- Metabolisma ātruma mērvienības
- Nosacījumi bazālās metabolisma mērīšanai
- Respirometriskās metodes tms un tmb noteikšanai
- Kalorimetriskās metodes tms un tmb mērīšanai
- Bazālā metabolisms un ķermeņa lielums
- Metabolisma mērogošanas alometriskais vienādojums
- Pamata metabolisms, cirkulācija un elpošana
- Pamata metabolisms un ilgmūžība
- Medicīnas interese
- Atsauces
Bazālo metabolismu var definēt kā kopumu ķīmisko reakciju organismā caur kuru dzīvnieks pavada minimālo enerģijas daudzumu, kas nepieciešama, lai saglabātu vitāli procesus. Šī summa parasti ir 50% vai vairāk no dzīvnieka kopējā enerģijas budžeta.
Bāzes metabolismu kvantitatīvi nosaka ar standartizētiem enerģijas patēriņa rādītājiem uz laika vienību. Visizplatītākās ir standarta metabolisma ātrums (TMS) un pamata metabolisma ātrums (BMR).
Avots: pixabay.com
TMS mēra aukstasiņu dzīvniekiem, piemēram, lielākajai daļai zivju, gliemju, abinieku un rāpuļu. TMB mēra siltasiņu dzīvniekiem, piemēram, putniem un zīdītājiem.
Metabolisma ātruma mērvienības
TMS un BMR parasti izsaka kā O 2 patēriņu (ml) , kalorijas (cal), kilokalorijas (kcal), džoulus (J), kilodžoulus (kJ) vai vatus (W).
Kaloriju definē kā siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 g ūdens temperatūru par 1 ° C. Viena kalorija ir vienāda ar 4 186 džouliem. Džouls ir enerģijas pamatmērķis (SI, Starptautiskā sistēma). Vats, kas ir vienāds ar 1 džoulu sekundē, ir enerģijas pārneses un pārveidošanas ātrumu pamatmērķis (SI).
Nosacījumi bazālās metabolisma mērīšanai
Lai nodrošinātu, ka dažādos pētījumos iegūtās vērtības ir salīdzināmas, TMS un BMR noteikšanai ir nepieciešams, lai izmēģinājuma dzīvnieki būtu miera stāvoklī un tukšā dūšā. TMB gadījumā šiem dzīvniekiem arī jāatrodas viņu termoneitrālā zonā.
Dzīvnieku uzskata miera stāvoklī, ja tas ir normāla ikdienas cikla neaktīvā fāzē, bez spontānām kustībām un bez fiziska vai psiholoģiska stresa.
Dzīvnieku uzskata par badošanos, ja tas nav sagremots pārtiku tādā veidā, kas rada siltumu.
Dzīvnieks tiek uzskatīts par savu termoneitrālo zonu, ja eksperimentu laikā to uztur temperatūras diapazonā, kurā viņa ķermeņa siltumenerģijas daudzums paliek nemainīgs.
Respirometriskās metodes tms un tmb noteikšanai
- tilpuma vai pastāvīga spiediena respirometrija. Dzīvnieku tur noslēgtā traukā. Spiediena izmaiņas, ko rada dzīvnieka patērētais O 2 , ar manometru mēra nemainīgā temperatūrā. Dzīvnieka saražoto CO 2 ķīmiski izvada, izmantojot KOH vai askarītu.
Ja izmanto Vorburgas respirometru, spiediena izmaiņas mēra, noturot tvertnes tilpumu nemainīgu. Ja tiek izmantots Gilsona respirometrs, tilpuma izmaiņas mēra, uzturot nemainīgu spiedienu.
- Gāzu analīze. Pašlaik ir ļoti daudz dažādu laboratorijas instrumentu, kas ļauj tieši noteikt O 2 un CO 2 koncentrācijas . Šis instruments ir ļoti precīzs un ļauj veikt automātiskas noteikšanas.
Kalorimetriskās metodes tms un tmb mērīšanai
- bumbas kalorimetrija. Enerģijas patēriņu aprēķina, salīdzinot siltumu, kas rodas, sadedzinot neapēda pārtikas paraugu, ar siltumu, kas rodas, sadedzinot ekvivalentu šīs pārtikas sagremoto palieku (fekāliju un urīna) paraugu.
- Tieša kalorimetrija. Tas sastāv no tieša siltuma mērīšanas, ko rada parauga degšanas liesma.
- netiešā kalorimetrija. Tas mēra siltuma ražošanu, salīdzinot O 2 patēriņu un CO 2 ražošanu . Tas ir balstīts uz Hess likumu par nemainīgu siltuma summu, kas nosaka, ka ķīmiskajā reakcijā siltuma daudzums tiek atbrīvots tikai atkarībā no reaģentu un produktu veida.
- Gradientu kalorimetrija. Ja siltuma plūsma Q iet caur materiālu, kura biezums ir G, laukums A un siltuma vadītspēja C, rezultāts ir temperatūras gradients, kas palielinās ar G un samazinās ar A un C. Tas ļauj aprēķināt enerģijas patēriņu.
- Diferenciālā kalorimetrija. Tas mēra siltuma plūsmu starp kameru, kurā atrodas izmēģinājuma dzīvnieks, un blakus esošo neaizņemto kameru. Abas kameras ir termiski izolētas, izņemot virsmu, kas tām pievienojas, caur kuru tās apmainās ar siltumu.
Bazālā metabolisms un ķermeņa lielums
TMS un BMR atšķiras nesamērīgi ar dzīvnieku lielumu. Šīs attiecības sauc par metabolisma saasināšanos. Jēdzienu var viegli saprast, salīdzinot divus ļoti dažāda lieluma zālēdājus zīdītājus, piemēram, trušu un ziloni.
Ja mēs kvantitatīvi novērtējam lapotni, ko viņi ēd nedēļu, mēs secinātu, ka trusis ēd daudz mazāk nekā zilonis. Tomēr lapotnes masa, ko apēd pirmais, būtu daudz lielāka par pašas ķermeņa masu, savukārt otrās gadījumā tā būtu otrādi.
Šīs atšķirības norāda, ka proporcionāli to lielumam abu sugu enerģijas vajadzības ir atšķirīgas. Simtiem dzīvnieku sugu pētījumi rāda, ka šis konkrētais novērojums ir daļa no vispārējā metabolisma eskalācijas modeļa, ko var noteikt TMS un BMR.
Piemēram, 100 g zīdītāju vidējais BMR (2200 J / h) nav desmit reizes, bet tikai 5,5 reizes lielāks nekā vidējais BMR (400 J / h) 10 g zīdītāju. Tāpat vidējais zīdītāju BMR 400 g (4940 J / h) nav četras reizes, bet tikai 2,7 reizes lielāks nekā vidējais zīdītāju BMR 100 g.
Metabolisma mērogošanas alometriskais vienādojums
Attiecību TMS (vai TMB), ko attēlo T, un dzīvnieka ķermeņa masu, ko attēlo M, var aprakstīt ar bioloģiskās allometrijas klasisko vienādojumu T = a × M b , kurā a un b ir konstantes.
Piemērotība šim vienādojumam matemātiski izskaidro, kāpēc TMS un BMR neatšķiras proporcionāli dzīvnieku masai. Piemērojot logaritmus abām pusēm, vienādojumu var izteikt šādi
log (T) = log (a) + b × log (M),
log (a) un b var novērtēt, izmantojot lineāru regresijas analīzi starp eksperimenta vērtībām log (T) un log (M) vairākām dzīvnieku grupas sugām. Pastāvīgais log (a) ir regresijas līnijas nogriešanas punkts uz vertikālās ass. Savukārt b, kas ir minētās līnijas slīpums, ir allometriskā konstante.
Konstatēts, ka daudzu dzīvnieku grupu vidējā allometriskā konstante mēdz būt tuvu 0,7. Log (a) gadījumā, jo lielākas tā vērtības, jo lielāki vielmaiņas līmeņi analizējamajā dzīvnieku grupā.
Pamata metabolisms, cirkulācija un elpošana
Par samērīguma TMS un BMR attiecībā uz izmēru trūkums rada, ka mazi dzīvnieki ir augstākas O 2 vajadzībām uz gramu ķermeņa masas, nevis lieliem dzīvniekiem. Piemēram, viena grama vaļa audu enerģijas patēriņš ir daudz zemāks nekā viena grama homoloģisko peļu audu.
Lieliem un maziem zīdītājiem ir līdzīga izmēra sirdis un plaušas attiecībā pret ķermeņa masu. Šī iemesla dēļ pēdējo sirds un plaušu saraušanās ātrumam jābūt daudz lielākam nekā pirmajam, lai audos varētu ienest pietiekami daudz O 2 .
Piemēram, sirds sitienu skaits minūtē ir 40 zilonim, 70 pieaugušam cilvēkam un 580 pelei. Līdzīgi cilvēki elpo apmēram 12 reizes un peles apmēram 100 reizes minūtē.
Šīs sugas ietvaros šīs pazīmes novēro arī dažāda lieluma indivīdiem. Piemēram, pieaugušiem cilvēkiem smadzenes ir atbildīgas par aptuveni 20% no kopējiem metabolisma izdevumiem, savukārt bērniem vecumā no 4 līdz 5 gadiem šie izdevumi sasniedz 50%.
Pamata metabolisms un ilgmūžība
Zīdītājiem smadzeņu un ķermeņa lielumi un bazālā metabolisms ir saistīti ar ilgmūžību pēc vienādojuma
L = 5,5 × C 0,54 × M -0,34 × T -0,42 ,
Kur L ir ilgmūžība mēnešos, C ir smadzeņu masa gramos, M ir ķermeņa masa gramos un T ir BMR kalorijās uz gramu stundā.
C eksponents norāda, ka zīdītāju ilgmūžībai ir pozitīva saistība ar smadzeņu lielumu. M eksponents norāda, ka ilgmūžībai ir negatīva saistība ar ķermeņa masu. T eksponents norāda, ka ilgmūžībai ir negatīva saistība ar metabolisma ātrumu.
Šīs attiecības, kaut arī ar dažādiem eksponentiem, ir attiecināmas arī uz putniem. Tomēr viņiem ir tendence dzīvot ilgāk nekā zīdītājiem ar līdzīgu ķermeņa masu.
Medicīnas interese
Sieviešu BMR grūtniecības laikā var dubultoties. Tas ir saistīts ar skābekļa patēriņa palielināšanos, ko izraisa augļa un dzemdes struktūru augšana, kā arī ar lielāku mātes asinsrites un nieru funkcijas attīstību.
Hipertireozes diagnozi var apstiprināt ar paaugstinātu skābekļa patēriņu, tas ir, ar augstu BMR. Aptuveni 80% gadījumu vairogdziedzera hiperaktivitāte BMR ir vismaz par 15% augstāka nekā parasti. Tomēr augstu BMR var izraisīt arī citas slimības.
Atsauces
- Gytons, AC, Hall, JE 2001. Traktāts par medicīnisko fizioloģiju. McGraw-Hill Interamericana, Meksika.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Dzīvnieku fizioloģija. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Metabolisma ātruma mērīšana - rokasgrāmata zinātniekiem. Oxford University Press, Oksforda.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Baziskā metabolisma ātruma izmaiņas grūtniecības laikā saistībā ar ķermeņa svara un sastāva izmaiņām, sirds izvadi, insulīnam līdzīgu I augšanas faktoru un vairogdziedzera hormonus, kā arī saistībā ar augļa augšanu. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Dzīvnieku fizioloģija - mehānismi un pielāgojumi. McGraw-Hill Interamericana, Madride.
- Zālamana, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstruālais cikls un bazālā metabolisma ātrums sievietēm. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Dzīvnieku vides fizioloģija. Blekvela, Oksforda.