METABOLISMO BASAL: O QUE É, COMO É CALCULADO E DADOS RELEVANTES - BIOLOGIA - 2025

O metabolismo basal pode ser definido como o conjunto de reações químicas no corpo através do qual um animal gasta a quantidade mínima de energia necessária para manter os processos vitais. Essa quantidade 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 (BMR).

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

Unidades de medida de taxas metabólicas

TMS e BMR são geralmente expressos como consumo de O ₂ (ml), calorias (cal), quilocalorias (kcal), joules (J), kilojoules (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. O 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 são comparáveis, a medição de TMS e BMR requer que os animais experimentais estejam em repouso e em jejum. No caso do TMB, esses animais também devem estar em sua zona termoneutra.

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

Um animal é considerado em jejum se não estiver digerindo os alimentos de forma a gerar calor.

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

Métodos respirométricos para medir tms e tmb

- Respirometria de volume ou pressão constante. O animal é mantido em um recipiente lacrado. As variações de pressão devido ao consumo de O ₂ pelo animal são medidas a temperatura constante por meio de um manômetro. O CO ₂ produzido pelo animal é eliminado quimicamente com KOH ou ascarite.

Se um respirômetro Warburg for usado, a mudança de pressão é medida mantendo o volume do recipiente constante. Se um respirômetro Gilson for usado, a mudança no volume é medida mantendo a pressão constante.

- Análise de gás. Atualmente existe uma grande variedade de instrumentos laboratoriais que permitem a quantificação direta das 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 consumido 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. Ele mede a produção de calor comparando o consumo de O ₂ e a produção de CO ₂. É baseado na lei de Hess da soma constante de calor, que afirma que em uma reação química uma quantidade de calor é liberada dependendo apenas da natureza dos reagentes e produtos.

- Calorimetria de gradiente. Se um fluxo de calor Q passa por um material de espessura G, área A e condutividade de calor C, o resultado é um gradiente de temperatura que aumenta com G e diminui com A e C. Isso permite calcular o gasto de energia.

- Calorimetria diferencial. Ele mede o fluxo de calor entre uma câmara contendo o animal experimental e uma câmara adjacente desocupada. As duas câmaras são isoladas termicamente, exceto pela superfície que as une, por onde trocam calor.

Metabolismo basal e tamanho corporal

TMS e BMR variam desproporcionalmente com o tamanho dos animais. Essa relação é conhecida como escalonamento metabólico. O conceito pode ser facilmente compreendido comparando-se dois mamíferos herbívoros de tamanhos muito diferentes, como o coelho e o elefante.

Se quantificarmos a folhagem que eles comem por uma semana, descobriremos que o coelho come muito menos do que o elefante. Porém, a massa da folhagem comida pela primeira seria muito maior do que sua própria massa corporal, enquanto no caso da segunda 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 mostra que esta observação particular faz parte de um padrão geral de escalada metabólica quantificável em termos de TMS e BMR.

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

Equação alométrica da escala metabólica

A relação TMS (ou TMB), representada por T, e a massa corporal, representada por M, de um animal pode ser descrita pela equação clássica da alometria biológica, T = a × M ^b, em que aeb são constantes.

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

log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) e b podem ser estimados por análise de regressão linear entre valores experimentais de log (T) e log (M) de várias espécies de um grupo de animais. O log constante (a) é o ponto de corte da linha de regressão no eixo vertical. Por sua vez, 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 a 0,7. No caso de log (a), quanto maiores são seus valores, maiores são as taxas metabólicas do grupo de animais em análise.

Metabolismo basal, circulação e respiração

A falta de proporcionalidade de TMS e BMR com respeito ao tamanho faz com que animais pequenos tenham maiores necessidades de O ₂ por grama de massa corporal do que animais 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 corações e pulmões de tamanhos semelhantes em relação à massa corporal. Por essa razão, as taxas de contração do coração e dos pulmões deste último precisam ser muito maiores do que as do primeiro para transportar O ₂ suficiente para os tecidos.

Por exemplo, o número de batimentos cardíacos por minuto é 40 em um elefante, 70 em um humano adulto e 580 em um camundongo. Da mesma forma, os humanos respiram cerca de 12 vezes e os ratos cerca de 100 vezes por minuto.

Dentro de uma mesma espécie, esses padrões também são observados entre indivíduos de tamanhos diferentes. 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

Em mamíferos, os tamanhos do cérebro e do corpo e o metabolismo basal estão relacionados à longevidade pela equação

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42, Onde L é a longevidade em meses, C é a massa cerebral em gramas, M é a massa corporal em gramas e T é a TMB em calorias por grama por hora.

O expoente para 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 expoentes diferentes, também se aplica aos pássaros. No entanto, eles tendem a viver mais do que os mamíferos de massa corporal semelhante.

Interesse médico

BMR da mulher pode dobrar durante a gravidez. Isso se deve ao aumento do consumo de oxigênio provocado pelo crescimento do feto e das estruturas 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, alta TMB. Em cerca de 80% dos casos de tireoide hiperativa, a TMB é pelo menos 15% maior do que o normal. No entanto, uma alta TMB também pode ser causada por outras doenças.

Referências

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