Promethion

動(dòng)物能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)張海燕202205010儀器簡(jiǎn)介原理與參數(shù)介紹校正與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)導(dǎo)出分析主要內(nèi)容儀器簡(jiǎn)介原理與參數(shù)介紹校正與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)導(dǎo)出分析主要內(nèi)容一、儀器簡(jiǎn)介Promethion能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由動(dòng)物能量代謝監(jiān)測(cè)、行為監(jiān)測(cè)及其它選配生理指數(shù)監(jiān)測(cè)模塊組成?？赏交O(jiān)測(cè)動(dòng)物的能量代謝、動(dòng)物攝食飲水活動(dòng)及攝取量、動(dòng)物活動(dòng)與行為譜、動(dòng)物位移時(shí)空分布，及動(dòng)物體重、體溫、心率等多項(xiàng)生理學(xué)參數(shù)。定性定量測(cè)量分析動(dòng)物行為活動(dòng)及其與呼吸代謝的相互關(guān)系，廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)、肥胖、糖尿病、心血管等代謝相關(guān)性疾病研究。1.1儀器組成環(huán)境控制箱主機(jī)籠盒組件1.1.1模塊化設(shè)計(jì)常規(guī)配置標(biāo)準(zhǔn)代謝籠（homecage）能量代謝監(jiān)測(cè)部分（氧氣,二氧化碳,水蒸汽）進(jìn)食監(jiān)測(cè)模塊飲水監(jiān)測(cè)模塊紅外活動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊（行為學(xué)，睡眠等）系統(tǒng)軟件（數(shù)據(jù)采集軟件，數(shù)據(jù)分析軟件）及電腦可選配置進(jìn)食過(guò)程控制單元體重監(jiān)測(cè)模塊環(huán)境控制箱（溫度，光照）H2和VOCs氣體分析模塊跑輪運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊，自動(dòng)關(guān)停模塊體溫、心率監(jiān)測(cè)模塊（遙測(cè)模塊）同位素氣體分析儀（13CO2,C18O2,CO2,andH218O）ISO籠，尿液糞便分離籠（冷藏功能）低氧控制系統(tǒng)（ACT）攝食飲水跑輪體重?cái)z食過(guò)程控制抽氣管路XYZ軸活動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)傳感器

Cage1.1.2HomeCage1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3數(shù)據(jù)軟件數(shù)據(jù)采集軟件IM3Service可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，方便觀察；

支持傳感器多通道數(shù)據(jù)同時(shí)采集，且可擴(kuò)展。SableHD技術(shù)，以0.0001的分辨率采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析軟件MacroInterpreter按需求將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成excel格式；

可重復(fù)分析；安裝電腦不受限制。儀器簡(jiǎn)介原理與參數(shù)介紹校正與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)導(dǎo)出分析主要內(nèi)容二、儀器原理動(dòng)物代謝與行為學(xué)表型分析能量代謝監(jiān)測(cè)攝食飲水體重監(jiān)測(cè)行為監(jiān)測(cè)2.1能量代謝監(jiān)測(cè)--能量守恒能量守恒。機(jī)體在將蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物轉(zhuǎn)化為能量的過(guò)程中，會(huì)消耗一定量的氧氣，產(chǎn)生一定量的二氧化碳和水。定比原則。2.1.1檢測(cè)公式--Weir公式EE:平均能量消耗，單位Kcal/d。VO2:氧氣消耗量，單位ml/min。VCO2：二氧化碳產(chǎn)生量，單位ml/min。EE(Kcal/d)=(3.94VO2+1.1VCO2)X1.44呼吸商RQ(

Respiratory

Quotient)呼吸商RQ=VCO2/VO2。

一定時(shí)間內(nèi)，機(jī)體的CO2產(chǎn)量和O2消耗量的比值。RQ反應(yīng)了機(jī)體能量的物質(zhì)來(lái)源。注意：儀器IM3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示是RER

(Respiratoryexchangeratio)。

2.1.2硬件基礎(chǔ)--氣體分析儀（GA-3）檢測(cè)O2，CO2水蒸氣壓力大氣壓及溫度為什么要測(cè)量水蒸氣？水蒸氣也是一種氣體，和其他氣體一樣也會(huì)產(chǎn)生分壓；氣體分壓之和就是大氣壓BP(BarometricPressure)。水蒸氣分壓會(huì)稀釋其他氣體，影響O2和CO2的精確檢測(cè)。去除影響動(dòng)物代謝也會(huì)產(chǎn)生水蒸氣。測(cè)量指標(biāo)道爾頓分壓定律根據(jù)道爾頓分壓定律，水蒸氣對(duì)O2和CO2的稀釋作用，與其壓強(qiáng)對(duì)總壓強(qiáng)的貢獻(xiàn)成正比，可使用算法進(jìn)行去除。氣壓補(bǔ)償：O2’=O2*BP/(BP-WVP)CO2’=CO2*BP/(BP–WVP)

BP(BarometricPressure)：大氣壓WVP(Watervaporpressure)：水蒸氣壓注：墊料推薦使用玉米芯。多位點(diǎn)采樣，響應(yīng)速度快，不受動(dòng)物所在位置影響。2.1.3氣體產(chǎn)生方式—抽拉式基線Cage1Cage2Cage3Cage4基線Cage5Cage6Cage7Cage8檢測(cè)從第一籠開(kāi)始，依次進(jìn)行到最后一籠，再回到第一籠所需要的時(shí)間。常規(guī)循環(huán)時(shí)間為3min（單籠氣體檢測(cè)僅需要20s），最快可達(dá)2.5min（單籠氣體檢測(cè)僅需要15s）。循環(huán)時(shí)間越短，采樣率越高，代謝數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率越好，越容易捕捉到代謝率發(fā)生的突然變化，比如從靜息轉(zhuǎn)換到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。循環(huán)時(shí)間多重復(fù)用系統(tǒng)30min2.5min10min20min循環(huán)時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)分辨率的影響籠具時(shí)間常數(shù)TC(TimeofCage)籠具時(shí)間常數(shù)即籠盒內(nèi)氣體更換一遍所需要的時(shí)間。TC=籠盒體積/氣體流速籠盒體積是物理參數(shù)，典型的代謝籠體積是8L，TC由氣體流速?zèng)Q定。傳統(tǒng)代謝籠的氣體流速是400-500ml/min，Promethion是2000ml/min。高流速提供了更高的時(shí)間分辨率。高流速帶來(lái)了更好的換氣速率，提供小鼠足夠的新鮮空氣；避免二氧化碳和氨氣積累對(duì)動(dòng)物生理及認(rèn)知產(chǎn)生不良影響。低流速導(dǎo)致靜息代謝率（REE）偏高。低流速導(dǎo)致活動(dòng)代謝率(AEE)偏低。AEEAEEREEREEAverageEEAverageEETC對(duì)數(shù)據(jù)的影響2.2攝食飲水體重監(jiān)測(cè)原理重力傳感器，基于質(zhì)量的變化，監(jiān)測(cè)小鼠的攝食飲水情況及體重變化。

總攝食量和時(shí)間

攝食頻率和構(gòu)成可分組輸出數(shù)據(jù)(binneddata)可與其他數(shù)據(jù)相結(jié)合

完全可追溯食物選擇

分析事物偏好性

控制進(jìn)食選擇攝食數(shù)據(jù)2.2.1攝食監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存一個(gè)進(jìn)食數(shù)據(jù)片段攝食行為分析分析單次進(jìn)食數(shù)據(jù)存儲(chǔ)整個(gè)進(jìn)食器質(zhì)量變化和時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)頻率為1HZ進(jìn)食量進(jìn)食時(shí)間進(jìn)食時(shí)間進(jìn)食量微攝食行為分析2.2.2飲水監(jiān)測(cè)飲水?dāng)?shù)據(jù)總飲水量和時(shí)間。飲水頻率和構(gòu)成。可分組導(dǎo)出數(shù)據(jù)。完全可追溯。0.002g的精度。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。特制飲水管口，避免滲漏。PP材質(zhì)，不含BPA。飲水監(jiān)控分析飲水行為去除數(shù)學(xué)漂移2.2.3體重監(jiān)測(cè)紅外三軸監(jiān)測(cè)2.3行為監(jiān)測(cè)原理1cm光線間距0.25cm質(zhì)心計(jì)算實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能障礙探測(cè)XYZ三軸同步XYZ三個(gè)方向紅外陣列監(jiān)測(cè)。特色優(yōu)勢(shì)極高的精度不受靜態(tài)障礙物的影響同步代謝數(shù)據(jù)粗細(xì)運(yùn)動(dòng)可分行為學(xué)分析動(dòng)物位置與氧氣消耗行為學(xué)監(jiān)測(cè)所有籠盒持續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析交互順序處理行為轉(zhuǎn)移矩陣分析統(tǒng)計(jì)分析動(dòng)物在籠中各個(gè)關(guān)鍵位置的交互。某一行為發(fā)生后接著發(fā)生行為的概率。行為轉(zhuǎn)移矩陣分析時(shí)間分配顯示特定行為出現(xiàn)的時(shí)間百分比。有無(wú)跑輪，小鼠的運(yùn)動(dòng)距離有很大差異。數(shù)據(jù)同步2.4小結(jié)抽拉式氣體產(chǎn)生，間接熱量法監(jiān)測(cè)能量代謝，籠盒無(wú)需密封，安全可靠。完全模塊化設(shè)計(jì)，隨心搭載配置。同時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣，二氧化碳和水蒸氣。算法去除水蒸氣稀釋作用，提高了檢測(cè)的精度，穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。高分辨率：氣體（O2，CO2，水蒸氣）0.0001%；質(zhì)量