BAZALNI METABOLIZEM: KAJ JE, KAKO SE IZRAČUNA IN USTREZNI PODATKI - BIOLOGIJA - 2026

Presnovo bazalno lahko opredelimo kot niz kemičnih reakcij v telesu, skozi katero žival preživi minimalno količino energije, ki je potrebna za vzdrževanje vitalnih procesov. Ta količina običajno predstavlja 50% ali več skupnega energetskega proračuna živali.

Bazalni metabolizem je količinsko opredeljen s standardiziranimi ukrepi porabe energije na enoto časa. Najpogostejša sta standardna hitrost presnove (TMS) in bazalna hitrost presnove (BMR).

Vir: pixabay.com

TMS se meri pri hladnokrvnih živalih, kot so večina rib, mehkužcev, dvoživk in plazilcev. TMB se meri pri toplokrvnih živalih, kot so ptice in sesalci.

Enote za merjenje hitrosti presnove

TMS in BMR so navadno izražena kot O ₂ porabe (ml) , kalorij (CAL), kilokalorije (kcal), jul (j) kilodžuli (kJ) ali vatih (W).

Kalorija je opredeljena kot količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 g vode za 1 ° C. Ena kalorija je enaka 4.186 džulov. Joule je temeljni ukrep (SI, mednarodni sistem) energije. Watt, ki je enak 1 joule na sekundo, je temeljno (SI) merilo prenosa energije in stopnje transformacije.

Pogoji za merjenje bazalnega metabolizma

Za zagotovitev primerljivosti vrednosti, pridobljenih z različnimi študijami, merjenje TMS in BMR zahteva, da so poskusne živali v mirovanju in na tešče. V primeru TMB morajo te živali biti tudi v svojem termonevtralnem območju.

Žival se šteje v mirovanju, če je v neaktivni fazi svojega običajnega dnevnega cikla, brez spontanih gibov in brez fizičnega ali psihičnega stresa.

Žival velja za post, če hrane ne prebavlja na način, ki ustvarja toploto.

Šteje se, da je žival v svojem termonevralnem območju, če se med poskusi zadrži v temperaturnem območju, znotraj katerega njena proizvodnja toplote ostane nespremenjena.

Respirometrične metode za merjenje tms in tmb

- volumenska ali konstantna tlačna respirometrija. Žival se hrani v zaprti posodi. Spremembe tlaka zaradi porabe O ₂ pri živali se merijo pri konstantni temperaturi s pomočjo manometra. CO _2, ki ga proizvede žival, se kemično izloči z uporabo KOH ali askarita.

Če uporabimo respirator iz Warburg-a, se sprememba tlaka meri tako, da se prostornina posode stalno spreminja. Če uporabljamo respiratorometer Gilson, se sprememba prostornine meri tako, da se tlak ohranja konstantno.

- Analiza plina. Trenutno obstaja veliko različnih laboratorijskih instrumentov, ki omogočajo neposreden količinsko O ₂ in CO ₂ koncentracij . Ta instrument je zelo natančen in omogoča avtomatizirano določanje.

Kalorimetrične metode za merjenje tms in tmb

- Kalorimetrija bombe. Poraba energije je ocenjena s primerjanjem toplote, ki nastane pri zgorevanju vzorca neprašene hrane, in toplote, ki nastane pri zgorevanju enakovrednega vzorca prebavljenih ostankov (blata in urina) te hrane.

- Neposredna kalorimetrija. Sestavljen je iz neposrednega merjenja toplote, ki nastane pri zgorevalnem plamenu vzorca.

- Posredna kalorimetrija. Ta meri proizvodnjo toplote s primerjavo porabe O ₂ in proizvodnje CO ₂ . Temelji na Hesssovem zakonu konstantne vsote toplote, ki pravi, da se pri kemijski reakciji sprosti količina toplote, ki je odvisna le od narave reaktantov in produktov.

- Gradientna kalorimetrija. Če toplotni tok Q prehaja skozi material debeline G, območja A in toplotne prevodnosti C, je rezultat temperaturni gradient, ki narašča z G in se zmanjšuje z A in C. To omogoča izračun porabe energije.

- Diferencialna kalorimetrija. Izmeri toplotni tok med komoro, ki vsebuje eksperimentalno žival, in sosednjo nezasedeno komoro. Obe komori sta toplotno izolirani, razen površine, ki ju združuje, skozi katero izmenjujeta toploto.

Bazalni metabolizem in telesna velikost

TMS in BMR se razlikujeta nesorazmerno glede na velikost živali. To razmerje je znano kot presnovno stopnjevanje. Koncept je enostavno razumeti, če primerjamo dva rastlinojeda sesalca zelo različnih velikosti, kot sta zajec in slon.

Če količinsko določimo listje, ki ga jedo teden dni, bi ugotovili, da zajec poje veliko manj kot slon. Vendar bi bila masa listja, ki jo je pojedel prvi, veliko večja od njegove lastne telesne mase, medtem ko bi bila v primeru drugega obratna.

To neskladje kaže na to, da so energijske potrebe obeh vrst, sorazmerno z njihovo velikostjo, različne. Študija na stotine živalskih vrst kaže, da je to posebno opazovanje del splošnega vzorca stopnje metaboličnega stopnjevanja, ki ga je mogoče meriti s TMS in BMR.

Na primer, povprečni BMR (2200 J / h) 100 g sesalcev ni desetkrat, ampak le 5,5-krat večji od povprečnega BMR (400 J / h) 10 g sesalcev. Podobno povprečna BMR sesalcev 400 g (4940 J / h) ni štirikrat, ampak le 2,7-krat večja od povprečne BMR sesalcev v 100 g.

Alometrijska enačba metaboličnega skaliranja

Razmerje TMS (ali TMB), ki ga predstavlja T, in telesno maso živali, ki jo predstavlja M, lahko opišemo s klasično enačbo biološke alometrije, T = a × M ^b , v kateri sta a in b konstanti.

Prilagoditev tej enačbi matematično razloži, zakaj se TMS in BMR ne razlikujeta sorazmerno z maso živali. Če uporabimo logaritme na obeh straneh, lahko enačbo izrazimo na naslednji način

log (T) = log (a) + b × log (M),

log (a) in b je mogoče oceniti z linearno regresijsko analizo med eksperimentalnimi vrednostmi log (T) in log (M) več vrst živalske skupine. Stalni log (a) je presečna točka regresijske črte na navpični osi. S svojega dela je b, ki je naklon omenjene črte, alometrična konstanta.

Ugotovljeno je bilo, da znaša povprečna alometrična konstanta mnogih skupin živali približno 0,7. V primeru log (a) so višje njegove vrednosti, višje so metabolične stopnje v analizirani skupini živali.

Bazalni metabolizem, prekrvavitev in dihanje

Pomanjkanje sorazmernosti TMS in BMR glede na velikost povzroča, da imajo male živali večje potrebe po O ₂ na gram telesne mase kot velike živali. Na primer, stopnja porabe energije za en gram kitovega tkiva je veliko nižja od stopnje grama homolognega mišjega tkiva.

Veliki in mali sesalci imajo srca in pljuča podobne velikosti glede na svojo telesno maso. Iz tega razloga, stopnje krčenje srca in pljuč slednje treba biti precej višji od tistih prvih, za izvedbo dovolj O ₂ v tkivih.

Na primer, število srčnih utripov na minuto je pri slonu 40, pri odraslem človeku 70 in pri miši 580. Podobno ljudje dihajo približno 12-krat in miši približno 100-krat na minuto.

Znotraj iste vrste opažamo te vzorce tudi pri posameznikih različnih velikosti. Na primer, pri odraslih ljudeh so možgani odgovorni za približno 20% celotnih presnovnih izdatkov, pri otrocih, starih od 4 do 5, pa ti izdatki dosežejo 50%.

Bazalni metabolizem in dolgoživost

Pri sesalcih so velikosti možganov in telesa ter bazalni metabolizem z enačbo povezani z dolgoživostjo

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

Kjer je L dolgo življenjska doba v mesecih, je C možganska masa v gramih, M telesna masa v gramih, T pa BMR v kalorijah na gram na uro.

Izraz za C kaže, da ima dolgoživost sesalcev pozitivno povezano z velikostjo možganov. Izraz M kaže, da ima dolgoživost negativno povezavo s telesno maso. Izraz T kaže, da ima dolgoživost negativno povezavo s hitrostjo metabolizma.

Čeprav je to razmerje z različnimi eksponenti, velja tudi za ptice. Vendar pa ponavadi živijo dlje kot sesalci podobne telesne mase.

Medicinsko zanimanje

Ženske BMR se lahko med nosečnostjo podvojijo. To je posledica povečanja porabe kisika zaradi rasti ploda in materničnih struktur ter večjega razvoja materinega obtoka in delovanja ledvic.

Diagnozo hipertiroidizma lahko potrdimo s povečano porabo kisika, torej z visokim BMR. V približno 80% primerov prekomerno aktivne ščitnice je BMR vsaj 15% višji od običajnega. Vendar pa lahko visok BMR povzročijo tudi druge bolezni.

Reference

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Traktat o medicinski fiziologiji. McGraw-Hill Interamericana, Mehika.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fiziologija živali. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Merjenje hitrosti presnove - priročnik za znanstvenike. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Spremembe bazalnega metabolizma med nosečnostjo glede na spremembe telesne teže in sestave, srčni izhod, rastni faktor I inzulinu in ščitnični hormoni ter rast ploda. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fiziologija živali - mehanizmi in prilagoditve. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstrualni cikel in bazalna hitrost presnove pri ženskah. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Okoljska fiziologija živali. Blackwell, Oxford.