metabolisme basal dapat didefinisikan sebagai himpunan reaksi kimia dalam tubuh melalui mana hewan menghabiskan jumlah minimum energi yang diperlukan untuk mempertahankan proses vital. Jumlah ini biasanya mewakili 50% atau lebih dari total anggaran energi hewan.
Metabolisme basal diukur dengan ukuran standar pengeluaran energi per unit waktu. Yang paling umum adalah tingkat metabolisme standar (MSR) dan tingkat metabolisme basal (BMR).
Sumber: pixabay.com
TMS diukur pada hewan berdarah dingin, seperti kebanyakan ikan, moluska, amfibi, dan reptil. BMR diukur pada hewan berdarah panas, seperti burung dan mamalia.
Indeks artikel
Satuan pengukuran laju metabolisme
TMS dan BMR biasanya dinyatakan sebagai O 2 konsumsi (ml) , kalori (kal), kilokalori (kkal), joule (J), kilojoule (kJ), atau watt (W).
Kalori didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C. Satu kalori sama dengan 4.186 joule. Joule adalah ukuran dasar (SI, Sistem Internasional) energi. Watt, yang sama dengan 1 joule per detik, adalah ukuran dasar (SI) dari transfer energi dan laju transformasi.
Kondisi untuk mengukur metabolisme basal
Untuk memastikan bahwa nilai yang diperoleh dari penelitian yang berbeda sebanding, pengukuran TMS dan BMR mengharuskan hewan percobaan dalam keadaan istirahat dan puasa. Dalam kasus TMB, hewan-hewan ini juga diharuskan berada di zona termonetral mereka.
Seekor hewan dianggap beristirahat jika berada dalam fase tidak aktif dari siklus normal hariannya, tanpa gerakan spontan, dan tanpa tekanan fisik atau psikologis.
Seekor hewan dianggap berpuasa jika tidak mencerna makanan dengan cara yang menghasilkan panas.
Seekor hewan dianggap berada di zona termonetralnya jika, selama percobaan, ia dijaga dalam kisaran suhu di mana produksi panas tubuhnya tetap tidak berubah.
Metode respirometri untuk mengukur tms dan tmb
– Respirometri volume atau tekanan konstan. Hewan tersebut disimpan dalam wadah tertutup. Perubahan tekanan akibat konsumsi O 2 oleh hewan diukur pada suhu konstan dengan cara manometer. CO 2 yang dihasilkan oleh hewan secara kimia dihapus oleh KOH atau ascarite.
Jika respirometer Warburg digunakan, perubahan tekanan diukur dengan menjaga volume wadah tetap konstan. Jika respirometer Gilson digunakan, perubahan volume diukur dengan menjaga tekanan tetap konstan.
– Analisis gas. Saat ini terdapat berbagai macam instrumen laboratorium yang memungkinkan kuantifikasi langsung konsentrasi O 2 dan CO 2 . Instrumen ini sangat presisi dan memungkinkan penentuan otomatis.
Metode kalorimetri untuk mengukur tms dan tmb
– Kalorimetri bom. Konsumsi energi diperkirakan dengan membandingkan panas yang dihasilkan oleh pembakaran sampel makanan yang tidak dimakan dengan panas yang dihasilkan oleh pembakaran sampel setara sisa yang dicerna (tinja dan urin) dari makanan tersebut.
– Kalorimetri langsung. Ini terdiri dari pengukuran langsung panas yang dihasilkan oleh api pembakaran sampel.
– Kalorimetri tidak langsung. Ini mengukur produksi panas dengan membandingkan konsumsi O 2 dan produksi CO 2 . Ini didasarkan pada hukum penjumlahan panas konstan Hess, yang menyatakan bahwa dalam reaksi kimia sejumlah panas yang dilepaskan hanya bergantung pada sifat reaktan dan produk.
– Kalorimetri gradien. Jika suatu kalor mengalir Q melewati bahan dengan ketebalan G , luas A dan konduktivitas panas C , hasilnya adalah gradien suhu yang meningkat dengan G dan menurun dengan A dan C . Hal ini memungkinkan untuk menghitung pengeluaran energi.
– Kalorimetri diferensial. Ini mengukur fluks panas antara ruang yang berisi hewan percobaan dan ruang kosong yang berdekatan. Kedua ruang tersebut diisolasi secara termal kecuali untuk permukaan yang menghubungkannya, yang melaluinya mereka bertukar panas.
Metabolisme basal dan ukuran tubuh
TMS dan BMR bervariasi secara tidak proporsional dengan ukuran hewan. Hubungan ini dikenal sebagai eskalasi metabolik. Konsep ini dapat dengan mudah dipahami dengan membandingkan dua mamalia herbivora dengan ukuran yang sangat berbeda, seperti kelinci dan gajah.
Jika kita menghitung dedaunan yang mereka makan selama seminggu, kita akan menemukan bahwa kelinci makan jauh lebih sedikit daripada gajah. Namun, massa dedaunan yang dimakan oleh yang pertama akan jauh lebih besar daripada massa tubuhnya sendiri, sedangkan dalam kasus yang terakhir itu akan menjadi sebaliknya.
Disparitas ini menunjukkan bahwa, sebanding dengan ukurannya, kebutuhan energi kedua spesies berbeda. Studi terhadap ratusan spesies hewan menunjukkan bahwa pengamatan khusus ini adalah bagian dari pola umum peningkatan metabolisme yang dapat diukur dalam hal TMS dan BMR.
Misalnya, rata-rata BMR (2200 J / jam) dari 100 g mamalia tidak sepuluh kali, tetapi hanya 5,5 kali, lebih besar dari rata-rata BMR (400 J / jam) dari 10 g mamalia. Demikian pula rata-rata BMR mamalia 400 g (4.940 J/jam) bukan empat kali, tetapi hanya 2,7 kali, lebih besar dari rata-rata BMR mamalia 100 g.
Persamaan alometrik penskalaan metabolik
Hubungan TMS (atau TMB), diwakili oleh T , dan massa tubuh, diwakili oleh M , hewan dapat dijelaskan dengan persamaan klasik alometri biologis, T = a × M b , di mana a dan b adalah konstanta .
Kesesuaian dengan persamaan ini menjelaskan secara matematis mengapa TMS dan BMR tidak bervariasi secara proporsional dengan massa hewan. Menerapkan logaritma ke kedua sisi, persamaan dapat dinyatakan sebagai berikut:
log ( T ) = log ( a ) + b × log ( M ),
log ( a ) dan b dapat diestimasi dengan analisis regresi linier antara nilai eksperimental log ( T ) dan log ( M ) beberapa spesies dari suatu kelompok hewan. Log konstan ( a ) adalah titik potong garis regresi pada sumbu vertikal. Untuk bagiannya, b , yang merupakan kemiringan garis tersebut, adalah konstanta alometrik.
Telah ditemukan bahwa rata-rata konstanta alometrik dari banyak kelompok hewan cenderung mendekati 0,7. Dalam kasus log ( a ), semakin tinggi nilainya, semakin tinggi tingkat metabolisme kelompok hewan yang dianalisis.
Metabolisme basal, peredaran, dan respirasi
Kurangnya proporsionalitas TMS dan BMR sehubungan dengan ukuran menyebabkan bahwa binatang kecil memiliki tinggi O 2 kebutuhan per gram massa tubuh dari hewan besar. Misalnya, tingkat pengeluaran energi satu gram jaringan ikan paus jauh lebih rendah daripada satu gram jaringan tikus homolog.
Mamalia besar dan kecil memiliki jantung dan paru-paru dengan ukuran yang sama dalam kaitannya dengan massa tubuh mereka. Untuk alasan ini, tingkat kontraksi jantung dan paru-paru dari kebutuhan kedua akan jauh lebih tinggi daripada mantan untuk membawa cukup O 2 ke jaringan.
Misalnya, jumlah detak jantung per menit adalah 40 pada gajah, 70 pada manusia dewasa, dan 580 pada tikus. Demikian pula, manusia bernapas sekitar 12 kali dan tikus sekitar 100 kali per menit.
Dalam spesies yang sama, pola-pola ini juga diamati antara individu-individu dengan ukuran berbeda. Sebagai contoh, pada manusia dewasa otak bertanggung jawab atas kurang lebih 20% dari total pengeluaran metabolik, sedangkan pada anak usia 4 sampai 5 tahun pengeluaran ini mencapai 50%.
Metabolisme basal dan umur panjang
Pada mamalia, ukuran otak dan tubuh serta tingkat metabolisme basal terkait dengan umur panjang dengan persamaan
L = 5,5 × C 0,54 × M -0,34 × T -0,42 ,
Dimana L adalah umur panjang dalam bulan, C adalah massa otak dalam gram, M adalah massa tubuh dalam gram, dan T adalah BMR dalam kalori per gram per jam.
Eksponen untuk C menunjukkan bahwa umur panjang mamalia memiliki hubungan positif dengan ukuran otak. Eksponen M menunjukkan bahwa umur panjang memiliki hubungan negatif dengan massa tubuh. Eksponen untuk T menunjukkan bahwa umur panjang memiliki hubungan negatif dengan laju metabolisme.
Hubungan ini, meskipun dengan eksponen yang berbeda, juga berlaku untuk burung. Namun, mereka cenderung hidup lebih lama daripada mamalia dengan massa tubuh yang sama.
Minat medis
BMR wanita dapat berlipat ganda selama kehamilan. Hal ini disebabkan oleh peningkatan konsumsi oksigen yang disebabkan oleh pertumbuhan janin dan struktur rahim, dan oleh perkembangan yang lebih besar dari peredaran ibu dan fungsi ginjal.
Diagnosis hipertiroidisme dapat dipastikan dengan peningkatan konsumsi oksigen, yaitu peningkatan BMR. Pada sekitar 80% kasus tiroid yang terlalu aktif, BMR setidaknya 15% lebih tinggi dari normal. Namun, BMR yang tinggi juga bisa disebabkan oleh penyakit lain.
Referensi
- Guyton, AC, Hall, JE 2001. Risalah tentang fisiologi medis. McGraw-Hill Interamericana, Meksiko.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fisiologi Hewan. Sinauer Associates, Sunderland.
- Lighton, JRB 2008. Mengukur tingkat metabolisme – manual untuk para ilmuwan. Pers Universitas Oxford, Oxford.
- Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Perubahan tingkat metabolisme basal selama kehamilan dalam kaitannya dengan perubahan berat badan dan komposisi, curah jantung, faktor pertumbuhan seperti insulin I, dan hormon tiroid dan dalam kaitannya dengan pertumbuhan janin. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
- Randall, D., Burggren, W., Prancis, K. 1998. Fisiologi hewan – mekanisme dan adaptasi. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
- Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Siklus menstruasi dan tingkat metabolisme basal pada wanita. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
- Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fisiologi lingkungan hewan. Blackwell, Oxford.
