- Metabolizmo greičio matavimo vienetai
- Pagrindinio metabolizmo matavimo sąlygos
- Respirometriniai metodai matuoti tms ir tmb
- Kalorimetriniai metodai matuojant tms ir tmb
- Bazinė medžiagų apykaita ir kūno dydis
- Metabolinio mastelio alometrinė lygtis
- Pagrindinė medžiagų apykaita, kraujotaka ir kvėpavimas
- Bazinė medžiagų apykaita ir ilgaamžiškumas
- Medicininis interesas
- Nuorodos
Bazinis metabolizmas gali būti apibrėžiamas kaip cheminių reakcijų organizme, per kurį gyvūnas praleidžia minimalų energijos kiekį, reikalingą išlaikyti gyvybiniams procesams nustatyti. Paprastai ši suma sudaro 50% ar daugiau viso gyvūno energijos biudžeto.
Bazinis metabolizmas kiekybiškai įvertinamas standartizuotomis energijos sąnaudomis per laiko vienetą. Dažniausiai pasitaiko standartinis metabolizmo greitis (TMS) ir bazinis metabolizmo greitis (BMR).
Šaltinis: pixabay.com
TMS matuojama šaltakraujais gyvūnais, tokiais kaip dauguma žuvų, moliuskų, varliagyvių ir roplių. TMB matuojamas šiltakraujais gyvūnais, tokiais kaip paukščiai ir žinduoliai.
Metabolizmo greičio matavimo vienetai
TMS ir BMR paprastai išreiškiami kaip O 2 sunaudojimas (ml) , kalorijos (cal), kilokalorijos (kcal), džauliais (J), kilodžauliais (kJ) arba vatais (W).
Kalorija yra apibrėžiama kaip šilumos kiekis, reikalingas 1 g vandens temperatūrai pakelti 1 ° C. Viena kalorija lygi 4186 džauliams. Džaulis yra pagrindinis energijos matas (SI, tarptautinė sistema). Vatas, lygus 1 džauliui per sekundę, yra pagrindinis (SI) energijos perdavimo ir transformacijos greičio matas.
Pagrindinio metabolizmo matavimo sąlygos
Norint įsitikinti, kad skirtingų tyrimų metu gautos vertės yra palyginamos, matuojant TMS ir BMR, bandomieji gyvūnai turi būti ramybėje ir nevalgius. TMB atveju šie gyvūnai taip pat privalo būti savo termoneutralinėje zonoje.
Gyvūnas laikomas ramybės būsenoje, jei jo įprastas dienos ciklas neaktyvus, be savaiminių judesių ir be fizinio ar psichologinio streso.
Gyvūnas laikomas nevalgiusiu, jei jis nevirškina maisto tokiu būdu, kuris skleidžia šilumą.
Gyvūnas laikomas jo termoneutralioje zonoje, jei eksperimentų metu jis palaikomas temperatūros diapazone, kuriame jo kūno šilumos gamyba nesikeičia.
Respirometriniai metodai matuoti tms ir tmb
- tūrio ar nuolatinio slėgio respirometrija. Gyvūnas laikomas sandariame inde. Slėgio pokyčiai dėl gyvūno sunaudoto O 2 matuojami manometru pastovioje temperatūroje. Gyvūno pagamintas CO 2 chemiškai pašalinamas naudojant KOH arba askaritą.
Jei naudojamas Warburgo respirometras, slėgio pokytis matuojamas išlaikant pastovų indo tūrį. Jei naudojamas Gilsono respirometras, tūrio pokytis matuojamas palaikant pastovų slėgį.
- Dujų analizė. Šiuo metu yra daugybė laboratorinių prietaisų, leidžiančių tiesiogiai įvertinti O 2 ir CO 2 koncentracijas . Ši priemonė yra labai tiksli ir leidžia automatiškai nustatyti.
Kalorimetriniai metodai matuojant tms ir tmb
- Bombos kalorimetrija. Energijos sunaudojimas apskaičiuojamas palyginant šilumą, susidarančią deginant nesuvalgyto maisto mėginį, su šiluma, gaunama deginant lygiavertį to maisto suvirškintų liekanų (išmatų ir šlapimo) mėginį.
- Tiesioginė kalorimetrija. Jį sudaro tiesioginis šilumos, kurią sukuria bandinio degimo liepsna, matavimas.
- Netiesioginė kalorimetrija. Jis matuoja šilumos gamybą palygindamas O 2 sunaudojimą ir CO 2 gamybą . Jis grindžiamas Heso pastovios šilumos sumos dėsniu, kuris teigia, kad cheminės reakcijos metu išsiskiria šilumos kiekis priklausomai tik nuo reagentų ir produktų pobūdžio.
- gradiento kalorimetrija. Jei šilumos srautas Q praeina pro medžiagą, kurios storis G, plotas A ir šilumos laidumas C, gaunamas temperatūros gradientas, kuris didėja su G, o mažėja - su A ir C. Tai leidžia apskaičiuoti energijos sąnaudas.
- Diferencinė kalorimetrija. Jis matuoja šilumos srautą tarp kameros, kurioje yra eksperimentinis gyvūnas, ir gretimos neužimtos kameros. Abi kameros yra termiškai izoliuotos, išskyrus jas jungiantį paviršių, per kurį jie keičiasi šiluma.
Bazinė medžiagų apykaita ir kūno dydis
TMS ir BMR skiriasi neproporcingai atsižvelgiant į gyvūnų dydį. Šis ryšys yra žinomas kaip metabolinis eskalavimas. Sąvoką galima lengvai suprasti palyginus du labai skirtingo dydžio žolėdžius žinduolius, tokius kaip triušis ir dramblys.
Jei kiekybiškai įvertintume lapiją, kurią jie valgo savaitę, pastebėtume, kad triušis valgo daug mažiau nei dramblys. Tačiau pirmųjų suvalgytų žalumynų masė būtų daug didesnė nei jų pačių kūno masė, tuo tarpu antrojo atveju būtų atvirkščiai.
Šis skirtumas rodo, kad proporcingai jų dydžiui abiejų rūšių energijos poreikiai skiriasi. Šimtų gyvūnų rūšių tyrimas rodo, kad šis konkretus stebėjimas yra bendro metabolinio eskalavimo modelio, kurį galima įvertinti pagal TMS ir BMR, dalis.
Pavyzdžiui, 100 g žinduolių vidutinis BMR (2200 J / h) yra ne dešimt kartų, o tik 5,5 karto didesnis nei vidutinis 10 g žinduolių BMR (400 J / h). Panašiai vidutinis žinduolių 400 g BMR (4940 J / h) BMR yra ne keturis, o tik 2,7 karto didesnis nei vidutinis žinduolių BMR 100 g.
Metabolinio mastelio alometrinė lygtis
TMS (arba TMB), pavaizduoto T, ir gyvūno kūno masės, pavaizduotos M, santykį galima apibūdinti klasikine biologinės alometrijos lygtimi T = a × M b , kurioje a ir b yra konstantos.
Tinkamumas šiai lygčiai matematiškai paaiškina, kodėl TMS ir BMR nesiskiria proporcingai gyvūnų masei. Taikant logaritmus abiem pusėms, lygtį galima išreikšti taip
log (T) = log (a) + b × log (M),
log (a) ir b galima įvertinti tiesine regresijos analize tarp kelių gyvūnų grupės rūšių log (T) ir log (M) eksperimentinių verčių. Pastovusis rąstas (a) yra vertikalios ašies regresijos linijos perėjimo taškas. Savo ruožtu b, kuris yra minėtos linijos nuolydis, yra alometrinė konstanta.
Nustatyta, kad daugelio gyvūnų grupių vidutinė allometrinė konstanta yra artima 0,7. Log (a) atveju, kuo didesnės jo vertės, tuo didesni analizuojamos gyvūnų grupės metabolizmo tempai.
Pagrindinė medžiagų apykaita, kraujotaka ir kvėpavimas
Dėl TMS ir BMR proporcingumo dydžio neatitikimo mažiems gyvūnams reikia daugiau O 2 vienam kūno masės gramui nei stambiems gyvūnams. Pavyzdžiui, vieno gramo banginio audinio energijos sąnaudos yra daug mažesnės nei vieno gramo homologinio pelės audinio.
Dideli ir maži žinduoliai turi panašaus dydžio širdis ir plaučius, palyginti su jų kūno mase. Dėl šios priežasties pastarųjų širdies ir plaučių susitraukimų dažnis turi būti daug didesnis nei pirmųjų, kad audiniai galėtų pernešti pakankamai O 2 .
Pavyzdžiui, dramblio širdies plakimų skaičius per minutę yra 40 drambliui, 70 suaugusiam žmogui ir 580 pelės. Panašiai žmonės kvėpuoja maždaug 12 kartų, o pelės - maždaug 100 kartų per minutę.
Tose pačiose rūšyse šie modeliai taip pat pastebimi tarp skirtingo dydžio asmenų. Pavyzdžiui, suaugusiems žmonėms smegenys sudaro maždaug 20% visų medžiagų apykaitos išlaidų, tuo tarpu 4–5 metų vaikams šios išlaidos siekia 50%.
Bazinė medžiagų apykaita ir ilgaamžiškumas
Žinduolių smegenų ir kūno dydžiai bei bazinė medžiagų apykaita yra susijusi su lygtimi
L = 5,5 × C 0,54 × M -0.34 × T -0,42 ,
Kai L yra ilgaamžiškumas mėnesiais, C yra smegenų masė gramais, M yra kūno masė gramais, o T yra BMR kalorijomis grame per valandą.
C eksponentas rodo, kad žinduolių ilgaamžiškumas turi teigiamą ryšį su smegenų dydžiu. M eksponentas rodo, kad ilgaamžiškumas neigiamai susijęs su kūno mase. T eksponentas rodo, kad ilgaamžiškumas neigiamai susijęs su metabolizmo greičiu.
Šis santykis, nors ir su skirtingais eksponentais, yra tinkamas ir paukščiams. Tačiau jie linkę gyventi ilgiau nei panašios kūno masės žinduoliai.
Medicininis interesas
Moterų BMR nėštumo metu gali padvigubėti. Taip yra dėl padidėjusio deguonies suvartojimo, kurį sukelia vaisiaus ir gimdos struktūrų augimas, ir dėl to, kad labiau vystosi motinos kraujotaka ir inkstų funkcija.
Hipertiroidizmo diagnozę gali patvirtinti padidėjęs deguonies suvartojimas, tai yra didelis BMR. Maždaug 80% skydliaukės hiperaktyvumo atvejų BMR yra bent 15% didesnis nei normalus. Tačiau aukštą BMR gali sukelti ir kitos ligos.
Nuorodos
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Medicinos fiziologijos traktatas. „McGraw-Hill Interamericana“, Meksika.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Gyvūnų fiziologija. „Sinauer Associates“, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Metabolizmo greičio matavimas - vadovas mokslininkams. „Oxford University Press“, Oksfordas.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Bazinio metabolizmo greičio pokyčiai nėštumo metu, atsižvelgiant į kūno svorio ir sudėties pokyčius, širdies išstūmimas, I tipo insulino augimo faktorius ir skydliaukės hormonai bei vaisiaus augimas. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Gyvūnų fiziologija - mechanizmai ir pritaikymai. „McGraw-Hill Interamericana“, Madridas.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstruacinis ciklas ir bazinis metabolizmas moterims. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Gyvūnų aplinkos fiziologija. Blackwellas, Oksfordas.