本發(fā)明涉及代謝檢測，具體為一種基于同位素標(biāo)記的區(qū)分內(nèi)源性和外源性代謝檢測方法。

背景技術(shù)：

1、人體能量消耗(ee)的準確測量有助于研究與人類如何實現(xiàn)或未能實現(xiàn)能量平衡相關(guān)的各種問題。間接測熱法是指測定人體消耗掉的氧氣量和生成的二氧化碳量可以計算出人體能量消耗的方法，其原理在于人體能量代謝的過程始終伴隨著消耗氧氣和產(chǎn)生二氧化碳，間接測熱法是寫入臨床指南的評估人體能量代謝的金標(biāo)準方法。而人體的三大供能物質(zhì)是糖(碳水化合物)、脂肪和蛋白質(zhì)，其中人體只有在極度饑餓下才會消耗蛋白質(zhì)進行代謝供能。人體通過消耗吞食進去外界食物中的糖和脂肪獲得的能量成為外源性能量消耗，人體通過消耗人體自身中糖和脂肪獲得的能量成為內(nèi)源性能量消耗。代謝艙是一種使用間接測熱法測量人體代謝消耗的設(shè)備，其通過測定艙內(nèi)人體的氧氣消耗及二氧化碳生成量，利用weir公式計算能量消耗，并且能夠推算宏觀營養(yǎng)素消耗占比。

2、現(xiàn)有的代謝艙在進行代謝數(shù)據(jù)檢測時，所用到氧氣消耗及二氧化碳生成量數(shù)據(jù)為總數(shù)據(jù)，只能計算能量代謝總通量，而無法區(qū)分能量來源是外源性還是內(nèi)源性供能物質(zhì)。因為人體在代謝的過程中，既要消耗吞食食物中的糖和脂肪，也會同步消耗人體自身的糖和脂肪。2021年哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院、威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院等17家醫(yī)學(xué)機構(gòu)的聯(lián)合研究提出的cim模型表明，不同狀態(tài)的不同個體對于同一種營養(yǎng)的吸收利用效率差異非常大，因此在內(nèi)分泌、體育健康(肥胖)、臨床營養(yǎng)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究評估外源性能量消耗和外源性消耗占比規(guī)律，對于指導(dǎo)患者及大眾進行精準的個性化的營養(yǎng)素的補充具有重大的意義，基于此，本發(fā)明設(shè)計了一種基于同位素標(biāo)記的區(qū)分內(nèi)源性和外源性代謝檢測方法，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于同位素標(biāo)記的區(qū)分內(nèi)源性和外源性代謝檢測方法，以解決上述背景技術(shù)中提出需要區(qū)分在代謝過程中能量來自外源性能量消耗還是內(nèi)源性能量消耗的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于同位素標(biāo)記的區(qū)分內(nèi)源性和外源性代謝檢測方法，具體步驟如下：

3、s1，系統(tǒng)搭建：搭建代謝檢測系統(tǒng)，代謝檢測系統(tǒng)中設(shè)置有用于實驗小鼠生活的代謝艙，且通過測量實驗小鼠在代謝艙中呼吸消耗的o2氣體濃度和產(chǎn)生的co2氣體濃度計算實驗小鼠的代謝數(shù)據(jù)；

4、s2，空艙調(diào)試：為了保證步驟s1中檢測系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行，需要對步驟s1搭建的系統(tǒng)進行代謝艙的空艙運行，觀察檢測系統(tǒng)是否存在運行過程中的缺陷，在排除運行缺陷以后，測得的13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及總co2環(huán)境濃度和o2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)的計算機中作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后期實驗過程中通過去除環(huán)境氣體中13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)，降低環(huán)境氣體對于實驗結(jié)果的影響；

5、s3，實驗準備：在步驟s2空艙調(diào)試完畢以后，整個測試系統(tǒng)運行穩(wěn)定，且存儲到環(huán)境氣體中13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度和o2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)以后，開始進程實驗小鼠實驗前的準備，具體如下：

6、①實驗鼠的選擇：選取體重相同，生長周期相同，體脂率相同，且身體健康的雌鼠作為實驗對象，雌鼠相對雄鼠活躍性較小，從而能夠減少因為小鼠的運動量不同而影響實驗的結(jié)果，實驗小鼠的數(shù)量比代謝艙的數(shù)量少一只；

7、②實驗飼糧的選擇：分為正常玉米淀粉飼糧和13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧，其中，13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧分為標(biāo)記在葡萄糖上面的13c標(biāo)記飼糧和標(biāo)記在脂肪上面的13c標(biāo)記飼糧，從而能夠通過在葡萄糖葡萄糖上面的13c標(biāo)記和在和脂肪上面的13c標(biāo)記的方式區(qū)分小鼠實驗中，代謝消耗的是外源性糖類還是外源性脂肪類，13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧在葡萄糖和脂肪上面的13c標(biāo)記含量通過元素分析同位素質(zhì)譜法確定；

8、s4，初始歸一化：根據(jù)步驟s3選取的實驗小鼠放置到代謝艙中進行適應(yīng)性生活實驗，使小鼠能夠適應(yīng)代謝艙中的壓力，每個代謝艙放置一只小鼠，且有一個空白艙作為對照組，不放置小鼠，在測試的過程中，向?qū)嶒炇笸段拐Ｓ衩椎矸埏暭Z；

9、在測試的過程中，通過檢測系統(tǒng)分別記錄每組代謝艙內(nèi)部通過13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器和總o2傳感器檢測到的13co2初始濃度、12co2初始濃度以及co2初始濃度和o2初始濃度數(shù)據(jù)；

10、傳感器所檢測到的13co2有三個來源：來自于13c標(biāo)記的食物，來自于小鼠本身的13c和環(huán)境中存在的13co2，而本系統(tǒng)的目的是測量小鼠對于外源性營養(yǎng)素的利用，即關(guān)注來自于食物中的13co2，從而需要進行修正，修正公式如下：

11、13co2食物＝13co2總-13co2小鼠自身-13co2環(huán)境；

12、s5，實驗數(shù)據(jù)的檢測：當(dāng)步驟s4中排除外界中和小鼠體內(nèi)13c和12c對于實驗的影響因素以后，開始進行投喂帶有標(biāo)記13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧實驗，其中實驗組分為等量的三組進行實驗和一組空白對照實驗，獲得三組13co2濃度、12co2濃度以及總co2濃度和o2濃度數(shù)據(jù)和一組空白對照實驗的13co2濃度、12co2濃度以及總co2濃度和o2濃度數(shù)據(jù)；

13、s6，數(shù)椐的對比分析：首先將步驟s5中獲取空白對照實驗的13co2濃度、12co2濃度以及總co2濃度和o2濃度數(shù)據(jù)與步驟s2中檢測到的環(huán)境氣體中13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度和o2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)進行分別對比，排除環(huán)境中氣體對于實驗組數(shù)據(jù)的影響，并通過平均差公式得到對照實驗組的13co2平均濃度、12co2平均濃度以及總co2平均濃度和o2平均濃度數(shù)據(jù)；

14、根據(jù)獲得對照實驗組的13co2平均濃度、12co2平均濃度以及總co2平均濃度和o2平均濃度數(shù)據(jù)通過差值方程獲得去得到三組實驗小鼠代謝的13co2代謝濃度、12co2代謝濃度以及總co2代謝濃度和o2代謝濃度的數(shù)據(jù)；

15、s7，內(nèi)源性代謝和外源性代謝的計算：首先根據(jù)步驟s6中獲得的三組實驗小鼠獲得的的13co2代謝濃度、12co2代謝濃度以及總co2代謝、o2代謝濃度數(shù)據(jù)，計算出實驗小鼠內(nèi)源性代謝和外源性代謝消耗占比；

16、s8，數(shù)據(jù)驗證：通過對步驟s6獲得的(13co2+12co2)與總co2值的偏差是否小于1％，來判斷本方案的準確性；

17、當(dāng)(13co2+12co2)與總co2值的偏差是小于1％時，說明檢測數(shù)據(jù)準確，步驟s7中計算的數(shù)據(jù)為準確數(shù)據(jù)，可以作為研究數(shù)據(jù)進行使用；

18、當(dāng)(13co2+12co2)與總co2值的偏差否小于1％時，說明檢測數(shù)據(jù)不準確，步驟s7中計算的數(shù)據(jù)不可以作為研究數(shù)據(jù)進行使用，同時需要返回步驟s2進行重新的實驗。

19、優(yōu)選地，步驟s1所述代謝檢測系統(tǒng)包括多組代謝艙，多組所述代謝艙的進氣端設(shè)置有用于控制氣體流入的二位五通電磁閥，所述二位五通電磁閥的進氣端設(shè)置有氣體緩沖腔室，所述氣體緩沖腔室的內(nèi)部為雙腔室設(shè)計，且一個腔室用于進氣端的氣體緩沖，另一個腔室用于排氣端的氣體緩沖，所述氣體緩沖腔室的用于進氣端氣體緩沖腔室的進氣端設(shè)置有用于外界氣體輸入的進氣風(fēng)機，多組所述代謝艙的排氣端同樣設(shè)置有用于控制氣體排出的二位五通電磁閥，且在該二位五通電磁閥的輸出端設(shè)置有用于去除排出氣體中水蒸氣的干燥管，所述干燥管的輸出端設(shè)置有用于控制干燥管內(nèi)壓力的電子壓力控制器epc，所述電子壓力控制器epc的輸出端與氣體緩沖腔室的用于排氣端氣體緩沖腔室的進氣端連接，所述氣體緩沖腔室的用于排氣端氣體緩沖腔室的排氣端設(shè)置有用于控制排出氣體流速的紅寶石氣阻，所述紅寶石氣阻的輸出端集成有13co2傳感器和12co2傳感器，所述13co2傳感器和12co2傳感器的輸出端設(shè)置有總co2傳感器和總o2傳感器，所述13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器和總o2傳感器的數(shù)據(jù)輸出端設(shè)置有用于其檢測數(shù)據(jù)采集的控制主機，通過控制主機獲取13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器和總o2傳感器檢測到的13co2濃度、12co2濃度以及總co2濃度和o2濃度數(shù)據(jù)，且獲取的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送到計算機上進行數(shù)據(jù)的存儲和統(tǒng)計，通過總co2傳感器和總o2傳感器檢測后的氣體直接排放到大氣中。

20、優(yōu)選地，步驟s2所述空艙調(diào)試步驟為首先多組代謝艙內(nèi)部均為空艙設(shè)置，接通進氣風(fēng)機的電源，使進氣風(fēng)機能夠持續(xù)且穩(wěn)定的運行，再通過計算機設(shè)定檢測周期t0，同時設(shè)定每個檢測周期t0內(nèi)兩組二位五通電磁閥同步的打開多組代謝艙的進氣端和排氣端，使每組代謝艙能夠分別的進行通氣檢測，再測試的過程中通過計算機同步設(shè)定干燥管的溫度t，以及電子壓力控制器epc的壓力數(shù)據(jù)p，觀察檢測系統(tǒng)是否存在運行過程中的缺陷；

21、判定是否運行穩(wěn)定的標(biāo)準為檢測到的13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度和o2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)是否處于穩(wěn)定波動，因為環(huán)境中的氣態(tài)處于穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)檢測到的13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度和o2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)處于漂移量小于1％時，說明檢測系統(tǒng)運行穩(wěn)定，反之，該檢測系統(tǒng)存在缺陷，需要對系統(tǒng)中的硬件進行檢查和更換。

22、優(yōu)選地，驟s4所述的修正步驟具體為通過裝置采集空白艙中檢測到的13co2環(huán)境濃度、12co2環(huán)境濃度以及co2環(huán)境濃度數(shù)據(jù)，作為環(huán)境中13co2和12co2數(shù)據(jù)，同時對于每只小鼠，在正式的實驗投喂前，都將有持續(xù)一個小時的空腹?fàn)顟B(tài)，即t0狀態(tài)小鼠代謝采集流程，檢測并保存13co2小鼠t0濃度、12co2小鼠t0濃度以及co2小鼠t0濃度數(shù)據(jù)，作為每只小鼠本身的13co2和12co2。

23、優(yōu)選地，步驟s5所述的實驗步驟具體如下

24、第一組投喂標(biāo)記在葡萄糖上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧，第二組投喂標(biāo)記在脂肪上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧，第三組投喂標(biāo)記在葡萄糖和脂肪上13c標(biāo)記的玉米淀粉混合飼糧，標(biāo)記在葡萄糖上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧和標(biāo)記在脂肪上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧的比例為1：1，同時三組投喂的飼糧重量相同，在設(shè)定好檢測周期檢測周期t2，干燥管的干燥溫度t2，以及電子壓力控制器epc的壓力數(shù)據(jù)p2以后，開始實驗測試；

25、首先通過計算機控制兩組二位五通電磁閥控制第一組只投喂標(biāo)記在葡萄糖上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧小鼠代謝艙的進氣和排氣，其他實驗組和對照組的進氣和排氣處于關(guān)閉的狀態(tài)，在檢測周期t2內(nèi)，通過13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器檢測到第一組小鼠代謝艙中的13co2-a濃度、12co2-a濃度以及總co2-a、o2-a代謝濃度數(shù)據(jù)，檢測到的數(shù)據(jù)通過控制主機發(fā)送到計算機中保存下來，以方便下一步的對比和計算；

26、再次，通過計算機控制兩組二位五通電磁閥控制第二組只投喂標(biāo)記在脂肪上的13c標(biāo)記的玉米淀粉飼糧小鼠代謝艙的進氣和排氣，其他實驗組和對照組的進氣和排氣處于關(guān)閉的狀態(tài)，在檢測周期t2內(nèi)，通過13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器檢測到第一組小鼠代謝艙中的13co2-b濃度、12co2-b濃度以及總co2-b、o2-b代謝濃度數(shù)據(jù)，檢測到的數(shù)據(jù)通過控制主機發(fā)送到計算機中保存下來，以方便下一步的對比和計算；

27、再次，通過計算機控制兩組二位五通電磁閥控制第三組投喂標(biāo)記在葡萄糖上和脂肪上的13c標(biāo)記的玉米淀粉混合飼糧小鼠代謝艙的進氣和排氣，其他實驗組和對照組的進氣和排氣處于關(guān)閉的狀態(tài)，在檢測周期t2內(nèi)，通過13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器檢測到第一組小鼠代謝艙中的13co2-c濃度、12co2-c濃度以及總co2-c、o2-c代謝濃度數(shù)據(jù)，檢測到的數(shù)據(jù)通過控制主機發(fā)送到計算機中保存下來，以方便下一步的對比和計算；

28、最后，通過計算機控制兩組二位五通電磁閥控制空白對照代謝艙的進氣和排氣，其他實驗組的進氣和排氣處于關(guān)閉的狀態(tài)，在檢測周期t2內(nèi)，通過13co2傳感器和12co2傳感器以及總co2傳感器檢測到第一組小鼠代謝艙中的13co2-d濃度、12co2-d濃度以及總co2-d、o2-d代謝濃度數(shù)據(jù)，檢測到的數(shù)據(jù)通過控制主機發(fā)送到計算機中保存下來，以方便下一步的對比和計算。

29、優(yōu)選地，步驟s6所述的數(shù)據(jù)對比步驟具體如下

30、首先，將步驟s5中第一組小鼠代謝艙中的13co2-a濃度、12co2-a濃度以及總co2-a濃度數(shù)據(jù)，得到13co2-a(t)濃度、12co2-a(t)濃度以及總co2-a(t)濃度數(shù)據(jù)，再將獲得的13co2-a(t)濃度、12co2-a(t)濃度以及總co2-a(t)濃度數(shù)據(jù)與獲得的13co2-d(t)濃度、12co2-d(t)濃度以及總co2-d(t)濃度數(shù)據(jù)通過差值方程獲得去得到實驗小鼠代謝的13co2-a代謝(t)濃度、12co2-a代謝(t)濃度以及總co2-a代謝(t)濃度在不同時刻t的數(shù)據(jù)，其中t0時刻設(shè)置為剛剛進食時刻，即t0時刻反映的是小鼠自身的13co2，12co2和總co2水平；

31、再次，將步驟s5中第二組小鼠代謝艙中的13co2-b濃度、12co2-b濃度以及總co2-b濃度數(shù)據(jù)，得到13co2-b(t)濃度、12co2-b(t)濃度以及總co2-b(t)濃度數(shù)據(jù)，再將獲得的13co2-b(t)濃度、12co2-b(t)濃度以及總co2-b(t)濃度數(shù)據(jù)與獲得的13co2-d(t)濃度、12co2-d(t)濃度以及總co2-d(t)濃度數(shù)據(jù)通過差值方程獲得去得到實驗小鼠代謝的13co2-b代謝(t)濃度、12co2-b代謝(t)濃度以及總co2-b代謝(t)濃度在不同時刻t的數(shù)據(jù)，其中t0時刻設(shè)置為剛剛進食時刻，即t0時刻反映的是小鼠自身的13co2，12co2和總co2水平；

32、最后，將步驟s5中第三組小鼠代謝艙中的13co2-c濃度、12co2-c濃度以及總co2-c濃度數(shù)據(jù)，得到13co2-c(t)濃度、12co2-c(t)濃度以及總co2-c(t)濃度數(shù)據(jù)，再將獲得的13co2-c(t)濃度、12co2-c(t)濃度以及總co2-c(t)濃度數(shù)據(jù)與獲得的13co2-d(t)濃度、12co2-d(t)濃度以及總co2-d(t)濃度數(shù)據(jù)通過差值方程獲得去得到實驗小鼠代謝的13co2-c代謝(t)濃度、12co2-c代謝(t)濃度以及總co2-c代謝(t)濃度在不同時刻t的數(shù)據(jù)，其中t0時刻設(shè)置為剛剛空腹未進食時刻，即t0時刻反映的是小鼠自身的13co2，12co2和總co2水平。

33、優(yōu)選地，所述步驟s7中外源性代謝占比計算公式為

34、(13co2％)＝13co2/(13co2+12co2)*100％；

35、所述步驟s7中內(nèi)源性分為內(nèi)源性糖代謝和內(nèi)源性脂肪代謝；

36、其中，內(nèi)源性糖代謝占比計算公式為

37、內(nèi)源性糖代謝占比＝(tee-fcrglucose(t)*16.18)/tee；

38、內(nèi)源性脂肪代謝占比計算公式為

39、內(nèi)源性脂肪代謝占比＝(tee-fcrlipid(t)*39.8)/tee。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

41、本發(fā)明通過一套傳感器檢測13co2濃度和12co2濃度，通過另一套傳感器檢測總co2濃度和o2濃度，以及在食物中通過同位素標(biāo)記的方式能夠需要區(qū)分在代謝過程中能量來自外源性能量消耗還是內(nèi)源性能量消耗計算，有利于研究評估外源性能量消耗和外源性消耗占比規(guī)律，對于指導(dǎo)患者及大眾進行精準的個性化的營養(yǎng)素的補充具有重大的意義以及為現(xiàn)有的代謝檢測增加新的檢測方法。

42、當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。