Basaal metabolisme
Metabolisme is de snelheid van het metabolisme, de hoeveelheid energie die door een dier per tijdseenheid wordt verbruikt. De basale stofwisselingssnelheid (BMR) is de hoeveelheid energie die dieren dagelijks in rust verbruiken.
Ongeveer 70% van het totale energiegebruik van een mens is toe te schrijven aan de basale levensprocessen binnen de organen van het lichaam (zie tabel). Ongeveer 20% van iemands energieverbruik is afkomstig van lichamelijke activiteit en nog eens 10% van de vertering van voedsel na het eten.
Al deze processen vereisen een toevoer van zuurstof om energie te leveren voor overleving, meestal uit macronutriënten zoals koolhydraten, vetten en eiwitten. De Krebs-cyclus produceert energierijke ATP-moleculen en geeft kooldioxide af.
Het verwerken van voedsel na het eten verbruikt chemische energie en produceert wat warmte
Basaal metabolisme
Het basaal metabolisme is gewoonlijk verreweg het grootste bestanddeel van de totale gebruikte energie. Het vrijkomen, en gebruiken, van energie in deze toestand is alleen voldoende voor het functioneren van de vitale organen, het hart, de longen, het zenuwstelsel, de nieren, de lever, de darmen, de geslachtsorganen, de spieren en de huid.
Biochemie
Voor de BMR wordt de meeste energie verbruikt voor het op peil houden van het vochtgehalte in de weefsels via osmose, en slechts ongeveer een tiende voor mechanisch werk, zoals de spijsvertering, de hartslag en de ademhaling.
Wat de Krebs-cyclus in staat stelt om metabolische veranderingen in vetten, koolhydraten en eiwitten uit te voeren, is energie, wat kan worden gedefinieerd als het vermogen of de capaciteit om arbeid te verrichten.
De afbraak van grote moleculen in kleinere moleculen - die gepaard gaat met het vrijkomen van energie - is katabolisme. De afbraak van eiwitten tot aminozuren is een voorbeeld van katabolisme. De lichaamswarmte van warmbloedige dieren wordt geproduceerd door chemische reacties van het katabolische type.
Het opbouwproces wordt anabolisme genoemd. De vorming van eiwitten uit aminozuren is een anabolisch proces.
Adenosinetrifosfaat (ATP) is de intermediaire molecule die de energieoverdracht aandrijft die bij spiercontractie wordt gebruikt. ATP is een energierijke molecule omdat het grote hoeveelheden energie opslaat in de chemische bindingen van de twee eindfosfaatgroepen. Het verbreken van deze chemische bindingen in de Krebs-cyclus levert de energie die nodig is voor het samentrekken van de spieren.
Individuele verschillen
De stofwisselingssnelheid varieert van individu tot individu. In een onderzoek onder 150 volwassenen die representatief waren voor de bevolking in Schotland werden basale stofwisselingssnelheden gerapporteerd van zo laag als 1027 kcal per dag (4301 kJ) tot zo hoog als 2499 kcal (10455 kJ). Het gemiddelde bedroeg 1500 kcal (6279 kJ) per dag.
De onderzoekers berekenden dat 62,3% van deze variatie werd verklaard door verschillen in de massa (gewicht) minus de vetreserves. Andere factoren waren de hoeveelheid vet (6,7%), leeftijd (1,7%), en experimentele fout inclusief binnen-subject verschil (2%). De rest van de variatie (26,7%) was onverklaard.
Er zijn dus verschillen in BMR, zelfs wanneer twee personen met dezelfde vetvrije massa worden vergeleken. De top 5% van de mensen metaboliseren 28-32% sneller energie dan personen met de laagste 5% BMR. In een studie werd bijvoorbeeld een extreem geval beschreven waarbij twee personen met eenzelfde magere lichaamsmassa van 43 kg een BMR hadden van 1075 kcal/dag (4,5 MJ) en 1790 kcal/dag (7,5 MJ). Dit verschil van 715 kcal (67%) komt overeen met één van de personen die elke dag 10 kilometer hardloopt.
De originele grafiek van lichaamsgrootte versus metabolisme, met de hand getekend door Max Kleiber (1947).
Grafiek van metabolische snelheid (kcal/uur) versus lichaamsmassa (g) voor brede taxonomische groepen. Aangepast van Hemmingsen 1960.
Schalingseffecten
De stofwisselingssnelheid varieert naar gelang van de grootte van het dier, en hierover wordt al meer dan een eeuw gediscussieerd.
Uit de grafieken blijkt dat :
- De stofwisselingssnelheid van zoogdieren is een regelmatige functie van hun lichaamsgrootte, en
- De functie is beduidend anders dan een directe functie van hun lichaamsoppervlak.
- Op een log-log schaal vormt het metabolisme van zoogdieren in verhouding tot hun lichaamsgrootte een rechte lijn met een helling van ongeveer 0,75.
- Later onderzoek toonde aan dat soortgelijke relaties gelden voor "koudbloedige" dieren en protisten.
