Calorimetria directă - o prezentare generală Subiecte ScienceDirect

Termeni asociați:

Feromon
Cheltuieli energetice de repaus
Carbohidrați
Rata metabolica
Aport caloric
Consum de energie
Calorimetrie indirectă
Dioxid de carbon

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Metodologia cerinței de energie

1. CALORIMETRIA DIRECTĂ

Calorimetria directă obține o măsurare directă a cantității de căldură generată de corp într-o structură suficient de mare pentru a permite cantități moderate de activitate. Aceste structuri se numesc calorimetre pentru întreaga cameră. Calorimetria directă oferă o măsură a energiei consumate sub formă de căldură. Tehnica calorimetriei directe are mai multe dezavantaje. Structura este costisitoare, necesită inginerie complexă, iar instalațiile adecvate sunt rare în întreaga lume. Subiecții trebuie să rămână într-un mediu închis fizic pentru perioade lungi de timp. În plus, calorimetria directă nu oferă nicio informație despre natura substraturilor care sunt oxidate pentru a genera energie în corp [19].

Modele și metode de animale pentru a studia relațiile dintre creier și țesuturi în reglarea metabolică

Luc Penicaud,. Fabienne Lienard, în Modele animale pentru studiul bolilor umane, 2013

Consum de energie

Calorimetria directă poate fi utilizată pentru evaluarea cheltuielilor de energie prin măsurarea producției de căldură a corpului într-un calorimetru, dar modalitatea obișnuită și mai fiabilă este de a utiliza calorimetria indirectă. În calorimetria indirectă, consumul de energie este determinat prin măsurarea cantității de oxigen consumat și a dioxidului de carbon produs. Coeficientul respirator (RQ), care oferă informații despre utilizarea substratului metabolic (lipide sau carbohidrați), se calculează împărțind volumul de CO 2 produs la volumul de O2 consumat (RQ = VCO2/VO2). Aparatele calorimetrice indirecte sunt sisteme ventilate, cu circuit deschis. Șobolanii sau șoarecii sunt adăpostiți într-o cușcă metabolică etanșă la gaze prin care este trecut un flux de aer proaspăt. Sistemul colectează și amestecă aerul expirat, măsoară debitul și analizează concentrația de gaz a aerului de intrare și de ieșire atât pentru O2, cât și pentru CO2. Alternativ, deși mai puțin precisă, poate fi utilizată metoda apei dublu etichetată, o metodă indirectă de calorimetrie bazată pe eliminarea izotopilor.

Tehnici de măsurare pentru cheltuielile cu energia

Calorimetrie directă

În calorimetria umană directă, un dispozitiv cu flux de căldură măsoară căldura biologică degajată. Deoarece kcal este o unitate termică, rezultatul poate fi ușor convertit în unități de energie fiziologică. Calorimetrele directe trebuie să fie suficient de mari pentru a conține o persoană și, dacă este implicat exercițiu, suficient de mari pentru a conține dispozitivul de exerciții și echipamentul de măsurare. De asemenea, trebuie să existe un sistem de ventilație care să permită fluxul de aer să intre și să iasă din cameră pe durata evaluării. Aceste dispozitive sunt costisitoare de construit și de operat. Prin urmare, majoritatea laboratoarelor care fac cercetări pe oameni folosesc calorimetria indirectă mai rentabilă. 3-5

În nutriție și științe alimentare, calorimetrul bombă este un dispozitiv utilizat pentru a evalua conținutul de energie al produselor alimentare prin calorimetrie directă. Produsul alimentar este ars și căldura cuantificată este eliberată. 2

VENTILARE ȘI RESPIRARE A ANIMALELOR Tehnici în fiziologia respiratorie a animalelor întregi

Metode de măsurare a metabolismului respirator

Pe lângă rata consumului de oxigen, rata de producție a dioxidului de carbon (CO2) poate fi măsurată prin calorimetrie indirectă. Cu toate acestea, solubilitatea ridicată a CO2 în apă face dificilă măsurarea corectă a modificărilor presiunii parțiale a CO2 (PCO2) cu electrozii disponibili, iar modificările CO2 totale ale apei în timp sunt adesea dificil de măsurat pe fondul CO2 legat ca carbonați și bicarbonate, în special în apă dură și apă sărată.

Bilanțul energetic și reglementarea consumului de alimente

Abstract

Acest capitol începe cu discutarea energeticii alimentelor și a factorilor Atwater descoperiți prin calorimetrie directă. Utilizarea calorimetriei indirecte pentru a determina utilizarea grăsimilor, proteinelor și carbohidraților pentru energie este apoi tratată cu introducerea conceptului de echivalență energetică a O 2. Se analizează apoi componentele ratei metabolice. Reglementarea consumului de alimente este apoi discutată, folosind noțiunile timpurii de „centru de sațietate” și „centru de hrănire”, întrucât este suplinită de o imagine mai complexă a mai multor centre și o reglementare mai difuză a aportului de alimente. Se introduce noțiunea de semnale de sațietate pe termen scurt și lung. Se încearcă o imagine integrată a reglării aportului de alimente, combinând semnale gastrointestinale și umorale pe termen scurt și semnale pe termen lung de adipozitate corporală. Este inclus rolul eferențelor nervoase în ajustarea cheltuielilor de energie.

Neurobiologia citokinelor

Nicholas J. Busbridge, Nancy J. Rothwell, în Methods in Neurosciences, 1993

Măsurarea termogenezei

Termogeneza poate fi determinată din măsurători ale ratei metabolice fie direct, prin determinarea producției de căldură (calorimetrie directă), fie indirect din consumul de oxigen și producția de dioxid de carbon (calorimetrie indirectă). Calorimetrele directe sunt notoriu complexe și costisitoare și suferă dezavantajele că, în timpul schimbărilor rapide ale temperaturii corpului (de exemplu, dezvoltarea febrei), măsurătorile pe termen scurt ale producției de căldură pot fi eronate. Prin urmare, calorimetria indirectă a fost folosită pe scară mai largă atât la animale experimentale, cât și la oameni. Producția de căldură poate fi calculată cu precizie din ratele de consum de oxigen (Vo 2) și producția de CO2 (Vco2). Cu toate acestea, cu condiția să nu apară modificări semnificative ale coeficientului respirator, estimări fiabile ale termogenezei pot fi obținute numai din determinarea Vo2 (12).

Există o serie de calorimetre indirecte disponibile în comerț pentru mamiferele mici, de obicei pe baza măsurătorilor exacte ale fluxului de aer printr-o cameră mică și a diferenței de conținut de oxigen (determinată de analiza paramagnetică) a aerului de intrare și de ieșire. Cu toate acestea, o tehnică simplă pentru măsurarea Vo2 implică îndepărtarea CO2 și a apei prin includerea Carbasorb și silicagelului în circuitul produs de animal și înlocuirea (și măsurarea simultană) a cantității de oxigen utilizate. Pe măsură ce oxigenul este utilizat și CO2 și apa sunt absorbite, o mică scădere a presiunii va apărea în interiorul calorimetrului, care este detectată de presostate microdiferențiale, determinând pomparea volumelor fixe de oxigen în calorimetru până la restabilirea presiunii inițiale (13). Pentru animalele mici (de exemplu, șobolani și șoareci) volumul acestor calorimetre ar trebui să fie mic (adică 12).

Contribuția NST la rata metabolică totală poate fi estimată din efectul inhibitor al blocării β-adrenoceptorilor (de exemplu, prin injectarea periferică de propranolol), care este minimă la animalele în repaus normale la temperaturi ambientale apropiate de termoneutralitate. Cu toate acestea, acest lucru poate produce subestimări ale NST, deoarece în timpul blocadei β, alte forme de producție de căldură (de exemplu, tremurând) pot fi substituite cu NST (7). Evaluări mai indirecte și, prin urmare, mai puțin fiabile, ale termogenezei includ estimări simultane ale temperaturii miezului (de exemplu, rectal) și a temperaturii pielii sau a activității BAT. Acesta din urmă poate fi determinat in vitro, prin îndepărtarea postmortemului țesutului și măsurarea legării specifice a nucleotidelor purinice radiomarcate (de exemplu, PIB) la mitocondriile izolate (14).