Aineenvaihduntanopeus

Aineenvaihduntanopeus on aineenvaihdunnan nopeus eli eläimen käyttämä energiamäärä aikayksikköä kohti. Perusaineenvaihdunta (BMR) on eläinten levossa päivittäin käyttämä energiamäärä.

Noin 70 prosenttia ihmisen kokonaisenergiankulutuksesta johtuu elimistön peruselintoiminnoista (ks. taulukko). Noin 20 % ihmisen energiankäytöstä tulee fyysisestä aktiivisuudesta ja toiset 10 % ruoansulatuksesta ruokailun jälkeen.

Kaikki nämä prosessit edellyttävät hapen saantia, jotta eloonjäämiseksi tarvittava energia saadaan yleensä makroravintoaineista, kuten hiilihydraateista, rasvoista ja proteiineista. Krebsin sykli tuottaa runsaasti energiaa sisältäviä ATP-molekyylejä ja luovuttaa hiilidioksidia.

Ruoan käsittely syömisen jälkeen käyttää kemiallista energiaa ja tuottaa jonkin verran lämpöä.

Perusaineenvaihdunta

Perusaineenvaihdunta on yleensä ylivoimaisesti suurin osa käytetystä kokonaisenergiasta. Energian vapautuminen ja käyttö tässä tilassa riittää vain elintärkeiden elinten, sydämen, keuhkojen, hermoston, munuaisten, maksan, suoliston, sukupuolielinten, lihasten ja ihon toimintaan.

Biokemia

BMR:ssä suurin osa energiasta kuluu kudosten nestetasojen ylläpitämiseen osmoosin avulla, ja vain noin kymmenesosa kuluu mekaaniseen työhön, kuten ruoansulatukseen, sydämen sykkeeseen ja hengitykseen.

Krebsin syklin avulla rasvoihin, hiilihydraatteihin ja proteiineihin tehtävät metaboliset muutokset voidaan toteuttaa energian avulla, joka voidaan määritellä kyvyksi tai kapasiteetiksi tehdä työtä.

Suurten molekyylien hajottaminen pienemmiksi molekyyleiksi - johon liittyy energian vapautuminen - on kataboliaa. Proteiinien hajoaminen aminohapoiksi on esimerkki kataboliasta. Lämminveristen eläinten ruumiinlämpö tuotetaan katabolisen tyyppisten kemiallisten reaktioiden avulla.

Rakentamisprosessia kutsutaan anabolismiksi. Proteiinien muodostuminen aminohapoista on anabolinen prosessi.

Adenosiinitrifosfaatti (ATP) on välimolekyyli, joka ohjaa lihassupistuksessa käytettävän energian siirtoa. ATP on korkeaenerginen molekyyli, koska se varastoi suuria määriä energiaa kahden pääteasteen fosfaattiryhmän kemiallisiin sidoksiin. Näiden kemiallisten sidosten katkaiseminen Krebsin syklissä tuottaa lihassupistukseen tarvittavan energian.

Yksilölliset erot

Aineenvaihduntanopeus vaihtelee yksilöiden välillä. Eräässä tutkimuksessa, johon osallistui 150 Skotlannin väestöä edustavaa aikuista, perusaineenvaihdunta vaihteli alhaisesta 1027 kcal:sta (4301 kJ) jopa 2499 kcal:iin (10455 kJ) päivässä. Keskiarvo oli 1500 kcal (6279 kJ) päivässä.

Tutkijat laskivat, että 62,3 prosenttia tästä vaihtelusta selittyi eroilla massassa (paino) miinus rasvavarastot. Muita tekijöitä olivat rasvan määrä (6,7 %), ikä (1,7 %) ja kokeellinen virhe, mukaan lukien koehenkilöiden sisäiset erot (2 %). Loput vaihtelusta (26,7 %) oli selittämätöntä.

BMR:ssä on siis eroja, vaikka verrattaisiin kahta henkilöä, joilla on sama vähärasvainen painoindeksi. Huippu 5 % ihmisistä metaboloi energiaa 28-32 % nopeammin kuin yksilöt, joiden BMR on alimmassa 5 %:ssa. Esimerkiksi eräässä tutkimuksessa raportoitiin äärimmäinen tapaus, jossa kahden henkilön, joilla oli sama vähärasvaisen kehon massa 43 kg, BMR oli 1075 kcal/vrk (4,5 MJ) ja 1790 kcal/vrk (7,5 MJ). Tämä 715 kcal:n (67 %) ero vastaa sitä, että toinen henkilöistä suorittaisi 10 kilometrin juoksulenkin joka päivä.

Max Kleiberin (1947) käsin piirtämä alkuperäinen kuvaaja kehon koon ja aineenvaihdunnan suhteen.

Kuvaaja aineenvaihduntanopeudesta (kcal/h) suhteessa ruumiinpainoon (g) laajoissa taksonomisissa ryhmissä. Mukautettu lähteestä Hemmingsen 1960.

Skaalausvaikutukset

Aineenvaihduntanopeudet vaihtelevat eläinten koon mukaan, ja tästä on keskusteltu jo yli vuosisadan ajan.

Kuvaajat osoittavat, että :

Nisäkkäiden aineenvaihduntanopeus on säännöllisesti riippuvainen niiden ruumiinkoosta, ja
Toiminto eroaa merkittävästi niiden kehon pintojen suorasta toiminnasta.
Nisäkkäiden aineenvaihdunta suhteessa niiden ruumiin kokoon muodostaa logaritmisella asteikolla suoran viivan, jonka kaltevuus on noin 0,75.
Myöhemmin tehdyt tutkimukset osoittivat, että samanlaiset suhteet pätevät myös kylmäverisillä eläimillä ja alkueläimillä.