灵长类动物中能量代谢检测方案(动物代谢检测)

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EcoTech易科泰生态技术 EcoTech易科泰生态技术易科泰生态技术有限公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 易科泰生态技术有限公司 Ecotech Ecological Technology Ltd. 易科泰能量代谢测量技术快讯：灵长类能量代谢 灵长类动物有许多与人类相似的生物学特性，是人类疾病和基础生物医学研究的理想动物模型。易科泰生态技术公司积十几年动物能量代谢测量技术研究服务经验，与美国 Sable等国际一流能量代谢技术公司合作，为灵长类动物能量代谢研究提供精准技术方案： 1)定制动物不同状态(如跑步机上运动、爬杆运动)下的能量消耗、呼吸商监测等 2)定制光源控制、饮食限制、热限制条件下动物全面能量代谢监测等，可用于肥胖、糖尿病、组织再生、药物疗效、炎症评估、烧伤治疗等生物医学和医学研究 3)提供低氧控制、活动度、核心体温、VISIR动物行为监测以及高精度、高分辨率测量分析主机系统 4)根据客户需求，提供备选便携式、模块式、多通道式、24小时连续式、PUSH模式、PULL模式等不同技术路线方案 5)红外成像技术与微型皮下植入式温度心率监测，全面测量监测体温动态 应用案例1：眼镜猴的体温调节 异温动物是体温调节机制介乎变温动物和恒温动物之间的一种动物类别。南非纳尔逊-曼德拉大学和马来西亚砂拉越大学研究者以眼镜猴为模型研究其异温潜力和表型，实验中将动物放到4升的呼吸室内(含粪尿收集)，采用 SSI 推气式能量代谢测量技术测量耗氧率V02、、二氧化碳产量 VC02 和蒸发失水率EWL， 结合动物皮下温度，呼吸室内不同的温度变化监测来评估动物的热调节响应。结果表明，该眼镜猴热中性区为25-30℃，基础代谢率(BMR)为3.52±0.06 W.kg-1 (0.65±0.01ml02.g-.h-1)。在实验室数据或自由放养数据中都没有适应性异温的证据。相反，动物在最低温度下似乎对寒冷敏感(T-31℃)。文中讨论了眼镜猴明显缺乏异温的可能原因，并确认了阔鼻小目中公认的异温调节，论证了对眼镜猴未来与全球变暖相关的温度升高的脆弱性的关注。 FIGURE 1| The thermoregulatory profile of Cephalopachus bancanus. (A) Effect of ambient temperature on resting metabolic rate. (B) Effect of ambient temperatureon subcutaneous temperature. (C) Effect of ambient temperature on the rate of evaporative water loss. (D) Effect of ambient temperature on the amount of metabolicheat dissipated through evaporative cooling. Plotted regression lines indicate the best fit for the data based on piecewise regression analysis and the equations arepresented in Table 1. Closed circles = males， open circles= females. (FIGURE 1眼镜猴的体温调节特征。(A)环境温度对静息代谢率的影响。 (B)环境温度对皮下温度的影响。(C)环境温度对蒸发水损失率的影响。 (D)环境温度对蒸发冷却散热量的影响。绘制的回归线表示基于分段回归分析的数据的最佳拟合，黑色实圈为雄性，空圈为雌性个体) 应用案例2：红毛猩猩能量代谢策略 能量是生物生长、恢复和繁殖所必需的基本流通量――但我们对类人猿(我们门接近的进化亲戚)的代谢生理学和进化的能量利用策略知之甚少。华盛顿大学人类学系生物力学专家 Herman Pontzer 研究报告了自由生活的猩猩 (Pongo spp.)的日常能量利用，并测试观察到的猩猩、人类和其它哺乳动物之间能量消耗的差异是否反映了生活史中的已知差异。实验中使用双标记水法和SSI 开放式呼吸代技术 (Fig.S3)测别测量动物的日能量消耗和静息代谢率。研究结果表明(参参TableS4)，尽管活动水平与野外的猩猩相似，但相对于体重而言，猩猩消耗的能量比几乎所有的真哺乳亚纲哺乳动物都要少，包括久坐不动的人类。这种极低的能量代谢率以前在灵长类动物中没有观察到，但与猩猩的缓慢生长和低繁殖率是一致的，可能是对严重食物短缺的进化反应。这些结果对圈养和野外猩猩种群的管理具有重要意义，并强调了猿类和人类进化过程中生理、行为和生活史策略的灵活性和相互依赖性。 Ecotech Ecological Technology Ltd. A. Fig. S3. (A) Expired air collection for RMR measurement. Note the surgical mask worn by the caretaker during measurement trials in order to avoid con-taminating the orangutan's expired air stream.(B) A representative data plot showing oxygen concentration and CO2 concentration in the collected air stream.Note the ~15 minute resting period showing stable oxygen consumption and CO2 production. (Fig.S3 面罩式开放呼吸测量猩猩氧气和二氧化碳变化) Table S4. Resting metabolic rate ((orangutans)andbasalmetabolic rate (humans andchimpanzees) RMR or BMR， kCal/d Subject Sex Age，y Mass， kg* Trials Mean Range or SD Kleiber， expected* Azy M 30 116 4 1，597 1，213-2，172 2，475 Knobi F 27 55 4 1，316 903-1，964 1，414 Katy F 19 55 3 1，035 944-1，187 1，414 Rocky M 4 28 4 1，031 889-1，153 852 Humans Adult 57 1，386 239 1，455 Chimpanzees" Adult 33 — 1，020 190 964 *Some RMR trials conducted in spring 2009 resulting in small differences in mass from DEE measurements. 'Orangutan RMR likely overestimates true BMR by approximately 20%； see main text. *Kleiber prediction： BMR (kCal/d)=70.03 mass°-75 (1). Combined sex sample， 18-30 y old， n=4485 (2). Combined sex sample， n= 13 (3). 应用案例3：灵长类动物爬行能量消耗 杜克大学 Jandy Hanna 博士等对5个不同种类且具有不同体重的的灵长类动物在垂直攀爬或水平行走时的氧气消耗量进行了测量，具体装置如下图。在《科学》(Science) 杂志报道的结果显示，在攀爬时与在行走时，身体大小与能耗相联系的机制是不同的，这可能表明了为什么早期的灵长类在进入特别的生境时无需花费攀爬所用的新的代谢成本。 灵长类垂直攀爬所用的能量并不会因为其身材的大小而增减，相反，其所用的能量似乎与其体重无关。另一方面，灵长类以直线行走所需的能量却会随着其体型的增加而降低，这意味着，较大的灵长类停留在地面上是很有道理的；而就代谢水平来说，较小的灵长类究竟是行走还是攀爬都无足轻重。这些发现与所提出的最早的灵长类是小型灵长类这一理论是一致的。 灵长类动物爬行能量消耗装置示意图 之后加盟西弗吉尼亚州骨科医学院生物医学科学系的 Jandy Hanna 博士继续和杜克大学进化人类学系 Daniel Schmitt 教授合作开展研究再次发文详细证实了之前研究成果，即小型灵长类动物的水平和垂直运动的类似成本促进了最早的灵长类动物成功占领细分支树栖环境。并解决第三个目标：攀爬的运动学如何与攀爬的能量成本相关以及这与肌肉募集的关系(Fig2). Fig.2. Graph of the cost of transport compared to body mass during horizontal locomotion and during climbing. The regression equation best describing COThoriz is COTHoriz =51.5M，-0.750 (r=0.843；P=0.073)； the regression equation best describing the cost ofclimbing is COTchmb=107.4M，-0.119 (r=0.858；P=0.063) (Hanna et al. 2008). Note thatneither slope is significant， probably due to the small sample size. The predicted COThorizline of best fit was added in for comparison purposes. The predicted COThoriz wascalculated for each individual using the equation： Vo2/M=0.300M，-0.303+ 0.533M，-0.316V， from Taylor et al. (1982). Speeds and body mass were those observed in this study. Note that the actual COTnoriz line of best fit is very similar to the predicted 易科泰生态技术有限公司 Ecotech Ecological Technology Ltd. 研究结果认为，肌肉体积募集会随着大小和底物取向而变化。作者预测，与水平运动相比，本研究中的大型灵长类动物在攀爬过程中招募的肌肉质量比体积更大，并且这种现象是攀爬过程中大型灵长类动物质量特定能量成本的直接原因。 应用案例4：青腹绿猴发烧与社群行为 动物行为的进化研究通常集中在健康动物典型行为的适应性价值上。然而，人们早就认识到，患病的动物也可以提供对生存和适应的行为决定因素的见解，特别是在面对环境挑战时。在各种动物中发生发烧表明，尽管与维持升高的体温相关的代谢成本很高，但发烧反应是一种进化上保守的策略，主要作用于抵抗传染性病原体或其他非感染性刺激物。 诺丁汉特伦特大学 (Nottingham Trent University) 的研究人员使用最先进的微型数据记录器，在六年的时间里对一群野生青腹绿猴的核心体温进行了连续测量，监测野生灵长类动物的发烧情况，并揭示该物种间感染的社会成本。他们在43只猴子中发现了128 次发烧，共计776个发烧日。发烧期间的行为包括食欲不振和疲劳，但猴子并没有减少与社会群体的互动。结果发现，发烧的猴子有两倍的可能性，成为其社会群体成员攻击的受害者。研究人员认为，这些结果有助于了解疾病的传播，以及社会结构因感染而发生变化的方式。 Fig. 2. Illustration of the number of aggressions received (orange asterisks) and the timing of injury (purple arrows) across two fever periods (red lines).The data plotted represent 5-min recordings of body temperature from a single male (Upper Right) and female (Lower Right) vervet monkey. Photo-graphs of male-male aggression (Upper Left， image credit： C. Young， NTU Psychology， Nottingham Trent University， Nottingham， UK) and an injuredfebrile male (Lower Left， image credit： R. Blersch， Department of Psychology， Lethbridge University， Lethbridge，AB， Canada). (Fig.2. 两只青腹绿猴发烧期间(红线)受到的攻击次数(橙色星号)和受伤时间(紫色箭头)。单个雄性(右上)和雌性(右下)猴子的体温记录5分钟间隔。雄性-雄性攻击性拍照片(左上)和受伤的发热男性(左下角)) ( 参考资料 ) 1、Hanna JB， Schmitt D， Griffin TM.The energetic cost of climbing in primates.Science.2008 May 16；320(5878)：898. doi： 10.1126/science. 1155504.PMID：18487185. 2、Hanna JB， Schmitt D. Locomotor energetics in primates： gait mechanics andtheir relationship to the energetics of vertical and horizontal locomotion.Am J Phys Anthropol. 2011 May；145(1)：43-54. doi： 10.1002/ajpa.21465. Epub2011 Jan 4. 3、McFarland R， Henzi SP， Barrett L， Bonnell T， Fuller A， Young C & Hetem RS.2021. Fevers and the social costs of acute infection in wild vervetmonkeys. Proceedings of the National Academy of Sciences118： e2107881118. 4、Pontzer H ， Raichlen DA ， Shumaker R W， et al. Metabolic adaptation for lowenergy throughput in orangutans[J]. Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America， 2010， 107(32)：P.14048-14052. 5、Shaun W， Tuen A A ， Lovegrove B G. Searching for the HaplorrhineHeterotherm： Field and Laboratory Data of Free-Ranging Tarsiers[J]. Frontiersin Physiology，2017 8：745-. 北京市海淀区高里掌路号院号楼单元( Tel.： +ttp：//www.eco-tech.com.cn Email： sales@eco-tech.com.cn 灵长类动物有许多与人类相似的生物学特性，是人类疾病和基础生物医学研究的理想动物模型。易科泰生态技术公司积十几年动物能量代谢测量技术研究服务经验，与美国Sable等国际一流能量代谢技术公司合作，为灵长类动物能量代谢研究提供精准技术方案：1.定制动物不同状态（如跑步机上运动、爬杆运动）下的能量消耗、呼吸商监测等2.定制光源控制、饮食限制、热限制条件下动物全面能量代谢监测等，可用于肥胖、糖尿病、组织再生、药物疗效、炎症评估、烧伤治疗等生物医学和医学研究3.提供低氧控制、活动度、核心体温、VISIR动物行为监测以及高精度、高分辨率测量分析主机系统4.根据客户需求，提供备选便携式、模块式、多通道式、24小时连续式、PUSH模式、PULL模式等不同技术路线方案5.红外成像技术与微型皮下植入式温度心率监测，全面测量监测体温动态应用案例1: 眼镜猴的体温调节异温动物是体温调节机制介乎变温动物和恒温动物之间的一种动物类别。南非纳尔逊-曼德拉大学和马来西亚砂拉越大学研究者以眼镜猴为模型研究其异温潜力和表型，实验中将动物放到4升的呼吸室内（含粪尿收集），采用SSI推气式能量代谢测量技术测量耗氧率VO2、二氧化碳产量VCO2和蒸发失水率EWL，结合动物皮下温度，呼吸室内不同的温度变化监测来评估动物的热调节响应。结果表明，该眼镜猴热中性区为25-30℃，基础代谢率（BMR）为3.52±0.06 W.kg-1（0.65±0.01mlO2.g−1.h−1)。在实验室数据或自由放养数据中都没有适应性异温的证据。相反，动物在最低温度下似乎对寒冷敏感（Tb-31℃）。文中讨论了眼镜猴明显缺乏异温的可能原因，并确认了阔鼻小目中公认的异温调节，论证了对眼镜猴未来与全球变暖相关的温度升高的脆弱性的关注。应用案例2: 红毛猩猩能量代谢策略能量是生物生长、恢复和繁殖所必需的基本流通量——但我们对类人猿（我们最接近的进化亲戚）的代谢生理学和进化的能量利用策略知之甚少。华盛顿大学人类学系生物力学专家Herman Pontzer研究报告了自由生活的猩猩 (Pongo spp.)的日常能量利用，并测试观察到的猩猩、人类和其它哺乳动物之间能量消耗的差异是否反映了生活史中的已知差异。实验中使用双标记水法和SSI开放式呼吸代技术（Fig.S3）分别测量动物的日能量消耗和静息代谢率。研究结果表明（参见Table S4），尽管活动水平与野外的猩猩相似，但相对于体重而言，猩猩消耗的能量比几乎所有的真哺乳亚纲哺乳动物都要少，包括久坐不动的人类。这种极低的能量代谢率以前在灵长类动物中没有观察到，但与猩猩的缓慢生长和低繁殖率是一致的，可能是对严重食物短缺的进化反应。这些结果对圈养和野外猩猩种群的管理具有重要意义，并强调了猿类和人类进化过程中生理、行为和生活史策略的灵活性和相互依赖性。 应用案例3: 灵长类动物爬行能量消耗杜克大学Jandy Hanna博士等对5个不同种类且具有不同体重的的灵长类动物在垂直攀爬或水平行走时的氧气消耗量进行了测量，具体装置如下图。在《科学》（Science）杂志报道的结果显示，在攀爬时与在行走时，身体大小与能耗相联系的机制是不同的，这可能表明了为什么早期的灵长类在进入特别的生境时无需花费攀爬所用的新的代谢成本。灵长类垂直攀爬所用的能量并不会因为其身材的大小而增减，相反，其所用的能量似乎与其体重无关。另一方面，灵长类以直线行走所需的能量却会随着其体型的增加而降低，这意味着，较大的灵长类停留在地面上是很有道理的；而就代谢水平来说，较小的灵长类究竟是行走还是攀爬都无足轻重。这些发现与所提出的最早的灵长类是小型灵长类这一理论是一致的。之后加盟西弗吉尼亚州骨科医学院生物医学科学系的Jandy Hanna博士继续和杜克大学进化人类学系Daniel Schmitt教授合作开展研究再次发文详细证实了之前研究成果，即小型灵长类动物的水平和垂直运动的类似成本促进了最早的灵长类动物成功占领细分支树栖环境。并解决第三个目标：攀爬的运动学如何与攀爬的能量成本相关以及这与肌肉募集的关系（Fig2）。 研究结果认为，肌肉体积募集会随着大小和底物取向而变化。作者预测，与水平运动相比，本研究中的大型灵长类动物在攀爬过程中招募的肌肉质量比体积更大，并且这种现象是攀爬过程中大型灵长类动物质量特定能量成本的直接原因。 应用案例4: 青腹绿猴发烧与社群行为动物行为的进化研究通常集中在健康动物典型行为的适应性价值上。然而，人们早就认识到，患病的动物也可以提供对生存和适应的行为决定因素的见解，特别是在面对环境挑战时。在各种动物中发生发烧表明，尽管与维持升高的体温相关的代谢成本很高，但发烧反应是一种进化上保守的策略，主要作用于抵抗传染性病原体或其他非感染性刺激物。诺丁汉特伦特大学（Nottingham Trent University）的研究人员使用最先进的微型数据记录器，在六年的时间里对一群野生青腹绿猴的核心体温进行了连续测量，监测野生灵长类动物的发烧情况，并揭示该物种间感染的社会成本。他们在43只猴子中发现了128次发烧，共计776个发烧日。发烧期间的行为包括食欲不振和疲劳，但猴子并没有减少与社会群体的互动。结果发现，发烧的猴子有两倍的可能性，成为其社会群体成员攻击的受害者。研究人员认为，这些结果有助于了解疾病的传播，以及社会结构因感染而发生变化的方式。参考资料1.Hanna JB, Schmitt D, Griffin TM. The energetic cost of climbing in primates. Science. 2008 May 16;320(5878):898. doi: 10.1126/science.1155504. PMID: 18487185.2.Hanna JB, Schmitt D. Locomotor energetics in primates: gait mechanics and their relationship to the energetics of vertical and horizontal locomotion. Am J Phys Anthropol. 2011 May;145(1):43-54. doi: 10.1002/ajpa.21465. Epub 2011 Jan 4. PMID: 21484760; PMCID: PMC3156653.3.McFarland R, Henzi SP, Barrett L, Bonnell T, Fuller A, Young C & Hetem RS. 2021. Fevers and the social costs of acute infection in wild vervet monkeys.Proceedings of the National Academy of Sciences118: e2107881118.4.Pontzer H , Raichlen D A , Shumaker R W , et al. Metabolic adaptation for low energy throughput in orangutans[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2010, 107(32):P.14048-14052.5.Shaun W , Tuen A A , Lovegrove B G . Searching for the Haplorrhine Heterotherm: Field and Laboratory Data of Free-Ranging Tarsiers[J]. Frontiers in Physiology, 2017, 8:745-.