- A metabolikus sebesség mérési egységei
- A bazális anyagcsere mérésének feltételei
- Respirometrikus módszerek a tms és tmb mérésére
- Kalorimetrikus módszerek a tms és tmb mérésére
- Alapvető anyagcsere és testméret
- A metabolikus méretezés allometrikus egyenlete
- Alapvető anyagcsere, keringés és légzés
- Alapvető anyagcsere és hosszú élettartam
- Orvosi érdek
- Irodalom
Az alapvető anyagcserét úgy definiálhatjuk, mint a kémiai reakciók halmazát a testben, amelyeken keresztül az állat az életképes folyamatok fenntartásához szükséges minimális mennyiségű energiát költi el. Ez az összeg általában az állat teljes energiaköltségvetésének legalább 50% -át képviseli.
Az alapanyagcserét az időegységre jutó energiaköltségek szabványosított mérésével számszerűsítjük. A leggyakoribb a standard anyagcsere-sebesség (TMS) és az alapvető anyagcsere-sebesség (BMR).
Forrás: pixabay.com
A TMS-t hidegvérű állatokban mérik, mint például a legtöbb hal, puhatestű, kétéltű és hüllő. A TMB-t melegvérű állatokban, például madarakban és emlősökben mérik.
A metabolikus sebesség mérési egységei
A TMS-t és a BMR-t általában O 2 -fogyasztásban (ml), kalóriában (cal), kilokalóriában (kcal), joule-ban (J), kilojoule-ban (kJ) vagy wattban (W) fejezik ki.
A kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 g víz hőmérséklete 1 ° C-ra emelkedjen. Egy kalória 4186 joule-nak felel meg. A joule az energia alapvető mérőszáma (SI, Nemzetközi Rendszer). A watt, amely másodpercenként 1 joule-nak felel meg, az energiaátvitel és az átalakulási sebesség alapvető (SI) mértéke.
A bazális anyagcsere mérésének feltételei
Annak biztosítása érdekében, hogy a különféle vizsgálatokkal kapott értékek összehasonlíthatóak legyenek, a TMS és a BMR méréséhez a kísérleti állatoknak nyugalomban és éheztetésben kell lenniük. A TMB esetében ezeknek az állatoknak a termoneutralis zónában is tartózkodniuk kell.
Az állatot nyugalomban tekintik, ha a normál napi ciklus inaktív szakaszában van, spontán mozgások nélkül, fizikai vagy pszichológiai stressz nélkül.
Az állatokat böjtnek tekintik, ha nem emésztik az ételt hőtermelő módon.
Az állat akkor tekinthető termoneutrális zónájában lévőnek, ha a kísérletek során azt a hőmérsékleti tartományt tartják, amelyen belül a test hőtermelése változatlan marad.
Respirometrikus módszerek a tms és tmb mérésére
- Térfogat vagy állandó nyomásvisszanyerés. Az állatot lezárt tartályban tartják. A nyomás változások miatt a fogyasztás O 2 az állat által mérjük állandó hőmérséklet révén manométer. A CO 2 állat által termelt kémiailag segítségével kiszűrhetőek KOH vagy Askarit.
Warburg respirométer használata esetén a nyomásváltozást úgy mérik, hogy a tartály térfogatát állandó értéken tartják. Gilson respirométer használata esetén a térfogat változását a nyomás állandó tartásával mérik.
- Gázelemzés. Jelenleg számos olyan laboratóriumi eszköz található, amelyek lehetővé teszik az O 2 és CO 2 koncentrációk közvetlen számszerűsítését. Ez a műszer nagyon pontos és lehetővé teszi az automatikus meghatározásokat.
Kalorimetrikus módszerek a tms és tmb mérésére
- Bomba kalorimetriája. Az energiafogyasztást úgy becsülhetjük meg, hogy összehasonlítják a kezeletlen étel minta elégetésekor keletkező hőt az adott étel emésztett maradványainak (széklettel és vizelettel egyenértékű minta) elégetésével kapott hővel.
- Közvetlen kalorimetria. A minta égési lángja által termelt hő közvetlen méréséből áll.
- Közvetett kalorimetria. A hőtermelést az O 2 fogyasztás és a CO 2 termelés összehasonlításával méri. Ez a Hess állandó hőösszegének törvényén alapszik, amely kimondja, hogy egy kémiai reakció során a hőmennyiség csak a reaktánsok és termékek jellegétől függően szabadul fel.
- Színátmenet kalorimetria. Ha a Q hőáram áthalad egy G vastagságú, A területű és C hővezető képességű anyagon, az eredmény egy hőmérsékleti gradiens, amely G-vel növekszik, és A-val és C-vel csökken. Ez lehetővé teszi az energiaköltségek kiszámítását.
- Differenciál kalorimetria. A hőáramot méri a kísérleti állatot tartalmazó kamra és a szomszédos ki nem töltött kamra között. A két kamra hőszigetelt, kivéve a hozzájuk kapcsolódó felületet, amelyen keresztül hőt cserélnek.
Alapvető anyagcsere és testméret
A TMS és a BMR aránytalanul nagy az állatok méretétől függően. Ezt a kapcsolatot metabolikus eszkalációnak nevezik. A koncepció könnyen érthető két, nagyon különböző méretű növényevő emlős, például a nyúl és az elefánt összehasonlításával.
Ha számszerűsítjük a lombozatot, amelyet egy hétig esznek, akkor azt találjuk, hogy a nyúl sokkal kevesebbet eszik, mint az elefánt. Azonban az elsõ által elfogyasztott lombozat tömege sokkal nagyobb lenne, mint a saját testtömege, míg a második esetben viszont fordítva lenne.
Ez az eltérés azt jelzi, hogy méretükhöz viszonyítva mindkét faj energiaigénye eltérő. Több száz állatfaj tanulmányozása azt mutatja, hogy ez a megfigyelés a metabolikus eszkaláció általános mintájának része, amelyet a TMS és a BMR alapján számszerűsíteni lehet.
Például a 100 g emlősök átlagos BMR-értéke (2200 J / h) nem tízszeres, hanem csak 5,5-szerese, és meghaladja a 10 g-os emlősök átlagos BMR-értékét (400 J / h). Hasonlóképpen, az 400 g (4940 J / h) átlagos emlős BMR nem négyszer, hanem csak 2,7-szer nagyobb, mint az átlagos 100 g emlősök BMR.
A metabolikus méretezés allometrikus egyenlete
A T által képviselt TMS (vagy TMB) és az állat testtömegének, amelyet M képvisel, kapcsolat leírható a biológiai allometria klasszikus egyenletével, T = a × M b, amelyben a és b állandó.
Az ehhez az egyenlethez való matematikai magyarázat azt magyarázza, hogy a TMS és a BMR miért nem változnak arányosan az állatok tömegével. Ha mindkét oldalra logaritmusokat alkalmazunk, az egyenlet a következőképpen fejezhető ki
log (T) = log (a) + b × log (M), A log (a) és b (log) a lineáris regressziós elemzéssel becsülhető meg egy állatcsoport több fajának log (T) és log (M) kísérleti értékei között. Az állandó log (a) a regressziós vonal határértéke a függőleges tengelyen. A maga részéről b, amely az említett vonal lejtése, az allometrikus állandó.
Megállapítottuk, hogy sok állatcsoport átlagos allometrikus állandója általában 0,7-hez közel áll. A log (a) esetében, minél magasabb az értéke, annál nagyobb az elemzett állatcsoport anyagcseréje.
Alapvető anyagcsere, keringés és légzés
A TMS és a BMR aránytalanságának hiánya a méret szempontjából azt eredményezi, hogy a kis állatok testtömeg-grammjánál nagyobb az O 2 igény, mint a nagy állatoknál. Például az egyik gramm bálnaszövet energiafelhasználási aránya jóval alacsonyabb, mint egy gramm homológ egérszöveté.
A nagy és a kis emlősök testtömegükhöz hasonló méretű szívvel és tüdővel rendelkeznek. Ezért az utóbbi szívének és tüdőjének összehúzódási sebességének sokkal magasabbnak kell lennie, mint az előbbieknek, hogy elegendő mennyiségű O 2 szállítson a szövetekbe.
Például, egy szívverés percenként 40 egy elefánton, 70 felnőtt embernél és 580 egérnél. Hasonlóképpen, az emberek kb. 12-szer és az egerek percenként körülbelül 100-szor lélegeznek.
Ugyanazon fajon belül ezeket a mintákat különféle méretű egyének között is megfigyelhetjük. Például felnőtt emberben az agy felelős a teljes anyagcserének kb. 20% -áért, míg 4–5 éves gyermekek esetében ez a kiadás eléri az 50% -ot.
Alapvető anyagcsere és hosszú élettartam
Emlősökben az agy és a test mérete és az alapvető anyagcsere az egyenlettel függ össze a hosszú élettartammal
L = 5,5 × C 0,54 × M –0,34 × T –0,42, Ahol L hosszúságú hónapokban, C az agy tömege grammban, M a testtömege grammban, és T a BMR kalória / gramm óránként.
A C exponens azt jelzi, hogy az emlősök élettartama pozitív kapcsolatban áll az agymérettel. Az M kitevője azt jelzi, hogy a hosszú élet negatív kapcsolatban van a testtömeggel. A T kitevője azt jelzi, hogy a hosszú élettartam negatív kapcsolatban van az anyagcserének sebességével.
Ez a kapcsolat, bár különféle exponensekkel, a madarakra is alkalmazható. De hajlamosak hosszabb ideig élni, mint a hasonló testtömegű emlősök.
Orvosi érdek
A női BMR megduplázódhat terhesség alatt. Ennek oka a magzat és a méh szerkezetének növekedése, valamint az anyai keringés és a veseműködés fokozódó fejlődése által okozott növekvő oxigénfogyasztás.
A hyperthyreosis diagnózisát megnövekedett oxigénfogyasztás, azaz magas BMR igazolhatja. A pajzsmirigy túl aktív eseteinek körülbelül 80% -ában a BMR legalább 15% -kal magasabb, mint a normál. A magas BMR-t azonban más betegségek is okozhatják.
Irodalom
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Jelentés az orvosi élettanról. McGraw-Hill Interamericana, Mexikó.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Animal Physiology. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. A metabolikus sebesség mérése - kézikönyv a tudósok számára. Oxford University Press, Oxford.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Az alapvető metabolikus sebesség változásai a terhesség alatt a testtömeg és összetétel változásaival összefüggésben, a szívteljesítmény, az inzulinszerű I. növekedési faktor és a pajzsmirigyhormonok, valamint a magzati növekedés vonatkozásában. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Állatok fiziológiája - mechanizmusok és adaptációk. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH, 1982. Menstruációs ciklus és alapvető anyagcsere-sebesség nőkben. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Az állatok környezeti fiziológiája. Blackwell, Oxford.