- Metabolianopeuden mittayksiköt
- Perusmetabolian mittausedellytykset
- Respirometriset menetelmät tms: n ja tmb: n mittaamiseksi
- Kalorimetriset menetelmät tms: n ja tmb: n mittaamiseksi
- Perusmetabolia ja kehon koko
- Metabolisen skaalan allometrinen yhtälö
- Perusmetabolia, verenkierto ja hengitys
- Perusmetabolia ja pitkäikäisyys
- Lääketieteellinen kiinnostus
- Viitteet
Perusaineenvaihduntaan voidaan määritellä joukko kemiallisia reaktioita elimistössä, jonka kautta eläin viettää vähimmäismäärä energiaa tarvitaan ylläpitämään elintoimintoihin. Tämä määrä edustaa tyypillisesti 50% tai enemmän eläimen kokonaisenergiabudjetista.
Perusmetabolia määritetään standardoiduilla energiankulutuksen mittayksiköillä aikayksikköä kohti. Yleisimmät ovat normaali aineenvaihdunnanopeus (TMS) ja perusmetabolianopeus (BMR).
Lähde: pixabay.com
TMS mitataan kylmäverisillä eläimillä, kuten useimmilla kaloilla, nilviäisillä, sammakkoeläimillä ja matelijoilla. TMB mitataan lämminverisillä eläimillä, kuten linnuilla ja nisäkkäillä.
Metabolianopeuden mittayksiköt
TMS ja BMR ilmaistaan yleensä O 2 -kulutuksena (ml), kaloreina (cal), kilokaloreina (kcal), jouleina (J), kilojouleina (kJ) tai watteina (W).
Kalori määritellään lämpömääränä, joka tarvitaan nostamaan 1 g veden lämpötilaa 1 ° C. Yksi kalori vastaa 4 186 joulea. Jouli on energian perusmitta (SI, kansainvälinen järjestelmä). Vatti, joka on yhtä joulea sekunnissa, on energiansiirto- ja muuntamisnopeuksien (SI) perusmitta.
Perusmetabolian mittausedellytykset
Jotta voidaan varmistaa, että erilaisilla tutkimuksilla saadut arvot ovat vertailukelpoisia, TMS: n ja BMR: n mittaaminen edellyttää, että koe-eläimet ovat levossa ja paastomassa. TMB: n tapauksessa näiden eläinten on myös oltava termoneutraalialueellaan.
Eläintä pidetään levossa, jos se on normaalin päivittäisen syklinsä inaktiivisessa vaiheessa, ilman spontaaneja liikkeitä ja ilman fyysistä tai psykologista stressiä.
Eläintä pidetään paastoamisena, jos se ei sulatta ruokaa lämmön tuottavalla tavalla.
Eläimen katsotaan olevan termoneutraalilla vyöhykkeellä, jos kokeiden aikana se pidetään lämpötila-alueella, jolla hänen kehon lämmöntuotanto pysyy muuttumattomana.
Respirometriset menetelmät tms: n ja tmb: n mittaamiseksi
- Tilavuus- tai vakiopaine-respirometria. Eläintä pidetään suljetussa astiassa. Paineen muutokset, jotka johtuvat eläimen kuluttamasta O 2: sta, mitataan vakiolämpötilassa manometrin avulla. CO 2 tuottama eläin on kemiallisesti eliminoitu KOH tai ascarite.
Jos käytetään Warburgin respirometriä, paineen muutos mitataan pitämällä säiliön tilavuus vakiona. Jos käytetään Gilson-respirometriä, tilavuuden muutos mitataan pitämällä paine vakiona.
- Kaasuanalyysi. Tällä hetkellä on olemassa suuri joukko laboratoriolaitteita, jotka mahdollistavat O 2- ja CO 2 -pitoisuuksien välittömän kvantifioinnin. Tämä instrumentti on erittäin tarkka ja mahdollistaa automaattisen määrityksen.
Kalorimetriset menetelmät tms: n ja tmb: n mittaamiseksi
- Pommin kalorimetria. Energiankulutus arvioidaan vertaamalla lämpöä, joka syntyy jättämättömän ruuan näytteen palaessa, lämmöstä, joka syntyy palamalla vastaavan näytteen sulatettujen jäännösten (ulosteet ja virtsat) palamisesta.
- Suora kalorimetria. Se koostuu näytteen poltto liekin tuottaman lämmön suoraan mittaamisesta.
- Epäsuora kalorimetria. Se mittaa lämmön tuotanto vertaamalla O 2 kulutus ja CO 2 tuotanto. Se perustuu Hessin lakiin, joka sisältää jatkuvan lämmön summan, jonka mukaan kemiallisessa reaktiossa vapautuu lämpöä vain määrä riippuen reagenssien ja tuotteiden luonteesta.
- Kaltevuuskalorimetria. Jos lämpövirta Q kulkee paksuuden G, alueen A ja lämmönjohtavuuden C läpi, seurauksena on lämpötilagradientti, joka kasvaa G: n kanssa ja laskee A: n ja C: n kanssa. Tämä mahdollistaa energiamenojen laskemisen.
- differentiaalinen kalorimetria. Se mittaa lämpövirtausta koe-eläimen sisältävän kammion ja viereisen tyhjän kammion välillä. Nämä kaksi kammiota ovat lämpöeristettyjä lukuun ottamatta niitä yhdistävää pintaa, jonka kautta ne vaihtavat lämpöä.
Perusmetabolia ja kehon koko
TMS ja BMR vaihtelevat suhteettomasti eläinten koon kanssa. Tätä suhdetta kutsutaan metaboliseksi eskalaationa. Käsite voidaan ymmärtää helposti vertaamalla kahta hyvin erikokoista kasvissyöjäisäkästä, kuten kani ja norsu.
Jos kvantitatiivisesti määritetään lehdet, joita he syövät viikon ajan, huomaamme, että kani syö paljon vähemmän kuin norsu. Ensimmäisen syömä lehtien massa olisi kuitenkin paljon suurempi kuin sen oma kehon massa, kun taas toisen tapauksessa se olisi päinvastoin.
Tämä ero osoittaa, että molempien lajien energiantarpeet ovat erilaisia suhteessa niiden kokoon. Satojen eläinlajien tutkimus osoittaa, että tämä erityinen havainto on osa TMS: n ja BMR: n suhteen mitattavissa olevaa aineenvaihdunnan lisääntymisen yleistä mallia.
Esimerkiksi 100 g nisäkkäiden keskimääräinen BMR (2200 J / h) ei ole kymmenen, vaan vain 5,5 kertaa suurempi kuin 10 g nisäkkäiden keskimääräinen BMR (400 J / h). Samoin 400 g (4940 J / h) keskimääräinen nisäkkään BMR ei ole neljä kertaa, vaan vain 2,7 kertaa suurempi kuin keskimäärin 100 g nisäkkään BMR.
Metabolisen skaalan allometrinen yhtälö
Suhde TMS (tai TMB), jota edustaa T, ja eläimen kehon massa, jota edustaa M, voidaan kuvata biologisen allometrian klassisella yhtälöllä T = a × M b, jossa a ja b ovat vakioita.
Soveltuvuus tähän yhtälöön selittää matemaattisesti, miksi TMS ja BMR eivät vaihtele suhteessa eläinten massaan. Soveltamalla logaritmeja molemmille puolille, yhtälö voidaan ilmaista seuraavasti
log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) ja b voidaan estimoida lineaarisella regressioanalyysillä eläinryhmän useiden lajien log (T) ja log (M) kokeellisten arvojen välillä. Vakiologi (a) on regressioviivan raja-arvo pystyakselilla. B, joka on mainitun viivan kaltevuus, puolestaan on allometrinen vakio.
On havaittu, että monien eläinryhmien keskimääräinen allometrinen vakio on yleensä lähellä 0,7. Jos log (a) on, sitä korkeammat ovat sen arvot, sitä suurempi on analysoitavan eläinryhmän metabolinen nopeus.
Perusmetabolia, verenkierto ja hengitys
Puute oikeasuhtaisuudesta TMS ja BMR koon suhteen aiheuttaa sen, että pienet eläimet on korkeampi O 2 tarpeisiin per gramma kehon massan kuin suuria eläimiä. Esimerkiksi yhden gramman valaan kudoksen energiankulutusaste on paljon alhaisempi kuin yhden gramman homologisen hiiren kudoksen.
Suurilla ja pienillä nisäkkäillä on sydämet ja keuhkot samankokoisia kehon massaan nähden. Tästä syystä jälkimmäisten sydämen ja keuhkojen supistumisnopeuden on oltava paljon korkeampaa kuin edellisillä, jotta kannettaisiin riittävästi O 2: ta kudoksiin.
Esimerkiksi sydämen lyöntiä minuutissa on 40 norsussa, 70 aikuisella ihmisellä ja 580 hiirellä. Samoin ihmiset hengittävät noin 12 kertaa ja hiiret noin 100 kertaa minuutissa.
Saman lajin sisällä näitä malleja havaitaan myös erikokoisten yksilöiden välillä. Esimerkiksi aikuisilla ihmisillä aivot vastaavat noin 20%: sta aineenvaihdunnan kokonaismenoista, kun taas 4-5-vuotiailla lapsilla nämä menot ovat 50%.
Perusmetabolia ja pitkäikäisyys
Nisäkkäissä aivojen ja kehon koot ja perusaineenvaihdunta liittyvät yhtälöön pitkäikäisyyteen
L = 5,5 × C 0,54 × M -0,34 × T -0,42, Missä L on pitkäikäisyys kuukausina, C on aivojen massa grammoina, M on kehon massa grammoina ja T on BMR kaloreina grammaa kohti tunnissa.
C: n eksponentti osoittaa, että nisäkkäiden pitkäikäisyydellä on positiivinen yhteys aivojen kokoon. M: n eksponentti osoittaa, että pitkäikäisyydellä on negatiivinen yhteys kehon massaan. T: n eksponentti osoittaa, että pitkäikäisyydellä on negatiivinen yhteys aineenvaihdunnan nopeuteen.
Tämä suhde, vaikka eri eksponenttien kanssa, soveltuu myös lintuihin. Niillä on kuitenkin taipumus elää pidempään kuin samankaltaisilla painoisilla nisäkkäillä.
Lääketieteellinen kiinnostus
Naisten BMR voi kaksinkertaistua raskauden aikana. Tämä johtuu sikiön ja kohdun rakenteiden kasvun aiheuttamasta hapenkulutuksen lisääntymisestä sekä äidin verenkierron ja munuaisten toiminnan paremmasta kehityksestä.
Hypertyreoosin diagnoosi voidaan vahvistaa lisääntyneellä hapenkulutuksella, ts. Korkealla BMR: llä. Noin 80%: lla kilpirauhasen liikatoimintaa koskevista tapauksista BMR on vähintään 15% normaalia korkeampi. Korkea BMR voi kuitenkin johtua myös muista sairauksista.
Viitteet
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Tutkimus lääketieteellisestä fysiologiasta. McGraw-Hill Interamericana, Meksiko.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Animal Physiology. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Aineenvaihdunnan nopeuden mittaaminen - käsikirja tutkijoille. Oxford University Press, Oxford.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Perusmetabolian muutokset raskauden aikana suhteessa kehon painon ja koostumuksen muutoksiin, sydämen tuotto, insuliinimainen kasvutekijä I ja kilpirauhashormonit sekä suhteessa sikiön kasvuun. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., ranska, K. 1998. Eläinten fysiologia - mekanismit ja mukautukset. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Kuukautiskierros ja perusaineenvaihdunnan nopeus naisilla. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Eläinten ympäristöfysiologia. Blackwell, Oxford.