- Unități de măsură a ratelor metabolice
- Condiții pentru măsurarea metabolismului bazal
- Metode respirometrice pentru măsurarea tms și tmb
- Metode calorimetrice pentru măsurarea tms și tmb
- Metabolismul bazal și dimensiunea corpului
- Ecuația alometrică a scalării metabolice
- Metabolismul bazal, circulația și respirația
- Metabolismul bazal și longevitatea
- Interes medical
- Referințe
Metabolismului bazal poate fi definit ca setul de reacții chimice în organism , prin care un animal petrece cantitatea minimă de energie necesară pentru menținerea proceselor vitale. Această cantitate reprezintă de obicei 50% sau mai mult din bugetul energetic total al unui animal.
Metabolismul bazal este cuantificat prin măsuri standardizate ale cheltuielilor de energie pe unitatea de timp. Cele mai frecvente sunt rata metabolică standard (TMS) și rata metabolică bazală (BMR).
Sursa: pixabay.com
TMS se măsoară la animale cu sânge rece, precum majoritatea peștilor, moluștelor, amfibienilor și reptilelor. TMB se măsoară la animale cu sânge cald, precum păsări și mamifere.
Unități de măsură a ratelor metabolice
TMS și BMR sunt de obicei exprimate ca O 2 consum (ml) , calorii (cal), kilocalorii (kcal), jouli (J), kj (kJ) sau wați (W).
O calorie este definită ca cantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura de 1 g de apă cu 1 ° C. O calorie este egală cu 4.186 de joule. Joliul este măsura fundamentală (SI, Sistemul Internațional) de energie. Watt, care este egal cu 1 joule pe secundă, este măsura fundamentală (SI) a ratelor de transfer și transformare a energiei.
Condiții pentru măsurarea metabolismului bazal
Pentru a se asigura că valorile obținute prin diferite studii sunt comparabile, măsurarea TMS și BMR necesită ca animalele experimentale să fie în repaus și în post. În cazul TMB, aceste animale trebuie, de asemenea, să se afle în zona lor termoneutrală.
Un animal este considerat în repaus dacă se află în faza inactivă a ciclului său zilnic normal, fără mișcări spontane și fără stres fizic sau psihologic.
Un animal este considerat post, dacă nu digeră alimentele într-un mod care generează căldură.
Un animal este considerat a fi în zona sa termoneutrală dacă, în timpul experimentelor, este menținut în intervalul de temperatură în care producția sa de căldură corporală rămâne neschimbată.
Metode respirometrice pentru măsurarea tms și tmb
- Respiometrie de volum sau presiune constantă. Animalul este ținut într-un recipient sigilat. Schimbările de presiune datorate consumului de O 2 de animal sunt măsurate la o temperatură constantă cu ajutorul unui manometru. CO 2 produs de animal este eliminat chimic folosind KOH sau ascarit.
Dacă se utilizează un respirometru Warburg, schimbarea presiunii se măsoară păstrând constant volumul recipientului. Dacă se utilizează un respirometru Gilson, modificarea volumului se măsoară prin menținerea presiunii constante.
- Analiza gazelor. În prezent , există o mare varietate de instrumente de laborator care permit cuantificarea directă a O 2 și CO 2 concentrații . Acest instrument este foarte precis și permite determinări automate.
Metode calorimetrice pentru măsurarea tms și tmb
- Calorimetrie cu bombă. Consumul de energie este estimat prin compararea căldurii produse prin arderea unui eșantion de alimente neînsuflețite cu căldura produsă prin arderea unui eșantion echivalent de resturi digerate (fecale și urină) acelui aliment.
- Calorimetrie directă. Acesta constă în măsurarea directă a căldurii produse de flacăra de ardere a probei.
- Calorimetrie indirectă. Acesta măsoară producția de energie termică prin compararea O 2 consum și CO 2 de producție . Se bazează pe legea lui Hess privind suma constantă de căldură, care afirmă că, într-o reacție chimică, o cantitate de căldură este eliberată, în funcție de natura reactivilor și a produselor.
- Calorimetrie gradientă. Dacă un flux de căldură Q trece printr-un material cu grosimea G, zona A și conductibilitatea căldurii C, rezultatul este un gradient de temperatură care crește cu G și scade cu A și C. Acest lucru face posibilă calcularea cheltuielilor de energie.
- Calorimetrie diferențială. Măsoară fluxul de căldură între o cameră care conține animalul experimental și o cameră neocupată adiacentă. Cele două camere sunt izolate termic, cu excepția suprafeței care le unește, prin care fac schimb de căldură.
Metabolismul bazal și dimensiunea corpului
TMS și BMR variază disproporționat în funcție de mărimea animalelor. Această relație este cunoscută sub denumirea de escaladare metabolică. Conceptul poate fi înțeles cu ușurință comparând două mamifere erbivore de dimensiuni foarte diferite, cum ar fi iepurele și elefantul.
Dacă am cuantifica frunzele pe care le mănâncă timp de o săptămână, am constata că iepurele mănâncă mult mai puțin decât elefantul. Cu toate acestea, masa de frunze mâncată de primul ar fi mult mai mare decât propria masă corporală, în timp ce în cazul celui de-al doilea ar fi invers.
Această diferență indică faptul că, proporțional cu dimensiunea lor, nevoile energetice ale ambelor specii sunt diferite. Studiul a sute de specii de animale arată că această observație particulară face parte dintr-un model general de escaladare metabolică cuantificabilă în termeni de TMS și BMR.
De exemplu, media BMR (2200 J / h) a 100 g de mamifere nu este de zece ori, ci doar de 5,5 ori, mai mare decât media BMR (400 J / h) a 10 g mamifere. În mod similar, BMR-ul mamiferului mediu de 400 g (4940 J / h) nu este de patru ori, ci doar de 2,7 ori, mai mare decât BMR-ul mamiferului mediu de 100 g.
Ecuația alometrică a scalării metabolice
Relația TMS (sau TMB), reprezentată de T, și masa corporală, reprezentată de M, a unui animal poate fi descrisă prin ecuația clasică a alometriei biologice, T = a × M b , în care a și b sunt constante.
Potrivirea acestei ecuații explică matematic de ce TMS și BMR nu variază proporțional cu masa animalelor. Aplicând logaritmele pe ambele părți, ecuația poate fi exprimată după cum urmează
log (T) = log (a) + b × log (M),
log (a) și b pot fi estimate prin analiza de regresie liniară între valorile experimentale ale log (T) și log (M) ale mai multor specii dintr-un grup animal. Jurnalul constant (a) este punctul tăiat al liniei de regresie pe axa verticală. La rândul său, b, care este panta liniei menționate, este constanta alometrică.
S-a constatat că constanta alometrică medie a multor grupuri de animale tinde să fie aproape de 0,7. În cazul jurnalului (a), cu cât valorile sale sunt mai mari, cu atât ratele metabolice ale grupului de animale analizate sunt mai mari.
Metabolismul bazal, circulația și respirația
Lipsa proporționalității TMS și BMR în ceea ce privește mărimea face ca animalele mici să aibă nevoi mai mari de O 2 pe gram de masă corporală decât animalele mari. De exemplu, rata de cheltuieli energetice a unui gram de țesut de balenă este mult mai mică decât cea a unui gram de țesut omolog de șoarece.
Mamiferele mari și mici au inimi și plămâni de dimensiuni similare în raport cu masa lor corporală. Din acest motiv, ratele de contracție a inimii și a plămânilor din urmă trebuie să fie mult mai mari decât cele ale celei dintâi , în scopul de a transporta suficient de O 2 la țesuturi.
De exemplu, numărul de bătăi cardiace pe minut este de 40 la un elefant, 70 la un om adult și 580 la un șoarece. În mod similar, oamenii respiră de aproximativ 12 ori și șoarecii de aproximativ 100 de ori pe minut.
În cadrul aceleiași specii, aceste modele sunt, de asemenea, observate între indivizi de dimensiuni diferite. De exemplu, la oamenii adulți creierul este responsabil pentru aproximativ 20% din totalul cheltuielilor metabolice, în timp ce la copiii cu vârste cuprinse între 4 și 5 ani, aceste cheltuieli ajung la 50%.
Metabolismul bazal și longevitatea
La mamifere, dimensiunile creierului și corpului și metabolismul bazal sunt legate de longevitate prin ecuație
L = 5,5 × C 0,54 × M- 0,34 × T- 0,42 ,
În cazul în care L este longevitate în luni, C este masa creierului în grame, M este masa corporală în grame, iar T este BMR în calorii pe gram pe oră.
Exponentul pentru C indică faptul că longevitatea mamiferului are o asociere pozitivă cu dimensiunea creierului. Exponentul lui M indică faptul că longevitatea are o asociere negativă cu masa corporală. Exponentul T indică faptul că longevitatea are o asociere negativă cu viteza metabolismului.
Această relație, deși cu exponenți diferiți, este valabilă și pentru păsări. Cu toate acestea, ei tind să trăiască mai mult decât mamiferele cu masa corporală similară.
Interes medical
RCM al femeilor se poate dubla în timpul sarcinii. Acest lucru se datorează creșterii consumului de oxigen cauzat de creșterea structurilor fătului și uterin și a dezvoltării mai mari a circulației materne și a funcției renale.
Diagnosticul hipertiroidismului poate fi confirmat printr-un consum crescut de oxigen, adică un BMR ridicat. În aproximativ 80% din cazurile de tiroidă hiperactivă, BMR este cu cel puțin 15% mai mare decât în mod normal. Cu toate acestea, un BMR ridicat poate fi cauzat și de alte boli.
Referințe
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Tratat de fiziologie medicală. McGraw-Hill Interamericana, Mexic.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fiziologie animală. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Măsurarea ratelor metabolice - un manual pentru oamenii de știință. Oxford University Press, Oxford.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Modificări ale ratei metabolice bazale în timpul sarcinii în raport cu modificările în greutatea și compoziția corpului, debit cardiac, factorul I de creștere a insulinei și hormonii tiroidieni și în raport cu creșterea fetală. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., franceză, K. 1998. Fiziologia animalelor - mecanisme și adaptări. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Ciclul menstrual și rata metabolică bazală la femei. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fiziologia mediului înconjurător a animalelor. Blackwell, Oxford.