介紹
使用間接量熱法測(cè)量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的能量消耗、耗氧量 (VO2) 和二氧化碳生成量 (VCO2) 的歷史由來(lái)已久。包括人類在內(nèi)的大型動(dòng)物可以方便地使用帶有用于流量測(cè)量的呼吸機(jī)和用于氣體分析儀的采樣端口的貼合面罩進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于嚙齒動(dòng)物等較小的動(dòng)物,這種方法很難或不可能成功實(shí)施,因此改用代謝室。
代謝室可以是任何具有一個(gè)入口和一個(gè)出口的密封外殼(見圖1)。新鮮空氣 (Vi) 以已知流速流過(guò)腔室,因此動(dòng)物從該氣流中吸氣并呼氣。由于動(dòng)物通過(guò)代謝活動(dòng)既消耗 O 2又產(chǎn)生 CO 2,因此腔室出口氣體將具有減少的 O 2分?jǐn)?shù) (FoO2) 和增加的 CO 2分?jǐn)?shù) (FoCO2)。調(diào)節(jié)通過(guò)腔室的流速 (Vi),使腔室中的 CO 2不會(huì)過(guò)度積聚,而 O 2沒(méi)有耗盡,但仍允許可測(cè)量的輸入/輸出差異用于氣體測(cè)量。實(shí)際上,0.2 – 1.0% 的 FoCO2/FiCO2 差異就足夠了。調(diào)整腔室流量 (Vi),直到 FoCO2 落入此范圍內(nèi)。這些測(cè)量值:Vi、FiO2、FiCO2、FoO2 和 FoCO2 可以被操縱以計(jì)算耗氧量 (VO2)、CO2 生成量 (VCO2)、呼吸交換率 (RER) 和代謝熱生成或能量消耗 (EE)。這種流通系統(tǒng)被稱為開路量熱法。
實(shí)驗(yàn)裝置
該圖顯示了基本的設(shè)備設(shè)置。受控流量 (Vi) 由流量計(jì)監(jiān)控。氣體分析儀根據(jù)旋塞閥的設(shè)置在腔室的入口或出口處測(cè)量O 2和 CO 2.由于代謝方程式需要準(zhǔn)確且可比較的入口和出口氣體測(cè)量值,因此分析儀會(huì)定期在監(jiān)測(cè)入口、參考?xì)怏w(FiO2、FiCO2)和出口氣體(FoO2、FoCO2)之間切換,使用旋塞閥選擇氣體樣品源。這種技術(shù)可以糾正測(cè)量中的任何微小漂移或絕對(duì)不準(zhǔn)確;只有微分值很重要(FiO2 – FoO2 和 FoCO2 – FiCO2)。
其他注意事項(xiàng)
從理論上講,通過(guò)內(nèi)部有活體動(dòng)物的腔室的任何流速都會(huì)導(dǎo)致 O 2下降和 CO 2增加。然而,入口/出口氣體差異越大,結(jié)果就越準(zhǔn)確(在合理范圍內(nèi))。該室用作混合室,入口氣流與動(dòng)物(通常是微小的)呼氣混合,最終達(dá)到可在室出口處測(cè)量的平衡。為獲得最佳結(jié)果,請(qǐng)根據(jù)出口 CO 2滴定入口流量,以達(dá)到理想的 0.2 – 1.0% CO 2差異。 O 2差異也將隨之增加,從而允許更準(zhǔn)確的計(jì)算。
最好使用一組氣體傳感器,例如在雙子座監(jiān)測(cè)器中,來(lái)測(cè)量參考?xì)怏w和腔室出口氣體濃度。這允許直接比較入口/出口樣品值。在 數(shù)字,3 通旋塞閥用于在監(jiān)測(cè)參考?xì)怏w或出口氣體之間切換。這可以很容易地替換為三通電動(dòng)電磁閥,以通過(guò)遠(yuǎn)程控制選擇樣品源。大多數(shù)商用專用代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用這種方法在采樣參考?xì)怏w和一個(gè)或多個(gè)代謝室的出口之間多路復(fù)用一組傳感器。
計(jì)量單位和報(bào)告單位必須一致?;敬x測(cè)量的公布值可以使用ml / min,ml / min / g或L / h / kg或任何組合。大多數(shù)值可以通過(guò)明智的乘法或除以 60 或 1000 輕松轉(zhuǎn)換,具體取決于所需的單位。
最后,雖然開路量熱法的基本測(cè)量和計(jì)算很簡(jiǎn)單,但要產(chǎn)生成功的測(cè)量,存在許多微妙之處。下面的參考資料指出了一些困難,并提供了獲得良好數(shù)據(jù)的提示。