مياه مضاعفة الوسم
آلية الاختبار

يقيس الأسلوب إنتاج ثاني أكسيد الكربون لدى المشارك أثناء الفاصل بين العينتين الأولى والثانية المأخوذتين من مياه الجسم. ويعتمد هذا الأسلوب على تفاصيل أيض الكربون في أجسامنا. عندما يؤدي التنفس الخلوي إلى تكسير الجزيئات التي تحتوي على الكربون من أجل إطلاق الطاقة، يتم تحرير ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. ويحتوي ثاني أكسيد الكربون على ذرتي أكسجين وذرة كربون واحدة، إلا أن جزيئات الطعام مثل الكربوهيدرات لا تحتوي على قدر كافٍ من الأكسجين لتوفير ذرات الأكسجين الموجودة في ثاني أكسيد الكربون CO2. واتضح أن واحدة من ذرتي الأكسجين في CO2 مأخوذة من المياه الموجودة بالجسم. إذا كان الأكسجين الموجود في المياه مميزًا بـ 18O، فإن ثاني أكسيد الكربون CO2 الناتج عن التنفس يحتوي على الأكسجين المميز. وبالإضافة إلى ذلك، مع انتقال ثاني أكسيد الكربون CO2 من موقع التنفس عبر سيتوبلازم الخلية، وعبر السوائل الخلالية، ووصولاً إلى مجرى الدم، ثم وصولاً إلى الرئتين، يتم تحويل بعض منه بطريقة عكسية إلى بيكربونات. وبالتالي، بعد تناول المياه المميزة بـ 18O، فإن 18O يتوازن مع البيكربونات الموجودة في الجسم ويتم تجميع ثاني أكسيد الكربون المتحلل (من خلال عمل الإنزيم كربونيك آنهيدريز (carbonic anhydrase)). ومع زفير ثاني أكسيد الكربون من الجسم، يتم طرد 18O من الجسم. وقد اكتشف ليفسون ذلك في عام 1949.
 ومع ذلك، يتم كذلك طرد 18O مع الفاقد من مياه الجسم (مثل البول وتبخر السوائل). ومع ذلك، فإن الديوتريوم (وهو العلامة المميزة الثانية في المياه المميزة بشكل مزدوج) يتم فقده فقط عندما يتم فقد مياه الجسم. وبالتالي، فإن فقد الديوتريوم من مياه الجسم مع مرور الوقت يمكن استخدامه للتعويض رياضيًا عن فقد 18O عن طريق مسار فقد المياه. وبالتالي لا يتبقى إلا الفاقد الصافي المتبقي من 18O في ثاني أكسيد الكربون. ويعد هذا القياس لمقدار ثاني أكسيد الكربون المفقود بمثابة تقدير مثالي لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. وبمجرد معرفة ذلك، يمكن أن يتم تقدير إجمالي معدل الأيض من خلال تبسيط الاقتراحات المتعلقة بمعدل الأكسجين المستخدم في الأيض (وبالتالي الحرارة الناتجة) مقارنة بثاني أكسيد الكربون الذي يتم التخلص منه (انظر حاصل الجهاز التنفسي). ويمكن قياس هذا الحاصل بطرق أخرى، وفي الغالب تكون قيمته بين 0.7 و1.0، وبالنسبة للوجبات المخلوطة يكون في الغالب حوالي 0.8.
وبشكل مبسط:
يمكن حساب الأيض من الداخل من الأكسجين/الخارج من CO2
تحتوي المياه المميزة بشكل مزدوج (DLW) («التي تحتوي على مكونات مميزة») على هيدروجين يمكن تتبعه (ديوتريوم) وأكسجين يمكن تتبعه (18O).
يغادر 18O الجسم بطريقتين: (1) الزفير مع CO2، و(2) فقد المياه في البول (في أغلب الأحوال) والعرق والتنفس.
لكن: لا يغادر الديوتريوم الجسم إلا من خلال الطريقة الثانية فقط (فقد المياه).
وبالتالي: بالنسبة لفقد الديوتريوم، يمكننا معرفة مقدار المياه المميزة التي غادرت الجسم في شكل مياه. وحيث إن تركيز 18O في مياه الجسم يمكن قياسه بعد إعطاء جرعة التمييز، فإننا ندرك كذلك مقدار الأكسجين المميز الذي غادر الجسم في المياه. (وهناك طريقة أبسط وهي أن نسبة الديوتريوم إلى 18O في مياه الجسم ثابتة، وبالتالي فإن إجمالي معدل فقد الديوتريوم من الجسم مضروبًا في هذه النسبة يعطينا على الفور معدل فقد 18O في المياه). ويعطي قياس مدى تخفيف 18O مع مرور الوقت إجمالي الفاقد لهذا النظير بكل الطرق (من خلال المياه والتنفس). وحيث إنه يمكن قياس معدل 18O مقارنة بأكسجين المياه الكامل في الجسم، يمكننا تحويل فاقد 18O في التنفس إلى إجمالي الأكسجين المفقود من مجموعة مياه الجسم من خلال التحويل إلى ثاني أكسيد الكربون. ويكون مقدار الأكسجين الذي تم طرده من الجسم في شكل CO2 هو نفس مقدار CO2 الناجم عن الأيض، حيث إن الجسم لا ينتج CO2 إلا من خلال هذا المسار. ويخبرنا فاقد CO2 بمقدار الطاقة الذي تم إنتاجه، وإذا عرفنا أو أمكننا تقدير حاصل الجهاز التنفسي (نسبة CO2 الناتج مقارنة بالأكسجين المستخدم).