能量代谢实验室(Chamber)


能量代谢实验室(Chamber)的创新性包括高精度、长时间(24小时或更长)的测量能量消耗。该创新性测量由孙铭博士研发而成,为目前世界上精准测量能量消耗的“金标准”。

除MINISUN在美国建设的约10来所实验室以外,10多年前我们设计并制造了中国的第一个能量代谢实验室。时至今日,我们设计的多所实验室依旧为科研建设默默服务。


能量代谢舱通过测量在代谢舱气体中O2(氧气)和CO2(二氧化碳)浓度改变和气体量变化,计算受试者O2的消耗量和CO2产生量。能量代谢舱的创新性包括高精度、长时间(24小时或更长)的测量日常生活、体育训练、工作、休息中的真实能量消耗。因为能量代谢是生命的基本形式与特征、该平台设施也可为多种代谢疾病(糖尿病,肥胖,高热等)的精确测量、诊断、疗效(例如药效、新药,中药减肥研发等)评估提供依据。  



能量代谢实验室:
主要用途:进行稳定、高精度、长时间(24小时或更长)的测量日常生活、体育训练、工作、休息中的真实能量消耗。

24小时的能量消耗和成分.

主营养代谢(脂肪,碳水化合物,蛋白质).

身体活动和做功效率.

饮食和活动、能量代谢关系.

 能量代谢实验室简介(图1)

Chamber 舱体外观实物图一

能量代谢实验室简介(图2)

Chamber 舱体外观实物图二



该房间式能量代谢舱系统类似于小型的密封式室内环境,配有一个作为入口的门,一个双门式密封传递通道,用来给能量代谢舱中的受试者传递食物和其他物品。一个由计算机控制的排风扇,根据一个受试者所产生的CO2的速率向室外排除一定量的气体,并用同等量的新鲜空气代替。气体交换用一个高精度流量计来测定。

 

利用一个特殊的多路气体采样系统和多风扇气流循环系统来确保受试者呼出气体的均匀混合。全年当中每天的房间的温度,气压和湿度需精确地控制和测量。通过上述获得的参数,包括氧气浓度,二氧化碳浓度,流量,代谢室体积,气压,温度,湿度,室内外气压差等代入动态气体方程,并利用质量守恒原理即可计算出VO2 (受试者单位时间内的耗氧量),VCO2  (单位时间内二氧化碳的产生量)。由此可由如下公式获得受试者单位时间内的能量消耗和呼吸熵:  

 

能量代谢(卡路里/分)= a * VO2 + b * VCO2 + c * N  

 

呼吸熵 RQ =  VCO2 / VO2  

 

其中a b c 是通过体内能量代谢的化学方程式并总结大量受试者后所得的经验数字,N是单位时间内尿氮产生量,其值很小,可以忽略。这一方法的技术关键是要获得超高精度的氧气浓度,二氧化碳浓度,流量,代谢室体积,气压,温度,并利用计算机通过复杂的算法实时、准确、连续的计算并显示结果。能量代谢综合测试系统可以高精度、长时间的测量体力活动能量消耗值(24小时以上),受试者不用佩戴任何仪器设备,对其日常体力活动的影响较小。  

 

在能量代谢测量及计算软件中进行能量计算、呼吸熵计算、智能化误差分析及消除;耗能、活动类型的测定,临床数据处理,统计等。以实现受试者的能量代谢分析。


主要特点

高精度:本公司具多年国内外生产及实际使用经验,确保该舱式能量代谢系统具有世界范围内的高测试精度。  

测试系统反应迅速:每分钟测量并记录一套数据:由于代谢舱体积远远大于人体呼吸气体量,世界上绝大多数舱式能量代谢系统(Metabolic Chamber)测量记录时间为每5分钟一次或更长。这就大大限制了可以测量的活动、机械操作或运动。由于体能限制(特别在低氧时),许多种类活动不能持续10分钟以上。而1至2点数据(5分钟1点)很难描述活动过程。迅速反应的测量系统,并结合代谢舱内的超大力平台测功系统(详件下)使精确测量能量代谢的构成成分(包括饮食引起的热效应、 基础代谢、日常活动、或机械操作带来的耗能增加)成为可能。

    能量代谢舱测量软件运行时计算机每10秒钟一组数据点实时显示(如下图), 软件可对数据随意进行放大、缩小、移动、建立标签等。所有数据皆存入硬盘以便随时调用及近一步统计、分折。


    计算的结果包括如VO2,VCO2,能量代谢率,呼吸熵等可在软件中实时查看,每项指标,包括其时间、曲线图可以单独显示或合并同时显示以观测其相关性。 软件包括将自动保存原始数据和计算结果与其它通用数据分析软件进行接口,以供进一步分析、统计、建模、绘图、制表等。通用数据分析软件包括 Matlab、Excel等。

 

能量代谢实验室简介(图4) 

(图四 测量软件正常运行时实时显示界面)

能量代谢实验室简介(图5) 

(图五 测量软件计算后结果,包括VO2、VCO2、能量消耗及呼吸熵)


能量代谢实验室简介(图6)


图六 精度测试实验,蓝色线条:VO2,绿色线条:VCO2,红色线条:标准值)



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