第九章 同位素示踪技术(8)

2018-12-23 23:58

此蒸发水与液态水、二氧化碳与液态水中的同位素富集度不同,对人的测定得到如下结果:

f1=0.9412H2O(汽态)/ 2H2O(液态) f2=0.992H218O(汽态)/ H218O(液态) f3=1.039C18O2(气态)/ H218O(液态) Lifson提出了考虑分馏现象的计算公式:

rCO2??k0?kh?N/2f3??f2?f1?khNx/2f3??? (18) 其中x是发生分馏的水的比例,代入fi的数值后得: rCO2?N??k0?kh?1?0.51x???/2.078??????(19)

在计算过程中考虑分馏现象的影响需要估计x的大小,下面介绍报道过的几种方法。

水的周转量减去同时间内由尿排出水的数量给出了发生分馏的最大可能的水的数量,水的周转量按下式计算:

rH2O?1.02khN??? (20)

该公式的来源在下面水周转速度计算部分介绍,体内水的总量N由拟和出的(1)式外推到t=0得出,排尿量可以实测。该方法的问题是过高地估计了发生分馏的水的数量,因为由汗腺分泌和部分唾液中的水不发生分馏。

Schoeller等(1986)用rCO2估计分馏水的数量,损失的分馏水数量为2.3 rCO2,而rCO2约为?k0?kh?N/2f3的95%,将2.3?0.95?k0?kh?N/2f3代入(4)式代替发生分馏水的数量khNx得:

???t?T???t???A1/T???1?e??T?1?e?ut?T?eut?T?A1/T?????????t??t?TrCO2??k0?kh?N/2f3?2.3?0.95?f2?f1??k0?kh?N/?2f3?

2 ??k0?kh?N/2f3???1?2.3?0.95?f2?f1?/2f3?? ??k0?kh?N/2.078??1?2.3?0.95?0.051?2.078? ?0.455N?k0?kh???? (21)

Haggarty等(1998)对马鹿的研究中采用的估计方法是先估计蒸发水的损失,

之后计算蒸发水与水周转量的比例,在下面对Haggarty试验的介绍中将做详细介绍。

4.5 计算rCO2的其它公式

Coward等(1986)提出了与Lifson略有不同的rCO2计算公式:

rCO2??N/2f3????k0?kh?f2x?1?x?/?f1x?1?x?????? (22),代入fi的数值得:

rCO2??N/2f3????k0?kh?1?0.008x?/?1?0.059x??????(23)。 4.6 同位素的分布体积

2H2O和H218O的分布体积不同,H218O的分布体积平均较体内水的总量(TBW)高1%,2H2O则高4%。有两种校正方法,至于哪种方法更好则有不同意见。方法一是计算平均分布体积,若按(21)式计算rCO2,校正后的公式为: rCO2?0.455N?1.01k0?1.04kh???? (24)

拟和出标记水的富集度随时间变化曲线,外推至t=0求出2H2O和H218O的初始富集度Ch?0?和C0?0?,按下式计算出标记水的分布体积:

V0?D0/C0?0?;Vh?Dh/C0?0?;其中D0、Dh分别为H2O和H2O的注入剂量。

18

2

TBW(即N)按下式计算:

N??V0/1.01?Vh/1.04?/2??? (25) 校正方法二是将Vo和Vh直接用于rCO2的计算: rCO2?0.455N?V0k0?Vhkh???? (26) 4.7 采样期间Vo、Vh发生变化的处理

一般情况下,采样期间Vo、Vh的微小变化可不予考虑,但若用发生肾脏疾病的动物进行试验,或使用利尿剂等,以及研究生长期动物的能量代谢,则需考虑Vo、Vh的变化,此时计算过程中的Vo、Vh值由下式得出: Vo或Vh=(V1-V2)/ln(V1/V2)??? (27)

其中V1、V2是试验开始和结束时的Vo或Vh,为测定V2需在试验结束时再次注入标记水。

4.8 耗能量(产热量,TEE)的计算

若已知动物的每天耗氧量rO2(升/天)、二氧化碳产量rCO2(升/天)和尿氮量(克/天),对于单胃动物可按下式计算TEE:

TEE(KJ/天)=16.18 rO2+5.02 rCO2-9.079UN??? (28)

对反刍动物还需要知道每天的甲烷产量rCH4(升/天),按下式计算TEE: TEE(KJ/天)=19.489 rO2+4.628 rCO2-5.99UN-2.17rCH4.

与呼吸测热不同,双标记水法不能测定耗氧量和甲烷产量,需要通过其它方法估计。对于成年动物,可由消化吸收的饲料成份估计呼吸熵RQ,耗氧量rO2=rCO2/RQ。若饲料可消化蛋白质、脂肪、碳水化合物的百分含量分别为P、F、C,则RQ可由下式估计:

RQ=0.81P+0.71F+1C??? (29)

在人的能量代谢研究中,若摄入酒精,其相应的系数为0.67。

甲烷产量rCH4可由rCO2,在下面对Haggarty试验的介绍中将做详细介绍。 4.9 水周转速度的计算

若不存在分馏现象,水的周转速度可按rH2O?khN计算,但以蒸发方式损失的水分存在分馏现象,考虑这一因素,水的周转速度可按下式计算:

rH2O?khVh??1?f1?khVhx ?khVh?1?f1?x? 代入f1的数值0.94,则:

rH2O?khVh?1?0.06x?

Vh?1.04N,对于单胃动物,约有30%的损失水发生分馏,则有: rH2O?1.02Nkh??? (30)

4.10 Haggarty试验中的计算公式 (1)计算公式:

rH2O=2H flux/(f1x+1-x)-(rH2O甲烷+rH2O粪便)??????(31) rCO2={ 2O flux-[f2 x rH2O+(1-x) rH2O]}/2f3???? (32) rCH4=rCO2×CH4:CO2???????????????? (33) rO2=(rCO2+rCO2(甲烷))/RQ-rO2(甲烷)???????????(34) TEE=19.489 rO2+4.628 rCO2-5.99UN-2.17rCH4????(35)

蒸发水损失(EWL)=(TEE×蒸发散失热量所占比例PHLE)/蒸发热??? (36)

x=EWL/rH2O??? (37)

rH2O甲烷=rCH4×甲烷的水损失当量??? (38)

粪中干物质含量=(TEE÷饲料干物质的代谢能含量)×(1-消化率)??? (39)

rH2O粪便=粪中干物质含量×粪中干物质的水损失当量??? (40)

使用的参数:f1=0.941;f2=0.99;f3=1.039;x=0.1;RQ=0.94。(31)、(32)式中的2H flux、2O flux分别为khN和koN。在该试验中N=Vo/1.01,有关详细说明见Haggarty(1994a,American Journal of Physiology, 267: R1574--R1588)。

(2)EWL的计算: 18℃下马鹿的产热量约有50%经过蒸发散失(Brockway, 1967),33℃下水的蒸发热是2418J/kg(Blaxter, 1989),用这两个参数和TEE可以计算EWL。但TEE的计算公式中含有rCO2, rCO2的计算公式中又含有x,而x的计算公式中含有EWL。解决这一问题可采用循环计算的方法,首先不对rCO2的计算进行x校正,得到的结果用于EWL的计算,将得到的EWL在用于rCO2的计算,如此循环重复计算,直到重复计算的结果不再变化为止。该试验得到的x是0.42±0.02。rH2O和rCO2等的计算也用到循环计算方法。

(3)粪中干物质含量(FDM)计算: 动物体重基本不变化的情况下,摄入与消耗的能量相等,因此FDM可由产热量、日粮消化率计算。该试验日粮的能量含量为10.22MJ代谢能/kgDM,用绵羊测得的干物质消化率为0.41,FDM的损失水当量为0.12g(Midwood,1993),因此由上述参数和TEE可以计算FDM。但TEE和FDM的计算过程同样存在相互引用的问题,需进行循环计算。

(4)rCH4的计算: 甲烷分子中的H原子部分来自体内水分,因此甲烷是2H损失的途径之一。甲烷的产量可用rCO2估计,rCO2:rCH4在通常日粮条件下的变化范围是10-20,甲烷的损失水当量为1.052g(Midwood,1989)。该试验日粮条件下用绵羊测得的rCO2∶rCH4为13,以此为初始值经过循环计算得到的rCH4为93±5L/d。

(5)尿N损失的计算: 在体重不增加的情况下,尿N损失量等于N的吸收量。由干物质采食量、消化率、日粮的N含量计算。

(6)关于循环计算: 试验过程中只有2H flux和18O flux是可测的,rH2O甲烷、

rH2O粪便、rCO2(甲烷)、rO2(甲烷)、UN的初始值均设置为0,通过整套公式的循环计算得出。关于循环计算的方法见Haggarty发表的文章(1994b,British Journal of Nutrition, 72:799-813)。

三. 糜流通量的同位素双标记物测定

无论瘤胃内容物还是消化道食糜,均由不均匀的固相和液相组成,采集的样品有可能液相或固相偏多,与瘤胃内容物或食糜的真正组成不同,因此测定瘤胃内容物的成份、十二指肠和回肠的食糜流通量及食糜的成份时,最大的问题是如何采集到有代表性的样品。使用十二指肠和回肠过桥瘘管进行全食糜采集在一定程度上解决了样品的代表性问题,但安装过桥瘘管的动物维持时间较短,不能进行持续时间长的试验,而且采集代表性瘤胃内容物的问题没有得到解决。为此,Faichney于1975年提出了双标记物方法测定消化道的食糜流通量,使得食糜流通量的测定可以在安装T型瘘管的动物上进行。1980年他又将该方法推广到瘤胃代表性内容物样品的采集上。 ⒈ 测定原理

1.1 瘤胃代表性内容物样品的采集

通过连续饲喂使瘤胃内容物总量保持不变,以稳定的速度向瘤胃中同时注入两种标记物。两种标记物在固相和液相中有不同的分配比例,在固相中相对较多的标记物称为固相标记物,在液相中相对较多的标记物称为液相标记物。将瘤胃内容物视为一室模型,标记物在瘤胃内容物的浓度与注入时间的关系为:

C?t??B?1?e?kt?,B?f/Mk??? (41)

其中C(t)为经过时间t的标记物注入后,标记物在瘤胃内容物中的浓度,f为标记物的注入速度,M为瘤胃内容物的总量,k为标记物从瘤胃消失的速度常数。经过足够长时间的注入之后,瘤胃内容物中标记物的浓度达到稳定,标记物的稳定浓度为:

C(∞)=B=f/Mk?????(42)

若两种标记物的注入速度分别为f1、f2,速度常数分别为k1、k2,稳定浓度分别为C1、C2,将Z值定义如下:

Z=C1/C2=f1 k2/f2k1??? (43)

f1、f2为已知量,求Z的关键是求出k1、k2。先假定已求出Z值,我们采集


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