Metabolismo basal: o que é, como é calculado e dados relevantes

O metabolismo basal pode ser definido como o conjunto de reacções químicas no corpo, através do qual um animal gasta a quantidade mínima de energia necessária para manter os processos vitais. Esse valor normalmente representa 50% ou mais do orçamento total de energia de um animal.

O metabolismo basal é quantificado por medidas padronizadas de gasto de energia por unidade de tempo. Os mais comuns são a taxa metabólica padrão (TMS) e a taxa metabólica basal (TMB).

Metabolismo basal: o que é, como é calculado e dados relevantes 1

Fonte: pixabay.com

O TMS é medido em animais de sangue frio, como a maioria dos peixes, moluscos, anfíbios e répteis. O TMB é medido em animais de sangue quente, como pássaros e mamíferos.

Unidades de medida das taxas metabólicas

TMS e TMB são geralmente expressos como consumo (ml) de O 2 , calorias (cal), quilocalorias (kcal), joules (J), quilojoules (kJ) ou watts (W).

Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de água em 1 ° C. Uma caloria equivale a 4.186 joules. Joule é a medida fundamental (SI, Sistema Internacional) de energia. O watt, que é igual a 1 joule por segundo, é a medida fundamental (SI) das taxas de transferência e transformação de energia.

Condições para medir o metabolismo basal

Para garantir que os valores obtidos por diferentes estudos sejam comparáveis, a medição do TMS e da BMR exige que os animais experimentais estejam em repouso e em jejum. No caso do TMB, esses animais também precisam estar em sua zona thermoneutra.

Um animal é considerado em repouso se estiver na fase inativa do seu ciclo diário normal, sem movimentos espontâneos e sem estresse físico ou psicológico.

Um animal é considerado jejum se não estiver digerindo alimentos de maneira a gerar calor.

Um animal é considerado em sua zona thermoneutra se durante os experimentos for mantido na faixa de temperatura dentro da qual sua produção de calor corporal permanece inalterada.

Métodos respiratórios para medir tms e tmb

– Respirometria de volume ou pressão constante. O animal é mantido em um recipiente fechado. As alterações de pressão devido ao consumo de O 2 pelo animal são medidos a uma temperatura constante por um manómetro. O CO 2 produzido pelo animal é removida quimicamente por KOH ou ascarite.

Se um respirador Warburg for usado, a mudança de pressão é medida mantendo o volume do recipiente constante. Se um respirador Gilson for usado, a alteração de volume é medida mantendo a pressão constante.

– análise de gás. Atualmente, existe uma grande variedade de instrumentos de laboratório que permitem quantificar diretamente as concentrações de O 2 e CO 2 . Este instrumento é muito preciso e permite determinações automatizadas.

Métodos calorimétricos para medir tms e tmb

– Calorimetria de bomba. O consumo de energia é estimado comparando o calor produzido pela combustão de uma amostra de alimento não ingerido com o calor produzido pela combustão de uma amostra equivalente de restos digeridos (fezes e urina) desse alimento.

– Calorimetria direta. Consiste em medir diretamente o calor produzido pela chama de combustão da amostra.

– Calorimetria indireta. Meça a produção de calor comparando o consumo de O 2 e a produção de CO 2 . É baseado na lei de Hess de soma constante de calor, que afirma que uma quantidade de calor é liberada em uma reação química apenas dependendo da natureza dos reagentes e produtos.

– Calorimetria de gradiente. Se um fluxo de calor Q passando através de um material de espessura G , uma área A e condutividade de calor C , o resultado é um gradiente de temperatura que aumenta com L e diminui com um e C . Isso permite calcular o gasto de energia.

– Calorimetria diferencial. Ele mede o fluxo de calor entre uma câmara que contém o animal experimental e uma câmara desocupada adjacente. As duas câmaras são isoladas termicamente, exceto na superfície que as une, através da qual elas trocam calor.

Metabolismo basal e tamanho corporal

TMS e TMB não variam proporcionalmente ao tamanho dos animais. Essa relação é conhecida como escala metabólica. O conceito pode ser facilmente entendido pela comparação de dois mamíferos herbívoros de tamanhos muito diferentes, como o coelho e o elefante.

Se quantificarmos a folhagem que ingerimos por uma semana, descobriríamos que o coelho come muito menos que o elefante. No entanto, a massa de folhagem consumida pelo primeiro seria muito maior do que a sua massa corporal, enquanto no caso do último seria o contrário.

Essa disparidade indica que, proporcionalmente ao seu tamanho, as necessidades energéticas de ambas as espécies são diferentes. O estudo de centenas de espécies animais demonstra que essa observação em particular faz parte de um padrão geral de escala metabólica quantificável em termos de TMS e BMR.

Por exemplo, o TMB médio (2200 J / h) de 100 g de mamíferos não é dez vezes, mas apenas 5,5 vezes, maior que o TMB médio (400 J / h) de 10 g de mamíferos. Da mesma forma, a TMB média de mamíferos de 400 g (4940 J / h) não é quatro vezes, mas apenas 2,7 vezes, maior que a TMB média de mamíferos de 100 g.

Equação alométrica do escalonamento metabólico

TMS (ou TMB) relação, representado por t , e a massa corporal, representado por H , um animal pode ser descrito pela equação clássica de alometría biológica, T = um × H b , onde a e b são constantes .

O ajuste a esta equação explica matematicamente por que o TMS e o TMB não variam proporcionalmente à massa dos animais. Aplicando logaritmos a ambos os lados, a equação pode ser expressa da seguinte maneira

log ( T ) = log ( a ) + b × log ( M ),

log ( a ) eb podem ser estimados por análise de regressão linear entre os valores experimentais de log ( T ) e log ( M ) de várias espécies de um grupo animal. O log constante ( a ) é o ponto de corte da linha de regressão no eixo vertical. Por outro lado, b , que é a inclinação da referida linha, é a constante alométrica.

Verificou-se que a constante alométrica média de muitos grupos de animais tende a ser próxima de 0,7. No caso de log ( a ), quanto mais altos seus valores, maiores as taxas metabólicas do grupo animal analisado.

Metabolismo basal, circulação e respiração

A falta de proporcionalidade de TMS e BMR em relação ao tamanho faz com que os pequenos animais tenham maiores necessidades de O 2 por grama de massa corporal do que os grandes. Por exemplo, a taxa de gasto de energia de um grama de tecido de baleia é muito menor do que a de um grama de tecido homólogo de camundongo.

Mamíferos grandes e pequenos têm coração e pulmões de tamanhos semelhantes em relação à sua massa corporal. Portanto, as taxas de contracção do coração e pulmões destes últimos exigem muito maior do que aqueles do primeiro para trazer o suficiente O 2 para os tecidos.

Por exemplo, o número de batimentos cardíacos por minuto é de 40 no elefante, 70 em um ser humano adulto e 580 em um mouse. Da mesma forma, os seres humanos respiram cerca de 12 vezes e os ratos cerca de 100 vezes por minuto.

Dentro da mesma espécie, esses padrões também são observados entre indivíduos de diferentes tamanhos. Por exemplo, em humanos adultos, o cérebro é responsável por aproximadamente 20% do gasto metabólico total, enquanto em crianças de 4 a 5 anos, esse gasto chega a 50%.

Metabolismo basal e longevidade

Nos mamíferos, os tamanhos do corpo e do cérebro e o metabolismo basal estão relacionados à longevidade através da equação

L = 5,5 × C 0,54 × M -0,34 × T -0,42 ,

Onde L é a longevidade em meses, C é a massa do cérebro em gramas, M é a massa corporal em gramas e T é o TMB em calorias por grama por hora.

O expoente de C indica que a longevidade dos mamíferos tem uma associação positiva com o tamanho do cérebro. O expoente de M indica que a longevidade tem uma associação negativa com a massa corporal. O expoente de T indica que a longevidade tem uma associação negativa com a velocidade do metabolismo.

Essa relação, embora com diferentes expoentes, também é aplicável às aves. No entanto, estes tendem a viver mais do que os mamíferos com massa corporal semelhante.

Interesse médico

A TMB das mulheres pode dobrar durante a gravidez. Isso se deve ao aumento do consumo de oxigênio causado pelo crescimento das estruturas fetais e uterinas e pelo maior desenvolvimento da circulação materna e da função renal.

O diagnóstico de hipertireoidismo pode ser confirmado pelo aumento do consumo de oxigênio, ou seja, uma alta TMO. Em cerca de 80% dos casos de hiperatividade da tireóide, a TMB é pelo menos 15% maior que o normal. No entanto, uma alta TMB também pode ser causada por outras doenças.

Referências

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  2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fisiologia Animal. Associados Sinauer, Sunderland.
  3. Lighton, JRB 2008. Medindo taxas metabólicas – um manual para cientistas. Oxford University Press, Oxford.
  4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Alterações na taxa metabólica basal durante a gravidez em relação às alterações no peso corporal e composição, débito cardíaco, fator de crescimento semelhante à insulina I e hormônios tireoidianos e em relação ao crescimento fetal. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678-85.
  5. Randall, D., Burggren, W., Francês, K. 1998. Fisiologia animal – mecanismos e adaptações. McGraw-Hill Interamerican, Madri.
  6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Ciclo menstrual e taxa metabólica basal em mulheres. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611-616.
  7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fisiologia ambiental de animais. Blackwell, Oxford.

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