- Unitats de mesura de les taxes metabòliques
- Condicions per mesurar el metabolisme basal
- Mètodes respiromètrics per mesurar TMS i tmb
- Mètodes calorimètrics per mesurar TMS i tmb
- Metabolisme basal i mida corporal
- Equació lomètrica d'escalament metabòlic
- Metabolisme basal, circulació i respiració
- Metabolisme basal i longevitat
- interès mèdic
- referències
El metabolisme basal es pot definir com el conjunt de reaccions químiques de l'organisme mitjançant els quals un animal gasta la quantitat mínima d'energia necessària per mantenir els seus processos vitals. Aquesta quantitat típicament representa 50% o més de l'pressupost energètic total d'un animal.
El metabolisme basal es quantifica mitjançant mesures estandarditzades de despesa energètica per unitat de temps. Les més comunes són la taxa metabòlica estàndard (TMS) i la taxa metabòlica basal (TMB).
Font: pixabay.com
La TMS es mesura en animals de sang freda, com ara la majoria dels peixos, els mol·luscs, els amfibis i els rèptils. La TMB es mesura en animals de sang calenta, com ara les aus i els mamífers.
Unitats de mesura de les taxes metabòliques
La TMS i la TMB solen expressar-se com consum (ml) d'O 2, calories (calç), quilocalories (kcal), joules (J), kilojoules (kJ), o watts (W).
Una caloria es defineix com la quantitat de calor requerida per elevar en 1 ° C la temperatura d'1 g d'aigua. Una caloria equival a 4.186 joules. El joule és la mesura fonamental (SI, Sistema Internacional) d'energia. El watt, que és igual a 1 joule per segon, és la mesura fonamental (SI) de les taxes de transferència i transformació d'energia.
Condicions per mesurar el metabolisme basal
Per assegurar que els valors obtinguts per diferents estudis siguin comparables, el mesurament de la TMS i la TMB requereix que els animals experimentals estiguin en repòs i en dejú. En el cas de la TMB, també es requereix que aquests animals estiguin en la seva zona termoneutra.
Un animal es considera en repòs si està en la fase inactiva del seu cicle diari normal, sense realitzar moviments espontanis, i sense estrès físic o psicològic.
Un animal es considera en dejú si no està digerint aliment de tal manera que això generi calor.
Un animal es considera en la seva zona termoneutra si durant els experiments és mantingut en l'interval de temperatures dins de el qual la seva producció de calor corporal es manté invariable.
Mètodes respiromètrics per mesurar TMS i tmb
- respirometria de volum o de pressió constant. Es manté a l'animal en un contenidor segellat. Els canvis de pressió deguts a el consum d'O 2 per l'animal es mesuren a temperatura constant mitjançant un manòmetre. El CO 2 produït per l'animal és eliminat químicament mitjançant KOH o ascarita.
Si es fa servir un respirómetro de Warburg, es mesura el canvi de pressió mantenint constant el volum de l'contenidor. Si es fa servir un respirómetro de Gilson, es mesura el canvi de volum mantenint la pressió constant.
- Anàlisi de gasos. Actualment hi ha una gran varietat d'instrumental de laboratori que permet quantificar directament les concentracions d'O 2 i CO 2. Aquest instrumental és molt precís i permet determinacions automatitzades.
Mètodes calorimètrics per mesurar TMS i tmb
- Calorimetria de bomba. El consum energètic s'estima comparant la calor produïda per la combustió d'una mostra d'aliment no ingerit amb la calor produïda per la combustió d'una mostra equivalent de restes digerits (femta i orina) d'aquest aliment.
- Calorimetria directa. Consisteix a mesurar directament la calor produïda per la flama de combustió de la mostra.
- Calorimetria indirecta. Mesura la producció de calor comparant el consum d'O 2 i la producció de CO 2. Es basa en la llei de Hess de suma constant de calor, la qual estableix que en una reacció química s'allibera una quantitat de calor dependent només de la naturalesa dels reactius i productes.
- Calorimetria de gradient. Si un flux de calor Q passa a través d'un material d'un gruix G, una àrea A i una conductivitat calòrica C, el resultat és un gradient de temperatura que augmenta amb G i disminueix amb A i C. Això permet calcular la despesa energètica.
- Calorimetria diferencial. Mesura el flux de calor entre una càmera que conté a l'animal experimental i una càmera desocupada adjacent. Les dues càmeres estan aïllades tèrmicament excepte en la superfície que les uneix, per la qual intercanvien calor.
Metabolisme basal i mida corporal
La TMS i la TMB varien de manera no proporcional amb la mida dels animals. Aquesta relació es coneix com escalament metabòlic. El concepte pot entendre fàcilment comparant dos mamífers herbívors de mides molt diferents, com el conill i l'elefant.
Si quantifiquem el fullatge que ingereixen durant una setmana, trobaríem que el conill menja molt menys que l'elefant. No obstant això, la massa de l'fullatge menjat pel primer seria bastant més gran que la seva pròpia massa corporal, mentre que en el cas del segon seria a l'inrevés.
Aquesta disparitat indica que, proporcionalment a la seva mida, les necessitats energètiques de les dues espècies són diferents. L'estudi de centenars d'espècies d'animals demostra que aquesta observació particular és part d'un patró general d'escalament metabòlic quantificable en termes de la TMS i la TMB.
Per exemple, la TMB mitjana (2200 J / h) de mamífers de 100 g no és deu vegades, sinó tan sols 5.5 vegades, més gran que l'TMB mitjana (400 J / h) de mamífers de 10 g. Similarment, la TMB mitjana de mamífers de 400 g (4940 J / h) no és quatre vegades, sinó tan sols 2.7 vegades, més gran que l'TMB mitjana de mamífers de 100 g.
Equació lomètrica d'escalament metabòlic
La relació TMS (o TMB), representat per T, i la massa corporal, representada per M, d'un animal pot descriure mitjançant l'equació clàssica de la alometría biològica, T = a × M b, en la qual b són constants.
L'ajust a aquesta equació explica matemàticament per què la TMS i la TMB no varien proporcionalment a la massa dels animals. Aplicant logaritmes a banda i banda, l'equació es pot expressar de la manera següent
log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) ib poden estimar mitjançant anàlisi de regressió lineal entre valors experimentals de log (T) i log (M) de múltiples espècies d'un grup animal. La constant log (a) és el punt de tall de la recta de regressió en l'eix vertical. Per la seva banda, b, que és el pendent d'aquesta recta, és la constant lomètrica.
S'ha descobert que la constant lomètrica mitjana de molts grups animals tendeix a ser propera a 0,7. En el cas de log (a), com més grans siguin els seus valors, més elevades seran les taxes metabòliques de el grup animal objecte de l'anàlisi.
Metabolisme basal, circulació i respiració
La manca de proporcionalitat de la TMS i la TMB pel que fa a la mida ocasiona que els animals petits tinguin més necessitats d'O 2 per gram de massa corporal que els animals grans. Per exemple, la taxa de despesa energètica d'un gram de teixit de balena és molt menor que la d'un gram de teixit homòleg de ratolí.
Els mamífers grans i petits posseeixen cor i pulmons de grandàries similars en relació a la seva massa corporal. Per això, les taxes de contracció de el cor i els pulmons dels segons requereixen ser molt més grans que les dels primers per poder dur suficient O 2 als teixits.
Per exemple, el nombre de batecs cardíacs per minut és de 40 a elefant, de 70 a un humà adult, i de 580 en un ratolí. Similarment, els humans respiren unes 12 vegades i els ratolins unes 100 vegades per minut.
Dins d'una mateixa espècie, aquests patrons també s'observen entre individus de diferents mides. Per exemple, en els humans adults el cervell és responsable d'aproximadament el 20% de la despesa metabòlica total, mentre que en nens de 4 a 5 anys aquesta despesa arriba a 50%.
Metabolisme basal i longevitat
En els mamífers, les mides de el cos i el cervell i el metabolisme basal estan relacionats amb la longevitat mitjançant l'equació
L = 5,5 × C 0,54 × M -0,34 × T -0,42, On L és la longevitat en mesos, C és la massa de el cervell en grams, M és la massa corporal en grams, i T és la TMB en calories per gram per hora.
L'exponent de C indica que la longevitat dels mamífers té una associació positiva amb la mida del cervell. L'exponent de M indica que la longevitat té una associació negativa amb la massa corporal. L'exponent de T indica que la longevitat té una associació negativa amb la velocitat de l'metabolisme.
Aquesta relació, encara que amb exponents diferents, també és aplicable a les aus. No obstant això, aquestes tendeixen a viure més que els mamífers de massa corporal similar.
interès mèdic
La TMB de les dones pot arribar a duplicar-se durant l'embaràs. Això obeeix a l'increment de l'consum d'oxigen ocasionat pel creixement de l'fetus i de les estructures uterines, i pel major desenvolupament de la circulació materna i de la funció renal.
El diagnòstic de l'hipertiroïdisme pot confirmar-se per l'increment de l'consum d'oxigen, és a dir, una TMB elevada. En al voltant de l'80% dels casos d'hiperactivitat tiroïdal, la TMB és a l'almenys 15% més gran del normal. No obstant això, una TMB elevada també pot ser ocasionada per altres malalties.
referències
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Tractat de fisiologia mèdica. McGraw-Hill Interamericana, Mèxic.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Animal Physiology. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Measuring Metabolic rates - a manual for scientists. Oxford University Press, Oxford.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, I. 2005. Changes in basal Metabolic rate during pregnancy in relation to changes in body weight and composition, cardiac output, insulinlike growth factor I, and Thyroid hormones and in relation to fetal growth. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678-85.
- Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fisiologia animal - mecanismes i adaptacions. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Menstrual cycle and basal Metabolic rate in women. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611-616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Environmental physiology of animals. Blackwell, Oxford.