BASAL METABOLISME: HVAD DET ER, HVORDAN DET BEREGNES OG RELEVANTE DATA - BIOLOGI - 2025

Den basale metabolisme kan defineres som det sæt af kemiske reaktioner i kroppen, hvorigennem et dyr tilbringer den minimale mængde energi, der kræves for at opretholde vitale processer. Dette beløb udgør typisk 50% eller mere af et dyrs samlede energibudget.

Basalmetabolisme kvantificeres ved standardiserede mål for energiudgifter pr. Tidsenhed. Den mest almindelige er standardmetabolsk hastighed (TMS) og basal metabolisk hastighed (BMR).

Kilde: pixabay.com

TMS måles i koldblodede dyr, såsom de fleste fisk, bløddyr, amfibier og krybdyr. TMB måles i varmblodede dyr, såsom fugle og pattedyr.

Måleenheder for metaboliske hastigheder

TMS og BMR udtrykkes sædvanligvis som O ₂ forbrug (ml), kalorier (cal), kilokalorier (kcal), joule (J), kJ (kJ) eller watt (W).

En kalorie er defineret som den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen på 1 g vand med 1 ° C. En kalorie svarer til 4.186 joule. Joule er det grundlæggende mål (SI, International System) for energi. Watt, der er lig med 1 joule per sekund, er det grundlæggende (SI) mål for energioverførsel og transformationshastigheder.

Betingelser for måling af basal metabolisme

For at sikre, at værdierne opnået ved forskellige undersøgelser er sammenlignelige, kræver måling af TMS og BMR, at forsøgsdyrene er i ro og faste. I tilfælde af TMB kræves disse dyr også i deres termoneutrale zone.

Et dyr betragtes som hvile, hvis det er i den inaktive fase af dets normale daglige cyklus, uden spontane bevægelser og uden fysisk eller psykologisk stress.

Et dyr betragtes som faste, hvis det ikke fordøjer mad på en måde, der genererer varme.

Et dyr betragtes som i sin termoneutrale zone, hvis det under forsøgene holdes inden for det temperaturområde, inden for hvilket dens kropsvarmeproduktion forbliver uændret.

Respirometriske metoder til måling af tms og tmb

- Respirometri for volumen eller konstant tryk. Dyret opbevares i en forseglet beholder. Trykændringerne følge forbruget af O ₂ af dyret måles ved konstant temperatur ved hjælp af et manometer. CO ₂ produceret af dyret elimineres kemisk under anvendelse af KOH eller ascarit.

Hvis der anvendes et Warburg-respirometer, måles trykændringen ved at holde volumen på beholderen konstant. Hvis der bruges et Gilson-respirometer, måles ændringen i volumen ved at holde trykket konstant.

- Gasanalyse. I øjeblikket er der en lang række laboratorieinstrumenter, der tillader direkte kvantificering af O ₂ og CO ₂ koncentrationer. Dette instrument er meget præcist og tillader automatiske bestemmelser.

Kalorimetriske metoder til måling af tms og tmb

- Bombekalorimetri. Energiforbruget estimeres ved at sammenligne den varme, der produceres ved forbrænding af en prøve af uudslettet mad med den varme, der produceres ved forbrænding af en ækvivalent prøve af fordøjede rester (afføring og urin) af den pågældende mad.

- Direkte kalorimetri. Den består af direkte måling af varmen produceret af forbrændingsflammen i prøven.

- Indirekte kalorimetri. Det måler varmeproduktion ved at sammenligne O _2- forbrug og CO ₂ -produktion. Det er baseret på Hess 'lov om konstant varmevarme, som siger, at der ved en kemisk reaktion frigøres en mængde varme afhængigt af arten af ​​reaktanter og produkter.

- Gradient calorimetry. Hvis en varmeflux Q passerer gennem et materiale med tykkelse G, område A og varmeledningsevne C, er resultatet en temperaturgradient, der stiger med G og falder med A og C. Dette gør det muligt at beregne energiudgifter.

- Differentialkalorimetri. Det måler varmefluxen mellem et kammer, der indeholder forsøgsdyret og et tilstødende ikke-besat kammer. De to kamre er termisk isoleret bortset fra den overflade, der forbinder dem, gennem hvilken de udveksler varme.

Basal metabolisme og kropsstørrelse

TMS og BMR varierer uforholdsmæssigt med størrelsen på dyrene. Dette forhold er kendt som metabolisk eskalering. Konceptet kan let forstås ved at sammenligne to urteagtige pattedyr i meget forskellige størrelser, såsom kanin og elefanten.

Hvis vi kvantificerer løvet, de spiser i en uge, ville vi opdage, at kaninen spiser meget mindre end elefanten. Imidlertid ville massen af ​​det løv, der spises af den første, være meget større end dens egen kropsmasse, mens det i tilfælde af det andet ville være omvendt.

Denne forskel indikerer, at begge arters energibehov proportionalt med deres størrelse er forskellige. Undersøgelsen af ​​hundreder af dyrearter viser, at denne specifikke observation er en del af et generelt mønster af metabolisk eskalering, der kan kvantificeres med hensyn til TMS og BMR.

For eksempel er den gennemsnitlige BMR (2200 J / h) for 100 g pattedyr ikke ti gange, men kun 5,5 gange, større end den gennemsnitlige BMR (400 J / h) på 10 g pattedyr. Tilsvarende er den gennemsnitlige pattedyrs BMR på 400 g (4940 J / h) ikke fire gange, men kun 2,7 gange, større end den gennemsnitlige pattedyrs BMR på 100 g.

Allometrisk ligning af metabolisk skalering

Forholdet TMS (eller TMB), ved T, og kropsmasse, ved M, af et dyr kan beskrives ved den klassiske ligning af biologisk allometry, T = a × M ^b, hvori a og b er konstanter.

Tilpasningen til denne ligning forklarer matematisk, hvorfor TMS og BMR ikke varierer proportionalt med dyrenes masse. Ved anvendelse af logaritmer på begge sider kan ligningen udtrykkes som følger

log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) og b kan estimeres ved lineær regressionsanalyse mellem eksperimentelle værdier af log (T) og log (M) for flere arter i en dyregruppe. Den konstante log (a) er afskæringspunktet for regressionslinjen på den lodrette akse. På sin side er b, som er linjenes hældning, den allometriske konstant.

Det har vist sig, at den gennemsnitlige allometriske konstant for mange dyregrupper har en tendens til at være tæt på 0,7. I tilfælde af log (a), jo højere dens værdier, desto højere er metaboliske hastigheder for den dyregruppe, der er analyseret.

Basal metabolisme, cirkulation og respiration

Den manglende proportionalitet TMS og BMR med hensyn til størrelse bevirker, at små dyr har højere O ₂ behov per gram kropsmasse end store dyr. F.eks. Er energiforbruget i et gram hvalvæv meget lavere end for et gram homologt musevæv.

Store og små pattedyr har hjerter og lunger i lignende størrelser i forhold til deres kropsmasse. Af denne grund, at de sammentrækning satser for hjertet og lungerne af sidstnævnte behov være meget højere end den tidligere med henblik på at bære nok O ₂ til vævene.

For eksempel er antallet af hjerteslag pr. Minut 40 i en elefant, 70 i et voksent menneske og 580 i en mus. Tilsvarende indånder mennesker cirka 12 gange og mus ca. 100 gange pr. Minut.

Inden for den samme art observeres disse mønstre også mellem individer i forskellige størrelser. Hos voksne mennesker er hjernen for eksempel ansvarlig for ca. 20% af den samlede metaboliske udgift, mens hos børn i alderen 4 til 5 år når denne udgift på 50%.

Basal metabolisme og levetid

Hos pattedyr er hjerne- og kropsstørrelser og basismetabolisme relateret til levetiden ved ligningen

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42, Hvor L er levetid i måneder, er C hjernemasse i gram, M er kropsmasse i gram, og T er BMR i kalorier pr. Gram pr. Time.

Eksponenten for C indikerer, at pattedyrs levetid har en positiv tilknytning til hjernestørrelse. Eksponenten af ​​M indikerer, at lang levetid har en negativ tilknytning til kropsmasse. Eksponenten af ​​T indikerer, at lang levetid har en negativ tilknytning til hastigheden af ​​stofskiftet.

Selv om det er forskellige eksponenter, er dette forhold også relevant for fugle. De har dog en tendens til at leve længere end pattedyr med lignende kropsmasse.

Medicinsk interesse

Kvinders BMR kan fordoble sig under graviditet. Dette skyldes stigningen i iltforbrug forårsaget af væksten i fosteret og livmoderstrukturer og af den større udvikling af modercirkulation og nyrefunktion.

Diagnosen hypertyreoidisme kan bekræftes ved øget iltforbrug, det vil sige en høj BMR. I ca. 80% af tilfældene med overaktiv skjoldbruskkirtel er BMR mindst 15% højere end normalt. Imidlertid kan en høj BMR også være forårsaget af andre sygdomme.

Referencer

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Behandling om medicinsk fysiologi. McGraw-Hill Interamericana, Mexico.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Dyrefysiologi. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Måling af stofskifte - en manual til forskere. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Ændringer i basal stofskifte under graviditet i forhold til ændringer i kropsvægt og sammensætning, hjerteproduktion, insulinlignende vækstfaktor I, og skjoldbruskkirtelhormoner og i forhold til fostervækst. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Dyrefysiologi - mekanismer og tilpasninger. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstruationscyklus og basal stofskifte hos kvinder. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Dyrs miljøfysiologi. Blackwell, Oxford.