该对象的特定G代码(G代码是用于移动工具的一系列“ Go”代码的转喻名称)。原因是可以使用许多可能的代码或刀具路径来制作相同的对象。因此,它不是一对一的,从这个意义上说是不可逆的。但是,从每个对象确实至少有一个对象的意义上讲,这是可逆的与之关联的G代码。但是,并非所有可能的G代码都有与之关联的真实对象。例如,一个人不能在同一地点两次放置塑料,也不能在稀薄的空气中在地球上打印。可能有人暗示,几乎所有可以在计算机上绘制的理论有机体或人体计划都永远不会真正地以DNA编码并生长。当然,某些没有出现在化石记录中的动物将来可能会在一定的时间和资源下进化,但是在系统停止运转之前它们实际上会变成什么样呢?在大小上限时,事情变得很无聊-要么是海中的巨型鲸类气瓶,要么是笨拙且对称的四脚架巨人。尽管时间和资源是真正的约束,但是最大的约束可能是代码本身。 点击:查看更多生物学文章 查看更多其他分类文章 使用文档翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-01-28 19:35:19
咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(结论)
3.5.美拉德反应产物:黑色素和丙烯酰胺我们小组进行的另一项胃肠运动的影像学研究评估了先前提到的咖啡银皮水提物中黑色素的作用[178]。咖啡银皮是咖啡豆外层的皮料,约占咖啡樱桃的4.2%(w / w),是咖啡烘焙过程中产生的唯一副产品[179]。咖啡银皮已被提议作为益生元,抗氧化剂和膳食纤维的可持续天然来源[180]。咖啡银皮提取物的抗氧化特性是由于CGA的存在[181],也归因于黑色素在烘烤过程中产生的[182]。黑色素是在美拉德反应的最后阶段产生的高分子量棕色聚合化合物[183],而衍生自咖啡的那些被称为“美拉德化膳食纤维” [184]。因此,在健康的雄性Wistar大鼠中,以1 g/ kg的饮用水剂量在体内研究了纤维效应。 4周后,大鼠通过管饲法接受硫酸钡,然后在0-8小时后拍摄X光片。另外,进行结肠珠排出试验以具体确定对结肠推进的可能影响。与先前关于SCG的研究一致,黑色素加速了小肠的转运(因为暴露于黑色素的大鼠中盲肠的到达速度明显快于对照动物),并且倾向于加速粪便颗粒的形成,尽管这种作用并不明显。有趣的是,来自黑色素组的粪便颗粒倾向于稍大,这可能是由于该组中较高的纤维摄入量所致,从而使粪便颗粒在机械刺激结肠方面稍微更有效。此外,黑色素没有显着改变插入结直肠3 cm的珠子的排出潜伏期,表明在此水平上参与结肠推进的运动因子(内在和外在神经支配,平滑肌和ICC)没有改变。饮食接触咖啡银皮产生的类黑素,它们可能被用作功能性食品成分[178]。有趣的是,Argirova等。 (2010)[185]表明,黑素能作用于肌张力,并可能促进Ca2 +流入分离的胃肌层细胞。因此,这些化合物不仅可以通过纤维作用,而且可以通过胃肠道平滑肌细胞的直接活化来发挥其促动力作用,这需要使用分离的肠道肌肉组织来证实。如上所述,丙烯酰胺是由于之间的美拉德反应而形成的。加热过程中的氨基酸和糖[186],也发生在咖啡烘焙过程中。尽管很难评估人体中丙烯酰胺的饮食摄入量,但一般人群的估计饮食摄入量为每天0.3-0.8 µg /kg体重[187]。这是由于不仅暴露于咖啡,而且还暴露于可能也含有丙烯酰胺的其他食品(薄片,谷物)和工业产品(与聚合物,胶水和纸张有关的那些,水处理和化妆品工业[126])。相关浓度会影响人类健康。尽管消化道是丙烯酰胺吸收的主要途径之一,而且包括咖啡在内的含丙烯酰胺食物的摄入量仍在增长,但几乎没有评估其对ENS神经元的作用,但这很重要因为丙烯酰胺是周围神经系统的毒素。在肠道肌层神经元,平滑肌细胞和神经胶质细胞的共培养模型中研究了丙烯酰胺的影响[188]。在这项研究中,将丙烯酰胺以0.01 mM至12 mM的剂量添加到共培养物中,然后孵育24、96或144 h。与肉毒杆菌毒素A(也在同一系统中进行测试并且仅改变神经元功能)相反,当以0.5–2mM的剂量使用时,丙烯酰胺会破坏肠道神经元结构。在这些剂量下,损伤对轴突结构是选择性的,而不影响存活,而在较高剂量下,神经元的存活显着降低。轴突丢失伴有乙酰胆碱释放减少,这在4 mM时可忽略不计。该机制涉及突触囊泡的合成和功能,但不涉及胆碱的摄取。高剂量的神经元损失主要涉及坏死机制,尽管也证实了非胱天蛋白酶3介导的凋亡死亡的频率较低。有趣的是,还显示出在低剂量丙烯酰胺攻击后,轴突再生是可能的。实际上,在低剂量攻击后的24-96小时内,轴突的生长比对照培养的细胞更快,这表明在最初的破坏性侵害之后,补偿机制的参与。但是,发现神经递质的释放至少要延迟几天才能到达轴突再生长。有趣的是,所描述的所有变化都对神经元具有选择性(与潜在的表型无关),肠神经胶质细胞显然未受到影响[188]。口服给实验动物后,丙烯酰胺也被证明对ENS产生神经毒性作用。早期研究显示ENS的变化,丙烯酰胺治疗的大鼠类似于链脲佐菌素诱导的糖尿病动物,但儿茶酚胺能含量发生改变,降钙素基因相关肽(CGRP)的量减少,血管活性肠肽(VIP)水平相应增加[189]。但是,这些研究并未评估这些变化是否与神经元丢失,轴突变性或功能改变有关。最近,已经在猪模型中研究了丙烯酰胺给药的作用。结果表明,即使低剂量的丙烯酰胺也会影响胃肠道的结构和功能,并引起ENS神经元的显着反应。例如,可卡因和苯丙胺调节的转录本(CART)的表达在应激刺激和神经保护的神经元反应中起着至关重要的作用,特别是在接受低剂量的未成熟母猪的小肠肌层丛中或通过口服途径高剂量的丙烯酰胺治疗28天,这被解释为是对这种病理刺激作出响应的胃肠道神经元保护/恢复过程的一部分[190]。甘丙肽是另一种具有神经保护作用的肽,可调节神经损伤后的存活或再生并发挥抗炎活性[191,192]。因此,在相同的猪模型中,即使在低剂量下,胃中粘膜下层和肌间神经丛的甘丙肽样免疫反应神经元的数量也会增加。此外,对甘丙肽具有免疫反应性的同时对VIP,nNOS或CART具有免疫反应性的细胞的粘膜下层和肌层神经元细胞也有所增加。作者再次将这些发现解释为甘丙肽的神经营养/神经保护作用(可能与VIP,nNOS和CART协同作用)在丙烯酰胺中毒后胃ENS的恢复过程中[193]。该系列的另一篇论文于2019年发表,在猪十二指肠中发现了相似的结果。与以前一样,通过口服途径以低剂量(0.5 µg / kg)的每日剂量使用丙烯酰胺,或以10倍剂量(5 µg / kg)的口服途径使用丙烯酰胺4周。两种治疗均导致对P物质(SP),CGRP,甘丙肽,nNOS和囊泡乙酰胆碱转运蛋白(VACHT)免疫反应的神经元百分比显着增加,尽管高剂量会引起更强烈的变化。在这种情况下,作者给出的解释是,所有这些变化可能都是补偿性的塑性作用,试图保护神经元免受损害并恢复肠道神经元稳态[194]。值得注意的是,尽管丙烯酰胺会在体内和体外激活小胶质细胞,从而导致促炎性细胞因子的释放,并因此导致神经元损伤[195],但肠神经胶质细胞参与由丙烯酰胺诱导的肠道神经元改变尚无明确报道。除上述研究使用肠肌神经元神经元,平滑肌细胞和神经胶质细胞共培养,并且在最后一种细胞类型中未显示任何丙烯酰胺诱导的改变外,尚未进行评估[188]。4.咖啡和脑肠轴如前所述,咖啡是化合物的天然来源(图4),能够在脑肠轴上发挥关键作用[196]。有趣的是,在Pubmed中将“脑肠轴”和“咖啡”组合为关键字时,仅检索了三篇论文(截至2020年11月29日),其中两篇以咖啡与PD的关系为主导(请参见下文)[ 197,198]。另一个是Papakonstantinou等人最近的一项研究。[199],他对40位健康的年轻人(20-55岁)进行了一项随机,双盲,交叉的临床试验(ClinicalTrials.govID:NCT02253628),以研究200毫升含160毫升咖啡饮料的效果mg咖啡因(冷热速溶咖啡,冷浓缩咖啡,热过滤咖啡)对(1)自我报告的胃肠道症状,(2)唾液胃泌素,(3)压力指数(唾液皮质醇)和α-淀粉酶)和心理测量,以及(4)血压。重要的是,参与者是每天的咖啡消费者,并且该研究是在无压力的情况下进行的条件。咖啡对自我报告的焦虑水平没有影响。此外,参与者在与胃肠道阴性症状(例如,腹部不适,腹胀,消化不良和胃灼热),慢性压力和负面情绪有关的所有问题中均得分很低(十分之1),而得分较高(10分钟有9分)关于积极情绪的所有问题。饮用咖啡后,唾液中的α-淀粉酶活性显着提高,仅在摄入后15分钟和30分钟时冷速溶咖啡和过滤后的咖啡之间存在显着差异。不论咖啡类型如何,唾液胃泌素暂时增加,而唾液皮质醇或自我报告的焦虑水平不受影响。但是,在实验期结束时,血压显着升高(但在健康的生理水平内),与咖啡的类型/温度无关。尽管许多研究已经解决了咖啡和咖啡因对心血管和中枢的影响,但Papakonstantinou等人的报告指出。似乎是唯一一项在相同的个体和相同的条件下专门评估它们对整个脑-肠轴影响的研究。因此,证明了在非压力条件下的急性咖啡摄入与胃肠道症状无关,但激活了交感神经系统,与唾液中的α-淀粉酶和血压升高有关,但与唾液皮质醇无关,这被认为是由于可能是咖啡的抗应激作用[199],可能是咖啡因以外的其他咖啡化合物造成的。因此,重要的是,不仅要研究咖啡,还要研究其成分对脑肠轴的影响。图4.咖啡化合物对脑肠轴的影响。缩写:CGA,绿原酸; GABA,γ-氨基丁酸。 4.1.咖啡因咖啡因是咖啡中发现的主要精神活性化合物(表1)。它是从饮食中摄取并吸收到血液中,刺激交感神经系统活动,并容易穿过血脑屏障(BBB),对中枢神经系统(CNS)也具有刺激作用[196,200]。咖啡因通过调节不同的神经元途径对中枢神经系统有影响。因此,在动物和人体研究中,都发现咖啡因暴露后多巴胺能系统发生了变化[201]。不同的研究表明,咖啡因会增加细胞外多巴胺的浓度[202],以及多巴胺能受体和转运蛋白的表达[203],从而导致认知功能障碍和注意力的改善[204]。此外,据报道,咖啡因能够抵抗多巴胺能神经元的丧失,在动物模型中诱导神经保护并减轻神经系统疾病[205],这在PD的背景下可能特别有用。(见下文)。然而,精神分裂症和成瘾中的多巴胺能活性增加。因此,在这些患者中也必须考虑咖啡和咖啡因的作用。重要的是,由于不同的原因,精神分裂症患者的咖啡和咖啡因摄入量相对较高,包括缓解无聊和冷漠的意愿或抗精神病药物的副作用,如镇静或口干[206]。通常,建议这些患者减少咖啡消耗量[207]。另一方面,据报道咖啡因和谷氨酸能信号传导之间可能存在相互作用。长期摄入咖啡因可减轻成年雄性C57BL / 6小鼠的胚细胞诱导的记忆障碍,这与在损伤的不同阶段对谷氨酸兴奋性毒性,炎症,星形胶质增生和神经元丢失的神经保护作用相关[208]。此外,摄入咖啡因还可以减少海马中谷氨酸能神经末梢的丧失,从而恢复糖尿病引起的小鼠记忆功能障碍[209]。此外,发现咖啡因会降低γ-氨基丁酸(GABA)能量系统的活性并调节GABA受体,从而导致神经行为效果[201]。长期摄入咖啡因可能与GABA的长期减少有关[210]。最后,Jee等人的最新评论。 (2020)指出,咖啡因的摄入对男性和女性都有不同的神经和精神病学影响[211],突出了评估性别对咖啡及其成分对脑肠轴影响的影响的重要性。特别是,作者表明,摄入咖啡因可降低女性中风,痴呆和抑郁症以及男性PD的风险。然而,咖啡因对男性和女性青少年都有增加睡眠障碍和焦虑增加有负面影响[211]。4.2.多酚类咖啡也是CGA(表1)的来源,CGA是一种羟基肉桂酸,具有抗氧化、抗菌和抗炎等促进健康的作用[212]。大多数摄入的CGA被水解为CA和奎宁酸,并被肠道微生物群进一步代谢为各种芳香酸代谢物[213]。关于CGA及其代谢物穿越血脑屏障的能力存在争议[214215]。然而,由于其抗氧化和抗炎特性而产生的神经保护作用之前已经被描述过[215]。正如咖啡因所提到的,CA和CGA是具有抗氧化特性和对多巴胺能神经毒性具有神经保护作用的咖啡成分[216,217],已被认为是降低与咖啡消费有关的PD风险的基础[218,219]。有趣的是,PD的主要症状之一是便秘,似乎在PD运动症状出现前10-20年已经出现[220],较低的排便频率预示着未来的PD危机[221]。此外,PD患者和动物模型中会发生神经变性,有力的证据表明PD可从ENS开始并通过迷走神经从那里扩散到CNS [222,223]。在最近的报告中,在鱼藤酮诱导的PD小鼠模型中测试了CA或CGA [224]。在该模型中,将小鼠皮下植入一个渗透微型泵,以2.5mg/kg /天的剂量给予鱼藤酮(相当于通过农药暴露于鱼藤酮的环境水平),持续4周。从鱼藤酮暴露前的第一个星期开始,直至暴露结束,每周5天施用CA(30mg/ kg/天)或CGA(50 g/ kg /天)。处死后评估治疗对中枢多巴胺能和肠神经元的作用,并在鱼藤酮治疗结束后1天进行治疗。此外,将大鼠肠神经元和胶质细胞的培养物暴露于鱼藤酮(1-5nM)或不暴露于CA(10或25 µM)或CGA(25 µM)。值得注意的是,除了对与PD相关的中心结构和细胞(即,黑色素多巴胺能神经元)产生有益影响外,和星形胶质细胞),这证明了CA或CGA的施用至少部分地阻止了鱼藤酮诱导的变化,鱼藤酮既影响了治疗小鼠肠肌层神经丛的神经元,也影响了肠神经胶质细胞。重要的是,所有这些作用均在体外复制。确切的机制尚不清楚,但有人建议CA和CGA预处理或CGA预处理可以增强神经胶质细胞的活性,从而响应鱼藤酮的暴露而产生抗氧化分子。尽管所使用的CA和CGA剂量可能比喝咖啡的人每天摄入的CA和CGA剂量高2-5倍,但结果显然令人鼓舞。实际上,作者建议,尽管CA和CGA对胃肠蠕动的影响,也许有可能使用一种以食物为基础的有前途的神经保护治疗策略来改善PD的运动症状和非运动症状,例如便秘。在本报告中未作具体评估[224]。在编写此手稿的最后阶段,Rogulja小组发表了一份报告[225],该报告显示,睡眠的有益效果与肠道健康之间有着关键的联系。他们证明严重的睡眠不足会导致果蝇和小鼠的肠道(而非大脑)中的ROS积累,这与果蝇的死亡有关(睡眠受限的短暂周期无法证明这一点)也在老鼠中)。重要的是,可以通过口服抗氧化剂化合物或通过抗氧化剂酶的肠道靶向转基因表达来预防所有这些作用。许多人使用含咖啡因的咖啡来保持清醒,尽管咖啡因可能有助于失眠[211],但咖啡的抗氧化剂成分(如褪黑素,这是Rogulja和合作者在上述研究中使用的抗氧化剂之一,[225])可能会阻止积聚。避免肠道中的ROS,避免自愿睡眠限制的有害作用。4.3.氨基酸及其衍生激素天然存在于咖啡中的化合物之一是色氨酸(Trp),它是饮食中必须提供的必需氨基酸。色氨酸通过钠依赖性中性氨基酸转运蛋白,钠依赖性中性氨基酸转运蛋白(B0AT-1)吸收,需要通过与血管紧张素转化酶2(ACE2)的相互作用来稳定色氨酸[226]。色氨酸的吸收导致分泌α-防御素,富含半胱氨酸的阳离子肽,对多种细菌和其他微生物具有抗生素活性,从而使饮食中的Trp成为肠道菌群稳态所必需的[227,228]。重要的是,Trp的异常吸收(可能是由于慢性应激期间ACE2的细胞表面下调所致[229]或被严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)[230]感染)导致的表现结肠炎,例如腹泻[231]。这种氨基酸对于维生素B3(烟酸)的合成也是必不可少的,这种维生素的缺乏会导致糙皮病,这种疾病的特征在于腹泻,炎症和蛋白质营养不良,并伴有皮肤和中枢神经系统表现[232]。重要的是,最近的研究还表明,烟酸缺乏症可能与阿尔茨海默氏症,帕金森氏症和亨廷顿氏症有关;认知障碍;或精神分裂症[232]。一旦Trp被消化道吸收并从肠道吸收,它就可以在循环中使用(大部分结合白蛋白)并穿过BBB参与CNS中的5-羟色胺合成[233,234]。血清素是一种神经递质,可调节不同的生理方面,例如行为,学习,食欲和葡萄糖稳态[235]。全身5-羟色胺的百分之五是脑源性的[235],而大多数5-羟色胺(95%)是由胃肠道ECs中的Trp产生的[233]。 EC在胃肠道粘膜中充当感觉转导成分。进食,腔内扩张或传入迷走神经刺激后,EC释放5-羟色胺,其主要靶点是包括迷走神经在内的初级传入神经元的粘膜投射[236]。膳食和外周血清素不能穿过血脑屏障,这意味着与脑源性血清素相比,外周血清素具有不同的功能[235]。外周血清素通过作用于胰腺参与葡萄糖和脂质稳态的调节肝细胞和白色脂肪细胞上的β细胞[235]。血清素也参与内脏疼痛,分泌物的分泌和蠕动反射的调节,并改变在许多不同的精神疾病中也可以检测到这种激素的水平。某些胃肠功能紊乱的症状可能是由于中枢神经系统活性失调,外周水平(肠)失调或通过神经内分泌免疫刺激而两者结合(脑肠轴)引起的。另外,一些研究表明血清素在肝脏中的促纤维化作用,表明它与血小板衍生的生长因子协同作用可刺激肝星状细胞增殖[237]。从大脑中Trp合成的另一种神经递质是褪黑激素[238]。褪黑素在昼夜节律的控制中起着至关重要的作用,它还是一种强大的自由基清除剂和抗氧化剂[239]。咖啡是褪黑激素的来源,但该化合物在人体中的生物利用度较低(约3%)[240],咖啡因可降低内源性夜间褪黑激素水平[238],对睡眠时间和睡眠质量有重要影响[211]。 ]。GABA是CNS的主要抑制性神经递质,通常在许多大脑区域中以高浓度存在。在绿色咖啡豆中也可以找到它(表1)。尽管尚不清楚GABA穿过BBB的能力[241],但其止痛,抗焦虑和降压特性可能是由于对胃肠道受体,循环GABA或一定量的GABA可能通过胃肠道的局部作用所致。 BBB [196,242]。4.4.美拉德反应产物:黑色素膳食纤维和黑色素(后者也称为美拉德化膳食纤维[184])同样存在于咖啡中(表1),并在肠道甚至大脑中具有促进健康的特性。膳食中的黑色素与纤维相似,可以逃避胃肠道的消化,到达结肠,并成为肠道菌群的底物[243]。在肠道中,膳食纤维会增加粪便体积,有助于正常的肠功能和加速肠道运输[244]。不可消化的碳水化合物被微生物群发酵成SCFA,这些代谢物被归因于几种健康影响[196]。奇怪的是,对雄性Tsumura Suzuki肥胖糖尿病(TSOD)小鼠(一种代谢综合征的公认小鼠模型)进行的研究表明,咖啡因和CGA在每天服用这些化合物16周后,改善了血浆SCFA的分布。但是,在这项研究中,咖啡没有任何作用,可能是因为咖啡成分中的膳食纤维含量因品牌而异[245]。SCFA影响胃肠道上皮细胞的完整性,葡萄糖稳态,脂质代谢,食欲调节和免疫功能,并能够穿过血脑屏障[246]。有趣的是,人类研究报告称,膳食纤维可以从SCGs中分离出来,并具有生时作用[247],除了可以促进短期食欲和减少能量消耗[248]。此外,最近对14位健康受试者进行的一项随机交叉研究报告说,早餐时食用的咖啡类黑素减少了每日的能量摄入并调节餐后血糖和其他生物标志物[249]。5.结论咖啡是许多化合物的复杂可变混合物,其作用可能根据其来源,加工,生物利用度以及可能的协同和/或拮抗作用而变化。流行病学研究表明,咖啡冲泡可能对消化道产生多种影响,包括对粘膜的抗氧化剂,抗炎和抗增殖作用以及对肌肉层的促运动作用。但是,与其他人体系统和功能(即心血管系统,CNS)已知的形成鲜明对比的是,迄今为止积累的有关咖啡和特定咖啡衍生化合物对胃肠道整体或胃肠道影响的知识尽管胃肠道是第一个与摄入咖啡接触的身体系统,但事实上,整个器官中的不同器官以及对整个肠道壁中不同细胞类型所发挥的特定作用机制都非常缺乏。 。此外,咖啡及其衍生物对脑-肠轴健康(从情绪到神经变性)的影响直到最近才得到解决。咖啡被公认为是全球最受欢迎的饮料之一,也是交易量最大的产品,每天有数百万人消费咖啡[250]。此外,咖啡厂Coffee sp.。提供的功能远远超过传统饮料,其副产品,包括咖啡花,树叶,果肉,果壳,羊皮纸,生咖啡,银皮和SCG,已成为新功能食品的诱人潜在原料来源[251] 。希望,目前对咖啡和咖啡副产品的浓厚兴趣将有助于获得有力的科学证据,以阐明其在胃肠道中促进健康的特性的作用和作用机理。此外,有针对性的功能性食品可能很快就会开发出来,以专门保护或改善胃肠道和脑肠轴的健康。 作者贡献:概念化,R.A .;写作-原始草稿,A.I.-D.,J.A.U.,M.D.d.C.,R.A .;写作-审查和编辑,R.A。和M.D.d.C .;资金获取,R.A。和M.D.d.C.所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:项目“咖啡行业可持续发展的新知识”由法国国家调查委员会(CSIC)资助(201970E117); “针对结肠直肠癌患者的风险状况和全球福祉的新成分和有益食品的生产(TERATROPH,IDI-20190960)”和“新型咖啡副产品饮料,可实现脑肠轴的最佳健康( COFFEE4BGA)”由科学和创新部(PID2019-111510RB-I00)资助。机构审查委员会声明不适用。知情同意声明不适用。数据可用性声明数据共享不适用。致谢感谢YolandaLópez-Tofiño和Gema Vera在记录X射线图像和整个图像时所提供的技术帮助。利益冲突作者宣称没有利益冲突。缩略语[Ca 2+ ] i细胞内游离Ca 2+5-CQA5-O-咖啡酰奎尼酸ACF异常隐窝灶ACE2血管紧张素转换酶2层次分析法超极化后AKTAP丝氨酸/苏氨酸激酶Akt动作电位资料库蛋白激酶BATF-2激活转录因子2ATF-3激活转录因子3B 0 AT-1BBB钠依赖性中性氨基酸转运蛋白血脑屏障是巴雷特食管认证机构咖啡酸钙2+cAMP环磷酸腺苷单磷酸钙大车可卡因和苯丙胺调节的转录本注册会计师绿原酸CGRP降钙素基因相关肽国际会议钙诱导的钙释放中枢神经系统中枢神经系统COX-2环氧合酶2品质保证咖啡酰奎尼酸CRC大肠癌C反应蛋白C反应蛋白工商管理硕士二甲基苯并蒽DSS葡聚糖硫酸钠欧共体肠嗜铬细胞EGFENS表皮生长因子肠神经系统ERKf-EPSP细胞外信号调节激酶,快速兴奋,突触后电位加巴γ-氨基丁酸格尔德胃食管反流病GSK3βGST糖原合酶激酶3β谷胱甘肽S-转移酶他苏木精/曙红HIF-1缺氧诱导因子1HO-1血红素加氧酶-1HSP 70IARC热休克蛋白70国际癌症研究机构IBD炎症性肠病国际刑事法院卡哈尔间质细胞IKKIkB激酶白介素白介素iNOS诱导型一氧化氮合酶JNKMAPKMcl-1MCP-1c-Jun N-末端激酶促分裂原活化蛋白激酶髓样细胞白血病1甲基接受趋化蛋白-1SAPK应激激活蛋白激酶梅克·明格MAPK / ERK激酶N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍MP肠神经丛ND没有检测到核因子-kβ核因子-kβ氮氧化物一氧化氮合酶没有一氧化氮NR没有报告PAI-1纤溶酶原激活物抑制剂1局部放电帕金森氏病PTENPG磷酸酶和张力蛋白同源前列腺素PhIP2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5- b ]吡啶ROS活性氧RP静息潜力RyRryanodine受体层次分析法超极化缓慢SARS-CoV-2严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2美国足协短链脂肪酸SCG用过的咖啡渣EPS缓慢的兴奋性突触后电位SMP粘膜下丛SPP物质spp。STAT5TNF-R物种信号转导子和转录激活子5肿瘤坏死因子受体坏死因子肿瘤坏死因子TOPK色氨酸淋巴因子激活的杀手t细胞起源的蛋白激酶样蛋白色氨酸UDPUGT1A尿苷二磷酸UDP葡萄糖醛酸转移酶VACHT水泡乙酰胆碱转运蛋白血管内皮生长因子血管内皮生长因子贵宾血管活性肠肽WHO世界卫生组织ZO-1zonulin-1参考文献(可至原文查看)1. 鲁米斯,D。 K.Z. Guyton;格罗斯(Y.劳比-塞克雷坦(B.) El Ghissassi,F。 V. Bouvard;本布拉欣-塔拉(L. N.古哈;马托克,H。 Straif,K.饮用咖啡,伴侣和非常热的饮料的致癌性。柳叶刀·Oncol。 2016,17,877–878。 [CrossRef]2. 格罗索(Grosso)戈多斯,J。 Galvano,F.;Giovannucci,E.L.咖啡,咖啡因和健康结果:《雨伞评论》。年。版本号营养食品2017,37,131–156。 [CrossRef][PubMed]点击:查看咖啡及其成分对胃肠道和脑肠轴的影响(上) 查看更多医学文章 试用免费翻译功能免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mdpi
2021-01-28 18:38:54
1亿年前的新花为2020年带来新鲜的假日之美
俄勒冈州立大学 史蒂夫·伦德伯格缬草。图片来源:俄勒冈州立大学俄勒冈州立大学的研究人员从白垩纪中期发现了一种引人注目的新花种,这是一种雄性标本,其朝阳般的朝阳范围被缅甸琥珀及时冻结了。OSU理学院名誉教授乔治·庞纳尔(George Poinar Jr.)说:“这不是一朵圣诞节花,而是一朵美丽的花,特别是考虑到它是一亿年前存在的森林的一部分,”研究结果发表在《德克萨斯植物研究所杂志》上。Poinar说:“雄花很小,约2毫米宽,但有约50个雄蕊,呈螺旋状排列,花药指向天空” ,利用琥珀中保存的动植物生命形式的国际专家Poinar说。关于遥远的过去的生物学和生态学。雄蕊由花药(花粉产生的头部)和花丝(将花药与花连接的茎)组成。庞纳尔说:“尽管很小,但细节仍然令人惊讶。” “我们的标本可能是植物上簇簇的一部分,簇生着许多相似的花朵,有些甚至是雌花。”新发现有一个蛋形的中空花形杯子-雄蕊从花中发出的那部分;外层由六种花瓣状的成分组成,称为tepals;和两室花药,其花粉囊通过侧向铰接的阀门裂开。 缬草。图片来源:俄勒冈州立大学OSU和美国农业部的Poinar及其合作者将新花命名为Valviloculus pleristaminis。瓦尔瓦(Valva)是折叠门上的叶子的拉丁词,单眼是指隔间,百日草是指许多,而茎则反映了花中数十种雄性性器官。珀纳尔说,这朵花被包裹在古老的冈瓦纳超大陆上的琥珀中,并漂流到从澳大利亚到东南亚约4000英里的大陆板块上。地质学家一直在辩论这片被称为西缅甸街区的土地离开冈瓦纳的路程。一些人认为这是2亿年前。其他人则声称它更像是5亿年前。在缅甸琥珀中发现了许多被子植物花,其中大多数是由Poinar和俄勒冈州立大学的肯顿·钱伯斯(Kenton Chambers)的同事描述的,他们也参与了这项研究。被子植物是具有茎,根和叶的维管植物,卵在花中受精并发育。Poinar说,由于被子植物仅在大约1亿年前进化和多样化,因此在此之前,西缅甸块就不可能从冈瓦纳脱离,这比地质学家所建议的日期要晚得多。 阅读其他文章免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2020-12-30 18:05:12
NMR测量的焙烤时间对咖啡冲泡的感官和化学成分影响 上
焙烤时间对咖啡冲泡的特征、化学影响及DHS等(下和DHS-GC-MSJesper Alstrup1,*,Mikael Agerlin Petersen 2,Flemming Hofmann Larsen 2和MortenMünchow11. CoffeeMind,Hansstedvej 35,丹麦Valby2500;morten@coffee-mind.com2. 哥本哈根大学理学院食品科学系,Rolighedsvej 26,1958年,丹麦腓特烈斯贝格C;3. map@food.ku.dk(硕士); qcpmg1968@gmail.com(F.H.L.) * 通讯:jesper@coffee-mind.com 收到:2020年10月19日;接受:2020年12月1日;发布时间:2020年12月3日 摘要:特种咖啡行业正在发展,因此,人们对调制烘焙配置文件以向客户提供新的和多样化的感官体验的兴趣日益浓厚。本研究调查了咖啡烘焙过程“开发时间”阶段中细微变化的化学和感官效果。通过感觉描述分析(DA),气相色谱-质谱(GC-MS)和核磁共振(NMR)研究了四种烘烤曲线。多变量分析显示DA,GC-MS和NMR数据的清晰分离。延长的开发时间促进了咖啡化学和感官特性的统计上显着变化。研究结果表明,较短的显影时间可增加咖啡的果味,甜味和酸性特征,而较长的显影时间则会使咖啡的平衡朝着更加烘烤,坚果和苦的方向发展。结果提供了支持微妙的烘烤轮廓调制效果的证据。这为将开发时间作为关键控制参数纳入特种咖啡协会的认证系统,质量控制和产品开发策略奠定了坚实的基础。 关键词:咖啡烘焙;特色咖啡;烘烤概况开发时间;咖啡化学;感官评估1. 介绍 在过去的几年中,对特色咖啡的兴趣一直在稳定增长,一些较小的咖啡馆和咖啡烘焙店正在进入市场[1]。越来越多的知名度导致人们专注于在生产链的每个步骤(包括烘烤过程)中优化质量。咖啡豆的烘焙对于赋予最重要的风味特征至关重要,这是复杂的化学反应和咖啡豆物理结构变化的结果[2]。烘焙配置文件设计中注重细节是开发多样化和独特感官体验的必要条件,这在特种咖啡市场中是非常需要的[3]。烘焙过程中存在无限的可能性,并且烘焙的各种时间-温度关系可能会导致咖啡冲泡的最终风味发生明显变化。该行业当前的趋势是围绕咖啡的轻烤,以突显咖啡固有的感官特性,例如风土。这自然会降低对烤制程度的注意力,并将焦点转移到其他变量,例如在不同阶段以最佳方式对过程进行计时。烤制轮廓设计中最基本的概念之一是“开发时间”,即重要性。 其中已经在作者的先前工作中显示[4]。此阶段的定义是从“第一裂纹”处的豆子释放蒸汽压力的爆裂声到烘烤终止点的时间跨度。由于烘焙过程中释放出蒸汽,因此咖啡豆材料在烘烤过程的这一阶段特别容易受热。这会使豆类材料变干,从而使褐变反应发生得更快,从豆类材料的表面移动到中心[5]。因此,控制烘烤过程的这一阶段成为开发优质品尝产品的关键部分。但是,这一概念在学术文献中仍然被忽略。自称的烘焙专家教授了有关各种时间调整的风味影响的几种理论,并为社区所普遍接受。仍需要建立足够的证据基础,以为行业内的专业人员和教育系统提供支持。化学反应动力学的基本规则是,较高的温度会增加反应速率[6],这是焙烧炉用来控制焙烧过程的原理。通过变化的时间-温度关系可以达到相似的烘烤度,但是,据作者所知,以前没有研究隔离出特定相位调制的影响,例如显影时间。典型的烘焙研究已经研究了在烘焙过程中应用不同的设定时间-温度关系来改变杯子中的化学成分和潜在风味的效果[7-11]。以y温度指定x时间的等温条件的方法可以实现一种清晰而系统的样品开发方法,但可能会冒着过度简化烘焙过程的风险,这与特种咖啡烘焙机的实际工作相去甚远。通常,烘焙主从接近燃烧器(热源)的最大功率输出开始烘焙,然后逐步降低功率输出,以随着烘焙的进行减慢褐变反应的速度。研究方法和焙烧炉实际工作之间的巨大分歧可能会降低科学研究在适用于特种咖啡焙烧炉工作方面的相关性。因此,本研究专门针对开发时间调制,与整体开发相比,调制时间似乎对风味开发具有更高的影响烘烤时间[4]。本研究旨在通过调查调制“烘烤时间”如何影响咖啡冲泡的感官特征和化学成分来研究特种咖啡行业及其实践,如通过核磁共振(NMR)和动态顶空进样与气体结合测量色谱-质谱(DHS-GC-MS)。关于精细调制的影响的知识,就化学化合物的形成以及饮料的感知风味的变化而言,是特种咖啡行业的主要兴趣所在。这项研究需要提供证据,以使烘焙师对其工艺具有必要的信心,并为特种咖啡行业的产品开发,质量控制程序和教育系统提供坚实的研究基础。2. 材料和方法2.1. 咖啡样品制备CoffeeMind Aps通过Kontra Coffee A /S 提供了未经烘焙的生咖啡样品。这些豆类来自哥伦比亚(Juan Guillermo Henao,Marsella),100%阿拉伯咖啡,并通过“水洗”方法进行了加工。生长高度在海拔1200–1800 m处,并且豆类的水分含量为10%,密度为880 g / L(SINAR 6070 Grainpro),并且豆类的筛网尺寸为17。在Probat Probatino上进行样品烘烤(Probat-Werke,莱茵河畔的Emmerich,德国)1公斤鼓式烘烤机。使用Cropster©焙烧软件(Cropster®,萨克拉门托,CA,美国)同时记录焙烧概况数据。使用Javalytics在Agtron中测量最终的烘烤颜色®模型JAV-RDA-D(麦迪逊仪器公司,美国威斯康星州米德尔顿)进行了三次精细复制研磨咖啡。烘焙配置文件专门针对“开发时间”调制,即从“第一次破解”到烘焙终止的不同烘焙速度。烘烤的初始阶段,直至出现第一个裂纹,并且所有样品的烘烤度在所有烘烤之间都相似,因此将“显影时间”隔离为轮廓之间的唯一差异。 图1说明了四个烘烤曲线的时间-温度关系。第一次烘烤大约在570 s发生。超过此点的曲线斜率是本研究和烤制轮廓开发的重点。因此,调制的确很细微,尽管第一次破裂后的烘烤时间差异很大,但烤豆在外观上看起来是相同的。这四个曲线表示在给定的烘烤度下,从最快到最慢的潜在开发时间调制的频谱。图1.研究中包括的烘烤曲线。该图说明了“快速”,“中等”,“缓慢”和“烘焙”的时间-温度条件。第一次烘烤大约在570 s时出现。 可以用多种方法来定义烘烤程度,包括减少豆的重量,颜色或选择的化学指示剂[12-15]。这项研究测量了最终豆色所指示的烘烤程度,以说明各种时间-温度关系。本研究选择Agtron 76±1的“中等”烘烤度。烘烤之间的颜色偏差被最小化,因为先前已经证明烘烤颜色对风味有显着影响[16]。偏差为1,这对应于Javalytics®颜色分析仪的固有变化。尽管烘烤持续时间有很大差异,但仍需调整每个烘烤的最终温度,以保持相同的烘烤程度。先前其他作者已经描述了烤色显影的详细动力学[17]。对于本研究,快速烘烤在204.1°C下结束,中度在201.2°C下结束,慢速在198.4°C下结束并在191.1°C烘烤。在进行感官评估之前一周,就生产了烘焙咖啡样品。指的是特定样品的显影时间,这些样品分别命名为Fast,Medium,Slow和Baked。 “烘焙”是指咖啡中常见的一种烘焙缺陷,即第一次破裂后的时间急剧延长,温度几乎没有升高甚至没有升高[16]。开发时间的范围从“快速”配置文件中的90到“烘焙”配置文件中的390 s。中度和慢速烘烤的开发时间分别为143和266 s。 2.2. 感官评估 2.2.1. 酿造同时冲泡这四个咖啡样品,以确保饮料温度相似。冲泡程序遵循美国特种咖啡协会(SCAA)的标准,即在95℃下将5.5 g咖啡加100mL水[18]。咖啡在1.5升隔热的Bodum®Steel法国压力机(Bodum®,Triengen,瑞士)中调制,然后分装在杯子中,以确保在感官评估中三个重复样本之间具有相似性。同时将所有需要的咖啡研磨并混合,以防止对单个份量的潜在缺陷豆产生任何影响。总共向法国压榨机中添加了75克(±0.5克)研磨咖啡,以及1350克(±5克)95℃的水。将啤酒浸泡3:30分钟,然后将其搅拌10次,脱脂,最后,在4:00分钟按下柱塞。然后将冲泡的啤酒转移到热水瓶中,然后倒入评估表上的三位数编码杯子中。当咖啡冷却至55℃时就开始了评估,尽管消费者倾向于将消耗温度提高到60℃以上[19,20]。从较低的温度开始降低了烫伤的风险,并且已被证明可以在较高的温度下在微妙的风味和强烈冲击的烧烤风味之间提供更好的平衡[21]。2.2.2. 小组评估在奥斯陆举行的2017年北欧焙烧炉论坛上,招募了46位经验丰富的咖啡品尝师作为参与者。按照良好的感官规范[22]进行描述性感官分析,以评估预定义描述符的强度。这些是根据CoffeeMindAps未发布的结果以及咖啡专业人士熟悉的一般熟悉的概念选择的。评估票包括甜度,酸度,苦味,身体,涩味,烤,坚果+巧克力,水果+浆果和清洁杯。进行了简短的校准会议,以使基本口味,口感和香气的概念保持一致。向参与者介绍了每个描述符和参考资料的定义,以促进评估人员之间通用的词汇表和描述符的理解。有关详细信息,请参阅附录A。尽管参与者以前曾有过评估表的经验,但还是简要介绍了15分制量表的使用。参与者不知情,只给出了有关如何进行评估的必要信息。评估是以传统的“杯形”形式进行的,评估人员将少量给定的样品放在杯形勺子上,迅速将咖啡制成浆状以充气,最后在评估表上注明感知到的风味。将评估者分为六组,并为每组建立拔罐表,将所有3位数字编码的样本一式三份。测试现场被隔离,以防止来自准备区域的干扰并确保参与者的视线。提供去皮黄瓜,白色吐司面包和室温水形式的味觉清洁剂。评估表是通过数字方式创建的,以使评估者可以通过其智能手机执行评估。说明包括按照个人随机分配的顺序,不与其他小组成员互动,使用上颚清洁剂,并且仅用拔罐勺中的2–3口品尝每个杯子一次。感官数据的统计分析是在RStudio V1.1.463和PanelCheck V1.4.2中进行的。进行了方差分析(ANOVA),以调查样品之间感官属性的显着差异。进行了Tukey的事后测试,以调查其中哪些样本之间存在显着差异。2.2.3.核磁共振方法通过将250µL咖啡冲泡液与250 µL磷酸盐缓冲液(离子强度200mM; pH 3.55)和55µL含D2O的溶液混合,在5mm(外径)NMR管中制备用于NMR分析的样品。5.8毫米TSP-d4。根据第2.2.1节中所述的方案制备咖啡冲泡剂。核磁共振分析是使用Bruker AvanceDRX 500(11.7T)光谱仪(德国莱茵施泰滕)在Larmor频率为500.13MHz的条件下运行1H,采用双调谐反向检测BBI探针进行的。使用zgcppr脉冲序列[23]在298K下进行一维1HNMR实验。对于每个样品,使用5s的循环延迟,10,000 Hz的光谱宽度和1.63s的采集时间记录一次由128次扫描组成的测量。所有光谱均以0.0 ppm的TSP-d4参比1小时。所有1DNMR光谱均在Topspin4.0中进行处理。使用内部Matlab(版本8.3.0.532,美国马萨诸塞州内蒂克市的MathWorks®)程序以及先前对咖啡的研究发现的结果,确定各种分析物的浓度[24,25]。2.4. 动态顶空采样和GC-MS方法按照第2.2.1节中所述的方法制备咖啡,并在冲泡机上进行动态顶空采样(DHS)。对冲煮的咖啡而不是干燥的咖啡进行香气采样是为了提高DHS-GC-MS和感官评估结果比较的有效性。进行了DHS的三个重复。将20 mL准备好的咖啡转移到100 mL气体洗涤瓶中,然后加入1 mL 4-甲基-1-戊醇的5 ppm水溶液作为内标。将烧瓶放在37℃的循环水浴中,并在磁力搅拌(200 rpm)下用氮气(100 mL min-1)吹扫20分钟。在含有200 mg Tenax-TA(网眼大小为60/80,Markes International,Llantrisant,英国)的阱中收集挥发物。吹扫后,用干燥的氮气流(100 mL min-1持续10 min)从阱中除去水。使用自动热脱附装置(TurboMatrix 350,Perkin Elmer,Shelton,CT,USA)使捕获的挥发物脱附。通过将捕集阱加热至250℃,并用载气流(50 mL min-1)进行15.0min进行初步脱附。汽提的挥发物被捕集在Tenax TA冷阱(30 mg,保持在5℃)中,然后在300℃加热4分钟(二次解吸,出口分配比为1:10)。这样就可以通过加热(225°C)将挥发物快速转移到GC-MS(7890A GC与带有三轴检测器的5975C VL MSD接口的三轴检测器,来自安捷伦科技公司,帕洛阿尔托,美国加利福尼亚州圣塔克拉拉)线。挥发物的分离在ZB-Wax毛细管柱上进行(长30 m,内径0.25 mm,膜厚0.50 µm)。使用氢气作为载气,色谱柱压力保持恒定在2.3 psi,导致初始流速为1.4 mL min-1。柱温程序为:30℃下10分钟,8℃min-1下从30℃到240℃,最后在240℃下5分钟。质量光谱仪在70 eV的电子电离模式下运行。扫描了15到300之间的质荷比。使用基于PARAFAC2的软件PARADISe(哥本哈根大学,哥本哈根,丹麦)从色谱图中提取峰面积和质谱,并使用NIST05数据库鉴定质谱。峰面积除以内标物的面积用作浓度的相对量度。通过与真实参考化合物的保留指数(RI)或文献中报道的保留指数进行比较,可以确认挥发性化合物的鉴定。DHS-GC-MS数据的统计分析在JMP14.0.0(美国北卡罗来纳州卡里的SAS Institute Inc.)中进行。对确定的峰进行单向方差分析,以研究化合物在样品之间是否存在显着差异。进行了Tukey的事后测试,以调查其中哪些样本之间存在显着差异。3. 结果3.1. 感官评估总共完成了46次完全答复。表1列出了每个描述符的平均强度等级,ANOVAp值和Tukey的测试结果。评估结果显示,开发时间对除Body之外的每个描述符具有统计学上显着(p <0.001)的影响。表1.每个描述符和样本的平均感官评估得分概述。 方差分析假定值报告在右栏中。 图基的事后分析的结果以字母表示。不同的字母表示样品之间的显着差异。 “快速”样本的“酸度”,“水果+浆果”和“清洁杯”属性在统计上得分高得多。从统计学上讲,“慢”和“烘焙”的开发时间越长,其对涩味,苦味,坚果+巧克力和烤味的认识就越明显。发现在较短的开发时间内,甜度最高。考虑到细微的调制和相同的烘烤度,差异是巨大的。 在几个描述子之间观察到高度的协方差,表明通过调节烘烤过程中的显影时间对风味产生一维影响。应该质疑专家组是否能够区分看起来高度相关的某些描述符,即逻辑错误[26],或者属性是否确实以相同的方式进行调制。但是,这些效果在某种程度上是可以预料的,因为烘烤曲线的显影时间调制自然是一维参数。正如特种咖啡行业中普遍认为的那样,身体似乎不会随开发时间而变化。身体是专业人士描述咖啡的感官印象时使用的核心概念之一,特别是在烘烤轮廓方面。本研究定义了身体的概念,并提供了参考资料(附录A)以促进参与者的词汇发展和校准,但在评估中未发现差异。长期以来,人们一直推测身体如何通过烘烤曲线进行调制[27],但是目前的发现表明,发育时间对调制感官属性没有影响。尽管在面板上为词汇发展做出了努力,但描述符的难解性很可能导致难以找到显着差异。如CoffeeMind的内部研究所表明的那样,个人对身体的理解在行业中很普遍,这会导致感觉评估上的复杂性。缺乏对齐方式有望反映为数据的不一致性,这在其他描述符中也已发现[28]。当前特种咖啡的趋势强调了咖啡中高水平的酸度和果味的发展,这受到“快速”烘焙的青睐。有趣的是,由于从咖啡豆表面到中心的焙烧程度在理论上更为明显,因此传统上将极快的焙烧视为焙烧缺陷。相比之下,烤制烤制似乎具有类似于深色烤制的特征。这些通常会增加苦味,伴有烤焦甚至烧焦的味道[7]。3.2. 核磁共振NMR研究表明,咖啡调制的化学成分发生了实质性变化,这是由于调制了烘烤时间造成的。在四个样品中鉴定出十二种不同的化合物。鉴定出的化合物存在于所有四个样品中,但浓度存在显着差异。表2列出了四种咖啡样品中鉴定出的化合物及其变化。通常,“快速”分析物的总浓度较高在“烘焙”中最低,最低。鉴定出的酸显示浓度普遍下降,且显影时间延长。 表2.在通过不同焙烧曲线制备的咖啡样品的1H NMR光谱中观察到的分析物浓度(mM,不确定度+/- 0.02mM)。在NMR光谱中未发现碳水化合物,这是由于在其他化合物的3-6ppm光谱区域中出现了非常强烈的峰。检查光谱范围为4.3-5.5 ppm(碳水化合物中的异头质子的峰的区域)中未分配的峰,得出的结论是,任何碳水化合物的浓度均低于0.5 mM。3.3. DHS-GC–MS通过动态顶空进样与气相色谱-质谱联用(DHS-GC-MS)来测量显影时间调制对香气化合物的影响。从色谱图中可以提取质谱图和146个峰的面积。初步方差分析(ANOVA)表明,咖啡样品中的49个峰的水平存在明显差异,其中39个峰的保留指数可确认其同一性。表3汇总了这些化合物。其他主要气味可以识别出多少咖啡,但由于样品之间的差异不大,因此未包含在表格中。因此,该表仅包括有关特定显影时间调制的目标香气。 “快速”和“烘焙”样品的化学成分差异最大,而“中等”和“慢速”样品之间的差异很小。通常,更快的烘烤到达较高温度的顶部空间中的挥发物含量更高,这与作者将咖啡豆置于等温条件下一致[17]。下一节将更深入地描述这些差异。 表3.在动态顶空进样(DHS)-GC-MS分析中鉴定出的化合物的选择。表格中仅包含样品之间的平均相对峰面积有明显变化的化合物。Tukey事后分析的结果以字母表示。不同的字母表示样品之间的显着差异。(1)图书馆价值来自2019年Bethesda国立卫生研究院PubChem。 3.4. 感官和工具变量之间的相关性使用分析软件LatentiX 2.12版(LatentiX,腓特烈堡,丹麦)进行多变量分析。使用完全交叉验证创建了基于NMR和GC-MS数据(X,自动缩放)和感官数据(Y)的偏最小二乘(PLS)模型,以研究感官属性与化合物之间的相关性。前两个分量足以解释85%的方差。大部分变化是由成分1(76%)解释的,该成分沿x轴产生了清晰的分离,如图2的Bi图所示。“烘焙”和“快速”,对应于烘焙配置文件的极端值。 “慢”具有“烘焙”样本的特征,而“中”和“快速”具有细微差异,但相关性很高。 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:MDPI
2020-12-28 18:06:18
焙烤时间对咖啡冲泡的特征、化学影响及DHS等(下
上部分文章点击: NMR测量的焙烤时间对咖啡冲泡的感官和化学成分影响 (上3.4. 感官和工具变量之间的相关性使用分析软件LatentiX 2.12版(LatentiX,腓特烈堡,丹麦)进行多变量分析。使用完全交叉验证创建了基于NMR和GC-MS数据(X,自动缩放)和感官数据(Y)的偏最小二乘(PLS)模型,以研究感官属性与化合物之间的相关性。前两个分量足以解释85%的方差。大部分变化是由成分1(76%)解释的,该成分沿x轴产生了清晰的分离,如图2的Bi图所示。“烘焙”和“快速”,对应于烘焙配置文件的极端值。 “慢”具有“烘焙”样本的特征,而“中”和“快速”具有细微差异,但相关性很高。图2.具有NMR和GC-MS数据(x)和感觉数据(y)的PLS模型Bi图。 PLS模型清楚地分离了NMR和GC-MS数据,预测了分别表征“快速”和“烘焙”烘烤的感官属性。因此,发现了两组主要的化合物用于相应的两组感觉属性。这些列于表4。表4.显影时间调制对咖啡样品的感官特征和化学特性的影响。所提供的化合物在给定的样品中占主导地位,在其他样品中也可能以较低的量发现。
2020-12-30 18:00:06
两种苹果品种角质的结构研究:金冠和红冠
来源于:MDPI国家理工学院-CNMN,墨西哥城萨卡特科上校Adolfo López Mateos专业单位,墨西哥CDMX CP 07738; darrieta@ipn.mx(D.A.-B.); mpereaf@ipn.mx(M.d.J.P.F.); jmendezm@ipn.mx(J.V.M.-M.);hfmendoza@ipn.mx(H.F.M.L.)收到:2020年11月30日;接受:2020年12月14日;发布时间:2020年12月16日 摘要:角质层是几乎所有主要的空中植物器官中都存在的保护性表皮屏障,其组成因植物种类而异。作为苹果皮的一部分,表皮蜡和表皮蜡对供人类食用的新鲜水果的皮肤外观和品质特性具有重要作用。通过酶法获得了两个苹果品种“金冠”和“红冠”中角质的具体组成和结构特征,并通过交叉极化魔角旋转核磁共振(CP-MAS13C NMR)进行了研究。全反射红外光谱(ATR-FTIR)和质谱,并通过专门的显微镜技术(原子力显微镜(AFM),共聚焦激光扫描显微镜(CLMS)和扫描电子显微镜(SEM))进行形态表征。根据CP-MAS 13C NMR和ATR-FTIR分析,两个品种的角质均主要由脂肪族组成,并且它们之间显示出很小的差异。通过质谱分析水解角质分析证实了这一点,其中9,10,18-三羟基-十八烷酸; 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六碳烯酸(10,16-DHPA); 9,10-环氧-12-十八烯酸;分离出的主要单体是9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸。所获得的角质中多糖和酚类的含量较低,可能与这种生物复合材料的低弹性行为以及苹果角质表面上存在裂纹有关。这些裂纹在金苹果中的平均深度为1.57 µm±0.57,在红苹果中的平均深度为1.77 µm±0.64。这项工作获得的结果可能有助于更好地理解苹果果实表皮的机械性能主要与角质的特定脂肪族成分有关,并有助于更好地研究微裂纹的形成,而微裂纹是赤褐色形成的重要症状。 关键词:角质;表皮;家蝇CPMAS 13 C NMR;原子力显微镜CLMS;扫描电镜1.介绍墨西哥的苹果产量在2019年接近67.9万吨,高于2018年的54.7万吨[1]。通常,墨西哥的新鲜苹果产量被其消费量所赶超,墨西哥苹果的出口几乎停滞,奇瓦瓦州是主要出口国,主要出口到美国(627吨)和伯利兹(22吨),在最近两年[2]。苹果和其他水果一样,例如橘子,柠檬,葡萄柚,草莓等,都被连续的细胞外角质层覆盖[3-5]。这种表皮可以保护苹果免受环境压力 例如风,温度,化学物质和干旱,不仅附着在树上,而且在储存过程中也是如此。先前的研究表明,表皮对这些阻隔性能的贡献最大。没有它,苹果很容易感染霉菌。物理伤害;尤其是水分损失[6,7]。植物角质层是由角质聚合物制成的基于脂质的复杂生物复合物,并被称为“蜡”的非聚合表皮脂质填充[8](方案1)。先前的报告显示,家蝇属水果中的蜡成分可能包含烃,醇,醛,脂肪酸,二醇,酯,B-二酮,萜类化合物和酚类化合物。这些表皮蜡的重要性先前已有报道。方案1.水果表皮的示意图组织。 角质素主要由羟基和环氧羟基C16和C18脂肪酸和甘油组成,但其组成因植物种类,发育阶段[3,9,10],器官和环境胁迫[11,12]而异。角质成分的这种变化影响角质层的结构和性质。例如,角质成分的变化与植物对病原体多角形[Erysiphe polyi] [13]和灰葡萄孢[Botrytis cinerea] [14]的抗性相关。一些化学物质的共价键合可能涉及特定的含环氧基的角质单体[15],角质组成也与角质层的机械性能有关[16]。实际上,羟基可以增强角质基质的亲水性,从而具有更高的弹性[17]。最后,角质单体组成决定了羟基含量,从而影响通过聚酯键的交联[18,19]。不同的研究表明,苹果表皮中早期存在微裂纹在生长季节,它们会变大,并在季节结束时在表面形成网络[6,20,21]。裂纹的存在使苹果果实容易出现表面紊乱,例如赤褐色或皮肤斑点,从而导致经济损失[22-24]。这些疾病与包括蜡组成在内的不同因素有关[6,24,25]。但是,我们认为,对角质成分的更好了解将为角质层的超微结构和力学性能提供更多的知识。在这项工作中,通过CPMAS 13C NMR,ATR-FTIR和MS获得了来自两个苹果品种的两个角质,分别是“金黄色的美味”和“红色的”。根据这些分析,两种苹果角质素均主要由脂族成分组成,其中主要单体为9,10,18-三羟基十八烷酸; 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六碳烯酸(10,16-DHPA);9,10-环氧-12-十八烯酸;和9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸。这些角质中多糖含量低,很容易形成通过CLMS,AFM和SEM观察和分析的微裂纹。 2.结果与讨论 2.1.交叉极化魔术角自旋13 C核磁共振(CPMAS 13C NMR)和衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对“金冠”和“红冠”苹果角质的分析根据报道的酶处理方法分离苹果角质[26],并通过CPMAS 13CNMR和ATR-FTIR进行分析。对于这两个苹果品种(图1 –金色和图1 –红色),主要的共振分配如下[27]:散装亚甲基(20–40 ppm),是最突出的峰。较小的峰归属于氧化的脂肪族碳(55-85 ppm);芳烃和烯烃(105-155 ppm);和羰基(173ppm)。除了这些信号组以外,还可以分配那些属于碳水化合物部分的信号(即使在碳原子数为60时为C6,70-75 ppm时为C2,3,5,83 ppm时为C4,105 ppm时为C1)。比例很小。两个角质中均存在56和64 ppm的峰。这些峰归属于环氧环氧长链脂肪酸(参见补充材料S1-S4)。 图1.来自“金冠”和“红冠”苹果的角质的交叉极化魔角旋转核磁共振(CPMAS 13C NMR)光谱。除了分配的碳水化合物峰外,还检测到环氧化合物,因为它们的信号在δ56和64ppm处。 ATR-FTIR光谱学已被用于原位表征分离的角质的功能化学基团及其在表皮水平与外源性化学物质的相互作用[28,29]。 ATR FT-IR分析“金色美味”和“红色美味”苹果角质素(分别为图2,金色和红色)显示3365cm-1左右的宽带与多糖级分和残留的羧酸,以及2918和2849cm-1处的强带,归因于CH2的不对称和对称拉伸振动,并伴随着大约1468、1313和725 cm-1处的相应弯曲振动。2.2.苹果角质碱水解(KOH / MeOH)产品的直接注射电喷雾质谱(DIESI-MS)分析为了完成对“金冠”和“红冠”苹果角质素的研究,通过分析这种重要生物聚合物中存在的主要单体进行了碱水解。在两种情况下,约95%的表皮材料都被水解。碱性的可溶性产品通过负离子模式的直接注射电喷雾电离质谱(DIESI-MS)分析水解(见补充材料S5),通过ms / ms分析鉴定的化合物见表1。 图2.来自“金黄色美味”和“红色美味”苹果的角质的衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)光谱。 [M-H]-精确:精确的分子量,[M-H] -obs:观察到的分子量,%RA:相对面积%。误差[ppm]:所选峰的测量质量与理论质量之间的偏差的绝对值,以[ppm]为单位。 鉴定出的化合物存在于两种角质中,差异很小。在两个角质中鉴定出的主要成分是9,10,18-三羟基十八烷酸; 10,20-二羟基二十烷酸;和10,16-二羟基十六烷酸(10,16-DHPA)。 10,16-DHPA是在不同的角质中鉴定出的最重要的C16链烷酸之一,例如番茄,柑橘角质层和青椒[30]。在“金色美味”(分别为10.2和4.8%)和“红色美味”中,另外两个重要的单体被鉴定为9,10-环氧-12-十八烯酸和9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸苹果角质(分别为8.26和4.18%)。 这两种环氧化合物,以及9,10,18-三羟基-12-十八碳烯酸和9,10,18-三羟基-十八碳烯酸,也可以在随后的角质中检测到亚油酸的氧化反应后得到。角质素中C16长链酸占主导地位,这很普遍,并且与以前的角质素报道一致[30]。但是,重要的是要强调这些角质苹果中45%的主要单体中的大多数是C18酸。这些C16和C18单体的存在可能是在ATR-FTIR光谱中在1100 cm-1处检测到宽带酯化的原因。质谱分析未在“金冠”和“红冠”苹果角质中检测到芳香族化合物和碳水化合物,这可能是因为它们的含量较低和/或极性较高,这与NMR分析相符。2.3.苹果角质的共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)CLSM已成功用于植物组织的表皮研究,因为在分析过程中,由于完全没有进行样品的预处理或物理切片,因此细胞保持不变[31]。在这项工作中,CLSM分析了从两个苹果品种“黄金美味”和“红色美味”获得的角质。直接分析没有人工染色或物理切片的样品,由于其自身荧光,可以观察到大多数结构。实际上,在AFM和SEM分析中使用了相同的样品,以更好地比较结构。苹果角质的外表面结构可视化为覆盖有微裂纹网络的光滑表面,这与其他研究的发现一致。这些微裂纹似乎是由四个或更多单元格划定的组,这些单元不一定与肋条相对应(在内表面中观察到)(图3)。图3.共焦激光扫描显微镜(CLSM)显微照片来自“金黄色的美味”((A)外表面和(B)内表面)和“红色”((C)外表面和(D)内表面)苹果的角质。 从图3可以看出,对两个面的完整分析表明,即使在表面上观察到不同的裂缝,它们似乎也无法完全穿透角质层结构。2.4. 苹果角质层的原子力显微镜(AFM)通过AFM分析了苹果角质的地形(图4)。对于“金黄色美味”苹果角质膜,其外表面的粗糙度值为Ra = 533.5±44.5 nm和Rq =689±45.2 nm,内表面的粗糙度值为Ra = 1844±69.2 nm和Rq = 2310±79.1 nm,表明内表面的粗糙度较高;这是因为在内侧表面以角质构型形成的肋。在“红色美味”苹果角质中,外表面的粗糙度值为Ra= 390±44.5nm和Rq= 486±49.4nm,内表面的粗糙度值为Ra=1237±103nm Rq=1514±88.3nm。与“黄金美味”角质苹果的尺寸类似,内表面最粗糙。而且,可以从两个苹果的粗糙度测量中观察到品种认为,“金美味”角质苹果的外表面最粗糙,而与内表面相反,“红色美味”角质苹果的粗糙度更高。除了粗糙度差异外,内部和外部之间的形貌差异可以观察到两个品种的面孔(图4)。在外面,像胰岛这样的结构可以观察到裂缝,并且在内表面也可以观察到胰岛。但是,胰岛由类似于壁的加厚肋来界定。在两个角质苹果品种内表面的肋骨上进行的测量表明,“金黄色可口”角质苹果的高度为3.4±0.7 µm,宽度为10.7±2.9μm,对于“红色可口”而言角质苹果,排骨的高度是7.8 ±2.7 µm,宽度为16.4±5.1 µm。通过这些测量,在“红色美味”角质苹果中,肋骨的高度和宽度更大。这些观察结果与CLMS和SEM分析得出的结果一致。通过CLMS和AFM获得的图像显示了两个苹果角质膜外表面的“小岛”或微裂纹中描绘的一组细胞的特定形成。这些果实的生长和成熟过程中会形成这种裂纹[7]。在此过程中,表皮中可能产生拉应力,导致出现裂纹。对于“红色美味”角质苹果,裂纹更清晰,平均深度为1.6±0.6 µm。对于“金黄色的美味”角质苹果,裂纹的平均深度为1.8±0.6µm,并且定义较浅,因为它们的宽度较宽以及在“红色美味”角质苹果中发现的那些。图4. AFM获得的地形图。图(a–c)来自“金”苹果: (a) 外表面的2D图像以及内表面的(b,c)2D和3D图像;图(d–f)是从“红”苹果中获得的:(d)外面的2D图像和(e,f)里面的2D和3D图像。2.5. 苹果角质的扫描电子显微镜(SEM)分析将用于CLSM分析的相同样品溅射涂覆并安装用于SEM分析。在不同的工作条件下,改变加速电压,工作距离和放大倍数,可以捕获图像。使用二次电子模式进一步记录图像。图5A,5E示出苹果角质层表面覆盖有以微裂纹图案为特征的无定形蜡层,该微裂纹图案的长度,深度和分布图案不仅在栽培品种之间,而且在相同水果的各部分之间也具有相当大的变化。根据图5B,F,无定形蜡层的缩放,裂纹在“红色美味”苹果角质中更深且具有更长的长度。但是,它们没有延伸到与CLMS分析一致的内表面。实际上,根据图5C,G,内表面没有微裂纹的迹象。除了内表面的肋骨网络外,还发现了鳞片状的表皮蜡状晶体(扁平的,通常是多边形的)。晶体,具有明显的边缘,以不同的角度附着在表面上,通常像瓷砖一样重叠)和薄片(没有明显边缘,规则或不规则边缘的扁平晶体,垂直附着在表面上)(图5C,G)。这些板和血小板不规则地分散在无定形蜡层的内表面上,并经常密集地集中在微裂纹的开口内(图5D,H)。在苹果品种和角质苹果切片中,它们的宽度(1.1-5.6µm),高度(0.7-3.2 µm),厚度(0.1-0.4 µm)和密度不同。图5.“金色美味”((A,B)外表面和(C,D)内表面)和“红色”((E,F)外表面和(G,H)内表面)的角质的SEM显微照片苹果。 Cr:表皮微裂纹。 fl:表皮蜡片。 据报道,在使用SEM分析的苹果角质中存在片状[7,25]。即使大多数作者都认为这些薄片是表皮蜡状晶体,他们中的一些人仍认为它们是由SEM技术产生的伪影,无法用CLMS或其他显微镜仪器观察到[31]。根据我们以前的研究[32,33],源自番茄和水果角质的单体和低聚物可以形成良好的组织,形成均匀的膜,因此这些薄片的存在可能对应于聚合过程中脂族化合物的血小板。除了这种水果整个生长过程中的生化变化外,这还会影响皮肤。对于苹果而言,角质的机械性能可能与影响表皮粘弹性行为的化学组成有关。番茄(S. lycopersicum)表皮的研究表明,表皮成分的定量变化会影响表皮的弹性/粘弹性行为[34,35]。特别是,与角质网刚性有关的多糖和一些酚类化合物(如类黄酮)起着生化调节剂的作用[35]。与其他水果的角质素有关的多糖和酚类化合物含量较低,可能会影响这些苹果角质素的弹性,当果实在发育和成熟期间膨胀时,会引发聚酯的断裂。为了阐明多糖在角质的机械行为中的作用以及如何影响其粘弹性,需要进行更多的研究。 3.材料和方法 3.1.化学制品三氟乙酸和组织培养水购自Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)。黑曲霉果胶酶(EC 3.2.1.15),黑曲霉纤维素酶(EC 3.2.1.4)和黑曲霉半纤维素酶(EC 3.2.1.4)购自Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)。其他实验室化学品均为试剂级或更高。3.2.酶法分离“金冠”和“红冠”苹果角质通过公开的三步方案从两个苹果品种的皮肤中分离出角质[26]:(i)通过果胶酶处理去皮并随后分离角质层; (ii)用连续的纤维素酶,果胶酶和半纤维素酶处理酶消化细胞壁多糖; (iii)通过依次用甲醇,二氯甲烷和四氢呋喃进行索氏提取进行彻底脱蜡。3.3.苹果角质碱水解向30mg的角质中加入0.4mL的去离子水和2.0mL的1.5N甲醇KOH。该混合物装有回流冷凝器,并在70–75℃下搅拌8或22 h。使用标准程序,用CHCl3-MeOH提取角质素单体[26]。称重干燥的萃取液,溶解在1.0 mL的CHCl3-MeOH(17:3)中,并通过玻璃棉过滤到自动进样瓶中。基于未水解的物质,计算反应产率。碱水解8小时的典型收率为90–95%。 3.4.固态NMR光谱分析使用在配备有固态NMR的Varian Instruments Unityplus 300宽孔光谱仪(美国加利福尼亚州帕洛阿尔托)上进行的标准CPMAS13C NMR实验分析不溶性聚合物。共振频率为74.443 MHz,通常的采集时间为30 ms,两次连续采集之间的延迟时间为2s,交叉极化(CP)接触时间为1.5 ms。通常,将每个30mg样品装入5 mm转子和Doty Scientific(哥伦比亚,SC,美国)的超音速幻角旋转(MAS)探针中,然后在6.00(0.1 kHz和室温)下旋转约10 h。在主要的羰基或脂族碳峰的上场或下场均未观察到旋转边带。用50 Hz的指数线展宽处理所得数据。3.5.ATR-FTIR光谱分析ATR-FTIR光谱是通过配备了砷化铟镓(InGaAs)检测器的FTIR模块IR2(法国龙朱梅的Horiba Jobin Yvon)和与法国Longjumeau的Horiba Jobin Yvon LabRam HR800光谱仪连接的FTIR模块IR2记录的。使用ATR接触物镜,在4000–400 cm-1范围内记录光谱,光谱分辨率为4 cm-1,每次测量32次扫描。 3.6.原子力显微镜分析使用BioScopeCatalyst模型显微镜(布鲁克,圣巴巴拉,美国,美国)以MESP探针(布鲁克,Camarillo,美国,美国)轻拍模式在空中获取图像。最初,手动选择了六个表皮,每个面约8×8 mm2,三个,每个样本获得一张图像80×80 µm2。使用Nanoscope Analysis软件(版本1.8,Bruker,Santa Barbara,CA,美国)对图像进行分析,从而确定粗糙度Ra(表面粗糙度的算术平均值)和Rq(表面粗糙度的均方根)。此外,对位于两个品种内表面的肋骨的高度和宽度进行了测量。 3.7.共聚焦激光扫描显微镜分析对于CLSM分析,将每个样品固定在玻璃片上,并在CLSM(LSM 710 NLO,Carl Zeiss,耶拿,德国)下用物镜EC Plan-Neofluar 10×/ 0.3观察。激光波长激发同时为405、488、561和633 nm。使用的这种捕获模式是一种光谱成像技术,可自动输出多个标记样品的分离通道。该工具检测香蕉皮的自发荧光信号,并与420至720 nm之间的顾客(纤维素)进行实验比较。 Z-stack图像(3D图像)通过ZEN 2010软件(卡尔·蔡司,耶拿,德国)以512×512像素的RGB颜色捕获,并以8位TFF格式存储。3.8.直接进样电喷雾质谱(DIESI-MS)分析使用在负离子模式下运行的电喷雾电离(ESI)接口(BrukerDaltonics,Billerica,MA,美国)在Bruker MicrOTOF-QII系统上进行DIESI-MS分析。将重悬于1 mL甲醇中的10 µL样品溶液用0.25 µm聚四氟乙烯(PTFE)过滤器过滤,并用甲醇1:100稀释。将稀释后的样品直接注入ESI离子源并以阴性模式进行分析。氮气以4L/min(0.4Bar)的流速用作干燥和雾化气体,气体温度为180℃,毛细管电压设置为-4500V。光谱仪通过ESI-TOF校准调校混合校准液(墨西哥墨西哥埃斯托多的Toluca Sigma-Aldrich)。使用正电和负电喷雾电离(ESI +/-)进行MS / MS分析,然后通过Bruker Compass DataAnalysis 4.0(BrukerDaltonics,技术说明008,2004,Billerica,MA,USA)分析获得的片段。建立5 ppm的准确度阈值以确认元素组成。3.9.扫描电子显微镜分析使用导电双面胶带(Plannet Plano)将苹果果实的分离的表皮膜固定在铝制支架上,使用SPI溅射镀膜机在25 mA下用碳(60:40)涂膜1分钟,并在场发射扫描中进行检查电子显微镜(JEOL JSM-7800F,Tokio,Japan)在1.5 kV下使用。针对扫描电子显微镜中的加速电压,对沉积碳涂层厚度约为10 nm的溅射条件进行了优化。4.结论从“金黄色的美味”和“红色的”苹果中获得了角质。根据CPMAS 13C NMR和ATR-FTIR,两种苹果角质素均主要显示脂族结构域。通过这些分析,检测到非常小的多糖区域,而没有酚类化合物的存在。主要单体,特征为9,10,18-三羟基十八烷酸; 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六烷酸(10,16-DHPA);9,10-环氧-12-十八烯酸;通过DIESI-MS在两个苹果角质中鉴定出了9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸和9,10-环氧-18-羟基-12-十八碳烯酸,没有单糖或酚类化合物,这与固态NMR和ATR-FTIR一致。角质中多糖和酚类化合物的含量低可能使其在生长和成熟过程中易于形成微裂纹。但是,需要更多的研究来了解这一水平的理化特性,并将其与某些生理病如赤褐色形成联系起来,这会导致经济损失。补充材料:以下内容可在线获得,S1:“金美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱,S2:分析“金美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱中的“低强度信号” :“红色美味”苹果角质的CPMAS 13CNMR光谱,S4:“红色美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱的分析,S5:DIESI(-)光谱的比较分析水解后的“黄金美味”(上部光谱)和“红色美味”(下部光谱)苹果角质。 作者贡献:M.B.G.-P.和D.A.-B.构思并设计了本文的主要思想,进行了NMR和DIESI-MS实验,分析了实验结果,并撰写了论文。司法部和J.V.M.-M.进行了CLMS和AFM实验,并帮助讨论了结果。 H.F.M.L.进行了SEM实验并帮助讨论了结果。作者阅读并批准了最终手稿。调查,D.A.-B.,M.d.J.P.F.,J.V.M.-M.,H.F.M.L。和M.B.G.-P.;项目管理,D.A.-B。和M.B.G.-P .;监督,D.A.-B。和M.B.G.-P.所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金:这项研究由国家科学技术委员会(CONACyT)资助,以资助项目253570和SIP-IPN资助20201066和20201968。利益冲突:作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计中没有作用。在数据的收集,分析或解释中;在手稿的写作中;或决定发布结果。 参考文献(展示部分文献内容,查看全部看到原网站查看)1. 萨加尔巴《2017-2030年农业计划》。 2019。在线可用:https://www.gob.mx/cms/uploads/附件/文件/256430/B_sico-Manzana.pdf(2020年11月29日访问)。2. 美国农业部。每年新鲜的落叶水果。 2019。在线提供:http://www.cafi.org.ar/wp-content/uploads/ 2019/11 / Tons.pdf(2020年11月29日访问)。3. Heredia,A。角质(一种植物屏障生物聚合物)的生物物理和生化特性。Biochim。生物物理学。演员2003,1620,1–7。[CrossRef]4. 体育馆Kolattukudy高等植物中的聚酯。进阶生化。 。生物技术。 2001,71,1–49。 [考研]5. 马丁(Martin,L.B.B.);罗斯(J.K.C.)剥皮水果的方法不只一种:水果角质层的形成和功能。 J. Exp。 t 2014,65,4639–4651。 [CrossRef] [PubMed]点击:查看更多生物学文章 免费试用文档翻译免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-16 19:31:44
用二氧化碳制造喷气燃料
鲍勃·伊尔卡(Bob Yirka),Phys.org图片来源:Unsplash / CC0公共领域与英国多个机构和沙特阿拉伯一个机构相关的一组研究人员已经开发出一种以二氧化碳为主要成分生产喷气燃料的方法。该小组在《自然通讯》杂志上发表的论文中描述了他们的过程及其效率。随着科学家继续寻找减少排放到大气中的二氧化碳量的方法,他们越来越关注某些商业领域。这些行业之一是航空业,约占与交通有关的二氧化碳排放量的12%。由于难以在飞机内部安装重型电池,遏制航空业的碳排放已成为一项挑战。在这项新的努力中,研究人员开发了一种可用于生产碳中性喷气燃料的化学工艺。研究人员使用了一种称为有机燃烧方法的过程,将空气中的二氧化碳转化为喷气燃料和其他产品。它涉及使用铁催化剂(添加了钾和锰)以及加热到350摄氏度的氢气,柠檬酸和二氧化碳。该过程迫使碳原子与CO 2分子中的氧原子分开,然后与氢原子键合产生包含液体喷气燃料的碳氢化合物分子。该过程还导致产生水分子和其他产物。测试表明,在20个小时内,该过程将加压室内的38%的二氧化碳转化为喷气燃料和其他产品。所述喷气燃料组成所产生的48%的产品,其余为水,丙烯和乙烯。研究人员还指出,在飞机上使用这种燃料是碳中和的,因为燃烧它会释放出与制造它相同数量的二氧化碳。研究人员还声称,他们的过程比用于生产飞机燃料的其他方法(例如将氢和水转化为燃料的方法)更便宜-主要是因为它消耗的电量更少。他们还指出,转换系统可以安装在目前排放大量二氧化碳的电厂中,例如燃煤电厂。 点击查看:更多分类文章 其他分类文章免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2021-01-03 17:00:19