人体能量代谢实验室

    人体能量代谢实验室由气体发生与抽样系统、气体分析系统（包括双通道氧气分析仪、CO2分析仪及水汽分析仪等）、数据采集与处理系统等组成，采用黄金标准的间接测热法，被测者可自由活动（代谢舱式）或佩戴呼吸面罩（或罩蓬），并可选配红外热成像、活动强度与体温记录仪等，从而全面测量人体在不同状态下的能量代谢水平，以研究人类对不同生态环境条件包括生存限制条件与胁迫的响应（适应）、能量的获取与分配（用于维持性消耗和生产性消耗）、及其对人类福祉健康（包括人类生存与繁衍）的意义，如不同食物及其进食模式的能量代谢研究、不同栖住条件包括现代交通如铁路及汽车环境条件的能量代谢响应、肥胖症及相关代谢疾病（如心血管疾病、糖尿病、骨质疏松、部分癌症等等）的能量代谢研究等。

主要技术特点如下：

1) 模块式结构，自由组合、灵活配置，具备强大的可扩展性，可方便组合用于实验动物等的能量代谢测量

2) 流通式测量技术，实时观测分析

3) 模块式差分CO2、O2及水汽分压测量系统，可选配一体式三参数气体分析仪

4) 可佩戴式三维活动、体表温度、体表湿度数据采集

5) 可客户定制自由活动能量代谢舱

6) 快速响应，气体分析响应时间低于1秒，从而可以即时反映呼吸的瞬间变化

7) 具备可佩戴式活动数据采集器，自动采集三维活动数据、温度（体表温度）、湿度（体表湿度）等

8) 可选配红外热成像单元，用于成像测量体表及环境温度分布情况等，以研究分析体表散热温度分布与环境温度的关系等

9) 可用于生物医学、转化医学、临床诊断测量、运动生理学、环境生理学研究等

主要技术指标：

1. 差分氧气分析模块：燃料电池O₂分析技术，不受水汽、CO2及其它气体的影响，测量范围1－100％，分辨率0.0001%，低噪音高稳定性，精确度优于0.1%，响应时间小于7秒，24小时漂移低于0.01％，20分钟噪音低于0.002％pk-pk；温度、压力补偿,4通道模拟输出，16bit分辨率；数码过滤（噪音）0-50秒可调，增幅0.2秒，内置A/D转换器分辨率24 bits；可同时测量温度（测量范围0-60℃，分辨率0.001℃）和气压（测量范围30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示氧气含量和气压；

2.二氧化碳测量分析：双波长非色散红外技术，测量范围0－5％或0－15％两级选择（双程），内置数据采集系统，实时测量，响应时间小于1秒，分辨率优于0.0001%或1ppm（可达0.1ppm），精确度1%，建议气流5－2000ml/分钟，噪音小于2ppm，24小时漂移低于0.002%，温度、气压补偿，采样频率10Hz；具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示CO₂含量和气压；4通道模拟输出，16bit分辨率，具数码过滤（噪音） 

3. 水汽测量分析：薄膜电容性传感器（ thin-film capacitive sensor），测量单位为相对湿度或露点温度或水汽分压，测量范围0-100% RH，分辨率0.001% RH、0.01摄氏露点温度，精确度1%，恒温下漂移低于0.01%每小时

4. 气体二次抽样单元：包括一个泵、针阀（控制进出泵体的气流）和气流计（0－2000ml/m）；隔膜泵，滚轴马达，最大流速2-4L/min；热桥式气流计，分辨率1ml/min，精确度2%；模拟输出12 bits

5. 数据采集单元，12通道，8个模拟输入，16bit分辨率；4个温度输入，分辨率0.001摄氏度；8个数字输出用于系统控制，1个16bit计数器，2通道电压输出，脉冲宽度调制；

6. 软件可在线显示和分析数据

7. 热敏电阻探头用于测量呼吸室内温度值和空气温度：测量范围-5－60℃，分辨率0.001℃，绝对精确度0.2℃，BNC连接，探头直径2.5mm；

8. 气流发生控制监测单元：流量75－500L/min，分辨率1L/min，精确度2%满量程；

9. 可佩戴式数据采集器：温度测量范围-40°C－125°C，精确度0.2°C；湿度测量范围0－100%，精确度±1.8%；三维加速度传感器（活动监测）测量范围±15g，精确度±0.15g，具OLED彩色显示屏显示测量数据及图表，蓝牙通讯

主要参考文献：

1) Edward L. Melanson etc. A new approach for flow-through respirometry measurements in humans. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 2010

2) Rachel R. Markwald etc. Impact of insufficient sleep on total daily energy expenditure, food intake, and weight gain. PNAS, 2012

3) Kate Lyden etc. Estimating Energy Expenditure Using Heat Flux Measured at Single Body Site. Med Sci Sports Exerc. 2014

4) Andrew W. McHill etc. Impact of circadian misalignment on energy metabolism during simulated nightshift work. PNAS, 2014