기초 대사 : 정의, 계산 방법 및 관련 데이터 - 생물학 - 2026

기초 대사는 동물이 중요한 과정을 유지하는 데 필요한 에너지의 양을 최소 소비되는 체내에서 화학적 반응의 집합으로 정의 될 수있다. 이 양은 일반적으로 동물의 총 에너지 예산의 50 % 이상을 나타냅니다.

기초 대사는 단위 시간당 에너지 소비의 표준화 된 측정으로 정량화됩니다. 가장 일반적인 것은 표준 대사율 (TMS)과 기초 대사율 (BMR)입니다.

출처 : pixabay.com

TMS는 대부분의 어류, 연체 동물, 양서류 및 파충류와 같은 냉혈 동물에서 측정됩니다. TMB는 새와 포유류와 같은 온혈 동물에서 측정됩니다.

대사율 측정 단위

TMS 및 BMR은 일반적으로 O ₂ 소비량 (ml) , 칼로리 (cal), 킬로 칼로리 (kcal), 줄 (J), 킬로 줄 (kJ) 또는 와트 (W)로 표시됩니다.

칼로리는 물 1g의 온도를 1 ° C 올리는 데 필요한 열량으로 정의됩니다. 1 칼로리는 4,186 줄과 같습니다. 줄은 에너지의 기본 측정 (SI, 국제 시스템)입니다. 초당 1 줄에 해당하는 와트는 에너지 전달 및 변환 속도의 기본 (SI) 측정 값입니다.

기초 대사 측정 조건

다른 연구에서 얻은 값을 비교할 수 있도록 TMS 및 BMR을 측정하려면 실험 동물이 휴식과 금식 상태에 있어야합니다. TMB의 경우, 이러한 동물은 열 중립 구역에 있어야합니다.

동물이 정상적인 일상주기의 비활성 단계에 있고 자발적인 움직임이없고 신체적 또는 심리적 스트레스가없는 경우 휴식 상태로 간주됩니다.

동물이 열을 발생시키는 방식으로 음식을 소화하지 않으면 단식으로 간주됩니다.

동물은 실험 중에 체온 생성이 변하지 않는 온도 범위 내에서 유지되는 경우 열 중립 구역에있는 것으로 간주됩니다.

tms 및 tmb를 측정하는 호흡법

-부피 또는 정압 호흡법. 동물은 밀봉 된 용기에 보관됩니다. 동물 의 O ₂ 소비로 인한 압력 변화 는 압력계를 사용하여 일정한 온도에서 측정됩니다. 동물에 의해 생성 된 CO ₂ 는 KOH 또는 ascarite를 사용하여 화학적으로 제거됩니다.

Warburg 호흡계를 사용하는 경우 용기의 부피를 일정하게 유지하여 압력 변화를 측정합니다. Gilson 호흡계를 사용하는 경우 압력을 일정하게 유지하여 부피 변화를 측정합니다.

-가스 분석. 현재 O 직접 정량화 할 수 실험 실용 매우 다양한가 ₂ 및 CO ₂ 농도 . 이 기기는 매우 정확하며 자동 측정이 가능합니다.

tms 및 tmb 측정을위한 열량 측정 방법

-폭탄 열량 측정. 에너지 소비는 먹지 않은 음식 샘플의 연소에 의해 생성 된 열과 해당 음식의 동등한 소화 된 샘플 (대변 및 소변)의 연소에 의해 생성 된 열을 비교하여 추정됩니다.

-직접 열량 측정. 샘플의 연소 불꽃에 의해 생성되는 열을 직접 측정하는 것으로 구성됩니다.

-간접 열량 측정. O ₂ 소비량 과 CO ₂ 생산량 을 비교하여 열 생산량을 측정 합니다. 이것은 화학 반응에서 반응물과 생성물의 특성에 따라서 만 열이 방출된다는 Hess의 일정한 열 합계 법칙을 기반으로합니다.

-구배 열량 측정. 열유속 Q가 두께 G, 면적 A 및 열전도율 C의 재료를 통과하면 결과는 G에 따라 증가하고 A와 C에 따라 감소하는 온도 구배입니다. 이를 통해 에너지 소비를 계산할 수 있습니다.

-시차 열량 측정. 실험 동물이있는 챔버와 인접한 빈 챔버 사이의 열유속을 측정합니다. 두 개의 챔버는 서로 연결되는 표면을 제외하고 열적으로 절연되어 있으며이를 통해 열을 교환합니다.

기초 대사 및 신체 크기

TMS와 BMR은 동물의 크기에 따라 불균형 적으로 다릅니다. 이 관계를 신진 대사 에스컬레이션이라고합니다. 이 개념은 토끼와 코끼리와 같이 크기가 매우 다른 두 초식 포유류를 비교하여 쉽게 이해할 수 있습니다.

그들이 일주일 동안 먹는 잎의 양을 정량화하면 토끼가 코끼리보다 훨씬 적게 먹는다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 첫 번째 사람이 먹는 잎의 질량은 자신의 체질량보다 훨씬 클 것이고 두 번째의 경우에는 그 반대가 될 것입니다.

이 불일치는 크기에 비례하여 두 종의 에너지 요구가 다르다는 것을 나타냅니다. 수백 종의 동물을 대상으로 한 연구에 따르면이 특정 관찰은 TMS 및 BMR 측면에서 정량화 할 수있는 일반적인 대사 상승 패턴의 일부입니다.

예를 들어, 포유류 100g의 평균 BMR (2200J / h)은 10g 포유류의 평균 BMR (400J / h)보다 10 배가 아니라 5.5 배에 불과합니다. 유사하게 400g (4940J / h)의 평균 포유류 BMR은 4 배가 아니라 2.7 배로 평균 포유류 BMR 100g보다 큽니다.

대사 스케일링의 동종 방정식

T로 표시되는 TMS (또는 TMB)와 동물의 체질량 (M으로 표시)은 생물학적 동종 측정의 고전적인 방정식 T = a × M ^b 로 설명 할 수 있으며 , 여기서 a와 b는 상수입니다.

이 방정식에 대한 적합성은 TMS와 BMR이 동물의 질량에 비례하여 변하지 않는 이유를 수학적으로 설명합니다. 양변에 대수를 적용하면 방정식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

로그 (T) = 로그 (a) + b × 로그 (M),

log (a)와 b는 한 동물 그룹의 여러 종에 대한 log (T)와 log (M)의 실험 값 사이의 선형 회귀 분석으로 추정 할 수 있습니다. 상수 로그 (a)는 수직 축에서 회귀선의 컷오프 지점입니다. 그 부분에 대해, 상기 선의 기울기 인 b는 등척 상수입니다.

많은 동물 그룹의 평균 동종 상수는 0.7에 가까운 경향이있는 것으로 밝혀졌습니다. 로그 (a)의 경우 값이 높을수록 분석중인 동물 그룹의 대사율이 높아집니다.

기초 대사, 순환 및 호흡

크기에 대한 TMS 및 BMR의 비례의 부족은 작은 동물이 더 높은 O 가지고 원인 _이 요구 큰 동물에 비해 신체 질량의 그램 당합니다. 예를 들어, 고래 조직 1g의 에너지 소비율은 동종 마우스 조직 1g의 에너지 소비율보다 훨씬 낮습니다.

크고 작은 포유류는 체질량과 관련하여 비슷한 크기의 심장과 폐를 가지고 있습니다. 이러한 이유로, 심장과 후자의 필요성 폐의 수축 속도는 충분히 O 수행하기 위해 이전보다 훨씬 높은 것으로 ₂ 조직에.

예를 들어, 분당 심장 박동 수는 코끼리의 경우 40 회, 성인의 경우 70 회, 마우스의 경우 580 회입니다. 비슷하게, 인간은 분당 약 12 ​​번, 생쥐는 약 100 번 호흡합니다.

동일한 종 내에서 이러한 패턴은 크기가 다른 개체 간에도 관찰됩니다. 예를 들어, 성인의 경우 뇌가 총 대사 비용의 약 20 %를 차지하는 반면 4 ~ 5 세 어린이의 경우이 지출이 50 %에 이릅니다.

기초 대사 및 수명

포유류에서 뇌와 신체 크기 및 기초 대사는 다음 방정식에 의해 수명과 관련이 있습니다.

L = 5.5 × C ^0.54 × M ^-0.34 × T ^-0.42 ,

L은 수개월 수명, C는 뇌 질량 (g), M은 체질량 (g), T는 BMR (칼로리 / g / 시간)입니다.

C에 대한 지수는 포유류의 수명이 뇌 크기와 긍정적 인 관련이 있음을 나타냅니다. M의 지수는 수명이 체질량과 음의 연관성을 가지고 있음을 나타냅니다. T의 지수는 수명이 신진 대사 속도와 음의 연관성을 가지고 있음을 나타냅니다.

이 관계는 지수가 다르지만 새에도 적용 할 수 있습니다. 그러나 그들은 비슷한 체질량의 포유류보다 오래 사는 경향이 있습니다.

의학적 관심

여성의 BMR은 임신 중에 두 배가 될 수 있습니다. 이것은 태아와 자궁 구조의 성장과 산모 순환 및 신장 기능의 발달로 인한 산소 소비 증가 때문입니다.

갑상선 기능 항진증의 진단은 산소 소비 증가, 즉 높은 BMR로 확인할 수 있습니다. 과 활동성 갑상선 사례의 약 80 %에서 BMR은 정상보다 15 % 이상 높습니다. 그러나 높은 BMR은 다른 질병으로 인해 발생할 수도 있습니다.

참고 문헌

1. Guyton, AC, Hall, JE 2001. 의학 생리학에 관한 논문. McGraw-Hill Interamericana, 멕시코.
2. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. 동물 생리학. Sinauer Associates, Sunderland.
3. Lighton, JRB 2008. 대사율 측정-과학자를위한 매뉴얼. Oxford University Press, 옥스포드.
4. Lof, M., Olausson, H., Bostrom, K., Janerot-Sjöberg, B., Sohlstrom, A., Forsum, E. 2005. 체중 및 구성 변화와 관련된 임신 중 기초 대사율의 변화, 심장 박출량, 인슐린 유사 성장 인자 I, 갑상선 호르몬 및 태아 성장 관련. American Journal of Clinical Nutrition, 81, 678–85.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. 동물 생리학-메커니즘 및 적응. McGraw-Hill Interamericana, Madrid.
6. Solomon, SJ, Kurzer, MS, Calloway, DH 1982. 여성의 월경주기 및 기초 대사율. American Journal of Clinical Nutrition, 36, 611–616.
7. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. 동물의 환경 생리학. Blackwell, Oxford.