BAZÁLNÍ METABOLISMUS: CO TO JE, JAK SE POČÍTÁ A RELEVANTNÍ DATA - BIOLOGIE - 2025

Metabolismus bazální může být definován jako soubor chemických reakcí v těle, přes který zvíře stráví minimální množství energie potřebné k udržování životně důležitých procesů. Toto množství obvykle představuje 50% nebo více z celkového energetického rozpočtu zvířete.

Bazální metabolismus je kvantifikován standardizovanými měrami energetického výdeje na jednotku času. Nejběžnější jsou standardní rychlost metabolismu (TMS) a bazální rychlost metabolismu (BMR).

Zdroj: pixabay.com

TMS se měří u chladnokrevných zvířat, jako je většina ryb, měkkýšů, obojživelníků a plazů. TMB se měří u teplokrevných zvířat, jako jsou ptáci a savci.

Jednotky měření metabolických rychlostí

TMS a BMR jsou obvykle vyjádřeny jako spotřeba O ₂ (ml), kalorie (cal), kcal (kcal), jouly (J), kilojouly (kJ) nebo watty (W).

Kalorie je definována jako množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 g vody o 1 ° C. Jedna kalorie se rovná 4 186 joulům. Joule je základní míra (SI, mezinárodní systém) energie. Watt, který se rovná 1 joulu za sekundu, je základní (SI) mírou přenosů a transformací energie.

Podmínky pro měření bazálního metabolismu

Aby bylo zajištěno, že hodnoty získané různými studiemi jsou srovnatelné, vyžaduje měření TMS a BMR, aby byla experimentální zvířata v klidu a na lačno. V případě TMB musí být tato zvířata také v jejich termoneutrální zóně.

Zvíře je považováno za klidové, pokud je v neaktivní fázi normálního denního cyklu, bez spontánních pohybů a bez fyzického nebo psychického stresu.

Zvíře se považuje za půst, pokud nestráví potravu způsobem, který vytváří teplo.

Zvíře se považuje za své termoneutrální pásmo, pokud je během experimentů udržováno v teplotním rozmezí, ve kterém jeho produkce tělesného tepla zůstává nezměněna.

Respirometrické metody pro měření tms a tmb

- respirometrie objemu nebo konstantního tlaku. Zvíře je drženo v uzavřené nádobě. Tyto změny tlaku v důsledku spotřeby O ₂ zvířetem se měří při konstantní teplotě pomocí manometru. CO ₂ produkovaný zvířete chemicky odstraněna pomocí KOH nebo ascarite.

Pokud je použit Warburgův respirometr, je změna tlaku měřena udržováním objemu nádoby konstantní. Pokud se použije respirometr Gilson, změří se objem změnou udržováním konstantního tlaku.

- Analýza plynů. V současné době existuje velké množství laboratorních nástrojů, které umožňují přímou kvantifikaci koncentrací O ₂ a CO ₂. Tento nástroj je velmi přesný a umožňuje automatická stanovení.

Kalorimetrické metody pro měření tms a tmb

- Kalorimetrie bomb. Spotřeba energie se odhaduje porovnáním tepla produkovaného spalováním vzorku nezpracovaných potravin s teplem vytvářeným spalováním ekvivalentního vzorku strávených zbytků (výkaly a moč) této potraviny.

- Přímá kalorimetrie. Spočívá v přímém měření tepla produkovaného spalovacím plamenem vzorku.

- Nepřímá kalorimetrie. Měří výrobu tepla porovnáním spotřeby O ₂ a produkce CO ₂. Je založeno na Hessově zákoně o konstantním součtu tepla, který uvádí, že v chemické reakci je množství tepla uvolňováno pouze v závislosti na povaze reakčních složek a produktů.

- Spádová kalorimetrie. Pokud tepelný tok Q prochází materiálem tloušťky G, plochy A a tepelné vodivosti C, výsledkem je teplotní gradient, který se zvyšuje s G a klesá s A a C. To umožňuje vypočítat energetické výdaje.

- Diferenciální kalorimetrie. Měří tepelný tok mezi komorou obsahující experimentální zvíře a sousední neobsazenou komorou. Obě komory jsou tepelně izolovány, s výjimkou povrchu, který je spojuje, skrze které si vyměňují teplo.

Bazální metabolismus a velikost těla

TMS a BMR se mění nepřiměřeně s velikostí zvířat. Tento vztah je znám jako metabolická eskalace. Tento koncept lze snadno pochopit porovnáním dvou býložravých savců různých velikostí, jako je králík a slon.

Pokud kvantifikujeme listy, které jedí za týden, zjistíme, že králík jí mnohem méně než slon. Hmotnost listů konzumovaných prvním by však byla mnohem větší než jeho vlastní tělesná hmotnost, zatímco v případě druhého by to byla opačná cesta.

Tento rozdíl naznačuje, že úměrně k jejich velikosti jsou energetické potřeby obou druhů odlišné. Studie stovek živočišných druhů ukazuje, že toto konkrétní pozorování je součástí obecného vzorce metabolické eskalace kvantifikovatelné z hlediska TMS a BMR.

Například průměrná BMR (2200 J / h) u 100 g savců není desetkrát, ale pouze 5,5krát, větší než průměrná BMR (400 J / h) u 10 g savců. Podobně průměrná BMR savců 400 g (4940 J / h) není čtyřikrát, ale pouze 2,7krát větší než průměrná BMR savců 100 g.

Allometrická rovnice metabolického škálování

Vztah TMS (nebo TMB), zastoupená T, a tělesná hmotnost, zastoupené M, zvířete lze popsat klasickou rovnicí biologické allometry, T = a x M ^b, ve kterém A a B jsou konstanty.

Přizpůsobení této rovnici matematicky vysvětluje, proč se TMS a BMR nemění úměrně k hmotnosti zvířat. Použitím logaritmů na obě strany lze rovnici vyjádřit následovně

log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) a b lze odhadnout lineární regresní analýzou mezi experimentálními hodnotami log (T) a log (M) více druhů zvířat. Konstantní log (a) je mezní bod regresní přímky na svislé ose. Pro svou část je b, což je sklon uvedené linie, je allometrická konstanta.

Bylo zjištěno, že průměrná allometrická konstanta mnoha skupin zvířat se blíží 0,7. V případě log (a), čím vyšší jsou jeho hodnoty, tím vyšší jsou metabolické rychlosti analyzované skupiny zvířat.

Bazální metabolismus, krevní oběh a dýchání

Nedostatek proporcionality TMS a BMR s ohledem na velikost způsobuje, že malá zvířata mají vyšší potřebu O ₂ na gram tělesné hmotnosti než velká zvířata. Například míra energetické spotřeby jednoho gramu velrybí tkáně je mnohem nižší než u jednoho gramu homologní tkáně myši.

Velké a malé savce mají srdce a plíce podobné velikosti ve vztahu k jejich tělesné hmotnosti. Z tohoto důvodu musí být kontrakční frekvence srdce a plic druhé generace mnohem vyšší než u první a _druhé, aby se do tkání dostalo dostatečné množství O ₂.

Například počet srdečních rytmů za minutu je 40 u slona, ​​70 u dospělého člověka a 580 u myši. Podobně lidé dýchají asi 12krát a myši asi 100krát za minutu.

U stejných druhů jsou tyto vzorce pozorovány také u jedinců různých velikostí. Například u dospělých lidí je mozek zodpovědný za přibližně 20% celkových metabolických výdajů, zatímco u dětí ve věku 4 až 5 dosahuje tento výdaj 50%.

Bazální metabolismus a dlouhověkost

U savců souvisí velikost mozku a těla a bazální metabolismus s rovnicí s dlouhověkostí

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42, Kde L je dlouhověkost v měsících, C je hmotnost mozku v gramech, M je tělesná hmotnost v gramech a T je BMR v kaloriích na gram za hodinu.

Exponent pro C naznačuje, že dlouhověkost savců má pozitivní vztah k velikosti mozku. Exponent M naznačuje, že dlouhověkost má negativní vztah k tělesné hmotnosti. Exponent T naznačuje, že dlouhověkost má negativní souvislost s rychlostí metabolismu.

Tento vztah, ačkoli s různými exponenty, je také použitelný pro ptáky. Mají však tendenci žít déle než savci podobné tělesné hmoty.

Lékařský zájem

Dámské BMR se mohou během těhotenství zdvojnásobit. Je to způsobeno zvýšením spotřeby kyslíku způsobeným růstem plodových a děložních struktur a větším rozvojem mateřského oběhu a renálních funkcí.

Diagnózu hypertyreózy lze potvrdit zvýšenou spotřebou kyslíku, tj. Vysokou BMR. V přibližně 80% případů nadměrné štítné žlázy je BMR nejméně o 15% vyšší než obvykle. Vysoká BMR však může být způsobena i jinými nemocemi.

Reference

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Pojednání o lékařské fyziologii. McGraw-Hill Interamericana, Mexiko.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fyziologie zvířat. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Měření metabolických rychlostí - příručka pro vědce. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Změny bazální metabolické rychlosti během těhotenství ve vztahu ke změnám tělesné hmotnosti a složení, srdeční výdej, inzulinový růstový faktor I a hormony štítné žlázy a ve vztahu k růstu plodu. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fyziologie zvířat - mechanismy a adaptace. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstruační cyklus a bazální metabolismus u žen. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Environmentální fyziologie zvířat. Blackwell, Oxford.