METABOLISME BASAL: APA ITU, BAGAIMANA IA DIKIRA DAN DATA YANG RELEVAN - BIOLOGI - 2025

The metabolisme basal boleh ditakrifkan sebagai satu set tindak balas kimia dalam badan di mana haiwan membelanjakan jumlah minimum tenaga yang diperlukan untuk mengekalkan proses penting. Jumlah ini biasanya mewakili 50% atau lebih dari jumlah anggaran tenaga haiwan.

Metabolisme basal dihitung dengan ukuran standard pengeluaran tenaga per unit masa. Yang paling biasa adalah kadar metabolisme standard (TMS) dan kadar metabolisme basal (BMR).

Sumber: pixabay.com

TMS diukur pada haiwan berdarah sejuk, seperti kebanyakan ikan, moluska, amfibia, dan reptilia. TMB diukur pada haiwan berdarah panas, seperti burung dan mamalia.

Unit pengukuran kadar metabolisme

TMS dan BMR biasanya dinyatakan sebagai penggunaan O ₂ (ml) , kalori (kal), kilokalori (kcal), joule (J), kilojoule (kJ), atau watt (W).

Kalori didefinisikan sebagai jumlah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g air sebanyak 1 ° C. Satu kalori sama dengan 4,186 joule. Joule adalah ukuran asas (SI, Sistem Antarabangsa) tenaga. Watt, yang sama dengan 1 joule sesaat, adalah ukuran asas (SI) kadar pemindahan dan transformasi tenaga.

Syarat untuk mengukur metabolisme basal

Untuk memastikan bahawa nilai yang diperoleh oleh kajian yang berbeza dapat dibandingkan, pengukuran TMS dan BMR menghendaki agar haiwan eksperimen berada dalam keadaan rehat dan berpuasa. Dalam kes TMB, haiwan ini juga harus berada di zon termoneutralnya.

Seekor haiwan dianggap dalam keadaan rehat jika berada dalam fasa tidak aktif dari kitaran hariannya yang normal, tanpa pergerakan spontan, dan tanpa tekanan fizikal atau psikologi.

Binatang dianggap berpuasa jika tidak mencerna makanan dengan cara yang menghasilkan panas.

Seekor haiwan dianggap berada di zon termoneutralnya jika, semasa eksperimen, binatang itu berada dalam julat suhu di mana pengeluaran haba badannya tidak berubah.

Kaedah pernafasan untuk mengukur tms dan tmb

- Pernafasan tekanan isipadu atau berterusan. Haiwan itu disimpan di dalam bekas tertutup rapat. Tekanan berubah kerana penggunaan O ₂ oleh haiwan diukur pada suhu tetap dengan menggunakan manometer. CO _{2 yang} dihasilkan oleh haiwan itu dihilangkan secara kimia menggunakan KOH atau ascarite.

Sekiranya alat pernafasan Warburg digunakan, perubahan tekanan diukur dengan memastikan isipadu kontena tetap. Sekiranya alat pernafasan Gilson digunakan, perubahan isipadu diukur dengan menjaga tekanan tetap.

- Analisis gas. Pada masa ini terdapat pelbagai instrumen makmal yang memungkinkan pengukuran langsung kepekatan O ₂ dan CO ₂ . Instrumen ini sangat tepat dan memungkinkan penentuan automatik.

Kaedah kalori untuk mengukur tms dan tmb

- Kalorimetri bom. Penggunaan tenaga dianggarkan dengan membandingkan haba yang dihasilkan oleh pembakaran sampel makanan yang tidak dimakan dengan haba yang dihasilkan oleh pembakaran sampel sisa sisa yang dicerna (najis dan air kencing) makanan tersebut.

- Kalori langsung. Ia terdiri daripada mengukur secara langsung haba yang dihasilkan oleh api pembakaran sampel.

- Kalorimetri tidak langsung. Ia mengukur pengeluaran haba dengan membandingkan penggunaan O ₂ dan pengeluaran CO ₂ . Ini berdasarkan hukum Hess mengenai jumlah haba yang berterusan, yang menyatakan bahawa dalam reaksi kimia sejumlah haba dibebaskan bergantung hanya pada sifat reaktan dan produk.

- Kalorimetri kecerunan. Sekiranya fluks haba Q melalui bahan ketebalan G, kawasan A, dan kekonduksian haba C, hasilnya adalah kecerunan suhu yang meningkat dengan G dan menurun dengan A dan C. Ini memungkinkan untuk mengira perbelanjaan tenaga.

- Kalorimetri pembezaan. Ia mengukur aliran panas antara ruang yang mengandungi haiwan eksperimen dan ruang kosong yang berdekatan. Kedua-dua ruang tersebut bertebat secara termal kecuali permukaan yang bergabung dengannya, di mana mereka bertukar haba.

Metabolisme basal dan ukuran badan

TMS dan BMR berbeza secara tidak seimbang dengan ukuran haiwan. Hubungan ini dikenali sebagai peningkatan metabolisme. Konsep ini dapat difahami dengan mudah dengan membandingkan dua mamalia herbivora dengan ukuran yang sangat berbeza, seperti arnab dan gajah.

Sekiranya kita mengukur dedaun yang mereka makan selama seminggu, kita akan mendapati bahawa arnab makan jauh lebih sedikit daripada gajah. Walau bagaimanapun, jisim dedaunan yang dimakan oleh yang pertama akan jauh lebih besar daripada jisim badannya sendiri, sedangkan untuk yang kedua akan sebaliknya.

Perbezaan ini menunjukkan bahawa, sebanding dengan ukurannya, keperluan tenaga kedua-dua spesies berbeza. Kajian terhadap ratusan spesies haiwan menunjukkan bahawa pemerhatian khusus ini adalah sebahagian daripada corak umum peningkatan metabolik yang dapat diukur dari segi TMS dan BMR.

Sebagai contoh, purata BMR (2200 J / jam) 100 g mamalia tidak sepuluh kali, tetapi hanya 5.5 kali, lebih besar daripada purata BMR (400 J / j) 10 g mamalia. Begitu juga, BMR mamalia purata 400 g (4940 J / j) tidak empat kali, tetapi hanya 2.7 kali, lebih besar daripada BMR mamalia purata 100 g.

Persamaan alometrik penskalaan metabolik

Hubungan TMS (atau TMB), yang diwakili oleh T, dan jisim badan, yang diwakili oleh M, haiwan dapat digambarkan oleh persamaan klasik dari alometri biologi, T = a × M ^b , di mana a dan b adalah pemalar.

Kesesuaian dengan persamaan ini menerangkan secara matematik mengapa TMS dan BMR tidak berbeza mengikut jisim haiwan. Dengan menggunakan logaritma pada kedua sisi, persamaan dapat dinyatakan seperti berikut

log (T) = log (a) + b × log (M),

log (a) dan b dapat dianggarkan dengan analisis regresi linier antara nilai eksperimen log (T) dan log (M) pelbagai spesies kumpulan haiwan. Log tetap (a) adalah titik pemotongan garis regresi pada paksi menegak. Bagi bahagiannya, b, yang merupakan cerun garis tersebut, ialah pemalar allometrik.

Telah didapati bahawa pemalar alometrik purata bagi banyak kumpulan haiwan cenderung mendekati 0.7. Dalam kes log (a), semakin tinggi nilainya, semakin tinggi kadar metabolisme kumpulan haiwan yang dianalisis.

Metabolisme basal, peredaran dan pernafasan

Kekurangan perkadaran TMS dan BMR sehubungan dengan ukuran menyebabkan haiwan kecil mempunyai keperluan O _{2 yang} lebih tinggi per gram jisim badan daripada haiwan besar. Sebagai contoh, kadar perbelanjaan tenaga satu gram tisu paus jauh lebih rendah daripada satu gram tisu tikus homolog.

Mamalia besar dan kecil mempunyai jantung dan paru-paru dengan ukuran yang sama berkaitan dengan jisim badannya. Atas sebab ini, kadar pengecutan jantung dan paru-paru yang terakhir harus jauh lebih tinggi daripada yang sebelumnya untuk membawa cukup O ₂ ke tisu.

Sebagai contoh, jumlah degupan jantung seminit adalah 40 ekor gajah, 70 pada manusia dewasa, dan 580 tikus. Begitu juga, manusia bernafas sekitar 12 kali dan tikus sekitar 100 kali seminit.

Dalam spesies yang sama, corak ini juga diperhatikan antara individu dengan pelbagai ukuran. Sebagai contoh, pada manusia dewasa otak bertanggungjawab untuk kira-kira 20% daripada jumlah pengeluaran metabolik, sementara pada anak-anak berusia 4 hingga 5 tahun, perbelanjaan ini mencapai 50%.

Metabolisme basal dan umur panjang

Pada mamalia, ukuran otak dan badan dan metabolisme basal berkaitan dengan umur panjang oleh persamaan

L = 5.5 × C ^0.54 × M ^-0.34 × T ^-0.42 ,

Di mana L panjang umur dalam beberapa bulan, C adalah jisim otak dalam gram, M adalah jisim badan dalam gram, dan T adalah BMR dalam kalori per gram per jam.

Eksponen untuk C menunjukkan bahawa umur panjang mamalia mempunyai kaitan positif dengan ukuran otak. Eksponen M menunjukkan bahawa umur panjang mempunyai hubungan negatif dengan jisim badan. Eksponen T menunjukkan bahawa umur panjang mempunyai kaitan negatif dengan kelajuan metabolisme.

Hubungan ini, walaupun dengan eksponen yang berbeza, juga berlaku untuk burung. Walau bagaimanapun, mereka cenderung hidup lebih lama daripada mamalia dengan jisim badan yang serupa.

Minat perubatan

BMR wanita boleh berlipat ganda semasa kehamilan. Ini disebabkan oleh peningkatan penggunaan oksigen yang disebabkan oleh pertumbuhan struktur janin dan rahim, dan oleh perkembangan peredaran ibu dan fungsi ginjal yang lebih besar.

Diagnosis hipertiroidisme dapat disahkan dengan peningkatan penggunaan oksigen, iaitu BMR yang tinggi. Dalam kira-kira 80% kes tiroid yang terlalu aktif, BMR sekurang-kurangnya 15% lebih tinggi daripada biasa. Walau bagaimanapun, BMR tinggi juga boleh disebabkan oleh penyakit lain.

Rujukan

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Risalah mengenai fisiologi perubatan. McGraw-Hill Interamericana, Mexico.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fisiologi Haiwan. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Mengukur kadar metabolisme - manual untuk saintis. Akhbar Universiti Oxford, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Perubahan kadar metabolisme basal semasa kehamilan berkaitan dengan perubahan berat badan dan komposisi, output jantung, faktor pertumbuhan seperti insulin, dan hormon tiroid dan berkaitan dengan pertumbuhan janin. Jurnal Pemakanan Klinikal Amerika, 81, 678-85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fisiologi haiwan - mekanisme dan penyesuaian. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Kitaran haid dan kadar metabolisme basal pada wanita. Jurnal Pemakanan Klinikal Amerika, 36, 611-616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fisiologi persekitaran haiwan. Blackwell, Oxford.