BASALMETABOLISME: HVA DET ER, HVORDAN DET ER BEREGNET OG RELEVANTE DATA - BIOLOGI - 2026

Den basale metabolisme kan defineres som et sett av kjemiske reaksjoner i kroppen gjennom hvilken dyret bruker et minimum av energi er nødvendig for å opprettholde vitale prosesser. Dette beløpet representerer vanligvis 50% eller mer av et dyrs totale energibudsjett.

Basalmetabolisme blir kvantifisert med standardiserte mål for energiforbruk per tidsenhet. De vanligste er standard metabolsk rate (TMS) og basal metabolic rate (BMR).

Kilde: pixabay.com

TMS måles i kaldblodige dyr, som de fleste fisk, bløtdyr, padder og krypdyr. TMB måles i varmblodige dyr, for eksempel fugler og pattedyr.

Måleenheter av metabolske hastigheter

TMS og BMR uttrykkes vanligvis som O _2- forbruk (ml) , kalorier (cal), kilokalorier (kcal), joules (J), kilojoules (kJ) eller watt (W).

En kalori er definert som mengden varme som kreves for å heve temperaturen på 1 g vann med 1 ° C. En kalori tilsvarer 4 186 joule. Joule er det grunnleggende målet (SI, International System) av energi. Watt, som er lik 1 joule per sekund, er det grunnleggende målet (SI) for energioverføring og transformasjonshastigheter.

Betingelser for måling av basal metabolisme

For å sikre at verdiene oppnådd ved forskjellige studier er sammenlignbare, krever måling av TMS og BMR at forsøksdyrene er i ro og faste. Når det gjelder TMB, er disse dyrene også pålagt å være i sin termoneutrale sone.

Et dyr vurderes i ro hvis det er i den inaktive fasen av sin normale daglige syklus, uten spontane bevegelser, og uten fysisk eller psykologisk stress.

Et dyr regnes som faste hvis det ikke fordøyer mat på en måte som genererer varme.

Et dyr anses å være i sin termoneutrale sone hvis det under forsøkene holdes innenfor temperaturområdet innen kroppsvarmeproduksjonen forblir uendret.

Respirometriske metoder for å måle tms og tmb

- Respirometri med volum eller konstant trykk. Dyret holdes i en forseglet beholder. De trykkforandringer som følge av forbruk av O- ₂ av dyret måles ved konstant temperatur ved hjelp av et manometer. CO ₂ produsert av dyret elimineres kjemisk ved å bruke KOH eller ascarite.

Hvis det brukes et Warburg respirometer, måles trykkendringen ved å holde volumet på beholderen konstant. Hvis det brukes et Gilson respirometer, måles volumendringen ved å holde trykket konstant.

- Gassanalyse. For tiden er det et stort utvalg av laboratorieinstrumenter som tillater direkte kvantifisering av O ₂ og CO ₂ konsentrasjoner . Dette instrumentet er veldig presist og tillater automatiserte bestemmelser.

Kalorimetriske metoder for måling av tms og tmb

- Bomkalorimetri. Energiforbruket estimeres ved å sammenligne varmen som produseres ved forbrenning av en prøve av ikke-maten med varmen som produseres ved forbrenning av en ekvivalent prøve fordøyd rester (avføring og urin) av den maten.

- Direkte kalorimetri. Den består av direkte måling av varmen produsert av forbrenningsflammen til prøven.

- Indirekte kalorimetri. Den måler varmeproduksjon ved å sammenligne O _2- forbruk og CO ₂ -produksjon . Den er basert på Hess 'lov om konstant varmevarme, som sier at det i en kjemisk reaksjon frigjøres en mengde varme avhengig av karakteren til reaktantene og produktene.

- Gradient calorimetry. Hvis en varmefluks Q løper gjennom et materiale med tykkelse G, område A og varmeledningsevne C, er resultatet en temperaturgradient som øker med G og avtar med A og C. Dette gjør det mulig å beregne energiutgifter.

- Differensiell kalorimetri. Den måler varmefluksen mellom et kammer som inneholder forsøksdyret og et tilstøtende ledig kammer. De to kamrene er termisk isolert bortsett fra overflaten som blir sammenføyet med dem, gjennom hvilken de bytter varme.

Basal metabolisme og kroppsstørrelse

TMS og BMR varierer uforholdsmessig med dyrenes størrelse. Dette forholdet er kjent som metabolsk opptrapping. Konseptet kan lett forstås ved å sammenligne to planteetende pattedyr i veldig forskjellige størrelser, for eksempel kaninen og elefanten.

Hvis vi kvantifiserer løvet de spiser i en uke, vil vi finne at kaninen spiser mye mindre enn elefanten. Imidlertid vil massen av løvet spist av den første være mye større enn sin egen kroppsmasse, mens i tilfelle av den andre den ville være omvendt.

Denne forskjellen indikerer at energiforbruket til begge artene er proporsjonalt med størrelsen deres. Studien av hundrevis av dyrearter viser at denne spesielle observasjonen er en del av et generelt mønster av metabolsk opptrapping kvantifiserbar i forhold til TMS og BMR.

For eksempel er gjennomsnittlig BMR (2200 J / t) for 100 g pattedyr ikke ti ganger, men bare 5,5 ganger, større enn gjennomsnittlig BMR (400 J / t) på 10 g pattedyr. Tilsvarende er gjennomsnittlig pattedyr BMR på 400 g (4940 J / t) ikke fire ganger, men bare 2,7 ganger, større enn gjennomsnittlig pattedyr BMR på 100 g.

Allometrisk ligning av metabolsk skalering

Forholdet TMS (eller TMB), representert ved T, og kroppsmassen, representert ved M, av et dyr kan beskrives ved den klassiske ligning av biologisk allometri, T = a x M ^b , hvor a og b er konstanter.

Tilpasningen til denne ligningen forklarer matematisk hvorfor TMS og BMR ikke varierer proporsjonalt med dyrenes masse. Ved bruk av logaritmer på begge sider kan likningen uttrykkes som følger

log (T) = log (a) + b × log (M),

logg (a) og b kan estimeres ved lineær regresjonsanalyse mellom eksperimentelle verdier av logg (T) og logg (M) for flere arter i en dyregruppe. Den konstante loggen (a) er avskjæringspunktet for regresjonslinjen på den vertikale aksen. På sin side er b, som er hellingen til nevnte linje, den allometriske konstanten.

Det har blitt funnet at den gjennomsnittlige allometriske konstanten for mange dyregrupper har en tendens til å være nær 0,7. Når det gjelder logg (a), jo høyere er verdiene, jo høyere er metabolske hastigheter for dyregruppen som er analysert.

Basal metabolisme, sirkulasjon og respirasjon

Mangelen på proporsjonalitet av TMS og BMR med hensyn til størrelse fører til at små dyr har høyere O _2- behov per gram kroppsmasse enn store dyr. For eksempel er energiforbrukshastigheten til ett gram hvalvev mye lavere enn for ett gram homologt musevev.

Store og små pattedyr har hjerter og lunger i lignende størrelser i forhold til kroppsmassen deres. Av denne grunn, til sammentrekning forekomst av hjerte og lungene av sistnevnte behovet være mye høyere enn det tidligere for å gjennomføre nok O ₂ til vev.

For eksempel er antall hjerteslag per minutt 40 i en elefant, 70 hos et voksent menneske og 580 i en mus. På samme måte puster mennesker omtrent 12 ganger og mus omtrent 100 ganger per minutt.

Innenfor samme art blir disse mønstrene også observert mellom individer i forskjellige størrelser. Hos voksne mennesker er hjernen for eksempel ansvarlig for omtrent 20% av den totale metabolske utgiften, mens hos barn i alderen 4 til 5 år når denne utgiften 50%.

Basal metabolisme og levetid

Hos pattedyr er hjerne- og kroppsstørrelser og basal metabolisme relatert til levetid av ligningen

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42 ,

Der L er levetid i måneder, er C hjernemasse i gram, M er kroppsmasse i gram, og T er BMR i kalorier per gram per time.

Eksponenten for C indikerer at pattedyrs levetid har en positiv assosiasjon til hjernestørrelse. Eksponenten til M indikerer at levetid har en negativ assosiasjon med kroppsmasse. Eksponenten til T indikerer at lang levetid har en negativ assosiasjon til hastigheten på metabolismen.

Dette forholdet, selv om det er med forskjellige eksponenter, er også aktuelt for fugler. Imidlertid har de en tendens til å leve lenger enn pattedyr med lik kroppsmasse.

Medisinsk interesse

Kvinners BMR kan doble seg under graviditet. Dette skyldes økningen i oksygenforbruk forårsaket av veksten av foster og livmorstrukturer, og av større utvikling av mors sirkulasjon og nyrefunksjon.

Diagnosen hypertyreose kan bekreftes ved økt oksygenforbruk, det vil si en høy BMR. I omtrent 80% av tilfellene med overaktiv skjoldbruskkjertel er BMR minst 15% høyere enn normalt. Imidlertid kan en høy BMR også være forårsaket av andre sykdommer.

referanser

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Avhandling om medisinsk fysiologi. McGraw-Hill Interamericana, Mexico.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Dyrefysiologi. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Måling av stoffskifte - en manual for forskere. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Endringer i basal metabolsk rate under graviditet i forhold til endringer i kroppsvekt og sammensetning, hjerteproduksjon, insulinlignende vekstfaktor I, og skjoldbruskhormoner og i forhold til fostervekst. 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. Menstruasjonssyklus og basal metabolsk rate hos kvinner. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Miljøfysiologi av dyr. Blackwell, Oxford.