Cos'è il metabolismo basale, quanto è rilevante e dati

Lui Metabolismo basale Può essere definito come il corpo delle reazioni chimiche dell'organismo attraverso il quale un animale spende la minima quantità di energia necessaria per mantenere i suoi processi vitali. Questa quantità in genere rappresenta il 50% o più del budget energetico totale di un animale.

Il metabolismo basale è quantificato mediante misure standardizzate del dispendio energetico per unità di tempo. I più comuni sono il tasso metabolico standard (TMS) e il tasso metabolico basale (TMB).

TMS è misurato in animali a sangue freddo, come la maggior parte dei pesci, molluschi, anfibi e rettili. La TMB è misurata negli animali del sangue caldo, come uccelli e mammiferi.

[TOC]

Tassi metabolici unità di misurazione

TMS e TMB sono generalmente espressi come consumo (ML)₂, Calorie (lime), kilocalories (kcal), joules (j), kilojoules (kj) o watts (w).

Una caloria è definita come la quantità di calore richiesta per aumentare la temperatura di 1 g di acqua di 1 ° C. Una calorica è uguale a 4.186 Joules. Il joule è la misura fondamentale (sì, sistema internazionale) di energia. Il watt, che è uguale a 1 joule al secondo, è la misura fondamentale (SI) del trasferimento e la trasformazione dei tassi di energia.

Condizioni per misurare il metabolismo basale

Per garantire che i valori ottenuti da diversi studi siano comparabili, la misurazione del TMS e del TMB richiede che gli animali sperimentali siano a riposo e digiuno. Nel caso del TMB, questi animali sono richiesti anche nella loro zona termoneutra.

Un animale è considerato a riposo se è nella fase inattiva del suo normale ciclo giornaliero, senza eseguire movimenti spontanei e senza stress fisico o psicologico.

Un animale è considerato a digiuno se non sta scavando il cibo in modo tale da generare calore.

Un animale è considerato nella sua zona termoneutra se durante gli esperimenti viene mantenuto nell'intervallo di temperatura all'interno del quale la sua produzione di calore corporeo rimane invariabile.

Un metodo di respirazione per misurare TMS e TMB

- Volume o costante PRESSIONE DI PRESSIONE. L'animale è tenuto in un contenitore sigillato. La pressione cambia a causa del consumo di o₂ dall'animale vengono misurati a temperatura costante per mezzo di un manometro. Il co₂ Prodotto dall'animale viene eliminato chimicamente da KOH o ASCARITA.

Se viene utilizzato un respirometro Warburg, viene misurata il cambiamento di pressione mantenendo costante il volume del contenitore. Se viene utilizzato un breatometro Gilson, viene misurata la variazione del volume mantenendo la pressione costante.

- Analisi del gas. Attualmente esiste un'ampia varietà di strumenti di laboratorio che consentono di quantificare direttamente le concentrazioni di o₂ e co₂. Questo strumentale è molto preciso e consente determinazioni automatizzate.

Metodi di calore per misurare TMS e TMB

- Calorimetria della pompa. Il consumo di energia viene stimato confrontando il calore prodotto dalla combustione di un campione di cibo non ingerito con il calore prodotto dalla combustione di un campione equivalente di resti digeriti (feci e urina) di quel cibo.

- Calorimetria diretta. È costituito da misurare direttamente il calore prodotto dalla fiamma della combustione del campione.

- Calorimetria indiretta. Misura la produzione di calore confrontando il consumo di o₂ e co -produzione₂. Si basa sulla legge di Hess della costante somma del calore, che stabilisce che in una reazione chimica dipende solo dalla natura della natura dei reagenti e dei prodotti.

- Calorimetria a gradiente. Se un flusso di calore Q passa attraverso un materiale di spessore G, Un'area A e una conduttività calorica C, Il risultato è un gradiente di temperatura che aumenta con G e diminuisce con A E C. Ciò consente di calcolare la spesa energetica.

- Calore differenziale. Misura il flusso di calore tra una camera che contiene l'animale sperimentale e una camera adiacente non occupata. Le due camere sono isolate termicamente tranne sulla superficie che le unisce, per la quale scambiano calore.

Metabolismo basale e dimensioni del corpo

TMS e TMB variano non proporzionali alle dimensioni degli animali. Questa relazione è conosciuta come escalation metabolica. Il concetto può essere facilmente compreso confrontando due mammiferi erbivori con dimensioni molto diverse, come il coniglio ed elefante.

Se quantificiamo il fogliame che mangiano per una settimana, scopriremmo che il coniglio mangia molto meno dell'elefante. Tuttavia, la massa del fogliame mangiato dal primo sarebbe molto più grande della sua massa corporea, mentre nel caso del secondo sarebbe il contrario.

Questa disparità indica che, proporzionalmente alle sue dimensioni, i bisogni energetici di entrambe le specie sono diversi. Lo studio di centinaia di specie animali dimostra che questa particolare osservazione fa parte di un modello generale di escalation metabolica quantificabile in termini di TMS e TMB.

Ad esempio, la TMB media (2200 J/H) di 100 g mammiferi non è dieci volte, ma solo 5.5 volte, maggiore del TMB medio (400 J/H) di 10 g mammiferi. Allo stesso modo, il TMB medio di 400 g mammiferi (4940 J/H) non è quattro volte, ma solo 2.7 volte, maggiore del TMB medio di 100 g mammiferi.

Equazione alometrica dell'escalation metabolica

La relazione TMS (o TMB), rappresentata da T, e massa corporea, rappresentata da M, di un animale può essere descritto dall'equazione classica dell'allometria biologica, T = A × M^B, in quale A E B Sono costanti.

L'adattamento a questa equazione spiega matematicamente perché TMS e TMBS non variano proporzionalmente alla massa degli animali. Applicando i logaritmi su entrambi i lati, l'equazione può essere espressa come segue

tronco d'albero(T) = log (A) + B × registro (M),

tronco d'albero(A) E B Possono essere stimati mediante analisi di regressione lineare tra i valori dei registri sperimentali (T) e registro (M) di più specie di un gruppo animale. Il registro costante (A) è il punto di taglio della linea di regressione sull'asse verticale. Per la sua parte, B, che è la pendenza di questa linea, è la costante alometrica.

È stato scoperto che la costante alometrica media di molti gruppi animali tende ad essere vicina a 0,7. Nel caso del registro (A), Maggiori sono i suoi valori, maggiori sono i tassi metabolici dell'oggetto del gruppo animale dell'analisi.

Metabolismo basale, circolazione e respirazione

La mancanza di proporzionalità del TMS e del TMB per quanto riguarda le dimensioni fa sì che i piccoli animali abbiano maggiori esigenze di o₂ Per grammo di massa corporea che grandi animali. Ad esempio, il tasso di spesa energetica di un grammo di tessuto balena è molto più basso di quello di un grammo di tessuto omologa di topo.

I mammiferi grandi e piccoli hanno cuore e polmoni di dimensioni simili in relazione alla loro massa corporea. Pertanto, i tassi di contrazione del cuore e dei polmoni dei secondi devono essere molto maggiori di quelli del primo per poter trasportare abbastanza o₂ Ai tessuti.

Ad esempio, il numero di battito cardiaco al minuto è 40 in elefante, 70 in un essere umano adulto e 580 in un topo. Allo stesso modo, gli umani respirano circa 12 volte e topi circa 100 volte al minuto.

All'interno della stessa specie, questi schemi sono anche osservati tra individui di dimensioni diverse. Ad esempio, negli esseri umani adulti il ​​cervello è responsabile di circa il 20% della spesa metabolica totale, mentre nei bambini da 4 a 5 anni questa spesa raggiunge il 50%.

Metabolismo basale e longevità

Nei mammiferi, le dimensioni del corpo e il metabolismo cerebrale e basale sono legati alla longevità attraverso l'equazione

L = 5,5 × C^0,54 × M^-0.34 × T^-0.42,

Dove L È longevità da mesi, C È la massa del cervello nei grammi, M È la massa corporea nei grammi e T È il TMB nelle calorie per grammo all'ora.

L'esponente di C Indica che la longevità dei mammiferi ha un'associazione positiva con la dimensione del cervello. L'esponente di M Indica che la longevità ha un'associazione negativa con la massa corporea. L'esponente di T indica che la longevità ha un'associazione negativa con la velocità del metabolismo.

Questa relazione, sebbene con diversi esponenti, è applicabile anche agli uccelli. Tuttavia, questi tendono a vivere più di mammiferi di massa corporea simili.

Interesse medico

TMB femminile può raddoppiare durante la gravidanza. Ciò è dovuto all'aumento del consumo di ossigeno causato dalla crescita del feto e delle strutture uterine e dal più grande sviluppo della circolazione materna e della funzione renale.

La diagnosi di ipertiroidismo può essere confermata dall'aumento del consumo di ossigeno, cioè un TMB elevato. In circa l'80% dei casi di iperattività tiroidea, la TMB è almeno del 15% superiore al normale. Tuttavia, un TMB elevato può anche essere causato da altre malattie.

Riferimenti

1. Guyton, a. C., Hall, J. E. 2001. Trattato di fisiologia medica. McGraw-Hill Inter-American, Messico.
2. Hill, r. W., Wyse, g. A., Anderson, m. 2012. Animale di fisiologia. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, j. R. B. 2008. Misurare i tassi metabolici - un manuale per gli scienziati. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, m., Olausson, h., Bostrom, k., Janer-Sjöberg, n., Sohlstrom, a., Foraggio, e. 2005. Cambiamenti nel tasso metabolico basale durante la gravidanza in relazione ai cambiamenti del peso corporeo e della composizione, della gittata cardiaca, del fattore di crescita insulino. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678-85.
5. Randall, d., Burggren, w., Francese, k. 1998. Fisiologia animale - Meccanismi e adattamenti. McGraw-Hill Inter-American, Madrid.
6. Salomone, s. J., Kurzer, m. S., Calloway, d. H. 1982. Ciclo mestruale e tasso metabolico basale nelle donne. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611-616.
7. Willmer, p., Stone, g., Johnston, i. 2005. Fisiologia ambientale degli animali. Blackwell, Oxford.