Co to jest metabolizm podstawowy, jak istotne jest obliczenie i dane

On Podstawowy metabolizm Można go zdefiniować jako ciało reakcji chemicznych organizmu, przez które zwierzę wydaje minimalną ilość energii niezbędnej do utrzymania istotnych procesów. Ta kwota zwykle stanowi 50% lub więcej całkowitego budżetu energetycznego zwierzęcia.

Metabolizm podstawowy jest określony ilościowo na podstawie znormalizowanych miar wydatków na energię na jednostkę czasu. Najczęstsze są standardowa szybkość metaboliczna (TMS) i podstawowa szybkość metaboliczna (TMB).

TMS mierzy się u zwierząt o zimno, takich jak większość ryb, mięczaków, płazów i gadów. TMB mierzy się u zwierząt z gorącymi krwi, takimi jak ptaki i ssaki.

[TOC]

Jednostki pomiarowe stawek metabolicznych

TMS i TMB są zwykle wyrażane jako zużycie (ml)₂, Kalorie (wapno), kilokalorie (KCAL), Joules (J), Kilojules (KJ) lub Watts (W).

Kaloria jest definiowana jako ilość ciepła wymagana do podniesienia temperatury 1 g wody o 1 ° C. Kaloria równa się 4.186 dżuli. Joule jest podstawową miarą (tak, międzynarodowy system) energii. Watt, który jest równy 1 Joule na sekundę, jest podstawową miarą (SI) przeniesienia i transformacji szybkości energii.

Warunki do pomiaru podstawowego metabolizmu

Aby upewnić się, że wartości uzyskane w różnych badaniach są porównywalne, pomiar TMS i TMB wymaga, aby zwierzęta eksperymentalne były w spoczynku i postu. W przypadku TMB zwierzęta te są również wymagane w strefie termoneutra.

Zwierzę jest rozważane w spoczynku, jeśli znajduje się w nieaktywnej fazie normalnego cyklu dziennego, bez wykonywania spontanicznych ruchów i bez stresu fizycznego lub psychicznego.

Zwierzę jest uważane za post, jeśli nie kopie jedzenia w taki sposób, że generuje ciepło.

Zwierzę jest rozważane w strefie termoneutra, jeżeli podczas eksperymentów utrzymuje się w przedziale temperatury, w którym wytwarzanie ciepła ciała pozostaje niezmienne.

Metody oddychania do pomiaru TMS i TMB

- Objętość lub stałe ciśnienie. Zwierzę jest przechowywane w zamkniętym pojemniku. Ciśnienie zmienia się z powodu zużycia lub₂ przez zwierzę są mierzone w stałej temperaturze za pomocą wskaźnika ciśnienia. Co₂ Wyprodukowany przez zwierzę jest chemicznie eliminowany przez KOH lub Ascarita.

Jeśli stosuje się respjonometr Warburga, zmiana ciśnienia jest mierzona poprzez utrzymanie stałej objętości pojemnika. Jeśli używa się breatometru Gilsona, mierzona jest zmiana objętości, utrzymując stałe ciśnienie.

- Analiza gazu. Obecnie istnieje wiele różnych instrumentów laboratoryjnych, które umożliwiają bezpośrednio kwantyfikację stężeń lub₂ i co₂. Ta instrumentalna jest bardzo precyzyjna i pozwala na zautomatyzowane ustalenia.

Metody cieplne do pomiaru TMS i TMB

- Kalorymetria pompy. Zużycie energii szacuje się poprzez porównanie ciepła wytwarzanego przez spalanie próbki pokarmu, która nie jest spożywana z ciepłem wytwarzanym przez spalanie równoważnej próbki trawionych szczątków (odchody i moczu) tej żywności.

- Bezpośrednia kalorymetria. Składa się z bezpośredniego pomiaru ciepła wytwarzanego przez płomień spalania próbki.

- Pośrednia kalorymetria. Mierzy produkcję ciepła poprzez porównanie zużycia lub₂ i CO -Produkcja₂. Opiera się na prawie stałej sumy cieplnej, które stwierdza, że ​​w reakcji chemicznej zależne od natury odczynników i produktów jest uwalniane.

- Kalorymetria gradientu. Jeśli przepływ ciepła Q przechodzi przez materiał grubości G, Obszar DO i kaloryczne przewodnictwo C, Rezultatem jest gradient temperatury, który wzrasta z G i zmniejsza się z DO I C. Pozwala to obliczyć wydatki na energię.

- Różnicowe ciepło. Mierzy przepływ ciepła między komorą zawierającą zwierzę eksperymentalne i niezajętą ​​sąsiadującą komorę. Dwie komory są izolowane termicznie, z wyjątkiem na powierzchni, która je jednoczy, dla której wymieniają ciepło.

Podstawowy metabolizm i rozmiar ciała

TMS i TMB różnią. Związek ten jest znany jako eskalacja metaboliczna. Koncepcję można łatwo zrozumieć, porównując dwa ssaki roślinożerne o bardzo różnych rozmiarach, takich jak królik i słonia.

Gdybyśmy oznaczali ilościowo liści, które jedzą na tydzień, stwierdzilibyśmy, że królik zjada znacznie mniej niż słonia. Jednak masa liści zjedzonych przez pierwszą byłaby znacznie większa niż własna masa ciała, podczas gdy w drugim przypadku byłaby na odwrót.

Ta różnica wskazuje, że proporcjonalnie do jego wielkości potrzeby energetyczne obu gatunków są różne. Badanie setek gatunków zwierząt pokazuje, że ta szczególna obserwacja jest częścią ogólnego wzoru ilościowego eskalacji metabolicznej pod względem TMS i TMB.

Na przykład średnia TMB (2200 J/h) na 100 g ssaków nie jest dziesięć razy, ale tylko 5.5 razy, większe niż średnie TMB (400 J/h) z 10 g ssaków. Podobnie średnia TMB 400 g ssaków (4940 J/h) nie jest czterokrotnie, ale tylko 2.7 razy, większy niż średnia TMB 100 g ssaków.

Alometryczne równanie eskalacji metabolicznej

Relacja TMS (lub TMB), reprezentowana przez T, i masa ciała, reprezentowana przez M, zwierzęcia można opisać klasyczne równanie allometrii biologicznej, T = Do × M^B, w którym Do I B Są stałe.

Dostosowanie tego równania matematycznie wyjaśnia, dlaczego TMS i TMB nie zmieniają się proporcjonalnie do masy zwierząt. Stosując logarytmy po obu stronach, równanie można wyrazić w następujący sposób

dziennik(T) = log (Do) + B × dziennik (M),

dziennik(Do) I B Można je oszacować na podstawie analizy regresji liniowej między eksperymentalnymi wartościami logarytmicznej (T) i log (M) z wielu gatunków grupy zwierząt. Stały dziennik (Do) jest punktem cięcia linii regresji na osi pionowej. Ze swojej strony, B, która jest nachyleniem tej linii, jest stałą alometryczną.

Odkryto, że średnia stała alometryczna wielu grup zwierzęcych zwykle wynosiła blisko 0,7. W przypadku log (Do), Im wyższe jego wartości, tym wyższe wskaźniki metaboliczne obiektu grupy zwierzęcych analizy.

Podstawowy metabolizm, krążenie i oddychanie

Brak proporcjonalności TMS i TMB w odniesieniu do wielkości powoduje, że małe zwierzęta mają większe potrzeby lub₂ Przez gram masy ciała to duże zwierzęta. Na przykład wskaźnik wydatków energetycznych gram tkanki wieloryba jest znacznie niższy niż w przypadku grama mysiej tkanki homologicznej.

Duże i małe ssaki mają serce i płuca o podobnych rozmiarach w stosunku do ich masy ciała. Dlatego wskaźniki skurczu serca i płuc sekund muszą być znacznie większe niż linie tego pierwszego, aby móc nosić wystarczająco dużo lub₂ Do tkanek.

Na przykład liczba bicia serca na minutę wynosi 40 u słoni, 70 u dorosłego człowieka i 580 u myszy. Podobnie ludzie oddychają około 12 razy, a myszy około 100 razy na minutę.

W ramach tych samych gatunków wzorce te są również obserwowane wśród osób o różnych rozmiarach. Na przykład u dorosłych ludzi mózg jest odpowiedzialny za około 20% całkowitych wydatków metabolicznych, podczas gdy u dzieci w 4 do 5 lat koszt ten osiąga 50%.

Podstawowy metabolizm i długowieczność

U ssaków rozmiary ciała oraz metabolizm mózgu i podstawowy są związane z długowiecznością poprzez równanie

L = 5,5 × C^0,54 × M^-0,34 × T^-0,42,

Gdzie L To jest długowieczność od miesięcy, C Jest to masa mózgu w gramach, M Jest to masa ciała w gramach i T Jest to TMB w kalorii na gram na godzinę.

Wykładnik C Wskazuje, że długowieczność ssaków ma pozytywny związek z wielkością mózgu. Wykładnik M Wskazuje, że długowieczność ma negatywny związek z masą ciała. Wykładnik T wskazuje, że długowieczność ma negatywny związek z szybkością metabolizmu.

Ten związek, choć z różnymi wykładnikami, ma również zastosowanie do ptaków. Jednak zwykle żyją bardziej niż podobne ssaki masy ciała.

Zainteresowanie medyczne

TMB kobiet może podwoić się podczas ciąży. Wynika to ze wzrostu zużycia tlenu spowodowanego wzrostem płodu i struktur macicy oraz największego rozwoju krążenia matki i funkcji nerek.

Diagnozę nadczynności tarczycy można potwierdzić przez wzrost zużycia tlenu, to znaczy wysokie TMB. W około 80% przypadków nadpobudliwości tarczycy TMB jest co najmniej 15% wyższy niż normalnie. Jednak podwyższony TMB może być również spowodowany innymi chorobami.

Bibliografia

1. Guyton, a. C., Hall, J. I. 2001. Traktat fizjologii medycznej. McGraw-Hill Inter-American, Meksyk.
2. Hill, r. W., Wyse, g. DO., Anderson, m. 2012. Zwierzę z fizjologii. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, J. R. B. 2008. Mierzenie stawek metabolicznych - podręcznik dla naukowców. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, m., Olausson, godz., Bostrom, k., Janer-Sjöberg, ur., Sohlstrom, a., Forsum, e. 2005. Zmiany podstawowego tempa metabolicznego podczas ciąży w odniesieniu do zmian masy i składu ciała, pojemności pojemności serca, insulinoinowego czynnika wzrostu i rogów tarczycy oraz w odniesieniu do płodu. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678-85.
5. Randall, d., Burggren, w., Francuski, k. 1998. Fizjologia zwierząt - mechanizmy i adaptacje. McGraw-Hill Inter-American, Madryt.
6. Salomon, s. J., Kurzer, m. S., Calloway, d. H. 1982. Cykl menstruacyjny i podstawowy wskaźnik metabolizmu u kobiet. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611-616.
7. Willmer, s., Stone, g., Johnston, i. 2005. Fizjologia środowiskowa zwierząt. Blackwell, Oxford.