METABOLISME BASAL: APA ITU, BAGAIMANA CARA MENGHITUNGNYA DAN DATA YANG RELEVAN - BIOLOGI - 2025

The 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 pengukuran standar pengeluaran energi per unit waktu. Yang paling umum adalah tingkat metabolisme standar (TMS) dan tingkat metabolisme basal (BMR).

Sumber: pixabay.com

TMS diukur pada hewan berdarah dingin, seperti kebanyakan ikan, moluska, amfibi, dan reptil. TMB diukur pada hewan berdarah panas, seperti burung dan mamalia.

Satuan pengukuran tingkat metabolisme

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

Kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 g air sebesar 1 ° C. Satu kalori sama dengan 4.186 joule. Joule adalah ukuran fundamental (SI, Sistem Internasional) energi. Watt, yang sama dengan 1 joule per detik, adalah ukuran fundamental (SI) dari laju transfer dan transformasi energi.

Kondisi untuk mengukur metabolisme basal

Untuk memastikan bahwa nilai yang diperoleh dari penelitian yang berbeda sebanding, pengukuran TMS dan BMR mengharuskan hewan coba istirahat dan puasa. Dalam kasus TMB, hewan-hewan ini juga diharuskan berada di zona termoneutralnya.

Hewan dianggap istirahat jika berada dalam fase tidak aktif dari siklus normal hariannya, tanpa gerakan spontan, dan tanpa tekanan fisik atau psikologis.

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

Hewan dianggap berada dalam zona termoneutralnya jika selama percobaan dijaga dalam kisaran suhu di mana produksi panas tubuhnya tetap tidak berubah.

Metode respirasi untuk mengukur tms dan tmb

- Volume atau respirometri tekanan konstan. Hewan itu disimpan dalam wadah tertutup. Perubahan tekanan akibat konsumsi O ₂ oleh hewan diukur pada suhu konstan dengan cara manometer. CO _{2 yang} dihasilkan hewan tersebut dihilangkan secara kimiawi dengan menggunakan 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 penghitungan langsung konsentrasi O ₂ dan CO ₂ . Instrumen ini sangat tepat 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 dari sisa-sisa yang dicerna (kotoran 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 Hess tentang jumlah panas konstan, yang menyatakan bahwa dalam reaksi kimia sejumlah panas dilepaskan hanya bergantung pada sifat reaktan dan produk.

- Kalorimetri gradien. Jika fluks panas Q melewati material dengan ketebalan G, area A, dan konduktivitas panas C, hasilnya adalah gradien suhu yang meningkat dengan G dan menurun dengan A dan C. 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 menyatukannya, tempat keduanya bertukar panas.

Metabolisme basal dan ukuran tubuh

TMS dan BMR bervariasi secara tidak proporsional dengan ukuran hewan. Hubungan ini dikenal sebagai peningkatan metabolisme. Konsep tersebut 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 dari massa tubuhnya sendiri, sedangkan dalam kasus yang terakhir akan menjadi sebaliknya.

Perbedaan ini menunjukkan bahwa, sebanding dengan ukurannya, kebutuhan energi kedua spesies berbeda. Mempelajari ratusan spesies hewan menunjukkan bahwa pengamatan khusus ini adalah bagian dari pola umum peningkatan metabolisme yang dapat dikuantifikasi dalam hal TMS dan BMR.

Misalnya, BMR rata-rata (2200 J / jam) dari 100 gram mamalia tidak sepuluh kali lipat, tetapi hanya 5,5 kali, lebih besar dari rata-rata BMR (400 J / jam) dari 10 gram mamalia. Demikian pula, BMR mamalia rata-rata 400 g (4940 J / jam) bukan empat kali, tetapi hanya 2,7 kali, lebih besar dari rata-rata BMR mamalia 100 g.

Persamaan alometrik skala 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. Dengan menerapkan logaritma pada kedua ruasnya, persamaan tersebut dapat diekspresikan sebagai berikut

log (T) = log (a) + b × log (M),

log (a) dan b dapat diperkirakan dengan analisis regresi linier antara nilai percobaan log (T) dan log (M) dari 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 konstanta alometrik rata-rata dari banyak kelompok hewan cenderung mendekati 0,7. Dalam kasus log (a), semakin tinggi nilainya, semakin tinggi tingkat metabolisme dari kelompok hewan yang dianalisis.

Metabolisme basal, sirkulasi 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 tingkat pengeluaran energi satu gram jaringan tikus homolog.

Mamalia besar dan kecil memiliki jantung dan paru-paru dengan ukuran yang sama dalam kaitannya dengan massa tubuhnya. 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 seekor gajah, 70 pada manusia dewasa, dan 580 pada seekor 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 dengan ukuran berbeda. Misalnya, pada manusia dewasa otak bertanggung jawab atas sekitar 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 metabolisme basal terkait dengan umur panjang

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

Di mana 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 C menunjukkan bahwa umur panjang mamalia berhubungan positif dengan ukuran otak. Eksponen M menunjukkan bahwa umur panjang berhubungan negatif dengan massa tubuh. Eksponen T menunjukkan bahwa umur panjang berhubungan negatif dengan kecepatan metabolisme.

Hubungan ini, meskipun dengan eksponen berbeda, juga berlaku untuk burung. Namun, mereka cenderung hidup lebih lama daripada mamalia dengan massa tubuh yang sama.

Minat medis

BMR wanita bisa berlipat ganda selama kehamilan. Hal ini disebabkan oleh peningkatan konsumsi oksigen yang disebabkan oleh pertumbuhan janin dan struktur uterus, serta peningkatan sirkulasi ibu dan fungsi ginjal.

Diagnosis hipertiroidisme dapat dipastikan dengan peningkatan konsumsi oksigen, yaitu BMR yang tinggi. Pada sekitar 80% kasus tiroid yang terlalu aktif, BMR setidaknya 15% lebih tinggi dari biasanya. Namun BMR yang tinggi juga bisa disebabkan oleh penyakit lain.

Referensi

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. Risalah tentang fisiologi medis. McGraw-Hill Interamericana, Meksiko.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fisiologi Hewan. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. Mengukur laju metabolisme - panduan bagi para ilmuwan. Oxford University Press, Oxford.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. Perubahan laju metabolisme basal selama kehamilan dalam kaitannya dengan perubahan berat badan dan komposisi, curah jantung, faktor pertumbuhan I seperti insulin, dan hormon tiroid dan dalam hubungannya dengan pertumbuhan janin. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678-85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fisiologi hewan - mekanisme dan adaptasi. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. Siklus menstruasi dan laju metabolisme basal pada wanita. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611-616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fisiologi lingkungan hewan. Blackwell, Oxford.