Målinger af stofskifte

Transkript

1 Målinger af stofskifte vha. Udstyr fra Skolebutik.dk Formål: Denne vejledning giver dig mulighed for at bestemme 1) Lungeventilationen i liter pr minut. 2) Iltforbruget i liter pr minut. 3) Carbondioxidproduktionen i liter pr minut. 4) Energiforbruget pr minut på baggrund af ilt måling og på baggrund af CO 2 målingerne. 5) Den ydede effekt bestemt på baggrund af ilt og på baggrund af CO 2 målingerne 6) Den respiratoriske kvotient. 7) Kroppens arbejdsenergieffektivitet på baggrund af ilt og på baggrund af CO 2 målingerne. 8) Kondital beregnet direkte ud fra maximal iltoptag. 9) Hvorledes kostens sammensætning påvirker stofskiftet. 10) Hvilestofskiftets afhængighed af tidspunktet efter sidste måltid, Føde Induceret Termogenese. 11) Stofskiftes afhængighed af køn og alder. 12) Stofskiftets afhængighed af fedtfri kropsmasse. Apparatur: Stofskifte-kasse med fastspændt slange, envejsventil og maske. Iltsensor, to stk. CO 2 sensorer hvor mindst den en skal være af den nye udgave der kan måle på til ppm, spirometer, adapter og dobbelt-envejsventil m gummiprop størrelse 28. Kondicykel der kan måle belastningen i watt, personvægt og elektrisk vifte. Man kan med fordel medtage apparatur til måling af puls, blodets iltmætning og kroppens fedtprocent. Hvis du kun råder over en enkelt af de nye CO 2 -sensorer, kan du anvende den gamle type til måling i rummet. Denne sensor skal tilsluttes en anden LabQuest eller LabPro. Udførelse: 1) Forbind iltsensor til CH1, carbondioxidsensor til måling i kassen den nye udgave, der kan måle til ppm - til CH2, carbondioxidsensor til måling i rummet til CH3 og Spirometer til CH4 på Vernier Labpro eller LabQuest, der forbindes til PC. Åben programmet LoggerPro.

2 2) Ilt og den nye carbondioxidsensor placeres hullerne i kassen, spirometeret sættes på kassens luftafkast. Adapter og dobbelt-envejsventil sættes på spirometeret luftafkast. I det hul på envejsventilen, hvor masken kunne monteres sættes en gummiprop størrelse 28. 3) I LoggerPro ser du en tabel hvor Kolonne 1: Angiver tiden i sekunder. Kolonne 2: Ilt koncentrationen i % Kolonne 3: Carbondioxidkoncentrationen i ppm i kassen. Kolonne 4: Carbondioxidkoncentrationen i ppm i rummet. Kolonne 5: Flow Rate i L/s Disse kolonner oprettes automatisk. 4) Nulstil Flow Rate ved at vælge: Experiment, Zero, sørg for, at der kun er et flueben ved Spirometer og vælg Done. 5) CO 2 -sensoren der skal sættes i kassen stilles på selve sensoren på High ppm, den CO 2 -sensoren der skal måle i rummet sættes på Low ppm. Begge CO 2 - sensorer og iltsensoren kalibreres ved at trykke på CAL med en papirklips efter at sensoren har hængt ud ad et vindue et par minutter. 6) Placer iltsensoren lodret i et stativ og mål og noter iltkoncentrationen i rummet: % 7) I LoggerPro-s menulinjen vælger: Experiment, Data Collection, Time Based, 300 sek, 12 samples / second, idet vi ser bort fra begrænsningen i CO 2 målehastigheden. Klik på Done. 8) Indstil masken så den sidder tæt men behageligt, og tag masken på. Tænd den elektriske vifte således at den producerede CO 2 fordeles jævnt til hele rummet. 9) Foretag en kort måling, for at kontrollere om alt fungerer efter hensigten. 10) Start derefter med at måle stofskiftet i hvile, gerne afslappet, sidende i ro på kondicykel. Start målingerne ved at trykke Collect den grønne knap i menulinjen. Når målingen er slut gemmer du dine måledata. Se derefter på dem? Ser de fornuftige ud? I løbet af de 5 minutter som målingen foregår, indstiller der sig stady-state. Det sidste minut af måleserierne vil derfor afspejle stofskiftet ved den valgte arbejdsbelastning. 11) Genetag forsøget ide du nu udfører et passende arbejde på kondicyklen, hvor du kan fastholde arbejdsbelastningen i hele forsøgets længde. Noter hvor stor en effekt du yder på cyklen: Cykeleffekt = W 12) Gentag forsøget ved maximal arbejdsbelastning. Cykeleffekt = W 13) Forsøget kan gentages a) Fastende for at belyse forholdene ved fedtforbrænding. b) Ved høj arbejdes belastning (RQ = 1) for at belyse forholdene ved glucoseforbrænding. 14) Noter forsøgspersonens køn, alder og antal timer efter sidste måltid. Mål forsøgspersonens masse og bestem evt. personens fedtfrie masse.

3 Databehandling: 1) For at finde den Akkumulerede Lungeventilationen skal vi integrere grafen for Flow Rate. Da den dobbelte-envejsventil monteret på kassen er et lille stykke tid om at lukke, vil der, ved kraftig vejrtrækning, kunne løbe lidt luft gennem Spirometeret den forkerte vej. Dette viser sig ved at vi måler negative værdier for Flow Rate. Vi kan korrigere denne fejl på følgende måde: Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Korrigeret Flow Rate, Short Name: KFR og enhed: L/s. Under Equation, Variables(Column) vælges (Flow Rate + den positive værdi af Flow Rate) divideret med 2, således at der kommer til at stå: ("Flow Rate "+abs("flow Rate "))/2. Funktionen abs findes under Function og Statistics. Den akkumulerede lungeventilationen kan nu beregnes som integralet af Korrigeret Flow Rate: Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Akkumuleret Lungeventilation, Short Name: ALV og enhed: L. Under Equation, Functions vælges: Calculus: Integral. Variabels(Column) vælges Korrigeret Flow Rate, således at der komme til at stå: integral("korrigeret Flow Rate"). Klik på Done. 2) Iltforbruget i %-point beregnes som: Atmosfærens iltindhold Målt iltkoncentrationen. Som atmosfærens iltindhold anvender vi iltmålingen ved forsøgets start: Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Iltforbrug-%-point, Short Name: IF%-point og enhed: %-Point. Under Equation skal der stå " 20,82- "Oxygen gas". " Oxygen gas " finder du under Variabels(Column). De er et eksempel på iltkoncentrationen ved forsøgets start. Klik på Done. 3) Akkumuleret iltforbruget i liter beregnes som: Iltforbruget i %-Point gange Akkumuleret Lungeventilation /100: Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Akkumuleret Iltforbrug-L, Short Name: AIF-L og enhed: L. Under Equation Variabels(Column) vælges ("Iltforbrug %-Point" * "Akkumuleret Lungeventilation") / 100. Klik på Done. 4) Akkumuleret Energiforbruget beregnes på baggrund af iltens kaloriske værdi, E(O 2 )/kj, ved at gange iltforbruget i liter med 20kJ/L. Beregningen forudsætter at forsøgspersonen er på en almindelig blandingskost. Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Akkumuleret Energiforbrug (O 2 ), Short Name: AE(O 2 ) og enhed: kj. Under Equation skal der stå: 20 * "Akkumuleret Iltforbrug-L". Klik på Done. 5) Den ydede effekt beregnes ved at dividere Akkumuleret Energiforbruget (O2) med tiden. Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Effekt-O 2, Short Name: P(O 2 ) og enhed: kw. Under Equation vælges: "Akkumuleret Energiforbrug (O2) " / "Time". Klik på Done.

4 Punkt 2) 5) har taget udgangspunkt i iltmålingerne. Vi kan udføre tilsvarende beregninger ud fra CO 2 målingerne: 6) Akkumuleret volumen af produceret CO 2 beregnes som Akkumuleret Lungeventilation ganget (CO 2 -målingerne i kassen (Kolonne 3) CO 2 -målingerne fra rummet (Kolonne 5)) divideret med : Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Akkumuleret volumen af produceret CO 2, Short Name: AV(CO 2 -P) og enhed: L. Under Equation skal der stå: "Akkumuleret Lungeventilation" * (("CO2 kolonne 3"-"CO2 kolonne 5")/ ). Klik på Done. 7) Akkumuleret energiforbrug (CO 2 ) beregnet på baggrund af carbondioxids kaloriske værdi, E(CO 2 )/kj, beregnes ved at gange Akkumuleret volumen af produceret CO 2 med 23,93kJ/L. Beregningen forudsætter at forsøgspersonen er på en almindelig blandingskost. Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Akkumuleret energiforbruget (CO 2 ), Short Name: AE(CO 2 ) og enhed: kj. Under Equation skal der stå: " Akkumuleret volumen af produceret CO2" * 23,93. Klik på Done. 8) Den ydede effekt beregnes ved at dividere Akkumuleret energiforbruget (CO2) med tiden. Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Effekt-CO 2, Short Name: P(CO 2 ) og enhed: kw. Under Equation vælges "Akkumuleret energiforbruget (CO2) " / "Time". Klik på Done. 9) Den respiratoriske kvotient RQ beregnes ved at dividere Akkumuleret volumen af produceret CO2 med Akkumuleret Iltforbrug-L. Vælg: Data, New Calculated Column Indfør navnet: Respiratorisk kvotient, Short Name: RQ. Under Equation skal der stå: " Akkumuleret volumen af produceret CO2" / " Akkumuleret Iltforbrug-L ". Klik på Done. 10) Den ydede effekt bestemt på baggrund af ilt og CO 2 målingerne, samt den respiratoriske kvotient kan aflæses direkte i regnearket, men du finder: 13) Lungeventilationen i liter pr minut 14) Iltforbruget i liter pr minut 15) Energiforbruget pr minut på baggrund af ilt måling 16) Carbondioxidproduktionen i liter pr minut 17) Energiforbruget pr minut på baggrund af CO 2 måling ved med musen at markere ca. det sidste minut på den relevante graf, hvor der burde være stady state. Derefter foretager du lineær regression, idet du trykker på ikonknappen på menulinjen og aflæser hældningskoefficienten.

5 11) Kroppens arbejdsenergieffektivitet finder du ved at beregne: * 100% Denne beregning kan foretages på baggrund af ilt såvel som CO 2 målingerne. 12) Konditallet kan bestemmes direkte ud fra det maximale iltoptag pr. min: Målingen foretages på en person, der yder sit maximale arbejde på kondicyklen. Vej personen og beregn konditallet som maximal iltoptagelse i ml pr minut per kilo legemsvægt: Kondital = Enheden bliver således: ml*min -1 *kg -1 13) Hvis du fortager forsøget fastende for at undersøge stofskiftet ved fedtforbrænding er Iltens kaloriske værdi = 19kJ/L og CO 2 kaloriske værdi = 27,1kJ/L. 14) Hvis du fortager forsøget ved høj arbejdsintensitet for at undersøge stofskiftet ved glucoseforbrænding er Iltens kaloriske værdi = 20,5 kj/l og CO 2 kaloriske værdi = 20,5 kj/l. Hvorfor er disse ens? 15) Hvis du vil undersøge Føde Induceret Termogenese, skal du bestemme hvilestofskiftet som funktion af tiden efter sidste - gerne proteinrige - måltid. 16) Ved sammenligning af forskellige forsøgspersoners stofskifte, er man nødt til at tage hensyn til forsøgspersonens masse, fedtfri masse, køn og tidspunkt i menstruationsperioden. Det er således muligt at undersøge, hvorledes forsøgspersonens hormonelle status indvirker på stofskiftet. Ref. Ulrik Ravnborg December 2012 Gribskov Gymnasium