Impact of availability of oxygen and glucose at the level of the maximum metabolism rate in bank voles selected for high aerobic capacity

Koncepcja symmorfozy zakłada, że struktury na drodze transportu tlenu i glukozy są tak zbudowane, aby spełniać optymalne funkcje. Jednym ze sposobów na testowanie hipotez dotyczących czynników ograniczających jest manipulacja dostępnością tlenu i glukozy podczas wysiłku lokomotorycznego.Celem niniejszego eksperymentu jest testowanie hipotez o mechanizmach ograniczających wydolność tlenową u samców nornicy rudej (Myodes=Clethrionomys glareolus). Pomiary VO2max wykonywano podczas wymuszonego biegu na bieżni mechanicznej na samcach nornicy rudej pochodzących z 13 generacji eksperymentu selekcyjnego. 16 osobników było selekcjonowanych na wysoką wydolność tlenową (A) i 16 kontrolnych (C). Każdy osobnik poddany był 4 zabiegom: suplementacja solą fizjologiczną, poziom tlenu 21%; suplementacja glukozą, poziom tlenu 21%; suplementacja solą fizjologiczną, poziom tlenu 30%; suplementacja glukozą, poziom tlenu 30%. Sprawdzano czy dostępność tlenu i glukozy są czynnikami limitującymi. Badano czy poziom VO2max różni się pomiędzy osobnikami A i C. VO2max wzrasta wraz ze wzrostem masy, w związku z tym wszystkie analizy dotyczące danych czynników wykonywano uwzględniając masę jako zmienną towarzyszącą. Osobniki selekcjonowane osiągały znacząco wyższe VO2max niż osobniki kontrolne. Podniesienie dostępności tlenu nie dało oczekiwanych skutków wzrostu VO2max. Podniesienie poziomu glukozy spowodowało obniżenie VO2max w porównaniu z zabiegami gdzie nie była podawana. Także równoczesne podniesienie poziomu obu czynników nie spowodowało wzrostu VO2max. Brak efektu podwyższonego stężenia tlenu eliminuje hipotezę, że czynnikiem ograniczającym jest wentylacja płuc albo pojemność dyfuzyjna płuc. Nie można wykluczyć ograniczeń na niższych poziomach (mitochondrium, włókna mięśniowe). Przeprowadzone badania nie pozwalają na wyciągnięcie jakichkolwiek wniosków dotyczących ograniczeń spowodowanych manipulacją dostępności glukozy, ponieważ podanie glukozy spowodowało efekty uboczne nie związane z kwestią ograniczenia tempa metabolizmu. Wyniki nie potwierdzają założeń teorii symmorfotycznej.

The concept of symmorphosis assumes, the structure by oxygen and glucose transport are so constructed, for fulfill the optimal functions. One way to test hypotheses of the limiting factors is to manipulate the availability of oxygen and glucose during exercise locomotive.We tested hypotheses about the mechanisms limiting aerobic capacity in male bank voles (Myodes=Clethrionomys glareolus). Measurements of VO2max performed during forced running on treadmill in male bank voles from 13 generations of selection experiment. 16 subjects were selectively bred for high aerobic capacity (A) and 16 controls (C). Each individual was subjected to four treatments: supplementation with saline, the oxygen level of 21%; glucose supplementation, the oxygen level of 21%; supplementation with saline, the oxygen level of 30%; glucose supplementation,the oxygen level of 30%. Checked whether the availability of oxygen and glucose are the limiting factors. VO2max increases with increasing mass. All the data analysis was performed taking into account the factors of weight as a covariate. Individuals selected achieved significantly higher VO2max than control. Increasing the availability of oxygen could not increase the expected effects of VO2max. Increasing the level of glucose reduced the VO2max compared with treatments where it was not administered. Also at the same time increasing the level of both factors did not increase VO2max. No effect of elevated concentrations of oxygen eliminates the hypothesis that the limiting factor is ventilation of the lungs, or lung diffusion capacity. We can not rule out the restrictions on the lower levels (mitochondria, muscle fibers). The study does not allow one to draw any conclusions about the limitations caused by the manipulation of the availability of glucose. Glucose administration caused side effects not related to the issue of reducing the rate of metabolism. The results do not support the assumptions of the concept of symmorphosis.