BAZÁLNY METABOLIZMUS: ČO TO JE, AKO SA POČÍTA A RELEVANTNÉ ÚDAJE - BIOLÓGIE - 2026

Metabolizmus bazálny môže byť definovaný ako súbor chemických reakcií v tele, cez ktorý zviera strávi minimálne množstvo energie potrebné na udržiavanie životne dôležitých procesov. Toto množstvo zvyčajne predstavuje 50% alebo viac z celkového energetického rozpočtu zvieraťa.

Bazálny metabolizmus sa kvantifikuje pomocou štandardizovaných mier spotreby energie za jednotku času. Najbežnejšie sú štandardná rýchlosť metabolizmu (TMS) a bazálna rýchlosť metabolizmu (BMR).

Zdroj: pixabay.com

TMS sa meria u chladnokrvných zvierat, ako je väčšina rýb, mäkkýšov, obojživelníkov a plazov. TMB sa meria u teplokrvných zvierat, ako sú vtáky a cicavce.

Jednotky merania rýchlosti metabolizmu

TMS a BMR sú zvyčajne vyjadrujú ako O ₂ spotreba (ml) , kalórií (CAL), kilokalórií (kcal), joulov (J), kJ (KJ), alebo wattoch (W).

Kalórie sú definované ako množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 g vody o 1 ° C. Jedna kalória sa rovná 4 186 joulov. Joule je základným meradlom (SI, medzinárodný systém) energie. Watt, ktorý sa rovná 1 joulu za sekundu, je základnou mierou (SI) rýchlosti prenosu a transformácie energie.

Podmienky na meranie bazálneho metabolizmu

Aby sa zabezpečilo, že hodnoty získané rôznymi štúdiami sú porovnateľné, meranie TMS a BMR vyžaduje, aby experimentálne zvieratá boli v pokoji a nalačno. V prípade TMB sa od týchto zvierat vyžaduje, aby sa nachádzali vo svojej termoneutrálnej zóne.

Zviera sa považuje za pokojné, ak je v neaktívnej fáze svojho normálneho denného cyklu, bez spontánnych pohybov a bez fyzického alebo psychického stresu.

Zviera sa považuje za pôst, ak nestrávi potravu spôsobom, ktorý vytvára teplo.

Zviera sa považuje za termoneutrálnu zónu, ak sa počas pokusov udržuje v teplotnom rozmedzí, v ktorom sa jeho telesná tvorba tepla nezmenila.

Respirometrické metódy na meranie tms a tmb

- respirometria objemu alebo konštantného tlaku. Zviera sa chová v uzavretej nádobe. Tieto zmeny tlaku v dôsledku spotreby O ₂ zvieraťom sa meria pri konštantnej teplote pomocou manometra. CO ₂ produkovaný zvieraťa chemicky odstránená pomocou KOH alebo ascarite.

Ak sa používa Warburgov respirometer, zmena tlaku sa meria udržiavaním objemu nádoby konštantným. Ak sa použije respirometer Gilson, zmena objemu sa meria udržiavaním konštantného tlaku.

- Analýza plynov. V súčasnosti existuje veľké množstvo laboratórnych prístrojov, ktoré umožňujú priamu kvantifikáciu koncentrácií O ₂ a CO ₂ . Tento prístroj je veľmi presný a umožňuje automatické určovanie.

Kalorimetrické metódy na meranie tms a tmb

- Kalorimetria v bombe. Spotreba energie sa odhaduje porovnaním tepla produkovaného spaľovaním vzorky neobsiahnutých potravín s teplom vznikajúcim pri spaľovaní ekvivalentnej vzorky strávených zvyškov (výkaly a moč) tejto potraviny.

- Priama kalorimetria. Pozostáva z priameho merania tepla produkovaného spaľovacím plameňom vzorky.

- Nepriama kalorimetria. Meria výrobu tepla porovnaním spotreby O ₂ a výroby CO ₂ . Je založená na Hessovom zákone o konštantnom súčte tepla, ktorý uvádza, že pri chemickej reakcii sa množstvo tepla uvoľňuje iba v závislosti od povahy reaktantov a produktov.

- Gradientná kalorimetria. Ak tepelný tok Q prechádza materiálom s hrúbkou G, plochou A a tepelnou vodivosťou C, výsledkom je teplotný gradient, ktorý sa zvyšuje s G a klesá s A a C. To umožňuje vypočítať výdavky na energiu.

- Diferenčná kalorimetria. Meria tepelný tok medzi komorou obsahujúcou pokusné zviera a susednou neobsadenou komorou. Obidve komory sú tepelne izolované s výnimkou povrchu, ktorý ich spája, cez ktorý si vymieňajú teplo.

Bazálny metabolizmus a veľkosť tela

TMS a BMR sa menia neprimerane s veľkosťou zvierat. Tento vzťah sa nazýva metabolická eskalácia. Tento koncept možno ľahko pochopiť porovnaním dvoch bylinožravých cicavcov rôznych veľkostí, ako je králik a slon.

Ak vyčíslíme lístie, ktoré jedia týždeň, zistíme, že králik zje oveľa menej ako slon. Hmotnosť listov konzumovaných prvou by však bola oveľa väčšia ako jej vlastná telesná hmotnosť, zatiaľ čo v prípade druhej by to bola opačná cesta.

Tento rozdiel naznačuje, že úmerne k ich veľkosti sú energetické potreby oboch druhov odlišné. Štúdia stoviek živočíšnych druhov ukazuje, že toto konkrétne pozorovanie je súčasťou všeobecného modelu metabolickej eskalácie kvantifikovateľnej z hľadiska TMS a BMR.

Napríklad priemerná BMR (2200 J / h) 100 g cicavcov nie je desaťkrát, ale iba 5,5-krát vyššia ako priemerná BMR (400 J / h) 10 g cicavcov. Podobne priemerná BMR cicavcov 400 g (4940 J / h) nie je štyrikrát, ale iba 2,7-krát vyššia ako priemerná BMR cicavcov 100 g.

Allometrická rovnica metabolického škálovania

Vzťah TMS (alebo TMB), v zastúpení T, a telesná hmotnosť, zastúpené M, zvieraťa možno opísať klasickú rovnicou biologickej allometry, T = a x M ^b , v ktorom A a B sú konštanty.

Prispôsobenie tejto rovnici matematicky vysvetľuje, prečo sa TMS a BMR nemenia úmerne k hmotnosti zvierat. Použitím logaritmov na obe strany možno rovnicu vyjadriť nasledovne

log (T) = log (a) + b × log (M),

log (a) a b možno odhadnúť lineárnou regresnou analýzou medzi experimentálnymi hodnotami log (T) a log (M) viacerých druhov zvierat. Konštantná log (a) je hraničným bodom regresnej priamky na vertikálnej osi. Čo sa týka časti b, ktorá predstavuje sklon uvedenej čiary, je allometrická konštanta.

Zistilo sa, že priemerná alometrická konštanta mnohých skupín zvierat má tendenciu byť blízko 0,7. V prípade log (a), čím vyššie sú jeho hodnoty, tým vyššie sú metabolické rýchlosti analyzovanej skupiny zvierat.

Bazálny metabolizmus, obeh a dýchanie

Neprimeranosť TMS a BMR vzhľadom na veľkosť spôsobuje, že malé zvieratá majú vyššie potreby O ₂ na gram telesnej hmotnosti ako veľké zvieratá. Napríklad miera energetickej spotreby jedného gramu veľrybího tkaniva je oveľa nižšia ako miera spotreby jedného gramu homológneho myšieho tkaniva.

Veľké a malé cicavce majú srdcia a pľúca podobnej veľkosti vo vzťahu k ich telesnej hmotnosti. Z tohto dôvodu kontrakcie sadzby srdca a pľúc druhej potrebou byť oveľa vyšší, než bývalý za účelom výkonu dostatok O ₂ do tkanív.

Napríklad počet úderov srdca za minútu je 40 u slona, ​​70 u dospelého človeka a 580 u myši. Podobne ľudia dýchajú asi 12-krát a myši asi 100-krát za minútu.

V rámci toho istého druhu sa tieto vzorce pozorujú aj medzi jedincami rôznych veľkostí. Napríklad u dospelých ľudí je mozog zodpovedný za približne 20% celkových metabolických výdavkov, zatiaľ čo u detí vo veku 4 až 5 dosahuje tento výdavok 50%.

Bazálny metabolizmus a dlhovekosť

U cicavcov súvisí veľkosť mozgu a tela a bazálny metabolizmus s dlhovekosťou podľa rovnice

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

Ak L je dlhovekosť v mesiacoch, C je mozgová hmotnosť v gramoch, M je telesná hmotnosť v gramoch a T je BMR v kalóriách na gram za hodinu.

Exponent pre C naznačuje, že dlhovekosť cicavcov má pozitívny vzťah k veľkosti mozgu. Exponent M naznačuje, že dlhovekosť má negatívny vzťah k telesnej hmotnosti. Exponent T naznačuje, že dlhovekosť má negatívny vzťah k rýchlosti metabolizmu.

Tento vzťah, aj keď s rôznymi exponentmi, sa vzťahuje aj na vtáky. Majú však tendenciu žiť dlhšie ako cicavce s podobnou hmotnosťou.

Lekársky záujem

Dámske BMR sa môžu počas tehotenstva zdvojnásobiť. Je to spôsobené zvýšením spotreby kyslíka spôsobeným rastom plodových a maternicových štruktúr a väčším vývojom materského obehu a renálnych funkcií.

Diagnózu hypertyreózy možno potvrdiť zvýšenou spotrebou kyslíka, to znamená vysokou BMR. V približne 80% prípadov hyperaktívnej štítnej žľazy je BMR najmenej o 15% vyššia ako normálne. Vysoká BMR však môže byť spôsobená aj inými chorobami.

Referencie

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Pojem o lekárskej fyziológii. McGraw-Hill Interamericana, Mexiko.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fyziológia zvierat. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Meranie rýchlosti metabolizmu - príručka pre vedcov. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Zmeny bazálnej rýchlosti metabolizmu počas tehotenstva v súvislosti so zmenami telesnej hmotnosti a zloženia, srdcový výdaj, inzulínový rastový faktor I a hormóny štítnej žľazy a vo vzťahu k rastu plodu. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678 - 85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fyziológia zvierat - mechanizmy a úpravy. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menštruačný cyklus a bazálny metabolizmus u žien. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611 - 616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Environmentálna fyziológia zvierat. Blackwell, Oxford.