การ วัด อัตรา การหายใจ (Respirometry)เป็นคำทั่วไปที่ครอบคลุมเทคนิคหลายอย่างสำหรับการประมาณอัตราการเผาผลาญของสัตว์มี กระดูกสันหลัง สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังพืชเนื้อเยื่อ เซลล์ หรือจุลินทรีย์โดยการวัดการผลิตความร้อนทางอ้อม ( calorimetry )

การเผาผลาญของสัตว์จะถูกประเมินโดยการกำหนดอัตรา การผลิต คาร์บอนไดออกไซด์ (VCO2 ₎และ การบริโภค ออกซิเจน (VO2 ₎ของสัตว์แต่ละตัว ไม่ว่าจะในระบบการวัดการหายใจแบบวงจรปิดหรือวงจรเปิด โดยทั่วไปจะมีการวัดสองค่า ได้แก่ อัตราการเผาผลาญมาตรฐาน (SMR) หรืออัตราการเผาผลาญพื้นฐาน (BMR) และอัตราการเผาผลาญสูงสุด ( VO2max ) SMR จะวัดขณะที่สัตว์อยู่ในสภาวะพักผ่อน (แต่ไม่หลับ) ภายใต้สภาวะเฉพาะของห้องปฏิบัติการ (อุณหภูมิ ความชุ่มชื้น) และสภาวะเฉพาะของสัตว์แต่ละตัว (เช่น ขนาดหรือสัดส่วน^{[ 1 ]} ) อายุ สถานะการสืบพันธุ์ หลังการดูดซึมเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากความร้อนของอาหาร [ ^{2 ] VO2max}โดยทั่วไปจะถูกกำหนดในระหว่างการออกกำลังกายแบบแอโรบิกที่หรือใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางสรีรวิทยา_[ ^{3 ] ใน}ทางตรงกันข้าม อัตราการเผาผลาญภาคสนาม (FMR) หมายถึงอัตราการเผาผลาญของสัตว์ที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระในธรรมชาติ^{[ 4 ]} อัตราการเผาผลาญของสัตว์ทั้งตัวหมายถึงการวัดเหล่านี้โดยไม่มีการแก้ไขสำหรับมวลร่างกาย หากค่า SMR หรือ BMR ถูกหารด้วยค่ามวลร่างกายของสัตว์ อัตราที่ได้จะเรียกว่าอัตราเฉพาะมวล ซึ่งค่าเฉพาะมวลนี้มักจะได้ยินในการเปรียบเทียบระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ^{[ 5 ]}

การวัดการหายใจขึ้นอยู่กับหลักการ "สิ่งที่เข้าไปต้องออกมา" ^{[ 6 ]}พิจารณาระบบปิดก่อน ลองนึกภาพว่าเราวางหนูไว้ในภาชนะที่ปิดสนิท อากาศที่ปิดผนึกในภาชนะในตอนแรกจะมีองค์ประกอบและสัดส่วนของก๊าซเหมือนกับที่มีอยู่ในห้อง คือ 20.95% O ₂ , 0.04% CO ₂ , ไอน้ำ (ปริมาณที่แน่นอนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอากาศ ดูจุดน้ำค้าง ) 78% (โดยประมาณ) N ₂ , 0.93% อาร์กอนและก๊าซอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยที่ประกอบเป็นส่วนที่เหลือ (ดูชั้นบรรยากาศของโลก ) เมื่อเวลาผ่านไปหนูในห้องจะผลิต CO ₂และไอน้ำ แต่จะดึง O ₂จากอากาศในสัดส่วนที่ตรงกับความต้องการในการเผาผลาญของมัน ดังนั้น ตราบใดที่เราทราบปริมาตรของระบบ ความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของ O₂ _และ CO₂ _ในตอนเริ่มต้นเมื่อเราปิดผนึกหนูไว้ในห้อง (สภาวะพื้นฐานหรือสภาวะอ้างอิง) เมื่อเทียบกับปริมาณที่มีอยู่หลังจากที่หนูหายใจเอาอากาศเข้าไปในภายหลัง จะต้องเป็นปริมาณ CO₂ _/ O₂ _ที่ผลิต/บริโภคโดยหนูไนโตรเจนและอาร์กอน เป็น ก๊าซเฉื่อย ดังนั้นปริมาณเศษส่วนของก๊าซเหล่านี้จึงไม่เปลี่ยนแปลงจากการหายใจของหนู ในระบบปิด สภาพแวดล้อมจะ ค่อยๆ ขาดออกซิเจนในที่สุด

สำหรับระบบเปิด ข้อจำกัดในการออกแบบรวมถึงลักษณะการชะล้างของห้องสัตว์และความไวของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ^{[ 7 ] [ 8 ]} อย่างไรก็ตาม หลักการพื้นฐานยังคงเหมือนเดิม: สิ่งที่เข้าไปต้องออกมา ความแตกต่างหลักระหว่างระบบเปิดและระบบปิดคือ ระบบเปิดจะปล่อยอากาศไหลผ่านห้อง (เช่น อากาศถูกผลักหรือดึงโดยปั๊ม) ในอัตราที่เติมเต็ม O ₂ที่ถูกใช้ไปโดยสัตว์อย่างต่อเนื่อง ในขณะเดียวกันก็กำจัด CO ₂และไอน้ำที่สัตว์ผลิตออกมาอัตราการไหลเชิงปริมาตรต้องสูงพอที่จะทำให้แน่ใจว่าสัตว์จะไม่บริโภคออกซิเจนทั้งหมดที่มีอยู่ในห้อง ในขณะเดียวกัน อัตราการไหลต้องต่ำพอที่สัตว์จะบริโภค O ₂ เพียงพอ สำหรับการตรวจจับ สำหรับหนู หนัก 20 กรัม อัตราการไหลประมาณ 200 มล./นาที ผ่านภาชนะขนาด 500 มล. จะให้ความสมดุลที่ดี ที่อัตราการไหลนี้ O ₂ ประมาณ 40 มล. จะถูกนำเข้าไปในห้อง และปริมาตรอากาศทั้งหมดในห้องจะถูกแลกเปลี่ยนภายใน 5 นาที สำหรับสัตว์ขนาดเล็กอื่นๆ ปริมาตรของห้องอาจเล็กลงมาก และอัตราการไหลก็จะถูกปรับลดลงด้วยเช่นกัน โปรดทราบว่าสำหรับ สัตว์ เลือดอุ่นหรือสัตว์ที่รักษาอุณหภูมิร่างกายคงที่ ( นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ) ขนาดของห้องและ/หรืออัตราการไหลจะถูกเลือกให้เหมาะสมกับอัตราการเผาผลาญที่สูงกว่าของพวกมัน

การคำนวณอัตรา VO2 _และ /หรือ VCO2 _{จำเป็น}ต้องมีความรู้เกี่ยวกับอัตราการไหลเข้าและออกจากห้อง รวมถึงความเข้มข้นเศษส่วนของส่วนผสมก๊าซที่เข้าและออกจากห้องสัตว์ โดยทั่วไป อัตราการเผาผลาญจะคำนวณจากสภาวะคงที่ (เช่น อัตราการเผาผลาญของสัตว์ถือว่าคงที่^{[ 9 ] [ 10 ]} ) เพื่อให้ทราบอัตรา การบริโภค ออกซิเจน จำเป็นต้องทราบตำแหน่งของมิเตอร์วัดการไหลเทียบกับห้องสัตว์ (หากวางไว้ก่อนห้อง มิเตอร์วัดการ ไหล จะอยู่ "ต้นน้ำ" หาก วางไว้หลังห้อง มิเตอร์วัดการไหลจะอยู่ "ปลายน้ำ") และว่ามีก๊าซที่ทำปฏิกิริยาอยู่หรือไม่ (เช่น_CO2น้ำมีเทนดูก๊าซเฉื่อย )

สำหรับระบบเปิดที่มีมิเตอร์วัดอัตราการไหลต้นทาง น้ำ (เช่นแคลเซียมซัลเฟต ปราศจากน้ำ ) และ CO2 _ที่ถูกกำจัดออกไปก่อนถึง เครื่องวิเคราะห์ ออกซิเจนสมการที่เหมาะสมคือ

${\displaystyle {\ce {VO2={\frac {{\mathit {FR}}\cdot ({\mathit {F}}_{in}O2-{\mathit {F}}_{ex}O2)}{1-{\mathit {F}}_{ex}O2}}}}}$

สำหรับระบบเปิดที่มีมิเตอร์วัดการไหลปลายทาง โดยกำจัดน้ำและ CO2 _ออกก่อนถึง เครื่องวิเคราะห์ ออกซิเจนสมการที่เหมาะสมคือ

${\displaystyle {\ce {VO2={\frac {{\mathit {FR}}\cdot ({\mathit {F}}_{in}O2-{\mathit {F}}_{ex}O2)}{1-{\mathit {F}}_{in}O2}}}}}$

ที่ไหน

• FRคืออัตราการไหลเชิงปริมาตรที่ปรับให้เข้ากับ STP (ดูเงื่อนไขมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิและความดัน )
• F _ใน O2 คือปริมาณเศษส่วนของออกซิเจนที่มีอยู่ใน กระแสอากาศ ปัจจุบัน (ค่าพื้นฐานหรือ _ค่าอ้างอิง) และ
• F _ex O ₂คือปริมาณออกซิเจนที่เป็นสัดส่วนใน กระแสอากาศ ขาออก (ปริมาณที่สัตว์บริโภคเมื่อเทียบกับระดับพื้นฐานต่อหน่วยเวลา)

_{ตัวอย่างเช่น ค่าอัตราการเผาผลาญพื้นฐาน (BMR )}ของหนู ( Mus musculus ) น้ำหนัก 20 กรัม อาจเป็น_FR = 200 มล./นาที และค่าความเข้มข้นของออกซิเจน (O2 ₎ ที่วัดได้ จากเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนคือF _ใน O2 = 0.2095, F _นอก O2 = 0.2072 อัตราการใช้ออกซิเจนที่คำนวณได้คือ 0.58 มล./นาที หรือ 35 มล./ชั่วโมง สมมติว่าเอนทาลปีของการเผาไหม้ของ O2 _{เท่ากับ} 20.1  จูลต่อมิลลิลิตร เราจะคำนวณความร้อนที่เกิดขึ้น (และดังนั้นการเผาผลาญ) สำหรับหนูได้เป็น 703.5 จูล/ชั่วโมง

สำหรับระบบเปิดนั้น รายการอุปกรณ์และชิ้นส่วนจะยาวกว่าเมื่อเทียบกับส่วนประกอบของระบบปิด แต่ข้อได้เปรียบหลักของระบบเปิดคือ ช่วยให้สามารถบันทึกอัตราการเผาผลาญได้อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ความเสี่ยงต่อภาวะขาดออกซิเจนก็ลดลงมากในระบบเปิดด้วย

ปั๊มสำหรับระบบไหลเวียนอากาศ

• ปั๊มสุญญากาศ : จำเป็นต้องใช้ปั๊มเพื่อดัน (เช่น ตำแหน่งต้นน้ำ) หรือดึง (เช่น ตำแหน่งปลายน้ำ) อากาศเข้าไปและผ่านห้องทดลองสัตว์และระบบวัดการหายใจแบบไหลผ่าน
• ปั๊มดูดอากาศ: เพื่อดูดอากาศผ่านเครื่องวิเคราะห์ จะใช้ปั๊มขนาดเล็กที่มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้

เครื่องวัดอัตราการไหลและตัวควบคุมอัตราการไหล

• เครื่องวัดอัตราการไหลแบบฟอง: วิธีการวัดอัตราการไหลที่ง่ายแต่แม่นยำสูงเกี่ยวข้องกับการจับเวลาการเคลื่อนที่ของฟองสบู่ขึ้นไปตามหลอดแก้วระหว่างเครื่องหมายที่มีปริมาตรที่ทราบ^{[ 11 ]}หลอดแก้วจะเชื่อมต่อที่ด้านล่าง (สำหรับระบบแบบดัน) หรือที่ด้านบน (สำหรับระบบแบบดึง) กับกระแสอากาศ หลอด ดูด ขนาดเล็กที่ทำจากยาง ซึ่งติดอยู่ที่ฐานของหลอดทำหน้าที่เป็นทั้งอ่างเก็บและระบบส่งฟองสบู่ การใช้งานนั้นง่าย ขั้นแรก ให้ทำให้พื้นผิวแก้วเปียกตามเส้นทางที่ฟองสบู่เคลื่อนที่ (เช่น กดหลอดดูดเพื่อให้สบู่จำนวนมากถูกดันขึ้นไปตามหลอดแก้วโดยกระแสอากาศ) เพื่อให้ได้พื้นผิวที่แทบไม่มีแรงเสียดทาน ขั้นที่สอง บีบหลอดดูดเพื่อให้เกิดฟองสบู่ที่สะอาดหนึ่งฟอง ใช้เครื่องจับเวลาบันทึกเวลาที่ฟองสบู่ใช้ในการเคลื่อนที่ระหว่างเครื่องหมายบนหลอดแก้ว บันทึกปริมาตรที่บันทึกไว้ที่เครื่องหมายด้านบน (เช่น 125 = 125 มล.) หารปริมาตรด้วยเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ระหว่างเครื่องหมาย และผลลัพธ์ที่ได้คืออัตราการไหล (มล./วินาที) สามารถหาซื้ออุปกรณ์เหล่านี้ได้จากแหล่งต่างๆ แต่ก็สามารถสร้างขึ้นเองได้จากหลอดดูด ปริมาตรแก้วที่มีขนาดเหมาะสมเช่น กัน
• เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอะคริลิก: ในบางกรณีที่มีอัตราการไหลสูง เราอาจใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอะคริลิกอย่างง่าย (0–2.5 ลิตร/นาที) เพื่อควบคุมอัตราการไหลผ่านห้องเมตาบอลิซึม เครื่องวัดจะติดตั้งอยู่เหนือห้องเมตาบอลิซึม เครื่องวัดอัตราการไหลใช้งานง่าย แต่ควรสอบเทียบวันละสองครั้งสำหรับการใช้งานในระบบวัดการหายใจ: ครั้งแรกก่อนเริ่มบันทึก (แต่หลังจากที่สัตว์ถูกปิดผนึกไว้ในห้องแล้ว!!) และอีกครั้งเมื่อสิ้นสุดการบันทึก (ก่อนนำสัตว์ออกจากห้อง) การสอบเทียบต้องทำด้วยเครื่องวัดอัตราการไหลแบบฟองอากาศ เนื่องจากเครื่องหมายสอบเทียบบนเครื่องวัดแบบอะคริลิกเป็นเพียงค่าโดยประมาณเท่านั้น สำหรับการสอบเทียบอัตราการไหลที่ถูกต้อง โปรดจำไว้ว่าต้องบันทึกทั้งความดันบรรยากาศและอุณหภูมิของอากาศที่ไหลผ่านเครื่องวัดอัตราการไหล (ซึ่งเราถือว่าเท่ากับอุณหภูมิห้อง)
• เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวล : สมการที่ใช้ในการคำนวณอัตราการใช้ออกซิเจนหรือการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์นั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าทราบอัตราการไหลเข้าและออกจากห้องทดลองอย่างแม่นยำ เราใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวลซึ่งมีข้อดีคือให้ค่าอัตราการไหลที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันอากาศ ดังนั้น อัตราการไหลเหล่านี้จึงถือได้ว่าได้รับการปรับแก้ให้เป็นไปตามสภาวะมาตรฐาน (อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน) เราวัดและควบคุมการไหลเพียงจุดเดียวเท่านั้น คือจุดที่อยู่ถัดจากห้องทดลอง ดังนั้น เราจึงต้องสมมติว่าอัตราการไหลเข้าและไหลออกนั้นเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการสร้างระบบวัดการหายใจ อัตราการไหลจะต้องถูกวัดในทุกขั้นตอนและทุกจุดเชื่อมต่อ เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการไหล
• วาล์วเข็ม : สามารถซื้อเครื่องวัดอัตราการไหลมวลพร้อมตัวควบคุมอัตราการไหลมวลซึ่งช่วยให้สามารถตั้งค่าอัตราการไหลได้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้มีราคาสูง การวิจัยเกี่ยวกับการหายใจมักจะพยายามวัดสัตว์มากกว่าหนึ่งตัวในเวลาเดียวกัน ซึ่งจะต้องใช้ห้องทดลองหนึ่งห้องต่อสัตว์หนึ่งตัว และต้องควบคุมการไหลผ่านแต่ละห้อง วิธีอื่นที่มีประสิทธิภาพและประหยัดกว่าในการควบคุมการไหลคือการใช้วาล์วเข็มที่ทำจากสแตนเลสหรือเหล็กกล้าคาร์บอน วาล์วเข็มร่วมกับเครื่องวัดอัตราการไหลมวลช่วยให้ได้อัตราการไหลที่ต้องการอย่างประหยัดค่าใช้จ่าย วาล์วเหล่านี้มีราคาประมาณ 20 ดอลลาร์สหรัฐ

ท่อและห้องต่างๆ

• ท่อและข้อต่อ: สามารถใช้ท่อหลายชนิดในการเชื่อมต่อส่วนประกอบของระบบวัดการหายใจเข้ากับและจากห้องทดลองสัตว์ อาจใช้ท่ออ่อนชนิดต่างๆ ได้ ขึ้นอยู่กับลักษณะของระบบ ท่อและข้อต่อที่ทำจากอะเซทิล, เบฟ-เอ-ไลน์, คีนาร์, ไนลอน, ไทกอน อาจใช้ในบริเวณของระบบที่มีบรรยากาศออกซิไดซ์ต่ำ (เช่น ระดับโอโซนในพื้นหลังเท่านั้น) แนะนำให้ใช้ท่อ เทฟลอนหากคาดว่าจะมีโอโซนในปริมาณมาก เนื่องจากเทฟลอนไม่ทำปฏิกิริยากับโอโซน อย่างไรก็ตาม ท่อเทฟลอนมีราคาแพงกว่าและขาดความยืดหยุ่น
• ห้องเมตาบอลิซึม: ห้องอาจเป็นขวดแก้วที่มีจุกยางเป็นฝาปิด กระบอกฉีดยาสำหรับสัตว์ขนาดเล็กและแมลง หรือสร้างจากPlexiglasโดยในอุดมคติแล้ว ห้องควรสร้างจากวัสดุเฉื่อย ตัวอย่างเช่น พลาสติกอะคริลิกสามารถดูดซับ O2 _และอาจเป็นตัวเลือกที่ไม่ดีสำหรับการวัดการหายใจของแมลงขนาดเล็กมาก^{[ 12 ]}ห้องจำเป็นต้องสร้างในลักษณะที่ทำให้เกิดการผสมของก๊าซภายในห้องอย่างรวดเร็ว ห้องเมตาบอลิซึมที่ง่ายที่สุดสำหรับสัตว์มีกระดูกสันหลังขนาดเล็กอาจเป็นขวดแก้วที่มีจุกปิด จุกปิดจะมีช่องสองช่อง: มีท่อเทฟลอนขนาดสั้นสำหรับเชื่อมต่อสาย ท่อเทฟลอนจะถูกดันผ่านแผ่นกั้น และการเชื่อมต่อสายจะเสร็จสมบูรณ์โดยการติดคลิปหนีบท่อขนาดเล็กเข้ากับฐานของท่อเทฟลอน นอกจากนี้ ควรมีส่วนต่อขยายไปยังพอร์ตทางเข้าภายในขวดด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าก๊าซที่สัตว์หายใจออกจะไม่ถูกชะล้างออกไปโดยกระแสการไหลเข้า สัตว์จะถูกปิดผนึกไว้ภายใน และจุกยางจะถูกยึดไว้ด้วย สายรัด เวลโครหากใช้ระบบต้นน้ำ การรั่วไหลใดๆ ในห้องเมตาบอลิซึมจะส่งผลให้สัตว์ขาดอากาศ และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ประเมินอัตราการเผาผลาญของสัตว์ต่ำกว่าความเป็นจริง เมื่อคุณปิดผนึกสัตว์ไว้ภายในห้องเมตาบอลิซึม ต้องให้ความสำคัญกับการปิดผนึก เพื่อให้แน่ใจว่าปิดสนิทก่อนปิดฝา ให้ดันจุกยางเข้าไปในขวดให้แน่นและตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรียบเสมอกัน ใช้สายรัด 1-2 เส้น (2 เส้นจะดีกว่า) และดึงให้แน่น ห้องที่ทำจากอะคริลิก (เพล็กซิกลาส) จะถูกสร้างขึ้นสำหรับการใช้งานบางอย่าง แต่จะต้องใช้การออกแบบทางวิศวกรรมที่แม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าปิดสนิทอย่างเหมาะสม ปะเก็นจะช่วยได้ และการใช้แคลมป์ที่แน่นหนาอย่างเหมาะสมจะช่วยลดการรั่วไหลได้
• ท่อดักจับฝุ่น: ต้องกำจัดน้ำก่อนและหลังห้องเลี้ยงสัตว์ วิธีหนึ่งคือใช้แท่งอะคริลิกขนาดใหญ่บรรจุDrierite (ขนาด 8 meshหรือขนาดค่อนข้างหยาบ) ไว้ด้านต้นน้ำ (ก่อนปั๊มดันอากาศ ก่อนห้องเลี้ยงสัตว์) เพื่อทำให้กระแสอากาศแห้ง และใช้ท่อหลายท่อที่มี Drierite ขนาด mesh เล็กกว่า (10–20 หรือขนาดค่อนข้างละเอียด) เพื่อกำจัดน้ำหลังจากห้องเลี้ยงสัตว์ ในการเตรียมท่อดักจับฝุ่น ให้แน่ใจว่ามีสำลีเล็กน้อยอยู่ที่ปลายทั้งสองข้างของท่อเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นละอองเข้าไปในเครื่องวิเคราะห์ ใช้สำลีในปริมาณน้อย เช่น ประมาณ 0.005 กรัม เพียงพอที่จะป้องกันฝุ่นไม่ให้เข้าไปในท่อ สำลีในปริมาณมากจะปิดกั้นการไหลของอากาศเมื่อ/หากสำลีเปียก เท Drierite ลงในท่อโดยใช้กรวย เคาะท่อบนโต๊ะเพื่ออัดเม็ดให้แน่น (เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว – อากาศและน้ำจะไหลผ่าน Drierite ที่หลวม ทำให้ต้องเปลี่ยนตัวดักจับฝุ่นบ่อยๆ) และปิดปลายด้วยสำลีเล็กน้อย เพื่อกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนและหลังห้องเลี้ยงสัตว์ จะใช้ Ascarite II (Ascarite II เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนของบริษัท Arthur H. Thomas) Ascarite II มีส่วนประกอบของ NaOH ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อน (ดังนั้นอย่าให้โดนผิวหนังและเก็บให้ห่างจากน้ำ) วิธีการเตรียมคือ เตรียมหลอดขัดโดยใส่สำลีเล็กน้อยลงในปลายหลอด เติม Drierite ขนาด 10-20 mesh ลงไปหนึ่งในสามของหลอด ใส่สำลีอีกเล็กน้อย จากนั้นเติม Ascarite II ลงไปอีกหนึ่งในสามของหลอด ใส่สำลีอีกชั้น ตามด้วย Drierite อีกชั้น และปิดปลายหลอดด้วยสำลีอีกเล็กน้อย เคาะหลอดบนโต๊ะทุกครั้งที่เติมแต่ละชั้นเพื่ออัดเม็ดให้แน่น หมายเหตุ: Drierite สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง (หลังจากอบในเตาอบ) แม้ว่า Drierite จะสีซีดลงเมื่ออบแห้งซ้ำหลายครั้ง ส่วน Ascarite II ใช้ได้เพียงครั้งเดียวและจะถือเป็นของเสียอันตราย

เครื่องวิเคราะห์

• เครื่องวิเคราะห์ คาร์บอนไดออกไซด์ : โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวิเคราะห์ CO2 _จะใช้วิธีการตรวจจับแบบอินฟราเรด เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่า CO2 _จะดูดซับแสงอินฟราเรดและปล่อยแสงออกมาอีกครั้งที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเล็กน้อย มิเตอร์บนแผงหน้าปัดของเครื่องวิเคราะห์จะแสดงค่า CO2 ในช่วง 0.01 – 10% _และยังมีการสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกที่แปรผันตามความเข้มข้นของ CO2 _{เพื่อ}บันทึกข้อมูลด้วย
• เครื่องวิเคราะห์ ออกซิเจน : เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนที่เหมาะสมสำหรับการวัดการหายใจใช้ เซ็นเซอร์ออกซิเจนหลายประเภทได้แก่ เซ็นเซอร์ แบบกัลวานิก ("อุณหภูมิแวดล้อม"), พาราแมก เนติก , โพลารอกราฟิก ( อิเล็กโทรดแบบ คลาร์ก ) และเซอร์โคเนียม ("อุณหภูมิสูง") เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนแบบกัลวา_นิกใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่ เป็นกรด ขั้วบวกที่เป็นโลหะหนักและเยื่อบางที่ยอมให้ก๊าซผ่านได้ เนื่องจากความดันย่อยของ O2 _ใกล้ขั้วบวกเป็นศูนย์ O2 _จึงถูกผลักดันโดยการแพร่ไปยังขั้วบวกผ่านเยื่อในอัตราส่วนที่แปรผันตรงกับความดันย่อยของ O2 ในสิ่งแวดล้อม_{เซลล์}เชื้อเพลิงสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันตรงกับความดันย่อยของ O2 _ที่เยื่อ ตราบใดที่อุณหภูมิของตู้คงที่ และการไหลของอากาศผ่านเซลล์เชื้อเพลิงคงที่และอยู่ในช่วงที่กำหนด การตอบสนองจะอยู่ที่ 0.01% หรือดีกว่านั้น ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซอฟต์แวร์ และปัจจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

สุดท้ายนี้ ระบบ การเก็บรวบรวมและควบคุมข้อมูล ด้วยคอมพิวเตอร์ จะเป็นส่วนเสริมที่เหมาะสมเพื่อทำให้ระบบสมบูรณ์ แทนที่จะใช้เครื่องบันทึกแบบกราฟจะมีการบันทึกการบริโภคออกซิเจนและ/หรือการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์อย่างต่อเนื่องโดยใช้ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ ซอฟต์แวร์จะจับ กรอง แปลง และแสดงสัญญาณตามความต้องการของผู้ทำการทดลอง มีบริษัทและบุคคลจำนวนมากที่ให้บริการด้านการวัดการหายใจ (เช่นSable Systems , Qubit Systems, และ Warthog Systems)

ภายในร่างกาย ออกซิเจนจะถูกส่งไปยังเซลล์ และภายในเซลล์จะถูกส่งไปยังไมโทคอนเดรียซึ่งจะถูกใช้ไปในกระบวนการสร้างพลังงานส่วนใหญ่ที่สิ่งมีชีวิตต้องการ การวัดการหายใจของไมโทคอนเดรียจะวัดการบริโภคออกซิเจนโดยไมโทคอนเดรียโดยไม่ต้องใช้สัตว์ที่มีชีวิตทั้งตัว และเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาการทำงานของไมโทคอนเดรีย^{[ 13 ]}ตัวอย่างสามประเภทที่แตกต่างกันอาจถูกนำมาใช้ในการศึกษาการหายใจดังกล่าว ได้แก่ ไมโทคอนเดรียที่แยกออกมา (จากเซลล์เพาะเลี้ยง สัตว์ หรือพืช) เซลล์ที่ซึมผ่านได้ (จากเซลล์เพาะเลี้ยง) และเส้นใยหรือเนื้อเยื่อที่ซึมผ่านได้ (จากสัตว์) ในสองกรณีหลัง เยื่อหุ้มเซลล์จะถูกทำให้ซึมผ่านได้โดยการเติมสารเคมี โดยปล่อยให้เยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียยังคงอยู่ ดังนั้น สารเคมีที่ปกติไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้จึงสามารถส่งผลต่อไมโทคอนเดรียได้โดยตรง เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ซึมผ่านได้ เซลล์จะหยุดดำรงอยู่เป็นสิ่งมีชีวิตที่กำหนดไว้ เหลือเพียงไมโทคอนเดรียที่เป็นโครงสร้างที่ยังคงทำงานได้ แตกต่างจากการวัดอัตราการหายใจของสัตว์ทั้งตัว การวัดอัตราการหายใจของไมโทคอนเดรียเกิดขึ้นในสารละลาย กล่าวคือ ตัวอย่างถูกแขวนลอยอยู่ในตัวกลาง ปัจจุบันการวัดอัตราการหายใจของไมโทคอนเดรียส่วนใหญ่ทำโดยใช้วิธีการแบบห้องปิด

ตัวอย่างที่แขวนลอยอยู่ในตัวกลางที่เหมาะสมจะถูกวางไว้ในห้องเมตาบอลิซึมที่ปิดสนิท ไมโตคอนเดรียจะถูกนำไปสู่ ​​"สถานะ" ที่กำหนดโดยการเติมสารตั้งต้นหรือสารยับยั้งตามลำดับ เนื่องจากไมโตคอนเดรียบริโภคออกซิเจน ความเข้มข้นของออกซิเจนจึงลดลง การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของออกซิเจนนี้จะถูกบันทึกโดยเซ็นเซอร์ออกซิเจนในห้อง จากอัตราการลดลงของออกซิเจน (โดยคำนึงถึงการแก้ไขสำหรับการแพร่ของออกซิเจน) สามารถคำนวณอัตราการหายใจ ของไมโตคอนเดรียได้ ^{[ 13 ]}

การทำงานของไมโตคอนเดรียได้รับการศึกษาในสาขาชีวพลังงาน [ ^{14 ] ความ}แตกต่างในการทำงานระหว่างไมโตคอนเดรียจากสายพันธุ์ต่างๆ ได้รับการศึกษาโดยการวัดการหายใจเป็นแง่มุมหนึ่งของสรีรวิทยาเชิงเปรียบเทียบ^{[ 15 ] [ 16 ]}

การวัดการหายใจของไมโตคอนเดรียใช้เพื่อศึกษาการทำงานของไมโตคอนเดรียใน โรคไมโตคอนเดรียหรือโรคที่มีความเชื่อมโยง (ที่สงสัย) กับไมโตคอนเดรีย เช่นโรคเบาหวานชนิดที่ 2 [ ^{17 ] [ 18 ]}โรคอ้วน^{[ 19 ]}และมะเร็ง^{[ 20 ]}สาขาการประยุกต์ใช้อื่นๆ เช่นวิทยาศาสตร์การกีฬาและความเชื่อมโยงระหว่างการทำงานของไมโตคอนเดรีย^กับความชรา^{[ 21 ]}

อุปกรณ์ทั่วไปประกอบด้วยห้องเมตาบอลิซึมที่ปิดผนึกได้ เซ็นเซอร์ออกซิเจน และอุปกรณ์สำหรับบันทึกข้อมูล การกวน การควบคุมอุณหภูมิ และวิธีการนำสารเคมีเข้าไปในห้อง ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับการวัดการหายใจของสัตว์ทั้งตัว การเลือกวัสดุมีความสำคัญมาก^{[ 13 ]}วัสดุพลาสติกไม่เหมาะสมสำหรับห้องเนื่องจากความสามารถในการกักเก็บออกซิเจน เมื่อไม่สามารถหลีกเลี่ยงวัสดุพลาสติกได้ (เช่น สำหรับโอริง การเคลือบเครื่องกวน หรือจุกปิด) อาจใช้พอลิเมอร์ที่มีการซึมผ่านของออกซิเจนต่ำมาก (เช่นPVDFเมื่อเทียบกับPTFE เป็นต้น ) การแพร่ของออกซิเจนที่เหลืออยู่เข้าหรือออกจากวัสดุของห้องสามารถจัดการได้โดยการแก้ไขฟลักซ์ออกซิเจนที่วัดได้สำหรับฟลักซ์พื้นหลังออกซิเจนของเครื่องมือ เครื่องมือทั้งหมดที่ประกอบด้วยส่วนประกอบที่กล่าวถึงมักเรียกว่าออกซิกราฟ บริษัทที่จัดหาอุปกรณ์สำหรับการวัดการหายใจของสัตว์ทั้งตัวที่กล่าวถึงข้างต้นมักจะไม่เกี่ยวข้องกับการวัดการหายใจของไมโทคอนเดรีย บริษัทต่างๆ เช่น Oroboros Instruments, Hansatech, Respirometer Systems & Applications, YSI Life Sciences หรือ Strathkelvin Instruments ให้บริการเครื่องมือวัดแก่ชุมชนในระดับราคาและความซับซ้อนที่แตกต่างกันอย่างมาก

• อัตราการเผาผลาญพื้นฐาน
• แคลอริเมตรี
• การเผาผลาญ
• เครื่องวัดการหายใจ
• VO2max