BAZALNI METABOLIZAM: ŠTO JE, KAKO SE IZRAČUNAVA I RELEVANTNI PODACI - BIOLOGIJA - 2025

Metabolizam bazalni se može definirati kao skup kemijskih reakcija u tijelu kroz koje životinje provodi minimalnu količinu energije potrebne za održavanje vitalnih procesa. Ta količina obično predstavlja 50% ili više ukupnog energetskog proračuna životinje.

Bazalni metabolizam kvantificira se standardiziranim mjerama potrošnje energije po jedinici vremena. Najčešći su standardna brzina metabolizma (TMS) i bazalna brzina metabolizma (BMR).

Izvor: pixabay.com

TMS se mjeri u hladnokrvnim životinjama, poput većine riba, mekušaca, vodozemaca i gmazova. TMB se mjeri u toplokrvnim životinjama, poput ptica i sisavaca.

Jedinice za mjerenje brzine metabolizma

TMS i BMR obično izražava kao O ₂ potrošnje (ml), kalorija (cal), kilokalorija (kcal) Joula (J), (kJ kJ), ili W (W).

Kalorija je definirana kao količina topline koja je potrebna za povećanje temperature 1 g vode za 1 ° C. Jedna kalorija je jednaka 4.186 džula. Joule je temeljna mjera (SI, Međunarodni sustav) energije. Watt, koja je jednaka 1 joule u sekundi, je osnovna (SI) mjera prijenosa i stope transformacije energije.

Uvjeti za mjerenje bazalnog metabolizma

Kako bi se osiguralo da su vrijednosti dobivene različitim istraživanjima usporedive, mjerenje TMS-a i BMR-a zahtijeva da eksperimentalne životinje budu u mirovanju i na glasu. U slučaju TMB-a, te se životinje također trebaju nalaziti u svojoj termoneutralnoj zoni.

Životinja se razmatra u mirovanju ako je u neaktivnoj fazi svog normalnog dnevnog ciklusa, bez spontanih pokreta i bez fizičkog ili psihološkog stresa.

Životinja se smatra postom ako ne probavlja hranu na način koji stvara toplinu.

Smatra se da se životinja nalazi u svojoj termoneutralnoj zoni ako se tijekom pokusa drži unutar temperaturnog područja unutar kojeg njezina proizvodnja topline tijela ostaje nepromijenjena.

Respirometrijske metode za mjerenje tms i tmb

- Respirometrija volumena ili konstantnog tlaka. Životinja se čuva u zatvorenoj posudi. Promjene tlaka zbog potrošnje O ₂ od strane životinje se mjeri pri stalnoj temperaturi pomoću manometra. CO _{2 koji} proizvodi životinja kemijski se eliminira pomoću KOH ili askarita.

Ako se upotrebljava Warburg respirator, promjena tlaka mjeri se održavanjem konstantne zapremine spremnika. Ako se koristi Gilson respirometar, promjena volumena mjeri se održavanjem konstantnog tlaka.

- Analiza plina. Trenutno postoji veliki izbor laboratorijskih instrumenata koji omogućuju izravan kvantifikaciju O ₂ i CO ₂ koncentracije. Ovaj je instrument vrlo precizan i omogućuje automatizirana određivanja.

Kalorimetrijske metode za mjerenje tms i tmb

- Kalorimetrija bombi. Potrošnja energije procjenjuje se usporedbom topline proizvedene sagorijevanjem uzorka nepročišćene hrane s toplinom proizvedenom izgaranjem ekvivalentnog uzorka probavljenih ostataka (izmeta i mokraće) te hrane.

- Izravna kalorimetrija. Sastoji se od direktnog mjerenja topline proizvedene plamenom izgaranja uzorka.

- Neizravna kalorimetrija. Ona mjeri proizvodnju topline uspoređujući potrošnju O ₂ i proizvodnju CO ₂. Temelji se na Hess-ovom zakonu stalnog zbrajanja topline, koji kaže da se u kemijskoj reakciji oslobađa količina topline, ovisno samo o prirodi reaktanata i proizvoda.

- Gradijentna kalorimetrija. Ako toplinski tok Q prođe kroz materijal debljine G, područja A i toplinske vodljivosti C, rezultat je temperaturni gradijent koji raste s G i opada s A i C. To omogućava izračunavanje potrošnje energije.

- Diferencijalna kalorimetrija. On mjeri toplinski tok između komore koja sadrži pokusnu životinju i susjedne nezauzete komore. Dvije komore su toplinski izolirane, osim površine koja ih spaja, kroz koju izmjenjuju toplinu.

Bazalni metabolizam i tjelesna veličina

TMS i BMR razlikuju se nerazmjerno u odnosu na veličinu životinja. Ta je veza poznata kao metabolička eskalacija. Koncept se može lako razumjeti usporedbom dva biljojediva sisavaca vrlo različitih veličina, poput zeca i slona.

Ako kvantificiramo lišće koje jedu tjedan dana, otkrili bismo da kunić jede mnogo manje od slona. Međutim, masa lišća koju pojede prva bila bi mnogo veća od njegove vlastite tjelesne mase, dok bi u slučaju drugog bila obrnuto.

Taj nesrazmjer ukazuje na to da su, razmjerno njihovoj veličini, energetske potrebe obje vrste različite. Studija stotina životinjskih vrsta pokazuje da je ovo posebno promatranje dio općeg obrasca metaboličke eskalacije koji se može mjeriti s obzirom na TMS i BMR.

Na primjer, prosječni BMR (2200 J / h) sisavaca od 100 g nije deset puta, već samo 5,5 puta, veći od prosječnog BMR (400 J / h) sisavaca. Slično tome, prosječni BMR sisavaca od 400 g (4940 J / h) nije četiri puta, već samo 2,7 puta, veći od prosječnog BMR sisavaca od 100 g.

Alometrijska jednadžba metaboličkog skaliranja

Odnos TMS (ili TMB), predstavljen s T, i tjelesna masa predstavljena s M, može se opisati klasičnom jednadžbom biološke alometrije, T = a × M ^b, u kojoj su a i b konstante.

Uklapanje u ovu jednadžbu matematički objašnjava zašto se TMS i BMR ne razlikuju proporcionalno masi životinja. Primjenjujući logaritme na obje strane, jednadžba se može izraziti na sljedeći način

log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) i b mogu se procijeniti linearnom regresijskom analizom između eksperimentalnih vrijednosti log (T) i log (M) više vrsta životinjske grupe. Konstantni log (a) je točka graničenja regresijske crte na okomitoj osi. Sa svoje strane, b, koji je nagib rečene linije, je allometrijska konstanta.

Utvrđeno je da prosječna alometrijska konstanta mnogih životinjskih grupa obično iznosi 0,7. U slučaju log (a), što su njegove vrijednosti veće, to su veće stope metabolizma u životinjskoj skupini koja se analizira.

Bazalni metabolizam, cirkulacija i disanje

Nedostatak razmjernosti TMS i BMR s obzirom na veličinu uzrokuje da male životinje imaju veće O ₂ potrebe po gramu tjelesne mase od velikih životinja. Na primjer, stopa potrošnje energije jednog grama kitovog tkiva mnogo je niža nego za jedan gram homolognog mišjeg tkiva.

Veliki i mali sisavci imaju srce i pluća sličnih veličina u odnosu na njihovu tjelesnu masu. Iz tog razloga, kontrakcije stope srca i pluća u potonje potrebno je mnogo veća od one bivše kako bi obavio dovoljno O ₂ do tkiva.

Na primjer, broj otkucaja srca u minuti kod slona je 40, u odraslog čovjeka 70 i u miša 580. Slično tome, ljudi dišu oko 12 puta, a miševi oko 100 puta u minuti.

Unutar iste vrste, ovi se obrasci također promatraju među pojedincima različitih veličina. Na primjer, u odraslih ljudi mozak je odgovoran za oko 20% ukupnih metaboličkih izdataka, dok u djece u dobi od 4 do 5 godina taj trošak doseže 50%.

Bazalni metabolizam i dugovječnost

U sisavaca su veličina mozga i tijela i bazalni metabolizam jednadžbom povezani s dugovječnošću

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42, Gdje je L dugovječnost u mjesecima, C je moždana masa u gramima, M je tjelesna masa u gramima, a T je BMR u kalorijama po gramu na sat.

Izgled za C ukazuje da dugovječnost sisavaca ima pozitivnu povezanost s veličinom mozga. Eksponent M ukazuje da dugovječnost ima negativnu povezanost s tjelesnom masom. Izgled T ukazuje da dugovječnost ima negativnu povezanost sa brzinom metabolizma.

Ovaj je odnos, iako s različitim eksponentima, primjenjiv i na ptice. Međutim, imaju tendenciju da žive duže od sisavaca slične tjelesne mase.

Medicinski interes

BMR kod žena može se udvostručiti tijekom trudnoće. To je zbog povećanja potrošnje kisika uzrokovanog rastom strukture fetusa i maternice, te većim razvojem majčinske cirkulacije i bubrežne funkcije.

Dijagnoza hipertireoze može se potvrditi povećanom potrošnjom kisika, odnosno visokim BMR. U oko 80% slučajeva prekomjerne štitnjače, BMR je barem 15% veći od normalnog. Međutim, visok BMR može biti uzrokovan i drugim bolestima.

Reference

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Traktat o medicinskoj fiziologiji. McGraw-Hill Interamericana, Meksiko.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fiziologija životinja. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Mjerenje metaboličkih stopa - priručnik za znanstvenike. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Promjene vrijednosti bazalnog metabolizma tijekom trudnoće u odnosu na promjene tjelesne težine i sastava, srčani učinak, inzulinski faktor rasta I i hormoni štitnjače u odnosu na rast fetusa. Američki časopis za kliničku prehranu, 81, 678–85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fiziologija životinja - mehanizmi i prilagodbe. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstrualni ciklus i bazna stopa metabolizma kod žena. Američki časopis za kliničku prehranu, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fiziologija okoliša životinja. Blackwell, Oxford.